JP6432722B2 - Semiconductor sensor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor sensor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP6432722B2
JP6432722B2 JP2013157230A JP2013157230A JP6432722B2 JP 6432722 B2 JP6432722 B2 JP 6432722B2 JP 2013157230 A JP2013157230 A JP 2013157230A JP 2013157230 A JP2013157230 A JP 2013157230A JP 6432722 B2 JP6432722 B2 JP 6432722B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
groove
recess
film
side wall
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
JP2013157230A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015028425A (en
JP2015028425A5 (en
Inventor
俊 保坂
俊 保坂
Original Assignee
俊 保坂
俊 保坂
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 俊 保坂, 俊 保坂 filed Critical 俊 保坂
Priority to JP2013157230A priority Critical patent/JP6432722B2/en
Publication of JP2015028425A publication Critical patent/JP2015028425A/en
Publication of JP2015028425A5 publication Critical patent/JP2015028425A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6432722B2 publication Critical patent/JP6432722B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Description

本発明は、半導体圧力センサーの構造およびその製造方法、さらには加速度センサー、音響トランスデューサー、ポンプデバイス等各種小型センサーまたは各種小型デバイスに関するものであり、センサーや各種デバイスの大きさを非常に小さくすることが可能であり、その結果従来に比較して安価で高性能な圧力センサー等各種センサーや各種デバイスを提供するものである。   The present invention relates to a structure of a semiconductor pressure sensor and a manufacturing method thereof, and also to various small sensors or various small devices such as an acceleration sensor, an acoustic transducer, and a pump device, and extremely reduces the size of the sensor and various devices. As a result, various sensors and various devices such as pressure sensors that are cheaper and have higher performance than conventional ones are provided.

半導体圧力センサーとして、シリコンウエハ等の半導体基板の一部を薄くして、その上に蓋を被せたものがある。たとえば、特許文献1において、基板内に凹部を作りその凹部をダイヤフラムで被った構造のものがある。この半導体圧力センサーは、外部圧力により、ダイヤフラムが変形し、凹部内部の静電容量が変化することを利用して、圧力を検出するものである。   As a semiconductor pressure sensor, there is one in which a part of a semiconductor substrate such as a silicon wafer is thinned and covered with a lid. For example, Patent Document 1 discloses a structure in which a recess is formed in a substrate and the recess is covered with a diaphragm. This semiconductor pressure sensor detects the pressure by utilizing the fact that the diaphragm is deformed by the external pressure and the capacitance inside the recess is changed.

特許2918272Patent 2918272

従来の半導体基板内に空間(空洞または凹部)を作りその空間の静電容量の変化を利用した圧力センサーにおいては、空間が半導体基板の横方向(平面方向)に形成するため、その空間は半導体基板の横方向(平面方向)に大きな面積を占有していた。図36は、従来の圧力センサーを模式的に示した図である。図36(a)は半導体基板内のチップ501の表面に形成された空間502を蓋503で覆っている。空間502は真空状態(或いは、1気圧以下の低圧状態)になっている。空間内には基板501上に形成された下部電極504と蓋503に形成された上部電極505が対向している。下部電極504と上部電極505の間隔はzである。図36(b)は平面的に見た図である。蓋503は省略している。空間の平面的な大きさは、横x、縦yの矩形となっている。507はxおよびyで規定される圧力センサーを示す。
下部電極と上部電極で構成されるこの空間の容量Cは、C=ε*ε0*S/zで示される。ここで、εは比誘電率、ε0は真空誘電率、Sは半導体基板の平面方向における面積で、S=x*yである。空間が空気の場合はεは約1である。外部から圧力Pを受けたとき、蓋は変形して下方へ曲がり、zが変化する。このzの変化により、容量Cが変化して、変化量から圧力を計算できる。変化量は大きいほど検出しやすいので、面積Sは大きいほど良い。すなわち、圧力を精密に測定するためには、面積を大きくする必要があるので、この空間の平面的サイズ、すなわちxやyを大きくする必要がある。従って、チップサイズが大きくなってしまう。ウエハ面積は限られているので、ウエハ内のチップ(圧力センサーチップ)の取れ個数が少なくなる。この結果、圧力センサーチップの価格も高くなってしまう。
In a conventional pressure sensor that creates a space (cavity or recess) in a semiconductor substrate and uses the change in capacitance of the space, the space is formed in the lateral direction (plane direction) of the semiconductor substrate. A large area was occupied in the lateral direction (plane direction) of the substrate. FIG. 36 is a diagram schematically showing a conventional pressure sensor. In FIG. 36A, a space 502 formed on the surface of the chip 501 in the semiconductor substrate is covered with a lid 503. The space 502 is in a vacuum state (or a low pressure state of 1 atm or less). In the space, a lower electrode 504 formed on the substrate 501 and an upper electrode 505 formed on the lid 503 face each other. The interval between the lower electrode 504 and the upper electrode 505 is z. FIG. 36B is a plan view. The lid 503 is omitted. The planar size of the space is a rectangle of horizontal x and vertical y. Reference numeral 507 denotes a pressure sensor defined by x and y.
The capacity C of this space composed of the lower electrode and the upper electrode is represented by C = ε * ε0 * S / z. Here, ε is a relative dielectric constant, ε0 is a vacuum dielectric constant, S is an area in the plane direction of the semiconductor substrate, and S = x * y. Ε is about 1 when the space is air. When pressure P is received from the outside, the lid is deformed and bent downward, and z changes. Due to this change in z, the capacitance C changes, and the pressure can be calculated from the amount of change. The larger the amount of change, the easier it is to detect, so the larger the area S, the better. That is, in order to accurately measure the pressure, it is necessary to increase the area, so it is necessary to increase the planar size of this space, that is, x and y. Therefore, the chip size is increased. Since the wafer area is limited, the number of chips (pressure sensor chips) in the wafer is reduced. As a result, the price of the pressure sensor chip increases.

本発明は、平面的な基板(たとえば、円板状、矩形形状の板状)の厚み方向に深い溝または貫通溝を複数作り、隣接する貫通溝によって挟まれる側壁がその両側の圧力差により変形することにより静電容量が変化することを利用した静電容量型圧力センサーに関するものである。具体的には以下のような手段を取る。 In the present invention, a plurality of deep grooves or through grooves are formed in the thickness direction of a planar substrate (for example, a disk shape or a rectangular plate shape), and a side wall sandwiched between adjacent through grooves is deformed by a pressure difference between the two sides. The present invention relates to a capacitance type pressure sensor that utilizes the fact that the capacitance changes by doing so. Specifically, the following measures are taken.

(1)本発明は、上面および下面の一方の面、或いは両方の面に貫通する少なくとも2つの溝(貫通溝)空間を有する2.0mm以下の厚みを持つ導電体基板、前記導電体基板の上面(第1面)に付着した1.0mm以下の厚みを持つ絶縁体基板(第1面絶縁体基板)および前記導電体基板の下面(第2面)に付着した1.0mm以下の厚みを持つ絶縁体基板(第2面絶縁体基板)から構成されることを特徴とする静電容量型圧力センサーであって、
隣接する2つの貫通溝(第1貫通溝および第2貫通溝)を横方向(導電体基板の厚さ方向に対して略直角方向)に隔てる導電体基板を一方の電極(第1側壁容量電極)とし、
前記第1側壁容量電極と前記隣接する貫通溝のうちの1つ(第1貫通溝)を挟んで対向し、前記第1側壁容量電極と電気的に導通しない導電体基板の側壁を他方の対向電極(第2側壁容量電極)とし、これらの第1側壁容量電極および第2側壁容量電極の間の第1貫通溝空間を静電容量空間とし、前記静電容量空間となる第1貫通溝の空間の圧力と前記第1側壁容量電極を挟んだ他の貫通溝(第2貫通溝)の空間の圧力との圧力差により、前記第1側壁電極が変位することにより前記第1貫通溝空間の静電容量が変化することを用いて圧力を検出することを特徴とし、さらに
第1側壁容量電極は、その上面が第1面絶縁体基板に付着、および/またはその下面が第2面絶縁体基板に付着していること、および/または
第2側壁容量電極は、その上面が第1面絶縁体基板に付着、および/またはその下面が第2面絶縁体基板に付着していること、を特徴とする、静電容量型圧力センサーである。
(1) The present invention provides a conductive substrate having a thickness of 2.0 mm or less having at least two groove (penetrating groove) spaces penetrating one or both of the upper surface and the lower surface, An insulator substrate (first surface insulator substrate) having a thickness of 1.0 mm or less attached to the upper surface (first surface) and a thickness of 1.0 mm or less attached to the lower surface (second surface) of the conductor substrate. A capacitive pressure sensor comprising an insulating substrate (second surface insulating substrate) having:
One electrode (first side wall capacitor electrode) that separates two adjacent through grooves (first through groove and second through groove) in the lateral direction (substantially perpendicular to the thickness direction of the conductive substrate). )age,
The first side wall capacitor electrode is opposed to one of the adjacent through grooves (first through groove), and the other side wall of the conductor substrate that is not electrically connected to the first side wall capacitor electrode is opposed to the other. An electrode (second sidewall capacitor electrode), and a first through groove space between the first sidewall capacitor electrode and the second sidewall capacitor electrode is defined as a capacitance space, and the first through groove serving as the capacitance space is formed. Due to the pressure difference between the pressure of the space and the pressure of the space of the other through groove (second through groove) sandwiching the first side wall capacitive electrode, the first side wall electrode is displaced, so that the first through groove space The pressure is detected using a change in capacitance, and the first side wall capacitor electrode has an upper surface attached to the first surface insulator substrate and / or a lower surface thereof is a second surface insulator. The adhesion to the substrate and / or the second sidewall capacitance electrode Upper surface attached to the first surface insulating substrate, and / or that the lower surface is adhered to the second surface insulating substrate, and wherein a capacitance-type pressure sensor.

(2)本発明は、前記第2側壁容量電極を挟んで第1貫通溝と対向する貫通溝(第3貫通溝)を有し、前記第3貫通溝の圧力と第1貫通溝の圧力との圧力差により前記第2側壁容量電極が変位することにより前記第1貫通溝空間の静電容量が変化することを用いて圧力を検出することを特徴とする、(1)に記載の静電容量型圧力センサーである。
(3)本発明は、前記第2貫通溝は、その上面が第1面絶縁体基板、その下面が第2面絶縁体基板、その側面が第1側壁容量電極を含む連続した導電体基板(第1連続導電体基板)であり、これら第1面絶縁体基板、第2面絶縁体基板、および第1連続導電体基板によって囲まれた閉空間であることを特徴とする、(1)または(2)に記載の静電容量型圧力センサーである。
(4)本発明は、前記第3貫通溝は、その上面が第1面絶縁体基板、その下面が第2面絶縁体基板、その側面が第2側壁容量電極を含む連続した導電体基板(第2連続導電体基板)であり、これら第1面絶縁体基板、第2面絶縁体基板、および第2連続導電体基板によって囲まれた閉空間であることを特徴とする、(2)または(3)に記載の静電容量型圧力センサーである。
(5)本発明は、第1貫通溝および/または第2貫通溝および/または第3貫通溝の上面の第1面絶縁体基板および/または下面の第2面絶縁体基板における1部の領域に圧力を導入する圧力伝達孔が形成されていることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の静電容量型圧力センサー。
(2) The present invention has a through-groove (third through-groove) facing the first through-groove across the second side wall capacitor electrode, and the pressure of the third through-groove and the pressure of the first through-groove The electrostatic pressure according to (1), wherein the pressure is detected by using a change in capacitance of the first through groove space due to displacement of the second side wall capacitive electrode due to a pressure difference. It is a capacitive pressure sensor.
(3) According to the present invention, the second through groove has a continuous conductor substrate including a first surface insulator substrate on the upper surface, a second surface insulator substrate on the lower surface, and a first sidewall capacitor electrode on the side surface ( (A first continuous conductor substrate), which is a closed space surrounded by the first surface insulator substrate, the second surface insulator substrate, and the first continuous conductor substrate, (1) or The capacitance type pressure sensor according to (2).
(4) In the present invention, the third through-groove has a continuous conductor substrate including a first surface insulator substrate on the upper surface, a second surface insulator substrate on the lower surface, and a second sidewall capacitor electrode on the side surface ( A second continuous conductor substrate), and a closed space surrounded by the first surface insulator substrate, the second surface insulator substrate, and the second continuous conductor substrate, (2) or The capacitance type pressure sensor according to (3).
(5) The present invention relates to a part of the first surface insulating substrate on the upper surface of the first through groove and / or the second through groove and / or the third through groove and / or part of the lower surface of the second surface insulating substrate. The capacitive pressure sensor according to any one of (1) to (4), wherein a pressure transmission hole for introducing pressure is formed.

(6)本発明は、第2貫通溝および/または第3貫通溝を取り囲む導電体基板を取り囲む貫通溝(第4貫通溝)を有し、第4貫通溝は第2貫通溝を含み第2貫通溝と同じ圧力空間をなし、第4貫通溝はその上面が第1面絶縁体基板、その下面が第2面絶縁体基板、その側面が連続した導電体基板(第3連続導電体基板)であり、第4貫通溝はこれら第1面絶縁体基板、第2面絶縁体基板、および第3連続導電体基板によって囲まれた閉空間であることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載の静電容量型圧力センサーである。
(7)本発明は、第2貫通溝を含む第4貫通溝の上面の第1絶縁体基板および/または下面の第2絶縁体基板における1部に圧力を導入する圧力伝達孔が形成されていることを特徴とする、(6)に記載の静電容量型圧力センサーである。
(6) The present invention has a through groove (fourth through groove) surrounding the conductive substrate surrounding the second through groove and / or the third through groove, and the fourth through groove includes the second through groove and the second through groove. The fourth through groove has the same pressure space as the through groove. The upper surface of the fourth through groove is the first surface insulator substrate, the lower surface is the second surface insulator substrate, and the conductive substrate is continuous with the side surface (third continuous conductor substrate). The fourth through groove is a closed space surrounded by the first surface insulator substrate, the second surface insulator substrate, and the third continuous conductor substrate, (1) to (5) The capacitance type pressure sensor according to any one of the above.
(7) In the present invention, a pressure transmission hole for introducing pressure is formed in a part of the first insulator substrate on the upper surface and / or the second insulator substrate on the lower surface of the fourth through groove including the second through groove. The capacitance type pressure sensor according to (6), characterized in that:

(8)本発明は、第2貫通溝は第1側壁容量電極を形成する導電体基板(第1連続導電体基板)によってその側面を取り囲まれており、第1側壁容量電極を形成する導電体基板は第1貫通溝によってその側面を取り囲まれており、第1貫通溝は第2側壁容量電極を形成する導電体基板によってその側面を取り囲まれており、第2側壁容量電極を形成する導電体基板は第3貫通溝によってその側面を取り囲まれており、
第2貫通溝の外面(第2貫通溝および第1側壁容量電極を形成する導電体基板で形成される面であって、第1側壁容量電極を形成する導電体基板の内面でもある)は、その平面形状が多角形形状(G形状)であり、
第1側壁容量電極の外面(第1側壁容量電極および第1貫通溝で形成される面であって、第1貫通溝の内面でもある)は、その平面形状が前記G形状に略相似の多角形形状であり、
第1貫通溝の外面(第2側壁容量電極および第1貫通溝で形成される面であって、第2側壁容量電極の内面でもある)は、その平面形状が前記G形状に略相似の多角形形状であり、
第2側壁容量電極の外面(第2側壁容量電極および第3貫通溝で形成される面であって、第3貫通溝の内面でもある)は、その平面形状が前記G形状に略相似の多角形形状であり、
さらに、
多角形形状の第1側壁容量電極を形成する導電体の各辺厚み(幅)はそれぞれ略等しく、多角形形状の第1貫通溝の各辺幅はそれぞれ略等しく、多角形形状の第2側壁容量電極を形成する導電体の各辺厚み(幅)はそれぞれ略等しく、
多角形形状の第1側壁容量電極を形成する導電体の各辺はそれぞれ第1側壁容量電極を形成し、
多角形形状の第2側壁容量電極を形成する導電体の各辺はそれぞれ第2側壁容量電極を形成することを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載の静電容量型圧力センサー。
(8) In the present invention, the second through groove is surrounded by a conductor substrate (first continuous conductor substrate) that forms the first sidewall capacitor electrode, and the conductor that forms the first sidewall capacitor electrode. The substrate is surrounded by the first through groove, and the first through groove is surrounded by the conductor substrate forming the second sidewall capacitor electrode, and the conductor forming the second sidewall capacitor electrode. The substrate is surrounded by the third through groove,
The outer surface of the second through-groove (the surface formed by the conductive substrate that forms the second through-groove and the first sidewall capacitor electrode, and is also the inner surface of the conductor substrate that forms the first sidewall capacitor electrode), The planar shape is a polygonal shape (G shape),
The outer surface of the first sidewall capacitor electrode (the surface formed by the first sidewall capacitor electrode and the first through groove and also the inner surface of the first through groove) has a planar shape that is substantially similar to the G shape. A square shape,
The outer surface of the first through groove (the surface formed by the second side wall capacitor electrode and the first through groove and also the inner surface of the second side wall capacitor electrode) has a planar shape that is substantially similar to the G shape. A square shape,
The outer surface of the second side wall capacitor electrode (the surface formed by the second side wall capacitor electrode and the third through groove and also the inner surface of the third through groove) has a planar shape substantially similar to the G shape. A square shape,
further,
The side thicknesses (widths) of the conductors forming the polygonal first side wall capacitive electrodes are substantially equal, and the side widths of the polygonal first through grooves are substantially equal, respectively, and the polygonal second side walls are formed. Each side thickness (width) of the conductor forming the capacitive electrode is substantially equal,
Each side of the conductor forming the polygonal first sidewall capacitor electrode forms a first sidewall capacitor electrode,
The capacitance type according to any one of (1) to (5), wherein each side of the conductor forming the second sidewall capacitor electrode having a polygonal shape forms a second sidewall capacitor electrode. pressure sensor.

(9)本発明は、第2貫通溝は第1側壁容量電極を形成する導電体基板によってその側面を取り囲まれており、第1側壁容量電極を形成する導電体基板は第1貫通溝によってその側面を取り囲まれており、第1貫通溝は第2側壁容量電極を形成する導電体基板によってその側面を取り囲まれており、第2側壁容量電極を形成する導電体基板は第3貫通溝によってその側面を取り囲まれており、
第2貫通溝の外面(第2貫通溝および第1側壁容量電極を形成する導電体基板で形成される面であって、第1側壁容量電極を形成する導電体基板の内面でもある)は、その平面形状が曲線形状(S形状)であり、
第1側壁容量電極の外面(第1側壁容量電極および第1貫通溝で形成される面であって、第1貫通溝の内面でもある)は、その平面形状が前記S形状に略相似の曲線形状であり、
第1貫通溝の外面(第2側壁容量電極および第1貫通溝で形成される面であって、第2側壁容量電極の内面でもある)は、その平面形状が前記S形状に略相似の曲線形状であり、
第2側壁容量電極の外面(第2側壁容量電極および第3貫通溝で形成される面であって、第3貫通溝の内面でもある)は、その平面形状が前記S形状に略相似の曲線形状であり、
さらに、
前記曲線形状の第1側壁容量電極を形成する導電体の厚み(幅)は各部分で略一定であり、曲線形状の第1貫通溝の幅は各部分で略一定であり、曲線形状の第2側壁容量電極を形成する導電体の各辺厚み(幅)は各部分で略一定であり、
曲線形状の第1側壁容量電極を形成する導電体全体はれ第1側壁容量電極を形成し、
曲線形状の第2側壁容量電極を形成する導電体全体は第2側壁容量電極を形成することを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載の静電容量型圧力センサーである。
(9) In the present invention, the side surface of the second through groove is surrounded by the conductive substrate forming the first side wall capacitive electrode, and the conductive substrate forming the first side wall capacitive electrode is formed by the first through groove. The first through groove is surrounded by a conductive substrate that forms a second sidewall capacitor electrode, and the conductive substrate that forms the second sidewall capacitor electrode is surrounded by a third through groove. Surrounded by the sides,
The outer surface of the second through-groove (the surface formed by the conductive substrate that forms the second through-groove and the first sidewall capacitor electrode, and is also the inner surface of the conductor substrate that forms the first sidewall capacitor electrode), The planar shape is a curved shape (S shape),
The outer surface of the first side wall capacitor electrode (the surface formed by the first side wall capacitor electrode and the first through groove and also the inner surface of the first through groove) has a planar shape that is substantially similar to the S shape. Shape,
The outer surface of the first through groove (the surface formed by the second side wall capacitor electrode and the first through groove and also the inner surface of the second side wall capacitor electrode) has a planar shape substantially similar to the S shape. Shape,
The outer surface of the second side wall capacitor electrode (the surface formed by the second side wall capacitor electrode and the third through groove, which is also the inner surface of the third through groove) has a planar shape that is substantially similar to the S shape. Shape,
further,
The thickness (width) of the conductor forming the curved first sidewall capacitor electrode is substantially constant in each portion, and the width of the curved first through groove is substantially constant in each portion. The thickness (width) of each side of the conductor forming the two side wall capacitive electrode is substantially constant in each part,
The entire conductor that forms the curved first sidewall capacitor electrode is stripped to form the first sidewall capacitor electrode,
The capacitance type pressure sensor according to any one of (1) to (5), wherein the entire conductor forming the curved second sidewall capacitance electrode forms the second sidewall capacitance electrode. .

(10)本発明は、第3貫通溝を取り囲むその側面が連続する導電体基板(第3連続導電体基板)をさらに有し、第3貫通溝はこれら第1面絶縁体基板、第2面絶縁体基板、導電体基板(第3連続導電体基板)によって囲まれた閉空間であることを特徴とする、(8)または(9)に記載の静電容量型圧力センサーである。
(11)本発明は、第3貫通溝の上面の第1絶縁体基板および/または下面の第2絶縁体基板における1部の領域に圧力を導入する圧力伝達孔が形成されていることを特徴とする、(10)に記載の静電容量型圧力センサーである。
(12)本発明は、第3貫通溝の上面の第1絶縁体基板および/または下面の第2絶縁体基板における1部の領域に圧力を導入する圧力伝達孔が形成されていることを特徴とする、(10)に記載の静電容量型圧力センサーである。
(13)本発明は、導電体基板は、高濃度不純物元素を有する低抵抗のN型シリコン基板、高濃度不純物元素を有する低抵抗のP型シリコン基板、導電性ゴム基板、導電性高分子材料基板、銅やアルミニウム等の金属基板から選択された基板であることを特徴とする(1)〜(12)のいずれかに記載の静電容量型圧力センサー。
(14)本発明は、第1面絶縁体基板は、ガラス基板、石英基板、透明プラスチック基板、高分子材料基板、セラミック基板から選択された基板であることを特徴とする(1)〜(13)のいずれかに記載の静電容量型圧力センサーである。
(15)本発明は、第2面絶縁体基板は、ガラス基板、石英基板、透明プラスチック基板、高分子材料基板、セラミック基板から選択された基板であることを特徴とする(1)〜(14)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーである。
(10) The present invention further includes a conductor substrate (third continuous conductor substrate) whose side surface surrounding the third through groove is continuous, and the third through groove includes the first surface insulator substrate and the second surface. The capacitive pressure sensor according to (8) or (9), characterized in that it is a closed space surrounded by an insulator substrate and a conductor substrate (third continuous conductor substrate).
(11) The present invention is characterized in that a pressure transmission hole for introducing pressure is formed in a part of the first insulator substrate on the upper surface of the third through groove and / or the second insulator substrate on the lower surface. The capacitance type pressure sensor according to (10).
(12) The present invention is characterized in that a pressure transmission hole for introducing pressure is formed in a part of the first insulator substrate on the upper surface of the third through groove and / or the second insulator substrate on the lower surface. The capacitance type pressure sensor according to (10).
(13) In the present invention, the conductive substrate is a low-resistance N-type silicon substrate having a high-concentration impurity element, a low-resistance P-type silicon substrate having a high-concentration impurity element, a conductive rubber substrate, and a conductive polymer material. The capacitive pressure sensor according to any one of (1) to (12), wherein the capacitive pressure sensor is a substrate selected from a substrate and a metal substrate such as copper or aluminum.
(14) In the present invention, the first surface insulator substrate is a substrate selected from a glass substrate, a quartz substrate, a transparent plastic substrate, a polymer material substrate, and a ceramic substrate. The capacitance type pressure sensor according to any one of the above.
(15) In the present invention, the second surface insulator substrate is a substrate selected from a glass substrate, a quartz substrate, a transparent plastic substrate, a polymer material substrate, and a ceramic substrate. The capacitance type pressure sensor according to any one of items 1).

(16)本発明は、上面(第1面)および下面(第2面)を有する(たとえば、2.0mm以下の厚みを持つ)導電体基板の第2面に(たとえば、1.0mm以下の厚みを持つ)絶縁体基板(第2面絶縁体基板)とを付着させた複合基板を作製する工程、
前記導電体基板の第1面側にパターニングされた感光性膜を用いて導電体基板の第1面から第2面に貫通し第2面絶縁体基板に達する貫通溝を形成する工程、
前記導電体基板の第1面側に(たとえば、1.0mm以下の厚みを持つ)絶縁体基板(第1面絶縁体基板)を付着させ、前記貫通溝の1部または全部を閉空間とする工程
を含む静電容量型圧力センサーの製造方法であって、
隣接する2つの貫通溝により挟まれた導電体側壁を静電容量素子の電極として用い、前記隣接する2つの貫通溝内部の圧力差により前記導電体側壁電極が変形することによる静電容量素子の電気容量が変化することを用いた静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(16) The present invention provides a second surface (for example, 1.0 mm or less) having a top surface (first surface) and a bottom surface (second surface) (for example, having a thickness of 2.0 mm or less). Producing a composite substrate to which an insulating substrate (thick surface insulating substrate) having a thickness is attached;
Forming a through groove penetrating from the first surface of the conductor substrate to the second surface using the patterned photosensitive film on the first surface side of the conductor substrate and reaching the second surface insulator substrate;
An insulator substrate (first surface insulator substrate) (for example, having a thickness of 1.0 mm or less) is attached to the first surface side of the conductor substrate, and a part or all of the through groove is a closed space. A method for manufacturing a capacitive pressure sensor including a process,
A conductor side wall sandwiched between two adjacent through grooves is used as an electrode of a capacitance element, and the capacitance side wall electrode is deformed by a pressure difference inside the two adjacent through grooves. It is a manufacturing method of a capacitance type pressure sensor using change of electric capacity.

(17)本発明は、表面(第1面)および裏面(第2面)を有する(たとえば、2.0mm以下の厚みを持つ)導電体基板の第2面に(たとえば、1.0mm以下の厚みを持つ)絶縁体基板(第2面絶縁体基板)とを付着させた複合基板を作製する工程、
前記導電体基板の第1面側にパターニングされた感光性膜を用いて導電体基板の第1面から第2面に貫通し第2面絶縁体基板に達する第1面貫通溝を形成する工程、
前記導電体基板の第1面側に(たとえば、1.0mm以下の厚みを持つ)絶縁体基板(第1面絶縁体基板)を付着させ、前記第1面貫通溝の1部または全部を閉空間とする工程、
前記複合基板の第2面絶縁体基板にパターニングされた感光性膜を用いて第2面絶縁体基板および導電体基板の第2面から第1面に貫通し第1面絶縁体基板に達する貫通溝(第2面貫通溝)を形成する工程、
を含む静電容量型圧力センサーの製造方法であって、
隣接する2つの貫通溝(第1面貫通溝および第2面貫通溝)により挟まれた導電体側壁を静電容量素子の電極として用い、第1面貫通溝の圧力と第2面貫通溝の圧力差により前記導電体側壁電極が変形することによる静電容量素子の電気容量が変化することを用いた静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(17) The present invention provides a second surface (for example, 1.0 mm or less) having a front surface (first surface) and a back surface (second surface) (for example, having a thickness of 2.0 mm or less). Producing a composite substrate to which an insulating substrate (thick surface insulating substrate) having a thickness is attached;
Forming a first surface through groove penetrating from the first surface of the conductor substrate to the second surface using the patterned photosensitive film on the first surface side of the conductor substrate and reaching the second surface insulator substrate; ,
An insulator substrate (first surface insulator substrate) (for example, having a thickness of 1.0 mm or less) is attached to the first surface side of the conductor substrate, and a part or all of the first surface through groove is closed. The process of making space,
Using the photosensitive film patterned on the second surface insulator substrate of the composite substrate, the second surface insulator substrate and the second surface of the conductor substrate penetrate from the second surface to the first surface to reach the first surface insulator substrate. Forming a groove (second surface through groove);
A method of manufacturing a capacitive pressure sensor including:
The conductor side wall sandwiched between two adjacent through grooves (first surface through groove and second surface through groove) is used as an electrode of the capacitance element, and the pressure of the first surface through groove and the second surface through groove are This is a method of manufacturing a capacitive pressure sensor using the change in the capacitance of the capacitive element caused by the deformation of the conductor side wall electrode due to the pressure difference.

(18)本発明は、前記導電体基板の第1面側に(たとえば、1.0mm以下の厚みを持つ)絶縁体基板(第1面絶縁体基板)を付着させ、前記第1面貫通溝の1部または全部を閉空間とする工程の後に、第2面絶縁基板を薄くする工程をさらに含むことを特徴とする、(17)に記載の静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(19)本発明は、貫通溝或いは、第1面貫通溝および/または第2面貫通溝の上面に付着している第1面絶縁体基板、および/または貫通溝或いは、第1面貫通溝および/または第2面貫通溝の下面に付着している第2面絶縁体基板に圧力伝達孔を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、(16)〜(18)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(20)本発明は、隣接する2つの貫通溝(第1面貫通溝および第2面貫通溝)により挟まれた導電体側壁である前記静電容量素子の電極と連続する導電体基板、およびこれと対向する静電容量素子の他方の電極連続する導電体基板の上面に付着した第1面絶縁体基板および/または仮面に付着しや第2面絶縁体基板における1部の領域にコンタクト孔を形成する工程、および前記コンタクト孔に導電体膜を形成し第1面絶縁体基板上および/または第2面絶縁体基板上に外部と接続するための電極・配線を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、(16)〜(19)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーの製造方法。
(18) In the present invention, an insulator substrate (first surface insulator substrate) (for example, having a thickness of 1.0 mm or less) is attached to the first surface side of the conductor substrate, and the first surface through groove The method of manufacturing a capacitive pressure sensor according to (17), further including a step of thinning the second surface insulating substrate after the step of setting a part or all of the closed space.
(19) The present invention provides a first surface insulator substrate and / or a through groove or a first surface through groove attached to an upper surface of the through groove or the first surface through groove and / or the second surface through groove. And / or further comprising a step of forming a pressure transmission hole in the second surface insulator substrate adhering to the lower surface of the second surface through groove, any one of (16) to (18), The method for producing the capacitance type pressure sensor described in 1.
(20) The present invention provides a conductive substrate that is continuous with the electrode of the capacitance element, which is a conductive sidewall sandwiched between two adjacent through grooves (first surface through groove and second surface through groove), and The other electrode of the capacitive element opposite to the first surface insulator substrate attached to the upper surface of the continuous conductor substrate and / or the temporary surface, or a contact hole in a part of the second surface insulator substrate And a step of forming a conductor film in the contact hole and forming an electrode / wiring for connecting to the outside on the first surface insulator substrate and / or the second surface insulator substrate. The method for producing a capacitive pressure sensor according to any one of (16) to (19), wherein:

(21)本発明は、導電体基板は、高濃度不純物元素を有する低抵抗のN型シリコン基板、高濃度不純物元素を有する低抵抗のP型シリコン基板、導電性ゴム基板、導電性高分子材料基板、銅やアルミニウム等の金属基板から選択された基板であることを特徴とする、(16)〜(20)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(22)本発明は、第1面絶縁体基板は、ガラス基板、石英基板、透明プラスチック基板、高分子材料基板、セラミック基板から選択された基板であることを特徴とする、(16)〜(21)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(23)本発明は、第2面絶縁体基板は、ガラス基板、石英基板、透明プラスチック基板、高分子材料基板、セラミック基板から選択された基板であることを特徴とする、(16)〜(22)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(21) In the present invention, the conductive substrate is a low-resistance N-type silicon substrate having a high-concentration impurity element, a low-resistance P-type silicon substrate having a high-concentration impurity element, a conductive rubber substrate, and a conductive polymer material. It is a board | substrate selected from metal substrates, such as a board | substrate and copper and aluminum, It is a manufacturing method of the electrostatic capacitance type pressure sensor as described in any one of (16)-(20) characterized by the above-mentioned.
(22) In the present invention, the first surface insulator substrate is a substrate selected from a glass substrate, a quartz substrate, a transparent plastic substrate, a polymer material substrate, and a ceramic substrate. 21) The method for producing a capacitive pressure sensor according to any one of items 21).
(23) The present invention is characterized in that the second surface insulator substrate is a substrate selected from a glass substrate, a quartz substrate, a transparent plastic substrate, a polymer material substrate, and a ceramic substrate. 22) The method for producing a capacitive pressure sensor according to any one of the items 22).

(24)本発明は、上面(第1面)側に低濃度不純物領域を有し、その下側に下面(第2面)に達する逆導電型の高濃度不純物領域を有するシリコン基板において、第1面側から形成され第2面に達しない溝(第1面溝)および第2面側から形成され基板厚み方向に対して第1面側の低濃度不純物領域に達するが第1面には達しない溝(第2面溝)を有する静電容量型圧力センサーであって、
隣接する第1面溝O1および第2面溝Q2により挟まれたシリコン基板側壁(A1)を一方の静電容量素子の電極として用い、第2面溝Q2を挟んで第1面溝O1と対向する第1面溝O2および第2面溝Q2により挟まれたシリコン基板側壁(A2)を他方の静電容量素子の電極として用い、第1面溝O1およびO2の圧力と第2面溝Q2の圧力差により前記シリコン基板側壁A1およびA2が変形することにより、第2面溝Q2における静電容量素子の電気容量が変化することによって圧力検出を行うことを特徴とする静電容量型圧力センサーであり、
前記第1面溝O1およびO2は第2面溝によって囲まれていて、シリコン基板の上面(第1面)側における低濃度不純物領域を有するシリコン基板によって支持されていることを特徴とする静電容量型圧力センサーである。
(24) The present invention provides a silicon substrate having a low concentration impurity region on the upper surface (first surface) side and a reverse conductivity type high concentration impurity region reaching the lower surface (second surface) on the lower side. A groove formed from one surface side (first surface groove) that does not reach the second surface and a low concentration impurity region that is formed from the second surface side and reaches the first surface side with respect to the substrate thickness direction. A capacitive pressure sensor having a groove that does not reach (second surface groove),
The silicon substrate side wall (A1) sandwiched between the adjacent first surface groove O1 and second surface groove Q2 is used as an electrode of one capacitance element, and is opposed to the first surface groove O1 with the second surface groove Q2 interposed therebetween. The side wall (A2) of the silicon substrate sandwiched between the first surface groove O2 and the second surface groove Q2 is used as the electrode of the other electrostatic capacitance element, and the pressure of the first surface grooves O1 and O2 and the second surface groove Q2 A capacitance type pressure sensor that performs pressure detection by changing the capacitance of the capacitance element in the second surface groove Q2 by deforming the silicon substrate side walls A1 and A2 due to a pressure difference. Yes,
The first surface grooves O1 and O2 are surrounded by a second surface groove and supported by a silicon substrate having a low-concentration impurity region on the upper surface (first surface) side of the silicon substrate. It is a capacitive pressure sensor.

(25)本発明は、上面(第1面)側に低濃度不純物領域を有し、その下側に下面(第2面)に達する逆導電型の高濃度不純物領域を有するシリコン基板において、第1面側から形成され第2面に達する貫通溝(第1面貫通溝R1)および第2面側から形成され基板厚み方向に対して第1面側の低濃度不純物領域に達するが第1面には達しない溝(第2面溝)を有する静電容量型圧力センサーであって、
隣接する第1面貫通溝R1および第2面溝Q2により挟まれたシリコン基板側壁(A1)を一方の静電容量素子の電極として用い、第2面溝Q2を挟んで第1面貫通溝R1と対向する第1面貫通溝R2および第2面溝Q2により挟まれたシリコン基板側壁(A2)を他方の静電容量素子の電極として用い、第1面貫通溝R1およびR2の圧力と第2面溝Q2の圧力差により前記シリコン基板側壁A1およびA2が変形することにより、第2面溝Q2における静電容量素子の電気容量が変化することによって圧力検出を行うことを特徴とする静電容量型圧力センサーであり、
前記第1面貫通溝R1およびR2は第2面溝によって囲まれていて、シリコン基板の上面(第1面)側における低濃度不純物領域を有するシリコン基板によって支持されていることを特徴とする静電容量型圧力センサーである。
(25) The present invention provides a silicon substrate having a low concentration impurity region on the upper surface (first surface) side and a reverse conductivity type high concentration impurity region reaching the lower surface (second surface) on the lower side. A through groove (first surface through groove R1) formed from one surface side and reaching the second surface and a low concentration impurity region formed from the second surface side and reaching the first surface side with respect to the substrate thickness direction. A capacitive pressure sensor having a groove (second surface groove) that does not reach
The silicon substrate side wall (A1) sandwiched between the adjacent first surface through groove R1 and second surface groove Q2 is used as an electrode of one capacitance element, and the first surface through groove R1 is sandwiched between the second surface groove Q2. The silicon substrate side wall (A2) sandwiched between the first surface through groove R2 and the second surface groove Q2 facing each other is used as the electrode of the other electrostatic capacitance element, and the pressure in the first surface through grooves R1 and R2 and the second Capacitance characterized in that pressure detection is performed by changing the capacitance of the capacitive element in the second surface groove Q2 by deforming the silicon substrate side walls A1 and A2 due to the pressure difference of the surface groove Q2. Mold pressure sensor,
The first surface through grooves R1 and R2 are surrounded by a second surface groove and supported by a silicon substrate having a low concentration impurity region on the upper surface (first surface) side of the silicon substrate. It is a capacitance type pressure sensor.

(26)本発明は、第1面貫通溝R1およびR2の第2面側は絶縁基板が付着して閉じられていることを特徴とする、(25)に記載の静電容量型圧力センサーである。
(27)本発明は、第2面溝Q2側の上部における低濃度不純物領域には、これと逆導電型の高濃度不純物拡散層を形成しないことを特徴とする静電容量型圧力センサーであって、第2面溝Q2側とは異なる第2面貫通溝の上部における低濃度不純物領域(B領域)における上面およびそれにつながる第1面溝O1およびO2、或いは第1面貫通溝R1およびR2の側壁における低濃度不純物領域にこれと逆導電型の高濃度不純物拡散層を形成するとともに、前記B領域における上面に形成された高濃度不純物拡散層に接続する電極・配線(C電極・配線)を形成し、第2面溝Q2側の第1面溝O1および第1面溝O2あるいは、第1面貫通溝R1および第1面貫通溝R2の側壁における高濃度不純物(低抵抗)領域であるシリコン半導体基板と、第1面溝O1および第1面溝O2あるいは、第1面貫通溝R1およびR2の側壁における高濃度不純物(低抵抗)領域であるシリコン半導体基板を通じて前記C電極・配線と電気的に接続していることを特徴とする、(24)〜(26)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーである。
(26) The capacitive pressure sensor according to (25), wherein the second surface side of the first surface through grooves R1 and R2 is closed with an insulating substrate attached thereto. is there.
(27) The present invention is a capacitance-type pressure sensor characterized in that a high-concentration impurity diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the low-concentration impurity region on the second surface groove Q2 side is not formed. The upper surface of the low-concentration impurity region (B region) at the upper part of the second surface through groove different from the second surface groove Q2 side and the first surface grooves O1 and O2 connected thereto or the first surface through grooves R1 and R2 A high-concentration impurity diffusion layer of the opposite conductivity type is formed in the low-concentration impurity region on the side wall, and electrodes / wirings (C electrodes / wirings) connected to the high-concentration impurity diffusion layer formed on the upper surface in the B region are formed. Silicon that is formed and is a high-concentration impurity (low resistance) region on the first surface groove O1 and first surface groove O2 on the second surface groove Q2 side or on the side wall of the first surface through groove R1 and first surface through groove R2 Semiconductor base And electrically connected to the C electrode / wiring through the silicon semiconductor substrate which is a high concentration impurity (low resistance) region on the side wall of the first surface groove O1 and the first surface groove O2 or the first surface through grooves R1 and R2. The capacitance type pressure sensor according to any one of (24) to (26), wherein

(28)本発明は、第2面溝Q2側の上部における低濃度不純物領域の第1面には、これと逆導電型の高濃度不純物拡散層を形成しないことを特徴とする静電容量型圧力センサーであって、第2面溝Q2側とは異なる第2面貫通溝の上部における低濃度不純物領域(B領域)における上面およびそれにつながる第1面溝O1およびO2、或いは第1面貫通溝R1およびR2の側壁における低濃度不純物領域にこれと逆導電型の高濃度不純物拡散層を形成するとともに、前記B領域における上面に形成された高濃度不純物拡散層に接続する電極・配線(C電極・配線)を形成し、第2面溝Q2側の第1面溝O1および第1面溝O2あるいは、第1面貫通溝R1および第1面貫通溝R2の側壁における高濃度不純物(低抵抗)領域であるシリコン半導体基板と、第1面溝O1および第1面溝O2あるいは、第1面貫通溝R1およびR2の側壁における高濃度不純物(低抵抗)領域であるシリコン半導体基板を通じて前記C電極・配線と電気的に接続していることを特徴とする、(24)〜(26)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーである。
(29)本発明は、低濃度不純物領域は高濃度不純物を有する低抵抗シリコン基板上にエピタキシャル成長法により形成した領域であることを特徴とする、(24)〜(28)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーである。
(30)本発明は、低濃度不純物領域は高濃度不純物を有する低抵抗シリコン基板上に高濃度不純物を有する高抵抗シリコン基板を貼り合わせることによって形成された領域であることを特徴とする、(24)〜(28)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーである。
(31)本発明は、第1面溝O1およびO2或いは、第1面貫通溝R1およびR2の低濃度不純物領域には、これと逆導電型の不純物拡散層を、回転イオン注入法またはプリデポ法により導入した高濃度不純物層から熱処理により拡散させて作成したものであることを特徴とする、(24)〜(30)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーである。
(32)本発明は、トランジスタ等の半導体デバイスが形成されたシリコン基板と同一のシリコン基板に搭載されていることを特徴とする、(24)〜(31)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーである。
(33)本発明は、(24)〜(31)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーを同一チップ内に搭載したことを特徴とする半導体デバイス。
(28) The present invention does not form a high-concentration impurity diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the first surface of the low-concentration impurity region in the upper part on the second surface groove Q2 side. The upper surface of the low concentration impurity region (B region) in the upper part of the second surface through groove different from the second surface groove Q2 side and the first surface grooves O1 and O2 connected thereto, or the first surface through groove, which is a pressure sensor A high-concentration impurity diffusion layer having a conductivity type opposite to this is formed in the low-concentration impurity regions on the sidewalls of R1 and R2, and electrodes / wirings (C electrodes) connected to the high-concentration impurity diffusion layer formed on the upper surface in the B region High-concentration impurities (low resistance) on the first surface groove O1 and the first surface groove O2 on the second surface groove Q2 side or the side walls of the first surface through groove R1 and the first surface through groove R2 Silicon that is the region Through the conductor substrate and the silicon semiconductor substrate which is a high concentration impurity (low resistance) region in the side wall of the first surface groove O1 and the first surface groove O2 or the first surface through grooves R1 and R2, the C electrode / wiring is electrically connected The capacitance type pressure sensor according to any one of (24) to (26), wherein the capacitance type pressure sensor is connected to the capacitor.
(29) According to the present invention, in any one of the items (24) to (28), the low concentration impurity region is a region formed by epitaxial growth on a low resistance silicon substrate having a high concentration impurity. It is an electrostatic capacitance type pressure sensor of description.
(30) The present invention is characterized in that the low concentration impurity region is a region formed by bonding a high resistance silicon substrate having a high concentration impurity on a low resistance silicon substrate having a high concentration impurity. 24) A capacitance type pressure sensor according to any one of the items (28).
(31) In the present invention, an impurity diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the first surface grooves O1 and O2 or the first surface through-grooves R1 and R2 is formed by a rotary ion implantation method or a pre-deposition method. The capacitance-type pressure sensor according to any one of (24) to (30), wherein the capacitance-type pressure sensor is produced by diffusing by heat treatment from a high-concentration impurity layer introduced by (1).
(32) The invention according to any one of (24) to (31), wherein the present invention is mounted on the same silicon substrate as that on which a semiconductor device such as a transistor is formed. It is a capacitance type pressure sensor.
(33) The present invention provides a semiconductor device in which the capacitive pressure sensor according to any one of (24) to (31) is mounted in the same chip.

(34)本発明は、上面(第1面)側に低濃度不純物領域を有し、その下側に下面(第2面)に達する逆導電型の高濃度不純物領域を有するシリコン基板において、
第1面側から第2面側に達しない溝(第1面溝)を形成する工程、および
第2面側から第1面側の低濃度不純物領域に達するが第1面には達しない溝(第2面溝)を形成する工程を含むことを特徴とする、静電容量型圧力センサーの製造方法であって、
隣接する第1面溝O1および第2面溝Q2により挟まれたシリコン基板側壁(A1)を一方の静電容量素子の電極として用い、第2面溝Q2を挟んで第1面溝O1と対向する第1面溝O2および第2面溝Q2により挟まれたシリコン基板側壁(A2)を他方の静電容量素子の電極として用い、第1面溝O1およびO2の圧力と第2面溝Q2の圧力差により前記シリコン基板側壁A1およびA2が変形することにより、第2面溝Q2における静電容量素子の電気容量が変化することによって圧力検出を行うことを特徴とする静電容量型圧力センサーの製造方法であり、
前記第1面溝O1およびO2は第2面溝によって囲まれていて、シリコン基板の上面(第1面)側における低濃度不純物領域を有するシリコン基板によって支持されていることを特徴とする静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(34) The present invention provides a silicon substrate having a low concentration impurity region on the upper surface (first surface) side and a reverse conductivity type high concentration impurity region reaching the lower surface (second surface) on the lower side.
A step of forming a groove (first surface groove) that does not reach the second surface side from the first surface side, and a groove that reaches the low concentration impurity region on the first surface side from the second surface side but does not reach the first surface A method of manufacturing a capacitive pressure sensor, comprising a step of forming (second surface groove),
The silicon substrate side wall (A1) sandwiched between the adjacent first surface groove O1 and second surface groove Q2 is used as an electrode of one capacitance element, and is opposed to the first surface groove O1 with the second surface groove Q2 interposed therebetween. The side wall (A2) of the silicon substrate sandwiched between the first surface groove O2 and the second surface groove Q2 is used as the electrode of the other electrostatic capacitance element, and the pressure of the first surface grooves O1 and O2 and the second surface groove Q2 A capacitance type pressure sensor characterized in that pressure detection is performed by changing the capacitance of the capacitive element in the second surface groove Q2 by deforming the silicon substrate side walls A1 and A2 due to a pressure difference. Manufacturing method,
The first surface grooves O1 and O2 are surrounded by a second surface groove and supported by a silicon substrate having a low-concentration impurity region on the upper surface (first surface) side of the silicon substrate. This is a method of manufacturing a capacitive pressure sensor.

(35)本発明は、上面(第1面)側に低濃度不純物領域を有し、その下側に下面(第2面)に達する逆導電型の高濃度不純物領域を有するシリコン基板において、
第1面側から第2面に達する貫通溝(第1面貫通溝)を形成する工程、および
第2面側から第1面側の低濃度不純物領域に達するが第1面には達しない溝(第2面溝)を形成する工程を含むことを特徴とする、静電容量型圧力センサーの製造方法であって、
隣接する第1面貫通溝(第1面貫通溝R1)および第2面溝(第2面溝Q2)により挟まれたシリコン基板側壁(A1)を一方の静電容量素子の電極として用い、第2面溝Q2を挟んで第1面貫通溝R1と対向する第1面貫通溝R2および第2面溝Q2により挟まれたシリコン基板側壁(A2)を他方の静電容量素子の電極として用い、第1面貫通溝R1およびR2の圧力と第2面溝Q2の圧力差により前記シリコン基板側壁A1およびA2が変形することにより、第2面溝Q2における静電容量素子の電気容量が変化することによって圧力検出を行うことを特徴とする静電容量型圧力センサーの製造方法であり、
前記第1面貫通溝R1およびR2は第2面溝によって囲まれていて、シリコン基板の上面(第1面)側における低濃度不純物領域を有するシリコン基板によって支持されていることを特徴とする静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(36)本発明は、前記第1面貫通溝を形成した後に、第1面貫通溝の第2面側に絶縁基板を付着する工程をさらに含み、これによって、第1面貫通溝の第2面側は閉じられていることを特徴とする、(35)に記載の静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(37)本発明は、第1面貫通溝における側壁の低濃度基板表面にこれと逆導電型の不純物層をプリデポ法により、或いは回転イオン注入法により導入する工程をさらに含むことを特徴とする、(34)〜(36)のいずれかの項に記載の静電容量型圧力センサーの製造方法である。
(35) The present invention provides a silicon substrate having a low-concentration impurity region on the upper surface (first surface) side and a reverse-conduction type high-concentration impurity region reaching the lower surface (second surface) on the lower side.
A step of forming a through groove (first surface through groove) reaching the second surface from the first surface side, and a groove reaching the low concentration impurity region on the first surface side from the second surface side but not reaching the first surface A method of manufacturing a capacitive pressure sensor, comprising a step of forming a (second surface groove),
The silicon substrate side wall (A1) sandwiched between the adjacent first surface through groove (first surface through groove R1) and second surface groove (second surface groove Q2) is used as an electrode of one capacitance element. The silicon substrate side wall (A2) sandwiched between the first surface through groove R2 and the second surface groove Q2 facing the first surface through groove R1 with the two surface groove Q2 interposed therebetween is used as an electrode of the other capacitance element. The silicon substrate side walls A1 and A2 are deformed by the pressure difference between the first surface through grooves R1 and R2 and the second surface groove Q2, so that the capacitance of the electrostatic capacitance element in the second surface groove Q2 changes. A method of manufacturing a capacitive pressure sensor, wherein pressure detection is performed by:
The first surface through grooves R1 and R2 are surrounded by a second surface groove and supported by a silicon substrate having a low concentration impurity region on the upper surface (first surface) side of the silicon substrate. This is a method of manufacturing a capacitive pressure sensor.
(36) The present invention further includes a step of attaching an insulating substrate to the second surface side of the first surface through groove after forming the first surface through groove, whereby the second surface through groove second is formed. The method for producing a capacitive pressure sensor according to (35), wherein the surface side is closed.
(37) The present invention further includes a step of introducing an impurity layer having a conductivity type opposite to that of the low concentration substrate surface on the side wall of the first surface through groove by a predeposition method or a rotary ion implantation method. , (34) to (36) The method for producing a capacitive pressure sensor according to any one of the items.

(38)本発明は、半導体基板の厚み方向に深い溝または貫通孔を形成して、溝または貫通孔同士の間で形成される容量を用いて、圧力センサーを形成する。また、この溝または貫通孔側面(側壁)にピエゾ抵抗を形成して、貫通孔側壁の変形によるピエゾ抵抗の変化を利用して、圧力センサーを形成する。
(39)本発明は、半導体基板の厚み方向に形成された複数の溝部を有する半導体装置において、隣接する複数の溝部の1つの溝部(第1溝部)内の空間の圧力と、これと隣接する溝部(第2溝部)内の空間の圧力によって、第1溝部と第2溝部の間の側壁(隔壁)が変形することを利用した圧力センサーを有する半導体装置である。
(40)本発明は、第1溝部内および/または第2溝部内の容量変化により圧力検出をする静電容量型圧力センサーを有し、第1溝部の開口部をキャップにより気密にして一定の圧力に保持したことを特徴とする。さらに、第1溝部の開口部に1つまたは複数の圧力導入孔を設けたキャップを取り付け、第2溝部の開口部に1つまたは複数の圧力導入孔を設けたキャップを取り付けたことを特徴とする。
(38) In the present invention, a deep groove or a through hole is formed in the thickness direction of the semiconductor substrate, and a pressure sensor is formed using a capacitance formed between the grooves or the through holes. Further, a piezoresistor is formed on the side surface (side wall) of the groove or the through hole, and a pressure sensor is formed by utilizing a change in piezo resistance due to deformation of the through hole side wall.
(39) The present invention provides a semiconductor device having a plurality of grooves formed in the thickness direction of the semiconductor substrate, and the pressure in the space in one groove (first groove) of the plurality of adjacent grooves and the adjacent one. This is a semiconductor device having a pressure sensor that utilizes the deformation of the side wall (partition wall) between the first groove portion and the second groove portion due to the pressure of the space in the groove portion (second groove portion).
(40) The present invention has a capacitive pressure sensor that detects pressure by changing the capacitance in the first groove and / or the second groove, and the opening of the first groove is made airtight by a cap and is fixed. It is characterized by being held at pressure. Furthermore, a cap provided with one or a plurality of pressure introducing holes is attached to the opening of the first groove, and a cap provided with one or a plurality of pressure introducing holes is attached to the opening of the second groove. To do.

(41)本発明は、第2溝部に対して第1溝部と対向する、第2溝部に隣接する第3の溝部(第3溝部)を有する半導体装置において、第1溝部内および第3溝部内は同じ圧力になり、この圧力は第2溝部内の圧力と異なり、第1溝部と第2溝部との間の側壁(隔壁)において第1溝部側壁に第1の電極が形成され、第3の溝部と第2の溝部との間の側壁(隔壁)において第3の溝部側壁に第2の電極が形成され、第1の電極と第2の電極の間で容量が形成されていることを特徴とする。第1溝部の対向する2つの側壁に分離された2つの電極を有し、これらの2つの電極間で第1溝部内空間容量が形成されていることを特徴とする。
(42)本発明は、第2溝部の対向する2つの側壁に分離された2つの電極を有し、これらの2つの電極間で第2溝部内空間容量が形成されていて、2つ以上の容量が並列に接続していることを特徴とする。或いは、2つ以上の容量が直列に接続していることを特徴とする。
(43)本発明は、半導体基板の厚み方向に形成された、半導体基板の第1の面と第2の面とを貫通した複数の貫通孔を有する半導体装置において、隣接する複数の貫通孔の1つの貫通孔(第1貫通孔)内の空間の圧力と、これと隣接する貫通孔(第2貫通孔)内の空間の圧力によって、第1貫通孔と第2貫通孔の間の側壁(隔壁)が変形することを利用し、第1貫通孔内および/または第2貫通孔内の容量変化により圧力検出をする静電容量型圧力センサーを有し、第1貫通孔の開口部をキャップにより気密にして一定の圧力に保持したことを特徴とする。また、第1貫通孔の開口部に1つまたは複数の圧力導入孔を設けたキャップを取り付け、第2貫通孔の開口部に1つまたは複数の圧力導入孔を設けたキャップを取り付けたことを特徴とする。
(41) The present invention provides a semiconductor device having a third groove portion (third groove portion) adjacent to the second groove portion and facing the first groove portion with respect to the second groove portion, in the first groove portion and the third groove portion. Is different from the pressure in the second groove portion, and the first electrode is formed on the side wall (partition wall) between the first groove portion and the second groove portion on the first groove portion side wall. A second electrode is formed on the side wall (partition wall) between the groove and the second groove, and a capacitor is formed between the first electrode and the second electrode. And It has two electrodes separated on two opposite side walls of the first groove, and a space capacity in the first groove is formed between these two electrodes.
(42) The present invention has two electrodes separated on two opposing side walls of the second groove portion, and a space capacity in the second groove portion is formed between the two electrodes, and two or more Capacitors are connected in parallel. Alternatively, two or more capacitors are connected in series.
(43) The present invention provides a semiconductor device having a plurality of through holes formed in the thickness direction of the semiconductor substrate and penetrating the first surface and the second surface of the semiconductor substrate. A side wall (between the first through hole and the second through hole) due to the pressure in the space in one through hole (first through hole) and the pressure in the space in the through hole (second through hole) adjacent thereto. A capacitance type pressure sensor that detects pressure by changing the capacitance in the first through hole and / or in the second through hole by utilizing the deformation of the partition wall, and caps the opening of the first through hole It is characterized by being airtight and kept at a constant pressure. In addition, a cap having one or more pressure introduction holes is attached to the opening of the first through hole, and a cap having one or more pressure introduction holes is attached to the opening of the second through hole. Features.

(44)本発明は、第2貫通孔に対して第1貫通孔と対向する、第2貫通孔に隣接する第3の貫通孔(第3貫通孔)を有する半導体装置において、第1貫通孔内および第3貫通孔内は同じ圧力になり、この圧力は第2貫通孔内の圧力と異なり、第1貫通孔と第2貫通孔との間の側壁(隔壁)において第1貫通孔側壁に第1の電極が形成され、第3の貫通孔と第2の貫通孔との間の側壁(隔壁)において第3の貫通孔側壁に第2の電極が形成され、第1の電極と第2の電極の間で容量が形成されていることを特徴とする。さらに、第1貫通孔の対向する2つの側壁に分離された2つの電極を有し、これらの2つの電極間で第1貫通孔内空間容量が形成されていることを特徴とする。
(45)本発明は、第2貫通孔の対向する2つの側壁に分離された2つの電極を有し、これらの2つの電極間で第2貫通孔内空間容量が形成されていて、2つ以上の容量が並列に接続していることを特徴とする。或いは、2つ以上の容量が直列に接続していることを特徴とする。
(46)本発明は、前記側壁(隔壁)に形成されたピエゾ抵抗の変化により圧力検出をするピエゾ抵抗型圧力センサーを有する。さらに、2つ以上の溝部側壁に形成された抵抗が並列に接続していることを特徴とする。或いは、2つ以上の溝部側壁に形成された抵抗が直列に接続していることを特徴とする。或いは、4つの抵抗体が1つの溝部側壁に形成された環状直列に接続していることを特徴とする。また、第1溝部または第1貫通孔の開口部をキャップにより気密にして一定の圧力に保持し、また、第1溝部および/または第2溝部、あるいは第1貫通孔および/または第2貫通孔の開口部に1つまたは複数の圧力導入孔を設けたキャップを取り付けたことを特徴とする。
(44) The present invention provides a first through hole in a semiconductor device having a third through hole (third through hole) adjacent to the second through hole and facing the first through hole with respect to the second through hole. The inside pressure and the inside of the third through hole are the same pressure, and this pressure is different from the pressure in the second through hole and differs from the pressure in the side wall (partition) between the first through hole and the second through hole. A first electrode is formed, and a second electrode is formed on the side wall (partition wall) between the third through hole and the second through hole on the side wall of the third through hole. A capacitor is formed between the electrodes. Further, the first through hole has two electrodes separated on two opposing side walls, and a space capacity in the first through hole is formed between the two electrodes.
(45) The present invention has two electrodes separated on two opposing side walls of the second through-hole, and a space capacity in the second through-hole is formed between the two electrodes. The above capacity is connected in parallel. Alternatively, two or more capacitors are connected in series.
(46) The present invention includes a piezoresistive pressure sensor that detects pressure by a change in piezoresistance formed on the side wall (partition wall). Furthermore, the resistance formed in the 2 or more groove part side wall is connected in parallel, It is characterized by the above-mentioned. Alternatively, resistors formed on two or more groove side walls are connected in series. Alternatively, four resistors are connected in an annular series formed on one groove side wall. The opening of the first groove or the first through hole is hermetically sealed with a cap and held at a constant pressure, and the first groove and / or the second groove, or the first through hole and / or the second through hole. A cap provided with one or a plurality of pressure introducing holes is attached to the opening.

(47)本発明は、第1面(主面)および第2面(裏面)からなる基板において、隣接する複数の凹部が基板中に形成され、前記隣接する凹部に挟まれた基板側壁をダイヤフラムとする圧力センサーであって、前記基板側壁上に形成された第1導電体膜、前記第1導電体膜上に作成された圧電体膜、および前記圧電体膜上に形成された第2導電体膜を含み、前記隣接する複数の凹部内の異なる圧力差により前記基板側壁とともに前記圧電体膜が変形することによって発生する電位差を前記第1導電体膜および前記第2導電体膜を用いて検出することを特徴とする圧力センサーであり、前記基板側壁は前記基板の第1面または第2面に垂直または略垂直(第1面または第2面に対して傾きが20度以下、好適には10度以下、もっと好適には5度以下)であることを特徴とし、また、圧力センサーは、前記基板側壁の両側に形成されており、あるいは、前記隣接する凹部の一方(第1凹部)は前記基板の第1面側から形成し、前記隣接する凹部の他方(第2凹部)は前記基板の第2面側から形成したものであり、あるいは、前記第1凹部は前記基板の第2面側に貫通しておらず、前記第2凹部は第2面側に貫通しておらず、あるいは、前記隣接する凹部(第1凹部および第2凹部)はともに前記基板の第1面側から形成したものであるか、あるいは前記隣接する凹部(第1凹部および第2凹部)はともに前記基板の第2面側から形成したものであり、あるいは、前記隣接する凹部(第1凹部および第2凹部)は第1面側から第2面側に貫通した貫通溝であるか、あるいは前記隣接する凹部(第1凹部および第2凹部)は第2面側から第1面側に貫通した貫通溝であり、さらに、前記凹部の第1面側および/または第2面側は前記基板とは異なる薄板で被われていることを特徴とし、また、前記凹部を被っている薄板の一部に前記凹部内に圧力を伝達する圧力伝達孔が開いており、また、基板は、半導体基板または導電体基板であり、前記基板側壁および第1導電体膜の間に絶縁膜を介在していて、さらに、前記圧力センサーおよび前記トランジスタは1チップ内にともに搭載されており、あるいは、前記基板はポリマーであり、前記ポリマー内にインプリント法を用いて前記凹部を形成することを特徴とする。 (47) According to the present invention, in a substrate composed of a first surface (main surface) and a second surface (back surface), a plurality of adjacent recesses are formed in the substrate, and a substrate side wall sandwiched between the adjacent recesses is formed as a diaphragm. A first conductor film formed on the side wall of the substrate, a piezoelectric film formed on the first conductor film, and a second conductor formed on the piezoelectric film. A potential difference generated when the piezoelectric film is deformed together with the substrate side wall due to different pressure differences in the plurality of adjacent recesses including the body film, using the first conductor film and the second conductor film. Preferably, the substrate side wall is perpendicular or substantially perpendicular to the first surface or the second surface of the substrate (preferably with an inclination of 20 degrees or less with respect to the first surface or the second surface). Is less than 10 degrees, more preferably 5 And the pressure sensor is formed on both sides of the substrate side wall, or one of the adjacent recesses (first recess) is formed from the first surface side of the substrate. The other of the adjacent concave portions (second concave portion) is formed from the second surface side of the substrate, or the first concave portion does not penetrate the second surface side of the substrate, and The two recesses do not penetrate to the second surface side, or the adjacent recesses (first recess and second recess) are both formed from the first surface side of the substrate, or are adjacent to each other. The recesses (the first recess and the second recess) are both formed from the second surface side of the substrate, or the adjacent recesses (the first recess and the second recess) are the second surface from the first surface side. A through-groove penetrating to the side or the adjacent The portion (first recess and second recess) is a through groove penetrating from the second surface side to the first surface side, and further, the first surface side and / or the second surface side of the recess is different from the substrate. A pressure transmission hole for transmitting pressure into the recess is opened in a part of the thin plate covering the recess, and the substrate is a semiconductor substrate or a conductor. An insulating film interposed between the substrate side wall and the first conductor film, and the pressure sensor and the transistor are both mounted in one chip, or the substrate is made of polymer. And the recess is formed in the polymer by using an imprint method.

(48)本発明は、(47)に加えて、前記基板側壁の両側に形成された圧力センサーにおいて、前記基板の第1面側に形成され前記第1面側に開口した第1凹部側の第1導電体膜および第2導電体膜と接続する引き出し電極パッドは前記基板の第1面側に形成されており、前記基板の第2面側に形成され前記第2面側に開口した第2凹部側の第1導電体膜(第3導電体膜)および第2導電体膜(第4導電体膜)と接続する引き出し電極パッドは前記基板の第2面側に形成されており、さらに前記基板内に複数の圧力センサーが形成されている場合において、複数の圧力センサーが接続されており、同じ極性の電位を有する導電体膜および/または電極は接続されて電位を増大させていることを特徴とする。 (48) According to the present invention, in addition to (47), in the pressure sensor formed on both sides of the substrate side wall, the pressure sensor is formed on the first recess side formed on the first surface side of the substrate and opened on the first surface side. Lead electrode pads connected to the first conductor film and the second conductor film are formed on the first surface side of the substrate, and are formed on the second surface side of the substrate and open to the second surface side. (2) Lead electrode pads connected to the first conductor film (third conductor film) and the second conductor film (fourth conductor film) on the recess side are formed on the second surface side of the substrate; In the case where a plurality of pressure sensors are formed in the substrate, the plurality of pressure sensors are connected, and a conductor film and / or an electrode having the same polarity potential is connected to increase the potential. It is characterized by.

(48)本発明は、半導体基板上に形成された絶縁体膜内に形成された複数の凹部を有する圧力センサーであって、かつ、隣接する2つの凹部(第1凹部および第2凹部)に挟まれた絶縁体膜側壁をダイヤフラムとし、前記絶縁体膜側壁の側面に形成された第1導電体膜、前記第1導電体膜上に形成された圧電体膜、および前記圧電体膜上に形成された第2導電体膜を有する圧力センサーであって、前記2つの凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差によって前記絶縁体膜側壁およびその上に形成した前記圧電体膜が変形することにより、前記圧電体膜の両側の面に発生した電位差を前記第1導電体および前記第2導電体を通して測定することによって、前記2つの凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差を検出することを特徴とする圧力センサーであり、また、第1導電体膜、前記第1導電体膜上に形成された圧電体膜、および前記圧電体膜上に形成された第2導電体膜は、前記絶縁体膜側壁の両方の側面に形成されていて、また、前記絶縁体膜はポリマーまたはセラミックまたはこれらの混合体であり、あるいは前記絶縁体膜内の凹部はインプリント法を用いて形成したものであり、前記絶縁体膜は半導体基板内に形成した凹部に形成されていることを特徴とする。 (48) The present invention is a pressure sensor having a plurality of recesses formed in an insulator film formed on a semiconductor substrate, and in two adjacent recesses (first recess and second recess). The sandwiched insulator film side wall is a diaphragm, the first conductor film formed on the side surface of the insulator film side wall, the piezoelectric film formed on the first conductor film, and the piezoelectric film A pressure sensor having a formed second conductive film, wherein the insulator film side wall and the piezoelectric film formed thereon are formed by a pressure difference between the two concave portions (first concave portion and second concave portion). Is deformed to measure the potential difference generated on both sides of the piezoelectric film through the first conductor and the second conductor, so that the two recesses (the first recess and the second recess) Detecting the pressure difference between The first conductor film, the piezoelectric film formed on the first conductor film, and the second conductor film formed on the piezoelectric film are formed of the insulator film. Formed on both sides of the side wall, and the insulator film is a polymer or ceramic or a mixture thereof, or the recess in the insulator film is formed by using an imprint method, The insulator film is formed in a recess formed in a semiconductor substrate.

(49)本発明は、第1面(主面)および第2面(裏面)からなる基板において、隣接する第1面側を開口部とする第1凹部および第2面側を開口部とする第2凹部により挟まれた基板側壁をダイヤフラムとし、前記基板側壁上に形成された圧電体膜を有する圧力センサーにおいて、第1凹部を形成する工程、第1凹部側面に第1導電体膜を形成する工程、
前記第1導電体膜上に第1の圧電体膜を形成する工程、前記圧電体膜上に第2導電体膜を形成する工程、第1面上に第1凹部をカバーする第1の薄板を付着する工程、第2凹部を形成する工程、第2凹部側面に第3導電体膜を形成する工程、前記第2導電体膜上に第2の圧電体膜を形成する工程、前記第2の圧電体膜上に第4導電体膜を形成する工程、および第2面上に第2凹部をカバーする第2の薄板を付着する工程、を含むことを特徴とする圧力センサーの製造方法であり、さらに、前記第1凹部は前記基板の第2面側に貫通する貫通溝であり、あるいは前記第2凹部は前記基板の第1面側に貫通する貫通溝であり、さらに、第1導電体膜と接続する第1の電極・配線を第1面側に形成する工程、第2導電体膜と接続する第2の電極・配線を第1面側に形成する工程、第3導電体膜と接続する第3の電極・配線を第2面側に形成する工程、および第4導電体膜と接続する第4の電極・配線を第2面側に形成する工程を含むことを特徴とする。
(49) In the present invention, in a substrate composed of a first surface (main surface) and a second surface (back surface), the first concave portion having the opening on the first surface side adjacent to the first surface and the second surface side being the opening. In a pressure sensor having a piezoelectric film formed on the substrate sidewall, the substrate sidewall sandwiched between the second recesses being a diaphragm, the first conductor film is formed on the side of the first recess. The process of
Forming a first piezoelectric film on the first conductive film; forming a second conductive film on the piezoelectric film; and a first thin plate covering the first recess on the first surface. A step of forming a second recess, a step of forming a third conductor film on a side surface of the second recess, a step of forming a second piezoelectric film on the second conductor film, and the second Forming a fourth conductor film on the piezoelectric film, and attaching a second thin plate covering the second recess on the second surface. In addition, the first recess is a through groove penetrating to the second surface side of the substrate, or the second recess is a through groove penetrating to the first surface side of the substrate. Forming a first electrode / wiring to be connected to the body film on the first surface side, a second electrode / wiring to be connected to the second conductor film Forming on the first surface side, forming a third electrode / wiring connected to the third conductor film on the second surface side, and a fourth electrode / wiring connected to the fourth conductor film It includes a step of forming on the second surface side.

(50)本発明は、第1面(主面)および第2面(裏面)からなる基板において、隣接する第1面側を開口部とする第1凹部および第2凹部により挟まれた基板側壁をダイヤフラムとし、前記基板側壁上に形成された圧電体膜を有する圧力センサーにおいて、前記第1凹部および第2凹部を形成する工程、前記第1凹部側面に第1導電体膜を形成する工程、
前記第1導電体膜上に第1の圧電体膜を形成する工程、前記第1の圧電体膜上に第2導電体膜を形成する工程、前記第1面上に第1凹部および第2凹部をカバーする第1の薄板を付着する工程を含むことを特徴とする圧力センサーの製造方法であり、さらに、第2凹部側面に第3導電体膜を形成する工程、前記第3導電体膜上に第2の圧電体膜を形成する工程、および前記第2の圧電体膜上に第4導電体膜を形成する工程を含むことを特徴とし、また、前記第1凹部および第2凹部は前記基板の第2面側に貫通する貫通溝であり、あるいはさらに、第1導電体膜と接続する第1の電極・配線を第1面側に形成する工程、第2導電体膜と接続する第2の電極・配線を第1面側に形成する工程、第3導電体膜と接続する第3の電極・配線を第1面側に形成する工程、および第4導電体膜と接続する第4の電極・配線を第1面側に形成する工程を含むことを特徴とする。
(50) According to the present invention, in the substrate composed of the first surface (main surface) and the second surface (back surface), the substrate sidewall sandwiched between the first recess and the second recess having the adjacent first surface side as an opening A pressure sensor having a piezoelectric film formed on the substrate side wall, a step of forming the first recess and the second recess, a step of forming a first conductor film on a side surface of the first recess,
Forming a first piezoelectric film on the first conductive film; forming a second conductive film on the first piezoelectric film; and a first recess and a second on the first surface. A method of manufacturing a pressure sensor, comprising: attaching a first thin plate that covers a recess, and further forming a third conductor film on a side surface of the second recess, the third conductor film A step of forming a second piezoelectric film on the second piezoelectric film; and a step of forming a fourth conductive film on the second piezoelectric film. A through groove penetrating to the second surface side of the substrate, or further, forming a first electrode / wiring to be connected to the first conductor film on the first surface side; connecting to the second conductor film A step of forming a second electrode / wiring on the first surface side, and a third electrode / wiring connected to the third conductor film on the first surface Characterized in that it comprises a step of forming a fourth electrode and wiring on the first surface side connecting step, and a fourth conductive film formed.

(51)本発明は、第1面(主面)および第2面(裏面)からなる圧電体基板において、隣接する複数の凹部が圧電体基板中に形成され、前記隣接する凹部に挟まれた圧電体基板側壁をダイヤフラムとする圧力センサーであって、前記圧電体基板側壁の一方の側面上に形成された第1導電体膜および前記圧電体基板側壁の他方の側面上に形成された第2導電体膜を含み、前記隣接する複数の凹部内の異なる圧力差により前記圧電体基板側壁が変形することによって発生する電位差を前記第1導電体膜および前記第2導電体膜を用いて検出することを特徴とする圧力センサーであり、また、前記圧電体基板側壁は前記圧電体基板の第1面または第2面に垂直または略垂直(第1面または第2面に対して傾きが20度以下、好適には10度以下、もっと好適には5度以下)であることを特徴とし、 (51) In the present invention, in the piezoelectric substrate composed of the first surface (main surface) and the second surface (back surface), a plurality of adjacent recesses are formed in the piezoelectric substrate and sandwiched between the adjacent recesses. A pressure sensor having a diaphragm on a side wall of a piezoelectric substrate, a first conductive film formed on one side surface of the side wall of the piezoelectric substrate, and a second sensor formed on the other side surface of the side wall of the piezoelectric substrate. A potential difference generated when the piezoelectric substrate side wall is deformed by a different pressure difference in the plurality of adjacent recesses including the conductor film is detected using the first conductor film and the second conductor film. The piezoelectric substrate side wall is perpendicular or substantially perpendicular to the first surface or the second surface of the piezoelectric substrate (the inclination is 20 degrees with respect to the first surface or the second surface). Or less, preferably 10 degrees or less, And wherein preferably it is less than 5 degrees) in Innovation,

(51−2)本発明は、(51)に加えて、前記隣接する凹部の一方(第1凹部)は前記基板の第1面側から形成し、前記隣接する凹部の他方(第2凹部)は前記基板の第2面側から形成したものであり、また、記第1凹部は前記基板の第2面側に貫通しておらず、前記第2凹部は第2面側に貫通していないことを特徴とし、あるいは前記第1凹部は前記基板の第2面側に貫通し、および/または前記第2凹部は第2面側に貫通しており、あるいは、前記隣接する凹部(第1凹部、第2凹部)はともに前記基板の第1面側から形成したものであるか、あるいは前記隣接する凹部(第1凹部、第2凹部)はともに前記基板の第2面側から形成したものであり、さらに前記隣接する凹部は第1面側から第2面側に貫通した貫通溝であるか、あるいは前記隣接する凹部は第2面側から第1面側に貫通した貫通溝であることを特徴とする。あるいはさらに前記凹部の第1面側および/または第2面側は前記基板とは異なる薄板で被われていることを特徴とし、また、前記凹部を被っている薄板の一部に前記凹部内に圧力を伝達する圧力伝達孔が開いており、あるいは、圧電体基板は圧電性ポリマーであり、前記圧電性ポリマー内にインプリント法を用いて前記凹部を形成することを特徴とし、あるいは圧電体基板は圧電性セラミックであり、前記圧電性セラミック内にインプリント法を用いて前記凹部を形成することを特徴とする。さらに、基板内に複数の圧力センサーが形成されている場合において、複数の圧力センサーが接続されており、同じ極性の電位を有する導電体膜および/または電極は接続されて電位を増大させていることを特徴とする。 (51-2) According to the present invention, in addition to (51), one of the adjacent concave portions (first concave portion) is formed from the first surface side of the substrate, and the other of the adjacent concave portions (second concave portion). Is formed from the second surface side of the substrate, and the first concave portion does not penetrate the second surface side of the substrate, and the second concave portion does not penetrate the second surface side. Alternatively, the first recess penetrates the second surface side of the substrate, and / or the second recess penetrates the second surface side, or the adjacent recess (first recess). , The second recess) are both formed from the first surface side of the substrate, or the adjacent recesses (first recess, second recess) are both formed from the second surface side of the substrate. Further, the adjacent concave portion is a through groove penetrating from the first surface side to the second surface side, or Characterized in that the adjacent recesses is a through groove extending through the first surface side from the second surface side. Alternatively, the first surface side and / or the second surface side of the concave portion is covered with a thin plate different from the substrate, and a part of the thin plate covering the concave portion is included in the concave portion. A pressure transmission hole for transmitting pressure is opened, or the piezoelectric substrate is a piezoelectric polymer, and the concave portion is formed in the piezoelectric polymer using an imprint method, or the piezoelectric substrate Is a piezoelectric ceramic, and the concave portion is formed in the piezoelectric ceramic by using an imprint method. Further, when a plurality of pressure sensors are formed in the substrate, the plurality of pressure sensors are connected, and the conductor film and / or the electrode having the same polarity potential are connected to increase the potential. It is characterized by that.

(52)本発明は、第1面(主面)および第2面(裏面)からなる圧電体基板において、隣接する第1面側を開口部とする第1凹部および第2面側を開口部とする第2凹部により挟まれた圧電体基板側壁をダイヤフラムとする圧力センサーにおいて、第1凹部を形成する工程、第1凹部側面に第1導電体膜を形成する工程、第1面上に第1凹部をカバーする第1の薄板を付着する工程、第2凹部を形成する工程、第2凹部側面に第2導電体膜を形成する工程、および第2面上に第2凹部をカバーする第2の薄板を付着する工程を含むことを特徴とする圧力センサーの製造方法であり、さらに、前記第1凹部は前記基板の第2面側に貫通する貫通溝であり、また、前記第2凹部は前記基板の第1面側に貫通する貫通溝である。 (52) According to the present invention, in the piezoelectric substrate composed of the first surface (main surface) and the second surface (back surface), the first concave portion having the opening on the first surface side adjacent to the first surface and the opening on the second surface side. In the pressure sensor in which the side wall of the piezoelectric substrate sandwiched between the second recesses is a diaphragm, the step of forming the first recess, the step of forming the first conductor film on the side surface of the first recess, the first surface on the first surface A step of attaching a first thin plate covering the first recess, a step of forming the second recess, a step of forming a second conductor film on a side surface of the second recess, and a second step of covering the second recess on the second surface A pressure sensor manufacturing method, wherein the first recess is a through groove penetrating to the second surface side of the substrate, and the second recess Is a through groove penetrating to the first surface side of the substrate.

(53)本発明は、第1面(主面)および第2面(裏面)からなる圧電体基板において、隣接する第1面側を開口部とする第1凹部および第2凹部により挟まれた圧電体基板側壁をダイヤフラムとする圧力センサーにおいて、第1凹部および第2凹部を形成する工程、
第1凹部側面に第1導電体膜を形成する工程、第2凹部側面に第2導電体膜を形成する工程、および第1面上に第1凹部および第2凹部をカバーする第1の薄板を付着する工程を含むことを特徴とする圧力センサーの製造方法であり、さらに前記第1凹部および第2凹部は前記基板の第2面側に貫通する貫通溝である。
(53) In the piezoelectric substrate comprising the first surface (main surface) and the second surface (back surface), the present invention is sandwiched between the first recess and the second recess having the adjacent first surface side as an opening. Forming a first recess and a second recess in a pressure sensor having a piezoelectric substrate side wall as a diaphragm;
Forming a first conductor film on a first recess side surface; forming a second conductor film on a second recess side surface; and a first thin plate covering the first recess and the second recess on the first surface The first recess and the second recess are through-grooves penetrating to the second surface side of the substrate.

(54)本発明は、半導体基板上に形成された圧電体膜内に形成された複数の凹部を有する圧力センサーであって、隣接する2つの凹部(第1凹部および第2凹部)に挟まれた圧電体膜側壁をダイヤフラムとする圧力センサーにおいて、前記2つの凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差によって前記圧電体膜側壁が変形することにより前記圧電体膜側壁の両側の面に発生した電位差を用いて、前記2つの凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差を検出することを特徴とする圧力センサーであり、さらにまた前記圧電体膜はポリマーまたはセラミックまたはこれらの混合体であり、さらに前記圧電体膜内の凹部はインプリント法を用いて形成したものであり、また前記圧電体膜は半導体基板内に形成した凹部に形成されており、さらにあるいは、前記圧電体膜内に複数の圧力センサーが形成されている場合において、複数の圧力センサーが接続されており、同じ極性の電位を有する導電体膜および/または電極は接続されて電位を増大させていることを特徴とし、また、半導体基板内には圧力センサー以外のデバイスが存在し、前記圧力センサーと前記圧力センサー以外のデバイスは前記圧電体膜側壁の両側の面に形成した導電体膜を少なくとも介して接続していることを特徴とする。 (54) The present invention is a pressure sensor having a plurality of recesses formed in a piezoelectric film formed on a semiconductor substrate, and sandwiched between two adjacent recesses (a first recess and a second recess). In the pressure sensor using the piezoelectric film side wall as a diaphragm, the piezoelectric film side wall is deformed by a pressure difference between the two concave portions (the first concave portion and the second concave portion), so that both sides of the piezoelectric film side wall are deformed. The pressure sensor detects a pressure difference between the two concave portions (first concave portion and second concave portion) using a potential difference generated on a surface, and the piezoelectric film is a polymer or ceramic. Or a mixture thereof, and the recesses in the piezoelectric film are formed using an imprint method, and the piezoelectric film is formed in a recess formed in the semiconductor substrate, Alternatively, in the case where a plurality of pressure sensors are formed in the piezoelectric film, the plurality of pressure sensors are connected, and the conductor film and / or the electrode having the same polarity potential are connected to each other. And there is a device other than the pressure sensor in the semiconductor substrate, and the pressure sensor and the device other than the pressure sensor are formed on both sides of the piezoelectric film side wall. The body membrane is connected through at least the body membrane.

(55)本発明は、第1面(主面)および第2面(裏面)からなる基板において、隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)が基板中に形成され、前記隣接する凹部に挟まれた基板側壁をダイヤフラムとする圧力センサーであって、隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差によって前記基板側壁が変形することにより前記基板側壁上に形成されたピエゾ抵抗の抵抗が変化することを用いて、前記隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差を検出することを特徴とする圧力センサーであり、また前記基板側壁は前記圧電体基板の第1面または第2面に垂直または略垂直(第1面または第2面に対して傾きが20度以下、好適には10度以下、もっと好適には5度以下)であり、あるいはさらに、前記隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)において、前記第1凹部は前記基板の第1面側を開口部として第1面側から形成され、前記第2凹部は前記基板の第2面側を開口部として第2面側から形成されたものであり、あるいはさらに、前記第1凹部は前記基板の第2面側に貫通する貫通溝であり、および/または前記第2凹部は前記基板の第1面側に貫通する貫通溝である。 (55) According to the present invention, in the substrate composed of the first surface (main surface) and the second surface (back surface), a plurality of adjacent recesses (first recess and second recess) are formed in the substrate and are adjacent to each other. A pressure sensor having a substrate side wall sandwiched between recesses as a diaphragm, wherein the substrate side wall is deformed by a pressure difference between a plurality of adjacent recesses (a first recess and a second recess), whereby the substrate side wall is deformed. A pressure sensor that detects a pressure difference between the plurality of adjacent recesses (first recess and second recess) by using a change in resistance of the formed piezoresistor, and The substrate side wall is perpendicular or substantially perpendicular to the first surface or the second surface of the piezoelectric substrate (the inclination is 20 degrees or less, preferably 10 degrees or less, more preferably 5 degrees with respect to the first surface or the second surface). Or In a plurality of adjacent concave portions (first concave portion and second concave portion), the first concave portion is formed from the first surface side with the first surface side of the substrate as an opening, and the second concave portion is formed on the first surface side of the substrate. The second surface side is formed from the second surface side as an opening, or, further, the first recess is a through groove penetrating the second surface side of the substrate, and / or the second recess is It is a penetration groove penetrated to the 1st surface side of the substrate.

(56)本発明は、(55)に加えて、前記隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)は、前記基板の第1面側を開口部として第1面側から形成されたものであり、さらに前記隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)は、前記基板の第2面側に貫通する貫通溝であり、あるいは前記ピエゾ抵抗は薄膜抵抗であり、あるいはさらに、基板は半導体基板であり、前記ピエゾ抵抗はプリデポ法またはイオン注入法により形成した拡散抵抗であるか、または薄膜抵抗であることを特徴とし、また基板内に圧力センサーの他にトランジスタを搭載し、圧力センサーからの信号を処理する演算回路を有し、あるいはさらに基板はポリマーであり、凹部はインプリント法により形成されることを特徴とし、あるいはさらに、前記ピエゾ抵抗の変化は基板側壁に形成されたブリッジ回路を用いて検出することを特徴とし、あるいはさらに複数の圧力センサーを接続して前記ピエゾ抵抗の変化を増幅させることを特徴とする。
(56−2)本発明は、半導体基板上に形成された絶縁体膜内に形成された複数の凹部を有する圧力センサーであって、隣接する2つの凹部(第1凹部および第2凹部)に挟まれた絶縁体膜側壁をダイヤフラムとし、隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差によって前記絶縁体膜側壁が変形することにより前記絶縁体膜側壁上に形成されたピエゾ抵抗の抵抗が変化することを用いて、前記隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差を検出することを特徴とし、前記絶縁体膜はポリマーであり、前記凹部はインプリント法により形成され、前記ピエゾ抵抗は薄膜抵抗であることを特徴とする。
(56) In addition to (55), in the present invention, the plurality of adjacent concave portions (first concave portion and second concave portion) are formed from the first surface side with the first surface side of the substrate as an opening. And the plurality of adjacent recesses (first recess and second recess) are through-grooves penetrating to the second surface side of the substrate, or the piezoresistor is a thin film resistor, or The substrate is a semiconductor substrate, and the piezoresistor is a diffusion resistor formed by a pre-deposition method or an ion implantation method, or a thin film resistor, and a transistor is mounted in addition to a pressure sensor in the substrate, An arithmetic circuit for processing a signal from the pressure sensor; or the substrate is made of a polymer, and the recess is formed by an imprint method. Reduction is characterized in that to amplify the change in the piezoresistive detecting features, or even by connecting a plurality of pressure sensors using a bridge circuit formed on the substrate side walls.
(56-2) The present invention is a pressure sensor having a plurality of recesses formed in an insulator film formed on a semiconductor substrate, and is provided in two adjacent recesses (first recess and second recess). The sandwiched insulator film side wall is a diaphragm, and the insulator film side wall is deformed by a pressure difference between a plurality of adjacent recesses (first recess and second recess), and is formed on the insulator film side wall. A pressure difference between the plurality of adjacent recesses (first recess and second recess) is detected using a change in resistance of the piezoresistor, and the insulator film is a polymer, The recess is formed by an imprint method, and the piezoresistor is a thin film resistor.

(57)本発明は、第1面(主面)および第2面(裏面)からなる基板において、隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)が基板中に形成され、前記隣接する凹部に挟まれた基板側壁をダイヤフラムとする圧力センサーであって、隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差によって前記基板側壁が変形することにより前記凹部内の静電容量が変化することを用いて、前記隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差を検出することを特徴とする圧力センサーであり、また前記圧電体基板側壁は前記圧電体基板の第1面または第2面に垂直または略垂直(第1面または第2面に対して傾きが20度以下、好適には10度以下、もっと好適には5度以下)であり、あるいはさらに前記隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)において、前記第1凹部は前記基板の第1面側を開口部として第1面側から形成され、前記第2凹部は前記基板の第2面側を開口部として第2面側から形成されたものであり、さらに前記第1凹部は前記基板の第2面側に貫通する貫通溝であり、および/または前記第2凹部は前記基板の第1面側に貫通する貫通溝であり、あるいはさらに前記隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)は、前記基板の第1面側を開口部として第1面側から形成されたものであることを特徴とし、また前記隣接する複数の凹部(第1凹部および第2凹部)は、前記基板の第2面側に貫通する貫通溝であり、あるいはさらに前記基板はポリマーであり、前記凹部はインプリント法により形成されることを特徴とする。 (57) According to the present invention, in a substrate composed of a first surface (main surface) and a second surface (back surface), a plurality of adjacent recesses (first recess and second recess) are formed in the substrate and are adjacent to each other. A pressure sensor using a substrate side wall sandwiched between recesses as a diaphragm, wherein the substrate side wall is deformed by a pressure difference between a plurality of adjacent recesses (a first recess and a second recess), thereby static electricity in the recess. A pressure sensor for detecting a pressure difference between the plurality of adjacent concave portions (first concave portion and second concave portion) by using a change in capacitance, and the piezoelectric substrate side wall It is perpendicular or substantially perpendicular to the first surface or the second surface of the piezoelectric substrate (the inclination is 20 degrees or less, preferably 10 degrees or less, more preferably 5 degrees or less with respect to the first surface or the second surface). There are or more In the portion (first recess and second recess), the first recess is formed from the first surface side with the first surface side of the substrate as an opening, and the second recess opens from the second surface side of the substrate. And the first recess is a through groove penetrating to the second surface side of the substrate, and / or the second recess is on the first surface side of the substrate. Or a plurality of adjacent recesses (first recess and second recess) are formed from the first surface side with the first surface side of the substrate as an opening. The plurality of adjacent recesses (first recess and second recess) are through-grooves penetrating to the second surface side of the substrate, or the substrate is made of a polymer, and the recess is It is formed by a printing method.

(58)本発明は、半導体基板上に形成された絶縁体膜内に形成された複数の凹部を有する圧力センサーであって、隣接する2つの凹部(第1凹部および第2凹部)に挟まれた絶縁体膜側壁をダイヤフラムとし、前記凹部内の対向する側面に形成された対向電極を有する圧力センサーにおいて、前記2つの凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差によって前記絶縁体膜側壁が変形することにより、前記凹部内の対向電極間の静電容量の変化を用いて、前記2つの凹部(第1凹部および第2凹部)の間の圧力差を検出することを特徴とする圧力センサーであり、また前記絶縁体膜はポリマーまたはセラミックであり、前記凹部はインプリント法により形成されることを特徴とし、あるいはさらに前記絶縁体膜は半導体基板内に形成した凹部に形成されており、あるいはさらに前記凹部の開口部は薄板で被われており、さらに前記凹部を被っている薄板の一部に前記凹部内に圧力を伝達する圧力伝達孔が開いていることを特徴とする。 (58) The present invention is a pressure sensor having a plurality of recesses formed in an insulator film formed on a semiconductor substrate, and is sandwiched between two adjacent recesses (first recess and second recess). In the pressure sensor having a counter electrode formed on opposite side surfaces in the recess, the insulator film side wall being a diaphragm, and the insulator due to a pressure difference between the two recesses (first recess and second recess) The pressure difference between the two recesses (the first recess and the second recess) is detected using a change in electrostatic capacitance between the counter electrodes in the recess when the film side wall is deformed. The insulator film is a polymer or ceramic, and the recess is formed by an imprint method, or the insulator film is a recess formed in a semiconductor substrate. Further, the opening of the recess is covered with a thin plate, and a pressure transmission hole for transmitting pressure into the recess is opened in a part of the thin plate covering the recess. Features.

(59)本発明は、第1面から第2面に貫通する複数の貫通溝を有する基板を用いた媒体吐出デバイスにおいて、隣接する複数の貫通溝のうち少なくとも1つの貫通溝を媒体吐出用貫通溝とし、少なくとも1つの貫通溝を圧力が変化可能な貫通溝(圧力可変貫通溝)とし、前記圧力可変貫通溝内の圧力を変化させることによって、前記圧力可変貫通溝と前記媒体吐出用貫通溝との間の基板側壁が膨張または収縮することを用いて、前記媒体吐出用貫通溝内へ媒体を導入するか、あるいは前記媒体吐出用貫通溝内の媒体を前記媒体吐出用貫通溝から吐出することを特徴とする媒体吐出デバイスであり、あるいはさらに前記貫通溝の第1面側に第1の薄板が付着し、前記貫通溝をカバーするとともに、前記圧力可変貫通溝において前記第1の薄板には圧力伝達孔が開口し、前記媒体吐出用貫通溝において前記第1の薄板には媒体導入孔が開口しており、前記貫通溝の第2面側に第2の薄板が付着し、前記貫通溝をカバーするとともに、前記媒体吐出用貫通溝において前記第2の薄板には媒体吐出孔が開口しており、前記圧力可変貫通溝の圧力伝達孔を通じて前記圧力可変貫通溝の圧力を隣接する前記媒体吐出用貫通溝の圧力よりも低下させることによって、前記圧力可変貫通溝および媒体吐出用貫通溝の間の前記基板側壁を前記圧力可変貫通溝側へ膨らませることにより、前記媒体吐出用貫通溝の媒体導入孔から媒体を前記媒体吐出用貫通溝内へ導入し、前記圧力可変貫通溝の圧力伝達孔を通じて前記圧力可変貫通溝の圧力を隣接する前記媒体吐出用貫通溝の圧力よりも上昇させることによって、前記圧力可変貫通溝および媒体吐出用貫通溝の間の前記基板側壁を前記媒体吐出用貫通溝側へ膨らませることにより、前記媒体吐出用貫通溝の媒体吐出孔から媒体を前記媒体吐出用貫通溝外へ排出することを特徴とする。 (59) The present invention provides a medium ejection device using a substrate having a plurality of through grooves penetrating from the first surface to the second surface, and passing through at least one through groove among the plurality of adjacent through grooves. The pressure variable through-groove and the medium discharge through-groove are formed by changing the pressure in the pressure variable through-groove as a through-groove (pressure variable through-groove) whose pressure can be changed. The medium is introduced into the medium discharge through groove or the medium in the medium discharge through groove is discharged from the medium discharge through groove using the expansion or contraction of the side wall of the substrate. The first thin plate is attached to the first surface side of the through groove to cover the through groove, and the first thin plate in the pressure variable through groove. Has a pressure transmission hole, a medium introduction hole is opened in the first thin plate in the medium ejection through groove, a second thin plate is attached to the second surface side of the through groove, and the penetration The medium discharge hole covers the groove, and a medium discharge hole is opened in the second thin plate in the medium discharge through groove, and the pressure of the pressure variable through groove is adjacent to the pressure transmission hole of the pressure variable through groove. By reducing the pressure of the medium discharge through groove to be lower than the pressure of the medium discharge through groove, the side wall of the substrate between the pressure variable through groove and the medium discharge through groove is expanded toward the pressure variable through groove, thereby the medium discharge through groove. The medium is introduced into the medium discharge through groove from the medium introduction hole, and the pressure of the pressure variable through groove is increased from the pressure of the adjacent medium discharge through groove through the pressure transmission hole of the pressure variable through groove. about Therefore, by expanding the substrate side wall between the pressure variable through groove and the medium discharge through groove toward the medium discharge through groove, the medium is discharged from the medium discharge hole of the medium discharge through groove. It is characterized by discharging out of the through groove.

(60)本発明は、第1面から第2面に貫通する複数の貫通溝を有する基板を用いた媒体吐出デバイスにおいて、隣接する複数の貫通溝のうち少なくとも1つの貫通溝を媒体吐出用貫通溝とし、前記媒体吐出用貫通溝および前記媒体吐出用貫通溝と隣接する貫通溝(基板側壁可変貫通溝)の間の基板側壁は、前記基板側壁可変貫通溝側および/または前記媒体吐出用貫通溝側における前記基板側壁上に形成した第1導電体膜、前記第1導電体膜上の圧電体膜および前記圧電体膜上の第2導電体膜を有することを特徴とし、前記1導電体膜および前記第2導電体膜の間に電圧を印加することによって前記圧電体膜を変形させて前記基板側壁を変形させることにより、前記媒体吐出用貫通溝内へ媒体を導入するか、あるいは前記媒体吐出用貫通溝内の媒体を前記媒体吐出用貫通溝から吐出することを特徴とする媒体吐出デバイスである。 (60) In the medium discharge device using the substrate having a plurality of through grooves penetrating from the first surface to the second surface according to the present invention, at least one of the adjacent through grooves passes through at least one through groove. The substrate sidewall between the medium ejection through groove and the through groove adjacent to the medium ejection through groove (substrate sidewall variable penetration groove) is the substrate sidewall variable penetration groove side and / or the medium ejection penetration. A first conductor film formed on the substrate side wall on the groove side; a piezoelectric film on the first conductor film; and a second conductor film on the piezoelectric film. A medium is introduced into the medium ejection through groove by deforming the piezoelectric film by deforming the piezoelectric film by applying a voltage between the film and the second conductor film; or Media ejection through groove A medium discharge device, characterized in that the medium discharged from the medium discharge connection slot.

(61)本発明は、第1面から第2面に貫通する複数の貫通溝を有する圧電体基板を用いた媒体吐出デバイスにおいて、隣接する複数の貫通溝のうち少なくとも1つの貫通溝を媒体吐出用貫通溝とし、前記媒体吐出用貫通溝および前記媒体吐出用貫通溝と隣接する貫通溝(基板側壁可変貫通溝)の間の圧電体基板側壁において、前記媒体吐出用貫通溝側の圧電体基板側壁上に形成した第1導電体膜および前記基板側壁可変貫通溝側の圧電体基板側壁上に形成した第2導電体膜を有することを特徴とし、前記1導電体膜および前記第2導電体膜の間に電圧を印加することによって前記圧電体基板側壁を変形させることにより、前記媒体吐出用貫通溝内へ媒体を導入するか、あるいは前記媒体吐出用貫通溝内の媒体を前記媒体吐出用貫通溝から吐出することを特徴とする媒体吐出デバイスである。 (61) The present invention provides a medium ejection device using a piezoelectric substrate having a plurality of through grooves penetrating from the first surface to the second surface, and ejects at least one through groove among the plurality of adjacent through grooves. A piezoelectric substrate on the side of the medium discharge through groove on the piezoelectric substrate side wall between the medium discharge through groove and the through groove adjacent to the medium discharge through groove (substrate side wall variable through groove) A first conductor film formed on the side wall; and a second conductor film formed on the piezoelectric substrate side wall on the substrate side wall variable through groove side, wherein the first conductor film and the second conductor are provided. By deforming the piezoelectric substrate side wall by applying a voltage between the films, the medium is introduced into the medium discharge through groove, or the medium in the medium discharge through groove is used as the medium discharge medium. Spout from through groove A medium discharge device which is characterized in that.

(62)本発明は、第1面から第2面に貫通する複数の貫通溝を有する基板を用いた媒体を移動するポンプデバイスにおいて、隣接する複数の貫通溝のうち少なくとも1つの貫通溝を媒体吐出用貫通溝とし、少なくとも1つの貫通溝を圧力が変化可能な貫通溝(圧力可変貫通溝)とし、前記圧力可変貫通溝内の圧力を変化させることによって、前記圧力可変貫通溝と前記媒体吐出用貫通溝との間の基板側壁が膨張または収縮することを用いて、前記媒体吐出用貫通溝内へ媒体を導入するか、あるいは前記媒体吐出用貫通溝内の媒体を前記媒体吐出用貫通溝から吐出するとともに、複数の媒体吐出用貫通溝は前記媒体媒体吐出用貫通溝を被う前記基板の第1面に付着した第1の薄板および/または前記基板の第2面に付着した第2の薄板に形成された媒体流動通路により接続し、媒体が1つの媒体吐出用貫通溝から前記媒体流動通路を通り他方の媒体吐出用貫通溝へ移動することを特徴とするポンプデバイス。 (62) In the pump device for moving a medium using a substrate having a plurality of through grooves penetrating from the first surface to the second surface, the present invention provides at least one through groove among the plurality of adjacent through grooves. The discharge through groove, the at least one through groove is a through groove (pressure variable through groove) whose pressure can be changed, and the pressure in the pressure variable through groove is changed to thereby discharge the pressure variable through groove and the medium. A medium is introduced into the medium discharge through groove using the expansion or contraction of the substrate side wall between the medium discharge through groove, or the medium in the medium discharge through groove is transferred to the medium discharge through groove. The plurality of medium discharge through grooves are attached to the first thin plate attached to the first surface of the substrate and / or to the second surface of the substrate covering the medium medium discharge through grooves. Formed on a thin plate Pump devices are connected by the medium flow path, characterized in that the medium moves into one medium discharge connection slot from said medium flow passage through the other medium discharge connection slot.

(63)本発明は、第1面から第2面に貫通する複数の貫通溝を有する基板を用いた媒体を移動するポンプデバイスにおいて、隣接する複数の貫通溝のうち少なくとも1つの貫通溝を媒体吐出用貫通溝とし、少なくとも1つの貫通溝を内容積が変化可能な貫通溝(内容積可変貫通溝)とし、前記媒体吐出用貫通溝側および/または前記内容積可変貫通溝側における前記媒体吐出用貫通溝と前記内容積可変貫通溝との間の基板側壁上に第1の導電体膜、前記第1の導電体膜上に圧電体膜、および前記圧電体膜上に第2の導電体膜を有し、前記第1の導電体膜および第2の導電体膜に電圧を印加することにより前記圧電体膜を変形して、前記基板側壁が膨張または収縮することを用いて、前記媒体吐出用貫通溝内へ媒体を導入するか、あるいは前記媒体吐出用貫通溝内の媒体を前記媒体吐出用貫通溝から吐出するとともに、複数の媒体吐出用貫通溝は前記媒体媒体吐出用貫通溝を被う前記基板の第1面に付着した第1の薄板および/または前記基板の第2面に付着した第2の薄板に形成された媒体流動通路により接続し、媒体が1つの媒体吐出用貫通溝から前記媒体流動通路を通り他方の媒体吐出用貫通溝へ移動することを特徴とするポンプデバイスである。 (63) The present invention provides a pump device for moving a medium using a substrate having a plurality of through grooves penetrating from the first surface to the second surface, wherein at least one of the adjacent through grooves is a medium. A discharge through groove is used, and at least one through groove is a through groove (internal volume variable through groove) whose internal volume can be changed, and the medium discharge at the medium discharge through groove side and / or the internal volume variable through groove side is performed. A first conductor film on a substrate side wall between the through-groove for use and the inner volume variable through-groove, a piezoelectric film on the first conductor film, and a second conductor on the piezoelectric film A medium having a film, wherein the piezoelectric film is deformed by applying a voltage to the first conductive film and the second conductive film, and the side wall of the substrate is expanded or contracted. Before introducing the medium into the discharge through groove or before The medium in the medium discharge through groove is discharged from the medium discharge through groove, and the plurality of medium discharge through grooves are attached to the first surface of the substrate covering the medium medium discharge through groove. The medium is connected by a medium flow passage formed in the thin plate and / or the second thin plate attached to the second surface of the substrate, and the medium passes through the medium flow passage from one medium discharge through groove to the other medium discharge through. It is a pump device characterized by moving to a groove.

(64)本発明は、基板内に形成され入り口及び出口を有する第1凹部および第2凹部を含み、前記第1凹部および第2凹部の開口部は薄板でカバーされた熱交換器であって、熱媒体が第1凹部の入り口から入り、出口から出ていき、熱交換媒体が第2凹部の入り口から入り、出口から出ていき、第1凹部は第2凹部と隣接し、第1凹部および第2凹部の間の基板側壁を通して第1凹部内の熱媒体の熱が第2凹部内の熱交換媒体に移動することを特徴とする熱交換器であり、また、第1凹部および/または第2凹部は貫通溝であり、前記貫通溝の上面および下面は薄板でカバーされており、あるいはさらに基板は、熱良導体であり、さらに熱良導体は、炭素、窒化アルミニウム、金、銀、銅、アルミニウム、またはシリコンであることを特徴とする。 (64) The present invention is a heat exchanger including a first recess and a second recess formed in a substrate and having an inlet and an outlet, wherein the opening of the first recess and the second recess is covered with a thin plate. The heat medium enters from the entrance of the first recess and exits from the exit, the heat exchange medium enters from the entrance of the second recess and exits from the exit, the first recess is adjacent to the second recess, and the first recess And a heat exchanger in which the heat of the heat medium in the first recess moves to the heat exchange medium in the second recess through the substrate side wall between the second recess and the first recess and / or The second recess is a through groove, and the upper and lower surfaces of the through groove are covered with a thin plate, or the substrate is a heat good conductor, and the heat good conductor is carbon, aluminum nitride, gold, silver, copper, Characteristic of aluminum or silicon To.

(65)本発明は、第1凹部を有する第1基板および前記第1凹部の内サイズより小さな外サイズを有する第1凸部を持つ第2基板から構成される加速度センサーであって、前記第1凸部が前記第1凹部内に挿入された状態で前記第1基板および前記第2基板が付着し、前記第1凹部の内面および前記第1凸部の外面が離間して対向した構造であり、前記第1凸部および第1凹部の間の静電容量の変化を用いて加速度を検出することを特徴とする加速度センサーであり、また、前記第1凹部は矩形形状であり、前記第1凸部は矩形形状であり、前記第1凹部の内側面は前記第1凸部の外側面と対向しており、あるいはさらに、前記第1凹部内側面は多角形柱側面であり、前記第1凸部外側面は多角形柱側面であり、前記第1凹部の内側面は前記第1凸部の外側面と対向しており、あるいはさらに、前記第1凸部の外側面は曲面を有した形状であり、前記第1凹部の内側面は前記第1凸部外側面の曲面に対向した曲面であり、さらに前記第1凸部の外側面および第1凹部の内側面は円柱側面または楕円柱側面であることを特徴とする。 (65) The present invention provides an acceleration sensor including a first substrate having a first recess and a second substrate having a first protrusion having an outer size smaller than the inner size of the first recess. With the structure in which the first substrate and the second substrate are attached in a state where one convex portion is inserted into the first concave portion, and the inner surface of the first concave portion and the outer surface of the first convex portion are spaced apart from each other. An acceleration sensor that detects an acceleration using a change in capacitance between the first convex portion and the first concave portion, wherein the first concave portion has a rectangular shape; The first convex portion has a rectangular shape, the inner surface of the first concave portion faces the outer surface of the first convex portion, or the inner surface of the first concave portion is a polygonal column side surface, The outer surface of one convex portion is a polygonal column side surface, and the inner surface of the first concave portion is the front The outer surface of the first convex portion is opposed to the outer surface, or the outer surface of the first convex portion has a curved surface, and the inner surface of the first concave portion is a curved surface of the outer surface of the first convex portion. Further, the outer surface of the first protrusion and the inner surface of the first recess are cylindrical side surfaces or elliptic cylinder side surfaces.

(66)本発明は、(65)に加えて、前記第1凸部の4つの外側面のうち少なくとも1つの外側面には導電体膜が形成され、当該第1凸部外側面上の導電体膜は静電容量の一方の電極となっており、および/または、前記第1凸部外側面上の導電体膜に対向する前記第1凹部の内側面に導電体膜が形成され、当該第1凹部内側面上の導電体膜は静電容量の一方の電極となっており、あるいはさらに前記第1凸部外側面上の導電体膜上に絶縁膜が形成されており、および/または前記第1凹部外側面上の導電体膜上に絶縁膜が形成されており、あるいはさらに第1凸部外側面のすべての面に導電体膜(第1導電体膜)が形成されており当該第1導電体膜はすべて接続しており、および/または、第1凹部内側面のすべての面に導電体膜(第2導電体膜)が形成されており当該第2導電体膜はすべて接続していて、あるいはさらに、前記第1凸部の底面に第1凸部の材料の質量より大きな錘が付着していることを特徴とする。 (66) In addition to (65), in the present invention, a conductor film is formed on at least one outer surface of the four outer surfaces of the first convex portion, and the conductive material on the outer surface of the first convex portion is formed. The body film serves as one electrode of electrostatic capacity, and / or a conductor film is formed on the inner surface of the first recess facing the conductor film on the outer surface of the first protrusion, The conductor film on the inner surface of the first recess is one electrode of electrostatic capacity, or an insulating film is further formed on the conductor film on the outer surface of the first protrusion, and / or An insulating film is formed on the conductor film on the outer surface of the first recess, or a conductor film (first conductor film) is formed on all surfaces of the outer surface of the first protrusion. The first conductor films are all connected and / or the conductor film (second (Electrical film) is formed and all the second conductor films are connected, or a weight larger than the mass of the material of the first convex part is attached to the bottom surface of the first convex part. It is characterized by.

(67)本発明は、第1面(表面)および第2面(裏面)を有する基板内に第1面に開口部を有する第1凹部、並びに第1凹部に隣接する第2凹部を有する音響トランスデューサーであって、前記第1凹部および第2凹部に挟まれた基板側壁をダイヤフラムとし、前記第1凹部へ導入された振動波により前記基板側壁が振動することによって前記基板側壁に形成された圧電素子に発生する電位の変化を検出するか、または前記基板側壁に形成された圧電素子に電圧を印加することによって前記基板側壁を振動させて前記第1凹部から振動波を発生することを特徴とする音響トランスデューサーであり、さらにあるいは前記基板は圧電体であり、前記第1凹部側の基板側壁上に形成した第1導電体膜および前記第2凹部側の基板側壁上に形成した第2導電体膜の間で電位差を検出するか、または前記第1凹部側の基板側壁上に形成した第1導電体膜および前記第2凹部側の基板側壁上に形成した第2導電体膜の間に電圧を印加して前記基板側壁を振動させることを特徴とし、さらにあるいは、前記第1凹部側の基板側壁上に形成した第1導電体膜、前記第1導電体膜上に形成した第1圧電体膜、および前記第1圧電体膜上に形成した第2導電体膜を有することを特徴とし、前記第1凹部へ導入された振動波により前記基板側壁が振動することによって前記基板側壁に形成された前記第1圧電体膜で発生した電荷により前記第1導電体膜および前記第2導電体膜の間で電位差を検出するか、あるいは前記第1導電体膜および前記第2導電体膜の間に電圧を印加することにより前記基板側壁を振動させて前記第1凹部から振動波を発生することを特徴とし、さらにあるいは、前記第2凹部側の基板側壁上に形成した第3導電体膜、前記第3導電体膜上に形成した第2圧電体膜、および前記第2圧電体膜上に形成した第4導電体膜を有することを特徴とし、前記第1凹部へ導入された振動波により前記基板側壁が振動することによって前記基板側壁に形成された前記第2圧電体膜で発生した電荷により前記第3導電体膜および前記第4導電体膜の間で電位差を検出するか、あるいは前記第3導電体膜および前記第4導電体膜の間に電圧を印加することにより前記基板側壁を振動させて前記第1凹部から振動波を発生することを特徴とする。 (67) The present invention provides a sound having a first recess having an opening in the first surface and a second recess adjacent to the first recess in a substrate having a first surface (front surface) and a second surface (back surface). It is a transducer, and a substrate side wall sandwiched between the first concave portion and the second concave portion is used as a diaphragm, and the substrate side wall vibrates by a vibration wave introduced into the first concave portion, and is formed on the substrate side wall. A change in potential generated in the piezoelectric element is detected or a voltage is applied to the piezoelectric element formed on the substrate side wall to vibrate the substrate side wall to generate a vibration wave from the first recess. Further, the substrate is a piezoelectric body, and is formed on the first conductor film formed on the substrate sidewall on the first recess side and on the substrate sidewall on the second recess side. A potential difference is detected between the second conductor films, or a first conductor film formed on the substrate side wall on the first recess side and a second conductor film formed on the substrate side wall on the second recess side The substrate sidewall is vibrated by applying a voltage between the first conductor film and the first conductor film formed on the substrate sidewall on the first recess side, or formed on the first conductor film. The substrate includes a first piezoelectric film and a second conductor film formed on the first piezoelectric film, and the substrate side wall vibrates by a vibration wave introduced into the first recess. A potential difference is detected between the first conductor film and the second conductor film by the charge generated in the first piezoelectric film formed on the side wall, or the first conductor film and the second conductor are detected. The substrate side by applying a voltage between the body membranes And a vibration wave is generated from the first recess. Further, a third conductor film formed on the substrate side wall on the second recess side, or formed on the third conductor film. The substrate includes a second piezoelectric film and a fourth conductor film formed on the second piezoelectric film, and the substrate side wall vibrates due to the vibration wave introduced into the first recess. A potential difference is detected between the third conductor film and the fourth conductor film by the charge generated in the second piezoelectric film formed on the side wall, or the third conductor film and the fourth conductor are detected. By applying a voltage between the body films, the side wall of the substrate is vibrated to generate a vibration wave from the first recess.

基板の厚み方向にセンサーが形成されるので、半導体基板の平面における圧力センサーの大きさを極めて小さくできる。しかもリソグラフィー等のLSI技術を用いて形成できるので、極めて精密なセンサーを作成できる。その他種々の効果については、以下の各項目で記載する。 Since the sensor is formed in the thickness direction of the substrate, the size of the pressure sensor in the plane of the semiconductor substrate can be extremely reduced. Moreover, since it can be formed using LSI technology such as lithography, a very precise sensor can be created. Various other effects are described in the following items.

本発明の1実施形態における圧力センサー(静電容量型素子)の構造を説明するための斜視図であるIt is a perspective view for demonstrating the structure of the pressure sensor (capacitance type | mold element) in one Embodiment of this invention. 図1の斜視図で示された圧力センサーを平面的に描いた図である。FIG. 2 is a plan view of the pressure sensor shown in the perspective view of FIG. 1. 圧力センサの構造およびその作製方法を説明する図である。It is a figure explaining the structure of a pressure sensor, and its manufacturing method. 貫通溝または凹部を形成した圧力センサの構造および製造方法を示す図である。It is a figure which shows the structure and manufacturing method of a pressure sensor which formed the penetration groove | channel or the recessed part. 本発明の実施形態である半導体圧力センサーの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor pressure sensor which is embodiment of this invention. 本発明の1実施形態における圧力センサー(静電容量型素子)の幅方向における断面の斜視図である。It is a perspective view of the section in the width direction of the pressure sensor (capacitance type element) in one embodiment of the present invention. 図6に示す本発明の1実施形態における圧力センサー(静電容量型素子)を製造する方法について説明する図である。It is a figure explaining the method of manufacturing the pressure sensor (capacitance type element) in one Embodiment of this invention shown in FIG. 図6または図7に示す実施形態によって作成した容量素子(圧力センサー)の投影図および容量素子(圧力センサー)パッケージを実装基板に搭載したときの図を模式的に示した図である。半導体基板に第3の基板を接合する方法について説明する図である。It is the figure which showed typically the projection when the capacitive element (pressure sensor) created by the embodiment shown in FIG. 6 or FIG. 7 and the figure when mounting a capacitive element (pressure sensor) package on a mounting substrate. It is a figure explaining the method to join a 3rd board | substrate to a semiconductor substrate. 図6に示す本発明の1実施形態における圧力センサー(静電容量型素子)を製造する別の方法について説明する図である。It is a figure explaining another method of manufacturing the pressure sensor (capacitance type element) in one Embodiment of this invention shown in FIG. 図6に示す本発明の実施形態のバリエイションである。It is a variation of embodiment of this invention shown in FIG. 図6に示す本発明の実施形態のバリエイションである。It is a variation of embodiment of this invention shown in FIG. 図6に示す本発明の実施形態のバリエイションである。It is a variation of embodiment of this invention shown in FIG. 本発明の縦型圧力センサーの断面図(別の実施形態における)を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing (in another embodiment) of the vertical type pressure sensor of this invention. 本発明の圧電体基板を用いた圧電素子(圧力センサー)の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the piezoelectric element (pressure sensor) using the piezoelectric material board | substrate of this invention. 図15は、インプリント法を用いて本発明の圧電デバイスを作製する方法を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a method of manufacturing the piezoelectric device of the present invention using the imprint method. 図15は、インプリント法を用いて本発明の圧電デバイスを作製する方法を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a method of manufacturing the piezoelectric device of the present invention using the imprint method. 基板内の第1面(表面)側に形成した第1凹部だけで側壁を形成した実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment which formed the side wall only by the 1st recessed part formed in the 1st surface (surface) side in a board | substrate. 図16に示す本発明の圧電素子を用いた圧力センサーの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the pressure sensor using the piezoelectric element of this invention shown in FIG. 凹部が第1面(表面)から第2面(裏面)に貫通している場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the recessed part has penetrated from the 1st surface (front surface) to the 2nd surface (back surface). インプリント法を用いた圧力センサーの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the pressure sensor using the imprint method. シリコン等の半導体基板内にこのような凹部を形成してインプリント法を用いた圧力センサーの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the pressure sensor which formed such a recessed part in semiconductor substrates, such as a silicon | silicone, and used the imprint method. 隣接する凹部間の基板側壁の側面にピエゾ抵抗を配置してそのピエゾ抵抗効果を利用した本発明の圧力センサーの構造および製造方法を示す図である。It is a figure which shows the structure and manufacturing method of the pressure sensor of this invention which has arrange | positioned the piezoresistor on the side surface of the board | substrate side wall between adjacent recessed parts, and utilized the piezoresistive effect. 半導体基板内にピエゾ抵抗を形成する場合の構造および製造方法を示す別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment which shows the structure and manufacturing method in the case of forming a piezoresistor in a semiconductor substrate. 側壁の側面に抵抗体を形成する一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment which forms a resistor in the side surface of a side wall. 感光性膜を側壁の側面に形成する方法について説明する図である。It is a figure explaining the method of forming a photosensitive film | membrane in the side surface of a side wall. 基板内に形成した凹部を用いた静電容量型の圧力センサーの構造および製造方法を示す図である。It is a figure which shows the structure and manufacturing method of an electrostatic capacitance type pressure sensor using the recessed part formed in the board | substrate. 圧力センサーのパッケージの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the package of a pressure sensor. 本発明の縦型圧力動作素子を用いたインクジェット(ポンプ)デバイスを示す図であるIt is a figure which shows the inkjet (pump) device using the vertical type pressure action element of this invention. 本発明のインクジェットデバイス(ポンプ)の動作方法を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement method of the inkjet device (pump) of this invention. 本発明の圧電素子を用いたインク(液体)ジェットデバイスを示す図である。It is a figure which shows the ink (liquid) jet device using the piezoelectric element of this invention. ポンプデバイスの実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of a pump device. 本発明の加速度センサーの構造および製造方法を示す図である。It is a figure which shows the structure and manufacturing method of the acceleration sensor of this invention. インプリント法を用いた凸部電極の作製方法を示す図である。It is a figure which shows the preparation methods of the convex part electrode using the imprint method. 凹部を用いた圧電体マイクの構造および製造方法を示す図である。It is a figure which shows the structure of a piezoelectric microphone using a recessed part, and a manufacturing method. 本発明を適用した熱交換器を示す図である。It is a figure which shows the heat exchanger to which this invention is applied. インプリント法を用いて本発明の凹部パターンを形成する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of forming the recessed part pattern of this invention using the imprint method. 従来の実施形態を示す図である。It is a figure which shows the conventional embodiment. 図37は、基板の厚み方向の断面を示したマイクロリアクターを示す図である。FIG. 37 is a view showing a microreactor showing a cross section in the thickness direction of the substrate. 図38は、図37において貫通孔2103(2103−2)の断面を右方向から見た図である。FIG. 38 is a view of the cross section of the through hole 2103 (2103-2) in FIG. 37 as viewed from the right. 図39は、液体等導入孔および液体等排出孔に設置する開閉バルブを示す図である。FIG. 39 is a diagram showing an open / close valve installed in the liquid introduction hole and the liquid discharge hole. 図40は、開閉バルブの別の構造を示す図である。FIG. 40 is a diagram showing another structure of the on-off valve. 図41は、本発明の1実施形態における圧力センサー(静電容量型素子)を製造する方法について説明する図である。FIG. 41 is a diagram illustrating a method for manufacturing a pressure sensor (capacitance element) according to an embodiment of the present invention. 図41は、本発明の1実施形態における圧力センサー(静電容量型素子)を製造する方法について説明する図である。FIG. 41 is a diagram illustrating a method for manufacturing a pressure sensor (capacitance element) according to an embodiment of the present invention. 図42は、本発明の1実施形態における圧力センサー(静電容量型素子)を製造する方法について説明する図である。FIG. 42 is a diagram illustrating a method for manufacturing a pressure sensor (capacitance element) according to one embodiment of the present invention. 図42は、本発明の1実施形態における圧力センサー(静電容量型素子)を製造する方法について説明する図である。FIG. 42 is a diagram illustrating a method for manufacturing a pressure sensor (capacitance element) according to one embodiment of the present invention. 図43は、回転イオン注入を用いて不純物拡散層を形成する方法について説明する図である。FIG. 43 is a diagram for explaining a method of forming an impurity diffusion layer using rotary ion implantation. 図44は、圧力伝達経路をさらに設けた圧力センサーを示す図である。FIG. 44 is a diagram showing a pressure sensor further provided with a pressure transmission path. 図45は、本発明のマイクロホンの第1の実施形態(第1の構造)を示す図である。FIG. 45 is a diagram showing a first embodiment (first structure) of a microphone according to the present invention. 図46は、本発明のマイクロホンを平面的に見た図である。FIG. 46 is a plan view of the microphone of the present invention. 図47は、容量空間を構成する貫通孔112−4、112−5を貫通孔112−2の側面に設けた構造を示す図である。FIG. 47 is a diagram showing a structure in which through holes 112-4 and 112-5 constituting a capacity space are provided on the side surface of the through hole 112-2. 図48は、平面形状(基板面に平行な断面)が円形状(立体的に見れば、円柱形状)であるマイクロホンを示す図である。FIG. 48 is a diagram showing a microphone whose planar shape (cross section parallel to the substrate surface) is circular (cylindrical when viewed three-dimensionally). 図49は、矩形(正方形または長方形)形状のマイクロホンで、コンデンサを構成する電極は2つの場合を示す図である。FIG. 49 is a diagram showing a case where a microphone having a rectangular shape (square or rectangular shape) has two electrodes constituting a capacitor. 図50は、本発明の加速度センサを示す平面図である。FIG. 50 is a plan view showing the acceleration sensor of the present invention. 図51は、加速度による基板側壁の変形状態を示す模式図である。FIG. 51 is a schematic diagram showing a deformed state of the substrate side wall due to acceleration. 図52は、本発明の加速度センサの断面図である。FIG. 52 is a cross-sectional view of the acceleration sensor of the present invention. 図53は、中央の貫通孔211の周囲のコンデンサ用貫通孔213、214、215、216がつながった構造を有する加速度センサを示す図である。FIG. 53 is a diagram showing an acceleration sensor having a structure in which capacitor through holes 213, 214, 215, and 216 around a central through hole 211 are connected. 図54は、断面(基板面に平行な面)が円形状(立体的には円柱状となる)の貫通孔および基板側壁を有する本発明の加速度センサを示す図である。FIG. 54 is a view showing an acceleration sensor of the present invention having a through-hole and a substrate side wall whose cross section (a surface parallel to the substrate surface) is circular (three-dimensionally cylindrical). 図55は、断面が8角形形状である貫通孔および基板側壁を有する本発明の加速度センサを示す図である。FIG. 55 is a view showing an acceleration sensor of the present invention having a through hole and a substrate side wall having an octagonal cross section. 図56は、本発明のマイクロホンデバイスまたは加速度センサデバイスの製造プロセスを示す図である。FIG. 56 is a diagram showing a manufacturing process of the microphone device or the acceleration sensor device of the present invention. 図57は、コンデンサの電極を形成する別の方法を示す図である。FIG. 57 is a diagram showing another method of forming the electrode of the capacitor. 図58は、円環状の構造を有する本発明のセンサにおいて、拡散層をコンデンサ電極に用いる場合の構造および製造方法を示す図である。FIG. 58 is a diagram showing a structure and a manufacturing method when a diffusion layer is used for a capacitor electrode in the sensor of the present invention having an annular structure. 図59は、本発明の電荷蓄積型センサの構造を示す図である。FIG. 59 is a diagram showing the structure of the charge storage type sensor of the present invention. 図60は、本発明のセンサのインプリントプロセスによる製造方法を示す図である。FIG. 60 is a diagram showing a method of manufacturing the sensor according to the present invention by an imprint process. 図61は、本発明の加速度センサの別の実施形態を示す図である。FIG. 61 is a diagram showing another embodiment of the acceleration sensor of the present invention. 図62は、導電体基板を使用した加速度センサの別の実施形態を示す図である。FIG. 62 is a diagram showing another embodiment of an acceleration sensor using a conductor substrate. 図63は、本発明の加速度センサの別の実施形態を示す図である。FIG. 63 is a diagram showing another embodiment of the acceleration sensor of the present invention. 図64は、導電体基板を用いた本発明の力量センサを作製するプロセスの製造方法である。FIG. 64 shows a manufacturing method of a process for manufacturing a force sensor of the present invention using a conductor substrate. 図65は、絶縁体基板または半導体基板を用いた本発明のセンサを形成する方法を示す図である。FIG. 65 is a diagram showing a method for forming a sensor of the present invention using an insulator substrate or a semiconductor substrate. 図66は、シリコン等の半導体基板を用いた本発明のセンサを作製する方法を示す図である。FIG. 66 is a diagram showing a method for manufacturing a sensor of the present invention using a semiconductor substrate such as silicon. 図67は、貫通孔の内側面および基板上面に拡散層を形成する別の実施形態を示す図である。FIG. 67 is a diagram showing another embodiment in which a diffusion layer is formed on the inner surface of the through hole and the upper surface of the substrate. 図68は、半導体基板を用いた従来のマイクロホンを示す図である。FIG. 68 is a diagram showing a conventional microphone using a semiconductor substrate. 図69は、本発明のセンサの別の製造方法を示す図である。FIG. 69 is a diagram showing another method for manufacturing the sensor of the present invention. 図70は、導電体基板を種基板として用いた本発明の製造方法を示す別の実施形態を示す図である。FIG. 70 is a diagram showing another embodiment showing the manufacturing method of the present invention using a conductor substrate as a seed substrate. 図71は、図45において凹部を形成した場合を示す図である。FIG. 71 is a diagram showing a case where a recess is formed in FIG. 図72は、図71と類似構造を加速度センサに適用した場合を示す図である。FIG. 72 is a diagram showing a case where a similar structure to FIG. 71 is applied to the acceleration sensor. 図73は、エピウエハを用いたセンサの製造方法を示す図である。FIG. 73 is a diagram showing a method for manufacturing a sensor using an epi-wafer. 図74は、エピウエハを用いたセンサの製造方法の別の実施形態を示す図である。FIG. 74 is a diagram showing another embodiment of a method for manufacturing a sensor using an epi-wafer. 図75は、本発明のセンサの製造方法の一実施形態を示す図である。FIG. 75 is a diagram showing an embodiment of a method for producing a sensor of the present invention. 図76は、エピウエハを用いたセンサの別の作製方法を示す図である。FIG. 76 is a diagram showing another method for manufacturing a sensor using an epi-wafer. 図77は、エピウエハを貼り合わせた基板を用いたセンサおよびその製造方法の一実施形態を示す図である。FIG. 77 is a diagram showing an embodiment of a sensor using a substrate on which an epi-wafer is bonded and a manufacturing method thereof. 図78は、導電体基板および半導体基板を接着させた複合基板を用いたセンサおよびその製造方法を示す図である。FIG. 78 is a diagram showing a sensor using a composite substrate in which a conductor substrate and a semiconductor substrate are bonded, and a manufacturing method thereof. 図79は、インプリント法を用いて作成したセンサおよびセンサの製造方法を示す図である。FIG. 79 is a diagram showing a sensor created using the imprint method and a method for manufacturing the sensor. 図80は、インプリントモールドを用いてセンサを作製する別の実施形態を示す図である。FIG. 80 is a diagram showing another embodiment in which a sensor is manufactured using an imprint mold. 図81は、インプリント法を用いて本発明のセンサを製造する方法を示す別の実施形態を示す図である。FIG. 81 is a diagram showing another embodiment showing a method for producing a sensor of the present invention using an imprint method. 図82は、絶縁性ポリマー内にインプリントモールド法により凹部を形成して、そのままモールド基板を凹部上の絶縁体基板として使用するセンサおよびその作製方法を示す図である。FIG. 82 is a diagram showing a sensor in which a recess is formed in an insulating polymer by an imprint molding method, and the mold substrate is used as an insulator substrate on the recess as it is, and a manufacturing method thereof. 図83は、インプリント法を用いた本発明の圧力センサの構造およびその製造方法を示す図である。FIG. 83 is a diagram showing a structure of a pressure sensor of the present invention using an imprint method and a manufacturing method thereof. 図84は、電気二重層キャパシタの構造を示す図である。FIG. 84 is a diagram showing the structure of the electric double layer capacitor. 図85は、別の電気二重層キャパシタの構造を示す図である。FIG. 85 is a diagram showing the structure of another electric double layer capacitor. 図86は、さらに別の電気二重層キャパシタの構造を示す図である。FIG. 86 is a diagram showing the structure of still another electric double layer capacitor. 図87は、電気二重層キャパシタの構造を平面的示した一実施例である。FIG. 87 is an example showing a plan view of the structure of the electric double layer capacitor. 図88は、圧電体基板に形成した貫通孔または凹部の間に形成された基板側壁の振動によって発生する電荷を用いた発電機を示す図である。FIG. 88 is a diagram showing a generator using electric charges generated by vibration of a substrate side wall formed between a through hole or a recess formed in a piezoelectric substrate. 図89は、基板内に形成した凹部に充填した圧電体ポリマー等内に凹部を形成し、その凹部間の圧電体ポリマー基板側壁を用いて作製した微小発電器を示す図である。FIG. 89 is a diagram showing a micro power generator manufactured by forming recesses in a piezoelectric polymer or the like filled in the recesses formed in the substrate and using the side walls of the piezoelectric polymer substrate between the recesses.

本発明の圧力センサーの第1の実施形態は、半導体ウエハのような円板状の基板や、矩形状(たとえば、正方形や長方形)の薄板状の基板の一方の面(第1の面)に他方の面(第2の面)まで貫通しない溝(第1面溝)を形成し、第2の面に第1面溝と交差せずかつ第2の面まで貫通しない溝(第2面溝)を形成し、第1面溝と第2面溝を隔てる隔壁(側壁)を用いた容量型センサーである。 The first embodiment of the pressure sensor of the present invention is applied to one surface (first surface) of a disk-shaped substrate such as a semiconductor wafer or a rectangular (for example, square or rectangular) thin-plate substrate. A groove (first surface groove) that does not penetrate to the other surface (second surface) is formed, and a groove that does not cross the first surface groove and does not penetrate to the second surface (second surface groove) ) And using a partition wall (side wall) that separates the first surface groove and the second surface groove.

図1は、本発明の圧力センサーの構造を分かりやすく説明するための斜視図である。本発明の第1の実施形態において使用される基板は基本的に導電体基板である。基本的にという意味は、後述するように基板の一部は絶縁体や半導体であるが、大部分は導電体であるということである。また、導電体という意味は、必ずしも金属や合金であるということではなく、電気抵抗が低く電気が流れやすい物質ということである。たとえば、N+シリコンやP+シリコンのような高濃度の不純物元素を含む低抵抗の半導体も本発明では導電体に含まれる。 FIG. 1 is a perspective view for easily explaining the structure of the pressure sensor of the present invention. The substrate used in the first embodiment of the present invention is basically a conductor substrate. The basic meaning is that a part of the substrate is an insulator or a semiconductor as will be described later, but the majority is a conductor. In addition, the term “conductor” does not necessarily mean a metal or an alloy, but a substance that has a low electrical resistance and easily flows. For example, a low-resistance semiconductor containing a high concentration impurity element such as N + silicon or P + silicon is also included in the conductor in the present invention.

図1に示すように、第1面側(上面側)に溝(第1面溝)O(O1、O2、O3)が第2面側(下面側)に向かって基板の厚み方向に形成されているが、第2面までは達していない。すなわち、第1面溝は第2面には貫通していない。一方、第2面にも溝Q(Q1、Q2,Q3、Q4)が形成されているが、第1面までは達していない。すなわち、第2面溝は第1面には貫通していない。図1に示す構造は、本発明の圧力センサーの構造の断面からの斜視図で示されている。実際の第1面溝は、この断面側(図に示すx軸方向(+側および−側)にも隔壁がある。すなわち、第1面溝は、第1面側にのみ開口している。一方、実際の第2面溝は、第1面溝を取り囲むように形成されている。(この詳細は、後の図でより明確に把握される。) As shown in FIG. 1, grooves (first surface grooves) O (O1, O2, O3) are formed on the first surface side (upper surface side) in the thickness direction of the substrate toward the second surface side (lower surface side). However, it has not reached the second side. That is, the first surface groove does not penetrate the second surface. On the other hand, the groove Q (Q1, Q2, Q3, Q4) is also formed on the second surface, but does not reach the first surface. That is, the second surface groove does not penetrate the first surface. The structure shown in FIG. 1 is shown in the perspective view from the cross section of the structure of the pressure sensor of this invention. The actual first surface groove has a partition also on the cross-sectional side (x-axis direction (+ side and − side) shown in the drawing. In other words, the first surface groove is opened only on the first surface side. On the other hand, the actual second surface groove is formed so as to surround the first surface groove (this detail will be more clearly understood in later figures).

第1面溝O1の1つの側壁(第1面溝O1と第2面溝Q1との隔壁)を側壁1003−1、第1面溝O1の他の側壁(第1面溝O1と第2面溝Q2との隔壁)を側壁1003−3、第1面溝O1の底壁を1003−2とする。第1面溝O2の1つの側壁(第1面溝O2と第2面溝Q2との隔壁)を側壁1004−1、第1面溝O2の他の側壁(第1面溝O2と第2面溝Q3との隔壁)を側壁1004−3)、第1面溝O2の底壁を1004−2とする。第1面溝O3の1つの側壁(第1面溝O3と第2面溝Q3との隔壁)を側壁1005−1、第1面溝O3の他の側壁(第1面溝O3と第2面溝Q4との隔壁)を側壁1005−3)、第1面溝O1の底壁を1005−2とする。尚、第1面溝O(O1〜O3)は、第2面側の溝によってその側壁が取り囲まれているので、実際にはもう2面の側壁(X方向の+側および−側)があるが、ここでは省略する。(図1においては、上述した様に溝内部が良く分かるように断面で切断し斜視図で示し開放されているので、これら2面の側壁は描かれていないが、それらの存在は容易に理解される。) One side wall of the first surface groove O1 (a partition wall between the first surface groove O1 and the second surface groove Q1) is the side wall 1003-1, and the other side wall (the first surface groove O1 and the second surface). A partition wall with the groove Q2) is defined as a side wall 1003-3, and a bottom wall of the first surface groove O1 is defined as 1003-2. One side wall of the first surface groove O2 (a partition wall between the first surface groove O2 and the second surface groove Q2) is the side wall 1004-1, and the other side wall (the first surface groove O2 and the second surface). The partition wall with the groove Q3) is a side wall 1004-3), and the bottom wall of the first surface groove O2 is 1004-2. One side wall of the first surface groove O3 (a partition wall between the first surface groove O3 and the second surface groove Q3) is the side wall 1005-1, and the other side wall (the first surface groove O3 and the second surface). The partition wall with the groove Q4) is a side wall 1005-3), and the bottom wall of the first surface groove O1 is 1005-2. The first surface grooves O (O1 to O3) are surrounded by the grooves on the second surface side, so there are actually two other side walls (+ side and-side in the X direction). However, it is omitted here. (In FIG. 1, as described above, the inside of the groove is cut in a cross-section so that the inside of the groove can be clearly seen and opened in a perspective view, so these two side walls are not drawn, but their existence is easily understood. )

第1面溝Oによって分離されている第1面1001側の上壁を第1面上壁1006(1006−1〜4)とする。図1に示す基板1000は導電体であるから、第1面溝Oおよび第2面溝Qを形成しても、図1に示す構造(溝パターンと称する)は電気的につながっているので、このままでは容量を形成できない。そこで、本発明は、第1面上壁において第1面側から第2面溝に達する電気的不活性領域を備えている。すなわち、図1において、第1面上壁1006−2に形成された領域I1および第1面上壁1006−3に形成された領域I2がその電気的不活性領域である。これらの電気的不活性領域I1およびI2は図1では分離されて示されているが、実際には、第1面溝O2を囲んでいるのでつながっていて、同じ領域である。ここで記載する電気的不活性領域とは、電気が流れない領域である。すなわち、第1面上壁1006−2は導電体であるが、電気的不活性領域I1によって分離された2つの領域1006−2−1および1006−2−2は電気的には導通していないので、1006−2−1および1006−2−2に電圧を印加したときには、一定の耐圧までは電気が流れない。同様に、第1面上壁1006−3は導電体であるが、電気的不活性領域I2によって分離された2つの領域1006−3−1および1006−3−2は電気的には導通していないので、1006−3−1および1006−3−2に電圧を印加したときには、一定の耐電圧までは電気が流れない。 The upper wall on the first surface 1001 side separated by the first surface groove O is defined as a first surface upper wall 1006 (1006-1 to 1006-1). Since the substrate 1000 shown in FIG. 1 is a conductor, the structure shown in FIG. 1 (referred to as a groove pattern) is electrically connected even if the first surface groove O and the second surface groove Q are formed. The capacity cannot be formed as it is. Therefore, the present invention includes an electrically inactive region that reaches the second surface groove from the first surface side on the first surface upper wall. That is, in FIG. 1, a region I1 formed on the first surface upper wall 1006-2 and a region I2 formed on the first surface upper wall 1006-3 are electrically inactive regions. Although these electrically inactive regions I1 and I2 are shown separated in FIG. 1, they are actually connected to each other because they surround the first surface groove O2, and are the same region. The electrically inactive region described here is a region where electricity does not flow. That is, the first surface upper wall 1006-2 is a conductor, but the two regions 1006-2-1 and 1006-2-2 separated by the electrically inactive region I1 are not electrically conductive. Therefore, when a voltage is applied to 1006-2-1 and 1006-2-2, electricity does not flow up to a certain withstand voltage. Similarly, the first surface upper wall 1006-3 is a conductor, but the two regions 1006-3-1 and 1006-3-2 separated by the electrically inactive region I2 are electrically conductive. Therefore, when a voltage is applied to 1006-3-1 and 1006-3-2, electricity does not flow up to a certain withstand voltage.

それぞれの第1面上壁に配線・電極を設ける。ここでは、模式的にN1〜N6で示す。すなわち、1006−1にはN1、1006−2−1にはN2、1006−2−2にはN3、1006−3−1にはN4、1006−3−2にはN5および1006−4にはN6の配線・電極を設ける。N1とN2、N3とN4、N5とN6は電気的に導通しているが、N2とN3は電気的不活性領域I1により電気的に導通していない。従って、圧力がかからないときは、側壁1003−3および側壁1004−1は(略)平行になっているので、第2面溝Q2を空間(絶縁)領域として、側壁1003−3および側壁1004−1で容量(コンデンサ)を形成している。第2面溝Q2の溝幅(側壁1003−3および側壁1004−1の離間距離)をd1、側壁1003−3および側壁1004−1の対面する面積をS1とすれば、これらの側壁電極間に生じる容量は、ε*S1/d1となる。同様に、N4とN5は電気的不活性領域I2により電気的に導通していない。従って、側壁1004−3および側壁1005−1は(略)平行になっているので、第2面溝Q3を空間(絶縁)領域として、側壁1004−3および側壁1005−1で容量(コンデンサ)を形成している。第2面溝Q3の溝幅(側壁1004−3および側壁1005−1の離間距離)をd2、側壁1004−3および側壁1005−1の対面する面積をS2とすれば、これらの側壁電極間に生じる容量は、ε*S2/d2となる。このように電気的不活性領域を備えることにより、導電体基板の厚み方向に形成された溝を用いて静電容量を測定できる。(εは誘電率、本発明の容量では空間容量なので、εは空気等の気体の誘電率或いは、真空誘電率に近い。真空は存在しないので、圧力を小さくしても真空には近くなるが真空にはならない。物質の比誘電率をε1、真空誘電率をε0とすると、物質の誘電率εsはεs=ε1*ε0となる。) Wiring and electrodes are provided on the upper wall of each first surface. Here, it is schematically shown as N1 to N6. That is, N1 for 1006-1, N2 for 1006-2-1, N3 for 1006-2-2, N4 for 1006-3-1, N5 for 1006-3-2, and N5 and 1006-4 N6 wiring and electrodes are provided. N1 and N2, N3 and N4, and N5 and N6 are electrically connected, but N2 and N3 are not electrically connected by the electrically inactive region I1. Therefore, when no pressure is applied, the side wall 1003-3 and the side wall 1004-1 are (substantially) parallel to each other, so that the second surface groove Q2 is a space (insulating) region, and the side wall 1003-3 and the side wall 1004-1. A capacitor (capacitor) is formed. If the groove width of the second surface groove Q2 (the separation distance between the side wall 1003-3 and the side wall 1004-1) is d1, and the facing area of the side wall 1003-3 and the side wall 1004-1 is S1, the space between these side wall electrodes is reduced. The resulting capacitance is ε * S1 / d1. Similarly, N4 and N5 are not electrically conducted by the electrically inactive region I2. Accordingly, since the side wall 1004-3 and the side wall 1005-1 are (substantially) parallel, the second surface groove Q3 is used as a space (insulating) region, and the side wall 1004-3 and the side wall 1005-1 have a capacitance (capacitor). Forming. If the groove width of the second surface groove Q3 (separation distance between the side wall 1004-3 and the side wall 1005-1) is d2, and the facing area of the side wall 1004-3 and the side wall 1005-1 is S2, the space between these side wall electrodes The resulting capacitance is ε * S2 / d2. Thus, by providing an electrically inactive area | region, an electrostatic capacitance can be measured using the groove | channel formed in the thickness direction of the conductor board | substrate. (Ε is a dielectric constant, and since the capacitance of the present invention is a space capacitance, ε is close to the dielectric constant of a gas such as air or the vacuum dielectric constant. Since there is no vacuum, it is close to a vacuum even if the pressure is reduced. (No vacuum. If the relative dielectric constant of the material is ε1 and the vacuum dielectric constant is ε0, the dielectric constant εs of the material is εs = ε1 * ε0.)

図1は、第1面溝の両サイドは開放して記載しているが、上述したように、この部分は第1面溝の状態を見やすいように断面にして見たものであり、実際には両サイドも閉じて上方(第1面側)だけが開口された溝となっている。また、第2面溝は、上述したように、第1面溝を取り巻くように形成されている。この結果、第1面溝は、上方の基板すなわち上壁だけで支持され、溝の4つの側面側(側壁)や溝の底面(底壁)はどこにも接触していない状態、すなわち浮いた状態となっている。また、第1面側(上方)の空間と第2面側(下方)の空間は溝状に形成された基板1000によって完全に分離している。従って、上方空間の圧力(Pu)と下方空間の圧力(Pb)が異なっていても圧力が伝達され平準化することはない。そこでPu>Pbの場合、その圧力差により溝を形成する上壁、側壁および底壁は第1面側から第2面側に膨らむ。逆にPu<Pbの場合、その圧力差により溝を形成する上壁、側壁および底壁は第2面側から第1面側に膨らむ。特に容量を構成している側壁(電極)1003−3、1004−1、1004−3、1005−1などは上壁1006や底壁よりも薄く形成されているので、撓みやすい。つまり、容量を構成する側壁は圧力差により変形するダイヤフラムのようになっている。PuとPbの圧力差Pu−Pbによるd1の変形量をΔd1とすれば、容量変化ΔC1は、ΔC1=ε*S{1/(d1−Δd1)−1/d1}となる。またd2に関しては、PuとPbの圧力差Pu−Pbによるd2の変形量をΔd2とすれば、容量変化ΔC2は、ΔC2=ε*S{1/(d2−Δd2)−1/d2}となる。この変形量は、変形する材料である側壁(導電体基板)の物理量(たとえば、ヤング率)や側壁の厚みによっても変化する。導電体であってヤング率の小さな材料を用いたり、側壁の厚みを薄くすれば撓み量が大きくなるので、同じ圧力差でも容量変化ΔCを大きくできる。(もちろん、繰り返しの圧力差によりダイヤフラムが破壊しない程度の強度が必要である。)尚側壁(電極)は側壁の枠(上壁、両側面、底壁)によって周囲が押さえられているので、側壁の周囲は変形量が小さいか殆どなく、そこから離れた側壁の中心部付近の変形量が大きく、曲面形状の撓みとなる。従って、上記のd1、d2、Δd1、Δd2などは平均値として考える必要がある。(尚、電極・配線N2およびN3の間に生じる静電容量として、電気的不活性領域に生じる静電容量も存在するが、この静電容量は圧力差が生じてもほぼ一定であるため、圧力差による容量変化を問題にするときは考えなくても良い。) Although FIG. 1 is described with both sides of the first surface groove open, as described above, this part is a cross-sectional view so that the state of the first surface groove is easy to see. Both sides are closed and a groove is opened only on the upper side (first surface side). Further, as described above, the second surface groove is formed so as to surround the first surface groove. As a result, the first surface groove is supported only by the upper substrate, that is, the upper wall, and the four side surfaces (side walls) of the groove and the bottom surface (bottom wall) of the groove are not in contact with each other, that is, in a floating state. It has become. The space on the first surface side (upper side) and the space on the second surface side (lower side) are completely separated by a substrate 1000 formed in a groove shape. Therefore, even if the pressure (Pu) in the upper space and the pressure (Pb) in the lower space are different, the pressure is transmitted and is not leveled. Therefore, in the case of Pu> Pb, the upper wall, the side wall, and the bottom wall forming the groove swell from the first surface side to the second surface side due to the pressure difference. On the other hand, when Pu <Pb, the upper wall, the side wall, and the bottom wall forming the groove bulge from the second surface side to the first surface side due to the pressure difference. In particular, the side walls (electrodes) 1003-3, 1004-1, 1004-3, 1005-1 and the like constituting the capacitor are formed thinner than the upper wall 1006 and the bottom wall, and thus are easily bent. That is, the side wall constituting the capacitor is like a diaphragm that is deformed by a pressure difference. If the deformation amount of d1 due to the pressure difference Pu−Pb between Pu and Pb is Δd1, the capacity change ΔC1 is ΔC1 = ε * S {1 / (d1−Δd1) −1 / d1}. As for d2, if the deformation amount of d2 due to the pressure difference Pu−Pb between Pu and Pb is Δd2, the capacity change ΔC2 is ΔC2 = ε * S {1 / (d2−Δd2) −1 / d2}. . This amount of deformation also varies depending on the physical quantity (for example, Young's modulus) of the side wall (conductor substrate) that is the material to be deformed and the thickness of the side wall. If a material having a small Young's modulus is used as a conductor or the thickness of the side wall is reduced, the amount of bending increases, so that the capacitance change ΔC can be increased even with the same pressure difference. (Of course, the strength is required so that the diaphragm does not break due to repeated pressure differences.) The side wall (electrode) is pressed by the side wall frame (upper wall, both side surfaces, bottom wall). The amount of deformation around the center of the wall is small or hardly, and the amount of deformation near the center of the side wall away from it is large, resulting in a curved shape. Therefore, it is necessary to consider the above d1, d2, Δd1, Δd2, etc. as average values. (Note that there is a capacitance generated in the electrically inactive region as a capacitance generated between the electrodes and wirings N2 and N3, but this capacitance is almost constant even if a pressure difference occurs. (You don't have to think about the volume change due to pressure difference.)

前述のように導電体基板として各種の金属材料や合金を使用できる。またN+シリコン基板、P+シリコン基板などの低抵抗半導体基板も使用できる。導電性高分子や導電性ゴムも使用でき、これらの材料のヤング率は小さいのでわずかな圧力差によって側壁電極が変動するので、逆に微小な圧力変動を検知することができる。導電性炭素や導電性カーボンナノチューブや導電性グラフェンも使用できる。さらに、ステンレス鋼(たとえば、SUS6300)も使用でき、金属ガラス(Ni基金属ガラス:Ni53Nb 20Ti10Zr8Co6Cu3(ヤング率100Gpa、引張強度1700Mpa)やZr基金属ガラス:Zr55Al 10Cu30Ni5(ヤング率140Gpa、引張強度2700Mpa))のように、ステンレス鋼より低ヤング率で高強度な材料も使用できる。 As described above, various metal materials and alloys can be used as the conductor substrate. Low resistance semiconductor substrates such as N + silicon substrates and P + silicon substrates can also be used. Conductive polymers and conductive rubbers can also be used, and since the Young's modulus of these materials is small, the side wall electrodes fluctuate due to a slight pressure difference, so that minute pressure fluctuations can be detected. Conductive carbon, conductive carbon nanotubes, and conductive graphene can also be used. Furthermore, stainless steel (for example, SUS6300) can also be used. Metallic glass (Ni-based metallic glass: Ni 53 Nb 20 Ti 10 Zr 8 Co 6 Cu 3 (Young's modulus 100 Gpa, tensile strength 1700 Mpa)) and Zr-based metallic glass: Zr 55 A material with lower Young's modulus and higher strength than stainless steel, such as Al 10 Cu 30 Ni 5 (Young's modulus 140Gpa, tensile strength 2700Mpa), can also be used.

ヤング率が小さく高強度の材料を有する導電性基板(以下、低Y基板と称する)とシリコンを貼り合わせて形成した貼り合わせ基板(エピウエハ等も含めて以下複合基板と呼ぶ場合もある)でも良い。シリコン基板側はあらかじめ高濃度領域の導電体層を低濃度領域内に形成したものを貼り合わせても良い。さらには、低Y基板にあらかじめ第1面溝および/または第2面溝を形成した基板をシリコン基板に貼り付けても良い。および/またはシリコン基板にもあらかじめ第1面溝を形成ししたものを低Y基板に貼り付けても良い。複合基板は上記の組合せに限らず各種の導電体基板を組み合わせても良い。低Y基板で側壁電極を作り、ダイヤフラムとして機能させると低い圧力差でも変形することができ感度を良くすることができる。また、シリコン基板側には電気不活性領域Iを作製しやすい。たとえば、電気不活性領域としてシリコン酸化膜などを形成することができる。 A conductive substrate having a low Young's modulus and a high strength material (hereinafter referred to as a low Y substrate) and a bonded substrate formed by bonding silicon (also referred to as a composite substrate, including an epi wafer) may be used. . On the silicon substrate side, a high-concentration region conductor layer formed in advance in the low-concentration region may be bonded. Furthermore, a substrate in which the first surface grooves and / or the second surface grooves are previously formed on the low Y substrate may be attached to the silicon substrate. In addition, a silicon substrate in which the first surface grooves are formed in advance may be attached to the low Y substrate. The composite substrate is not limited to the above combination, and various conductor substrates may be combined. If a sidewall electrode is made of a low Y substrate and functions as a diaphragm, it can be deformed even with a low pressure difference, and sensitivity can be improved. Moreover, it is easy to produce the electrically inactive region I on the silicon substrate side. For example, a silicon oxide film or the like can be formed as an electrically inactive region.

低Y基板とシリコン基板を張り付けた複合基板に関して、低Y基板側から第2面溝を形成するとき、高速にしかも異方性エッチングができるエッチング方法(エッチング装置、エッチング方式、エッチングガス、その他のエッチング条件)により低Y基板をシリコン基板側までエッチングする必要がある。低Y基板側はかなり厚い(たとえば、シリコン基板の厚みは約10〜100μmに対して、低Y基板を200μm以上とする)ので、オーバーエッチングが必要であるから、早く露出した一部のシリコン基板もエッチングされるので、そのエッチング量も見込んでシリコン基板の厚みを決定しなければならない。しかし、低Y基板のエッチング速度は速いが、シリコン基板のエッチングが遅いか殆どエッチングしないエッチング方法で行うことによりシリコン基板側のオーバーエッチング量を抑えることができる。複合基板の場合には、異なる材料であるため、このような選択比の高いエッチング方法を選定しやすいという利点もある。低Y基板として金属や合金等の導電体基板や、もっとYが小さい材料も使用できる。たとえば、導電性ゴム部材や導電性高分子などを使用すれば、側壁電極の厚みも厚くできるので、プロセスの安定度が向上する。低Y基板に貼りつける基板としてはシリコン基板以外の導電体基板を使用しても良い。ただし、電気不活性層を形成しやすい基板が良い。 An etching method (etching apparatus, etching method, etching gas, etc.) that can perform anisotropic etching at high speed when forming the second surface groove from the low Y substrate side for a composite substrate in which a low Y substrate and a silicon substrate are bonded. It is necessary to etch the low Y substrate to the silicon substrate side depending on the etching conditions. The low Y substrate side is quite thick (for example, the thickness of the silicon substrate is about 10 to 100 μm, and the low Y substrate is 200 μm or more). Therefore, the thickness of the silicon substrate must be determined in consideration of the etching amount. However, although the etching rate of the low Y substrate is fast, the amount of overetching on the silicon substrate side can be suppressed by performing an etching method in which the etching of the silicon substrate is slow or hardly etched. In the case of a composite substrate, since it is a different material, there is an advantage that it is easy to select an etching method having such a high selectivity. As the low Y substrate, a conductive substrate such as a metal or an alloy or a material having a smaller Y can be used. For example, if a conductive rubber member or a conductive polymer is used, the thickness of the side wall electrode can be increased, so that the stability of the process is improved. As a substrate to be attached to the low Y substrate, a conductor substrate other than a silicon substrate may be used. However, a substrate on which an electrically inactive layer can be easily formed is preferable.

図2は、図1の斜視図で示された圧力センサーを平面的に描いた図である。図2(a)は第1面側から見た図(平面図)である。図2(b)は図2(a)に示すA1−A2における切断面の側面図であり、図2(c)は図2(a)に示すB1−B2における切断面の側面図である。図2は、容量を構成する部分だけを描いているが、図1に含まれる部分および図1に含まれない部分についても容易に図2を拡張できる。1011(1011−1、1011−2)の実線は溝O(O1、O2)の内枠を示す。溝Oは第1面(上面)から下方に向かって形成されていて、図2(b)や(c)に示されるように、第2面(下面)には達せず完全に貫通していない文字通りの溝となっている。すなわち、溝O1は第1面(上面)側が開口され、その他の面(側壁1003−1、1003−3、1003−4、1003−5および底壁1003−2)によって囲まれている。溝O2も第1面(上面)側が開口され、その他の面(側壁1004−1、1004−3、1004−4、1004−5および底壁1004−2)によって囲まれている。 FIG. 2 is a plan view of the pressure sensor shown in the perspective view of FIG. FIG. 2A is a view (plan view) as seen from the first surface side. 2 (b) is a side view of the cut surface at A1-A2 shown in FIG. 2 (a), and FIG. 2 (c) is a side view of the cut surface at B1-B2 shown in FIG. 2 (a). FIG. 2 shows only a part constituting the capacity, but FIG. 2 can be easily extended to a part included in FIG. 1 and a part not included in FIG. The solid line 1011 (1011-1, 1011-2) indicates the inner frame of the groove O (O1, O2). The groove O is formed downward from the first surface (upper surface), and does not reach the second surface (lower surface) and does not penetrate completely, as shown in FIGS. 2 (b) and (c). It is literally a groove. That is, the groove O1 is opened on the first surface (upper surface) side and is surrounded by the other surfaces (side walls 1003-1, 1003-3, 1003-4, 1003-5, and the bottom wall 1003-2). The groove O2 is also opened on the first surface (upper surface) side and is surrounded by other surfaces (side walls 1004-1, 1004-3, 1004-4, 1004-5, and the bottom wall 1004-2).

図2(a)に示す矩形状の破線は第2面側の溝部との境界を示すもので、この外側が第2面溝Q(Q1、Q2、Q3)となっている。すなわち、第2面溝Qは第2面側(下側)が開口され、第1面側(上面側)に向かって形成されているが、第1面(上面)には到達せず完全に貫通していない文字通りの溝となっている。図2から分かるように、第2面溝Qは第1面溝Oを取り囲んでいるが、第1面溝Oは第2面溝Qと側壁や底壁によって隔離されている。すなわち、第1面溝O1は、側壁1003−1、1003−3、1003−4、1003−5および底壁1003−2により、第1面溝O2は、側壁1004−1、1004−3、1004−4、1004−5および底壁1004−2により隔離されている。この結果、第1面側(上側)の圧力(P1)と第2面側(下側)の圧力(P2)と異なる圧力を印加することが可能となる。 A rectangular broken line shown in FIG. 2 (a) indicates a boundary with the groove portion on the second surface side, and this outer side is a second surface groove Q (Q1, Q2, Q3). That is, the second surface groove Q is opened on the second surface side (lower side) and formed toward the first surface side (upper surface side), but does not reach the first surface (upper surface) and is completely formed. It is a literal groove that does not penetrate. As can be seen from FIG. 2, the second surface groove Q surrounds the first surface groove O, but the first surface groove O is isolated from the second surface groove Q by the side wall and the bottom wall. That is, the first surface groove O1 is formed by the side walls 1003-1, 1003-3, 1003-4, 1003-5 and the bottom wall 1003-2, and the first surface groove O2 is formed by the side walls 1004-1, 1004-3, 1004. -4, 1004-5 and the bottom wall 1004-2. As a result, it is possible to apply a pressure different from the pressure (P1) on the first surface side (upper side) and the pressure (P2) on the second surface side (lower side).

図2(a)に示すように、溝部O(O1、O2)は電気不活性層I(I1、I2、I3、I4、I5)により取り囲まれている。この電気不活性層I(I1、I2、I3、I4、I5)は、平面的に溝部O(O1、O2)を取り囲んでいるだけでなく、図2(b)および図2(c)から分かるように、基板の深さ方向に形成されており、第1面(上面)から第2面溝Qへ達している。すなわち、溝部O(O1、O2)は電気不活性層I(I1、I2、I3、I4、I5)によって完全に隔離されている。基板1000は導電体であるが、基板1000は、電気不活性層I(I1、I2、I3、I4、I5)により、1000−2および1000−3は完全に隔離されている。たとえば、基板1000−1や1000−4は、基板1000−2や1000−3を取り囲んでいて、基板1000−1や1000−4は、基板1000−2や1000−3と電気的に導通していない。電気不活性層Iの耐電圧までは、基板1000−1や1000−4と、基板1000−2や1000−3との間には電気が流れない。さらに基板1000−2と1000−3とも電気不活性層Iによって隔離されているため、基板1000−2と1000−3とは導通せず、電気不活性層Iの耐電圧までは、基板1000−2と1000−3との間には電気が流れない。 As shown in FIG. 2A, the trench O (O1, O2) is surrounded by the electrically inactive layer I (I1, I2, I3, I4, I5). The electrically inactive layer I (I1, I2, I3, I4, I5) not only surrounds the groove O (O1, O2) in a plane but also can be seen from FIGS. 2 (b) and 2 (c). Thus, it is formed in the depth direction of the substrate and reaches the second surface groove Q from the first surface (upper surface). That is, the trench O (O1, O2) is completely isolated by the electrically inactive layer I (I1, I2, I3, I4, I5). The substrate 1000 is a conductor, but the substrate 1000 is completely isolated from 1000-2 and 1000-3 by the electrically inactive layer I (I1, I2, I3, I4, I5). For example, the substrates 1000-1 and 1000-4 surround the substrates 1000-2 and 1000-3, and the substrates 1000-1 and 1000-4 are electrically connected to the substrates 1000-2 and 1000-3. Absent. Until the withstand voltage of the electrically inactive layer I, electricity does not flow between the substrates 1000-1 and 1000-4 and the substrates 1000-2 and 1000-3. Further, since both the substrates 1000-2 and 1000-3 are isolated by the electrically inactive layer I, the substrates 1000-2 and 1000-3 are not electrically connected. No electricity flows between 2 and 1000-3.

図2(b)に示すように、第1面溝O1の側壁1003−3と第1面溝O2の側壁1004−1は、第2面溝Q2を介して互いに対面している。側壁1003−3と側壁1004−1との距離をdとする。第1面側の圧力P1は第1面溝O1やO2の内部に伝達し、第2面側の圧力P2は第2面溝Q2の内部に伝達される。P1とP2が等しいときは第1面溝O1およびO2の側壁1003−3および1004−1は変形していないので、その時のこれらの側壁間の距離をd0とする。P1がP2より大きいとき、第1面溝O(O1、O2)は膨らみ、側壁1003−1、1003−3、1004−1、1004−3は第2面側の空間Q(Q1、Q2、Q3)の方へ膨らむ。すなわち、d<d0となる。P1がP2より小さいとき、第1面溝O(O1、O2)はへこみ、側壁1003−1、1003−3、1004−1、1004−3は第1面側の空間O(O1、O2)の方へ膨らむ。すなわち、d>d0となる。P1=P2のときは、側壁1003−3と側壁1004−1はほぼ平行であるから、dは側壁1003−3および側壁1004−1の全域でほぼ一定である。 As shown in FIG. 2B, the side wall 1003-3 of the first surface groove O1 and the side wall 1004-1 of the first surface groove O2 face each other through the second surface groove Q2. The distance between the side wall 1003-3 and the side wall 1004-1 is d. The pressure P1 on the first surface side is transmitted to the inside of the first surface grooves O1 and O2, and the pressure P2 on the second surface side is transmitted to the inside of the second surface groove Q2. When P1 and P2 are equal, the side walls 1003-3 and 1004-1 of the first surface grooves O1 and O2 are not deformed, and the distance between these side walls at that time is defined as d0. When P1 is larger than P2, the first surface groove O (O1, O2) swells, and the side walls 1003-1, 1003-3, 1004-1, 1004-3 are on the second surface side space Q (Q1, Q2, Q3). Swell toward). That is, d <d0. When P1 is smaller than P2, the first surface grooves O (O1, O2) are recessed, and the side walls 1003-1, 1003-3, 1004-1, 1004-3 are in the space O (O1, O2) on the first surface side. Bulges towards. That is, d> d0. When P1 = P2, since the side wall 1003-3 and the side wall 1004-1 are substantially parallel, d is substantially constant over the entire area of the side wall 1003-3 and the side wall 1004-1.

しかし、第1面の上壁1006(1006−1、1006−2、1006−3)は側壁1003−1、1003−3、1004−1、1004−3に比べて厚い(たとえば、基板がシリコンの場合には、使用圧力にもよるが、上壁の厚みは約20μm以上、側壁の厚みは約20μm以下である。)ので、上壁は余り変形せずに側壁の方が大きく変形する。また、第1面溝O1は4つの側壁(1003−1、1003−3、1003−4、1003−5)によって囲まれているので、容量変化に影響をおよぼす距離の方向(図2ではA1−A2の方向)において、側壁同士の角部(たとえば、1003−1と1003−4、1003−1と1003−5、1003−3と1003−4、1003−3と1003−5)では、側壁1003−3の変形は小さい。また、第1面溝O1の底壁1003−2の厚みも容量を構成する側壁1003−3の厚みより厚いので、底壁1003−2の変形は側壁1003−3の変形よりも小さくなる。当然側壁1003−3と底壁1003−2の角部では側壁1003−3の変形は小さい。さらに、上壁1006−2と側壁1003−3との角部における側壁1003−3の変形も小さい。すなわち、P1とP2の圧力差P1−P2が生じると、最も大きく変形する部分は側壁1003−3の中心部付近であり、そこから離れるに従い変形量は小さくなる。1003−3と対面する側壁1004−1に関しても同様である。 However, the upper wall 1006 (1006-1, 1006-2, 1006-3) of the first surface is thicker than the side walls 1003-1, 1003-3, 1004-1, 1004-3 (for example, the substrate is made of silicon). In some cases, although depending on the working pressure, the thickness of the upper wall is about 20 μm or more and the thickness of the side wall is about 20 μm or less. Further, since the first surface groove O1 is surrounded by four side walls (1003-1, 1003-3, 1003-4, 1003-5), the direction of the distance that affects the capacitance change (A1- in FIG. 2). In the corners of the side walls (for example, 1003-1 and 1003-4, 1003-1 and 1003-5, 1003-3 and 1003-4, 1003-3 and 1003-5) in the direction A2). The deformation of -3 is small. Further, since the thickness of the bottom wall 1003-2 of the first surface groove O <b> 1 is also thicker than the thickness of the side wall 1003-3 constituting the capacity, the deformation of the bottom wall 1003-2 is smaller than the deformation of the side wall 1003-3. Naturally, the deformation of the side wall 1003-3 is small at the corners of the side wall 1003-3 and the bottom wall 1003-2. Further, the deformation of the side wall 1003-3 at the corner between the upper wall 1006-2 and the side wall 1003-3 is small. That is, when the pressure difference P1-P2 between P1 and P2 occurs, the most deformed portion is in the vicinity of the center portion of the side wall 1003-3, and the amount of deformation decreases as the distance from the portion increases. The same applies to the side wall 1004-1 facing the 1003-3.

P1とP2の圧力差P1−P2によって変形しやすい方が容量変化を大きくできるので、容量を構成する側壁1003−3や1004−1の厚みは小さい方が、圧力検出感度が高まる。(ただし、圧力差による破壊や繰り返しの疲労破壊が生じないほどの厚みは必要である。)一方、壁の中で容量を構成しない側壁(第1面溝O1では1003−4および1003−5、第1面溝O2では1004−4および1004−5)の厚みは、容量を構成する側壁1003−3や1004−1よりも大きくした方が良い。何故なら、第1面溝Oや第2面溝を形成するときに、容量を構成しない側壁の方はプロセス余裕度を高めることができるし、容量を構成する側壁よりも破壊しにくくもできる。さらに、これらが変形がしにくければ、効果的に容量を構成する側壁1003−3や1004−1が変形しやすくなる。底壁や上壁に関しても上述の理由により厚くした方が良いが、さらにエッチングによって形成するときにエッチングの余裕度をできるだけ大きくした方が良いという理由もある。もちろん、精度よく形成できればそれほど厚くする必要はない。 Since the capacity change can be increased when the pressure is easily changed by the pressure difference P1-P2 between P1 and P2, the pressure detection sensitivity increases when the side walls 1003-3 and 1004-1 constituting the capacity are smaller. (However, it is necessary to have a thickness that does not cause destruction due to a pressure difference or repeated fatigue failure.) On the other hand, side walls that do not constitute a capacity in the walls (1003-4 and 1003-5 in the first surface groove O1, In the first surface groove O2, the thickness of 1004-4 and 1004-5) should be made larger than the side walls 1003-3 and 1004-1 constituting the capacity. This is because, when the first surface groove O and the second surface groove are formed, the side wall that does not constitute the capacity can increase the process margin and can be more difficult to break than the side wall that constitutes the capacity. Furthermore, if these are difficult to deform, the side walls 1003-3 and 1004-1 that effectively constitute the capacity are easily deformed. The bottom wall and the top wall are also preferably thicker for the above-mentioned reasons, but there is also a reason that it is better to make the etching margin as large as possible when forming by etching. Of course, if it can be formed accurately, it does not need to be so thick.

図2(d)、(e)にP1>P2のときとP1>P2のときのA1−A2の断面の状態を示す。図2(b)(これは、P1=P2の図とほぼ同じである)と同様の図である。上述したように、P1>P2のとき(図2(d))は、側壁1003−1、1003−3、1004−1、1004−3は第2面溝Q(Q1、Q2、Q3)の方へ膨らみ、余り変形しない上壁1006(1006−1、1006−2、1006−3)や底壁1003−2、1004−2に支持されて、側壁1003−1、1003−3、1004−1、1004−3の中心部の膨らみが他の部分よりも大きくなる。紙面に垂直な方向においても、側壁1003−3および1004−1は、側壁1003−4と1003−5、および1004−4と1004−5に支持されているので、側壁1003−3および1004−1の中心部の膨らみが他の部分よりも大きい凸状になる。P1<P2のとき(図2(e))は、側壁1003−1、1003−3、1004−1、1004−3は第1面溝O(O1、O2)の方へ膨らみ、余り変形しない上壁1006(1006−1、1006−2、1006−3)や底壁1003−2、1004−2に支持されて、側壁1003−1、1003−3、1004−1、1004−2の中心部の膨らみが他の部分よりも大きくなる。紙面に垂直な方向においても、側壁1003−3および1004−1は、側壁1003−4と1003−5、および1004−4と1004−5に支持されているので、側壁1003−3および1004−1の中心部の膨らみ(第1面溝O側への)が他の部分よりも大きい凸状(第1面溝O側への)になる。 FIGS. 2D and 2E show the cross-sectional states of A1-A2 when P1> P2 and P1> P2. FIG. 2B is a view similar to FIG. 2 (this is almost the same as the view of P1 = P2). As described above, when P1> P2 (FIG. 2D), the side walls 1003-1, 1003-3, 1004-1, and 1004-3 are on the second surface groove Q (Q1, Q2, Q3). Side walls 1003-1, 1003-3, 1004-1, supported by upper walls 1006 (1006-1, 1006-2, 1006-3) and bottom walls 1003-2, 1004-2, which are not deformed so much. The bulge of the center part of 1004-3 becomes larger than another part. Even in the direction perpendicular to the paper surface, the side walls 1003-3 and 1004-1 are supported by the side walls 1003-4 and 1003-5, and 1004-4 and 1004-5, so the side walls 1003-3 and 1004-1 are also supported. The bulge of the center part of this becomes convex shape larger than other parts. When P1 <P2 (FIG. 2 (e)), the side walls 1003-1, 1003-3, 1004-1, and 1004-3 swell toward the first surface groove O (O1, O2) and do not deform so much. Supported by the wall 1006 (1006-1, 1006-2, 1006-3) and the bottom walls 1003-2, 1004-2, the central portion of the side walls 1003-1, 1003-3, 1004-1, 1004-2. The bulge becomes larger than other parts. Even in the direction perpendicular to the paper surface, the side walls 1003-3 and 1004-1 are supported by the side walls 1003-4 and 1003-5, and 1004-4 and 1004-5, so the side walls 1003-3 and 1004-1 are also supported. The bulge (to the 1st surface groove | channel O side) of the center part becomes a convex shape (to the 1st surface groove | channel O side) larger than another part.

従って、P1とP2に圧力差があるときは、容量を構成する側壁1003−3および1004−1の距離dは平均距離を考える必要がある。すなわち、P1とP2に圧力差があるときの容量は、異なる距離dを有する微小部分の容量として、全体の容量はその積分値となる。図2(d)に示すように、P1>P2のときの平均距離をd1とすると、d1<d0となり容量が増大する。第1面溝O1とO2はほぼ等しい特性値を有する(同じ材料であるから、ヤング率Eやポアッソン比σは等しく、また、側壁や底壁や上壁などの厚みやサイズも同じ)とすれば、第1面溝O1とO2は同じ圧力差P1−P2で同じ量だけ膨らむ。すなわち、側壁1003−2および1004−1はΔd1だけ膨らむ(このΔd1も平均値である)とすると、d1=d0−2Δd1となる。本発明はこのように両側から側壁間距離dを小さくするので、2倍の効果がある。(尚、片側だけの構造とすることも簡単にできる。O1は形成するが、O2は電極だけにして第1面溝O2を形成しなければ良い。)図2(d)からすぐ分かるように、圧力差を大きくしてもΔd1をd0/2以上にはできないので、側壁1003−3や1004−1の破壊強度をΔd1=d0/2になるときの圧力差による強度よりも大きくしておけば、側壁1003−3や1004−1が破壊することはない。容量を構成しない側壁(1003−1、1003−4、1003−5、1004−3、1004−4、1004−5)や底壁(1003−2、1004−2)や上壁などは、容量を構成する側壁1003−3や1004−1より厚くしておけば、破壊強度も大きくなるので、これらも圧力差P1−P2の増大による破壊を防止できる。もちろん、容量の上限値を設定してこれよりも圧力差が生じたときに圧力がこのセンサーにかかることを防止する機構を備えておけば、確実にセンサーの破壊を防止できる。さらにこの容量も本発明の圧力センサーを使って検出できる。 Therefore, when there is a pressure difference between P1 and P2, it is necessary to consider the average distance for the distance d between the side walls 1003-3 and 1004-1 constituting the capacity. That is, the capacity when there is a pressure difference between P1 and P2 is the capacity of a minute portion having a different distance d, and the entire capacity is an integral value thereof. As shown in FIG. 2D, if the average distance when P1> P2 is d1, d1 <d0 and the capacity increases. The first surface grooves O1 and O2 have substantially the same characteristic values (because they are the same material, the Young's modulus E and the Poisson's ratio σ are equal, and the thickness and size of the side wall, bottom wall, top wall, etc. are the same). For example, the first surface grooves O1 and O2 swell by the same amount with the same pressure difference P1-P2. That is, if the side walls 1003-2 and 1004-1 are expanded by Δd1 (this Δd1 is also an average value), d1 = d0−2Δd1. Since the present invention reduces the distance d between the side walls from both sides in this way, there is a double effect. (It is also possible to simplify the structure on only one side. Although O1 is formed, it is sufficient that O2 is only an electrode and the first surface groove O2 is not formed.) As can be readily seen from FIG. Even if the pressure difference is increased, Δd1 cannot be increased to d0 / 2 or more. Therefore, the breaking strength of the side walls 1003-3 and 1004-1 should be larger than the strength due to the pressure difference when Δd1 = d0 / 2. For example, the side walls 1003-3 and 1004-1 are not destroyed. Side walls (1003-1, 1003-4, 1003-5, 1004-3, 1004-4, 1004-5), bottom walls (1003-2, 1004-2), upper walls, etc. that do not constitute a capacity If it is made thicker than the side walls 1003-3 and 1004-1 that constitute it, the breaking strength also increases, so that they can also be prevented from breaking due to an increase in the pressure difference P1-P2. Of course, if a mechanism for preventing the pressure from being applied to the sensor when a pressure difference is generated by setting an upper limit value of the capacity, destruction of the sensor can be surely prevented. Furthermore, this capacity can also be detected using the pressure sensor of the present invention.

また、図2(e)に示すように、P1<P2のときの平均距離をd2とすると、d2>d0となり容量が減少する。第1面溝O1とO2はほぼ等しい特性値を有する(同じ材料であるから、ヤング率Eやポアッソン比σは等しく、また、側壁や底壁や上壁などの厚みやサイズも同じ)とすれば、第1面溝O1とO2は同じ圧力差P1−P2で同じ量だけ縮む。すなわち、側壁1003−3および1004−1はΔd2だけ縮む(このΔd2も平均値である)とすると、d2=d0+2Δd2となる。本発明はこのように両側から側壁間距離dを大きくするので、2倍の効果がある。(尚、片側だけの構造とすることも簡単にできる。O1は形成するが、O2は電極だけにして第1面溝O2を形成しなければ良い。)図2(e)からすぐ分かるように、圧力差を大きくしてもΔd2を{第1面溝O(O1、O2)の幅}/2以上にはできないので、側壁1003−3や1004−1の破壊強度をΔd2={第1面溝O(O1、O2)の幅}/2になるときの圧力差による強度よりも大きくしておけば、側壁1003−3や1004−1が破壊することはない。容量を構成しない側壁(1003−1、1003−4、1003−5、1004−3、1004−4、1004−5)や底壁(1003−2、1004−2)や上壁などは、容量を構成する側壁1003−3や1004−1より厚くしておけば、破壊強度も大きくなるので、これらも圧力差P1−P2の増大による破壊を防止できる。もちろん、容量の下限値を設定してこれよりも圧力差が生じたときに圧力がこのセンサーにかかることを防止する機構を備えておけば、確実にセンサーの破壊を防止できる。 Further, as shown in FIG. 2E, when the average distance when P1 <P2 is d2, d2> d0 and the capacity is reduced. The first surface grooves O1 and O2 have substantially the same characteristic values (because they are the same material, the Young's modulus E and the Poisson's ratio σ are equal, and the thickness and size of the side wall, bottom wall, top wall, etc. are the same). For example, the first surface grooves O1 and O2 shrink by the same amount with the same pressure difference P1-P2. That is, if the side walls 1003-3 and 1004-1 shrink by Δd2 (this Δd2 is also an average value), d2 = d0 + 2Δd2. Since the present invention increases the distance d between the side walls from both sides in this way, it has a double effect. (It is also possible to simplify the structure on only one side. Although O1 is formed, it is not necessary to form the first surface groove O2 by using only O2 as the electrode.) As can be readily seen from FIG. Even if the pressure difference is increased, Δd2 cannot be greater than {width of the first surface groove O (O1, O2)} / 2 or more. Therefore, the breaking strength of the side walls 1003-3 and 1004-1 is set to Δd2 = {first surface If the strength by the pressure difference when the width of the groove O (O1, O2)} / 2 is increased, the side wall 1003-3 or 1004-1 will not be broken. Side walls (1003-1, 1003-4, 1003-5, 1004-3, 1004-4, 1004-5), bottom walls (1003-2, 1004-2), upper walls, etc. that do not constitute a capacity If it is made thicker than the side walls 1003-3 and 1004-1 that constitute it, the breaking strength also increases, so that they can also be prevented from breaking due to an increase in the pressure difference P1-P2. Of course, if a mechanism for preventing the pressure from being applied to the sensor when a lower limit value of the capacity is set and a pressure difference is generated more than this is provided, the sensor can be reliably prevented from being destroyed.

図2(c)は、図2(a)におけるB1−B2における切断面の側面図である。B1−B2の方向は第1面溝O2(奥側のO1は省略する)の縦方向である。(A1−A2の方向は横方向である。)第1面溝O2の壁1004(1004−2、1004−4、1004−5)は導電体であり、同じ導電体である上壁1000(1000−3)とつながっているが、電気不活性領域I4やI5により、その外側の上壁1000(1000−1)とは電気的には接続していない。第1面溝O(O2)の長さ(縦方向長さ)をa、幅(横方向長さ)をb、深さ(上壁の下面から溝の底面までの距離)をh、底壁の厚みをq3、側壁1004−4の厚みをq1、1004−5の厚みをq2とすると、容量を構成する電極の面積S(側壁1003−3および1004−1の容量に寄与する面積にほぼ等しい)は、S=(a+q1+q2)*(h+q3)となる。
側壁1003−3および1004−1で構成される容量Cは、C=ε*S/dで示される。P2=P1のときは、側壁1003−3および1004−1はほぼ平行と考えて良いのでC=ε*S/d0である。P1>P2のときはC=ε*S/d1、P1<P2のときはC=ε*S/d2である。尚、静電容量を測定するときは、図2(b)に示すように、対向する側壁電極1003−3および1004−1へ接続する電極・配線F1およびF2を形成するが、上述したようにF1とF2に生じる静電容量は、側壁電極1003−3および1004−1の間に生じる静電容量のほかに、電気不活性領域I1に生じる静電容量もある。(これらの容量は並列に入っていると考えれば良い。すなわち、全体の静電容量は個々の静電容量の和となる。)しかし、この電気不活性領域I1に生じる静電容量は一定であるから、静電容量変化に寄与するのは、側壁電極1003−3および1004−1の間に生じる静電容量である。
FIG.2 (c) is a side view of the cut surface in B1-B2 in Fig.2 (a). The direction of B1-B2 is the vertical direction of the first surface groove O2 (O1 on the back side is omitted). (The direction of A1-A2 is the lateral direction.) The wall 1004 (1004-2, 1004-4, 1004-5) of the first surface groove O2 is a conductor, and the upper wall 1000 (1000 -3), but is not electrically connected to the outer upper wall 1000 (1000-1) by the electrically inactive regions I4 and I5. The length (vertical length) of the first surface groove O (O2) is a, the width (lateral length) is b, the depth (distance from the bottom surface of the top wall to the bottom surface of the groove) is h, and the bottom wall Is the thickness of q3, the thickness of the side wall 1004-4 is q1, and the thickness of 1004-5 is q2. ) Is S = (a + q1 + q2) * (h + q3).
A capacity C constituted by the side walls 1003-3 and 1004-1 is represented by C = ε * S / d. When P2 = P1, the side walls 1003-3 and 1004-1 can be considered to be substantially parallel, so C = ε * S / d0. When P1> P2, C = ε * S / d1, and when P1 <P2, C = ε * S / d2. When measuring the capacitance, as shown in FIG. 2B, electrodes / wirings F1 and F2 connected to the opposing side wall electrodes 1003-3 and 1004-1 are formed. The capacitance generated in F1 and F2 is not only the capacitance generated between the side wall electrodes 1003-3 and 1004-1 but also the capacitance generated in the electrically inactive region I1. (It can be considered that these capacitances are in parallel. That is, the total capacitance is the sum of the individual capacitances.) However, the capacitance generated in this electrically inactive region I1 is constant. Therefore, it is the capacitance generated between the side wall electrodes 1003-3 and 1004-1 that contributes to the capacitance change.

図1、図2に示したものが本発明の圧力センサーに用いる容量の1つの実施形態である。このように、本発明は、導電体基板の厚み方向に第1面(上面)側および第2面(下面)側から形成した溝を利用した静電容量型圧力センサーである。導電体基板として、金属や合金などを用いることができる。この場合、電気不活性領域は第1面側の一部に絶縁体を形成して作成することができる。また、導電体基板として、不純物元素を高濃度に固溶した低抵抗のシリコンなどの半導体基板を使うことができる。この場合、電気不活性領域は第1面側の一部に絶縁体を形成して作成することができる。たとえば、電気不活性領域となるべき部分を酸化または窒化して酸化物(絶縁体)や窒化物(絶縁体)や酸窒化物(絶縁体)を形成して作成できる。或いは、酸素や窒素をイオン注入して酸化物(絶縁体)や窒化物(絶縁体)や酸窒化物(絶縁体)を形成して作成できる。或いは、電気不活性領域となるべき部分にトレンチ溝を形成して絶縁体を埋めこんだり、酸化または窒化して絶縁体を形成して作成できる。また、導電体基板として、導電体高分子や導電体ゴムを使うこともできる。この場合、電気不活性領域は第1面側の一部に絶縁体を形成して作成することができる。導電体高分子や導電体ゴムはわずかな圧力差により縮小または膨張するので、微小な圧力変動を検出することができる。 FIG. 1 and FIG. 2 show one embodiment of the capacity used in the pressure sensor of the present invention. Thus, the present invention is a capacitive pressure sensor using grooves formed from the first surface (upper surface) side and the second surface (lower surface) side in the thickness direction of the conductor substrate. A metal, an alloy, or the like can be used as the conductor substrate. In this case, the electrically inactive region can be formed by forming an insulator on a part of the first surface side. Further, as the conductor substrate, a semiconductor substrate such as silicon having low resistance in which an impurity element is dissolved in a high concentration can be used. In this case, the electrically inactive region can be formed by forming an insulator on a part of the first surface side. For example, it can be formed by oxidizing or nitriding a portion to be an electrically inactive region to form an oxide (insulator), nitride (insulator), or oxynitride (insulator). Alternatively, oxygen or nitrogen can be ion-implanted to form an oxide (insulator), nitride (insulator), or oxynitride (insulator). Alternatively, it can be formed by forming a trench groove in a portion to be an electrically inactive region to fill the insulator, or forming an insulator by oxidation or nitridation. Further, a conductive polymer or conductive rubber can be used as the conductive substrate. In this case, the electrically inactive region can be formed by forming an insulator on a part of the first surface side. Since the conductive polymer or conductive rubber contracts or expands by a slight pressure difference, minute pressure fluctuations can be detected.

また高濃度不純物を有する低抵抗の半導体基板上に高濃度不純物元素と逆導電体の元素である低濃度の不純物を有する半導体をエピタキシャル成長させた基板(たとえば、N型不純物元素を高濃度に含み低抵抗のシリコン半導体基板(N+基板)上に低濃度のP型不純物元素を含むエピ層)、或いは、高濃度不純物を有する低抵抗の半導体基板上に高濃度不純物元素と逆導電体の元素である低濃度の不純物を有する半導体基板を接合させた複合基板を用いることができる。これらの場合、第1面溝の側壁およびこれに接続する第1面溝の一部に高濃度不純物領域と同じ導電体の元素を有する高濃度領域を形成し、容量を形成する2つの電極に接続する第1面に形成される高濃度領域はそれぞれ離間して形成する。このようにすると低濃度の不純物領域がこれらの電極間の電気的不活性領域となる。さらに導電体基板として、貼り合わせ基板を用いることもできる。第1面側には電気不活性領域を形成しやすい基板を用い、その下側に深い溝部を形成しやすい基板或いは、薄い側壁を形成しやすい基板、或いはヤング率が低い基板、さらには破壊強度が高く繰り返し疲労強度が高い基板を使用することができる。 Further, a substrate obtained by epitaxially growing a semiconductor having a low-concentration impurity, which is an element of a reverse conductor to the high-concentration impurity element, on a low-resistance semiconductor substrate having a high-concentration impurity (for example, a low concentration containing an N-type impurity element at a high concentration An epitaxial layer containing a low-concentration P-type impurity element on a silicon semiconductor substrate (N + substrate) having resistance, or an element having a high-concentration impurity element and a reverse conductor on a low-resistance semiconductor substrate having high-concentration impurities. A composite substrate in which a semiconductor substrate having a low concentration of impurities is bonded can be used. In these cases, a high concentration region having the same conductor element as the high concentration impurity region is formed on the side wall of the first surface groove and a part of the first surface groove connected to the first surface groove, and the two electrodes forming the capacitance are formed. The high concentration regions formed on the first surfaces to be connected are formed apart from each other. In this way, the low concentration impurity region becomes an electrically inactive region between these electrodes. Further, a bonded substrate can be used as the conductor substrate. A substrate on which the electrically inactive region is easily formed on the first surface side, a substrate on which a deep groove portion is easily formed below, a substrate on which a thin sidewall is easily formed, a substrate with a low Young's modulus, and a fracture strength A substrate having a high repetitive fatigue strength can be used.

導電体基板として、高濃度不純物を含み低抵抗のシリコン半導体基板を使用する場合に、本発明の圧力センサーを製造する方法について図41に基づいて説明する。図41においては、簡単のために活性領域と1つの第1面溝を有する場合について説明するが、これをそのまま用いることにより圧力センサーを作成できる。図41(a)に示すように、シリコン半導体基板として、N型不純物元素を高濃度に含み低抵抗のシリコン半導体基板(N+基板)1101を用いる。(前述したようにP+シリコン基板も用いることができる。)このN+基板1101の両面に絶縁膜を形成する。(第1面側の絶縁膜を1102、第2面側の絶縁膜を1103とする。)この絶縁膜は、N+基板1101を酸化したシリコン酸化膜、N+基板1101を窒化したシリコン窒化膜、N+基板1101を酸窒化したシリコン酸窒化膜、CVD(化学気相成長)法やPVD(物理気相成長)法によって成長させたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜などである。第1面側の絶縁膜1102上にフォトレジスト1104を形成し、電気不活性領域を形成する部分を窓開けする(この窓を1105とする)。この窓開けは、フォトレジスト等の感光性膜を感光するなどしてフォトリソ法を用いて行う。 A method of manufacturing the pressure sensor of the present invention when using a low-resistance silicon semiconductor substrate containing a high concentration impurity as the conductor substrate will be described with reference to FIG. In FIG. 41, the case of having an active region and one first surface groove will be described for simplicity, but a pressure sensor can be created by using this as it is. As shown in FIG. 41A, a silicon semiconductor substrate (N + substrate) 1101 containing an N-type impurity element at a high concentration and having a low resistance is used as the silicon semiconductor substrate. (As described above, a P + silicon substrate can also be used.) An insulating film is formed on both surfaces of the N + substrate 1101. (The insulating film on the first surface side is 1102 and the insulating film on the second surface side is 1103.) This insulating film is a silicon oxide film obtained by oxidizing the N + substrate 1101, a silicon nitride film obtained by nitriding the N + substrate 1101, N + A silicon oxynitride film obtained by oxynitriding the substrate 1101, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like grown by a CVD (chemical vapor deposition) method or a PVD (physical vapor deposition) method. A photoresist 1104 is formed on the insulating film 1102 on the first surface side, and a window for forming an electrically inactive region is opened (this window is referred to as 1105). The opening of the window is performed using a photolithographic method by exposing a photosensitive film such as a photoresist.

次に図41(b)に示すように、この窓1105を用いて、その下に存在する絶縁膜1102を除去する。この絶縁膜1102の除去には、この絶縁膜1102をエッチング可能な液体中へ浸漬したり、液体を吹きかけたりして行なう。(WET法)たとえば、絶縁膜1102がシリコン酸化膜であれば、ふっ酸(HF)を含む溶液を用いることができる。或いは、この絶縁膜1102をエッチング可能なガスを用いてドライエッチング法を用いて行うことができる。たとえば、絶縁膜1102がシリコン酸化膜であれば、CF系(CF4など)ガス、CCl系ガス(CCl4など)、CHF系ガス(CHF3など)、CHCl系ガス(CHCl3など)、CBr系ガス(CBr4など)、CHBr系ガス(CH2Br2など)、CI系ガス(CI4など)、CHI系ガス(CH2I2など)、塩素系ガス(Cl2など)などのガスや他のガスおよびこれらのガスの混合ガスをプラズマ化してエッチングすることができる。絶縁膜1102をエッチングした後、その下にあるN+シリコン基板1101をエッチングし、窪み部(凹部)1106を形成する。N+シリコン基板1101のエッチングは、シリコン基板のエッチング可能なガスを用いてドライエッチング法を用いて行うことができる。たとえば、CF系(CF4など)ガス、SF系ガス(SF6)、CCl系ガス(CCl4など)、CHF系ガス(CH3Fなど)、CHCl系ガス(CHCl3など)、CBr系ガス(CBr4など)、CHBr系ガス(CH2Br2など)、CI系ガス(CI4など)、CHI系ガス(CH2I2など)、塩素系ガス(Cl2など)などのガスや他のガスおよびこれらのガスの混合ガスをプラズマ化してエッチングすることができる。或いは、アルカリ性エッチング液や熱リン酸溶液などのWET法でN+シリコン基板1101をエッチングすることができる。尚、絶縁膜1102や1103は必要がなければ、形成しなくても良い。またフォトレジストなどを使わなくても、選択的に電気不活性領域を形成できる場合には、フォトレジストを用いなくても良い。 Next, as shown in FIG. 41B, the insulating film 1102 existing under the window 1105 is removed. The insulating film 1102 is removed by immersing the insulating film 1102 in an etchable liquid or spraying the liquid. (WET method) For example, if the insulating film 1102 is a silicon oxide film, a solution containing hydrofluoric acid (HF) can be used. Alternatively, the insulating film 1102 can be etched by a dry etching method using a gas that can be etched. For example, if the insulating film 1102 is a silicon oxide film, a CF-based gas (such as CF4), a CCl-based gas (such as CCl4), a CHF-based gas (such as CHF3), a CHCl-based gas (such as CHCl3), or a CBr-based gas (CBr4). Etc.), CHBr gases (CH2Br2, etc.), CI gases (CI4, etc.), CHI gases (CH2I2, etc.), chlorine gases (Cl2, etc.) and other gases and mixed gases of these gases And can be etched. After the insulating film 1102 is etched, the underlying N + silicon substrate 1101 is etched to form a depression (depression) 1106. Etching of the N + silicon substrate 1101 can be performed by dry etching using a gas capable of etching the silicon substrate. For example, CF gas (CF4, etc.), SF gas (SF6), CCl gas (CCl4, etc.), CHF gas (CH3F, etc.), CHCl gas (CHCl3, etc.), CBr gas (CBr4, etc.), CHBr Gases such as CH2 gas (CH2Br2, etc.), CI gas (CI4, etc.), CHI gas (CH2I2, etc.), chlorine gas (Cl2, etc.), and other gases and mixed gases of these gases are made into plasma and etched. be able to. Alternatively, the N + silicon substrate 1101 can be etched by a WET method such as an alkaline etching solution or a hot phosphoric acid solution. Note that the insulating films 1102 and 1103 are not necessarily formed if not necessary. If the electrically inactive region can be selectively formed without using a photoresist or the like, the photoresist may not be used.

次に、図41(c)に示すように、イオン注入を行い、窓1105から酸素等のイオンを高濃度に注入し、酸素イオン等を高濃度に含む領域1108を形成する。このプロセスの目的は、N+シリコン基板の第1面側の深い部分までを形成することである。図1〜図3も用いて説明したように電気不活性領域Iは、容量部分を構成する2つの対向する電極を電気的に完全に分離できる領域でなければならない。ここで用いる導電体基板はN+シリコン基板という1つの導電体材料からなるので、電気不活性領域Iを絶縁体として上壁部分の厚み方向に絶縁体を完全に形成する必要がある。一方、第2面溝を形成するとき、第2面溝は第1面溝に達しないようにする必要がある。第1面溝の深さ(図2の「h+上壁の厚み」))は、100μmは欲しい(もっと薄くても良いが、容量が小さくなるとともに、圧力による変形量dが小さくなるので、圧力検知の感度が悪くなる)ので、第2面溝も約100μmはエッチングする必要がある。また、上壁は圧力により余り変形しない方が良いので、上壁の厚みは容量を構成する側壁の厚みより少なくとも約3μmは厚くした方が良い。側壁の厚みを約3〜5μmとすれば、上壁の厚みは約6μm以上の厚みが必要となる。すなわち、電気不活性領域Iの厚みはこの6μmよりも深い領域まで形成しておく必要がある。第2面溝のエッチングのばらつきも考慮すれば、約10μmの深さまで電気不活性領域Iを形成しておくと良い。酸化や窒化だけで絶縁体を約10μmまで形成するのはかなりの時間酸化処理や窒化処理を行う必要があり、プロセスコストがかかるだけでなく、N+シリコン基板中の欠陥を増大させるので、長時間の熱処理は問題がある。そこで、図41(b)や(c)に示すように、凹部1106を形成しさらに深い領域まで高濃度の酸素イオンや窒素イオンを注入する。酸素や窒素を深い領域まで注入するには、高電圧イオン注入を行う。また高濃度の酸素イオンや窒素イオンを注入する必要があるので、高電流のイオン注入を行う。 Next, as shown in FIG. 41C, ion implantation is performed, and ions such as oxygen are implanted at a high concentration from the window 1105 to form a region 1108 containing oxygen ions and the like at a high concentration. The purpose of this process is to form a deep part on the first surface side of the N + silicon substrate. As described with reference to FIGS. 1 to 3, the electrically inactive region I must be a region where two opposing electrodes constituting the capacitor portion can be electrically separated completely. Since the conductor substrate used here is made of one conductor material called an N + silicon substrate, it is necessary to completely form an insulator in the thickness direction of the upper wall portion using the electrically inactive region I as an insulator. On the other hand, when forming the second surface groove, it is necessary that the second surface groove does not reach the first surface groove. The depth of the first surface groove (“h + thickness of upper wall” in FIG. 2) is desired to be 100 μm (though it may be thinner, the capacity decreases and the deformation d due to pressure decreases, so the pressure Therefore, the second surface groove also needs to be etched by about 100 μm. In addition, since it is better that the upper wall is not deformed by pressure, the thickness of the upper wall is preferably at least about 3 μm thicker than the thickness of the side wall constituting the capacity. If the thickness of the side wall is about 3 to 5 μm, the thickness of the upper wall needs to be about 6 μm or more. That is, it is necessary to form the electrically inactive region I to a region deeper than 6 μm. In consideration of the etching variation of the second surface groove, the electrically inactive region I is preferably formed to a depth of about 10 μm. Forming an insulator up to about 10 μm only by oxidation or nitridation requires a considerable time of oxidation treatment or nitridation treatment, which not only increases the process cost, but also increases the number of defects in the N + silicon substrate. There is a problem with the heat treatment. Therefore, as shown in FIGS. 41B and 41C, a recess 1106 is formed and oxygen ions and nitrogen ions of high concentration are implanted to a deeper region. In order to implant oxygen or nitrogen into a deep region, high voltage ion implantation is performed. Further, since it is necessary to implant oxygen ions or nitrogen ions at a high concentration, high current ion implantation is performed.

次に、図41(d)に示すように、フォトレジスト1104を除去して、酸化処理や窒化処理や熱処理を行って、厚い絶縁体1110を形成する。この絶縁体1110はシリコン酸化物やシリコン窒化物やシリコン酸窒化物である。酸化処理等で絶縁体1110を形成しても凹部1106や1105が残っている場合において、この窪み部1106や1105を埋めるときには、SOG(silicon on glass)等の絶縁膜を塗布した後熱処理して固化して平坦化しても良いし、および/またはCVD法やPVD法で絶縁膜を積層して平坦化しても良い。この状態が図41(e)に示されていて、1111が絶縁膜である。尚、凹部1106をさらに深くして(いわゆるトレンチを形成し)、このトレンチにシリコン酸化物やシリコン窒化物やシリコン酸窒化物等を熱処理法やCVD法やPVD法等で積層したり、SOG法で平坦化したりして電気不活性層を形成しても良い。 Next, as shown in FIG. 41D, the photoresist 1104 is removed, and oxidation treatment, nitridation treatment, or heat treatment is performed to form a thick insulator 1110. The insulator 1110 is silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride. When the recesses 1106 and 1105 remain even if the insulator 1110 is formed by oxidation treatment or the like, when the recesses 1106 and 1105 are filled, an insulating film such as SOG (silicon on glass) is applied and then heat-treated. It may be solidified and planarized, and / or an insulating film may be stacked and planarized by a CVD method or a PVD method. This state is shown in FIG. 41 (e), where 1111 is an insulating film. The recess 1106 is further deepened (a so-called trench is formed), and silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like is laminated in the trench by a heat treatment method, a CVD method, a PVD method, or the like, or an SOG method. The electrically inactive layer may be formed by flattening.

次に図41(f)に示すように、フォトレジスト等の感光性膜1113を第1面上に形成して、第1面溝Oを形成する領域の感光性膜1113を窓開けして、窓部1114を形成し、この窓部1114を用いてその下に存在する絶縁膜1111および1102をエッチング除去する。このエッチング除去には、上述したWET法やドライ法を用いることができる。このようにして、N+シリコン基板が露出した領域1115を選択的に得ることができる。 Next, as shown in FIG. 41 (f), a photosensitive film 1113 such as a photoresist is formed on the first surface, and the photosensitive film 1113 in the region where the first surface groove O is formed is opened. A window portion 1114 is formed, and the insulating films 1111 and 1102 existing under the window portion 1114 are removed by etching. For this etching removal, the aforementioned WET method or dry method can be used. In this manner, the region 1115 where the N + silicon substrate is exposed can be selectively obtained.

次に図41(g)に示すように、窓部1114(1115も含む)を用いて、第1面溝Oを形成する。この第1面溝の深さ(g=h+上壁厚み)は約100μm以上である。第1面溝の幅kは容量部分には余り関係しないので比較的大きくても良い。たとえば、k=100μmでも良いので、g=300μmとすれば、アスペクト比3(g/k)の溝を形成すれば良い。ボッシュ法等のドライエッチング技術により、サイドエッチングの非常に少ない溝を形成することができる。ドライエッチングを行うときには、露出したN+シリコン基板だけではなく、フォトレジスト等の感光性膜1113もエッチングされていくので、N+シリコンのエッチングに対して感光性膜1113や(感光性膜1113が除去されて絶縁膜1111や1102が露出されることも考慮して)絶縁膜1111や1102のエッチング選択比が良好なエッチング条件を選択する必要がある。尚、kが小さい方がサイドエッチングの少ない第1面溝が形成できるならばそのような良好なkを選択すれば良いが、圧力を第1面溝Oの内部にスムーズに伝達する必要があるので、10μmはあると良い。また、kが大きすぎると、容量素子のサイズが大きくなるので、圧力センサーのサイズも考慮してkの大きさを決めると良い。第1面溝は第2面に達しないようにする必要があるので、N+シリコン基板の厚みをmとしたときに、当然m>gである。また上述したように、第1面溝の底壁は容量を構成しないが、底壁の部分における圧力差による変動が容量を構成する側壁の部分よりも小さい方が好ましいので、容量を構成する側壁の厚みよりも厚くするのが良い。また、第1面溝のエッチングはストッパーによる検知ができなければ、時間管理で置かなう必要があるため、ある程度のオーバーエッチングが必要となる。以上の問題や第1面溝の厚さ方向のエッチングばらつきを考慮すれば、底壁の厚みは第1面溝の深さgの約5%〜10%程度が良い。もちろん、エッチング精度が良くなれば、約5%より小さくもできるし、エッチング精度が悪ければ約10%より大きくすることもできる。さらに、設計値で問題なければ約10%以上にすることもできる。たとえば、第1面溝の深さが300μmであれば、底壁の厚みは約15〜30μmとし、最初のN+基板の厚みは約315μm〜330μmとすれば良い。ただし、後述するように容量部分を浮かせたいときには、最初のN+基板の厚みは約315μm〜330μmよりももっと厚くすると良い。 Next, as shown in FIG. 41 (g), a first surface groove O is formed using a window portion 1114 (including 1115). The depth of the first surface groove (g = h + upper wall thickness) is about 100 μm or more. The width k of the first surface groove is not so related to the capacity portion and may be relatively large. For example, since k = 100 μm may be used, if g = 300 μm, a groove with an aspect ratio of 3 (g / k) may be formed. A groove with very little side etching can be formed by a dry etching technique such as the Bosch method. When dry etching is performed, not only the exposed N + silicon substrate but also the photosensitive film 1113 such as a photoresist is etched, so that the photosensitive film 1113 and (the photosensitive film 1113 are removed with respect to N + silicon etching. In consideration of the exposure of the insulating films 1111 and 1102), it is necessary to select an etching condition in which the etching selectivity of the insulating films 1111 and 1102 is good. If the first surface groove with less side etching can be formed when k is smaller, such a good k may be selected. However, it is necessary to smoothly transmit the pressure to the inside of the first surface groove O. Therefore, 10 μm is good. If k is too large, the size of the capacitive element increases. Therefore, the size of k should be determined in consideration of the size of the pressure sensor. Since it is necessary that the first surface groove does not reach the second surface, m> g naturally when the thickness of the N + silicon substrate is m. Further, as described above, the bottom wall of the first surface groove does not constitute a capacity, but it is preferable that the fluctuation due to the pressure difference in the bottom wall portion is smaller than the side wall part constituting the capacity. It is better to make it thicker than. In addition, if the etching of the first surface groove cannot be detected by a stopper, it is necessary to perform the time management, so a certain degree of over-etching is required. Considering the above problems and the etching variation in the thickness direction of the first surface groove, the thickness of the bottom wall is preferably about 5% to 10% of the depth g of the first surface groove. Of course, if the etching accuracy is improved, it can be made less than about 5%, and if the etching accuracy is bad, it can be made more than about 10%. Furthermore, if there is no problem with the design value, it can be increased to about 10% or more. For example, if the depth of the first surface groove is 300 μm, the thickness of the bottom wall may be about 15-30 μm, and the thickness of the first N + substrate may be about 315 μm-330 μm. However, when it is desired to float the capacitance portion as will be described later, the thickness of the first N + substrate is preferably thicker than about 315 μm to 330 μm.

次に、図41(h)に示すように、感光性膜1113を除去して、第1面溝のエッチングダメッジや汚染を除去するための洗浄や処理(WETやドライ)を施したり、第1面溝の内壁を熱処理(酸化、窒化や酸窒化などの処理)をしたり、CVD法やPVD法を用いて、絶縁膜1117を形成する。この絶縁膜1117は第1面溝の内壁を保護する。この絶縁膜1117の形成は必要がなければ行なわなくても良い。或いは、絶縁膜でなく多結晶シリコン(PolySi)膜、金属やシリサイド膜などの導電体膜でも良い。このような導電体膜を形成すれば、第1面溝の内壁の抵抗をさらに下げることもできる。或いは、高濃度の不純物をドープしたり拡散したりしても良い。或いは、上記の処理を併用しても良い。 Next, as shown in FIG. 41 (h), the photosensitive film 1113 is removed, and cleaning and processing (WET and dry) for removing etching damage and contamination of the first surface groove are performed. The insulating film 1117 is formed by heat-treating the inner wall of the surface groove (treatment such as oxidation, nitridation, or oxynitridation), or using CVD or PVD. This insulating film 1117 protects the inner wall of the first surface groove. The insulating film 1117 may be omitted if not necessary. Alternatively, a conductive film such as a polycrystalline silicon (PolySi) film, a metal or a silicide film may be used instead of the insulating film. If such a conductor film is formed, the resistance of the inner wall of the first surface groove can be further reduced. Alternatively, high concentration impurities may be doped or diffused. Or you may use said process together.

次に、図41(h)に示すように第2面(下面)に第2面溝を形成するためのパターニングを行う。たとえば、フォトレジスト等の感光性膜1120を形成してパターニングし、第2面溝を形成すべき領域を窓開けする。(窓部1121)その後で、窓部1121の下(図面では上の方になるが、適宜このように記載する)にある絶縁膜1103をエッチング除去する。尚、この絶縁膜1103は必要がなければ形成する必要はないし、或いは、感光性膜1120を形成する前に第2面から除去しておいても良い。ただし、感光性膜1120を直接N+シリコン基板上に形成するよりも絶縁膜1103上に感光性膜1120を形成した方がパターニング性が良くなる場合は、絶縁膜1103を形成しておくと良い。(或いは、残しておくと良い。)或いは、第2面溝を形成するためにN+シリコン基板のエッチングのときに、N+シリコン基板をエッチングしたくない場所に存在する感光性膜1120もなくなる恐れがあるときは、絶縁膜1103を残してストッパーとして使用すると良い。絶縁膜1103のエッチングはドライでもWETでも適宜行うことができる。 Next, as shown in FIG. 41 (h), patterning is performed for forming a second surface groove on the second surface (lower surface). For example, a photosensitive film 1120 such as a photoresist is formed and patterned to open a region where the second surface groove is to be formed. (Window portion 1121) After that, the insulating film 1103 under the window portion 1121 (the upper portion in the drawing, which is appropriately described in this manner) is removed by etching. Note that the insulating film 1103 does not need to be formed if unnecessary, or may be removed from the second surface before forming the photosensitive film 1120. However, if the patterning property is better when the photosensitive film 1120 is formed on the insulating film 1103 than when the photosensitive film 1120 is directly formed on the N + silicon substrate, the insulating film 1103 is preferably formed. (Alternatively, it may be left.) Alternatively, when the N + silicon substrate is etched to form the second surface groove, there is a possibility that the photosensitive film 1120 existing in a place where the N + silicon substrate is not desired to be etched is lost. In some cases, the insulating film 1103 may be left and used as a stopper. The insulating film 1103 can be etched as appropriate, whether dry or wet.

その次に、窓部1121において露出したN+シリコン基板をエッチング(絶縁膜やシリコンのエッチングを図41(h)では矢印で表している)して、図41(i)に示すように第2面溝Qを形成する。このエッチングも深堀エッチング(Deep RIE)で行い、サイドエッチングの非常に小さく、深さ方向のエッチングも制度の良いドライエッチングで行なう。第2面溝は前述の電気不活性領域I、すなわち、厚い絶縁体1110まで達する必要がある。しかし、第1面に達しないようにする。上壁1006は容量を構成する側壁よりも圧力による変形度が小さい方が望ましいこと、エッチングばらつきなども考慮する必要があることから、上壁1006は側壁の厚みよりも約3〜5μm以上厚い方が良い。たとえば、容量を構成する側壁の厚みを約3〜5μmとすれば、上壁1006の厚みを約6〜10μm以上とする。容量を構成する側壁の厚みを約5〜10μmとすれば、上壁1006の厚みを約8〜15μm以上とする。容量を構成する側壁の厚みを約10〜20μmとすれば、上壁1006の厚みを約13〜25μm以上とする。容量を構成する側壁の厚みを約20〜30μmとすれば、上壁1006の厚みを約23〜35μm以上とする。第2面溝の深さをn、上壁1006の厚みをpとすれば、n=m−pとなる。 Next, the N + silicon substrate exposed in the window 1121 is etched (etching of the insulating film and silicon is indicated by an arrow in FIG. 41 (h)), and the second surface as shown in FIG. 41 (i). Groove Q is formed. This etching is also performed by deep RIE, and the side etching is very small, and etching in the depth direction is also performed by dry etching with good system. The second surface groove needs to reach the above-described electrically inactive region I, that is, the thick insulator 1110. However, do not reach the first side. Since it is desirable that the upper wall 1006 has a smaller degree of deformation due to pressure than the side wall constituting the capacitor, and it is necessary to consider etching variation, the upper wall 1006 is thicker by about 3 to 5 μm or more than the thickness of the side wall. Is good. For example, if the thickness of the side wall constituting the capacitor is about 3 to 5 μm, the thickness of the upper wall 1006 is about 6 to 10 μm or more. If the thickness of the side wall constituting the capacitor is about 5 to 10 μm, the thickness of the upper wall 1006 is about 8 to 15 μm or more. If the thickness of the side wall constituting the capacitor is about 10 to 20 μm, the thickness of the upper wall 1006 is about 13 to 25 μm or more. If the thickness of the side wall constituting the capacitor is about 20-30 μm, the thickness of the upper wall 1006 is about 23-35 μm or more. If the depth of the second surface groove is n and the thickness of the upper wall 1006 is p, then n = m−p.

第2面溝の形成において最も重要なことは、容量を構成する側壁(図41(i)においては、1003−3)の厚みyと電極間の距離dである。厚みyが薄ければ圧力差による感度が良くなる。たとえば、周囲のみが拘束された厚みyの長方形(h*a)のシリコンダイヤフラムの最大たわみ(長方形の中心部)はおおよそ以下の計算式で与えられる。
Wmax=α*z*h/(Ey
(zは圧力差(=P1−P2)、Eはダイヤフラム材料のヤング率、αはシリコンダイヤフラムの縦横比により変化する定数)
h=a=300μmのとき(正方形状ダイヤフラム)には、α=0.0138となり、
Wmaxは約600z/y(μm)となる。ただし、zをMpa単位で示し、yはμm単位で示す。たとえば、zを1Mpa(約1atm)、yを5μmとするとWmax=約5μmとなる。また、zを1Mpa(約1atm)、yを3μmとするとWmax=約22μmとなる。
h=a=400μmのとき(正方形状ダイヤフラム)には、Wmaxは約1890z/y(μm)となる。たとえば、zを1Mpa(約1atm)、yを5μmとするとWmax=約15μmとなる。また、zを1Mpa(約1atm)、yを3μmとするとWmax=約70μmとなる。
h=300μm、a=600μmのとき(長方形状ダイヤフラム)には、α=0.0277となり、Wmaxは約1200z/y(μm)となる。ただし、zをMpa単位で示し、yはμm単位で示す。たとえば、zを1Mpa(約1atm)、yを5μmとするとWmax=約10μmとなる。また、zを1Mpa(約1atm)、yを3μmとするとWmax=約45μmとなる。
上記の式は理論式であるから、この式等を考慮して設計して、できあがったものでデータを取り、実際値と理論式を近づければ精密なセンサーを作製できる。
What is most important in the formation of the second surface groove is the thickness y of the side wall (1003-3 in FIG. 41 (i)) and the distance d between the electrodes. If the thickness y is thin, the sensitivity due to the pressure difference is improved. For example, the maximum deflection (the center of the rectangle) of a silicon diaphragm having a thickness (y * a) with a thickness y restricted only at the periphery is approximately given by the following equation.
Wmax = α * z * h 4 / (Ey 3 )
(Z is the pressure difference (= P1-P2), E is the Young's modulus of the diaphragm material, and α is a constant that varies depending on the aspect ratio of the silicon diaphragm)
When h = a = 300 μm (square diaphragm), α = 0.0138,
Wmax is about 600 z / y 3 (μm). However, z is shown in Mpa units, and y is shown in μm units. For example, if z is 1 MPa (about 1 atm) and y is 5 μm, then Wmax = about 5 μm. If z is 1 Mpa (about 1 atm) and y is 3 μm, then Wmax = about 22 μm.
When h = a = 400 μm (square diaphragm), Wmax is about 1890 z / y 3 (μm). For example, if z is 1 Mpa (about 1 atm) and y is 5 μm, Wmax = about 15 μm. If z is 1 MPa (about 1 atm) and y is 3 μm, then Wmax = about 70 μm.
When h = 300 μm and a = 600 μm (rectangular diaphragm), α = 0.0277, and Wmax is about 1200 z / y 3 (μm). However, z is shown in Mpa units, and y is shown in μm units. For example, if z is 1 Mpa (about 1 atm) and y is 5 μm, Wmax = about 10 μm. If z is 1 MPa (about 1 atm) and y is 3 μm, then Wmax = about 45 μm.
Since the above formula is a theoretical formula, it can be designed by taking this formula into consideration, taking the data with the completed formula, and bringing the actual value close to the theoretical formula, a precise sensor can be produced.

以上から、たとえば、N+シリコン基板の厚みを400μmとして、第1面溝の深さを300μm、第1面溝の長さを600μmにとり、側壁厚みを3μm、第2面溝の幅(圧力差が0のときの容量電極間距離)を100μmとすると、1Mpa前後の圧力差でも顕著な容量変化が起きるので、精度良く圧力を検知できる。側壁厚みを3μmとすることも、第1面溝と第2面溝の合わせ精度は約0.5μm以下とすることは現在の技術でも問題なく実現できるし、将来はもっと精度の良い合わせも可能となるであろう。また、第2面溝の幅は100μmで第2面溝の深さは、大きくても約390μmでアスペクト比が3.9であるから、問題なくサイドエッチングの少ない垂直な溝を形成できる。また、現状の技術においてもアスペクト比が20でも問題なくエッチング可能であることから、第2面溝の幅をもっと狭くすることが可能である。その場合は、1Mpaよりももっと小さな圧力の検出も精度良く行なうことができる。逆に1Mpaよりももっと高い圧力の場合には、側壁厚みを3μmより厚くできるので、プロセス上かなり余裕をもって容量を形成できる。将来はもっと高いアスペクト比の第2面溝を形成できるであろう。このように、使用圧力により、最適なサイズの容量を形成できるのも本発明の特徴である。 From the above, for example, the thickness of the N + silicon substrate is 400 μm, the depth of the first surface groove is 300 μm, the length of the first surface groove is 600 μm, the side wall thickness is 3 μm, and the width of the second surface groove (the pressure difference is When the distance between the capacitance electrodes at 0 is 100 μm, a significant capacitance change occurs even with a pressure difference of about 1 MPa, so that the pressure can be detected with high accuracy. The side wall thickness can be 3 μm, and the accuracy of the first and second surface grooves can be adjusted to about 0.5 μm or less without problems with the current technology, and more accurate alignment is possible in the future. It will be. Further, since the width of the second surface groove is 100 μm, the depth of the second surface groove is about 390 μm and the aspect ratio is 3.9 at most, a vertical groove with less side etching can be formed without any problem. Further, even with the current technology, even if the aspect ratio is 20, etching can be performed without any problem, so that the width of the second surface groove can be further reduced. In that case, it is possible to accurately detect a pressure smaller than 1 Mpa. On the contrary, when the pressure is higher than 1 MPa, the sidewall thickness can be made thicker than 3 μm, so that the capacity can be formed with a considerable margin in the process. In the future, a second aspect groove with a higher aspect ratio could be formed. As described above, it is a feature of the present invention that a capacity having an optimum size can be formed by the use pressure.

第2面溝の形成において最も重要なことは、容量を構成する側壁(図41(i)においては、1003−3)の厚みyと電極間の距離dであり、厚みyが薄ければ圧力差による感度が良くなることを上述した。図41(h)から分かるように、第2面(下面)に、第1面溝の部分をエッチングしないように第1面溝より大きいサイズで感光性膜1120を形成する。すなわち、第1面溝の側壁内面より感光性膜1120の外側を大きくする。この距離をrとすると、r>0であることが必要である。この条件を満たさないと第2面溝を形成するときに、第1面溝と第2面溝が重なってしまう。第1面溝の側壁はできるだけ感光性膜1113の窓1114に忠実に形成するようにする。すなわち、サイドエッチング量を極力小さくし、第1面溝の側壁は垂直か極力垂直に近くする。(或いは、サイドエッチング量を正確に制御できる場合にはサイドエッチングを前提に考慮することができる。しかし、サイドエッチングがある程度起きても垂直か垂直に近い形状が望ましい。)このようにすることにより、容量を構成する側壁の厚みを一定か一定に近づけることができる。感光性膜1113の窓1114のサイズと第1面溝Oのサイズとの差をΔsとしたときに、第1面溝全体に渡りΔsはできるだけ小さいことが望ましい。(或いは、Δsが一定でそのばらつきが小さい方が望ましい。この場合は、このΔsを考慮してパターン設計をすることによって、最適な溝を形成することができる。) The most important thing in the formation of the second surface groove is the thickness y of the side wall (1003-3 in FIG. 41 (i)) and the distance d between the electrodes. As described above, the sensitivity due to the difference is improved. As can be seen from FIG. 41 (h), a photosensitive film 1120 having a size larger than the first surface groove is formed on the second surface (lower surface) so as not to etch the portion of the first surface groove. That is, the outside of the photosensitive film 1120 is made larger than the inner surface of the side wall of the first surface groove. If this distance is r, it is necessary that r> 0. If this condition is not satisfied, the first surface groove and the second surface groove overlap when the second surface groove is formed. The side wall of the first surface groove is formed as faithfully as possible to the window 1114 of the photosensitive film 1113. That is, the side etching amount is made as small as possible, and the side wall of the first surface groove is made vertical or as close to vertical as possible. (Alternatively, if the amount of side etching can be accurately controlled, it can be considered on the premise of side etching. However, even if side etching occurs to some extent, a shape that is vertical or nearly vertical is desirable.) By doing this The thickness of the side wall constituting the capacity can be made constant or close to constant. When the difference between the size of the window 1114 of the photosensitive film 1113 and the size of the first surface groove O is Δs, it is desirable that Δs be as small as possible over the entire first surface groove. (Alternatively, it is desirable that Δs is constant and the variation is small. In this case, an optimum groove can be formed by designing the pattern in consideration of Δs.)

次に図41(i)において、第1面溝Oに対して第2面溝Qのパターンを正確に合わせる。両面マスク(或いは、レチクル)アライナーやステッパーを用いれば非常に精度良く合わせることが可能である。
さらに本発明の圧力センサーの場合には、第1面に形成されたパターン(合わせ用のパターンだけでなく本パターンも含む)を第1面側から読み込んで、その情報を第2面にパターンを形成するときに利用してパターン合わせを行うという従来方法以外に、もっと合わせ精度を向上させる方法を用いることができる。すなわち、第1面のパターンに第2面のマスク合わせ(或いは、レチクル合わせ)を行うときに、第1面溝パターンに対して直接合わせ込む方法を取ることができる。その方法の1つとして、第1面溝はかなり深い溝となっているので、第1面溝の底壁の厚みがかなり薄くなっている。従って、厚いシリコン基板では透過できないが、薄いシリコン基板であれば透過可能な波長の光や電磁波を用いることにより、第2面に第1面溝のパターン情報を直接伝達することができる。光や電磁波の情報を使って第2面溝の感光性パターンを合わせ込めば非常に精度の高い合わせ込みが可能となる。すなわち、片面だけでの合わせ込みと同じ精度でパターン合わせが可能である。しかも実パターン(第1面溝)に合わせ込めるので、第1面溝と第2面溝の感光性パターンの合わせ精度はさらに向上する。特にステッパーを用いて合わせ込みもできるので、合わせ精度が非常に向上する。
Next, in FIG. 41 (i), the pattern of the second surface groove Q is accurately aligned with the first surface groove O. If a double-sided mask (or reticle) aligner or stepper is used, alignment can be performed with very high accuracy.
Further, in the case of the pressure sensor of the present invention, the pattern formed on the first surface (including not only the pattern for alignment but also this pattern) is read from the first surface side, and the information is read on the second surface. In addition to the conventional method of performing pattern matching by using it when forming, a method for further improving the alignment accuracy can be used. That is, it is possible to adopt a method of directly aligning with the first surface groove pattern when performing mask alignment (or reticle alignment) on the second surface with the pattern on the first surface. As one of the methods, since the first surface groove is a considerably deep groove, the thickness of the bottom wall of the first surface groove is considerably thin. Therefore, although the light cannot be transmitted by a thick silicon substrate, the pattern information of the first surface groove can be directly transmitted to the second surface by using light or electromagnetic waves having a wavelength that can be transmitted by the thin silicon substrate. If the photosensitive pattern of the second surface groove is combined using light or electromagnetic wave information, alignment with very high accuracy becomes possible. That is, pattern matching can be performed with the same accuracy as matching on only one side. Moreover, since it can be matched with the actual pattern (first surface groove), the alignment accuracy of the photosensitive patterns of the first surface groove and the second surface groove is further improved. In particular, since alignment can be performed using a stepper, alignment accuracy is greatly improved.

さらに別の方法も用いて合わせ精度をさらに向上できる。この方法では、第1面溝を形成する前か或いは第1面溝を形成した後で、第2面の一部だけエッチングにより薄くして第1面溝と貫通させるか或いは第1面溝の底壁の厚みを非常に薄くしておく方法である。この方法により、その貫通された部分(或いは、非常に薄くなった部分)を通して第2面から第1面の溝パターンを読むことができ、第1面溝パターンに直接合わせ込むことができる。この場合は、合わせ込みに用いた第1面溝パターンを実パターンとして用いることはできないが、種々の場所に設けておくことにより、ステッパーによる合わせ込みも可能となるので、非常に精度良く合わせ込みが可能となる。 Furthermore, the alignment accuracy can be further improved by using another method. In this method, either before the first surface groove is formed or after the first surface groove is formed, only a part of the second surface is thinned by etching and penetrated through the first surface groove or the first surface groove is formed. In this method, the bottom wall is made very thin. By this method, the groove pattern of the first surface can be read from the second surface through the penetrating portion (or the very thinned portion), and can be directly aligned with the first surface groove pattern. In this case, the first surface groove pattern used for alignment cannot be used as an actual pattern, but alignment by a stepper is also possible by providing it in various places, so alignment is very accurate. Is possible.

さらに別の方法も用いることができる。第2面側にガラス基板を接合する方法である。この場合は、N+シリコン基板の第2面(下面)側にガラス基板を接合する。ガラス基板なので陽極接合も可能となり強固な接合を行うことができる。N+シリコン基板は第1面溝形成のときに厚み方向に完全に貫通させる。N+シリコン基板とガラス基板は材質が異なるので、ガラス基板がエッチングストッパーとなるので、第1面溝の深さ方向の厚みも非常に精度良くコントロールすることができる。第1面溝のパターンは第2面側から正確に読み取れるので直接に第1面溝に対して第2面溝の感光性パターンを合わせこむことが可能となる。この結果、第1面溝と第2面溝を非常に精度良く形成できる。この場合、第2面溝を形成するとき、最初にガラス基板を垂直にエッチングして感光性膜パターンにできるだけ忠実に形成する必要がある。この場合も材質が異なるので、シリコン基板をストッパーとして用いることが可能であり、オーバーエッチングの余裕度も大きいので、ウエハの全域にわたり、必要な場所においてシリコン基板を完全に露出させることができる。その後で別のエッチング種を用いて(条件しだいでは同じエッチング種でもできる場合がある)第2面溝を垂直に精度良く形成することができるので、第1面溝と第2面溝の間に形成される側壁の厚みを非常に精度良く形成できる。この場合は、第1面溝の底壁はガラス基板となる。ガラス基板は絶縁体であるが、側壁のN+シリコンを通して電気を伝達できるので容量特性には特に問題はない。さらにガラス基板を使用するメリットとして、第1面溝を形成した後でガラス基板全体をエッチングして薄くすることもできる。この薄くする方法として、ウエットエッチングを用いることもできるし、ドライエッチングを用いることもできるし、さらにはBG法(裏面研磨法)やCMP法(化学的機械的研磨方法)を用いることもできる。ウエットエッチングの場合には、HF系のエッチング液を用いて精度良いエッチングを行うことができる。ドライエッチングの場合にも前述したCF系等のエッチングガスを用いて精度良くガラス基板のエッチングを行うことができる。このように第2面溝の感光性パターン形成前にガラス基板を薄くしておけば、第2面溝形成時にエッチングするガラス基板の厚みが薄くなっている。従って、オーバーエッチングも少なくて済むので精度良いエッチングが可能となり、第2面溝も精度良く形成できる。 Still other methods can be used. In this method, a glass substrate is bonded to the second surface side. In this case, a glass substrate is bonded to the second surface (lower surface) side of the N + silicon substrate. Since it is a glass substrate, anodic bonding is possible and strong bonding can be performed. The N + silicon substrate is completely penetrated in the thickness direction when the first surface groove is formed. Since the N + silicon substrate and the glass substrate are made of different materials, the glass substrate serves as an etching stopper, so that the thickness of the first surface groove in the depth direction can be controlled with very high accuracy. Since the pattern of the first surface groove can be accurately read from the second surface side, the photosensitive pattern of the second surface groove can be directly aligned with the first surface groove. As a result, the first surface groove and the second surface groove can be formed with very high accuracy. In this case, when the second surface groove is formed, it is necessary to first etch the glass substrate vertically to form the photosensitive film pattern as faithfully as possible. Also in this case, since the materials are different, the silicon substrate can be used as a stopper, and the margin of over-etching is large, so that the silicon substrate can be completely exposed at necessary places over the entire area of the wafer. After that, the second surface groove can be formed vertically and accurately with a different etching type (the same etching type may be used depending on the conditions), so the gap between the first surface groove and the second surface groove The thickness of the side wall to be formed can be formed with very high accuracy. In this case, the bottom wall of the first surface groove is a glass substrate. Although the glass substrate is an insulator, since electricity can be transmitted through N + silicon on the side wall, there is no particular problem in the capacity characteristics. Further, as a merit of using the glass substrate, the entire glass substrate can be etched and thinned after forming the first surface groove. As this thinning method, wet etching can be used, dry etching can be used, and further, BG method (back surface polishing method) and CMP method (chemical mechanical polishing method) can also be used. In the case of wet etching, accurate etching can be performed using an HF-based etchant. Also in the case of dry etching, the glass substrate can be etched with high accuracy using the above-described etching gas such as CF. Thus, if the glass substrate is made thin before the formation of the photosensitive pattern of the second surface groove, the thickness of the glass substrate to be etched when forming the second surface groove is reduced. Accordingly, since less over-etching is required, accurate etching can be performed, and the second surface groove can be formed with high accuracy.

第2面溝Q(Q1、Q2、Q3)を形成した後、感光性膜1120を除去した後、第2面溝で露出したシリコン基板のエッチングダメッジや汚染物を除去する。この方法として、第2面側の露出したシリコンをWET法やドライ法で軽くエッチングする方法がある。さらに、図41(j)に示すように、第2面側の露出したシリコンを軽く酸化(或いは、窒化)して酸化膜(或いは、窒化膜や酸窒化膜)等の絶縁膜1122を形成しても良い。或いは、CVD法やPVD法で酸化膜、窒化膜や酸窒化膜等の絶縁膜1122を積層しても良い。その後に、第2面側に接着層1125を介して薄板1126を張り付けて、第2面溝Qを固定させることもできる。この接着方法として、第1面側から基板(ウエハ)1101を持ちあげて、第2面側の底壁1124および第2面側でエッチングしていない基板面(図示されていない)に接着層1125を塗布または浸漬または貼り付けて、薄板1126に基板1101を接着させる。或いは、薄板側に接着層1125を付着させて基板1101を接着させることもできる。この場合には、薄板1126の所望の部分に接着層1125をパターニングしてから接着しても良いが、接着後の乾燥処理や熱処理でアウトガスなどが発生して問題が生じなければ薄板1126の全面に接着層を形成した方がプロセス上簡便となる。或いは、接着層1125を用いずに薄板1126を基板1101に押しあてて、圧力および/または熱により基板1101に薄板1101を直接接合させる。基板1101の第2面に形成された絶縁膜1103等が不要であれば事前に除去してから接合または接着しても良い。薄板1126には第2面溝に圧力を伝達するための圧力伝達孔1127を設けても良い。この圧力伝達孔1127は、薄板1126を接合する前に形成しても良いし、或いは薄板1126を付着した後に形成しても良い。薄板1126を接合する前に形成する場合には、この孔1127が第2面溝Qの部分に来るようにアライメントする必要があることは言うまでもない。 After forming the second surface groove Q (Q1, Q2, Q3), the photosensitive film 1120 is removed, and then the etching damage and contaminants of the silicon substrate exposed in the second surface groove are removed. As this method, there is a method of lightly etching silicon exposed on the second surface side by a WET method or a dry method. Further, as shown in FIG. 41 (j), the exposed silicon on the second surface side is lightly oxidized (or nitrided) to form an insulating film 1122 such as an oxide film (or nitride film or oxynitride film). May be. Alternatively, an insulating film 1122 such as an oxide film, a nitride film, or an oxynitride film may be stacked by a CVD method or a PVD method. Thereafter, the thin plate 1126 may be attached to the second surface side via the adhesive layer 1125 to fix the second surface groove Q. As this bonding method, the substrate (wafer) 1101 is lifted from the first surface side, and the adhesive layer 1125 is attached to the bottom wall 1124 on the second surface side and the substrate surface (not shown) not etched on the second surface side. Is applied, dipped or pasted to adhere the substrate 1101 to the thin plate 1126. Alternatively, the substrate 1101 can be bonded by attaching the adhesive layer 1125 to the thin plate side. In this case, the adhesive layer 1125 may be patterned on a desired portion of the thin plate 1126 and then bonded. However, if no problem occurs due to outgassing or the like caused by drying or heat treatment after the bonding, the entire surface of the thin plate 1126 is formed. It is easier in terms of the process to form an adhesive layer on the substrate. Alternatively, the thin plate 1126 is pressed against the substrate 1101 without using the adhesive layer 1125, and the thin plate 1101 is directly bonded to the substrate 1101 by pressure and / or heat. If the insulating film 1103 or the like formed on the second surface of the substrate 1101 is unnecessary, it may be removed and bonded or adhered in advance. The thin plate 1126 may be provided with a pressure transmission hole 1127 for transmitting pressure to the second surface groove. The pressure transmission hole 1127 may be formed before the thin plate 1126 is joined, or may be formed after the thin plate 1126 is attached. Needless to say, when the thin plate 1126 is formed before bonding, it is necessary to align the holes 1127 so that they come to the second surface grooves Q.

また、薄板1126を付着させた後で孔1127を形成するには、第2面溝のある場所に形成するようにすることも当然である。孔1127を形成する方法としてレーザーによる方法やマスクを通してエッチングまたはレーザー照射により形成する方法などがある。感光性膜を形成して露光による窓開けをしてその窓を通して薄板1126に孔1127をドライエッチングやWETエッチングにより形成する方法もある。圧力伝達孔1127を形成しない場合には、第2面溝Qは完全に閉じられてしまうので、閉じた時点における圧力P3が第2面溝の圧力として保持され、この圧力P3を基準にして第1面側の圧力P1が検出される。非常に低圧(ほぼ真空状態に近い)状態で薄板1126を完全に基板1101の第2面側に付着すれば、P3はほぼ0となり、P1の絶対圧を検出できる。1気圧(約1Mpa)で薄板1126を完全に基板1101の第2面側に付着すれば、P3はほぼ1気圧であるから、1気圧に対する圧力としてP1を検出することができる。 In order to form the hole 1127 after the thin plate 1126 is attached, it is natural that the hole 1127 is formed at a location where the second surface groove is present. As a method for forming the holes 1127, there are a method using laser, a method using etching or laser irradiation through a mask, and the like. There is also a method in which a photosensitive film is formed, a window is opened by exposure, and a hole 1127 is formed in the thin plate 1126 through the window by dry etching or WET etching. When the pressure transmission hole 1127 is not formed, the second surface groove Q is completely closed, so that the pressure P3 at the time of closing is maintained as the pressure of the second surface groove, and the second surface groove Q is maintained on the basis of this pressure P3. The pressure P1 on the one surface side is detected. If the thin plate 1126 is completely attached to the second surface side of the substrate 1101 in a very low pressure state (substantially close to a vacuum state), P3 becomes almost 0, and the absolute pressure of P1 can be detected. If the thin plate 1126 is completely attached to the second surface side of the substrate 1101 at 1 atm (about 1 Mpa), P3 is almost 1 atm, so that P1 can be detected as a pressure with respect to 1 atm.

薄板1126は絶縁体基板でも導電体基板でも半導体基板でも使用することができる。薄板1126を付着させることにより、第1面溝Qや支持基板1101と電気的に導通するなどして容量特性に影響を与えないようにする必要がある。薄板1126として導電体(たとえば、金属性板など)や半導体板(シリコン板など)を使用するときは、N+シリコン基板1101と薄板1126の間に絶縁膜1103や絶縁性の接着層1125を介するようにすると良い。薄板1126として絶縁体(セラミック板、プラスチック板、ガラス板など)を使用するときは、N+シリコン基板1101と導通はしないので、直接N+シリコン基板と接着することもできる。 The thin plate 1126 can be used as an insulator substrate, a conductor substrate, or a semiconductor substrate. By attaching the thin plate 1126, it is necessary to prevent the capacitance characteristics from being affected by being electrically connected to the first surface groove Q or the support substrate 1101. When a conductor (eg, a metal plate) or a semiconductor plate (eg, a silicon plate) is used as the thin plate 1126, an insulating film 1103 or an insulating adhesive layer 1125 is interposed between the N + silicon substrate 1101 and the thin plate 1126. It is good to make it. When an insulator (ceramic plate, plastic plate, glass plate, or the like) is used as the thin plate 1126, it is not electrically connected to the N + silicon substrate 1101, and can be directly bonded to the N + silicon substrate.

また、薄板1126として、可視光に対して透明なガラス板を用いれば、第2面溝や容量素子等をガラス板を通して見ることができるので、位置合わせや容量素子等の出来栄えを観察することが容易である。また、ガラス板をシリコン基板1101に直接付着するときに陽極接合法により強力に接着することもできる。或いは、ガラス板をシリコン酸化膜1103に接着するときは同じ材質なので付着させやすい。 Further, if a glass plate that is transparent to visible light is used as the thin plate 1126, the second surface groove and the capacitive element can be seen through the glass plate, so that the alignment and the quality of the capacitive element can be observed. Easy. Further, when the glass plate is directly attached to the silicon substrate 1101, it can be strongly bonded by an anodic bonding method. Alternatively, when the glass plate is bonded to the silicon oxide film 1103, it is easy to adhere because it is the same material.

図41(j)においては、第1面溝Oの底壁1124が薄板1126に付着している。これは第2面のエッチングしていない面(図示していないが、半導体基板1101の第2面)と同じレベルなので、プロセス上自然に薄板1126と接触してしまう。ここで、接着層1125を介して第1面溝Oの底壁1124を薄板1126に確実に付着させることにより、底壁が圧力により変動することを防止でき、容量を構成する側壁の変動だけを考慮して設計できる。しかし、第1面溝Oを浮かせることも可能である。その方法として、図41(k)に示すように第1面溝Oの部分における底壁1124を薄くすれば良い。第2面溝を形成する前に第1面溝の底壁部分を第2面側で窓開けしてエッチングして底壁を薄くすれば良い。このときに第2面溝を形成する領域も含めて窓開けしておけば、第2面溝を形成する領域もエッチングされるので、第2面溝を形成するときのエッチング量を少しではあるが減らすことができる。尚、第1面溝を形成する前にこの領域を薄くしておくこともできる。 In FIG. 41 (j), the bottom wall 1124 of the first surface groove O is attached to the thin plate 1126. Since this is the same level as the non-etched surface of the second surface (not shown, but the second surface of the semiconductor substrate 1101), it naturally comes into contact with the thin plate 1126 in the process. Here, by securely attaching the bottom wall 1124 of the first surface groove O to the thin plate 1126 via the adhesive layer 1125, the bottom wall can be prevented from fluctuating due to pressure, and only the fluctuation of the side wall constituting the capacity can be prevented. Can be designed with consideration. However, it is also possible to float the first surface groove O. As the method, the bottom wall 1124 in the first surface groove O may be thinned as shown in FIG. Before forming the second surface groove, the bottom wall portion of the first surface groove may be opened on the second surface side and etched to make the bottom wall thinner. At this time, if the window including the region for forming the second surface groove is opened, the region for forming the second surface groove is also etched, so that the etching amount when forming the second surface groove is small. Can be reduced. It should be noted that this region can be made thinner before forming the first surface groove.

このようにすることによって、図41(l)に示すように、第1面溝Oが浮いたものを作成することができる。この図においては、N+シリコン基板1101の支持基板部分1101−1、1101−2も示されている。すなわち、薄板1126は支持基板部分1101−1や1101−2に接着層1125を介して付着しているが、第1面溝Oの底壁1124等は薄板1126に接触していない。つまり、第1面溝Oは浮いた状態になっていて、薄板1126の振動などが容量を構成する第1面溝に直接伝わらない。また、第2面溝全体を同じ空間とすることもできるので、圧力伝達孔1127も少なくて済む。 By doing so, as shown in FIG. 41 (l), it is possible to create a floating first surface groove O. In this figure, support substrate portions 1101-1 and 1101-2 of the N + silicon substrate 1101 are also shown. That is, the thin plate 1126 is attached to the support substrate portions 1101-1 and 1101-2 via the adhesive layer 1125, but the bottom wall 1124 of the first surface groove O is not in contact with the thin plate 1126. That is, the first surface groove O is in a floating state, and the vibration of the thin plate 1126 is not directly transmitted to the first surface groove constituting the capacity. Further, since the entire second surface groove can be made the same space, the number of pressure transmission holes 1127 can be reduced.

さらに、図41(j)に示すように、基板1101の第1面側に薄板1130を付着させる。接着層1129を介して、絶縁膜1111上に薄板1130を付着させても良いし、圧力および/または熱処理だけで絶縁膜1111上に薄板1130を付着させても良い。その方法は薄板1126を第2面側に付着させる方法と同様である。すなわち、薄板1130と絶縁膜1111とが付着すべき部分に接着層1129を形成した後に薄板1130を基板1101側に合わせて付着させる。接着層1129は絶縁膜1111上に形成した後に、薄板1130を付着させることもできるし、薄板1130に接着層1129を形成して薄板1130を基板1101側に付着させても良い。薄板1130の全面に接着層1129を形成してそのまま薄板1130を基板1101側に付着させることもできるが、特に第1面溝の開口部分の接着層1129は第1面溝Oの内部向いているので、この場合にはその後の処理や熱プロセスでアウトガスにより第1面溝Oの内部が変質して問題が生じないかを確認する必要がある。ただし、アウトガスが発生して第1面溝Oの内部に存在しても、圧力伝達孔1131を通してアウトガスを外側に出すことができるので、アウトガス自体は完全に除去可能である。(たとえば、外界を真空状態にすれば溝内部のアウトガスを抜くことができる。)接着層1129を介して薄板1130をN+シリコン基板1101の第1面側に接着する場合は、適切な熱処理などを行って薄板1130をN+シリコン基板1101の第1面側に強固に接着することができる。 Further, as shown in FIG. 41 (j), a thin plate 1130 is attached to the first surface side of the substrate 1101. The thin plate 1130 may be attached to the insulating film 1111 through the adhesive layer 1129, or the thin plate 1130 may be attached to the insulating film 1111 only by pressure and / or heat treatment. The method is the same as the method of attaching the thin plate 1126 to the second surface side. That is, after the adhesive layer 1129 is formed on the portion where the thin plate 1130 and the insulating film 1111 are to be attached, the thin plate 1130 is attached to the substrate 1101 side. After the adhesive layer 1129 is formed over the insulating film 1111, the thin plate 1130 can be attached, or the adhesive layer 1129 can be formed on the thin plate 1130 and the thin plate 1130 can be attached to the substrate 1101 side. It is possible to form the adhesive layer 1129 on the entire surface of the thin plate 1130 and attach the thin plate 1130 to the substrate 1101 side as it is, but in particular, the adhesive layer 1129 at the opening portion of the first surface groove faces the inside of the first surface groove O. Therefore, in this case, it is necessary to confirm whether or not a problem occurs because the inside of the first surface groove O is altered by the outgas in the subsequent processing or thermal process. However, even if outgas is generated and exists in the first surface groove O, the outgas can be discharged to the outside through the pressure transmission hole 1131, and therefore the outgas itself can be completely removed. (For example, if the outside is made a vacuum state, the outgas inside the groove can be extracted.) When the thin plate 1130 is bonded to the first surface side of the N + silicon substrate 1101 through the adhesive layer 1129, an appropriate heat treatment or the like is performed. Thus, the thin plate 1130 can be firmly bonded to the first surface side of the N + silicon substrate 1101.

アウトガスをできるだけ少なくするには、必要な部分だけに接着層1129を形成する。たとえば、接着層に感光性タイプの樹脂を使用し必要な部分だけに接着層を残したり、或いは感光性膜を接着層の上に形成して必要な部分以外の所は感光性膜を除去し、さらにその開口部分の接着層を除去してその後感光性膜を除去し、必要な部分だけに接着層を残せば良い。N+シリコン基板1101の第1面側の絶縁膜1111上に接着層1129を形成する場合、接着層剤が液状のものをスピンコーティングするとき、接着剤が第1面溝Oの内部に入り、この接着剤をその後取れない可能性がある。そこで接着層としてシートタイプのものをN+シリコン基板1101の第1面側の絶縁膜1111上に貼り合わせる方法を使用することもできる。シートタイプの接着層は第1面溝の内部に余り入り込まないようにすることができる。或いは、入り合わせる前に第1面溝の部分の接着層を除去しておくこともできる。また、感光性接着層剤の場合、ネガ型が扱いやすい。すなわち、第1面溝Oの内部へ入り込んだ接着剤を取るために第1面溝Oの内部へ光を当てなくても現像の際、第1面溝の内部の接着剤を完全に除去できる。 In order to reduce outgas as much as possible, the adhesive layer 1129 is formed only in a necessary portion. For example, a photosensitive type resin is used for the adhesive layer and the adhesive layer is left only on the necessary part, or a photosensitive film is formed on the adhesive layer and the photosensitive film is removed except for the necessary part. Further, it is only necessary to remove the adhesive layer at the opening and then remove the photosensitive film, leaving the adhesive layer only at the necessary portion. When the adhesive layer 1129 is formed on the insulating film 1111 on the first surface side of the N + silicon substrate 1101, when the adhesive layer agent is spin coated with a liquid adhesive, the adhesive enters the inside of the first surface groove O. The adhesive may then not be removed. Therefore, a method of bonding a sheet type adhesive layer on the insulating film 1111 on the first surface side of the N + silicon substrate 1101 can be used. The sheet-type adhesive layer can be prevented from entering the inside of the first surface groove. Alternatively, the adhesive layer in the first surface groove portion can be removed before entering. In the case of a photosensitive adhesive layer agent, the negative type is easy to handle. That is, the adhesive inside the first surface groove can be completely removed during development without applying light to the inside of the first surface groove O in order to take the adhesive that has entered the first surface groove O. .

第1面溝Oの開口された部分にあたる薄板の一部に圧力伝達孔1131を形成する。この孔1131は、あらかじめ薄板1130にあけておいても良いし、薄板1130を付着させた後にあけても良い。この圧力伝達孔1131を通して第1面側の圧力P1を第1面溝へ伝達できる。尚、この圧力伝達孔1131は外界の圧力P1がスムーズに第1面溝に伝達されるほどのサイズにする必要がある。このサイズとしては、10〜50μmの径があれば充分であるが、第1面溝のサイズは図2および前述のダイヤフラムの最大撓み量Wmaxの説明から分かるように、第1面溝の長さ方向aは大きいほど感度が良い。(ただし、余り大きくなるとセンサーサイズが大きくなるが。)すなわち、300μm以上あればかなり良い感度が得られる。また、第1面溝Oの幅kに関しては図3(b)から分かるように、P1<P2のときにすぐに側壁がつかない程度にすること(小さな圧力差により側壁が接触すればそれ以上の圧力差を検出できなくなる)、余り変形しすぎて側壁が破壊しない程度の寸法よりもkが小さいことなどが要求されるが、圧力センサー素子の大きさがある程度大きくなっても良ければ、約100μmは確保できる。(尚、容量測定に無関係な側壁は厚くても良い)従って、その場合には前述したサイズの圧力伝達孔1131を形成することは全く問題ない。ただし、余り大きくすると外界から異物が侵入する可能性があるので、それらを総合的に考えて圧力伝達孔1131のサイズを選定すると良い。異物の侵入を簡単に除去するには、第1面溝Oと同じサイズの孔で良いという考えもある。圧力センサーの使用環境も考慮しても良い。 The pressure transmission hole 1131 is formed in a part of the thin plate corresponding to the opened portion of the first surface groove O. The hole 1131 may be opened in the thin plate 1130 in advance, or may be opened after the thin plate 1130 is attached. The pressure P1 on the first surface side can be transmitted to the first surface groove through the pressure transmission hole 1131. The pressure transmission hole 1131 needs to be sized so that the external pressure P1 is smoothly transmitted to the first surface groove. As the size, a diameter of 10 to 50 μm is sufficient, but the size of the first surface groove is the length of the first surface groove as can be seen from FIG. 2 and the description of the maximum deflection amount Wmax of the diaphragm. The greater the direction a, the better the sensitivity. (However, if it becomes too large, the sensor size becomes large.) That is, if it is 300 μm or more, a considerably good sensitivity can be obtained. Further, as can be seen from FIG. 3 (b), the width k of the first surface groove O should be set so that the side wall cannot be immediately applied when P1 <P2 (if the side wall comes into contact with a small pressure difference, it is more than that. The pressure difference between the pressure sensor element and the size of the pressure sensor element is required to be large to some extent. 100 μm can be secured. (Note that the side wall irrelevant to the capacitance measurement may be thick.) Therefore, in that case, there is no problem in forming the pressure transmission hole 1131 of the size described above. However, if the size is too large, foreign matter may enter from the outside. Therefore, it is preferable to select the size of the pressure transmission hole 1131 in consideration of them comprehensively. There is also an idea that a hole having the same size as the first surface groove O may be used to easily remove the intrusion of foreign matter. The usage environment of the pressure sensor may also be considered.

次に、図41(j)に示すように、第1面側の上壁1006−2(1006−2−1、1006−2−2)と電気的な導通を取るためのコンタクト孔1132(1132−1、1132−2)を形成してこの部分に導電体1133(1133−1、1133−2)を形成する。第2面溝の幅dの長さによって、コンタクト孔1132の(この方向における)サイズは決定される。上述したように圧力差が小さいときやダイヤフラムとしての側壁の厚みが厚いときにはダイヤフラムの変位が小さいので、そのときにも容量変化を大きくするにはdを小さくすることが効果的となる。しかし、余りdを小さくすると第2面溝Qを形成するときのアスペクト比が大きくなり深堀エッチングが難しくなる。将来は優れた深堀エッチングが実現する可能性が大きいが、現状ではアスペクト比が30程度が良い所と考えられるので、第2面溝のエッチング量hを約300μmとするとdは約10μm程度となる。電気不活性領域の幅eはかなり小さくても5V程度の耐圧は充分取れるが、プロセス上の限界から約1μm程度と考えると、コンタクト孔1132のサイズは約1〜3μmとなる。一方、絶縁膜1102と1111のトータル厚みは耐圧面から1000Aあれば充分であるが、プロセス上の安定性から考慮すれば約0.5μm程度は必要となる。さらに接着層1129および薄板1130の厚みは、容量センサーを保護するという観点とプロセス上の安定度から考えると約5μmは欲しい。そうすると全体のコンタクト孔の深さは約5.5μmということになる。1μmサイズでアスペクト比5.5のコンタクト孔1132を形成することは充分可能である。たとえば、絶縁体1102および1111がシリコン酸化膜で薄板1130もガラス板(或いは石英板)である場合には、薄板1130上に感光性膜を形成してコンタクト孔部分を窓開けして、さらにその窓からドライエッチング法(エッチングガスとして前述したようにCF系ガスなど種々のガスを適宜条件やエッチング装置を選択する)により薄板1130、絶縁膜1111および1102を順次エッチングしていけば良い。或いは、感光性膜を用いずにマスク(或いはマスクレス)を用いてレーザーによる窓開けも可能である。コンタクト孔サイズがもっと大きくなればレーザー光やドライエッチング法によるコンタクト孔形成はもっと容易になるし、サイドエッチングも許容できるのでWETエッチングによるコンタクト孔形成も可能となる。 Next, as shown in FIG. 41 (j), a contact hole 1132 (1132) for establishing electrical continuity with the upper wall 1006-2 (1006-2-1 and 1006-2-2) on the first surface side. -1, 1132-2) and the conductor 1133 (1133-1, 1133-2) is formed in this portion. The size of the contact hole 1132 (in this direction) is determined by the length of the width d of the second surface groove. As described above, when the pressure difference is small or when the thickness of the side wall of the diaphragm is thick, the displacement of the diaphragm is small. Even at that time, it is effective to reduce d in order to increase the capacitance change. However, if the remainder d is reduced, the aspect ratio when the second surface groove Q is formed increases, and deep etching becomes difficult. In the future, it is highly likely that excellent deep etching will be realized, but at present, it is considered that an aspect ratio of about 30 is good, so if the etching amount h of the second surface groove is about 300 μm, d will be about 10 μm. . Even if the width e of the electrically inactive region is quite small, a sufficient withstand voltage of about 5 V can be obtained. However, considering the process limit, the size of the contact hole 1132 is about 1 to 3 μm. On the other hand, the total thickness of the insulating films 1102 and 1111 is sufficient if it is 1000 A in terms of pressure resistance, but about 0.5 μm is necessary in consideration of process stability. Further, the thickness of the adhesive layer 1129 and the thin plate 1130 is preferably about 5 μm from the viewpoint of protecting the capacitive sensor and the stability in the process. Then, the depth of the entire contact hole is about 5.5 μm. It is possible to form the contact hole 1132 having a size of 1 μm and an aspect ratio of 5.5. For example, when the insulators 1102 and 1111 are silicon oxide films and the thin plate 1130 is also a glass plate (or quartz plate), a photosensitive film is formed on the thin plate 1130 to open a contact hole portion, and further The thin plate 1130 and the insulating films 1111 and 1102 may be sequentially etched from the window by a dry etching method (as described above, various gases such as CF-based gas are appropriately selected and an etching apparatus is selected). Alternatively, it is possible to open a window with a laser using a mask (or maskless) without using a photosensitive film. If the contact hole size is further increased, contact hole formation by laser light or dry etching becomes easier, and side etching can be allowed, so contact hole formation by WET etching is also possible.

コンタクト孔1132を形成した後で、このコンタクト孔1132に導電体1133(1133−1、1133−2)を形成する。たとえば、バリアメタルやシード層金属をPVD法により形成してメッキ法によりコンタクト孔1132にメタルを形成できる。或いは、CVD法やPVD法によってメタルやシリサイド膜を積層しても良い。コンタクトサイズがもっと大きくなれば、導電性ペーストを塗布し、スキージングしてコンタクト孔1132に導電性ペーストを入れ込むこともできる。導電性ペーストでコンタクト孔を埋め込む場合には適度な熱処理を行い導電体として安定化させる。さらに、薄板1130の上に金属膜やシリサイド膜や低抵抗のPolySi膜を積層しパターニングして電極・配線1134(1134−1、1134−2)を形成する。このようにしてN+シリコン基板1006−2(1006−2−1、1006−2−2)と電気的に接続する電極・配線1134を薄板上に取りだすことができる。図41(j)に示される2つの電極・配線1134−1と1134−2に数V程度の電圧を印加しても、導電体であるN+シリコン基板1006は絶縁体である電気不活性層1110によって分離されているので、2つの電極・配線1134−1と1134−2間には電気が流れない。前述したようにこの領域で容量(コンデンサ)を形成していて、第2面溝Qの空間における側壁電極による静電容量CはC=ε*S/dとなっていて、第1面溝Oの圧力P1と第2面溝Qの圧力P2との圧力差により第1面溝Oと第2面溝に挟まれた側壁が膨張したり窪んだりしてdを変化させるので、この静電容量が変化する。逆に容量変化を検出して、P1−P2の圧力差を計算することが可能となる。尚、導電体1133と電極・配線1134の導電体膜は兼用することもできる。 After the contact hole 1132 is formed, a conductor 1133 (1133-1, 1133-2) is formed in the contact hole 1132. For example, a barrier metal or a seed layer metal can be formed by the PVD method, and the metal can be formed in the contact hole 1132 by a plating method. Alternatively, a metal or silicide film may be stacked by a CVD method or a PVD method. If the contact size is further increased, a conductive paste can be applied and squeezed to insert the conductive paste into the contact hole 1132. When the contact hole is filled with a conductive paste, an appropriate heat treatment is performed to stabilize the conductor. Further, a metal film, a silicide film, or a low-resistance PolySi film is laminated on the thin plate 1130 and patterned to form electrodes / wirings 1134 (1134-1, 1134-2). In this way, the electrode / wiring 1134 electrically connected to the N + silicon substrate 1006-2 (1006-2-1 and 1006-2-2) can be taken out on the thin plate. Even if a voltage of about several volts is applied to the two electrodes / wirings 1134-1 and 1134-2 shown in FIG. 41 (j), the N + silicon substrate 1006 as a conductor is an electrically inactive layer 1110 as an insulator. Therefore, electricity does not flow between the two electrodes / wirings 1134-1 and 1134-2. As described above, a capacitance (capacitor) is formed in this region, and the capacitance C due to the side wall electrode in the space of the second surface groove Q is C = ε * S / d, and the first surface groove O Since the side wall sandwiched between the first surface groove O and the second surface groove is expanded or depressed due to the pressure difference between the pressure P1 of the first surface and the pressure P2 of the second surface groove Q, the capacitance d is changed. Changes. Conversely, it is possible to calculate a pressure difference between P1 and P2 by detecting a change in capacitance. The conductor 1133 and the conductor film of the electrode / wiring 1134 can be combined.

上述した様に薄板1130はコンタクト孔1132、コンタクト内導電体1133や電極・配線1134を有するので、薄板1130の材質は絶縁体である。たとえば、ガラス板、石英板、セラミック板、プラスチック板などである。また、薄板1130は容量素子を保護する役割も有するので、ある程度の強度も必要である。薄板上の電極・配線は必要があれば長く配線して他の容量素子や容量以外の素子(たとえば、抵抗、インダクタ、トランジスタ、場合によってはIC)と接続することもできる。その場合保護膜で配線や電極を保護することもできる。薄板1130や1126は本発明の静電容量素子型圧力センサーを保護する役目もあるので、ある程度強度が必要である。そのためにはある程度厚くする。たとえば、50〜100μm。もっと強度を持たせるには100μm〜200μm、さらに強度を持たせるには200μm以上とする。特に薄板1130は厚すぎるとコンタクト孔1132のアスペクト比が大きくなるが、被覆性の良い方法で導電膜1134を形成するとか、薄板1130のコンタクト孔1132をテーパー化するなど種々の方法を取ることができる。尚、導電体膜1133は電極・配線1134を形成する導電体膜と兼用することもできる。 As described above, since the thin plate 1130 includes the contact hole 1132, the in-contact conductor 1133 and the electrode / wiring 1134, the material of the thin plate 1130 is an insulator. For example, a glass plate, a quartz plate, a ceramic plate, a plastic plate, or the like. Further, since the thin plate 1130 has a role of protecting the capacitive element, a certain level of strength is required. If necessary, the electrodes / wirings on the thin plate can be long and connected to other capacitive elements or elements other than capacitors (for example, resistors, inductors, transistors, and in some cases ICs). In that case, wirings and electrodes can be protected by a protective film. Since the thin plates 1130 and 1126 also serve to protect the capacitive element type pressure sensor of the present invention, a certain degree of strength is required. For that purpose, it is made thick to some extent. For example, 50-100 μm. In order to give more strength, it is set to 100 μm to 200 μm, and in order to give further strength, the thickness is set to 200 μm or more. In particular, if the thin plate 1130 is too thick, the aspect ratio of the contact hole 1132 increases. However, various methods such as forming the conductive film 1134 by a method with good coverage or taper the contact hole 1132 of the thin plate 1130 can be used. it can. The conductor film 1133 can also be used as a conductor film for forming the electrode / wiring 1134.

薄板1130を使用しないで、絶縁膜1102、1111にコンタクト孔を開けて、そのコンタクト孔へ金属膜、シリサイド膜や低抵抗のPolySi膜を積層してさらに絶縁膜1111上に電極・配線を形成することもできる。この場合は薄板を使用していないのでアスペクト比が小さくなるので、コンタクト孔への導電体膜を形成しやすい。さらに、電極・配線上に保護膜(シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜やポリイミド膜などのパッシベーション膜)を形成し、パッド電極穴開けを行いパッド電極だけを露出させておくということもできる。この場合は、電極・配線は保護膜に保護されているので、信頼性も向上する。ただし薄板を用いた方が容量素子の保護特性(特に外部からの力に対する強度)は向上する。 Without using the thin plate 1130, a contact hole is formed in the insulating film 1102, 1111, and a metal film, a silicide film, or a low-resistance PolySi film is laminated on the contact hole, and electrodes / wirings are further formed on the insulating film 1111. You can also. In this case, since a thin plate is not used, the aspect ratio becomes small, so that it is easy to form a conductor film in the contact hole. Furthermore, a protective film (a passivation film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a polyimide film) is formed on the electrode / wiring, and the pad electrode is drilled to expose only the pad electrode. You can also. In this case, since the electrode / wiring is protected by the protective film, the reliability is improved. However, the use of a thin plate improves the protective characteristics (particularly strength against external force) of the capacitive element.

図44は圧力伝達経路をさらに設けた圧力センサーを示す図である。図41(j)に示す構造の圧力センサの第2面側に支持層1142、1144を形成し、その上にプレート1146を接着する。プレート1146には圧力導入孔1147が開けられ、外部からの圧力P2を圧力伝達孔1127を通して第2面溝Qへ伝達する。薄板1126とプレート1146との間の空間1145は支持層1142、1144により作られた空間であり、全体がつながっていて各第2面溝Qへの圧力伝達孔1127が入り込んでいる。支持層1144は枠状で閉じていてこの枠の外側と内側を完全に分離し気密を保っている。また。支持層1142は柱状或いは壁状になっていて薄板1126とプレート1146を支えているだけで気密な空間を形成しているわけではなく、その外側および内側および周囲で圧力は同じ状態になっている。枠状の支持層1144だけでプレート1146を支持できればこの支持層1142はなくとも良い。支持層1142および1144は同時に形成できるので、工程負荷および工程付加にはならない。薄板1126上に感光性接着剤を塗布するか、感光性接着シートを張り付けて、露光現像して支持層1142、1144を形成することができる。このパターニングされた支持層1142、1144にプレート1146を張り付けて気密な空間1145を形成できる。プレート1146を十分な強度を有する材料(中が見える方が良ければ、ガラスや透明プラスチックが良い)を用いれば、第2面溝Qや圧力センサーを保護することができる。プレート1146の適当な部分に圧力導入孔1147を設ければ(レーザー法、エッチング法など種々の方法を使用できる)、この圧力導入孔1147から第2面溝Qへ圧力を導入できる。尚、薄板1126を使用せずにこのプレート1146を設けることもできる。図41(l)のような構造であればそのまま適用できるし、図41(j)のような構造の場合には支持層1142や1144を第1面溝の底壁などの上に(図では下に)設ければ良い。 FIG. 44 is a view showing a pressure sensor further provided with a pressure transmission path. Support layers 1142 and 1144 are formed on the second surface side of the pressure sensor having the structure shown in FIG. 41 (j), and a plate 1146 is adhered thereon. A pressure introducing hole 1147 is opened in the plate 1146, and external pressure P 2 is transmitted to the second surface groove Q through the pressure transmitting hole 1127. A space 1145 between the thin plate 1126 and the plate 1146 is a space formed by the support layers 1142 and 1144, and the whole is connected and the pressure transmission hole 1127 to each second surface groove Q enters. The support layer 1144 is closed in a frame shape, and the outer side and the inner side of the frame are completely separated to keep airtight. Also. The support layer 1142 is columnar or wall-like and only supports the thin plate 1126 and the plate 1146 to form an airtight space, and the pressure is the same on the outside, inside, and surroundings. . As long as the plate 1146 can be supported only by the frame-shaped support layer 1144, the support layer 1142 may be omitted. Since the support layers 1142 and 1144 can be formed simultaneously, there is no process load and process addition. The support layers 1142 and 1144 can be formed by applying a photosensitive adhesive on the thin plate 1126 or pasting a photosensitive adhesive sheet and exposing and developing. A plate 1146 can be attached to the patterned support layers 1142 and 1144 to form an airtight space 1145. If the plate 1146 is made of a material having sufficient strength (if it is better to see the inside, glass or transparent plastic is preferable), the second surface groove Q and the pressure sensor can be protected. If a pressure introducing hole 1147 is provided in an appropriate portion of the plate 1146 (a variety of methods such as a laser method and an etching method can be used), pressure can be introduced from the pressure introducing hole 1147 into the second surface groove Q. The plate 1146 can be provided without using the thin plate 1126. The structure shown in FIG. 41 (l) can be applied as it is. In the case of the structure shown in FIG. 41 (j), the support layers 1142 and 1144 are placed on the bottom wall of the first surface groove (in the drawing). Just below).

第1面側にも同様にして、電極・配線1134を形成した後に、支持層1148、1150を形成し、その上にプレート1152を接着させる。プレート1152には圧力導入孔1154が開けられ、この圧力導入孔1154から外部の圧力P1が第1面溝Oに伝達される。支持層1150は枠状に閉じられ、この枠の外に対して内側を気密な空間に保持する。支持層1148は、プレート1152と薄板1130を支持しているが、枠状の支持層1150だけで支持できれば必要はない。支持層1148の外側、内側、周囲は同じ圧力である。このようなプレート1152を備えることにより第1面溝Oや電極・配線1134や圧力センサーを保護することができる。尚、薄板1130を設けない場合でも(図44では絶縁膜1102など省略している)直接支持層1148、1150を作製してプレート1152を接着することもできる。支持層1148、1150には感光性接着膜(たとえば、塗布法のよるもの、シートによるもの)を用いることができる。プレート1152の強度は使用環境に合わせて選定すれば良い。内部が見えるようにするには、ガラスや透明プラスチック等を使用すれば良い。点線で示すライン1156はスクライブラインであるが、第1面溝や第2面溝形成のときに一部或いは全部をあけておけば、プレート1146や1152だけの切断になるので、切断しやすい。切断には通常のダイシング法やレーザーダイシング法、エッチングダイシング法など種々の方法を用いることができる。 Similarly, after forming the electrode / wiring 1134 on the first surface side, the support layers 1148 and 1150 are formed, and the plate 1152 is adhered thereon. A pressure introducing hole 1154 is formed in the plate 1152, and an external pressure P 1 is transmitted from the pressure introducing hole 1154 to the first surface groove O. The support layer 1150 is closed in a frame shape, and the inside is held in an airtight space with respect to the outside of the frame. The support layer 1148 supports the plate 1152 and the thin plate 1130, but is not necessary if it can be supported only by the frame-shaped support layer 1150. The outer side, the inner side, and the periphery of the support layer 1148 have the same pressure. By providing such a plate 1152, the first surface groove O, the electrode / wiring 1134, and the pressure sensor can be protected. Even when the thin plate 1130 is not provided (the insulating film 1102 and the like are omitted in FIG. 44), the support layers 1148 and 1150 can be directly formed and the plate 1152 can be bonded. For the support layers 1148 and 1150, a photosensitive adhesive film (for example, a coating method or a sheet) can be used. The strength of the plate 1152 may be selected according to the use environment. In order to make the inside visible, glass, transparent plastic or the like may be used. A line 1156 indicated by a dotted line is a scribe line, but if a part or all of the first surface groove or the second surface groove is formed, only the plates 1146 and 1152 are cut, so that it is easy to cut. Various methods such as a normal dicing method, a laser dicing method, and an etching dicing method can be used for cutting.

次に図42に基づいて、高濃度不純物元素を有する低抵抗のシリコン半導体基板1201に、これと逆導電体の低濃度不純物元素を有する高抵抗のシリコン半導体基板1202を接合させた基板(複合基板とも言う)1200を用いて良好な特性を持つ容量型圧力センサーを形成することもできる。この複合基板として、それぞれの半導体基板を貼り合わせた基板(貼り合わせ基板)や、高濃度不純物シリコン半導体基板に逆導電体の低濃度不純物元素を有する単結晶シリコンをエピタキシャル成長させたエピ基板を使用することができる。 Next, based on FIG. 42, a substrate (composite substrate) in which a low-resistance silicon semiconductor substrate 1201 having a high-concentration impurity element is bonded to a high-resistance silicon semiconductor substrate 1202 having a low-concentration impurity element of a reverse conductor. It is also possible to form a capacitive pressure sensor having good characteristics using 1200. As this composite substrate, a substrate obtained by bonding each semiconductor substrate (bonded substrate) or an epitaxial substrate obtained by epitaxially growing single crystal silicon having a low concentration impurity element of a reverse conductor on a high concentration impurity silicon semiconductor substrate is used. be able to.

低抵抗のシリコン半導体基板1201がN型の場合には、不純物元素はヒ素(As)、リン(P)、アンチモン(Sb)等のV族元素であり、その不純物濃度はたとえば、約1019/cm3以上で、抵抗率は約0.01Ωcm以下である。低抵抗のシリコン半導体基板1201がP型(いわゆるN+シリコン)の場合には、不純物元素はホウ素(B)、アルミニウム(Al)等のV族元素であり、その不純物濃度はたとえば、約1019/cm3以上で、抵抗率は約0.02Ωcm以下である。(ただし、圧力センサーの特性によってはこれらより1桁〜2桁高い抵抗率を有するものでも使用できる場合がある。) When the low-resistance silicon semiconductor substrate 1201 is N-type, the impurity element is a group V element such as arsenic (As), phosphorus (P), antimony (Sb), and the impurity concentration is, for example, about 10 19 / Above 3 cm3, the resistivity is about 0.01 Ωcm or less. When the low-resistance silicon semiconductor substrate 1201 is P-type (so-called N + silicon), the impurity element is a group V element such as boron (B), aluminum (Al), and the impurity concentration is, for example, about 10 19 / Above 3 cm, the resistivity is below about 0.02 Ωcm. (However, depending on the characteristics of the pressure sensor, it may be possible to use one having a resistivity one to two digits higher than these.)

高抵抗のシリコン半導体基板1202がN型の場合には、その不純物濃度はたとえば、約1017/cm3以下(好適には、約1016/cm3以下)であり、抵抗率は約0.1Ωcm以上(好適には、約0.7Ωcm以上)である。高抵抗のシリコン半導体基板1202がP型の場合には、その不純物濃度はたとえば、約1017/cm3以下(好適には、約1016/cm3以下)であり、抵抗率は約0.3Ωcm以上(好適には、約1Ωcm以上)である。 When the high-resistance silicon semiconductor substrate 1202 is N-type, the impurity concentration is, for example, about 10 17 / cm 3 or less (preferably, about 10 16 / cm 3 or less), and the resistivity is about 0.1 Ωcm or more. (Preferably about 0.7 Ωcm or more). When the high-resistance silicon semiconductor substrate 1202 is P-type, the impurity concentration is, for example, about 10 17 / cm 3 or less (preferably, about 10 16 / cm 3 or less), and the resistivity is about 0.3 Ωcm or more. (Preferably about 1 Ωcm or more).

このような複合基板1200の第1面(上面)および/または第2面(下面)に絶縁膜1203、1204を形成する。複合基板1200の第1面とは高抵抗基板1202側の面であり、複合基板1200の第2面とは低抵抗基板1201側の面である。絶縁膜1203、1204は、シリコン酸化膜(SiOx膜)、シリコン窒化膜(SiNx膜)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy膜)などであり、これらは酸化、窒化、CVD法、PVD法、或いは塗布法(+熱処理)などにより形成できる。尚、これらの絶縁膜1203、1204はプロセス中に複合基板の表面を保護したり、感光性膜を形成しやすくすることなどのために形成するので、プロセス上問題がなければ、絶縁膜を形成しなくても良い。 Insulating films 1203 and 1204 are formed on the first surface (upper surface) and / or the second surface (lower surface) of the composite substrate 1200. The first surface of the composite substrate 1200 is a surface on the high resistance substrate 1202 side, and the second surface of the composite substrate 1200 is a surface on the low resistance substrate 1201 side. The insulating films 1203 and 1204 are a silicon oxide film (SiOx film), a silicon nitride film (SiNx film), a silicon oxynitride film (SiOxNy film), etc., which are oxidized, nitrided, CVD method, PVD method, or coating method (+ Heat treatment) or the like. These insulating films 1203 and 1204 are formed in order to protect the surface of the composite substrate during the process and to make it easy to form a photosensitive film. You don't have to.

次に図42(a)に示すように、感光性膜1205をパターニングして、第1面溝を形成するための窓1206(1206−1、1206−2)をあける。次に図42(b)に示すように、この窓1206(1206−1、1206−2)からその下に存在する絶縁膜1204を除去し、高抵抗の半導体基板の表面(第1面)を露出させる。絶縁膜1204の厚みは約0.1μm〜2μmであるが、第1面溝を垂直に形成するために、窓1206に忠実な大きさで形成することが望ましい。そのため、絶縁膜1204の除去は、ドライエッチング法、それも異方性エッチングが望ましい。(この後、深いシリコン溝を異方性エッチングで形成するので、感光性膜1205もエッチングされて絶縁膜1204が出てきたときに、さらに絶縁膜1204もエッチングされてシリコン基板1200が露出するとシリコン基板の表面が荒れたりダメッジを受けたりする。シリコン基板1200が露出しないようにするために、絶縁膜1204の厚みを2μm以上にする場合もある。) Next, as shown in FIG. 42A, the photosensitive film 1205 is patterned to open windows 1206 (1206-1 and 1206-2) for forming the first surface grooves. Next, as shown in FIG. 42B, the insulating film 1204 existing under the window 1206 (1206-1, 1206-2) is removed, and the surface (first surface) of the high-resistance semiconductor substrate is removed. Expose. Although the thickness of the insulating film 1204 is about 0.1 μm to 2 μm, it is desirable that the insulating film 1204 be formed with a size faithful to the window 1206 in order to form the first surface groove vertically. Therefore, the insulating film 1204 is preferably removed by a dry etching method or anisotropic etching. (After that, since the deep silicon trench is formed by anisotropic etching, when the photosensitive film 1205 is also etched and the insulating film 1204 comes out, the insulating film 1204 is also etched and the silicon substrate 1200 is exposed. (In order to prevent the silicon substrate 1200 from being exposed, the thickness of the insulating film 1204 may be 2 μm or more.)

次に図42(c)に示すように、窓1206の下に存在するシリコン基板1202および1201を順次エッチングして第1面溝O(O1、O2)を形成する。この第1面溝Oの内壁面は基板1202(高抵抗シリコン基板)の第1面に対して垂直になるようにエッチングすることが望ましい。しかも、窓1206のサイズとほぼ同じサイズで基板の深さ方向にエッチングする。ただし、第1面溝は第2面に達しないように適度な厚みを残してエッチングを終了する。このようにして深い第1面溝O(O1、O2)を形成する。 Next, as shown in FIG. 42C, the silicon substrates 1202 and 1201 existing under the window 1206 are sequentially etched to form the first surface grooves O (O1, O2). It is desirable to perform etching so that the inner wall surface of the first surface groove O is perpendicular to the first surface of the substrate 1202 (high resistance silicon substrate). In addition, etching is performed in the depth direction of the substrate with the same size as the window 1206. However, the etching is terminated with an appropriate thickness so that the first surface groove does not reach the second surface. In this way, the deep first surface groove O (O1, O2) is formed.

次に、図42(d)に示すように、アッシング法等のドライ法や或いはWET法(レジスト剥離液、たとえば、有機系剥離液や、熱濃硫酸)を用いて、感光性膜1205をリムーブする。その後で、再度、感光性膜1208をパターニングする。高濃度の不純物層を形成すべき領域に感光性膜1208が残らないようにし、高濃度の不純物層を形成しない領域に感光性膜1208が残るように感光性膜1208をパターニングする。基本的には第1面溝Oにおける高抵抗基板1202の内壁側面には高濃度不純物層を形成するので、第1面溝よりも大きく窓開けされ、感光性膜1208は、図42(a)で示された感光性膜1205のサイズより小さくなり、感光性膜1205の内側に形成される。第1面溝Oに存在する感光性膜を現像液で取り除くためには、感光性膜はネガ型が望ましい。ネガ型感光性膜は、光や電子ビームが当たった所が現像液に不可溶となり、光や電子ビームが当たらない所が現像液に可溶となる。第1面溝の深い所に入った感光性膜まで光が届かない可能性が高いので、ポジ型では第1面溝に感光性膜が残る可能性がある。これに対してネガ型では、光が当たらない所の感光性膜は現像液で除去できるから、第1面溝の深い所に入った感光性膜も現像液で除去することができる。尚、感光性膜として、ドライフィルムタイプや液状タイプがある。ドライフィルムタイプではフィルムを基板等に張り付けて露光するので、第1面溝のような深い溝の中までフィルムが入らない可能性が大きい。従ってドライフィルムの方が本発明においては使用しやすい。しかも第1面溝や第2面溝を形成するときに厚いシリコン基板をエッチングするので、選択比の高い条件を選択しても感光性膜がかなりエッチングされる。たとえば、溝のシリコン基板を300μmエッチングする場合には、シリコンと感光性膜の選択比が50としても、6μm以上の厚みが必要である。このような厚い感光性膜を形成するにはドライフィルムの方が扱いやすい。液状タイプのフォトレジストの場合、厚く形成することが困難であるということのほかに、第1面溝の内部深くまで液状レジストが入り込むので、たとえネガ型でも現像液で完全に取りきるのは時間がかかるという問題がある。 Next, as shown in FIG. 42 (d), the photosensitive film 1205 is removed using a dry method such as an ashing method or a WET method (resist stripping solution such as organic stripping solution or hot concentrated sulfuric acid). To do. Thereafter, the photosensitive film 1208 is patterned again. The photosensitive film 1208 is patterned so that the photosensitive film 1208 does not remain in a region where a high concentration impurity layer is to be formed and the photosensitive film 1208 remains in a region where a high concentration impurity layer is not formed. Basically, since the high concentration impurity layer is formed on the inner wall side surface of the high resistance substrate 1202 in the first surface groove O, the window is opened larger than the first surface groove, and the photosensitive film 1208 is formed as shown in FIG. The size is smaller than the size of the photosensitive film 1205 shown in FIG. In order to remove the photosensitive film present in the first surface groove O with a developer, the photosensitive film is desirably a negative type. The negative photosensitive film is insoluble in the developer when it is exposed to light or an electron beam, and is soluble in the developer where it is not exposed to light or an electron beam. Since there is a high possibility that light does not reach the photosensitive film that has entered the deep portion of the first surface groove, the positive type may leave the photosensitive film in the first surface groove. On the other hand, in the negative type, the photosensitive film that is not exposed to light can be removed with the developer, and therefore the photosensitive film that has entered the deep portion of the first surface groove can also be removed with the developer. In addition, there exist a dry film type and a liquid type as a photosensitive film | membrane. In the dry film type, the film is attached to a substrate or the like for exposure, so there is a high possibility that the film will not enter into a deep groove such as the first surface groove. Therefore, the dry film is easier to use in the present invention. Moreover, since the thick silicon substrate is etched when forming the first surface groove and the second surface groove, the photosensitive film is considerably etched even if a condition with a high selectivity is selected. For example, when the silicon substrate in the groove is etched by 300 μm, a thickness of 6 μm or more is required even if the selection ratio of silicon to the photosensitive film is 50. A dry film is easier to handle to form such a thick photosensitive film. In the case of a liquid type photoresist, besides being difficult to form thickly, the liquid resist penetrates deep inside the first surface groove, so even if it is a negative type, it takes time to completely remove it with a developer. There is a problem that it takes.

次に図42(e)に示すように、感光性膜1208をマスクにして絶縁膜1204をエッチングし、感光性膜1208が存在する部分以外の絶縁膜1204を除去し、半導体基板1202の表面を露出させる。(尚、後述するイオン注入法を用いる場合には、感光性膜1208をリムーブせずに、さらに絶縁膜1204を除去しなくても良い。)その後で、感光性膜1208をリムーブし、図42(f)に示すように、絶縁膜1204がなくシリコン基板が露出した部分に高濃度の不純物拡散を行い、高濃度不純物拡散層1210(1210−1、1210−2)を形成する。この不純物元素の導電タイプは低濃度不純物(高抵抗)基板1202と逆である。たとえば、低濃度不純物(高抵抗)基板1202がP型であれば、N型の高濃度不純物拡散を行う。たとえば、リン(P)拡散を行う。すなわち、P型の高抵抗基板1202中にN+層が形成される。第1面溝においては途中まで(高抵抗基板1202の厚み分)は、P型であるから、第1面溝の内壁にN+層が形成される。第1面溝の深い方はN型基板で、しかもこの基板は不純物濃度が高く低抵抗基板であるから、この基板濃度がさらに濃くなるだけである。この結果、低抵抗基板1201は高抵抗基板1202のN+層と接続して高濃度基板1202の表面まで電気的接続が可能となる。低濃度不純物(高抵抗)基板1202がN型であれば、P型の高濃度不純物拡散を行う。たとえば、ホウ素(B)拡散を行う。すなわち、N型の高抵抗基板1202中にP+層が形成される。第1面溝においては途中まで(高抵抗基板1202の厚み分)は、N型であるから、第1面溝の内壁にP+層が形成される。第1面溝の深い方はP型基板で、しかもこの基板は不純物濃度が高く低抵抗基板であるから、この基板濃度がさらに濃くなるだけである。この結果、低抵抗基板1201は高抵抗基板1202のP+層と接続して高抵抗基板1202の表面まで電気的接続が可能となる。 Next, as shown in FIG. 42E, the insulating film 1204 is etched using the photosensitive film 1208 as a mask, the insulating film 1204 other than the part where the photosensitive film 1208 exists is removed, and the surface of the semiconductor substrate 1202 is removed. Expose. (In the case of using an ion implantation method to be described later, the photosensitive film 1208 is not removed and the insulating film 1204 may not be removed.) Thereafter, the photosensitive film 1208 is removed, and FIG. As shown in FIG. 5F, high-concentration impurity diffusion is performed on the exposed portion of the silicon substrate without the insulating film 1204 to form high-concentration impurity diffusion layers 1210 (1210-1 and 1210-2). The conductivity type of this impurity element is opposite to that of the low concentration impurity (high resistance) substrate 1202. For example, if the low-concentration impurity (high resistance) substrate 1202 is P-type, N-type high-concentration impurity diffusion is performed. For example, phosphorus (P) diffusion is performed. That is, an N + layer is formed in the P-type high resistance substrate 1202. Since the first surface groove is P-type partway through (thickness of the high resistance substrate 1202), an N + layer is formed on the inner wall of the first surface groove. The deeper side of the first surface groove is an N-type substrate, and since this substrate has a high impurity concentration and is a low resistance substrate, this substrate concentration only becomes higher. As a result, the low resistance substrate 1201 is connected to the N + layer of the high resistance substrate 1202 and can be electrically connected to the surface of the high concentration substrate 1202. If the low-concentration impurity (high resistance) substrate 1202 is N-type, P-type high-concentration impurity diffusion is performed. For example, boron (B) diffusion is performed. That is, a P + layer is formed in the N-type high resistance substrate 1202. Since the first surface groove is N-type until the middle (the thickness of the high resistance substrate 1202), a P + layer is formed on the inner wall of the first surface groove. The deeper one of the first surface grooves is a P-type substrate, and since this substrate is a low-resistance substrate with a high impurity concentration, the substrate concentration only becomes higher. As a result, the low resistance substrate 1201 can be electrically connected to the surface of the high resistance substrate 1202 by connecting to the P + layer of the high resistance substrate 1202.

図42(f)に示す絶縁膜1204(1204−1、1204−2、1204−3)でカバーされている基板1202の部分には、不純物拡散層は形成されない。従って、この部分において、不純物拡散層1210は分断されている。後述するように、第1面溝O1とO2は第2面溝によって高濃度不純物(低抵抗)半導体基板1201の領域では完全に分離されているので、完成品の容量素子においては、拡散層1210−1と拡散層1210−2は電気的には導通していない。尚、高抵抗基板1202の不純物濃度が低い場合、基板表面が空乏化または反転しやすくなり、低い電圧差でも電気が流れやすくなる場合があるが、そのような可能性のある基板では、あらかじめ高抵抗基板1202の表面に同じ導電タイプのイオンをイオン注入して表面の不純物濃度を少し高めておけば良い。このイオン注入は基板1202の表面全体へ行なうことができるので、マスクプロセスは特に必要はないから、この工程追加によるコストアップや工程負荷は小さい。ただし、イオン注入量が多すぎると、基板表面濃度が高くなり、逆導電体型の拡散層1210との接合耐圧が低下するので、実用上問題ないレベルで行なう必要がある。さらに言えば、基板表面が空乏化または反転しやすくなるような基板ではなく、最初から基板表面が空乏化または反転しにくい少し高い濃度の半導体基板1202を使用すれば、イオン注入工程もなくすことができる。本発明の容量素子だけを形成する場合は、最初から基板表面が空乏化または反転しにくい少し高い濃度の半導体基板1202を使用することができるが、MOSトランジスタやバイポーラ等の他の半導体素子も同じ基板に形成する場合は、VTH(閾値電圧)やベース抵抗等の制御のために高抵抗基板を使う必要があるから、イオン注入工程が必要となる可能性がある。 An impurity diffusion layer is not formed in the portion of the substrate 1202 covered with the insulating film 1204 (1204-1, 1204-2, 1204-3) shown in FIG. Therefore, the impurity diffusion layer 1210 is divided in this portion. As will be described later, since the first surface grooves O1 and O2 are completely separated by the second surface groove in the region of the high-concentration impurity (low resistance) semiconductor substrate 1201, in the completed capacitor element, the diffusion layer 1210 -1 and the diffusion layer 1210-2 are not electrically connected. Note that when the impurity concentration of the high-resistance substrate 1202 is low, the surface of the substrate is likely to be depleted or reversed, and electricity may easily flow even at a low voltage difference. Ions of the same conductivity type may be ion-implanted into the surface of the resistance substrate 1202 to slightly increase the surface impurity concentration. Since this ion implantation can be performed on the entire surface of the substrate 1202, a mask process is not particularly necessary, so that the cost increase and the process load due to the addition of this process are small. However, if the amount of ion implantation is too large, the substrate surface concentration becomes high and the junction breakdown voltage with the diffusion layer 1210 of the reverse conductor type decreases, so it is necessary to carry out at a level that does not cause any problem in practice. Furthermore, if a semiconductor substrate 1202 having a slightly high concentration that is difficult to deplete or invert from the beginning is used instead of a substrate that easily depletes or inverts the substrate surface, the ion implantation step can be eliminated. it can. When only the capacitive element of the present invention is formed, a slightly higher concentration semiconductor substrate 1202 where the substrate surface is difficult to be depleted or inverted from the beginning can be used, but the same applies to other semiconductor elements such as MOS transistors and bipolar transistors. In the case of forming on a substrate, since it is necessary to use a high resistance substrate for control of VTH (threshold voltage), base resistance and the like, an ion implantation process may be required.

図42(f)における不純物拡散は、たとえば以下のように行なう。BCl3やPOCl3等の不純物ソースから半導体基板(ウエハ)上にBやPの不純物拡散源を付着させ(適当な熱処理を行う)たり、CVD法により半導体基板表面にPSG膜(Pを含むSiO2)やBSG膜(Bを含むSiO2)を積層させたりした後に、拡散炉でこの不純物拡散源から基板内へ不純物を拡散させる。拡散温度と時間によって不純物(拡散)層の深さが決定する。 For example, impurity diffusion in FIG. 42 (f) is performed as follows. A B or P impurity diffusion source is deposited on the semiconductor substrate (wafer) from an impurity source such as BCl3 or POCl3 (appropriate heat treatment is performed), a PSG film (SiO2 containing P) or After laminating a BSG film (SiO 2 containing B), impurities are diffused from the impurity diffusion source into the substrate in a diffusion furnace. The depth of the impurity (diffusion) layer is determined by the diffusion temperature and time.

図42(f)に示した不純物拡散法は、上述のように拡散源をプリデポあるいは高濃度の不純物層を形成しその層から基板中に拡散を行う方法であるが、イオン注入を用いて行なうこともできる。その方法を図43に示す。すなわち、図43に示す構造は、図42(e)に示す構造と同じであるが、この構造の半導体基板1200の第1面側から高濃度イオン注入を行う。ここで注入するイオンは高抵抗基板1202の導電タイプと逆のイオンである。たとえば、高抵抗基板1202の導電タイプがP型であれば、N型不純物元素(As、P、Sbなど)のイオン注入を行う。高抵抗基板1202の導電タイプがN型であれば、P型不純物元素(B.Alなど)のイオン注入を行う。イオン注入のシリコン中への注入深さはイオン種とその加速電圧によって決められ(もちろん、シリコン基板の結晶方位依存性もある)、不純物濃度はイオン注入量(ドーズ量)によって決められる。また、イオン注入した後の熱処理条件(たとえば、温度、時間)でどの程度拡散するかによって不純物層の濃度や深さが決定される。 The impurity diffusion method shown in FIG. 42 (f) is a method in which a diffusion source is predeposited or a high-concentration impurity layer is formed and diffusion is performed from the layer into the substrate as described above. You can also. This method is shown in FIG. That is, the structure shown in FIG. 43 is the same as the structure shown in FIG. 42E, but high-concentration ion implantation is performed from the first surface side of the semiconductor substrate 1200 having this structure. The ions implanted here are ions opposite to the conductivity type of the high resistance substrate 1202. For example, if the conductivity type of the high-resistance substrate 1202 is P-type, N-type impurity elements (As, P, Sb, etc.) are ion-implanted. If the conductivity type of the high-resistance substrate 1202 is N-type, ion implantation of a P-type impurity element (B. Al, etc.) is performed. The depth of ion implantation into silicon is determined by the ion species and the acceleration voltage (of course, there is also a crystal orientation dependency of the silicon substrate), and the impurity concentration is determined by the amount of ion implantation (dose amount). Further, the concentration and depth of the impurity layer are determined depending on how much diffusion is performed under the heat treatment conditions (for example, temperature and time) after ion implantation.

加速電圧は、イオンの種類と注入する深さにより適宜選択すれば良い。また、注入量に関しては、注入後に熱処理を行い形成した拡散層(不純物層)の不純物濃度が図42で示した拡散層1210と同程度であるから、たとえば、N型で1019/cm以上、P型で1019/cm以上になるようにすると、かなり低い抵抗となる。このような濃度にするには、たとえば、イオン注入量を1014/cm以上、好適には1*1015/cm以上とする。もっと好適には3*1015/cm、さらに好適には5*1015/cmとすれば、拡散層1210の抵抗をさらに下げることができる。 The acceleration voltage may be appropriately selected depending on the type of ions and the depth of implantation. As for the injection quantity, because the impurity concentration of the formed diffusion layer by heat treatment after the injection (impurity layer) is of the same order as the diffusion layer 1210 shown in FIG. 42, for example, in N-type 10 19 / cm 3 or more If the P-type is 10 19 / cm 3 or more, the resistance is considerably low. In order to obtain such a concentration, for example, the ion implantation amount is set to 10 14 / cm 2 or more, preferably 1 * 10 15 / cm 2 or more. More preferably, 3 * 10 15 / cm 2 , and even more preferably 5 * 10 15 / cm 2 , the resistance of the diffusion layer 1210 can be further reduced.

Bイオン(B+)の場合には、たとえば100kevの加速電圧で(シリコン中)ピーク深さが約0.3μm(標準偏差0.07μm)である。Pイオン(P+)の場合には、たとえば100kevの加速電圧で(シリコン中)ピーク深さが約0.12μm(標準偏差0.05μm)である。この後、熱処理をして不純物層を広げる。 In the case of B ions (B +), for example, at an acceleration voltage of 100 kev, the peak depth (in silicon) is about 0.3 μm (standard deviation 0.07 μm). In the case of P ions (P +), for example, the peak depth (in silicon) is about 0.12 μm (standard deviation 0.05 μm) at an acceleration voltage of 100 kev. Thereafter, heat treatment is performed to widen the impurity layer.

本発明においては、第1面溝Oの側壁にも不純物層を形成する。イオン注入法では、通常チャネリング防止のためにイオン注入の進行方向に対して半導体基板を少し傾けて(イオン注入角度を持って)イオン注入を行うが、第1面溝Oは深いためイオン注入されない領域が存在する。イオン注入角度を基板面に垂直に注入しても、第1面溝Oは基板面(第1面)に対してほぼ垂直な側壁を持つので、この垂直な側壁の内面には殆どイオン注入されない領域が存在する。第1面溝の深い方の基板1201は、イオン注入する不純物元素と同じ導電タイプであって高濃度不純物元素を有する低抵抗の半導体基板であるから、この部分にはイオン注入されなくても良いが、その上に接合する高抵抗の基板1202は、逆導電タイプの基板であるから、第1面溝Oの側壁の内面にイオン注入して高濃度の不純物層を形成する必要がある。そのために回転イオン注入法を用いてイオン注入を行う。すなわち、基板面(第1面)の法線に対してイオン注入角度をα°傾けて、かつ基板を回転させてイオン注入1300を行う。この回転イオン注入により第1面溝側壁内面(のどの方向)にもイオン注入され、所定濃度の不純物層1302(1302−1、1302−2、1302−3、1302−4)が形成される。尚、イオン注入がα°傾いているので、感光性膜1208や絶縁膜1204の下の周辺付近にも少しまわりこんでいく。しかし、絶縁膜1204の幅を充分に取れば(イオン注入の加速電圧やイオン注入量、α°、その後の熱処理条件などにもよるが、約5μm以上)不純物層1210−2と1210−3がつながることはない。 In the present invention, an impurity layer is also formed on the side wall of the first surface groove O. In the ion implantation method, in order to prevent channeling, ion implantation is generally performed by slightly tilting the semiconductor substrate with respect to the direction of ion implantation (with an ion implantation angle). An area exists. Even if the ion implantation angle is implanted perpendicularly to the substrate surface, the first surface groove O has a side wall substantially perpendicular to the substrate surface (first surface), so that almost no ions are implanted into the inner surface of the vertical side wall. An area exists. The substrate 1201 having the deeper first surface groove is a low-resistance semiconductor substrate having the same conductivity type as the impurity element to be ion-implanted and having a high-concentration impurity element. However, since the high-resistance substrate 1202 bonded thereon is a reverse conductivity type substrate, it is necessary to ion-implant into the inner surface of the side wall of the first surface groove O to form a high-concentration impurity layer. For this purpose, ion implantation is performed using a rotary ion implantation method. That is, the ion implantation 1300 is performed by tilting the ion implantation angle by α ° with respect to the normal line of the substrate surface (first surface) and rotating the substrate. By this rotary ion implantation, ions are implanted into the inner surface (in any direction) of the first groove side wall to form impurity layers 1302 (1302-1, 1302-2, 1302-3, and 1302-4) having a predetermined concentration. Incidentally, since the ion implantation is inclined by α °, the ion implantation also slightly goes around the periphery under the photosensitive film 1208 and the insulating film 1204. However, if the insulating film 1204 has a sufficient width (approximately 5 μm or more depending on the acceleration voltage of ion implantation, ion implantation amount, α °, and subsequent heat treatment conditions), the impurity layers 1210-2 and 1210-3 are formed. There is no connection.

高抵抗基板1202の厚みをu、第1面溝の幅をvとすると、tanα<v/uであるように、イオン注入角度α(ただし、αは0度ではない)を設定すれば、回転イオン注入法によって第1面溝の側壁の内面における高抵抗基板領域全体にイオン注入層1302を形成できる。たとえば、u=20μm、v=100μmとすると、tanα<5となるような角度(約78度)より小さい角度で回転イオン注入をすれば良い。回転イオン注入法により形成した不純物層を活性化するために、熱処理を行う。たとえば、900℃の温度で30分以上アニールすれば充分活性化される。ハロゲンランプアニールであれば1000℃で30秒以上アニールすれば良い。不純物層1302の不純物を拡散して不純物層を広げても良い。絶縁膜1204の下には不純物層1302は形成されないし、絶縁層1204の幅をある程度取れば、その後の熱処理によっても不純物拡散層1302が絶縁膜1204の下でつながることはない。絶縁膜1204は第1面溝Oの周囲を取り巻いているので、たとえば、不純物(拡散)層1302−2と1302−3は高抵抗基板1202の領域ではつながらない。すなわち、不純物(拡散)層1302−2と1302−3の間に逆導電型の低濃度(高抵抗)半導体層1202が存在するので、低抵抗基板1201がなければ、電気的に導通はしない。(もちろん、不純物(拡散)層1302−2と1302−3は一定距離離れているので、この距離に相当する耐圧より大きな電圧をかけるか、高抵抗半導体基板1202の不純物濃度に起因する逆方向耐圧より大きな電圧をかければ、電流は流れるが、それらの耐圧以下の電圧印加では電流は流れない。不純物(拡散)層1302−2と1302−3との距離を1μm以上、工程項半導体基板1202の不純物濃度を1017/cm以下にすれば、10V以上の耐圧があるから、容量素子の実用上は問題ない。) If the thickness of the high resistance substrate 1202 is u and the width of the first surface groove is v, the ion implantation angle α (where α is not 0 degrees) is set so that tan α <v / u. The ion implantation layer 1302 can be formed on the entire high resistance substrate region on the inner surface of the side wall of the first surface groove by ion implantation. For example, when u = 20 μm and v = 100 μm, the rotational ion implantation may be performed at an angle smaller than an angle (approximately 78 degrees) where tan α <5. Heat treatment is performed to activate the impurity layer formed by the rotary ion implantation method. For example, if annealing is performed for 30 minutes or more at a temperature of 900 ° C., it is sufficiently activated. In the case of halogen lamp annealing, annealing may be performed at 1000 ° C. for 30 seconds or longer. The impurity layer may be expanded by diffusing impurities in the impurity layer 1302. The impurity layer 1302 is not formed under the insulating film 1204. If the insulating layer 1204 has a certain width, the impurity diffusion layer 1302 is not connected under the insulating film 1204 even by a subsequent heat treatment. Since the insulating film 1204 surrounds the periphery of the first surface groove O, for example, the impurity (diffusion) layers 1302-2 and 1302-3 are not connected in the region of the high resistance substrate 1202. In other words, the low conductivity (low resistance) semiconductor layer 1202 of the reverse conductivity type exists between the impurity (diffusion) layers 1302-2 and 1302-3, and therefore, electrical conduction is not achieved without the low resistance substrate 1201. (Of course, since the impurity (diffusion) layers 1302-2 and 1302-3 are separated from each other by a certain distance, a voltage higher than the breakdown voltage corresponding to this distance is applied, or the reverse breakdown voltage due to the impurity concentration of the high-resistance semiconductor substrate 1202 If a higher voltage is applied, current flows, but current does not flow when a voltage lower than the withstand voltage is applied.The distance between the impurity (diffusion) layers 1302-2 and 1302-3 is 1 μm or more, (If the impurity concentration is 10 17 / cm 3 or less, since there is a breakdown voltage of 10 V or more, there is no problem in practical use of the capacitive element.)

尚、図42(f)では、高濃度不純物層をシリコン基板1202の表面に作成するために、事前に不純物層1210を形成すべき部分の絶縁膜1204を取り除いていたが、図43に示すイオン注入法の場合には、この絶縁膜1204を残しておいても良い。この絶縁膜の厚みを考慮してイオン注入の加速電圧を選択すれば、この絶縁膜をイオンが突き抜けてシリコン基板に入っていく。このときのイオン注入のマスクは1208の感光性膜1208ということになる。従って、イオン注入法においてはこの感光性膜1208をイオン注入前にリムーブしておく必要はない。特に回転イオン注入法ではこのマスクにより影になる部分もない。尚、図42(f)では不純物層を形成するときに、熱処理を行うので、事前に感光性膜1208や絶縁膜1204等をリムーブしておく必要がある。このように、図42(f)の高濃度不純物層の形成法(プリデポ法)では工程が増えるので、上述の回転イオン注入法を用いれば、工程が簡略化できる。 In FIG. 42 (f), in order to form a high concentration impurity layer on the surface of the silicon substrate 1202, the insulating film 1204 where the impurity layer 1210 is to be formed has been removed in advance, but the ion shown in FIG. In the case of the implantation method, this insulating film 1204 may be left. If an acceleration voltage for ion implantation is selected in consideration of the thickness of the insulating film, ions penetrate through the insulating film and enter the silicon substrate. The ion implantation mask at this time is the photosensitive film 1208 1208. Therefore, in the ion implantation method, it is not necessary to remove the photosensitive film 1208 before ion implantation. In particular, in the rotary ion implantation method, there is no shadowed portion by this mask. In FIG. 42F, since the heat treatment is performed when the impurity layer is formed, it is necessary to remove the photosensitive film 1208, the insulating film 1204, and the like in advance. Thus, since the number of steps increases in the method for forming the high concentration impurity layer (predeposition method) in FIG. 42 (f), the steps can be simplified by using the above-described rotary ion implantation method.

図42(f)や図43に示したように、不純物拡散層1210(図43においては、不純物層1302)を形成した後に、図42(g)に示すように、イオン注入やプリデポなどによるダメッジや汚染の除去、或いは露出したシリコン基板の保護のために、絶縁膜1212(1212−1、1212−2)を形成する。第1面溝O1側に形成する絶縁膜を1212−1、第1面溝O2側に形成する絶縁膜を1212−2と称す。既存の絶縁膜1204を残して形成しても良いが、この場合は、既存の絶縁膜1204も厚みが増す。或いは、絶縁膜1212を形成する前に、露出したシリコン表面や絶縁膜1204の表面のダメッジや汚染を除去するために、それらの表面を洗浄したり、軽くエッチングしてから絶縁膜1212を形成しても良い。或いは、表面の絶縁膜1204および/または第2面の絶縁膜1203をエッチングしてから、絶縁膜1212を形成することもできる。絶縁膜1212の厚みはこの段階では、露出したシリコン基板の保護や汚染などが目的であるから、約1000Aもあれば良い。尚、図43に示すようなイオン注入法の場合には、シリコン基板1200に絶縁膜を形成してイオン注入を行っても良いので、既に絶縁膜が存在する場合にはここで再度絶縁膜を形成する必要はない。絶縁膜1212の形成方法として、酸化、窒化、酸窒化、CVD法やPVD法による積層などがある。また、前述したイオン注入層やプリデポ層を形成後のアニールや拡散処理と兼用して絶縁膜形成を行なっても良い。 As shown in FIG. 42 (f) and FIG. 43, after the impurity diffusion layer 1210 (impurity layer 1302 in FIG. 43) is formed, as shown in FIG. Insulating films 1212 (1212-1 and 1212-2) are formed in order to remove contamination and protect the exposed silicon substrate. The insulating film formed on the first surface groove O1 side is referred to as 1212-1, and the insulating film formed on the first surface groove O2 side is referred to as 1212-2. Although the existing insulating film 1204 may be left behind, in this case, the existing insulating film 1204 also increases in thickness. Alternatively, before the insulating film 1212 is formed, the surface of the exposed silicon surface or the surface of the insulating film 1204 is removed by cleaning or lightly etching the surface of the insulating film 1204 before the insulating film 1212 is formed. May be. Alternatively, the insulating film 1212 can be formed after etching the insulating film 1204 on the surface and / or the insulating film 1203 on the second surface. At this stage, the thickness of the insulating film 1212 is about 1000 A because the purpose is to protect or contaminate the exposed silicon substrate. In the case of an ion implantation method as shown in FIG. 43, an insulating film may be formed on the silicon substrate 1200 to perform ion implantation. If an insulating film already exists, the insulating film is again formed here. There is no need to form. Examples of a method for forming the insulating film 1212 include oxidation, nitridation, oxynitridation, lamination by a CVD method and a PVD method. In addition, the insulating film may be formed in combination with the annealing or diffusion treatment after forming the ion implantation layer or the predeposition layer.

次に、図42(h)に示すように、第2面に感光性膜1214(1214−1、1214−2)をパターニングする。このパターニングは第2面溝Qを形成するためであるから、第2面溝Qをあけるべき領域を窓開けする。第1面溝Oの領域は通常はエッチングしないので、図42(h)に示すように、第1面溝O1の領域は感光性膜1214−1で、第1面溝O2の領域は感光性膜1214−2でカバーする。次に感光性膜1214をマスクにして絶縁膜1203をエッチングする。このエッチング法はWET法またはDRY法であるが、この後の第2面溝Qのエッチング時のサイドエッチングやエッチングばらつきを抑えるために、サイドエッチングの小さなエッチング、好適には感光性膜1214に忠実なエッチングが良い。たとえば、RIE等の異方性エッチングを用いる。尚、感光性膜1214がシリコン半導体基板1201に対して密着性等の問題がなくパターニングできることや第2面溝Qをエッチングするときに感光性膜1214がなくならないなどで絶縁膜がなくても良ければ、絶縁膜1203を除去してから感光性膜1214を形成しても良い。しかし、絶縁膜が必要であって、絶縁膜1203だけの厚みで不足であれば、あらたに絶縁膜を形成してから感光性膜1214を形成しパターニングしても良い。 Next, as shown in FIG. 42H, a photosensitive film 1214 (1214-1, 1214-2) is patterned on the second surface. Since this patterning is for forming the second surface groove Q, a window is formed in the region where the second surface groove Q is to be formed. Since the region of the first surface groove O is not usually etched, the region of the first surface groove O1 is a photosensitive film 1214-1 and the region of the first surface groove O2 is photosensitive as shown in FIG. Cover with membrane 1214-2. Next, the insulating film 1203 is etched using the photosensitive film 1214 as a mask. This etching method is a WET method or a DRY method, but in order to suppress side etching and etching variations during the subsequent etching of the second surface groove Q, etching with small side etching, preferably faithful to the photosensitive film 1214. Etching is good. For example, anisotropic etching such as RIE is used. It should be noted that the photosensitive film 1214 can be patterned without problems such as adhesion to the silicon semiconductor substrate 1201, and the insulating film can be omitted because the photosensitive film 1214 does not disappear when the second surface groove Q is etched. For example, the photosensitive film 1214 may be formed after the insulating film 1203 is removed. However, if an insulating film is necessary and the thickness of the insulating film 1203 is insufficient, a photosensitive film 1214 may be formed and patterned after a new insulating film is formed.

次に、図42(i)に示すように、感光性膜パターン1214および絶縁膜パターン1203(1203−1、1203−2)をマスクにしてシリコン基板1200をエッチングし、第2面溝Q(Q1、Q2、Q3)を形成する。このエッチングでは、図41において説明したように、第1面溝Oと第2面溝Qとの間の側壁1216(1216−1、1216−2、1216−3、1216−4)の厚みをできるだけばらつきを少なく形成することが重要である。特に容量(1216−2、1216−3)を構成する側壁の厚みを精度良く形成する。(尚、隣接して容量を形成することもできるので、Q1とQ3もQ2と同様に容量空間を作ることもできる。その場合には、1216−1や1216−4の厚み精度も非常に重要となる。)従って、第1に感光性膜1214と第1面溝Oとの位置合わせを精度良く行なう必要がある。この位置合わせ精度を高める方法として前述したように種々の方法がある。第1面溝Oの底壁1218(1218−1、1218−2)は非常に薄くなっているので、この底壁を透過できる波長を持つ光や電磁波(X線、γ線など)や粒子線(電子線やα線など)を第1面側から照射し第2面側で受けて位置合わせが可能である。特に照射する光や電磁波の波長や強度を調整すれば、感光性膜1214の感光性に影響を与えずに位置合わせができる。さらには、音波なども利用できる。 Next, as shown in FIG. 42 (i), the silicon substrate 1200 is etched using the photosensitive film pattern 1214 and the insulating film pattern 1203 (1203-1, 1203-2) as a mask to form the second surface groove Q (Q1 , Q2, Q3). In this etching, as explained in FIG. 41, the thickness of the side wall 1216 (1216-1, 1216-2, 1216-3, 1216-4) between the first surface groove O and the second surface groove Q is made as much as possible. It is important to form with less variation. In particular, the thickness of the side walls constituting the capacitors (1216-2, 1216-3) is formed with high accuracy. (Capacitance can also be formed adjacent to each other, so Q1 and Q3 can also create a capacity space in the same way as Q2. In that case, the thickness accuracy of 1216-1 and 1216-4 is also very important. Therefore, first, it is necessary to accurately align the photosensitive film 1214 and the first surface groove O. As described above, there are various methods for increasing the alignment accuracy. Since the bottom wall 1218 (1218-1, 1218-2) of the first surface groove O is very thin, light, electromagnetic waves (X-rays, γ-rays, etc.) and particle beams having a wavelength that can be transmitted through the bottom wall. Positioning is possible by irradiating (electron beam, α ray, etc.) from the first surface side and receiving on the second surface side. In particular, by adjusting the wavelength and intensity of the irradiated light or electromagnetic wave, alignment can be performed without affecting the photosensitivity of the photosensitive film 1214. Furthermore, sound waves can also be used.

また、シリコン基板1200のサイドエッチングを抑えるとともに、エッチングばらつきを少なくする。第2面溝の深さは深い方が容量値を大きくすることができるので深い方が望ましいが、深くなればなるほどエッチングばらつき量も増えて来るので、エッチングばらつきやサイドエッチング量の小さなエッチン方法で行なう。また、深さ方向についてもエッチング速度ができるだけ速くかつエッチングばらつきの少ないエッチング方法で行なう。また、エッチングのマスクとなる感光性膜1214とエッチングされる材料(ここでは、シリコン)とのエッチング選択比が大きいエッチング方法で行なう。これらの条件を満足するエッチング方法としてボッシュ法やクライオ法やアルバック法によるエッチングがあり、その他の種々のエッチング方法も種々開発適用されている。本発明においてはこれらの方法を適宜選択して使用できる。 Further, side etching of the silicon substrate 1200 is suppressed, and etching variation is reduced. The deeper the depth of the second surface groove, the larger the capacitance value is, so it is desirable that it is deeper. However, the deeper the depth, the larger the variation in etching. Do. Also in the depth direction, the etching method is performed with the etching rate as fast as possible and with little etching variation. Further, the etching is performed by an etching method having a high etching selection ratio between the photosensitive film 1214 serving as an etching mask and the material to be etched (here, silicon). Etching methods that satisfy these conditions include etching by the Bosch method, cryo method, and ULVAC method, and various other etching methods have been developed and applied. In the present invention, these methods can be appropriately selected and used.

上述した精度の良い感光性膜1214の合わせ込みやサイドエッチングの小さなエッチング方法およびエッチングバラツキの小さなエッチング方法などによって、容量を構成する側壁1216(1216−2、1216−3など)を非常に薄く作成することができる。(これらは、容量成分の電極となる。)たとえば、10μm、好適には7μm、もっと好適には5μm、より好適には3μm、さらに好適には1μmにすれば非常に小さな圧力差まで検出できる。すなわち、側壁1216(1216−2、1216−3)は小さな圧力差でも変形しやすくなる。また、容量成分としての電極間距離(第2面溝Q2等の幅)も小さくすることができ感度の良い容量変化を検出することができる。(電極間距離が小さくなると、少ない変形量でも容量変化が大きくなる。)尚、容量成分を構成しない部分(たとえば、第1面溝O1の側壁1216−1や底壁1218−1、第1面溝O2の側壁1216−4や底壁1218−2)はもっと厚くできる。従って、容量成分を構成しない部分はパターニング許容度やエッチング許容度を持たせることができる。(また、これらの部分を厚くすることにより、第1面溝の強度を大きくすることができる。) The sidewalls 1216 (1216-2, 1216-3, etc.) constituting the capacitor are made very thin by the above-described alignment of the photosensitive film 1214 with high accuracy, an etching method with small side etching, and an etching method with small etching variation. can do. (These serve as capacitive component electrodes.) For example, a very small pressure difference can be detected when the thickness is 10 μm, preferably 7 μm, more preferably 5 μm, more preferably 3 μm, and even more preferably 1 μm. That is, the side wall 1216 (1216-2, 1216-3) is easily deformed even by a small pressure difference. In addition, the distance between electrodes (the width of the second surface groove Q2 and the like) as a capacitive component can be reduced, and a highly sensitive change in capacitance can be detected. (When the distance between the electrodes is reduced, the capacitance change is increased even with a small amount of deformation.) In addition, portions that do not constitute a capacitive component (for example, the side wall 1216-1, the bottom wall 1218-1, and the first surface of the first surface groove O1). The side wall 1216-4 and the bottom wall 1218-2) of the groove O2 can be made thicker. Accordingly, the portion that does not constitute the capacitive component can have patterning tolerance and etching tolerance. (Also, by increasing the thickness of these portions, the strength of the first surface groove can be increased.)

この実施形態において特に重要な点は、この第2面溝Qの形成時のエッチングにおいて、低濃度基板1202に達するまでエッチングし、深さ方向に関して高濃度シリコン基板1201を完全にエッチングすることである。しかし、低濃度基板1202内に第2面溝の底部QB(QB1、QB2、QB3)が存在するので、第1面溝Oは低濃度基板1202により支持されている。これにより、容量を構成する対向電極(たとえば、1216−2と1216−3)は高濃度基板1201内では完全に離間していて、低濃度基板内1202内では低濃度領域をそれらの間に挟んでいる(すなわち、絶縁膜1204の下の低濃度領域1202には高濃度不純物層1210は形成されない)ので電気は流れない。容量の領域を構成する第2面溝Q2の部分を見ると、高濃度基板1201の厚みをn1、低濃度基板1202の厚みをn2、基板1200のエッチング量をn3とすればn3>n1となるようにエッチングし、これを満足したときにエッチングを終了して第2面溝を形成する。このときに、n2+n1>n3でなければならない。第1面溝Qはエッチングされた後の残っている基板1202によって支持されているので、充分な寿命と信頼性がなければならないので、一定の厚みが必要となる。 In this embodiment, a particularly important point is that in the etching for forming the second surface groove Q, etching is performed until the low concentration substrate 1202 is reached, and the high concentration silicon substrate 1201 is completely etched in the depth direction. . However, since the bottom QB (QB 1, QB 2, QB 3) of the second surface groove exists in the low concentration substrate 1202, the first surface groove O is supported by the low concentration substrate 1202. Accordingly, the counter electrodes (for example, 1216-2 and 1216-3) constituting the capacitor are completely separated in the high concentration substrate 1201, and the low concentration region is sandwiched between them in the low concentration substrate 1202. (That is, the high-concentration impurity layer 1210 is not formed in the low-concentration region 1202 under the insulating film 1204), so that no electricity flows. Looking at the portion of the second surface groove Q2 constituting the capacitance region, if the thickness of the high concentration substrate 1201 is n1, the thickness of the low concentration substrate 1202 is n2, and the etching amount of the substrate 1200 is n3, then n3> n1. Etching is completed, and when this is satisfied, the etching is terminated and a second surface groove is formed. At this time, n2 + n1> n3 must be satisfied. Since the first surface groove Q is supported by the remaining substrate 1202 after being etched, the first surface groove Q must have a sufficient lifetime and reliability, and thus a certain thickness is required.

この厚みは、通常20μm以上であるが、使用環境によっては、さらに厚くしなければならないし、もっと薄くても良い場合もある。深さ方向のエッチングばらつきも極力小さくしなければならない。このばらつき量をエッチング量のΔg%とすれば、確実に高濃度基板をエッチングするには、(n3−n3*Δg/100)>n1、(n3+n3*Δg/100)<(n1+n2)とする。現状のエッチング法ではΔgは約1〜10%であるから、この分を考慮する必要がある。Δgが約5%の場合には、n1が200μmとするとn3>211μmであり、n3はこれ以上の場合は小さい方が良いので、215μmのエッチングを行うとすれば、n1+n2>226μmとなる。低濃度基板の強度を保つには20μm以上必要とすれば、n2>46μmとなる。最初の基板厚みもばらついているので、それらも考慮する必要がある。以上から、この例では、基板厚みばらつきを考慮せずに、n2を約50μmとすれば良い。(あるいは、これ以上)当然のようにばらつきの小さい手法を実現すれば、基板1202の厚みをかなり薄くできる。 This thickness is usually 20 μm or more, but depending on the use environment, it must be made thicker or even thinner. Etching variations in the depth direction must also be minimized. If this variation is Δg% of the etching amount, (n3−n3 * Δg / 100)> n1 and (n3 + n3 * Δg / 100) <(n1 + n2) in order to surely etch a high concentration substrate. In the current etching method, Δg is about 1 to 10%, and this amount needs to be taken into consideration. When Δg is about 5%, if n1 is 200 μm, n3> 211 μm, and if n3 is more than this, n3> 211 μm is better. Therefore, if etching of 215 μm is performed, n1 + n2> 226 μm. If 20 μm or more is required to maintain the strength of the low-concentration substrate, n2> 46 μm. Since the initial substrate thickness also varies, these also need to be considered. From the above, in this example, n2 may be about 50 μm without considering the substrate thickness variation. As a matter of course, if the method with small variation is realized, the thickness of the substrate 1202 can be considerably reduced.

次に、図42(j)に示すように、感光性膜1214をリムーブした後、必要により第2面溝Qの内壁のダメッジや汚染などの除去のために、第2面溝内壁や、その他の部分を洗浄等行い、さらにそれらの目的に加えて、第2面溝Qの保護のために絶縁膜1220(1220−1、1220−2、1220−3)を形成しても良い。次に第1面側で、絶縁膜1210の所望の部分にコンタクト孔1222(1222−1、1222−2)をあけて、さらにその部分に導電体1224(1224−1、1224−2)を積層させ、さらにその導電体1224に接続する導電体膜を付けてパターニングし電極・配線1226(1226−1、1226−2)をパターニングする。これらのパターニングは通常のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用できる。(導電体膜1224と1226は兼用できる。)電極・配線1226は別の場所に伸ばして他の容量或いは他の素子(抵抗、トランジスタ、ICなど)と接続することもできるし、他の配線・電極と接続しても良い。或いは、図41に示すように蓋などをつけても良いし、保護膜でカバーしても良い。電極・配線1226−1は導電体1224−1および高濃度不純物拡散層1210−1を通じて第1面溝部O1の側壁1216−2へ接続する。側壁はその上部を除いて高濃度不純物(低抵抗)半導体基板1201である(側壁の上部は高濃度不純物拡散層が形成されている)から、これらの電位は同電位となる。一方、電極・配線1226−2は1224−2および1210−2を通じて第1面溝部O2の側壁1216−3へ接続する。側壁はその上部を除いて高濃度不純物(低抵抗)半導体基板1201である(側壁の上部は高濃度不純物拡散層が形成されている)から、これらの電位は同電位となる。電極・配線1226−1と電極・配線1226−2は低濃度不純物基板1202により電気は流れないので、容量を構成する側壁電極1216−2と1216−3との間で容量空間第2面溝Q2の容量を検出することができる。 Next, as shown in FIG. 42 (j), after removing the photosensitive film 1214, the inner wall of the second surface groove or the like is removed in order to remove damage or contamination of the inner wall of the second surface groove Q as necessary. In addition to these purposes, an insulating film 1220 (1220-1, 1220-2, 1220-3) may be formed to protect the second surface groove Q. Next, on the first surface side, contact holes 1222 (1222-1, 1222-2) are formed in desired portions of the insulating film 1210, and conductors 1224 (1224-1, 1224-2) are further laminated on the portions. Further, a conductor film connected to the conductor 1224 is attached and patterned to pattern the electrodes / wirings 1226 (1226-1 and 1226-2). These patterning can use a normal photolithography technique and an etching technique. (The conductor films 1224 and 1226 can be used together.) The electrode / wiring 1226 can be extended to another place and connected to other capacitors or other elements (resistors, transistors, ICs, etc.) You may connect with an electrode. Alternatively, a lid or the like may be attached as shown in FIG. 41, or it may be covered with a protective film. The electrode / wiring 1226-1 is connected to the side wall 1216-2 of the first surface groove O1 through the conductor 1224-1 and the high-concentration impurity diffusion layer 1210-1. Since the sidewall is a high-concentration impurity (low resistance) semiconductor substrate 1201 except for its upper portion (a high-concentration impurity diffusion layer is formed on the upper portion of the sidewall), these potentials are the same. On the other hand, the electrode / wiring 1226-2 is connected to the side wall 1216-3 of the first surface groove O2 through 1224-2 and 1210-2. Since the sidewall is a high-concentration impurity (low resistance) semiconductor substrate 1201 except for its upper portion (a high-concentration impurity diffusion layer is formed on the upper portion of the sidewall), these potentials are the same. Since the electrode / wiring 1226-1 and the electrode / wiring 1226-2 do not flow electricity due to the low-concentration impurity substrate 1202, the capacitance space second surface groove Q2 is formed between the side wall electrodes 1216-2 and 1216-3 constituting the capacitance. Can be detected.

以上のようにして、電極・配線1226−1と1226−2の間で、第2面溝Q2を空間領域(空間成分)とした容量素子を形成できる。このような容量素子を複数並列におよび/または直列につないで行くこともできる。このつなぎかたは、不純物拡散層1210でつなげても良いし、高濃度不純物基板でつなげても良い。ただし、このつなげ方には限度がある(第2面溝Qによる高濃度基板1201の分離や絶縁膜1204の下に存在する低濃度不純物領域などにより、つなげることができない場合がある)ので、そのときは配線・電極1226によって接続することができる。 As described above, a capacitive element having the second surface groove Q2 as a spatial region (spatial component) can be formed between the electrodes / wirings 1226-1 and 1226-2. A plurality of such capacitive elements may be connected in parallel and / or in series. This connection method may be connected by the impurity diffusion layer 1210 or may be connected by a high concentration impurity substrate. However, there is a limit to this connection method (the connection may not be possible due to the separation of the high concentration substrate 1201 by the second surface groove Q or the low concentration impurity region existing under the insulating film 1204). Sometimes it can be connected by wiring / electrode 1226.

図3(a)は、高濃度不純物元素(P型またはN型で、不純物濃度1019/cm以上)を含む低抵抗Si基板を用いたときの圧力センサの構造およびその作製方法を説明する図である。低抵抗Si基板1101の分離領域1110を作製するために、Si基板1101上に酸化法やCVD法、PVD法を用いてSiO2膜等の絶縁膜1102を形成し(厚みは、100nm〜2000nm、好適には500nm〜1000nm)、フォトリソ法を用いて分離領域1110の形成領域を窓開けし、絶縁膜1102をエッチングし、さらに分離領域1110にドライエッチングやウエットエッチングにより凹部を形成する。凹部を形成後酸化法やCVD法、PVD法を用いてSiO2やSiON膜等の絶縁膜で凹部を埋設する。この分離領域110は幅がd2、深さがh3である。平坦化が必要ならSOG法等の塗布絶縁膜形成法を用いても良い。次にSi基板上の絶縁膜を除去して、再度Si基板上にCVD法や酸化法等でSiO2膜等の絶縁膜を形成しても良い。次に圧力センサの一方の凹部となる領域O1をフォトリソ法等を用いてパターニングし、絶縁膜1102をエッチングし(絶縁膜1102が存在する場合)、さらにSi基板を深堀りRIE法等を用いて垂直エッチングする。(エッチング深さh2)この凹部O1はSi基板側壁(ダイヤフラムとなる)の厚みyを決定するので、できるだけ垂直パターンが良い。また、このエッチングではSi基板1101の裏面には貫通させずに少し残すようにする。(h4)
次に、Si基板の裏面側にSiO2等の絶縁膜1103を形成し、圧力センサの他方の凹部となる領域O2(Si基板の裏面側)をフォトリソ等を用いてパターニングし(当然、表面側の凹部O1領域はレジスト等を形成する)、絶縁膜1103をエッチングし(絶縁膜1103が存在する場合)、さらにSi基板を深堀りRIE法等を用いて垂直エッチングする。(エッチング深さh1)この凹部O2はSi基板側壁(ダイヤフラムとなる)の厚みyを決定するので、できるだけ垂直パターンが良い。また、このエッチングではSi基板1101の表面には貫通させずに少し残すようにする(h5)とともに、表面側に形成した分離領域1110に達し、一部の分離領域1110を厚み方向に一部エッチングするようにする。(すなわち、h3−h5だけエッチング)Si基板側壁1101(1101−3)の厚みyをできるだけ正確に作製するために、表側の凹部O1に対して、フォトリソ工程でできるだけ正確にパターニングする必要がある。そのために両面(マスクまたはレチクル)アライナー(またはステッパー)を用いるとともに、表側の凹部パターンを検出するために、Si基板1101を透過する光(電磁波)を使用してマスク合わせすることが望ましい。
FIG. 3A illustrates the structure of a pressure sensor when using a low-resistance Si substrate containing a high-concentration impurity element (P-type or N-type and having an impurity concentration of 10 19 / cm 3 or more) and a method for manufacturing the pressure sensor. FIG. In order to manufacture the isolation region 1110 of the low-resistance Si substrate 1101, an insulating film 1102 such as a SiO 2 film is formed on the Si substrate 1101 by using an oxidation method, a CVD method, or a PVD method (the thickness is preferably 100 nm to 2000 nm, preferably In this case, the formation region of the isolation region 1110 is opened by using a photolithography method, the insulating film 1102 is etched, and a recess is formed in the isolation region 1110 by dry etching or wet etching. After forming the recess, the recess is buried with an insulating film such as SiO 2 or SiON film using an oxidation method, a CVD method, or a PVD method. The isolation region 110 has a width d2 and a depth h3. If planarization is required, a coating insulating film forming method such as the SOG method may be used. Next, the insulating film on the Si substrate may be removed, and an insulating film such as a SiO2 film may be formed on the Si substrate again by a CVD method, an oxidation method, or the like. Next, the region O1 to be one concave portion of the pressure sensor is patterned using a photolithography method or the like, the insulating film 1102 is etched (when the insulating film 1102 is present), and the Si substrate is further deeply etched using the RIE method or the like. Etch vertically. (Etching Depth h2) Since this recess O1 determines the thickness y of the Si substrate side wall (becomes a diaphragm), the vertical pattern is as good as possible. In this etching, the Si substrate 1101 is left behind without being penetrated. (H4)
Next, an insulating film 1103 such as SiO2 is formed on the back surface side of the Si substrate, and the region O2 (the back surface side of the Si substrate) that becomes the other concave portion of the pressure sensor is patterned using photolithography or the like (of course, on the front surface side) A resist or the like is formed in the recess O1 region), the insulating film 1103 is etched (when the insulating film 1103 is present), and the Si substrate is deeply etched and vertically etched using the RIE method or the like. (Etching Depth h1) Since this recess O2 determines the thickness y of the Si substrate side wall (becomes a diaphragm), the vertical pattern is as good as possible. Further, in this etching, the surface of the Si substrate 1101 is left without being penetrated (h5), and reaches the separation region 1110 formed on the surface side, and a part of the separation region 1110 is partially etched in the thickness direction. To do. (That is, only h3-h5 is etched) In order to produce the thickness y of the Si substrate side wall 1101 (1101-3) as accurately as possible, it is necessary to pattern the concave portion O1 on the front side as accurately as possible in the photolithography process. For this purpose, it is desirable to use a double-sided (mask or reticle) aligner (or stepper) and to align the mask using light (electromagnetic waves) transmitted through the Si substrate 1101 in order to detect the concave pattern on the front side.

さらに別の方法も用いて合わせ精度をさらに向上できる。この方法では、第1面溝(Si基板の表面(上面)を第1面として、凹部O1は第1面溝とも言う)を形成する前か或いは第1面溝を形成した後で、第2面の一部だけエッチングにより薄くして第1面溝と貫通させるか或いは第1面溝の底壁の厚みを非常に薄くしておく方法である。この方法により、その貫通された部分(或いは、非常に薄くなった部分)を通して第2面から第1面の溝パターンを読むことができ、第1面溝パターンに直接合わせ込むことができる。この場合は、合わせ込みに用いた第1面溝パターンを実パターンとして用いることはできないが、種々の場所に設けておくことにより、ステッパーによる合わせ込みも可能となるので、非常に精度良く合わせ込みが可能となる。 Furthermore, the alignment accuracy can be further improved by using another method. In this method, the first surface groove (the surface (upper surface) of the Si substrate is used as the first surface and the recess O1 is also referred to as the first surface groove) is formed before or after the first surface groove is formed. In this method, only a part of the surface is thinned by etching and penetrated through the first surface groove, or the thickness of the bottom wall of the first surface groove is made very thin. By this method, the groove pattern of the first surface can be read from the second surface through the penetrating portion (or the very thinned portion), and can be directly aligned with the first surface groove pattern. In this case, the first surface groove pattern used for alignment cannot be used as an actual pattern, but alignment by a stepper is also possible by providing it in various places, so alignment is very accurate. Is possible.

さらに別の方法も用いることができる。第2面側にガラス基板を接合する方法である。この場合は、シリコン基板の第2面(下面または裏面)側にガラス基板を接合する。ガラス基板なので陽極接合も可能となり強固な接合を行うことができる。あるいは接着剤や熱融着法や常温接合法を用いて接合しても良い。シリコン基板は第1面溝形成のときに厚み方向に完全に貫通させる。(貫通溝または貫通孔とも呼ぶ。)シリコン基板とガラス基板は材質が異なるので、ガラス基板がエッチングストッパーとなるので、第1面溝の深さ方向の厚みも非常に精度良くコントロールすることができる。第1面溝のパターンは第2面側から正確に読み取れるので直接に第1面溝に対して第2面溝の感光性パターンを合わせこむことが可能となる。この結果、第1面溝と第2面溝を非常に精度良く形成できる。この場合、第2面溝を形成するとき、最初にガラス基板を垂直にエッチングして感光性膜パターンにできるだけ忠実に形成する必要がある。この場合も材質が異なるので、シリコン基板をストッパーとして用いることが可能であり、オーバーエッチングの余裕度も大きいので、ウエハの全域にわたり、必要な場所においてシリコン基板を完全に露出させることができる。 Still other methods can be used. In this method, a glass substrate is bonded to the second surface side. In this case, the glass substrate is bonded to the second surface (lower surface or back surface) side of the silicon substrate. Since it is a glass substrate, anodic bonding is possible and strong bonding can be performed. Alternatively, bonding may be performed by using an adhesive, a heat fusion method, or a room temperature bonding method. The silicon substrate is completely penetrated in the thickness direction when the first surface groove is formed. (Also referred to as a through groove or a through hole.) Since the silicon substrate and the glass substrate are made of different materials, the glass substrate serves as an etching stopper, so that the thickness in the depth direction of the first surface groove can be controlled with very high accuracy. . Since the pattern of the first surface groove can be accurately read from the second surface side, the photosensitive pattern of the second surface groove can be directly aligned with the first surface groove. As a result, the first surface groove and the second surface groove can be formed with very high accuracy. In this case, when the second surface groove is formed, it is necessary to first etch the glass substrate vertically to form the photosensitive film pattern as faithfully as possible. Also in this case, since the materials are different, the silicon substrate can be used as a stopper, and the margin of over-etching is large, so that the silicon substrate can be completely exposed at necessary places over the entire area of the wafer.

その後で別のエッチング種を用いて(条件しだいでは同じエッチング種でもできる場合がある)Si基板を垂直に精度良く形成することができるので、第1面溝と第2面溝の間に形成される側壁の厚みを非常に精度良く形成できる。この場合は、第1面溝の底壁はガラス基板となる。ガラス基板は絶縁体であるが、側壁の低抵抗シリコンを通して電気を伝達できるので容量特性には特に問題はない。さらにガラス基板を使用するメリットとして、第1面(貫通)溝を形成した後でガラス基板全体をエッチングして薄くすることもできる。この薄くする方法として、ウエットエッチングを用いることもできるし、ドライエッチングを用いることもできるし、さらにはBG法(裏面研磨法)やCMP法(化学的機械的研磨方法)を用いることもできる。ウエットエッチングの場合には、HF系のエッチング液を用いて精度良いエッチングを行うことができる。ドライエッチングの場合にも前述したCF系等のエッチングガスを用いて精度良くガラス基板のエッチングを行うことができる。このように第2面溝の感光性パターン形成前にガラス基板を薄くしておけば、第2面溝形成時にエッチングするガラス基板の厚みが薄くなっている。従って、オーバーエッチングも少なくて済むので精度良いエッチングが可能となり、第2面溝も精度良く形成できる。尚、ガラス基板の他に石英基板やセラミック基板、プラスチック基板も使用できる。さらに、第1面貫通孔を形成してからSi基板にガラス基板を接合(付着)することもできる。この場合、ガラス基板はエッチングされることはなく、かつ貫通孔の深さもSi基板の厚みと同じとなるので、非常に正確な深さの第1面貫通溝を形成できる。 After that, the Si substrate can be formed with high accuracy in a vertical direction using another etching species (the same etching species may be used depending on conditions), so that it is formed between the first surface groove and the second surface groove. The thickness of the side wall can be formed with very high accuracy. In this case, the bottom wall of the first surface groove is a glass substrate. Although the glass substrate is an insulator, since electricity can be transmitted through the low-resistance silicon on the side wall, there is no particular problem with the capacitance characteristics. Further, as a merit of using the glass substrate, the entire glass substrate can be etched and thinned after forming the first surface (through) groove. As this thinning method, wet etching can be used, dry etching can be used, and further, BG method (back surface polishing method) and CMP method (chemical mechanical polishing method) can also be used. In the case of wet etching, accurate etching can be performed using an HF-based etchant. Also in the case of dry etching, the glass substrate can be etched with high accuracy using the above-described etching gas such as CF. Thus, if the glass substrate is made thin before the formation of the photosensitive pattern of the second surface groove, the thickness of the glass substrate to be etched when forming the second surface groove is reduced. Accordingly, since less over-etching is required, accurate etching can be performed, and the second surface groove can be formed with high accuracy. In addition to a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or a plastic substrate can be used. Further, the glass substrate can be bonded (attached) to the Si substrate after the first surface through hole is formed. In this case, the glass substrate is not etched, and the depth of the through hole is the same as the thickness of the Si substrate. Therefore, the first surface through groove having a very accurate depth can be formed.

次にSi基板の表面(あるいは、絶縁膜1102上)に酸化法、CVD法、PVD法によりSiO2等の絶縁膜1104を形成し、凹部O1(O1−1、2)内にも絶縁膜1104(保護膜としても作用)を積層(あるいは酸化)する。さらにSi基板の裏面(あるいは、絶縁膜1103上)にSiO2等の絶縁膜1105を形成し、凹部O2(O2−1、2、3)内にも絶縁膜1105(保護膜としても作用)を積層(あるいは酸化)する。耐湿性を向上するためにSiONやSiN膜でも良い。次にSi基板表面側に接着剤等を付着し、ガラス基板等の絶縁基板1130を付着し、フォトリソ法およびエッチング法により凹部O1の開放部やコンタクト形成領域における絶縁基板1130を除去する。あるいは、既に凹部O1の開放部やコンタクト形成領域を窓開けしたガラス基板等の絶縁基板1130を付着しても良い。絶縁基板1130の窓開けされた領域で凹部O1以外の平坦部でSi基板1101にコンタクト穴1132(1132−1、2)を形成し、シリサイドや各種金属膜(たとえば、Al、Cu、Ti)を積層し、コンタクト穴1132で導電体であるSi基板1101と電気的接続をさせ、さらに電極・配線1134(1134−1、2)をフォトリソ法・エッチング法によりパターニングする。Si基板裏面側にも接着剤等を付着し、ガラス基板等の絶縁基板1126を付着し、フォトリソ法およびエッチング法により凹部O2(O2−1、2、3)の開放部やコンタクト形成領域における絶縁基板1126を除去する。あるいは、既に凹部O2の開放部やコンタクト形成領域を窓開けしたガラス基板等の絶縁基板1126を付着しても良い。また、裏面側にコンタクト孔および電極を設けても良く、全体サイズを小さくできる。 Next, an insulating film 1104 such as SiO2 is formed on the surface of the Si substrate (or on the insulating film 1102) by an oxidation method, a CVD method, or a PVD method, and the insulating film 1104 (also in the recess O1 (O1-1, 2)). (Also acts as a protective film) is laminated (or oxidized). Furthermore, an insulating film 1105 such as SiO2 is formed on the back surface of the Si substrate (or on the insulating film 1103), and an insulating film 1105 (also acting as a protective film) is laminated in the recess O2 (O2-1, 2, 3). (Or oxidize). In order to improve moisture resistance, a SiON or SiN film may be used. Next, an adhesive or the like is attached to the surface of the Si substrate, an insulating substrate 1130 such as a glass substrate is attached, and the insulating substrate 1130 in the opening portion of the recess O1 and the contact formation region is removed by a photolithography method and an etching method. Alternatively, an insulating substrate 1130 such as a glass substrate having already opened the opening of the recess O1 or the contact formation region may be attached. A contact hole 1132 (1132-1, 2) is formed in the Si substrate 1101 in a flat portion other than the recess O1 in the windowed region of the insulating substrate 1130, and silicide and various metal films (for example, Al, Cu, Ti) are formed. They are stacked and electrically connected to the Si substrate 1101 as a conductor through the contact hole 1132, and the electrodes / wirings 1134 (1134-1, 2) are patterned by photolithography / etching. Adhesive or the like is also attached to the back side of the Si substrate, an insulating substrate 1126 such as a glass substrate is attached, and insulation in the open portion of the recess O2 (O2-1, 2, 3) or the contact formation region is performed by photolithography and etching. The substrate 1126 is removed. Alternatively, an insulating substrate 1126 such as a glass substrate having already opened the opening of the recess O2 and the contact formation region may be attached. Further, a contact hole and an electrode may be provided on the back side, and the overall size can be reduced.

ガラス基板等の絶縁基板1126、1130は、薄くなったSi基板を補強するとともに圧力差(表側の圧力P1と裏側の圧力P2との差)による変形を防止する効果がある。さらに、裏面の絶縁基板1126にポール(支持層)1142を付着させ、このポール1142に圧力導入孔1147を有するプロテクト基板1146を付着しても良い。このプロテクト基板1146は、圧力P2を圧力導入孔1147からスムーズに導入するとともにセンサーを保護する役目を持つパッケージである。ポール1142はこのプロテクト基板1146に対して絶縁基板(サポート基板)1126に付着したセンサーを支持しているとともに、プロテクト基板1146と絶縁基板(サポート基板)1126の間に空間を形成し、圧力をスムーズかつ速やかにに圧力導入孔1147から凹部O2開口部へ導く。ポール1142は、所定の厚みの基板を絶縁基板1126、1130上に接着剤等を用いて付着させて、フォトリソ法・エッチング法を用いてエッチングして形成する。絶縁体基板がガラスであるときはSi基板を陽極接合で強固に付着させることができる。或いは、あらかじめポールを貼りつけたプロテクト基板を絶縁基板にアライメントしてポールを付着させても良い。尚、図3(a)では記載していないが、Si基板の表側にも同様なものを付着しても良い。 The insulating substrates 1126 and 1130 such as glass substrates have an effect of reinforcing the thinned Si substrate and preventing deformation due to a pressure difference (difference between the pressure P1 on the front side and the pressure P2 on the back side). Further, a pole (support layer) 1142 may be attached to the insulating substrate 1126 on the back surface, and a protect substrate 1146 having a pressure introducing hole 1147 may be attached to the pole 1142. The protect substrate 1146 is a package that serves to smoothly introduce the pressure P2 from the pressure introduction hole 1147 and protect the sensor. The pole 1142 supports the sensor attached to the insulating substrate (support substrate) 1126 with respect to the protect substrate 1146, and also forms a space between the protect substrate 1146 and the insulating substrate (support substrate) 1126 to smoothly apply pressure. And it guide | induces to the recessed part O2 opening part from the pressure introduction hole 1147 promptly. The pole 1142 is formed by attaching a substrate having a predetermined thickness on the insulating substrates 1126 and 1130 using an adhesive or the like, and etching using a photolithographic method or an etching method. When the insulator substrate is glass, the Si substrate can be firmly attached by anodic bonding. Alternatively, the pole may be attached by aligning the protection substrate with the pole attached in advance to the insulating substrate. Although not shown in FIG. 3A, a similar material may be attached to the front side of the Si substrate.

Si基板厚みh0は100μm〜1000μm、O1(O1−1、2)の幅は10μm以上、O2(02−1)の幅d1は10μm〜100μm、O2(O2−2、3)の幅は10μm以上、h1は80μm〜980μm、h1は80μm〜980μm、h3は1μm〜50μm、h4は1μm〜50μm、h5は1μm〜50μm、yは小さいほど良いが技術的には1μm〜15μmである。また、h0≒h1+h5≒h2+h4、h3≧h5である。h4やh5の厚みが10μm以下にする場合は絶縁基板1130や1126で補強することが望ましい。エッチング前に付着させておくのも良い。圧力センサーのダイヤフラムに寄与するのは、基板側壁1101(1101−3、4)であり、O1(O1−1、2)の圧力P1とO2−1の圧力P2との圧力差により変形し、O2−1の空間容量が変化する。基板側壁1101−3は基板側壁1101−2と、基板側壁1101−4は基板側壁1101−5と導通している。基板側壁1101−3と基板側壁1101−4は、分離領域1110で電気的に分離されている。従って、電極1134−1と1134−2の間に一定電圧を印加すれば、基板側壁1101−3と基板側壁1101−4の間の静電容量を測定できる。分離領域1110の幅d2は、1μm〜d1であるが、この分離領域自体で静電容量を生じるので、センサーの静電容量への寄与を小さくするためには、幅d2は大きい方が良いが、分離領域の強度を考慮してこの分離領域幅を決定する。尚、絶縁膜1102の上に別の絶縁膜(SiO2、SiON、SiN等)を積層することもでき、電極・配線1134を形成し、絶縁基板1130を付着する前または後に保護膜としてSiO2等(SiO2、SiON、SiN等)の絶縁膜を積層しても良い。(これらの絶縁膜の厚みは、電気的絶縁性を考慮すれば、100nm〜2000nm、好適には500nm〜1000nm)ダイヤフラムとなる凹部の基板側壁(1101−3、4)上の絶縁膜の厚みは、余り厚いと静電容量に影響を与えるので、1.0μm以下、好適には0.5μm以下、もっと好適には0.2μm以下が良い。汚染防止や保護などの必要がなければ、絶縁膜なしでも良い。 The thickness h0 of the Si substrate is 100 μm to 1000 μm, the width of O1 (O1-1, 2) is 10 μm or more, the width d1 of O2 (02-1) is 10 μm to 100 μm, and the width of O2 (O2-2, 3) is 10 μm or more. H1 is 80 μm to 980 μm, h1 is 80 μm to 980 μm, h3 is 1 μm to 50 μm, h4 is 1 μm to 50 μm, h5 is 1 μm to 50 μm, and y is smaller, but technically, 1 μm to 15 μm. Further, h0≈h1 + h5≈h2 + h4 and h3 ≧ h5. When the thicknesses of h4 and h5 are 10 μm or less, it is desirable to reinforce with insulating substrates 1130 and 1126. It is good to make it adhere before etching. It is the substrate side wall 1101 (1101-3, 4) that contributes to the diaphragm of the pressure sensor, and is deformed by the pressure difference between the pressure P1 of O1 (O1-1, 2) and the pressure P2 of O2-1, and O2 The spatial capacity of −1 changes. The substrate sidewall 1101-3 is electrically connected to the substrate sidewall 1101-2, and the substrate sidewall 1101-4 is electrically connected to the substrate sidewall 1101-5. The substrate sidewall 1101-3 and the substrate sidewall 1101-4 are electrically separated by the separation region 1110. Accordingly, if a constant voltage is applied between the electrodes 1134-1 and 1134-2, the capacitance between the substrate side wall 1101-3 and the substrate side wall 1101-4 can be measured. The width d2 of the separation region 1110 is 1 μm to d1, but a capacitance is generated in the separation region itself. Therefore, in order to reduce the contribution to the capacitance of the sensor, the width d2 is preferably larger. The width of the separation region is determined in consideration of the strength of the separation region. Another insulating film (SiO 2, SiON, SiN, etc.) can be laminated on the insulating film 1102, and electrodes / wirings 1134 are formed, and before or after attaching the insulating substrate 1130, SiO 2 etc. ( An insulating film of SiO2, SiON, SiN, etc.) may be laminated. (The thickness of these insulating films is 100 nm to 2000 nm, preferably 500 nm to 1000 nm in consideration of electrical insulation.) The thickness of the insulating film on the substrate side wall (1101-3, 4) of the concave portion that becomes the diaphragm is If it is too thick, it will affect the capacitance, so 1.0 μm or less, preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.2 μm or less. If there is no need for pollution prevention or protection, an insulating film may be omitted.

絶縁基板1130、1126の厚みは、30μm〜500μm〜1mmであり、PKGのサイズや強度や使用環境を基準に決定すれば良い。ポール厚みは10μm〜500μm、幅10μm〜100μm、プロテクト基板1146の厚みは30μm〜500μm〜1mmが好ましい。圧力差を検出する感度を高めるために、図3(a)に示すセンサーを並列につなげば良く、本発明のセンサーは非常に小さな面積で済むので多数のセンサーを連結できる。あるいは、直列に接続することによっても容量を制御できる。しかも配線はSi基板表面でLSIプロセスを用いてパターニングできるので、多数のセンサーを簡単に並列接続ができる。 The thicknesses of the insulating substrates 1130 and 1126 are 30 μm to 500 μm to 1 mm, and may be determined based on the size, strength, and usage environment of the PKG. The pole thickness is preferably 10 μm to 500 μm, the width is 10 μm to 100 μm, and the thickness of the protect substrate 1146 is preferably 30 μm to 500 μm to 1 mm. In order to increase the sensitivity for detecting the pressure difference, the sensors shown in FIG. 3 (a) may be connected in parallel. Since the sensor of the present invention requires a very small area, a large number of sensors can be connected. Alternatively, the capacity can be controlled by connecting them in series. Moreover, since the wiring can be patterned on the surface of the Si substrate using an LSI process, a large number of sensors can be easily connected in parallel.

図3(a)においては、O1(O1−1、2)およびO2(O2−1)は圧力が外側から印加できるようにしているが、O1またはO2を絶縁基板(薄板、サポート基板)で閉じて圧力を固定することもできる。たとえば、O1(O1−1、2)内の圧力P1で固定したければ、圧力P1をかけた状態で絶縁基板(薄板、サポート基板)を接着剤や熱融着や常温接合や陽極接合で付着すれば良い。真空(P1=0)にしたければ、真空状態で付着すれば良い。このとき、凹部内の気体や接着剤によるアウトガスを除去してできるだけ真空状態を実現する場合は、気体吸着物をあらかじめ凹部内に入れておけば良い。これによって固定圧力P1に対する圧力差(P2−P1)を検出できる。 In FIG. 3A, O1 (O1-1, 2) and O2 (O2-1) allow pressure to be applied from the outside, but O1 or O2 is closed by an insulating substrate (thin plate, support substrate). The pressure can also be fixed. For example, if you want to fix at the pressure P1 in O1 (O1-1, 2), attach the insulating substrate (thin plate, support substrate) with adhesive, heat fusion, room temperature bonding, or anodic bonding with the pressure P1 applied. Just do it. If a vacuum (P1 = 0) is desired, it may be attached in a vacuum state. At this time, in order to achieve a vacuum state as much as possible by removing the gas in the recess and the outgas due to the adhesive, it is sufficient to put the gas adsorbate in the recess in advance. Thereby, the pressure difference (P2-P1) with respect to the fixed pressure P1 can be detected.

図3(b)は、高濃度不純物元素Siウエハ(低抵抗ウエハ)1100−2上に、これと逆導電体の低濃度不純物元素を有する高抵抗のシリコン半導体基板1100−1を接合させた基板(複合基板とも言う)を用いて良好な特性を持つ容量型圧力センサーを形成することもできる。この複合基板として、たとえば、それぞれの半導体基板を貼り合わせた基板(貼り合わせ基板)や、高濃度不純物シリコン半導体基板に逆導電体の低濃度不純物元素を有する単結晶シリコンをエピタキシャル成長させたエピ基板を使用することができる。基板表面が低濃度エピタキシャル層(高抵抗Si)1100−1を形成したエピタキシャルウエハを基板1101に用いた場合(あるいは、低濃度基板1100−1と高濃度基板1100−2を貼り合わせた基板1101を用いた場合)における本発明の圧力センサの構造とその作製方法を示す図である。基本的には図3(a)において説明した作製方法と類似であるから、重複する内容は説明を省略する。エピ層1100−1の厚みh7はたとえば5μm〜50μmである。エピ層1100−1は高抵抗(たとえば、不純物濃度1013/cm〜1017/cm、抵抗率0.1Ωcm以上)であり、低抵抗基板1100−2と逆導電型であるから、図3(a)に示すようなコンタクト孔をあけて導電体膜を形成しても低抵抗領域(たとえば、不純物濃度1019/cm以上、抵抗率0.01Ωcm以下)1100−2と電気的に導通しない。 FIG. 3B shows a substrate in which a high-resistance silicon semiconductor substrate 1100-1 having a low-concentration impurity element having a conductor opposite to that of a high-concentration impurity element Si wafer (low-resistance wafer) 1100-2 is bonded. A capacitive pressure sensor having favorable characteristics can also be formed using (also referred to as a composite substrate). As this composite substrate, for example, a substrate (bonded substrate) obtained by bonding respective semiconductor substrates, or an epitaxial substrate obtained by epitaxially growing single crystal silicon having a low-concentration impurity element of a reverse conductor on a high-concentration impurity silicon semiconductor substrate. Can be used. When an epitaxial wafer having a low concentration epitaxial layer (high resistance Si) 1100-1 formed on the substrate surface is used as the substrate 1101 (or the substrate 1101 in which the low concentration substrate 1100-1 and the high concentration substrate 1100-2 are bonded together is used. It is a figure which shows the structure of the pressure sensor of this invention and its manufacturing method in the case of using. Since it is basically similar to the manufacturing method described with reference to FIG. Epi layer 1100-1 has a thickness h7 of, for example, 5 μm to 50 μm. The epi layer 1100-1 has a high resistance (for example, an impurity concentration of 10 13 / cm 3 to 10 17 / cm 3 and a resistivity of 0.1 Ωcm or more), and is opposite in conductivity type to the low resistance substrate 1100-2. Even if a conductor film is formed by opening a contact hole as shown in FIG. 3A, the low resistance region (for example, impurity concentration of 10 19 / cm 3 or more and resistivity of 0.01 Ωcm or less) 1100-2 is electrically Not conducting.

低抵抗のシリコン半導体基板1201がN型の場合には、不純物元素はヒ素(As)、リン(P)、アンチモン(Sb)等のV族元素であり、その不純物濃度はたとえば、約1019/cm以上で、抵抗率は約0.01Ωcm以下である。低抵抗のシリコン半導体基板1201がP型(いわゆるN+シリコン)の場合には、不純物元素はホウ素(B)、アルミニウム(Al)等のV族元素であり、その不純物濃度はたとえば、約1019/cm以上で、抵抗率は約0.02Ωcm以下である。(ただし、圧力センサーの特性によってはこれらより1桁〜2桁高い抵抗率を有するものでも使用できる場合がある。)
高抵抗のシリコン半導体基板1202がN型の場合には、その不純物濃度はたとえば、約1017/cm以下(好適には、約1016/cm以下)であり、抵抗率は約0.1Ωcm以上(好適には、約0.7Ωcm以上)である。高抵抗のシリコン半導体基板1202がP型の場合には、その不純物濃度はたとえば、約1017/cm以下(好適には、約1016/cm以下)であり、抵抗率は約0.3Ωcm以上(好適には、約1Ωcm以上)である。
When the low-resistance silicon semiconductor substrate 1201 is N-type, the impurity element is a group V element such as arsenic (As), phosphorus (P), antimony (Sb), and the impurity concentration is, for example, about 10 19 / Above 3 cm, the resistivity is about 0.01 Ωcm or less. When the low-resistance silicon semiconductor substrate 1201 is P-type (so-called N + silicon), the impurity element is a group V element such as boron (B), aluminum (Al), and the impurity concentration is, for example, about 10 19 / Above 3 cm, the resistivity is below about 0.02 Ωcm. (However, depending on the characteristics of the pressure sensor, it may be possible to use one having a resistivity one to two digits higher than these.)
When the high-resistance silicon semiconductor substrate 1202 is N-type, the impurity concentration is, for example, about 10 17 / cm 3 or less (preferably, about 10 16 / cm 3 or less), and the resistivity is about 0.1. 1 Ωcm or more (preferably about 0.7 Ωcm or more). When the high-resistance silicon semiconductor substrate 1202 is P-type, the impurity concentration is, for example, about 10 17 / cm 3 or less (preferably, about 10 16 / cm 3 or less), and the resistivity is about 0.1. 3 Ωcm or more (preferably about 1 Ωcm or more).

そこで、凹部O1を形成した後でフォトリソ法を用いて必要な部分を窓開けして、低抵抗領域の導電体型と同じ不純物元素をエピ層1100−1の表面および凹部O1の開口部上部から低抵抗領域部分までイオン注入して高濃度イオン注入層を形成した後必要な熱処理(900℃以上の活性化処理)を行ない、低抵抗拡散層1108(1108−1、2)を形成する。その後コンタクト孔1132、導電体膜1133、電極・配線1134を形成すれば、電極・配線1134は低抵抗拡散層1108(1108−1、2)を通して低抵抗領域1100−2と電気的に導通でき、静電容量を検出できる。凹部O1の開口部上部からおよそ50μmの深さまでの基板側壁領域にイオン注入すれば良いので、イオン注入方向に対して基板1101を傾けてイオン注入すれば良い。開口部の幅が20μmであれば、角度(基板面の法線に対する)を約22度より小さくすれば(ただし、0度では基板側へイオン注入されないので0度より大きくする。)50μm以上の深さまでイオンが入る。特に回転イオン注入を用いれば凹部O1の基板側壁上部全体へイオン注入できる。絶縁膜等を通してイオン注入する場合は絶縁膜の厚みを考慮してイオン注入の加速電圧を選択する。イオン注入を用いないで、低抵抗拡散層1108(1108−1、2)を形成すべき領域の絶縁膜1102を除去して、プリデポ(たとえば、BCl3やPOCl3等の不純物ソースから半導体基板(ウエハ)上にBやPの不純物拡散源を付着させる)または高濃度不純物を含むCVD法等により絶縁膜(P+(P型の高濃度Si層)ではBSG膜、N+(N型の高濃度Si層)ではPSG膜)形成を行なった後、熱処理して低抵抗拡散層1108(1108−1、2)を形成することもできる。 Therefore, after forming the recess O1, a necessary portion is opened using a photolithographic method, and the same impurity element as the conductor type of the low resistance region is reduced from the surface of the epi layer 1100-1 and the upper portion of the opening of the recess O1. After ion implantation to the resistance region portion to form a high concentration ion implantation layer, necessary heat treatment (activation treatment at 900 ° C. or higher) is performed to form low resistance diffusion layers 1108 (1108-1 and 2108). After that, if the contact hole 1132, the conductor film 1133, and the electrode / wiring 1134 are formed, the electrode / wiring 1134 can be electrically connected to the low resistance region 1100-2 through the low resistance diffusion layer 1108 (1108-1, 2), Capacitance can be detected. Since ions may be implanted into the substrate side wall region from the upper part of the opening of the recess O1 to a depth of about 50 μm, the substrate 1101 may be tilted with respect to the ion implantation direction. If the width of the opening is 20 μm, if the angle (relative to the normal of the substrate surface) is made smaller than about 22 degrees (however, since the ions are not implanted into the substrate side at 0 degrees, they are larger than 0 degrees), 50 μm or more. Ions enter to the depth. In particular, if rotary ion implantation is used, ions can be implanted into the entire upper portion of the substrate side wall of the recess O1. When ion implantation is performed through an insulating film or the like, an acceleration voltage for ion implantation is selected in consideration of the thickness of the insulating film. Without using ion implantation, the insulating film 1102 in a region where the low resistance diffusion layer 1108 (1108-1, 2) is to be formed is removed, and a semiconductor substrate (wafer) from a predeposition (for example, an impurity source such as BCl3 or POCl3). Insulating film (P + (P-type high-concentration Si layer) is a BSG film, N + (N-type high-concentration Si layer) by CVD or the like containing a high-concentration impurity) Then, the low resistance diffusion layer 1108 (1108-1, 2108) can be formed by heat treatment after forming the PSG film.

図3(b)に示すように、基板1101の裏面側に低抵抗領域1100−2があるので、絶縁膜1103および絶縁基板1126にコンタクト孔1132(1132−3、4)を形成して、その部分に導電体膜1133(1133−3、4)を形成し、さらの電極・配線1134(1134−3、4)を形成することによって、イオン注入層を形成せずに低抵抗領域1100−2と電気的に接続できる。尚、この場合でもイオン注入層を形成すれば、エピ層もセンサ領域として使用できる。また、裏面からの凹部O2の深さh1はエピ層1100−1に達すれば良く、分離領域の深さh3はエピ層の厚さh7より浅くても良く、分離領域1110の下部に高抵抗のエピ層が存在しても良い。(ただし、低抵抗層は存在しないようにする。)高抵抗基板(エピ層)の場合、図3(a)に示したトレンチ分離以外に、分離領域1110は拡散分離やLOCOS分離でも良い。たとえば、分離領域1110において、絶縁膜1102の直下に低抵抗基板と同じ不純物元素の反転防止層を形成すれば拡散分離ができ、またはLOCOSを形成すれば良い。このように、エピウエハを用いて圧力センサを作製できるので、LSIと同じチップ内に圧力センサを搭載でき、実装サイズを大幅に低減できると同時に、チップ内配線でLSIと接続できるので信頼性および歩留まりを向上できる。プロセスもLSIプロセス(たとえば、CMOS、MOS、あるいはバイポーラ)と兼用できるので製造コストも低減できる。 As shown in FIG. 3B, since there is a low resistance region 1100-2 on the back side of the substrate 1101, contact holes 1132 (1132-3, 4) are formed in the insulating film 1103 and the insulating substrate 1126, and The conductive film 1133 (1133-3, 4) is formed in the portion, and further electrodes / wirings 1134 (1134-3, 4) are formed, so that the low resistance region 1100-2 is formed without forming the ion implantation layer. Can be electrically connected. Even in this case, if an ion implantation layer is formed, an epi layer can also be used as a sensor region. In addition, the depth h1 of the recess O2 from the back surface only needs to reach the epi layer 1100-1, the depth h3 of the isolation region may be shallower than the thickness h7 of the epi layer, and a high resistance is formed below the isolation region 1110. An epi layer may be present. (However, a low resistance layer is not present.) In the case of a high resistance substrate (epi layer), the isolation region 1110 may be diffusion isolation or LOCOS isolation in addition to the trench isolation shown in FIG. For example, in the isolation region 1110, diffusion separation can be achieved by forming an inversion prevention layer of the same impurity element as that of the low resistance substrate immediately below the insulating film 1102, or LOCOS may be formed. In this way, a pressure sensor can be fabricated using an epi-wafer, so that the pressure sensor can be mounted in the same chip as the LSI, and the mounting size can be greatly reduced. Can be improved. Since the process can also be used as an LSI process (for example, CMOS, MOS, or bipolar), the manufacturing cost can be reduced.

図3(c)はLSI作製用に用いられる高抵抗(不純物濃度約1017/cm以下)Si基板を用いるときの本発明の圧力センサの構造およびその製造方法を示す図である。Si基板1101の表面側および裏面側から凹部O1およびO2を形成した後、Si基板1101の表面側および裏面側において、Si基板1101の導電体型とは反対の導電型の不純物元素のイオン注入を行なう。イオン注入したくない領域は、フォトリソ等を用いてマスキングする。凹部O1およびO2は深い垂直孔であり、それらの基板側壁(たとえば、1101−2、3、4、5)の側面(表面)にイオン注入するためにイオン注入の傾斜角度を基板表面に対して傾けてイオン注入する。基板面の法線に対してイオン注入の傾斜角度をα、凹部の幅をd、凹部の深さをhとすれば、tanα=d/hよりも小さい傾斜角度でイオン注入する。(ただし、α≠0)凹部底面のイオン注入は垂直イオン注入する。(α=0)回転イオン注入を用いれば凹部の基板側壁側面の全領域にイオン注入できる。次に熱処理を行ない形成したイオン注入層1112(1112−1、2)および1113(1113−1、2)を基板側壁または凹部底面部または基板表面部で接触させる。イオン注入の加速エネルギーや熱処理条件(温度、時間)を適宜選定して接触させる。接触すべき部分における基板を薄くしても良い。基板が厚過ぎて接触できない場合は、図3(c)に示すように基板裏面側からコンタクト孔1132(1132−3、4)を形成し、コンタクト孔に導電体膜1133(1133−3、4)を積層し、さらに電極・配線1134(1134−3、4)を形成する。(図3(b)、(c)では、絶縁基板(サポート基板)1126にもコンタクト孔等を形成しているが、この領域における絶縁基板(サポート基板)1126を除去しておけば、絶縁膜1103にコンタクト孔を形成できアスペクト比を小さくすることもできる。イオン注入層1112および1113が接続する場合は、基板1101の表面における電極・配線1134−1と1134−2を通して、あるいは、イオン注入層1112および1113が接続しない場合は、基板1101の裏面における電極・配線1134−3と1134−4を通して、圧力センサの静電容量を測定できる。 FIG. 3C is a diagram showing the structure of the pressure sensor of the present invention and the method for manufacturing the same when using a high-resistance (impurity concentration of about 10 17 / cm 3 or less) Si substrate used for LSI fabrication. After forming the recesses O1 and O2 from the front side and the back side of the Si substrate 1101, ion implantation of an impurity element having a conductivity type opposite to the conductor type of the Si substrate 1101 is performed on the front side and the back side of the Si substrate 1101. . A region where ion implantation is not desired is masked using photolithography or the like. Recesses O1 and O2 are deep vertical holes, and the angle of inclination of ion implantation is set with respect to the substrate surface in order to implant ions into the side surfaces (surfaces) of the substrate side walls (for example, 1101-2, 3, 4, 5). Tilt the ion implant. Ion implantation is performed with an inclination angle smaller than tanα = d / h, where α is the inclination angle of ion implantation with respect to the normal of the substrate surface, d is the width of the recess, and h is the depth of the recess. (However, α ≠ 0) The ion implantation at the bottom of the recess is vertical ion implantation. If (α = 0) rotary ion implantation is used, ions can be implanted into the entire region on the side wall of the substrate in the recess. Next, the ion implantation layers 1112 (1112-1, 2) and 1113 (1113-1, 2) formed by heat treatment are brought into contact with the substrate side wall, the bottom surface of the recess, or the surface of the substrate. Acceleration energy of ion implantation and heat treatment conditions (temperature, time) are appropriately selected and contacted. You may make the board | substrate thin in the part which should contact. When the substrate is too thick to be contacted, contact holes 1132 (1132-3, 4) are formed from the back side of the substrate as shown in FIG. 3C, and a conductor film 1133 (1133-3, 4) is formed in the contact holes. ), And further, electrodes and wiring 1134 (1134-3, 4) are formed. (In FIGS. 3B and 3C, contact holes and the like are also formed in the insulating substrate (support substrate) 1126. However, if the insulating substrate (support substrate) 1126 in this region is removed, the insulating film A contact hole can be formed in the electrode 1101 and the aspect ratio can be reduced.When the ion implantation layers 1112 and 1113 are connected to each other, the electrodes and wirings 1134-1 and 1134-2 on the surface of the substrate 1101 are connected, or the ion implantation layer is formed. When 1112 and 1113 are not connected, the capacitance of the pressure sensor can be measured through the electrodes / wirings 1134-3 and 1134-4 on the back surface of the substrate 1101.

Si基板等の半導体基板(A基板)に、半導体基板、ガラス基板やセラミック基板等の絶縁基板、プラスチック基板等の付着基板(B基板)を付着させる方法について説明する。B基板に接着層(D接着層)を用いてサポート基板(C基板)を付着させる。次にA基板に接着層(E接着層)を用いてB基板が付着したC基板をB基板側から付着させる。D接着層は、温度Td-1で強固に接着し、Td-2(Td-2>Td-1)で接着性を失う熱可塑性接着性樹脂による接着層である。E接着層は、温度Te-1(Te-1<Td-2)で強固に接着し、Te-3(Td-2<Te-3)で接着性を失う熱可塑性接着性樹脂、または温度Te-2(Te-2<Td-2)で強固に接着する熱硬化性樹脂による接着層である。E接着層が熱硬化性樹脂の場合は、Te-2以上でTd-2以下の温度にしてA基板にB基板(C基板付き)を付着させた後、温度をTd-2以上にしてC基板をB基板から引き離す。E接着層が熱可塑性樹脂の場合は、温度Te-1以上でTd-2以下の温度にしてA基板にB基板(C基板付き)を付着させた後、温度をTd-2以上でTe-3以下の温度にしてC基板をB基板から引き離す。 A method of attaching a semiconductor substrate (A substrate) such as a Si substrate to an adhesion substrate (B substrate) such as a semiconductor substrate, an insulating substrate such as a glass substrate or a ceramic substrate, or a plastic substrate will be described. A support substrate (C substrate) is attached to the B substrate using an adhesive layer (D adhesive layer). Next, the C substrate with the B substrate attached thereto is attached to the A substrate from the B substrate side using an adhesive layer (E adhesive layer). The D adhesive layer is an adhesive layer made of a thermoplastic adhesive resin that adheres firmly at a temperature Td-1 and loses adhesiveness at Td-2 (Td-2> Td-1). The E adhesive layer is a thermoplastic adhesive resin that adheres firmly at a temperature Te-1 (Te-1 <Td-2) and loses its adhesiveness at Te-3 (Td-2 <Te-3), or a temperature Te. -2 (Te-2 <Td-2) is an adhesive layer made of thermosetting resin that adheres firmly. When the E adhesive layer is a thermosetting resin, the temperature is set to Te-2 or higher and Td-2 or lower to attach the B substrate (with C substrate) to the A substrate, and then the temperature is set to Td-2 or higher. The substrate is pulled away from the B substrate. When the E adhesive layer is a thermoplastic resin, the substrate B is attached to the A substrate at a temperature of Te-1 or higher and Td-2 or lower, and then the temperature is Td-2 or higher. Pull the C substrate away from the B substrate at a temperature of 3 or less.

このような接着剤は多数存在するので、適宜選択することができる。A基板にパターンがないときはラフな合わせでB基板を接着できるが、A基板にパターンがあり、そのパターンにB基板上に付着した接着層パターンを合わせるときはアライメントが必要である。たとえば、A基板に既に貫通孔が形成されており、貫通孔に接着層を入れたくないときなどである。また、B基板に既にパターンが形成(基板のない領域があるなど)されている場合も同様である。接着剤は塗布法(スプレー方式、スピンコーティング、ディップ等)、スクリーン印刷、接着シート付着法等で接着層を形成できる。接着層のパターニングは、フォトリソ法(接着剤が感光性を有する場合)、スタンプ法、スクリーン印刷法等を用いることができる。また、光(電磁波)照射で硬化または剥離できる接着層の場合は、上記の温度範囲を余り考慮することなくB基板をA基板に貼り付けC基板を引き離すことができる。たとえば、D接着層が光照射により剥離できる場合は、A基板にB基板(C基板付き)を付着させた後、光照射でC基板をB基板から引き離すことができる。また、E接着層が光硬化型接着層であれば、温度Te-1やTe-3を考慮しないで良いので、熱処理プロセスが簡便になる。 Since there are many such adhesives, they can be selected as appropriate. When there is no pattern on the A substrate, the B substrate can be bonded roughly, but when there is a pattern on the A substrate and the adhesive layer pattern adhered on the B substrate is aligned with the pattern, alignment is necessary. For example, when a through hole is already formed in the A substrate and it is not desired to put an adhesive layer in the through hole. The same applies to the case where a pattern is already formed on the B substrate (for example, there is a region without the substrate). An adhesive layer can be formed by an application method (spray method, spin coating, dip, etc.), screen printing, an adhesive sheet adhesion method, or the like. For patterning of the adhesive layer, a photolithographic method (when the adhesive has photosensitivity), a stamp method, a screen printing method, or the like can be used. Further, in the case of an adhesive layer that can be cured or peeled off by light (electromagnetic wave) irradiation, the B substrate can be attached to the A substrate and the C substrate can be separated without much consideration of the above temperature range. For example, when the D adhesive layer can be peeled off by light irradiation, the C substrate can be separated from the B substrate by light irradiation after attaching the B substrate (with the C substrate) to the A substrate. Further, if the E adhesive layer is a photocurable adhesive layer, the temperature Te-1 or Te-3 need not be taken into consideration, and the heat treatment process is simplified.

A基板がSi基板でB基板がガラス基板である場合、陽極接合、常温接合を使用できる。この場合、接合温度をTpとしたとき、Tp<Td-2であるようなD接着層を使用することによって、A基板とB基板を接合した後に温度Td-2以上にしてC基板を分離できる。B基板とC基板を真空吸着、静電吸着すれば、Td-1やTd-2の熱処理温度を考慮する必要がない。B基板がフェライト、鉄、ニッケル、コバルトやこれらの複合体など種々の磁性体材料であるときは、C基板として電磁石基板を用いることができ、A基板とB基板を付着した後に通電をやめれば簡単にC基板を分離できる。これらの場合に、E接着層として光硬化型樹脂を用いれば、熱処理プロセスは少なくでき、あるいは、全くなくすこともできる。B基板を薄い場合でも本発明を用いればA基板に精度良く付着することができる。B基板の厚みが200μm以下になると単独でA基板に付着することが難しくなる。そこで、B基板をC基板に付着した後に、CMP、ドライエッイング、WETエッチング、通常のBG(Back Grind)法などを用いてB基板を薄く(たとえば、100μm以下、50〜5μmも、またはそれ以下も可能)でき、この薄いB基板をA基板に付着できる。 When the A substrate is a Si substrate and the B substrate is a glass substrate, anodic bonding or room temperature bonding can be used. In this case, when the bonding temperature is Tp, by using the D adhesive layer such that Tp <Td-2, the C substrate can be separated after the A substrate and the B substrate are bonded to the temperature Td-2 or higher. . If the B substrate and the C substrate are vacuum-adsorbed or electrostatically adsorbed, there is no need to consider the heat treatment temperature of Td-1 or Td-2. When the B substrate is made of various magnetic materials such as ferrite, iron, nickel, cobalt, and composites thereof, an electromagnet substrate can be used as the C substrate, and if energization is stopped after the A and B substrates are attached, The C substrate can be easily separated. In these cases, if a photocurable resin is used as the E adhesive layer, the heat treatment process can be reduced or eliminated at all. Even when the B substrate is thin, it can be attached to the A substrate with high accuracy by using the present invention. When the thickness of the B substrate is 200 μm or less, it becomes difficult to adhere to the A substrate alone. Therefore, after attaching the B substrate to the C substrate, the B substrate is thinned (for example, 100 μm or less, 50 to 5 μm or more by using CMP, dry aging, WET etching, a normal BG (Back Grind) method, etc.) The thin B substrate can be attached to the A substrate.

図3においては、絶縁基板1130や1126は凹部開口部全体を開口しているが、圧力(P1やP2)が速やかに凹部へ伝達するなら、凹部開口部の一部だけ開口するようにしても良い。絶縁基板1130や1126によって凹部開口を狭くすれば、汚染物質や水分、異物等の凹部への侵入を防止できる。さらに凹部の入り口を絶縁基板1130や1126によって規制できるので、圧力変動による凹部上部および下部の変動も防止できるので、より正確な容量変化を検出できるとともに、圧力センサの信頼性および寿命も増大させることができる。 In FIG. 3, the insulating substrates 1130 and 1126 open the entire recess opening. However, if pressure (P1 or P2) is quickly transmitted to the recess, only a part of the recess opening may be opened. good. If the opening of the recess is narrowed by the insulating substrates 1130 and 1126, entry of contaminants, moisture, foreign matter, etc. into the recess can be prevented. Furthermore, since the entrance of the recess can be regulated by the insulating substrates 1130 and 1126, fluctuations in the upper and lower parts of the recess due to pressure fluctuations can be prevented, so that more accurate capacity changes can be detected and the reliability and life of the pressure sensor are increased. Can do.

図3(d)は、図3(a)〜(c)に示した断面構造図の平面図(凹部の中心付近の断面)である。逆に、図3(d)のA1−A2の縦方向断面図が図3(a)〜(c)である。凹部O1を囲む基板側壁(1011−2、3、4、5、7、8、9、10等)と凹部O2を囲む基板側壁1101(1101−1、6、11,12等)は、上部は基板上部(たとえば、図3(a)の1101−7)で、下部は絶縁基板1126でつながっているので、これらは一体物として固定されている。しかし、基板上部では分離領域1110等があるので、凹部O1を囲む基板側壁(1011−2、3、4、5、7、8、9、10等)と凹部O2を囲む基板側壁1101(1101−1、6、11,12等)は電気的に完全に分離している。従って、凹部O2(O2−1)は容量空間となり、基板側壁1101−3と基板側壁1101−4との間で静電容量を検出することができる。また、基板側壁1101(1101−7、8、9、10)の一部に分離領域を作製する(たとえば、この領域に絶縁膜を作製することによって、導電型の異なる拡散層を作製する)ことによって、凹部O1も容量空間となり、基板側壁1101−2と基板側壁1101−3の間で、さらに、基板側壁1101−4と基板側壁1101−5の間で、静電容量を測定することができ、感度を高めることができる。 FIG. 3D is a plan view (a cross section near the center of the recess) of the cross-sectional structure diagram shown in FIGS. On the other hand, the longitudinal sectional views of A1-A2 in FIG. 3 (d) are FIGS. 3 (a) to 3 (c). The substrate side wall (1011-2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 etc.) surrounding the recess O1 and the substrate side wall 1101 (1101-1, 6, 11, 12 etc.) surrounding the recess O2 are Since the upper part of the substrate (for example, 1101-7 in FIG. 3A) and the lower part are connected by the insulating substrate 1126, these are fixed as an integrated object. However, since there is an isolation region 1110 and the like at the upper part of the substrate, the substrate side wall (1011-2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 etc.) surrounding the recess O1 and the substrate side wall 1101 (1101- 1, 6, 11, 12, etc.) are completely electrically separated. Accordingly, the recess O2 (O2-1) becomes a capacitive space, and the capacitance can be detected between the substrate side wall 1101-3 and the substrate side wall 1101-4. Further, an isolation region is formed in a part of the substrate side wall 1101 (1101-7, 8, 9, 10) (for example, an insulating film is formed in this region to manufacture diffusion layers having different conductivity types). Accordingly, the recess O1 also becomes a capacitance space, and the capacitance can be measured between the substrate side wall 1101-2 and the substrate side wall 1101-3, and between the substrate side wall 1101-4 and the substrate side wall 1101-5. , Can increase sensitivity.

図3(d)から分かるように、凹部O1を取り囲む基板側壁1101(1101−1、6、11,12等)は圧力センサPKGの外側外壁(保護部材)となる。従って、この基板側壁1101(1101−1、6、11,12等)を一定の厚み(たとえば、50μm以上、好適には100μm以上、または、圧力により変形しないようにしたり、外界の力によって変化しないようにするためにもっと厚くしても良い。)にすることによって、上部は絶縁基板1130(さらにはプロテクト基板も含め)により、下部は絶縁基板1126(さらにはプロテクト基板1146も含め)により、強固な圧力センサPKGとなる。また本発明の圧力センサPKGはウエハレベルPKGであり、工程も単純で安価で超小型で信頼性も高いPKGを作製できる。容量を並列接続することによって感度を高めることができ、ICと同じチップ内に搭載もできる。電極・配線にバンプも形成できるので、フリップチップ実装も可能である。チップの表にも裏にも電極・配線を簡単に形成できるので、チップ(PKG)実装の自由度も増大する。図3に示すセンサチップは、基板の厚い部分でダイシングしているが、ダイシングする部分もO1またはO2の凹部形成時に基板を薄くしておくことにより、ダイシングが容易になる。 As can be seen from FIG. 3D, the substrate side wall 1101 (1101-1, 6, 11, 12, etc.) surrounding the recess O1 is the outer outer wall (protective member) of the pressure sensor PKG. Accordingly, the substrate side wall 1101 (1101-1, 6, 11, 12, etc.) has a certain thickness (for example, 50 μm or more, preferably 100 μm or more), or is not deformed by pressure or does not change due to external forces. The upper portion is made stronger by the insulating substrate 1130 (further including the protect substrate), and the lower portion is made stronger by the insulating substrate 1126 (further including the protect substrate 1146). Pressure sensor PKG. Further, the pressure sensor PKG of the present invention is a wafer level PKG, and a PKG having a simple process, inexpensive, ultra-small and highly reliable can be manufactured. The sensitivity can be increased by connecting capacitors in parallel, and the capacitors can be mounted on the same chip as the IC. Since bumps can be formed on the electrodes and wirings, flip chip mounting is also possible. Since electrodes and wiring can be easily formed on both the front and back of the chip, the degree of freedom of chip (PKG) mounting is also increased. The sensor chip shown in FIG. 3 is diced at a thick portion of the substrate. However, dicing is also facilitated by making the substrate thin when forming the concave portion of O1 or O2.

第2面溝の形成において最も重要なことは、容量を構成する側壁(図3(d)においては、1101−3、4)の厚みyと電極間の距離d1である。厚みyが薄ければ圧力差による感度が良くなる。たとえば、周囲のみが拘束された厚みyの長方形(h*a){h≒h1−h4≒h2−h5、aは第2面溝O2の長さ}のシリコンダイヤフラムの最大たわみ(長方形の中心部)はおおよそ以下の計算式で与えられる。
Wmax=α*z*h/(Ey)→Wmax=α*z*h/(Ey
(zは圧力差(=P1−P2)、Eはダイヤフラム材料のヤング率、(αはシリコンダイヤフラムの縦横比により変化する定数)正方形状ダイヤフラムではα=0.0138、長方形状ダイヤフラムではα=0.0277である。)h=a=300μmのとき、Wmaxは約600z/y(μm)(zをMpa単位で示し、yはμm単位)で、zを1Mpa(約1atm)、yを3μmとするとWmax=約22μmとなる。h=300μm、a=600μmのとき、Wmaxは約1200z/y(μm)で、zを1Mpa(約1atm)、yを3μmとするとWmax=約45μmとなる。上記の式は理論式であるから、この式等を考慮して設計して、できあがったものでデータを取り、実際値と理論式を近づければ精密なセンサーを作製できる。これまでにも説明した様に、基板側壁(ダイヤフラムに相当)は、たとえば上下が絶縁体基板等によって、横方向は、たとえば矩形状の場合は基板側壁(ダイヤフラム)に接続する他の基板側壁等によって規制されているので、圧力差により基板側壁(ダイヤフラム)の中心付近が最大たわみとなり、周辺の規制部分は殆ど変形せず、その間が湾曲している。従って、圧力差と変形量との関係曲線を得ることができる。(これは、従来の半導体ダイヤフラム圧力センサと同様である。)
What is most important in the formation of the second surface groove is the thickness y of the side wall (1101-3, 4 in FIG. 3D) and the distance d1 between the electrodes. If the thickness y is thin, the sensitivity due to the pressure difference is improved. For example, a rectangle (h * a) having a thickness y constrained only at the periphery (h≈h1−h4≈h2−h5, where a is the length of the second surface groove O2) is the maximum deflection (center of the rectangle) ) Is given by the following formula.
Wmax = α * z * h 4 / (Ey 3 ) → Wmax = α * z * h 2 a 2 / (Ey 3 )
(Z is the pressure difference (= P1-P2), E is the Young's modulus of the diaphragm material, (α is a constant that varies depending on the aspect ratio of the silicon diaphragm) α = 0.0138 for a square diaphragm, α = 0 for a rectangular diaphragm ) When h = a = 300 μm, Wmax is about 600 z / y 3 (μm) (z is expressed in Mpa units, y is in μm units), z is 1 Mpa (about 1 atm), and y is 3 μm. Then, Wmax = about 22 μm. When h = 300 μm and a = 600 μm, Wmax is about 1200 z / y 3 (μm), z is 1 Mpa (about 1 atm), and y is 3 μm, Wmax = about 45 μm. Since the above formula is a theoretical formula, it can be designed by taking this formula into consideration, taking the data with the completed formula, and bringing the actual value close to the theoretical formula, a precise sensor can be produced. As described above, the substrate side wall (corresponding to a diaphragm) is, for example, an insulating substrate on the upper and lower sides, and in the lateral direction, for example, another substrate side wall connected to the substrate side wall (diaphragm) in the case of a rectangular shape. Therefore, the vicinity of the center of the substrate side wall (diaphragm) becomes the maximum deflection due to the pressure difference, and the surrounding restricting portion is hardly deformed and is curved between them. Therefore, a relationship curve between the pressure difference and the deformation amount can be obtained. (This is the same as the conventional semiconductor diaphragm pressure sensor.)

図4(a)〜(c)は、高濃度基板(ウエハ)11201上にこれと導電型の異なる低濃度ウエハ(エピタキシャル層)11202を付着(成長)させた貼り合わせ基板(エピウエハ、以下複合基板と言う)11200に第1面貫通溝および第2面凹部を形成した圧力センサの構造および製造方法を示す図である。複合基板11200の第1(表)面上にSiO2膜等の絶縁膜11204、第2(裏)面上にSiO2膜等の絶縁膜11203を積層し、イオン注入+熱処理により第1(表)面の表面に反転防止層11205を形成する。低濃度層11202の不純物濃度が薄い場合(約1〜5×1016/cm以下)に基板表面が反転しないように、これよりも濃い拡散層(約1〜5×1016/cm〜1019/cm)を形成する。従って、同じ導電体型である。次に、フォトリソ法により第1面に第1面貫通溝(孔)形成用のパターニングを行ない、絶縁膜11204および複合基板11200の垂直エッチングを行ない、第1面および第2面に垂直で第1面から第2面に貫通した貫通溝(孔)R(R1、R2)を形成する。 4A to 4C show a bonded substrate (epi wafer, hereinafter referred to as a composite substrate) in which a low concentration wafer (epitaxial layer) 11202 having a different conductivity type is attached (grown) on a high concentration substrate (wafer) 11201. It is a figure which shows the structure and manufacturing method of the pressure sensor which formed the 1st surface penetration groove | channel and the 2nd surface recessed part in 11200. An insulating film 11204 such as a SiO2 film is laminated on the first (front) surface of the composite substrate 11200, and an insulating film 11203 such as a SiO2 film is laminated on the second (back) surface, and the first (front) surface is formed by ion implantation and heat treatment. An inversion prevention layer 11205 is formed on the surface of the substrate. When the impurity concentration of the low-concentration layer 11202 is low (about 1 to 5 × 10 16 / cm 3 or less), a denser diffusion layer (about 1 to 5 × 10 16 / cm 3 to about 1-5 × 10 16 / cm 3 to prevent the substrate surface from being inverted. 10 19 / cm 3 ). Therefore, they are the same conductor type. Next, patterning for forming a first surface through groove (hole) is performed on the first surface by photolithography, and the insulating film 11204 and the composite substrate 11200 are vertically etched, and the first surface is perpendicular to the first surface and the second surface. Through grooves (holes) R (R1, R2) penetrating from the surface to the second surface are formed.

次に、フォトリソ法により、第1面に低濃度層11202と逆導電型(高濃度木場11201とは同じ導電型)の拡散層を形成すべき領域のパターニングを行なう。たとえば、基板側壁の高濃度基板と接続するコンタクト孔を形成する領域であるM(M1、M2)や
第1面貫通溝の低濃度ウエハ領域である基板側壁の側面における領域は感光性膜(フォトレジスト膜や感光性シート等)の窓開けを行なう。(図4(a))静電容量を測定する凹部(第2面凹部)を形成する領域では、両側の拡散層の(電極間)距離を基板側壁間距離(図3におけるd1)より余り小さくしたくない(小さくなると容量変化の感度が悪くなる)ので、貫通孔Rとほぼ同じ位置に合わせるのが良い。この領域において第1面貫通溝Rの上部に拡散層を形成したくないときには、図4(a)に示すように貫通溝R側に出っ張った感光性膜の廂Hを作製する。感光性シートを用いた場合はこの廂を形成しやすい。スピンコートやディップ等のフォトレジストを用いる場合は、ポジレジストを用いて、レジストを残すべき場所に(たとえば、第1面貫通溝上部)光を照射すれば良い。この廂部分H(H1、H2)は熱処理(たとえば、100℃〜200℃)により第1面貫通溝の上部に垂れて基板側壁の側面を覆う。
Next, patterning is performed on a region where a low-concentration layer 11202 and a diffusion layer of a reverse conductivity type (the same conductivity type as the high-concentration wood field 11201) are to be formed on the first surface by photolithography. For example, M (M1, M2) which is a region for forming a contact hole connected to a high concentration substrate on the substrate side wall or a region on the side surface of the substrate side wall which is a low concentration wafer region of the first surface through groove is a photosensitive film (photograph). Open a window of a resist film or a photosensitive sheet. (FIG. 4 (a)) In the region where the recess for measuring the capacitance (second surface recess) is formed, the distance between the diffusion layers (between the electrodes) on both sides is much smaller than the distance between the substrate side walls (d1 in FIG. 3). Since it is not desired (the sensitivity of the capacity change becomes worse as it becomes smaller), it is better to set it to the same position as the through hole R. When it is not desired to form a diffusion layer above the first surface through groove R in this region, a photosensitive film ridge H protruding to the through groove R side is produced as shown in FIG. When a photosensitive sheet is used, this wrinkle is easily formed. When using a photoresist such as spin coating or dip, a positive resist is used, and light may be irradiated to a place where the resist should be left (for example, on the first surface through groove). This flange portion H (H1, H2) hangs down on top of the first surface through groove by heat treatment (for example, 100 ° C. to 200 ° C.) and covers the side surface of the substrate side wall.

次に窓開けされて感光性膜のない領域における絶縁膜11204を除去する。この結果領域Mや第1面貫通溝上部、特に低濃度ウエハ領域はシリコンが露出する。次に感光性膜を除去して、プリデポ等(不純物を含む絶縁膜の積層も含む)+熱処理によりM領域および第1面貫通溝の基板側壁の側面に、高濃度拡散層(低濃度ウエハの導電型とは逆導電型)11207を形成する。(たとえば、B等のP+拡散層、あるいはP、As、Sb等のN+拡散層)尚、この拡散層11207はイオン注入+熱処理によっても形成できる。その場合は、絶縁膜11204は除去しなくても良い場合がある。(イオン注入の加速エネルギーから計算してイオンが突きぬける一定膜厚以下であれば良い。)また、第1面貫通溝の高濃度基板領域と接触する深さまで高濃度拡散層11207が形成できれば良い。次に、第1面貫通溝内壁を被い、第1面表面の露出した部分を被覆するSiO2膜等の絶縁膜11208をCVD法、PVD法、あるいは酸化法により積層する。。耐湿性向上にはSiON膜、SiN膜が良い。絶縁膜の厚みは、好適には、第1面表面で約500nm以上、第1面貫通溝側面で約50nm以上である。次に第2(裏)面にガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板等の絶縁基板11209を接着剤を用いる方法、拡散接合、常温接合等で付着させる。ガラス基板の場合は、裏面の絶縁膜11023を除去してSi基板11201を露出させて陽極接合により強固に接合できる。尚、絶縁膜がSiN膜の場合、絶縁膜がSiO2膜の場合でもその上にPolySiを積層した場合などはガラス基板と陽極接合が可能である。次に第2面凹部を形成するために感光性膜パターン11211を形成する。このパターニングでは、第1面貫通孔Rに対して精度良く合わせることが重要である。特にガラス基板等のように裏面から第1面貫通孔R等のパターンを認識できると合わせ精度が向上する。特に静電容量を測定するパターン1121−2、3と貫通孔R1、R2との合わせを精度良く行なう。(図4(b)) Next, the insulating film 11204 in the region where the window is opened and there is no photosensitive film is removed. As a result, silicon is exposed in the region M and the upper portion of the first surface through groove, particularly in the low concentration wafer region. Next, the photosensitive film is removed, and a high-concentration diffusion layer (of a low-concentration wafer) is formed on the side surface of the substrate side wall of the M region and the first surface through-groove by predeposition or the like (including a stack of insulating films including impurities) + heat treatment. 11207 is formed. (For example, P + diffusion layer such as B or N + diffusion layer such as P, As, Sb, etc.) The diffusion layer 11207 can also be formed by ion implantation + heat treatment. In that case, the insulating film 11204 may not be removed. (It is sufficient that the film thickness is not more than a certain thickness calculated by ion implantation acceleration energy.) Further, it is sufficient if the high-concentration diffusion layer 11207 can be formed to a depth in contact with the high-concentration substrate region of the first surface through groove. . Next, an insulating film 11208 such as a SiO2 film covering the inner surface of the first surface through groove and covering the exposed surface of the first surface is laminated by a CVD method, a PVD method, or an oxidation method. . A SiON film or a SiN film is preferable for improving the moisture resistance. The thickness of the insulating film is preferably about 500 nm or more on the first surface and about 50 nm or more on the side surface of the first surface through groove. Next, an insulating substrate 11209 such as a glass substrate, a ceramic substrate, or a plastic substrate is attached to the second (back) surface by a method using an adhesive, diffusion bonding, room temperature bonding, or the like. In the case of a glass substrate, the insulating film 11023 on the back surface is removed to expose the Si substrate 11201 and can be firmly bonded by anodic bonding. Note that when the insulating film is a SiN film, anodic bonding with a glass substrate is possible even when the insulating film is a SiO2 film and PolySi is laminated thereon. Next, a photosensitive film pattern 11211 is formed to form a second surface recess. In this patterning, it is important to match the first surface through hole R with high accuracy. In particular, when a pattern such as the first surface through-hole R can be recognized from the back surface such as a glass substrate, the alignment accuracy is improved. Particularly, the patterns 1121-2 and 3 for measuring the capacitance and the through holes R1 and R2 are accurately aligned. (Fig. 4 (b))

次に、感光性マスクパターン11211(11211−1、2、3,4)をマスクとして絶縁基板11209をエッチングし、さらに、絶縁膜11203をエッチングし、さらに、Si基板11200をエッチングし、第2面凹部Q(Q1、Q2、Q3)を形成する。これらのエッチングでダイヤフラム(基板側壁)が形成されるので、深堀りエッチング(DRIE)法などを用いた垂直エッチングが望ましい。絶縁基板11209の厚みは、1μm〜100μmであるが、基板付着法の所で説明した様に、厚い絶縁基板11209を別基板(サポート基板)に付着させた後、CMP等で所望の厚みに薄くして、複合基板11200の第2面に付着させた後、サポート基板を分離すれば良い。あるいは、厚い絶縁基板11209を複合基板11200の第2面に付着させた後、CMP等で所望の厚みに薄くする。あるいは、第2面凹部形成領域および第1面凹部(貫通孔)形成領域だけ薄くする方法(他の領域をマスクしてドライエッチングやウエットエッチングで薄くする)があり、これによって、絶縁基板11212を複合基板11200の第2面に付着させた時に、第1面貫通孔Rの底部にある絶縁基板11209(11209−2、3)は絶縁基板11212と付着せず、第1面貫通孔Rは浮いた(宙ぶらりんの)状態になり、第1面貫通溝(R1、R2)は外部からの衝撃や振動の影響を受けにくくなり、容量素子の精度も向上する。絶縁基板11209を薄くすることによって第2面凹部形成時に第2面凹部上の絶縁基板11209のエッチング量が少なくなるので、精度良い第2面凹部エッチングが可能となる。 Next, the insulating substrate 11209 is etched using the photosensitive mask pattern 11211 (11211-1, 2, 3, 4) as a mask, the insulating film 11203 is further etched, the Si substrate 11200 is further etched, and the second surface Recess Q (Q1, Q2, Q3) is formed. Since the diaphragm (substrate side wall) is formed by these etchings, vertical etching using a deep etching (DRIE) method or the like is desirable. The thickness of the insulating substrate 11209 is 1 μm to 100 μm, but as described in the substrate attachment method, after attaching the thick insulating substrate 11209 to another substrate (support substrate), the thickness is reduced to a desired thickness by CMP or the like. Then, after attaching to the second surface of the composite substrate 11200, the support substrate may be separated. Alternatively, after a thick insulating substrate 11209 is attached to the second surface of the composite substrate 11200, it is thinned to a desired thickness with CMP or the like. Alternatively, there is a method of thinning only the second surface concave portion formation region and the first surface concave portion (through hole) formation region (masking other regions and thinning by dry etching or wet etching). When attached to the second surface of the composite substrate 11200, the insulating substrate 11209 (11209-2, 3) at the bottom of the first surface through hole R does not adhere to the insulating substrate 11212, and the first surface through hole R floats. As a result, the first surface through-grooves (R1, R2) are less susceptible to external impacts and vibrations, and the accuracy of the capacitive element is improved. By thinning the insulating substrate 11209, the etching amount of the insulating substrate 11209 on the second surface recess is reduced when the second surface recess is formed, so that the second surface recess etching can be performed with high accuracy.

高濃度基板11201領域はすべてエッチングし、低濃度領域11202の中途で終点する。できるだけバラツキの少ないエッチングがベターであり、低濃度領域に達した段階でエッチングストップすることが望ましい。ただし、低濃度基板を用いているので、仮に一部で第1面に突きぬけても、この後で第1面に絶縁基板を付着するので、第2面側の圧力が第1面側に漏れることはない。次に、第2凹部内面に保護膜としてSiO2膜等の絶縁膜11221を積層する。耐湿性向上にはSiON膜、SiN膜が良い。厚みは100nm以上積層すれば良い。この絶縁膜形成の前後で凹部Qの底面(図では上面)に(低濃度層と同じ導電型の)イオン注入を行ない、熱処理し反転防止層11210を形成する。第1面側に、さらに層間絶縁膜が必要なら絶縁膜を積層し、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板等の絶縁基板11216を、接着剤等を用いて付着し、必要な窓開けを行なう。(たとえば、第1面貫通孔Rへの圧力伝達孔11217やコンタクト孔形成領域)絶縁基板11216のない領域では、絶縁膜11208や11204にコンタクト孔11214(11214−1)をあけて導電体膜を積層し、電極・配線11215(11215−1)を形成する。また、絶縁基板11216からコンタクト孔11214(11214−2)をあけて導電体膜を積層し、電極・配線11215(11215−2)を形成することもできる。絶縁基板11216の厚みが200μmである場合は、20μm程度の大きさのコンタクト孔を形成すれば良く、アスペクト比は10程度なので、エッチング選択比や導電体膜のカバレッジ等の問題はなく、コンタクト孔によるチップサイズの増大は殆ど問題はない。尚、チップサイズをさらに小さくしたければ、第2凹部Q1の形成領域上側の貫通孔近傍に拡散層11207−2、3を延ばせば良い。センサ感度は少し低下するが、これによる圧力変動が増大する分けではないので、その低下を考慮した設計をすれば良い。 All of the high concentration substrate 11201 region is etched and ends in the middle of the low concentration region 11202. Etching with as little variation as possible is better, and it is desirable to stop etching when the low concentration region is reached. However, since a low-concentration substrate is used, even if it partially penetrates the first surface, the insulating substrate adheres to the first surface thereafter, so the pressure on the second surface side leaks to the first surface side. There is nothing. Next, an insulating film 11221 such as a SiO 2 film is laminated on the inner surface of the second recess as a protective film. A SiON film or a SiN film is preferable for improving the moisture resistance. The thickness may be 100 nm or more. Before and after the formation of the insulating film, ion implantation (of the same conductivity type as the low concentration layer) is performed on the bottom surface (upper surface in the drawing) of the recess Q, and heat treatment is performed to form the inversion prevention layer 11210. If an interlayer insulating film is further required on the first surface side, an insulating film is laminated, and an insulating substrate 11216 such as a glass substrate, a ceramic substrate, or a plastic substrate is attached using an adhesive or the like, and necessary windows are opened. (For example, pressure transmission hole 11217 and contact hole forming region to first surface through-hole R) In a region without insulating substrate 11216, contact hole 11214 (11214-1) is formed in insulating films 11208 and 11204 to form a conductor film. The electrodes are stacked to form an electrode / wiring 11215 (11215-1). Alternatively, a contact hole 11214 (11214-2) may be formed from the insulating substrate 11216, and a conductive film may be stacked to form an electrode / wiring 11215 (11215-2). When the thickness of the insulating substrate 11216 is 200 μm, a contact hole having a size of about 20 μm may be formed. Since the aspect ratio is about 10, there are no problems such as etching selectivity and conductor film coverage. There is almost no problem with the increase in the chip size. In order to further reduce the chip size, the diffusion layers 11207-2 and 3207 may be extended in the vicinity of the through hole on the upper side of the formation region of the second recess Q1. Although the sensor sensitivity is slightly reduced, the pressure fluctuation due to this is not a division that increases, so it is sufficient to design in consideration of the decrease.

第2面側にガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板等の絶縁基板絶縁基板11212を接着剤等を用いて付着させ、第2面側を保護し強化する。圧力伝達孔11213を設けてセンサ検出用凹部Q1へ圧力伝達できるようにする。ただし、絶対圧測定のためには、RかQのどちらかを開けないようにし、RまたはQの中の圧力を一定に保持する。凹部Q1の容量変化を精度良く高感度に検出するには、基板側壁1120−3および11200−4の厚みy3およびy4を薄くかつばらつきを小さく作製すると良い。たとえば、y3およびy4を3μm〜20μm程度にし、厚みバラツキを10%以下、好適には5%以下に抑えると良い。一方、基板側壁1120−2および11200−5の厚みy2およびy5は厚くても良く、バラツキももっと大きくても良い。たとえば、y2およびy5は20μm以上にもできるので、第2面側に絶縁基板11212および絶縁基板11209−2や11209−3を通して、基板側壁11200−2や11200−5の底面(高濃度基板である)にコンタクト孔を形成し電極・配線を形成することもできる。絶縁基板11209−2や11209−3の部分において、絶縁基板11212を開口して、絶縁基板11209−2や11209−3上にコンタクト孔および電極配線を形成すれば、アスペクト比も小さくなり、小さなコンタクト孔および電極配線を作製できる。 An insulating substrate insulating substrate 11212 such as a glass substrate, a ceramic substrate, or a plastic substrate is attached to the second surface side using an adhesive or the like to protect and strengthen the second surface side. A pressure transmission hole 11213 is provided so that pressure can be transmitted to the sensor detection recess Q1. However, for absolute pressure measurement, either R or Q is not opened, and the pressure in R or Q is kept constant. In order to detect the capacitance change of the recess Q1 with high accuracy and high sensitivity, it is preferable to make the thicknesses y3 and y4 of the substrate side walls 1120-3 and 11200-4 thin and with small variations. For example, y3 and y4 may be about 3 μm to 20 μm, and the thickness variation may be suppressed to 10% or less, preferably 5% or less. On the other hand, the thicknesses y2 and y5 of the substrate side walls 1120-2 and 11200-5 may be thick and the variation may be larger. For example, since y2 and y5 can be 20 μm or more, the bottom surface of the substrate side wall 11200-2 or 11200-5 is passed through the insulating substrate 11212 and the insulating substrate 11209-2 or 11209-3 on the second surface side (which is a high concentration substrate). It is also possible to form electrodes and wiring by forming contact holes. If the insulating substrate 11212 is opened in the portions of the insulating substrates 11209-2 and 11209-3 and contact holes and electrode wirings are formed on the insulating substrates 11209-2 and 11209-3, the aspect ratio becomes small and small contacts Holes and electrode wiring can be produced.

この結果、第1面側に電極配線を形成するよりもチップサイズを小さくできる。この実施形態では、高濃度基板11201の厚みが基板側壁の深さに相当するので、第1貫通孔Rおよび第2凹部Qのエッチングのバラツキに依存せず、センサ精度が非常に良くなる。低濃度基板11202には反転防止層も形成されているので、電極11200−3および11200−4の間の電気的分離も充分である。両側の基板側壁11200−1および11200−6はセンサチップの防護壁となっている。ダイシングの負荷を減らすために、感光性膜パターン11211−1、4の幅を制御して、第2面凹部Qを形成時に基板側壁11200−1および11200−6の外側における複合基板11200をエッチングして薄くしておく。また、絶縁基板11216および11212についても同時に開口しておく。さらに、コンタクト孔形成時に同時にコンタクト孔をあけ、この部分から導電体膜を除去しておけば、ダイシング時は低濃度基板11202の一部だけとなる。ただし、これだけでウエハ全体の強度が保持できない場合は、たとえば、基板11212だけ残しておくということもできる。さらに、このエッチングした基板側壁11200−1や11200−6の側面にSiO2膜等の保護膜をCVD法等で積層しても良い。耐湿性向上のためには、SiON膜やSiN膜が良い。 As a result, the chip size can be made smaller than when the electrode wiring is formed on the first surface side. In this embodiment, since the thickness of the high-concentration substrate 11201 corresponds to the depth of the substrate side wall, the sensor accuracy is very good without depending on the etching variation of the first through hole R and the second recess Q. Since the anti-inversion layer is also formed on the low concentration substrate 11202, electrical separation between the electrodes 11200-3 and 11200-4 is sufficient. The substrate side walls 11200-1 and 11200-6 on both sides serve as protective walls for the sensor chip. In order to reduce the load of dicing, the width of the photosensitive film patterns 11211-1 and 411 is controlled, and the composite substrate 11200 outside the substrate sidewalls 11200-1 and 11200-6 is etched when the second surface recess Q is formed. Keep it thin. The insulating substrates 11216 and 11212 are also opened at the same time. Further, if a contact hole is formed at the same time when the contact hole is formed and the conductor film is removed from this portion, only a part of the low concentration substrate 11202 is obtained at the time of dicing. However, if the strength of the entire wafer cannot be maintained by this alone, for example, only the substrate 11212 can be left. Further, a protective film such as a SiO 2 film may be laminated on the side surfaces of the etched substrate side walls 11200-1 and 11200-6 by a CVD method or the like. In order to improve moisture resistance, a SiON film or a SiN film is preferable.

図4(d)は、高濃度基板11201の上面に低濃度基板11202が下面にも低濃度基板11230が存在する場合のセンサの構造およびその作製方法を示す図である。図4(a)〜(c)に示す構造と同じものは同じ番号を付している。第1面凹部R(R1、R2)は、垂直エッチングを行なうが、半導体基板11200(11201を挟んで上面に11202、下面に11230を貼り合わせた基板、または11201の両面に低濃度エピ層を成長させたエピタキシャル基板)の下部基板11230に達した段階でエッチングを終了して作製した凹部(垂直溝)である。従って半導体基板11200の下面には貫通しない。図4(c)において説明したように、半導体基板11200の上部の低濃度基板11202に反転防止層11205および不純物拡散層11207を形成する。第1面凹部Rの底部は低濃度基板11230(高濃度基板11201とは逆導電型)であるが、その底部に不純物拡散層が形成されても良いが、形成されなくても、基板側壁が高濃度基板でつながっているので問題ない。低濃度基板11230の不純物濃度は、反転しないように(この中に能動素子を作製しない)ある程度高い(たとえば、1016/cm〜1019/cm)方が良い。次に第1面凹部Rにマスク合わせして第2面凹部Qを形成する。図4(a)〜(c)とは異なり、第1面凹部Rは貫通孔ではないので、絶縁基板を付着する必要はない。このとき、複合基板11200の第2面に絶縁膜を形成してから感光性膜をパターニングしても良い。第2面凹部Qを形成後、低濃度基板11202の第2面凹部Q側に露出している部分(絶縁膜11221を形成してからでも良い)に反転防止層11210を形成することが望ましい。第2面凹部Qの内面および複合基板11200の第2面に保護膜としてSiO2膜等の絶縁膜11221をCVD法、PVD法または酸化法で積層する。その後、第1面にコンタクト孔11214、電極・配線11215、絶縁基板11216を形成することは図4(a)〜(c)と同様である。第2面側には絶縁基板11212を付着させ、必要な窓開け11213等を行なう。尚、複合基板11200の第2面の絶縁膜を除去して、ガラス基板11212を陽極接合で強固に接合しても良い。この実施形態では、ダイヤフラムの深さは、高濃度基板11201の厚みとほぼ等しくなることである。しかも絶縁基板11209を付着しなくても良いこと、第2面凹部形成時に絶縁基板11209をエッチングしなくても良く、Si基板をエッチングすれば良いので精度良い第2面凹部を形成できる。さらにセンサの駆動部に接合を用いていない(第1面凹部は複合基板を貫通していない。絶縁基板11209を使用していない。)ので、信頼性が増大する。 FIG. 4D is a diagram showing a sensor structure and a manufacturing method thereof when the low-concentration substrate 11202 exists on the upper surface of the high-concentration substrate 11201 and the low-concentration substrate 11230 exists on the lower surface. The same structures as those shown in FIGS. 4A to 4C are given the same numbers. The first surface recesses R (R1, R2) are etched vertically, but a semiconductor substrate 11200 (a substrate with 11202 on the top and 11230 on the bottom and 11230 on the bottom, or a low-concentration epi layer on both sides of the 11201 is grown. (Recessed epitaxial substrate) is a recess (vertical groove) formed by finishing etching when reaching the lower substrate 11230. Therefore, it does not penetrate the lower surface of the semiconductor substrate 11200. As described with reference to FIG. 4C, the inversion prevention layer 11205 and the impurity diffusion layer 11207 are formed on the low concentration substrate 11202 above the semiconductor substrate 11200. The bottom of the first surface recess R is a low-concentration substrate 11230 (conductivity type opposite to that of the high-concentration substrate 11201). However, an impurity diffusion layer may be formed on the bottom of the first surface recess R. There is no problem because it is connected with a high concentration substrate. The impurity concentration of the low-concentration substrate 11230 is preferably high to some extent (for example, 10 16 / cm 3 to 10 19 / cm 3 ) so as not to be inverted (the active element is not formed therein). Next, the second surface recess Q is formed by aligning the mask with the first surface recess R. Unlike FIGS. 4A to 4C, since the first surface recess R is not a through hole, it is not necessary to attach an insulating substrate. At this time, the photosensitive film may be patterned after an insulating film is formed on the second surface of the composite substrate 11200. After forming the second surface recess Q, it is desirable to form the inversion prevention layer 11210 on the portion exposed to the second surface recess Q side of the low concentration substrate 11202 (may be after the insulating film 11221 is formed). An insulating film 11221 such as a SiO 2 film is laminated as a protective film on the inner surface of the second surface recess Q and the second surface of the composite substrate 11200 by a CVD method, a PVD method, or an oxidation method. Thereafter, the contact hole 11214, the electrode / wiring 11215, and the insulating substrate 11216 are formed on the first surface in the same manner as in FIGS. An insulating substrate 11212 is attached to the second surface side, and necessary window opening 11213 is performed. Note that the insulating film on the second surface of the composite substrate 11200 may be removed, and the glass substrate 11212 may be firmly bonded by anodic bonding. In this embodiment, the depth of the diaphragm is approximately equal to the thickness of the high concentration substrate 11201. In addition, it is not necessary to attach the insulating substrate 11209, it is not necessary to etch the insulating substrate 11209 when forming the second surface recess, and the Si substrate is etched, so that the second surface recess can be accurately formed. Further, since no bonding is used in the sensor drive section (the first surface recess does not penetrate the composite substrate. The insulating substrate 11209 is not used), the reliability increases.

図6は本発明の別の実施形態を示す。図6はこの実施形態の容量素子の幅方向における断面の斜視図である。本実施形態は、導電体基板2002に形成された貫通溝を上下(第1面および第2面)から絶縁基板で閉じて圧力伝達孔以外には外部に通じていない密閉空間を作り、圧力伝達孔からの圧力により変形する側壁を両側電極とする空間容量素子である。導電体基板2002には貫通溝W(W1、W2、W3)、V(V1、V2)が形成され、導電体基板2002の上面(第1面)に第2基板2006が接着し、導電体基板2002の下面(第2面)に第3基板2004が接着している。(導電体基板を第1基板とも呼ぶ。)導電体基板2002内に形成された貫通溝溝W(W1、W2、W3)、V(V1、V2)は、側面を導電体基板2002の側壁により、上部を第2基板2006により(従って、貫通溝の上面(第1面)は第2基板2006となる)、下部を第3基板2004により(従って、貫通溝の下面(第2面)は第3基板2004となる)、囲まれた閉空間となっている。貫通溝W(W1)と貫通溝V1を隔てる側壁2002−3と、貫通溝W(W1)と貫通溝V2を隔てる側壁2002−4とは、(貫通溝W1、V1、V2内の圧力が同じときは)略平行になっていて、この側壁2002−3および側壁2002−4は対向する両側電極となり、これらの側壁2002−3および側壁2002−4により挟まれた(貫通溝)空間W(W1)が静電容量空間となる。この両側電極の側壁2002−3および側壁2002−4の距離、すなわち貫通溝W1の幅をd、電極の面積、すなわち側壁2002−3および側壁2002−4の面積をSとすれば、この容量素子による容量Cは、C=ε*S/dとなる。(εは誘電率、本発明の静電容量空間は空間W1であるから、物質は空気等の気体でεは真空誘電率にほぼ等しい。) FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a perspective view of a cross section in the width direction of the capacitive element of this embodiment. In the present embodiment, the through groove formed in the conductor substrate 2002 is closed from the top and bottom (first surface and second surface) with the insulating substrate to create a sealed space that does not communicate with the outside other than the pressure transmission hole to transmit the pressure. This is a space capacitive element in which the side walls deformed by the pressure from the holes are both side electrodes. Through holes W (W1, W2, W3) and V (V1, V2) are formed in the conductor substrate 2002, the second substrate 2006 is bonded to the upper surface (first surface) of the conductor substrate 2002, and the conductor substrate A third substrate 2004 is bonded to the lower surface (second surface) of 2002. (The conductive substrate is also referred to as a first substrate.) The through-grooves W (W1, W2, W3) and V (V1, V2) formed in the conductive substrate 2002 have side surfaces defined by the side walls of the conductive substrate 2002. The upper portion is formed by the second substrate 2006 (the upper surface (first surface) of the through groove becomes the second substrate 2006), and the lower portion is formed by the third substrate 2004 (the lower surface (the second surface) of the through groove is therefore formed by the second substrate 2006). 3 substrate 2004), which is an enclosed closed space. The side wall 2002-3 that separates the through groove W (W1) and the through groove V1 and the side wall 2002-4 that separates the through groove W (W1) and the through groove V2 have the same pressure in the through grooves W1, V1, and V2. The side wall 2002-3 and the side wall 2002-4 are opposed to each other, and the side wall 2002-3 and the side wall 2002-4 are sandwiched between the side wall 2002-3 and the side wall 2002-4. ) Is a capacitance space. If the distance between the side wall 2002-3 and the side wall 2002-4 of the both side electrodes, that is, the width of the through groove W1, is d and the area of the electrode, that is, the area of the side wall 2002-3 and the side wall 2002-4, is S. The capacitance C due to is C = ε * S / d. (Ε is the dielectric constant, and the capacitance space of the present invention is the space W1, so the substance is a gas such as air and ε is approximately equal to the vacuum dielectric constant.)

貫通溝W1には第2面側に接着した第3基板2004に圧力伝達孔T(T1)が形成され、第2面側(第3基板2004の下方から)の圧力P2がこの圧力伝達孔T(T1)を通じて貫通溝W1の内部に印加される。貫通溝V1およびV2には第1面側に接着した第2基板2006に圧力伝達孔S(S1、S2)が形成され、第1面側(第2基板2006の上方から)の圧力P1がこの圧力伝達孔S(S1、S2)を通じて貫通溝V1およびV2の内部に印加される。従って、側壁2002−3および2002−4は、貫通溝W1からの圧力と貫通溝V1およびV2との圧力差によって変形する。この変形により、電極間距離dが変化し、静電容量Cが変化する。T(T1)が形成されなければ、貫通溝W1は完全に密閉されているので、内部圧力は一定であり、この圧力とV1およびV2の圧力P1との差によってdが変化し静電容量も変化する。逆に、S1およびS2を形成されなければ、貫通溝V1およびV2は完全に密閉されているので、内部圧力は一定であり、この圧力とW1の圧力P2との差によってdが変化し静電容量も変化する。また、側壁2002−3や2002−4の厚みにより、同じ圧力差でも変形率が異なる。厚みが薄ければ変形率が大きくなる。この厚みは、既に明白なように、或いは後述するように、エッチング量や感光性膜の合わせ精度や感光性膜のパターン形成精度、導電体膜のエッチング精度(特にサイドエッチング量やそのばらつき)などによって薄くできる厚みが異なってくる。これらの精度が良くなると側壁の厚みをかなり薄くできる。薄くできれば変形量を大きくできるので感度が高くなる。現状のエッチング精度や感光性膜の合わせ精度や感光性膜の形成精度では、薄い方は約3μmの厚みが限界(エッチング量が約300μmの場合)であるが、今後の精度向上によりこれよりも薄い厚みの側壁を実現できるであろう。1μm以下でも可能となると思われる。 A pressure transmission hole T (T1) is formed in the third substrate 2004 bonded to the second surface side in the through groove W1, and the pressure P2 on the second surface side (from the lower side of the third substrate 2004) is applied to the pressure transmission hole T. It is applied to the inside of the through groove W1 through (T1). In the through grooves V1 and V2, a pressure transmission hole S (S1, S2) is formed in the second substrate 2006 bonded to the first surface side, and the pressure P1 on the first surface side (from above the second substrate 2006) is It is applied to the inside of the through grooves V1 and V2 through the pressure transmission holes S (S1, S2). Accordingly, the side walls 2002-3 and 2002-4 are deformed by the pressure difference between the pressure from the through groove W1 and the through grooves V1 and V2. Due to this deformation, the inter-electrode distance d changes, and the capacitance C changes. If T (T1) is not formed, the through groove W1 is completely sealed, so that the internal pressure is constant, and d changes due to the difference between this pressure and the pressure P1 of V1 and V2, and the capacitance also Change. Conversely, if S1 and S2 are not formed, the through-grooves V1 and V2 are completely sealed, so that the internal pressure is constant, and d changes due to the difference between this pressure and the pressure P2 of W1. The capacity also changes. Further, the deformation rate varies depending on the thickness of the side walls 2002-3 and 2002-4 even with the same pressure difference. If the thickness is small, the deformation rate increases. This thickness is obvious, or as will be described later, the etching amount, the alignment accuracy of the photosensitive film, the pattern formation accuracy of the photosensitive film, the etching accuracy of the conductor film (particularly the side etching amount and variations thereof), etc. The thickness that can be reduced depends on the type. When these precisions are improved, the thickness of the side wall can be considerably reduced. If the thickness can be reduced, the amount of deformation can be increased, so that the sensitivity is increased. In terms of the current etching accuracy, photosensitive film alignment accuracy, and photosensitive film formation accuracy, the thinner one is limited to a thickness of about 3 μm (when the etching amount is about 300 μm). Thin sidewalls could be realized. It seems to be possible even at 1 μm or less.

また厚みを薄くすると側壁の破壊強度も小さくなるので使用する圧力も考慮する必要がある。厚い側壁では変形量が小さく感度が悪くなるので小さな圧力差を検出することが困難となる。従って、使用圧力により、側壁の厚みを変化させることも必要となる。さらに、この実施形態では導電体基板2002だけが変形するので、導電体基板の材質も重要となる。小さな圧力で変形量を大きくする場合には、ヤング率が小さな材料を用いると良い。導電体膜が高濃度不純物シリコン半導体基板のヤング率は約100GPa〜200GPa(結晶方位依存性あり)であり、銅、チタンは約100GPa〜130GPa、タングステンは約400Pa、アルミ合金は約70GPa、導電性高分子は約0.2〜5GPa、導電性ゴムは約0.01〜0.1GPaである。カーボンナノチューブは約1000GPa、鋼鉄で約200GPaである。本実施形態では、電極として使用可能な導電体は導電体基板2002として使用できる。加工性能から検討すれば、現状ではシリコンが精度良く加工できベターであるが、他の導電体材料でも良い。導電性ゴムや導電性高分子はヤング率が非常に小さいので微小な圧力変動を検出することができる。またカーボンナノチューブはヤング率が大きいので、高い圧力を検出するのに適している。尚、導電性が低い半導体や絶縁体基板でも貫通溝を形成後、貫通溝側面へ導電体膜を積層し、不要な側面(底面もあれば)の導電体膜はフォトリソ法およびエッチング法により導電体膜を除去すれば、本実施形態の構造で圧力センサを作製できる。 Also, if the thickness is reduced, the breaking strength of the side walls is also reduced, so the pressure to be used needs to be considered. A thick side wall has a small deformation amount and poor sensitivity, so that it is difficult to detect a small pressure difference. Therefore, it is necessary to change the thickness of the side wall depending on the working pressure. Furthermore, in this embodiment, since only the conductor substrate 2002 is deformed, the material of the conductor substrate is also important. In the case of increasing the deformation amount with a small pressure, it is preferable to use a material having a small Young's modulus. The Young's modulus of the high-concentration impurity silicon semiconductor substrate is about 100 GPa to 200 GPa (with crystal orientation dependence), copper and titanium are about 100 GPa to 130 GPa, tungsten is about 400 Pa, aluminum alloy is about 70 GPa, and the conductivity is The polymer is about 0.2-5 GPa and the conductive rubber is about 0.01-0.1 GPa. Carbon nanotubes are about 1000 GPa and steel is about 200 GPa. In this embodiment, a conductor that can be used as an electrode can be used as the conductor substrate 2002. Considering the processing performance, silicon can be processed with high accuracy at present, but other conductor materials may be used. Since the conductive rubber and the conductive polymer have a very small Young's modulus, minute pressure fluctuations can be detected. Carbon nanotubes are suitable for detecting high pressure because of their large Young's modulus. Note that even if a semiconductor or insulator substrate having low conductivity is formed, a conductive film is laminated on the side surface of the through groove after the through groove is formed. If the body film is removed, a pressure sensor can be produced with the structure of this embodiment.

導電体基板2002の側壁2002−3は容量素子の電極であるが、対向する電極2002−4とは電気的に導通していない。側壁2002−3は貫通溝Vを隔てたもう一方の対向する側壁2002−2とつながっている。斜視図6では良く分からないが、貫通溝V1は側壁2002−3、これにつながる横側の側壁そしてそれにつながる側壁2002−2、さらにその横側に存在する側壁(この側壁は斜視図の断面側となる)につながり、その側壁が側壁2002−3につながって、貫通溝V1はこれらの側壁に囲まれている。これらの側壁はすべて導電体基板2002であるから、当然電気的に接続している(要するに、一体物である)。これらの側壁の外側は空間(W1およびW2はつながっていて、全体空間はWとなっている)となっていて、導電体基板はなくなっていて、上下の第2基板2006および第3基板2004によって支持されている。第3基板2004および第2基板2006とこれらの側壁は電気的には接続しない。第2基板2006および第3基板2004そのものは絶縁基板でなくとも良いが、導電体基板2002と電気的に接続しないようにする。すなわち、第2基板2006および第3基板2004が導電体基板や半導体基板であるときは、導電体基板2002と接着する部分には絶縁体を介在する必要がある。導電体基板2002と、第2基板2006および第3基板2004とを接続していないことを保証するには、第2基板2006および第3基板2004が絶縁体であることがベターである。たとえば、第2基板2006および第3基板2004が絶縁体であるガラス、石英や透明プラスチックであれば透明であるから、内部が観察でき合わせ精度も向上でき扱いやすい。 The side wall 2002-3 of the conductor substrate 2002 is an electrode of a capacitor, but is not electrically connected to the opposing electrode 2002-4. The side wall 2002-3 is connected to the other opposite side wall 2002-2 with the through groove V therebetween. Although not clearly understood in the perspective view 6, the through groove V1 has a side wall 2002-3, a side wall connected to the side wall 2002, a side wall connected to the side wall 2002-2, and a side wall existing on the side thereof (this side wall is a sectional side of the perspective view). And the side wall thereof is connected to the side wall 2002-3, and the through groove V1 is surrounded by these side walls. Since all of these side walls are the conductor substrate 2002, they are naturally electrically connected (in short, they are integrated). The outside of these side walls is a space (W1 and W2 are connected and the entire space is W), the conductor substrate is lost, and the upper and lower second substrates 2006 and third substrate 2004 are used. It is supported. The third substrate 2004 and the second substrate 2006 and their side walls are not electrically connected. The second substrate 2006 and the third substrate 2004 are not necessarily insulating substrates, but are not electrically connected to the conductor substrate 2002. That is, when the second substrate 2006 and the third substrate 2004 are conductor substrates or semiconductor substrates, it is necessary to interpose an insulator in a portion to be bonded to the conductor substrate 2002. In order to ensure that the conductor substrate 2002 is not connected to the second substrate 2006 and the third substrate 2004, it is better that the second substrate 2006 and the third substrate 2004 are insulators. For example, if the second substrate 2006 and the third substrate 2004 are transparent glass, quartz, or transparent plastic, they are transparent.

側壁2002−3や2002−2につながる側壁の外側空間は、貫通溝W(W1)およびW(W2)の空間と同じであり、同じ圧力となっていて、圧力伝達孔T(T1)が存在すれば第2面側の圧力P2と同じ圧力となる。従って、側壁2002−3と同様にそれ以外の側壁も溝V1の内部圧力P1とP2の圧力を受けている。側壁2002−3と同様に他の側壁も変形しても良いが、変形を小さくした方が容量素子の強度や信頼性を向上できるし、それらの変形が容量素子の特性に影響するので、変形を小さくした方が良い。そこで、容量素子を構成する側壁より厚くなるように形成する。ただし、側壁2002−3の横側につながる側壁の厚みが厚すぎると電極の端部の面積が大きくなる。この部分は電極の厚み方向で見ると厚みがかなり厚くなっている部分であり、殆ど変形しない部分であるから、面積を大きくしなくても良い。たとえば、側壁2002−3の横側につながる側壁の厚みは、側壁2002−3より少し厚めに形成するのが良い。また、この部分は角部になっているので、エッチング時の欠陥や歪や残留応力が残りやすいので、丸みを出して形成するのが良い。一方、側壁2002−3に対向する側壁2002−2はかなり厚くても構わない。この側壁2002−2の厚み(ここでは、基板厚みと区別する意味で幅と言った方が良いと考えられる)を厚くして容量素子と第2基板および第3基板との接着強度を増大させることもできる。ただし、余り厚くするとセンサーのサイズが大きくなるので、全体のバランスを考えてこれらの厚みを決定するのが良い。 The outer space of the side wall connected to the side walls 2002-3 and 2002-2 is the same as the space of the through grooves W (W1) and W (W2), has the same pressure, and has a pressure transmission hole T (T1). Then, the pressure becomes the same as the pressure P2 on the second surface side. Therefore, like the side wall 2002-3, the other side walls also receive the internal pressures P1 and P2 of the groove V1. Other side walls may be deformed in the same manner as the side wall 2002-3. However, if the deformation is reduced, the strength and reliability of the capacitive element can be improved, and the deformation affects the characteristics of the capacitive element. Should be smaller. Therefore, it is formed so as to be thicker than the side wall constituting the capacitor element. However, if the thickness of the side wall connected to the side of the side wall 2002-3 is too thick, the area of the end portion of the electrode increases. This portion is a portion that is considerably thick when viewed in the thickness direction of the electrode, and is a portion that hardly deforms. Therefore, it is not necessary to increase the area. For example, the thickness of the side wall connected to the side of the side wall 2002-3 is preferably slightly thicker than the side wall 2002-3. In addition, since this portion is a corner portion, defects, distortion, and residual stress at the time of etching are likely to remain. On the other hand, the side wall 2002-2 facing the side wall 2002-3 may be quite thick. The thickness of the side wall 2002-2 (here, it is better to say the width in order to distinguish from the substrate thickness) is increased to increase the adhesive strength between the capacitive element and the second substrate and the third substrate. You can also. However, if the thickness is too large, the size of the sensor increases. Therefore, it is preferable to determine the thickness in consideration of the overall balance.

容量素子の側壁2002−2と接着している第2基板2006にコンタクト孔2008(2008−1)を形成し、第2基板2006上に導電体膜2010を積層し、このコンタクト孔2008−1を被うようにして電極・配線2010(2010−1)をパターニングし形成する。この電極・配線2010(2010−1)は他の静電容量素子や外部素子(たとえば、IC、トランジスタ、抵抗、インダクタ、コンダンサ等)と接続する。 A contact hole 2008 (2008-1) is formed in the second substrate 2006 bonded to the side wall 2002-2 of the capacitor element, a conductor film 2010 is stacked on the second substrate 2006, and the contact hole 2008-1 is formed. The electrode / wiring 2010 (2010-1) is patterned and formed so as to cover it. This electrode / wiring 2010 (2010-1) is connected to another electrostatic capacitance element or an external element (for example, IC, transistor, resistor, inductor, capacitor, etc.).

また、側壁電極2002−4に対しても同様で、貫通溝V2は側壁電極2002−4につながるその横側の側壁、さらにそれらにつながる側壁2002−5によりその周囲を囲まれている。また上面(第1面)を第2基板2006によって、下面(第2面)を第3基板2004によって塞がれているので、貫通溝V2は完全に閉じた空間となっている。ただし、第2基板2006に圧力伝達孔S2が開いている場合には、第2面側、すなわち第2基板2006の外側の圧力P1がこの圧力伝達孔S2から貫通溝V2の内部に圧力が伝達して、貫通溝の内壁2002−4等に圧力P1が印加される。従って、側壁2002−4は貫通溝W1の内部圧力P2と貫通溝V2の内部圧力P1の差圧により変形し、その結果、電極2002−3および2002−4の電極間距離dが変化して電極2002−3および2002−4による静電容量が変化する。側壁電極2002−5と側壁2002−4は一体になっているので、電気的につながっている。側壁2002−5と付着している第2基板2006にはコンタクト孔2008(2008−2)が開いていて、そこに電極・配線2010(2010−2)が形成される。これらの2つの電極2010−1および2010−2から静電容量を検出できる。貫通溝V2は側壁電極2002−4や側壁2002−5等の側壁によって隔離されていて、貫通溝V2を囲んでいる側壁電極2002−4や側壁2002−5等は他の導電体基板2002にはつながっていない。すなわち、側壁電極2002−4や側壁2002−5等の一体となった側壁導電体基板2002は貫通溝W1やW3を含む空間Wに囲まれている。従って貫通溝W(W1、W2、W3)は1つのつながった空間である。図6においては、W2およびW3にも圧力伝達孔T(T2、T3)を形成しているが、貫通溝W(W1、W2、W3)へ迅速に圧力が伝達すれば、圧力伝達孔は1つでも良い。 The same applies to the side wall electrode 2002-4. The through-groove V2 is surrounded by the side wall on the lateral side connected to the side wall electrode 2002-4 and the side wall 2002-5 connected thereto. Further, since the upper surface (first surface) is closed by the second substrate 2006 and the lower surface (second surface) is closed by the third substrate 2004, the through groove V2 is a completely closed space. However, when the pressure transmission hole S2 is opened in the second substrate 2006, the pressure P1 on the second surface side, that is, the outside of the second substrate 2006 is transmitted from the pressure transmission hole S2 to the inside of the through groove V2. Then, the pressure P1 is applied to the inner wall 2002-4 of the through groove. Accordingly, the side wall 2002-4 is deformed due to the differential pressure between the internal pressure P2 of the through groove W1 and the internal pressure P1 of the through groove V2, and as a result, the inter-electrode distance d between the electrodes 2002-3 and 2002-4 changes, thereby The capacitance due to 2002-3 and 2002-4 changes. Since the side wall electrode 2002-5 and the side wall 2002-4 are integrated, they are electrically connected. A contact hole 2008 (2008-2) is opened in the second substrate 2006 attached to the side wall 2002-5, and an electrode / wiring 2010 (2010-2) is formed there. Capacitance can be detected from these two electrodes 2010-1 and 2010-2. The through groove V2 is isolated by side walls such as the side wall electrode 2002-4 and the side wall 2002-5, and the side wall electrode 2002-4, the side wall 2002-5 and the like surrounding the through groove V2 are not formed on the other conductor substrate 2002. Not connected. That is, the side wall conductor substrate 2002 including the side wall electrode 2002-4, the side wall 2002-5, and the like is surrounded by the space W including the through grooves W1 and W3. Accordingly, the through groove W (W1, W2, W3) is one connected space. In FIG. 6, the pressure transmission holes T (T2, T3) are also formed in W2 and W3. However, if the pressure is quickly transmitted to the through grooves W (W1, W2, W3), the pressure transmission hole is 1 Any one is fine.

圧力伝達孔T(T1、T2、T3)は第3基板2004のごく1部分にあいているだけであり、大部分は連続している。(尚、汚染や強度上などの点で、圧力伝達孔Tを大きくあけても問題なければ大きくあけても良い。)また圧力伝達孔S(S1、S2)は第2基板2006のごく1部分にあいているだけであり大部分は連続している。(尚、汚染や強度上などの点で、圧力伝達孔Sを大きくあけても問題なければ大きくあけても良い。)導電体基板2002は至る所で分離しているが、その上面および下面は第2基板2006および第3基板2004に強固に付着しているので大きな圧力差が生じても分離することはない。第2基板2006で言えば、2006−1〜5で1つの容量素子(コンデンサ)を形成しているので、これを単位として1つの実装単位と考えることができる。すなわち1個の静電容量型圧力センサー(検出素子)である。貫通溝W1の静電容量を検出する1つの側壁電極2002−3およびこれと一体となった導電体側壁(2002−2等)並びに貫通溝W1の静電容量を検出するもう1つの側壁電極2002−4およびこれと一体となった導電体側壁(2002−5等)は貫通溝Wに囲まれており、この貫通溝Wは外側導電体側壁2002(2002−1、2002−6等)により囲まれている。従って、貫通溝Wは、上面は第2基板2006によって、下面は第3基板2004によって閉じていて、圧力伝達孔T(T1〜T3)以外には外環境とはつながっていない閉空間となっている。 The pressure transmission holes T (T1, T2, T3) are only in one part of the third substrate 2004, and most of them are continuous. (It should be noted that the pressure transmission hole T may be made large if there is no problem in terms of contamination and strength.) The pressure transmission hole S (S1, S2) is a very small part of the second substrate 2006. Most of them are continuous. (It should be noted that the pressure transmission hole S may be opened large if there is no problem in terms of contamination and strength.) The conductor substrate 2002 is separated everywhere, but its upper and lower surfaces are Since they are firmly attached to the second substrate 2006 and the third substrate 2004, they are not separated even if a large pressure difference occurs. In the case of the second substrate 2006, since one capacitive element (capacitor) is formed by 2006-1 to 5, it can be considered as a single mounting unit. That is, one capacitance type pressure sensor (detection element). One side wall electrode 2002-3 for detecting the capacitance of the through groove W1, a conductor side wall (such as 2002-2) integrated therewith, and another side wall electrode 2002 for detecting the capacitance of the through groove W1. -4 and the conductor side wall (2002-5 etc.) integrated therewith are surrounded by the through groove W, and this through groove W is surrounded by the outer conductor side wall 2002 (2002-1, 2002-6 etc.). It is. Accordingly, the through groove W is a closed space in which the upper surface is closed by the second substrate 2006 and the lower surface is closed by the third substrate 2004, and is not connected to the external environment other than the pressure transmission holes T (T1 to T3). Yes.

導電体基板2002の貫通溝(V1およびV2、或いはW1、W2、W3)を形成するとき、この容量素子を取り巻くように貫通溝V3やV4をあけておけば、導電体基板2002ではこれらの1つ1つの容量素子は分離している。このようにしても導電体基板2002は第2基板2006か第3基板2004に強固に付着しているので、ばらばらになることはなく一体となった(1枚の)基板としてプロセス処理は問題なく可能である。1つの静電容量型圧力センサーパッケージの外側側壁は2002−1や2002−6やこれらにつながる導電体側壁である。(2002−7および2002−8は隣のセンサーパッケージの外側側壁である。)これらの側壁の内側が貫通溝空間Wであり、この貫通溝空間Wに囲まれて実際の容量素子が配置されている。一番外側の外側側壁は2002−1や2002−6やこれらにつながる導電体側壁の厚みはセンサーパッケージの強度を考えて選択すれば良いので、非常に丈夫な圧力センサーパッケージを基板内に一度に大量に作成することができる。しかもLSIプロセスやLSI技術を使用できるので、精度良く作成できる。 When forming the through grooves (V1 and V2, or W1, W2, and W3) of the conductive substrate 2002, if the through grooves V3 and V4 are formed so as to surround this capacitive element, the conductive substrate 2002 will have 1 of these. Each capacitive element is separated. Even in this case, the conductor substrate 2002 is firmly attached to the second substrate 2006 or the third substrate 2004, so that the process processing can be performed as an integrated (single) substrate without being separated. Is possible. The outer side wall of one capacitive pressure sensor package is 2002-1 or 2002-6 or a conductor side wall connected thereto. (2002-7 and 2002-8 are the outer side walls of the adjacent sensor package.) The inner side of these side walls is a through groove space W, and the actual capacitive element is arranged surrounded by the through groove space W. Yes. The outermost outer side wall can be selected in consideration of the strength of the sensor package, and the thickness of the conductor side wall connected to 2002-1 and 2002-6 can be selected at once in the substrate. Can be created in large quantities. Moreover, since an LSI process or LSI technology can be used, it can be created with high accuracy.

さらに、第2基板2006に圧力伝達孔S(S1、S2)を形成するときに、これら1つ1つの容量素子を取り囲むように開口部S3やS4をあけておけば、第2基板2006ではこれらの1つ1つの容量素子は分離している。或いは、第3基板2004に圧力伝達孔T(T1〜T3)を形成するときに、これら1つ1つの容量素子を取り囲むように開口部T4やT5に対応するような開口部を第3基板2004にあけておけば、第3基板2004ではこれらの1つ1つの容量素子は分離している。これらのプロセスにより、付着させた基板2002、2004および2006の基板は、基板の厚み方向において、1つ1つの容量素子はかなりの部分が分断した状態になる。従って、最後に1つ1つの容量素子、すなわち圧力センサー(検出素子)パッケージを形成するには、分離していない基板である第2基板2006または第3基板2004においてダイシングラインに相当するV3およびV4に沿ってダイシング等すれば良い。従って、ダイシングにおよぼす負荷が減るとともに既にダイシングラインが相当部分掘られているので非常に精度の良いダイシングが可能となり、ダイシングライン幅を通常より狭くできる。さらにダイシングする基板の厚みも薄くなるのでチッピングや欠け等のダイシングにより欠陥も非常に少なくなり、ダイシング歩留まりが向上する。 Further, when the pressure transmission holes S (S1, S2) are formed in the second substrate 2006, if the openings S3 and S4 are opened so as to surround each of these capacitive elements, the second substrate 2006 can be used for these. Each capacitive element is separated. Alternatively, when the pressure transmission holes T (T1 to T3) are formed in the third substrate 2004, the third substrate 2004 has openings corresponding to the openings T4 and T5 so as to surround each of the capacitive elements. In the third substrate 2004, each of these capacitive elements is separated. By these processes, the adhered substrates 2002, 2004 and 2006 are in a state where a considerable part of each capacitive element is divided in the thickness direction of the substrate. Therefore, in order to finally form each capacitive element, that is, a pressure sensor (detection element) package, V3 and V4 corresponding to dicing lines in the second substrate 2006 or the third substrate 2004 which are not separated substrates. Dicing or the like may be performed along the line. Therefore, the load on dicing is reduced, and since a considerable portion of the dicing line has already been dug, very accurate dicing can be performed, and the dicing line width can be made narrower than usual. Further, since the thickness of the substrate to be diced is reduced, defects due to chipping, chipping and the like are greatly reduced, and the dicing yield is improved.

導電体基板(ウエハ)2002の中に非常にたくさんのこのような容量素子を作ることができる。しかもこの容量素子はそれだけで1つのパッケージ(実装形態)とすることもできるので、1枚の導電体基板(ウエハ)2002から多数の圧力センサー(検出素子)を生産できる。しかも、用いる材料も少なく、プロセスも非常に簡単で容易なのでランニングコストも非常に小さくなる。 A large number of such capacitive elements can be formed in the conductor substrate (wafer) 2002. Moreover, since this capacitive element can be made into a single package (mounting form) by itself, a large number of pressure sensors (detecting elements) can be produced from one conductive substrate (wafer) 2002. Moreover, since the material used is small and the process is very simple and easy, the running cost is very low.

これまでにおよびこれからも説明する本発明の凹部、貫通孔(溝)、または溝は、基板面(基板面は、上面(第1面、表面とも言う)および/または下面(第2面、裏面とも言う)であり、通常上面と下面は平行である。)に対して垂直な側面(基板側壁の側面)を持つ。最適には文字通り垂直である。しかし、凹部等はフォトリソ法+エッチング法、インプリント法等で形成されるので、完全に垂直(90度)にならない場合もある。特に側面を微視的に見れば、細かい凹凸が存在する場合(エッチング等により発生)もあり、実際は、正確に垂直パターンにならない場合もある。本発明で垂直と記載している場合は、垂直パターンをねらって作製するという意味であり、実際には完全な垂直パターンにならなくても垂直とみなしている。従って、本発明の凹部、貫通孔(溝)、または溝は、基板面に対して傾きが20度以下、好適には10度以下、もっと好適には5度以下、さらに好適には1度以下、さらにもっと好適には0.5度以下、最適には0.1度以下であることが望ましい。 The recesses, through-holes (grooves), or grooves of the present invention described heretofore and hereinafter will be described with reference to the substrate surface (the substrate surface is the upper surface (also referred to as the first surface or the front surface) and / or the lower surface (the second surface, the back surface). The upper surface and the lower surface are usually parallel to each other). Optimally literally vertical. However, since the recesses and the like are formed by a photolithographic method + etching method, imprinting method, or the like, there are cases where they are not completely vertical (90 degrees). In particular, when the side surface is viewed microscopically, there may be fine unevenness (occurred by etching or the like), and in fact, the vertical pattern may not be accurately formed. In the present invention, the term “perpendicular” means that the vertical pattern is intended to be manufactured, and in fact it is regarded as vertical even if it is not a complete vertical pattern. Therefore, the recess, the through hole (groove), or the groove of the present invention has an inclination with respect to the substrate surface of 20 degrees or less, preferably 10 degrees or less, more preferably 5 degrees or less, and even more preferably 1 degree or less. Even more preferably, it is desirable to be 0.5 degrees or less, and optimally 0.1 degrees or less.

次に、本実施形態のプロセスの1例を詳細に説明する。図7は本実施形態の製造プロセスを説明する工程図である。図7(a)に示すように、導電体基板2002に第3基板2004を付着させた複合基板(或いは、接合基板や貼り合わせ基板と言っても良い。)の第3基板が付着していない方の面(これを上面、或いは第1面と呼ぶ)に絶縁膜2014を形成する。導電体基板2002は、高濃度不純物を含む低抵抗シリコン半導体基板(N+シリコン基板或いはP+シリコン基板)が取扱易くエッチングも簡単なのでベターであるが、他の導電体基板でも良い。金属基板やその他の導電体基板も使用可能である。第3基板2004はガラス基板や石英基板や透明プラスチックなどの透明絶縁体基板がベターであるが、セラミック基板やプラスチック基板等の高分子材料基板などの絶縁基板でも良い。(透明基板でなくとも良い。)或いは、導電体基板や半導体基板を絶縁膜で被覆したものも使用できる。要するに、第3基板2004は導電体基板2002と直接導電しなければ良く、絶縁していれば良い。導電体基板2002と第3基板との付着は、接着層を用いて行なっても良い。当然この接着層は絶縁体である。そうでなければ、接着層を通して分離した導電体間で導通してしまうからである。 Next, an example of the process of this embodiment will be described in detail. FIG. 7 is a process diagram illustrating the manufacturing process of the present embodiment. As shown in FIG. 7A, the third substrate of the composite substrate (or a bonded substrate or a bonded substrate) in which the third substrate 2004 is attached to the conductor substrate 2002 is not attached. An insulating film 2014 is formed on the other surface (referred to as an upper surface or a first surface). The conductor substrate 2002 is better because a low-resistance silicon semiconductor substrate (N + silicon substrate or P + silicon substrate) containing high-concentration impurities is easy to handle and easy to etch, but other conductor substrates may be used. Metal substrates and other conductor substrates can also be used. The third substrate 2004 is better made of a transparent insulating substrate such as a glass substrate, a quartz substrate, or a transparent plastic, but may be an insulating substrate such as a polymer material substrate such as a ceramic substrate or a plastic substrate. (It does not have to be a transparent substrate.) Alternatively, a conductor substrate or a semiconductor substrate covered with an insulating film can be used. In short, the third substrate 2004 may not be directly conductive with the conductor substrate 2002 and may be insulated. The adhesion between the conductor substrate 2002 and the third substrate may be performed using an adhesive layer. Of course, this adhesive layer is an insulator. Otherwise, electrical conduction is established between the conductors separated through the adhesive layer.

導電体基板2002および第3基板の接合面を清浄にすれば、常温接合法や熱接合等を用いて接着層を介さずに導電体基板2002と第3基板2004とを強固に接合することができる。またある程度温度を上げて拡散法や溶融法により導電体基板2002と第3基板2004とを強固に接合することができる。導電体基板がシリコン基板(N+基板、或いはP+基板)であり、第3基板がガラス基板である場合は、陽極接合法により、導電体基板2002と第3基板2004とを強固に接合することができる。接着層を用いる場合には、エポキシ系などの有機系接着剤、無機系接着剤など種々の絶縁タイプの接着剤を用いることができる。本発明のプロセスでも種々の熱処理が行われるし、製品が完成後も信頼性を確保する上では熱歪が発生するので、導電体基板2002および第3基板2004の熱膨張係数は近似している材料が好ましい。 If the bonding surfaces of the conductor substrate 2002 and the third substrate are cleaned, the conductor substrate 2002 and the third substrate 2004 can be firmly bonded without using an adhesive layer by using a room temperature bonding method, thermal bonding, or the like. it can. In addition, the conductor substrate 2002 and the third substrate 2004 can be firmly bonded to each other by increasing the temperature to some extent by a diffusion method or a melting method. When the conductive substrate is a silicon substrate (N + substrate or P + substrate) and the third substrate is a glass substrate, the conductive substrate 2002 and the third substrate 2004 can be firmly bonded by an anodic bonding method. it can. When the adhesive layer is used, various insulating adhesives such as an epoxy-based organic adhesive and an inorganic adhesive can be used. In the process of the present invention, various heat treatments are performed, and thermal distortion occurs in order to ensure reliability after the product is completed. Therefore, the thermal expansion coefficients of the conductor substrate 2002 and the third substrate 2004 are approximate. Material is preferred.

絶縁膜2014はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、有機系膜などの絶縁膜であり、導電体基板2002および第3基板2004を付着させた後は、余り高い温度の熱処理(約400℃〜500℃以上)は熱歪や汚染や変質などの点で余り好ましくないので、CVD法やPVD法、或いは塗布法が良い。酸化法等の高温熱処理を使用する場合は、導電体基板2002および第3基板2004を付着させる前に行なうと良い。 The insulating film 2014 is an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or an organic film. After the conductor substrate 2002 and the third substrate 2004 are attached, a heat treatment at a too high temperature (about 400 ° C. to 500 ° C. The above method is not preferable in terms of thermal distortion, contamination, and alteration, and therefore, the CVD method, the PVD method, or the coating method is preferable. When using a high-temperature heat treatment such as an oxidation method, it is preferable to perform the heat treatment before attaching the conductor substrate 2002 and the third substrate 2004.

次に、図7(b)に示すように、絶縁膜2014の上に感光性膜2016を形成し所望の形状にパターニングし、感光性膜パターン2016(2016−1、2、3、4、5、6)を形成する。次に、図7(c)に示すように、このパターンを用いて絶縁膜2014をエッチングし、さらに導電体基板2002をエッチングする。このエッチングされた部分が図6の斜視図で示す貫通溝W(W1、W2、W3)、V(V1、V2)となる。導電体基板の厚みa1はダイヤフラムの1辺となるので、かなり厚く、通常は約100μm以上である。(もっと薄くしても良いが、圧力差による変化量が小さくなる。)また厚すぎるとエッチングばらつき量やサイドエッチング量オーバーエッチング量が大きくなるので、容量素子の特性も含めて総合的にa1を決定すると良い。通常は約2.0mm以下、好適には約1.0mm以下が良い。絶縁膜2014をエッチングするときに感光性パターン2016もある程度エッチングされるので、絶縁膜2014に対して感光性膜2016のエッチング選択比が高いものが良い。絶縁膜2014は、感光性膜2016と導電体膜2002との密着性が余り良くないときや、導電体膜からのパターニング光の反射が大きくてパターニング精度が悪いときなどに使用されるので、余り問題ない時は絶縁膜を形成せず、直接導電体膜2002上に感光性膜2016を形成しても良い。絶縁膜2014の厚みa3は上記目的のためには約0.5μm程度以下で充分であるが、感光性膜2016と導電体膜2002とのエッチング選択比が充分でないときに、絶縁膜2014と導電体基板2002とのエッチング選択比が感光性膜2016と導電体膜2002とのエッチング選択比よりも大きいときや、絶縁膜2014を介在した方がサイドエッチング量が小さいときには、約0.5μm以上の厚みの絶縁膜を適宜積層すれば良い。 Next, as shown in FIG. 7B, a photosensitive film 2016 is formed on the insulating film 2014 and patterned into a desired shape, and a photosensitive film pattern 2016 (2016-1, 2, 3, 4, 5, , 6). Next, as shown in FIG. 7C, the insulating film 2014 is etched using this pattern, and the conductor substrate 2002 is further etched. The etched portions become through grooves W (W1, W2, W3) and V (V1, V2) shown in the perspective view of FIG. Since the thickness a1 of the conductor substrate is one side of the diaphragm, it is considerably thick and is usually about 100 μm or more. (Although it may be made thinner, the amount of change due to the pressure difference is small.) If it is too thick, the amount of variation in etching and the amount of side etching and overetching become large. It is good to decide. Usually, it is about 2.0 mm or less, preferably about 1.0 mm or less. Since the photosensitive pattern 2016 is also etched to some extent when the insulating film 2014 is etched, it is preferable that the etching selectivity of the photosensitive film 2016 with respect to the insulating film 2014 is high. The insulating film 2014 is used when the adhesion between the photosensitive film 2016 and the conductor film 2002 is not very good, or when the patterning light is greatly reflected from the conductor film and the patterning accuracy is poor. When there is no problem, the photosensitive film 2016 may be formed directly on the conductor film 2002 without forming the insulating film. The thickness a3 of the insulating film 2014 is about 0.5 μm or less for the above purpose. However, when the etching selectivity between the photosensitive film 2016 and the conductor film 2002 is not sufficient, the insulating film 2014 and the conductive film 2014 are electrically conductive. When the etching selectivity with respect to the body substrate 2002 is larger than the etching selectivity between the photosensitive film 2016 and the conductor film 2002, or when the side etching amount is smaller when the insulating film 2014 is interposed, the etching selectivity is about 0.5 μm or more. An insulating film having a thickness may be stacked as appropriate.

図7(c)においては、感光性パターンに合わせた精度の良い導電体基板の深い貫通溝を形成することが目的であるから、この目的に合致する方法を適宜選択する。a1が約100μmで、感光性膜2016と導電体基板2002とのエッチング選択比が20あれば、感光性膜の厚みa4は約5μmより厚く形成されるようにする。a1がこれより薄いか選択比が大きければa4はもっと薄くしても良い。逆にa1がこれより厚いか選択比が小さければa4はもっと厚くしなければならない。ただし、絶縁膜2014を形成したときは、この絶縁膜2014の厚みも考慮する。パターンをできるだけ精度良く形成するためには、感光性膜2016のパターンをできるだけ垂直にし、そのパターンを用いた絶縁膜2014や導電体基板2002のエッチングをできるだけ垂直なエッチング形状となるようにする。感光性膜2016のパターンは露光マスクのパターンによって決まるので、この精度も重要である。 In FIG. 7 (c), the purpose is to form a deep through-groove of a conductive substrate with high accuracy in accordance with the photosensitive pattern, and therefore a method meeting this purpose is appropriately selected. If a1 is about 100 μm and the etching selectivity between the photosensitive film 2016 and the conductor substrate 2002 is 20, the thickness a4 of the photosensitive film is made thicker than about 5 μm. If a1 is thinner than this or if the selection ratio is large, a4 may be made thinner. Conversely, if a1 is thicker or the selection ratio is smaller, a4 must be thicker. However, when the insulating film 2014 is formed, the thickness of the insulating film 2014 is also taken into consideration. In order to form the pattern as accurately as possible, the pattern of the photosensitive film 2016 is made as vertical as possible, and the etching of the insulating film 2014 and the conductor substrate 2002 using the pattern is made as vertical as possible. Since the pattern of the photosensitive film 2016 is determined by the pattern of the exposure mask, this accuracy is also important.

図6の斜視図からも分かるように、本発明の重要な点は容量素子を形成する側壁電極2002−3および2002−4の厚みをできるだけ正確にばらつきなく形成することである。この厚みは約1μm〜約20μm程度である。(圧力差が大きいときにはもっと厚くなる場合もある)この側壁電極2002−3や2002−4を形成するパターンは図7(c)の2016−3や2016−4のパターンである。このパターン幅が約1μm〜約20μmとなる。他の部分はもっと幅が広くても良いし、形状(幅)のばらつきももっと大きくても良いので、この部分だけは注意が必要で、パターニング精度を良くする。約3μmの幅(壁の厚み)の導電性電極パターン(側壁)を形成するためには、感光性膜2016−3および2016−4の幅を約3μm、厚みa4を約5μmとして、サイドエッチングの非常に小さい異方性エッチング(たとえば、ボッシュ法などの深堀エッチング(DRIE)など)を用いて深い貫通溝V、Wを形成する。 As can be seen from the perspective view of FIG. 6, the important point of the present invention is to form the thickness of the side wall electrodes 2002-3 and 2002-4 forming the capacitive element as accurately as possible without variation. This thickness is about 1 μm to about 20 μm. The pattern for forming the side wall electrodes 2002-3 and 2002-4 is the pattern 2016-3 and 2016-4 in FIG. 7C. This pattern width is about 1 μm to about 20 μm. Other portions may be wider and the variation in shape (width) may be larger, so only this portion needs attention and improves patterning accuracy. In order to form a conductive electrode pattern (side wall) having a width (wall thickness) of about 3 μm, the widths of the photosensitive films 2016-3 and 2016-4 are set to about 3 μm and the thickness a4 is set to about 5 μm. Deep through-grooves V and W are formed using very small anisotropic etching (for example, deep etching (DRIE) such as Bosch method).

本実施形態では、導電体基板2002は深さ方向(厚みa1方向)に完全にエッチングする。エッチング速度は基板深さ方向にも基板面内でもある程度ばらつくので、導電体基板2002を深さ方向に完全にエッチングするにはある程度のオーバーエッチングが必要となる。導電体基板2002と第3基板2004のエッチング速度の選択比が小さいと第3基板2004も場所により或る程度エッチングされてしまう。しかし、第3基板2004は導電体基板2002と異なる材質であるから、導電体膜2002と第3基板2004のエッチング選択比の大きなエッチング条件で導電体膜2002をエッチングすれば第3基板2004を殆どエッチングせずに導電体膜2002をエッチングできる。たとえば、導電体基板2002として、300μmの厚み(a1=300μm)のN+シリコン基板、第3基板2004として50μmの厚み(a2=50μm)のガラス基板を用いたときに、N+シリコン基板上に1μm(a3=1μm)のシリコン酸化膜(SiO2膜)、感光性膜(フォトレジスト膜)の厚みが10μm(a4=10μm)、感光性膜の幅を5μmでパターニングして、ボッシュ法、クライオ法、アルバック法等の深堀エッチング(DRIE)を用いて、所望の側壁(幅約5μm、深さ300μm、奥行き600μm)を形成できる。エッチングガスとしては、フッ素系ガス(CF4、C2F6、C3F8、CHF3、SF6等)や塩素系ガス(CCl4等)等が用いられる。 In this embodiment, the conductor substrate 2002 is completely etched in the depth direction (thickness a1 direction). Since the etching rate varies to some extent both in the substrate depth direction and in the substrate surface, a certain degree of overetching is required to completely etch the conductive substrate 2002 in the depth direction. If the selection ratio of the etching rates of the conductor substrate 2002 and the third substrate 2004 is small, the third substrate 2004 is also etched to some extent depending on the location. However, since the third substrate 2004 is made of a material different from that of the conductor substrate 2002, the third substrate 2004 is almost completely etched if the conductor film 2002 is etched under an etching condition with a large etching selectivity between the conductor film 2002 and the third substrate 2004. The conductor film 2002 can be etched without etching. For example, when an N + silicon substrate having a thickness of 300 μm (a1 = 300 μm) is used as the conductor substrate 2002 and a glass substrate having a thickness of 50 μm (a2 = 50 μm) is used as the third substrate 2004, 1 μm ( a3 = 1 μm) silicon oxide film (SiO 2 film), photosensitive film (photoresist film) is 10 μm thick (a4 = 10 μm), and the width of the photosensitive film is 5 μm patterned to form the Bosch method, cryo method, ULVAC A desired side wall (width of about 5 μm, depth of 300 μm, depth of 600 μm) can be formed by using deep etching (DRIE) such as a method. As the etching gas, fluorine-based gas (CF4, C2F6, C3F8, CHF3, SF6, etc.), chlorine-based gas (CCl4, etc.), or the like is used.

次に、図7(d)に示すように、感光性膜2016や絶縁膜2014を除去した後に、導電体基板2002に第2基板2006を付着する。この付着においても導電体基板2002に直接第2基板を接合しても良いし、接着層を介して接着しても良い。第2基板がガラス基板のときには陽極接合法も使用できる。また、絶縁膜2014を除去しなくても良ければ残しても良いし、新たに絶縁膜を形成してから導電体基板2002に第2基板を接着しても良い。特に貫通溝内部の導電体基板が露出して不具合を起こす恐れがある(汚染や劣化など)場合には、保護膜として絶縁膜等を溝内部へ積層しても良い。この第2基板接着工程において、各貫通溝V(V1、V2)やW(W1、W2、W3)は密閉されるので、この後の工程で圧力伝達孔(S、T)を形成しなければ、密閉状態のまま製品化され圧力が維持される。従って、図7(d)の工程のプロセス圧力状態が維持される。接着後密閉された貫通溝内部でアウトガスや反応ガスが発生して圧力が変動する場合もある。それを防止するために貫通溝内部にあらかじめこれらのガスを吸着する物質を置いても良い。第2の基板2006を導電体基板2002へ付着させた後で第2の基板をエッチング法や研磨法により薄くすることもできる。最初から薄い第2の基板を付着させる工程(別基板に薄い第2の基板を貼りつけたものを導電体基板に付着させる)よりは取り扱い易いというメリットがある。 Next, as shown in FIG. 7D, after the photosensitive film 2016 and the insulating film 2014 are removed, the second substrate 2006 is attached to the conductor substrate 2002. Also in this attachment, the second substrate may be directly bonded to the conductor substrate 2002, or may be bonded via an adhesive layer. When the second substrate is a glass substrate, an anodic bonding method can also be used. In addition, the insulating film 2014 may be left if it is not necessary to be removed, or the second substrate may be bonded to the conductor substrate 2002 after a new insulating film is formed. In particular, when there is a possibility that the conductor substrate in the through groove is exposed to cause a malfunction (contamination, deterioration, etc.), an insulating film or the like may be laminated inside the groove as a protective film. In this second substrate bonding step, the through grooves V (V1, V2) and W (W1, W2, W3) are sealed, so that the pressure transmission holes (S, T) must be formed in the subsequent steps. The product is produced in a sealed state and the pressure is maintained. Therefore, the process pressure state in the step of FIG. 7D is maintained. There may be a case where outgas or reaction gas is generated inside the through groove sealed after bonding, and the pressure fluctuates. In order to prevent this, a substance that adsorbs these gases may be placed inside the through groove in advance. After the second substrate 2006 is attached to the conductor substrate 2002, the second substrate can be thinned by an etching method or a polishing method. There is an advantage that it is easier to handle than the process of attaching a thin second substrate from the beginning (attaching a thin second substrate to another substrate to a conductive substrate).

次に図7(e)に示すように、導電体基板2002と第2基板2006とを接着している部分で、導電体基板2002と接続すべき部分(2002−2や2002−5)にコンタクト孔2008(2008−1、2008−2)を形成する。このコンタクト孔は、導電体基板2002−3や2002−4などに形成することもできるが、この部分の幅は狭いので、もっと広い部分(2002−2や2002−5)に形成するのが良い。この領域はかなり広い領域となるので充分なサイズのコンタクト孔を形成できる。たとえば、貫通溝の奥行き(長さ)が約400μmであれば、長さ約400μmで、幅方向には圧力センサーの大きさに依存するサイズではあるが、2002−2や2002−5の領域は貫通溝の長さとのバランスから少なくとも約100μ程度は取ることができる(もちろん、これよりも小さいパッケージでも良ければ、もっと小さくもできる)。第2基板2006の厚みもかなり厚くなる(圧力センサーのパッケージの強度から約50μmは欲しいが、もちろん強度をそれほど高める必要がなければ、もっと薄くできる)が、2002−2や2002−5の領域を100μm程度にすれば、コンタクトサイズを50μm以上は取れるのでコンタクト孔のアスペクト比が1程度にはできる。コンタクトが大きければウエットエッチングも可能となる。たとえば、緩衝フッ酸水溶液(HF液+NH4F液)やHF水溶液などのHF系溶液によるエッチングも可能となる。 Next, as shown in FIG. 7 (e), contact is made with a portion (2002-2 or 2002-5) to be connected to the conductor substrate 2002 at a portion where the conductor substrate 2002 and the second substrate 2006 are bonded. Holes 2008 (2008-1, 2008-2) are formed. The contact hole can be formed in the conductor substrate 2002-3 or 2002-4, but since the width of this part is narrow, it is preferable to form it in a wider part (2002-2 or 2002-5). . Since this region is a considerably wide region, a contact hole having a sufficient size can be formed. For example, if the depth (length) of the through groove is about 400 μm, the length is about 400 μm and the size in the width direction depends on the size of the pressure sensor. From the balance with the length of the through-groove, at least about 100 μm can be taken (of course, a smaller package can be used, or a smaller package can be used). Although the thickness of the second substrate 2006 is considerably thick (about 50 μm is desired from the strength of the pressure sensor package, of course, it can be made thinner if there is no need to increase the strength so much), but the region of 2002-2 and 2002-5 If the thickness is about 100 μm, the contact size can be made 50 μm or more, so the aspect ratio of the contact hole can be about 1. If the contact is large, wet etching is possible. For example, etching with an HF-based solution such as a buffered hydrofluoric acid aqueous solution (HF solution + NH 4 F solution) or an HF aqueous solution is also possible.

第2基板2006は絶縁体であることが望ましい。表面を絶縁膜で被覆した導電体基板にコンタクト孔2008を形成する場合は、コンタクト孔2008に導電体が露出してしまうので、再度絶縁膜を積層することになりプロセスが複雑となる。上記のように圧力センサーパッケージの強度等から第2基板2006の厚みを決定し、また圧力センサーパッケージのサイズと導電体基板との密着強度などからコンタクト孔を配置する導電体基板2002−2や2002−5のサイズを決め、次にコンタクト孔2008のサイズを決める。導電体膜2009や2010の形成しやすさ、導電体基板との接続の観点からは、コンタクト孔のサイズは広い方が良い。ただし、電極2010はコンタクトサイズよりは大きくなること、その大きさが外部への接続の点で不具合が起きないほどの大きさであることなどを考慮してコンタクト孔のサイズを決めると良い。導電体膜2009や2010のコンタクト孔2008における被覆性(ステップカバレッジ)を良くするには、PVD方やCVD方の場合には、ステップカバレッジの観点からコンタクト孔にテーパーをつけた方が良い。そのためにはドライエッチングやウエットエッチングで等方エッチングを使うことができる。テーパーを形成するにはコンタクト形成領域はある程度の領域が必要であるが、本実施形態におけるコンタクト形成領域2002−5の部分は比較的広いのでコンタクト孔にテーパーを形成することができる。 The second substrate 2006 is preferably an insulator. When the contact hole 2008 is formed in the conductor substrate whose surface is covered with the insulating film, the conductor is exposed in the contact hole 2008, so that the insulating film is laminated again and the process becomes complicated. As described above, the thickness of the second substrate 2006 is determined from the strength or the like of the pressure sensor package, and the conductor substrate 2002-2 or 2002 in which the contact hole is arranged based on the adhesion strength between the size of the pressure sensor package and the conductor substrate or the like. The size of −5 is determined, and then the size of the contact hole 2008 is determined. From the viewpoint of easy formation of the conductor films 2009 and 2010 and connection with the conductor substrate, it is preferable that the size of the contact hole is wide. However, it is preferable to determine the size of the contact hole in consideration of the fact that the electrode 2010 is larger than the contact size and that the size is such that no trouble occurs in terms of connection to the outside. In order to improve the coverage (step coverage) of the contact holes 2008 of the conductor films 2009 and 2010, in the case of the PVD method or the CVD method, it is better to taper the contact holes from the viewpoint of step coverage. For this purpose, isotropic etching can be used by dry etching or wet etching. In order to form the taper, the contact formation region needs a certain amount of region, but since the contact formation region 2002-5 in this embodiment is relatively wide, the contact hole can be tapered.

尚、あらかじめ第2の基板2006にコンタクト孔2008を形成しておき(圧力伝達孔も同時に形成することができる)、そのコンタクト孔(+圧力伝達孔)付きの第2の基板2006を導電体基板2002に付着しても良い。コンタクト孔(+圧力伝達孔)付きの第2の基板2006を形成するプロセスは、本発明の容量素子形成プロセスと並行して行なうことができるので、作業工程の簡略化および作業時間の短縮化を実現できる。導電体基板2002との付着前に第2の基板2006へコンタクト孔(+圧力伝達孔)を形成する工程は実デバイスとしての導電体基板2002とは別個に行なっているので、比較的ラフな工程を取ることもできるし、コンタクト孔形成時における不良品をメインプロセスに持ちこまないという点で不良発生によるコスト増を低減できる。たとえば、コンタクト孔をウェットエッチングするときは、HF系溶液などに浸漬等するので、感光性膜の密着が悪いときにはその部分からHF系溶液が浸入して製品全体に影響を及ぼしてしまうが、第2基板だけを分けて工程を行っていれば、その損害を最小限に抑えることができる。第2の基板2006にはコンタクト孔(+圧力伝達孔)というパターンがついているので、導電体基板2002との付着工程においてはある程度正確なアライメントが必要となる。すなわち、コンタクト孔2008は導電体基板2002−5の領域に、圧力伝達孔Sは貫通溝Vの領域に来るように位置合わせする必要がある。 A contact hole 2008 is formed in the second substrate 2006 in advance (a pressure transmission hole can be formed at the same time), and the second substrate 2006 with the contact hole (+ pressure transmission hole) is used as a conductor substrate. It may be attached to 2002. Since the process of forming the second substrate 2006 with the contact hole (+ pressure transmission hole) can be performed in parallel with the capacitor element forming process of the present invention, the work process can be simplified and the work time can be shortened. realizable. Since the step of forming the contact hole (+ pressure transmission hole) in the second substrate 2006 before adhering to the conductor substrate 2002 is performed separately from the conductor substrate 2002 as an actual device, it is a relatively rough step. In addition, it is possible to reduce the cost increase due to the occurrence of defects in that defective products are not brought into the main process when forming contact holes. For example, when the contact hole is wet-etched, it is immersed in an HF-based solution or the like, so when the photosensitive film is poorly adhered, the HF-based solution enters from that portion and affects the entire product. If the process is performed by dividing only two substrates, the damage can be minimized. Since the second substrate 2006 has a pattern of contact holes (+ pressure transmission holes), a certain degree of accurate alignment is required in the adhesion process with the conductor substrate 2002. That is, it is necessary to align the contact hole 2008 in the region of the conductor substrate 2002-5 and the pressure transmission hole S in the region of the through groove V.

次に図7(f)に示すように、コンタクト孔2008(2008−1、2008−2)に導電体膜2009(2009−1、2009−2)を積層する。コンタクト孔だけに導電体膜を積層してコンタクト孔を平坦化させることもできる。たとえば、選択CVD法によりコンタクト孔に金属膜(たとえば、W)を選択成長させたり、メッキ法でコンタクト孔だけにメッキさせても良い。あるいは、第2基板2006上に導電体膜を積層してエッチバック法でコンタクト孔2008だけに導電体膜2009を残す方法も採用できる。また、導電性ペーストをスキージ法やスクリーン印刷法でコートしてコンタクト孔に導電性ペーストを埋め込む方法もある。あるいは、第2基板2006にマスクを密着させて導電性ペーストをスキージ法やスクリーン印刷法によりコンタクト孔2008に埋め込むこともできる。導電性ペースト(たとえば、半田ペースト)をコンタクト孔2008に埋め込むとともに厚く形成し、その後の熱処理により電極・配線2010も同時に形成できる。 Next, as shown in FIG. 7F, a conductor film 2009 (2009-1, 2009-2) is stacked in the contact hole 2008 (2008-1, 2008-2). It is also possible to flatten the contact hole by laminating a conductor film only on the contact hole. For example, a metal film (for example, W) may be selectively grown in the contact hole by a selective CVD method, or only the contact hole may be plated by a plating method. Alternatively, a method of laminating a conductor film on the second substrate 2006 and leaving the conductor film 2009 only in the contact hole 2008 by an etch back method can also be employed. There is also a method in which a conductive paste is coated by a squeegee method or a screen printing method, and the conductive paste is embedded in the contact hole. Alternatively, the mask can be brought into close contact with the second substrate 2006 and the conductive paste can be embedded in the contact hole 2008 by a squeegee method or a screen printing method. A conductive paste (for example, a solder paste) is buried in the contact hole 2008 and formed thick, and the electrode / wiring 2010 can be formed simultaneously by a subsequent heat treatment.

次に導電体膜2010を積層し、コンタクト孔2008部分をカバーするとともに、所望の配線を行い電極・配線パターン2010(2010−1、2010−2)を形成する。導電体膜2009と2010はコンタクト孔2008で接続する。この導電体膜2010はアルミニウム(Al)、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、タングステン(W)、銅(Cu)、白金(Pt)、すず(Sn)、金(Au)等の金属膜やこれらの金属の合金膜やシリサイド膜、さらに導電性多結晶シリコン膜、導電性プラスチック等や各種導電体膜を使用できる。さらにはこれらの導電体膜を複数適宜選択して積層しても良い。導電体膜の形成方法として、スパッター等のPVD法やCVD法がある。あるいはメッキ法で形成することもできる。コンタクト孔は比較的大きくできるので、導電体膜2009をコンタクト孔2008に積層させなくても、導電体膜2010を直接コンタクト孔2008にも積層して電極・配線パターン2010(2010−1、2010−2)を形成しても良い。この方が工程を簡略にできる。導電体膜2009の積層でも同じであるが、コンタクト孔2008に直接導電体膜2010を積層するときは、コンタクト孔に露出している導電体基板2002上に残っている不純物層(たとえば、酸化物や他の異物)を除去してから導電体膜2010の積層を行う必要がある。たとえば、PVD法やCVD法で金属膜などを積層する前に、HF系溶液等で前処理をして不純物層を除去する。スパッター等のPVD法の場合は逆スパッターを行ってから金属膜等を積層することもできる。CVD法の場合にはCF系等のエッチングガスを用いて軽くエッチングしてから金属膜等を積層することもできる。銅メッキ法を用いる場合は、CVD法やPVD法により、TiやTaなどの高融点金属、TiNやTaNなどの導電性窒化物、あるいはこれらの積層膜をバリアメタルとして積層した後、シード層のCu膜を積層して電解メッキによりCuメッキ層を形成する。その後必要な部分のメタル層を残して電極・配線パターン2010(2010−1、2010−2)を形成する。あるいは、Cuの電解メッキ前に電極・配線を形成すべき部分以外を感光性膜等で被って、電極・配線を形成すべき部分のみのCuメッキ層を形成した後、感光性膜を除去し、Cuメッキされていないシード層およびバリアメタルをエッチングして、Cuメッキ層の電極・配線パターン2010を形成する。 Next, a conductor film 2010 is laminated to cover the contact hole 2008, and a desired wiring is performed to form an electrode / wiring pattern 2010 (2010-1, 2010-2). The conductor films 2009 and 2010 are connected through a contact hole 2008. The conductor film 2010 is made of a metal film such as aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), tungsten (W), copper (Cu), platinum (Pt), tin (Sn), gold (Au), etc. These metal alloy films, silicide films, conductive polycrystalline silicon films, conductive plastics, and various conductor films can be used. Further, a plurality of these conductor films may be appropriately selected and laminated. As a method for forming the conductor film, there are a PVD method such as sputtering and a CVD method. Alternatively, it can be formed by a plating method. Since the contact hole can be made relatively large, the conductor film 2010 can also be directly laminated on the contact hole 2008 without the conductor film 2009 being laminated on the contact hole 2008, so that the electrode / wiring pattern 2010 (2010-1, 2010- 2) may be formed. This can simplify the process. The same applies to the lamination of the conductor film 2009. However, when the conductor film 2010 is laminated directly in the contact hole 2008, an impurity layer (for example, oxide layer) remaining on the conductor substrate 2002 exposed in the contact hole is used. In addition, it is necessary to stack the conductor film 2010 after removing the other foreign matter). For example, before laminating a metal film or the like by PVD or CVD, the impurity layer is removed by pretreatment with an HF-based solution or the like. In the case of a PVD method such as a sputter, a metal film or the like can be laminated after reverse sputtering. In the case of the CVD method, a metal film or the like can be laminated after lightly etching using an etching gas such as CF. When using the copper plating method, the seed layer is formed by laminating refractory metals such as Ti and Ta, conductive nitrides such as TiN and TaN, or laminated films of these as barrier metals by CVD or PVD. A Cu film is laminated and a Cu plating layer is formed by electrolytic plating. Thereafter, electrode / wiring patterns 2010 (2010-1 and 2010-2) are formed while leaving a necessary metal layer. Alternatively, before the electrolytic plating of Cu, cover the part other than the part where the electrode / wiring should be formed with a photosensitive film, etc., form the Cu plating layer only on the part where the electrode / wiring should be formed, and then remove the photosensitive film The seed layer and the barrier metal that are not plated with Cu are etched to form the electrode / wiring pattern 2010 of the Cu plated layer.

さらにこの部分にバンプ金属(半田、金、銅、その他の金属や合金)を形成することもできる。貫通溝V1は側壁2002−3、2002−2、およびこれらの側壁をつなぐ側壁(図示されていないが、紙面に対して手前と後方に存在する)により取り囲まれているので、側壁導電体基板2002−2と2002−3は連続体となっている。従って、電極・配線2010−1は側壁2002−3に直接に接続している。一方、この側壁2002−3と対面するもう一方の電極となる側壁導電体基板2002−4もその両サイドにある側壁導電体基板(図示されていないが、紙面に対して手前と後方に存在する)を通じて幅の厚い側壁導電体基板2002−5につながっていて、電極・配線2010−2は側壁2002−4に直接に接続している。 Further, bump metal (solder, gold, copper, other metals or alloys) can be formed on this portion. The through-groove V1 is surrounded by the side walls 2002-3 and 2002-2 and the side walls connecting these side walls (not shown, but present on the front side and the rear side with respect to the paper surface). -2 and 2002-3 are continuous bodies. Accordingly, the electrode / wiring 2010-1 is directly connected to the side wall 2002-3. On the other hand, the sidewall conductor substrate 2002-4, which is the other electrode facing the sidewall 2002-3, is also present on both sides of the sidewall conductor substrate (not shown, but on the front and rear sides). ) To the thick sidewall conductor substrate 2002-5, and the electrode / wiring 2010-2 is directly connected to the sidewall 2002-4.

次に図7(g)に示すように、容量を示す貫通溝W1に対しては、第3基板2004に圧力伝達孔T(T1)を形成し、それと対抗する貫通溝V1およびV2に対しては、第2基板2006に圧力伝達孔S(S1、S2)を形成する。(これらの圧力伝達孔はお互いに逆の基板に形成しても良い。)貫通溝W(W1)の空間は、貫通溝V1やV2を囲んでいる導電体側壁基板(2002−2および2002−3、或いは2002−4および2002−5)の周りさらに取り囲んでいて、貫通溝W(W1)はW(W2)およびW(W3)とつながっているので、圧力伝達孔T(T1)は、必ずしもこのW(W1)の部分でなくても良く、W2やW3の部分でも良い。この圧力伝達孔を通じて外界の圧力を導けば圧力差によって貫通溝V1やV2とW1との間の側壁2002−3や2002−4が変形しこれらの電極間容量が変化するので、電極・配線2010−1および2010−2を通して電気容量変化を検出することができる。 Next, as shown in FIG. 7 (g), with respect to the through groove W1 indicating the capacity, a pressure transmission hole T (T1) is formed in the third substrate 2004, and the through grooves V1 and V2 opposed thereto are formed. Forms a pressure transmission hole S (S1, S2) in the second substrate 2006. (These pressure transmission holes may be formed on substrates opposite to each other.) The space of the through groove W (W1) is a conductor side wall substrate (2002-2 and 2002) surrounding the through grooves V1 and V2. 3 or 2002-4 and 2002-5), and the through groove W (W1) is connected to W (W2) and W (W3), so that the pressure transmission hole T (T1) is not necessarily The portion W (W1) may not be present, and the portion W2 or W3 may be employed. If the external pressure is guided through the pressure transmission hole, the side walls 2002-3 and 2002-4 between the through grooves V1, V2, and W1 are deformed by the pressure difference, and the capacitance between these electrodes changes. -1 and 2010-2 can detect capacitance changes.

図6、図7および図8に示す容量素子は、導電体基板2002の厚みが容量素子の電極面積の1辺を決定するので、導電体基板2002のエッチング量のばらつきの影響を受けないことである。すなわち、導電体基板2002の厚みをa1(図7(c)に記載)とし、奥行き側の貫通溝V(V1、V2)の長さをb1(図8(a)に記載)とすれば、容量素子の電極面積はa1*b1となる。b1も垂直エッチングでは殆ど変化しないので、容量素子の電極面積のばらつきは非常に小さくなる。従って、導電体基板内および導電体基板間の容量素子の特性ばらつきも非常に安定するので、歩留まりの高い製品を実現できる。 6, 7, and 8, since the thickness of the conductor substrate 2002 determines one side of the electrode area of the capacitor element, the capacitor element is not affected by variations in the etching amount of the conductor substrate 2002. is there. That is, if the thickness of the conductor substrate 2002 is a1 (described in FIG. 7C) and the length of the depth side through grooves V (V1, V2) is b1 (described in FIG. 8A), The electrode area of the capacitive element is a1 * b1. Since b1 also hardly changes in the vertical etching, the variation in the electrode area of the capacitive element becomes very small. Accordingly, variations in the characteristics of the capacitive elements within the conductor substrate and between the conductor substrates are very stable, and a product with a high yield can be realized.

図7(c)のプロセスにおいて、感光性膜2016−3および2016−4のパターンによって形成される導電体パターンは2002−3および2002−4は幅に対して縦に非常に長くなっている。(紙面に垂直方向な奥行き方向は長い。)たとえば、幅が約1μm〜約20μm(エッチング精度が良ければ1μmより幅の狭い導電体パターンを形成することができるし、ヤング率が小さな導電体の場合や圧力差が大きな圧力を検出する場合は20μmよりもっと厚い導電体パターンでも良い。)で、高さが約50μm〜約500μm(約50μmより薄い導電体基板は導電体基板の取扱いに注意が必要であり、エッチングの方法や条件を最適化すれば約500μmより厚い基板の使用も可能である。)となる。従って、エッチングが大変であること、エッチング中やエッチング後において縦に長い側壁2002−3や2002−4が変形しないかという恐れがあることなどを考慮すると、図9に示すプロセスを取ることもできる。(尚、パターン幅が約3μmでアスペクト比が50以上になると上記のような問題が発生する可能性がある。この場合でも振動の小さな装置を使い、風の起こらない低圧条件下で、第3基板2004を上にして第2基板2006を下側からゆっくりと付着させれば、上記の問題を発生しないようにすることもできる。)図9(a)は、図7(b)におけるプロセスと同じであるが、感光性パターン2016−3および2016−4の幅の狭いパターンを合わせて太いパターン2016−7としたものである。この部分には、貫通溝W1を形成するのであるが、この段階ではまだ形成しない。2016−7のパターン幅は、2016−3の幅+2016−4の幅+W1の幅となっているので、かなり幅が広い。たとえば、2016−3の幅を5μm、2016−4の幅を5μm、W1の幅を50μmとすると、2016−7のパターン幅は60μmとなる。 In the process of FIG. 7C, the conductor patterns formed by the patterns of the photosensitive films 2016-3 and 2016-4 are very long in the lengths of 2002-3 and 2002-4 with respect to the width. (The depth direction perpendicular to the paper surface is long.) For example, a width of about 1 μm to about 20 μm (if the etching accuracy is good, a conductor pattern narrower than 1 μm can be formed, and a conductor with a small Young's modulus can be formed. In case of detecting a pressure having a large pressure difference, a conductor pattern thicker than 20 μm may be used.) About 50 μm to about 500 μm in height (a conductor substrate thinner than about 50 μm is careful in handling the conductor substrate). If the etching method and conditions are optimized, a substrate thicker than about 500 μm can be used.) Therefore, considering the fact that etching is difficult and that there is a risk that the vertically long side walls 2002-3 and 2002-4 will not be deformed during or after etching, the process shown in FIG. 9 can be taken. . (Note that when the pattern width is about 3 μm and the aspect ratio is 50 or more, the above-mentioned problem may occur. Even in this case, a third apparatus is used under a low pressure condition in which wind is not generated using a device with small vibration. If the second substrate 2006 is slowly adhered from the lower side with the substrate 2004 facing up, the above problem can be prevented from occurring.) FIG. 9A shows the process in FIG. Although it is the same, the narrow patterns of the photosensitive patterns 2016-3 and 2016-4 are combined into a thick pattern 2016-7. In this portion, the through groove W1 is formed, but not yet formed at this stage. Since the pattern width of 2016-7 is the width of 2016-3 + the width of 2016-4 + the width of W1, it is quite wide. For example, if the width of 2016-3 is 5 μm, the width of 2016-4 is 5 μm, and the width of W1 is 50 μm, the pattern width of 2016-7 is 60 μm.

次に図9(b)に示すように、感光性膜2016のパターンをマスクとして、絶縁膜2014および導電体膜2002を垂直にエッチングする。図7(c)に示すような細長い垂直のパターンがなくなったので、上記のような問題点が解消された。たとえば、2016−3の幅を3μ、2016−4の幅を3μm、W1の幅を50μmとすると、感光性膜2016−7のパターン幅は56μmであり、導電体基板の厚みを300μmとすると、エッチング後の導電体基板202−7のパターン幅は約56μm(アスペクト比は約5.4)となり、他の導電体基板のパターン2002(2002−1、2002−2、2002−5、2002−6)と同程度になり、上記等の問題が解消している。次に感光性膜2016、絶縁膜2014を除去する。(絶縁膜2014は問題なければ残しても良い。或いは、直接導電体基板2002の上に感光性膜2016を密着性良くパターニングでき、導電体基板2002のエッチングも問題なければ絶縁膜2014を形成する必要はない。) Next, as shown in FIG. 9B, the insulating film 2014 and the conductor film 2002 are vertically etched using the pattern of the photosensitive film 2016 as a mask. Since the long and narrow vertical pattern as shown in FIG. 7 (c) disappeared, the above problems were solved. For example, if the width of 2016-3 is 3 μm, the width of 2016-4 is 3 μm, and the width of W1 is 50 μm, the pattern width of the photosensitive film 2016-7 is 56 μm, and the thickness of the conductor substrate is 300 μm. The pattern width of the conductive substrate 202-7 after the etching is about 56 μm (the aspect ratio is about 5.4), and the pattern 2002 (2002-1, 2002-2, 2002-5, 2002-6) of the other conductive substrate is obtained. ) And the above problems have been resolved. Next, the photosensitive film 2016 and the insulating film 2014 are removed. (The insulating film 2014 may be left as long as there is no problem. Alternatively, the photosensitive film 2016 can be patterned directly on the conductor substrate 2002 with good adhesion, and if there is no problem in etching the conductor substrate 2002, the insulating film 2014 is formed. No need.)

次に図9(c)に示すように、第2基板2018を導電体基板2002の第1面側に付着させる。第2基板2018は導電体基板2002と導通しないようにする。またコンタクト孔も形成されるので第2基板2018は絶縁体が好ましい。たとえば、ガラス基板や石英基板や透明プラスチックのような透明絶縁体が内部も観察しやすいが、セラミックや高分子材料などの不透明な絶縁体でも良い。導電体基板2002がシリコン基板で絶縁基板2018がガラス基板の場合には、陽極接合法を用いて、導電体基板2002と絶縁基板2018を強固に接合できる。また、導電体基板2002と絶縁基板2018の接着には、直接接合法や接着層を使用することもできる。これらの接合法は、導電体基板2002および絶縁基板2018の材質や形状、プロセスなどを考えて適宜最良な方法を選択できる。この方法による導電体基板2002には図7の2002−3や2002−4のような細長い形状のパターンがないので、第2基板2018を導電体基板2002へ接着することは容易である。もっとパターン幅が狭くなって、たとえば、エッチング後の導電体基板202−7のパターン幅が約16μm程度(2016−3の幅を3μ、2016−4の幅を3μm、W1の幅を10μmとすると、感光性膜2016−7のパターン幅は約16μmとなる)でも、導電体基板2002の厚みa1が約300μm程度(アスペクト比約18.8)の場合には、導電体基板(たとえば、シリコン基板)2002−7を変形させずに垂直なパターンのまま第2基板2018に問題なく付着させることができる。 Next, as shown in FIG. 9C, the second substrate 2018 is attached to the first surface side of the conductor substrate 2002. The second substrate 2018 is not electrically connected to the conductor substrate 2002. Since the contact hole is also formed, the second substrate 2018 is preferably an insulator. For example, a transparent insulator such as a glass substrate, a quartz substrate, or a transparent plastic can be easily observed inside, but an opaque insulator such as a ceramic or a polymer material may be used. In the case where the conductive substrate 2002 is a silicon substrate and the insulating substrate 2018 is a glass substrate, the conductive substrate 2002 and the insulating substrate 2018 can be firmly bonded using an anodic bonding method. Further, for bonding the conductor substrate 2002 and the insulating substrate 2018, a direct bonding method or an adhesive layer can be used. As these bonding methods, the best method can be selected as appropriate in consideration of the materials, shapes, processes, and the like of the conductor substrate 2002 and the insulating substrate 2018. Since the conductor substrate 2002 by this method does not have an elongated pattern such as 2002-3 and 2002-4 in FIG. 7, it is easy to bond the second substrate 2018 to the conductor substrate 2002. The pattern width becomes narrower, for example, the pattern width of the conductive substrate 202-7 after etching is about 16 μm (when the width of 2016-3 is 3 μm, the width of 2016-4 is 3 μm, and the width of W1 is 10 μm) However, when the thickness a1 of the conductive substrate 2002 is about 300 μm (aspect ratio is about 18.8), the conductive substrate (for example, a silicon substrate) is formed. ) 2002-7 can be attached to the second substrate 2018 without any problem without changing its shape.

次に図9(d)に示すように、第3基板2004に(第2面側に)感光性膜2020を形成しパターニングし、貫通溝W1形成用の窓2022をあける。この窓からまず第3基板2004を垂直に窓あけする。次に図9(e)に示すように、この2004にあけられた窓2022から導電体基板2002を垂直にエッチングし、第2基板2018に達するまでエッチングし、貫通溝W1を形成する。貫通溝W1においては、その底に導電体材料を残さないように完全にエッチングすることが望ましい。感光性膜2002のパターン合わせは、貫通溝V1やV2と正確に行なう必要がある。第3基板2004が透明基板であれば、第2面側から直接マスク合わせができるので非常に精度良く合わせることができる。 Next, as shown in FIG. 9D, a photosensitive film 2020 is formed on the third substrate 2004 (on the second surface side) and patterned, and a window 2022 for forming the through groove W1 is opened. First, the third substrate 2004 is opened vertically from this window. Next, as shown in FIG. 9E, the conductor substrate 2002 is vertically etched from the window 2022 opened in the 2004 and is etched until reaching the second substrate 2018, thereby forming the through groove W1. In the through groove W1, it is desirable to etch completely so as not to leave the conductor material at the bottom. The alignment of the photosensitive film 2002 needs to be accurately performed with the through grooves V1 and V2. If the third substrate 2004 is a transparent substrate, mask alignment can be performed directly from the second surface side, so alignment can be performed with very high accuracy.

透明基板でも光や電磁波の透過や反射に問題があれば、感光性膜2020を形成する前に第3基板2004を薄くすれば良い。第3基板2004を薄くする方法として、研磨法(CMPやBG法)やエッチング法、その他種々の方法がある。第3基板2004を薄くすれば、第1面側から光や電磁波を照射して、薄くなった第3基板を透過する光や電磁波を利用して、貫通溝V1やV2のパターンに合わせて感光性膜2020を精度良くパターン合わせできる。このような方法を用いることにより、たとえば貫通溝V1やV2のパターンに対して、感光性膜2020の合わせ精度を現状でも約0.1μm〜約0.5μm程度、或いは約0.5μm〜約1.0μm〜約2.0μm程度にはできるので、エッチング後の導電体基板の側壁2002−3や2002−4の厚み(幅方向)を非常に薄くできる。現状の方法でも約2μmでも可能であるから、将来はもっと薄くできる。この方法のさらなる利点は、細長い導電体基板の側壁2002−3や2002−4を形成する前に第2基板2018および第3基板2004で導電体基板2002を確実に接着して押さえているので、エッチング後でも細長い形状パターン2002−3や2002−4が変形したり、最悪は倒れたり折れたりする危険性がなくなることである。マスク工程が1つ増えて、エッチング工程なども増えるがプロセス安定性を向上することができる。 If there is a problem with transmission or reflection of light or electromagnetic waves even with a transparent substrate, the third substrate 2004 may be thinned before the photosensitive film 2020 is formed. As a method for thinning the third substrate 2004, there are a polishing method (CMP or BG method), an etching method, and various other methods. If the third substrate 2004 is thinned, light and electromagnetic waves are irradiated from the first surface side, and light and electromagnetic waves transmitted through the thinned third substrate are used to sensitize to the patterns of the through grooves V1 and V2. The pattern of the conductive film 2020 can be accurately performed. By using such a method, for example, the alignment accuracy of the photosensitive film 2020 is about 0.1 μm to about 0.5 μm, or about 0.5 μm to about 1 with respect to the pattern of the through grooves V1 and V2, for example. Since the thickness can be about 0.0 μm to about 2.0 μm, the thickness (width direction) of the sidewalls 2002-3 and 2002-4 of the conductor substrate after etching can be made extremely thin. Even the current method can be about 2 μm, so it can be made thinner in the future. A further advantage of this method is that the conductive substrate 2002 is securely bonded and pressed by the second substrate 2018 and the third substrate 2004 before forming the sidewalls 2002-3 and 2002-4 of the elongated conductive substrate. Even after the etching, there is no risk that the elongated patterns 2002-3 and 2002-4 are deformed, and the worst case is that they fall or be broken. Although the number of mask processes increases by one and the number of etching processes increases, the process stability can be improved.

次に図9(f)に示すように、感光性膜2020をリムーブする。このままでも容量素子(圧力センサー)パッケージとして使用できるが、第3基板2004の上にさらに第4基板2024を接着しても良い。特に、貫通溝W1を閉鎖したいときは必須であるし、第3基板を薄くして強度が小さくなった場合にも第4基板2024を接着すれば強度を大きくすることができる。第4基板は絶縁体である必要はなく、半導体基板でも導電体基板でも使用できる。尚、貫通溝W2やW3はその両側の側壁は幅が広いので、図9においては貫通溝V1やV2と同時に形成したが、貫通溝W1と同時に形成しても良い。このW2やW3の合わせは、W1の合わせほど正確さは必要はない。(ただし、W1のような貫通溝をたくさん作成するときは、それに隣接するV1やV2との合わせを精度良く行なう必要があることは当然である。)この後、図7(e)以降に示す工程と同様のプロセスを行う。 Next, as shown in FIG. 9F, the photosensitive film 2020 is removed. Although it can be used as a capacitive element (pressure sensor) package as it is, the fourth substrate 2024 may be further bonded on the third substrate 2004. In particular, it is indispensable when it is desired to close the through groove W1, and even when the third substrate is thinned to reduce the strength, the strength can be increased by bonding the fourth substrate 2024. The fourth substrate does not need to be an insulator and can be a semiconductor substrate or a conductor substrate. The through grooves W2 and W3 are formed at the same time as the through grooves V1 and V2 in FIG. 9 because the side walls on both sides thereof are wide, but may be formed at the same time as the through grooves W1. The alignment of W2 and W3 need not be as accurate as the alignment of W1. (However, when a large number of through-grooves such as W1 are formed, it is natural that the adjacent V1 and V2 need to be accurately aligned.) After that, FIG. The same process as the process is performed.

図8(a)〜(c)は、図6および図7に示す実施形態によって作成した1つの容量素子(圧力センサー)の投影図を模式的に示したものである。図8(b)は図7(g)とほぼ同じで正面図を示す。図8(a)は上面図(或いは平面図)である。図8(b)はこの平面図のA1−A2における断面を正面から見た図と考えることができる。図8(c)は平面図のB1−B2における断面を右側面から見た図と考えることができる。図8(a)〜(c)により、貫通溝V(V1、V2)を導電体2002が取り囲んでおり、この導電体2002を貫通溝W(W1、W2、W3)が取り巻いていること、導電体基板2002(2002−2、2002−3)は内部でつながっていること、導電体基板2002(2002−4、2002−5)は内部でつながっていること、導電体基板2002(2002−2、2002−3)と導電体基板2002(2002−4、2002−5)は分離して接続していないこと、導電体基板2002(2002−1、2002−6)はつながっていて、貫通溝W(W1、W2、W3)を取り囲み、1つの容量素子パッケージ(圧力センサーパッケージ)を形成していること、貫通溝V(V1、V2)およびW(W1、W2、W3)につながるそれぞれの圧力伝達孔S(S1、S2)およびT(T1)はそれぞれ互いに逆側の第3基板2004または第2基板2006側にあいていること、これらの孔に圧力伝達ラインをつなげれば、貫通溝V(V1、V2)およびW(W1、W2、W3)に圧力を伝達できること、或いは容量素子(圧力センサー)パッケージの第1面(上面)から圧力P1をかけ、容量素子(圧力センサー)パッケージの第2面(下面)から圧力P2をかけると、それぞれの圧力が貫通溝V(V1、V2)や貫通溝W(W1、W2、W3)の内部に伝達することなどが非常に良く理解できる。(尚、圧力伝達孔SおよびTは同じ基板(2004や2006)に形成しても良いし、互いに逆基板に形成しても良いし、両方の基板に形成することもできることも分かる。どのように圧力をこれらの孔に導くかによって適宜選択すれば良い。) FIGS. 8A to 8C schematically show projection views of one capacitive element (pressure sensor) created according to the embodiment shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 8B is the same as FIG. 7G and shows a front view. FIG. 8A is a top view (or plan view). FIG. 8B can be considered as a view of the cross section taken along A1-A2 of the plan view as seen from the front. FIG. 8C can be considered as a view of the cross section taken along B1-B2 of the plan view as viewed from the right side. 8A to 8C, the conductor 2002 surrounds the through groove V (V1, V2), and the through groove W (W1, W2, W3) surrounds the conductor 2002. The body substrate 2002 (2002-2, 2002-3) is connected inside, the conductor substrate 2002 (2002-4, 2002-5) is connected inside, the conductor substrate 2002 (2002-2, 2002-3) and the conductive substrate 2002 (2002-4, 2002-5) are not separated and connected, and the conductive substrate 2002 (2002-1, 2002-6) is connected, and the through groove W ( W1, W2, W3) surrounding one, forming one capacitive element package (pressure sensor package), connected to the through grooves V (V1, V2) and W (W1, W2, W3) Each of the pressure transmission holes S (S1, S2) and T (T1) is on the opposite side of the third substrate 2004 or the second substrate 2006, and if a pressure transmission line is connected to these holes, the holes are penetrated. Capacitance element (pressure sensor) package capable of transmitting pressure to grooves V (V1, V2) and W (W1, W2, W3) or applying pressure P1 from the first surface (upper surface) of the capacitive element (pressure sensor) package When the pressure P2 is applied from the second surface (bottom surface), it can be understood that each pressure is transmitted to the inside of the through groove V (V1, V2) or the through groove W (W1, W2, W3). . (It should be noted that the pressure transmission holes S and T may be formed on the same substrate (2004 or 2006), may be formed on opposite substrates, or may be formed on both substrates. The pressure may be appropriately selected depending on whether the pressure is guided to these holes.)

静電容量素子を構成する対向電極は、2002−3および2002−4である。この対向電極である導電体側壁電極2002−3は、側壁2002−7および側壁2002−8につながり、さらに2002−2につながる。導電体側壁電極2002−3は圧力差P1―P2により変形できるように幅(厚み)を選定するが、他の側壁2002(2002−2、7、8)は、圧力差により変形をできるだけ小さくすると良い。そのためには導電体側壁電極2002−3よりも厚く形成する。たとえば、導電体側壁電極2002−3の幅(厚み)が3μm〜10μmであれば、その他の側壁2002(2002−2、7、8)の厚みの3倍以上とする。導電体側壁電極2002−3の幅(厚み)が10μm〜20μmなら、その他の側壁2002(2002−2、7、8)の厚みの2倍以上とする。このようにすることにより、V1溝を囲む側壁2002(2002−2、7、8)の強度を充分に確保できる。しかも導電体側壁電極2002−3の圧力差による変形をスムーズに行なわせることができる。もう1つの対向電極である導電体側壁電極2002−4につながる側壁に関しても同様である。 The counter electrodes constituting the capacitive element are 2002-3 and 2002-4. The conductor side wall electrode 2002-3 as the counter electrode is connected to the side wall 2002-7 and the side wall 2002-8, and further to 2002-2. The width (thickness) of the conductor side wall electrode 2002-3 is selected so that it can be deformed by the pressure difference P1-P2. good. For that purpose, it is formed thicker than the conductor side wall electrode 2002-3. For example, when the width (thickness) of the conductor side wall electrode 2002-3 is 3 μm to 10 μm, the thickness is set to three times or more the thickness of the other side wall 2002 (2002-2, 7, 8). When the width (thickness) of the conductor side wall electrode 2002-3 is 10 μm to 20 μm, it is set to be twice or more the thickness of the other side wall 2002 (2002-2, 7, 8). By doing in this way, the intensity | strength of the side wall 2002 (2002-2, 7, 8) surrounding V1 groove | channel is fully securable. In addition, the conductor side wall electrode 2002-3 can be smoothly deformed by the pressure difference. The same applies to the side wall connected to the conductor side wall electrode 2002-4, which is another counter electrode.

容量素子パッケージの外側側壁である側壁2002(2002−1、6、8、9)はパッケージを保護しているので、充分な強度が必要である。図8(a)〜(c)では幅(厚み)を余り大きく描いていないが、幅(厚み)を充分大きくして外部からの力に耐えるようにする必要がある。シリコンの場合通常の環境では50μm以上あれば良いが、使用環境によってはもっと厚くした方が良い。上面の第2の基板2006も同様であるが、ガラス基板の場合には通常約50μm以上あれば良いが、使用環境によってはもっと厚くした方が良い。下面の第3の基板2004も同様であるが、ガラス基板の場合には通常約50μm以上あれば良いが、使用環境によってはもっと厚くした方が良い。また、図8(a)において、一番外側の点線Xで囲まれる部分が1つの容量素子(圧力センサー)パッケージの平面的なサイズを示す。非常に小さなサイズの容量素子(圧力センサー)パッケージを実現できることが分かる。たとえば、導電体基板の厚さを300μm、側壁電極の長さを300μm、W1の幅dを20μm、側壁電極2002−3につながる導電体の幅(A1−A2方向)を100μm、側壁電極2002−4につながる導電体の幅(A1−A2方向)を100μm、W(W2、W3)の幅を50μm、外側を取り囲む側壁2002(2002−1、6、9、10)の幅(厚み)を100μm、Xとこの外側側壁2002(2002−1、6、9、10)との距離を10μmとすれば、1つのパッケージの大きさ(Xの大きさ)は、横方向(A1−A2方向)が0.54mm、縦方向(B1−B2方向)が0.62mmとなる。 The side wall 2002 (2002-1, 6, 8, 9), which is the outer side wall of the capacitive element package, protects the package, and therefore needs to have sufficient strength. Although the width (thickness) is not drawn so large in FIGS. 8A to 8C, it is necessary to sufficiently increase the width (thickness) to withstand external force. In the case of silicon, it should be 50 μm or more in a normal environment, but it is better to make it thicker depending on the usage environment. The same applies to the second substrate 2006 on the upper surface. However, in the case of a glass substrate, it is usually sufficient to have a thickness of about 50 μm or more. The same applies to the third substrate 2004 on the lower surface, but in the case of a glass substrate, it is usually sufficient to have a thickness of about 50 μm or more. In FIG. 8A, the portion surrounded by the outermost dotted line X represents the planar size of one capacitive element (pressure sensor) package. It can be seen that a capacitive element (pressure sensor) package of a very small size can be realized. For example, the thickness of the conductor substrate is 300 μm, the length of the sidewall electrode is 300 μm, the width d of W1 is 20 μm, the width of the conductor connected to the sidewall electrode 2002-3 (A1-A2 direction) is 100 μm, and the sidewall electrode 2002 4, the width (thickness) of the side wall 2002 (2002-1, 6, 9, 10) surrounding the outside is 100 μm, the width (A1-A2 direction) of the conductor connected to 4 is 100 μm, the width of W (W2, W3) is 50 μm. , X and the outer side wall 2002 (2002-1, 6, 9, 10) is 10 μm, the size of one package (the size of X) is the horizontal direction (A1-A2 direction). 0.54 mm, and the vertical direction (B1-B2 direction) is 0.62 mm.

図8(d)は、容量素子(圧力センサー)パッケージを実装基板に搭載したときの模式図を示す。(種々のタイプ、他の実施形態にも適用できる。)図7で示すプロセスの後に、第3基板2004に外枠足2030(2030−1、2030−2)および補強足2032(2032−1、2032−2)を取りつける。外枠足2030は実装基板に取り付けた時に、容量素子(圧力センサー)パッケージを桁上げして、この枠の中に圧力を閉じ込めるために周囲が連続した枠となっている。従って2030−1と2030−2は連続している。しかも外枠足2030は、内部を気密に保持できる(圧力空間Uを形成する)ように実装基板に確実に付着している。
補強足2032は容量素子(圧力センサー)パッケージが変形しないようにするためのもので、外枠足2030とともに実装基板に取り付けて容量素子(圧力センサー)パッケージを支えている。従って、外枠足2030(2030−1、2030−2)および補強足2032(2032−1、2032−2)の高さは同じで同じ材質のものが望ましく、第3基板2004に同時に取り付けることができる。別基板にこれらの外枠足2030および補強足2032を多数取りつけておき、この別基板から一括で第3基板に転写すれば、多数の外枠足2030および補強足2032を一挙に第3基板に接着できるので、非常に簡単に安価に速く作成できる。尚、第3基板2004に外枠足2030(2030−1、2030−2)および補強足2032(2032−1、2032−2)を接着するときに接着層を用いても良い。
FIG. 8D is a schematic diagram when a capacitive element (pressure sensor) package is mounted on a mounting substrate. (Various types can also be applied to other embodiments.) After the process shown in FIG. 7, the outer frame legs 2030 (2030-1, 2030-2) and the reinforcing legs 2032 (2032-1, Install 2032-2). When the outer frame leg 2030 is attached to the mounting substrate, the capacitive element (pressure sensor) package is lifted and the periphery is a continuous frame in order to confine the pressure in the frame. Therefore, 2030-1 and 2030-2 are continuous. Moreover, the outer frame legs 2030 are securely attached to the mounting substrate so that the inside can be kept airtight (the pressure space U is formed).
The reinforcing legs 2032 are for preventing the capacitive element (pressure sensor) package from being deformed, and are attached to the mounting substrate together with the outer frame legs 2030 to support the capacitive element (pressure sensor) package. Accordingly, the outer frame legs 2030 (2030-1, 2030-2) and the reinforcing legs 2032 (2032-1, 2032-2) are preferably the same in height and attached to the third substrate 2004 at the same time. it can. If a large number of the outer frame legs 2030 and the reinforcing legs 2032 are attached to a separate board and transferred from the separate board to the third board at once, the large number of outer frame legs 2030 and the reinforcing legs 2032 are collectively attached to the third board. Because it can be glued, it can be created very easily and cheaply and quickly. Note that an adhesive layer may be used when the outer frame legs 2030 (2030-1, 2030-2) and the reinforcing legs 2032 (2032-1, 2032-2) are bonded to the third substrate 2004.

第2基板側にも、枠体2034(2034−1、2034−2)が第2基板2006に取り付けられ、さらにこの枠体2034の上に蓋2036が取り付けられ、この枠体2034と蓋2036によって第1面側の圧力伝達孔S(S1、S2)が覆われていて、これらに囲まれた空間Zは圧力伝達孔S(S1、S2)を通して貫通溝V(V1、V2)と同じ圧力空間となる。この空間Zから圧力が漏れないようにこれらの接着は確実に行なう必要がある。枠体2034も図7に示すプロセスの後に、枠体2034を第2基板2006に接着する。さらにその上に蓋2036を接着する。或いは、先に枠体2034に蓋2036を取りつけたものを第2基板2006に接着しても良い。これらも多数個を一括して一挙に第2基板に接着できるので、非常に簡単に安価に速く作成できる。枠体2034の上に蓋2036を接着するときに接着層を用いても良い。尚、枠体2034(2034−1、2034−2)を第2基板2006に接着するときも接着層を用いても良い。 Also on the second substrate side, the frame body 2034 (2034-1, 2034-2) is attached to the second substrate 2006, and a lid 2036 is further mounted on the frame body 2034. The frame body 2034 and the lid 2036 The pressure transmission holes S (S1, S2) on the first surface side are covered, and the space Z surrounded by these is the same pressure space as the through grooves V (V1, V2) through the pressure transmission holes S (S1, S2). It becomes. It is necessary to securely bond these so that pressure does not leak from the space Z. The frame body 2034 is also bonded to the second substrate 2006 after the process shown in FIG. Further, a lid 2036 is adhered thereon. Alternatively, the frame 2034 previously attached with the lid 2036 may be bonded to the second substrate 2006. Since many of these can be bonded to the second substrate at a time, they can be created very simply and inexpensively. An adhesive layer may be used when the lid 2036 is bonded onto the frame body 2034. Note that an adhesive layer may also be used when the frame body 2034 (2034-1, 2034-2) is bonded to the second substrate 2006.

以上のようにして基板上に作成された容量素子(圧力センサー)をダイシング等で個片にすれば、1つ1つの容量素子(圧力センサー)パッケージができる。このパッケージを図8(d)に示すように、実装基板2040に搭載する。実装基板2040と容量素子(圧力センサー)パッケージの枠体2030や2032に接着剤を介して取り付けても良い。特に外枠足2030と第3基板2004と実装基板2040で囲む空間Uは圧力伝達孔T(T1)を通して貫通溝W(W1、W2、W3)につながり、同じ圧力空間となるので、実装基板2040と容量素子(圧力センサー)パッケージの枠体2030の接着は圧力漏れがないように確実に行なう必要がある。 If the capacitive elements (pressure sensors) created on the substrate as described above are divided into pieces by dicing or the like, individual capacitive elements (pressure sensors) packages can be obtained. This package is mounted on a mounting substrate 2040 as shown in FIG. The mounting substrate 2040 and the frame 2030 or 2032 of the capacitive element (pressure sensor) package may be attached via an adhesive. In particular, the space U surrounded by the outer frame legs 2030, the third substrate 2004, and the mounting substrate 2040 is connected to the through grooves W (W1, W2, W3) through the pressure transmission holes T (T1) and becomes the same pressure space. It is necessary to securely bond the frame 2030 of the capacitive element (pressure sensor) package so that there is no pressure leakage.

実装基板には電極・配線層2042(2042−1、2042−2)が形成されていて、容量素子(圧力センサー)パッケージの電極・配線2010(2010−1、2010−2)とワイヤ2044(2044−1、2044−2)等で接続する。実装基板に形成された電極・配線層2042(2042−1、2042−2)はICやトランジスやその他に能動素子などに接続され、容量素子(圧力センサー)パッケージで検出した容量変化から圧力を計算することが可能となる。圧力空間UやZは検出すべき圧力を有する種々の環境や機器に接続して、そこから圧力空間UやZに圧力を導く。必要であれば、圧力空間Uに関しては枠体2030や実装基板にさらに圧力伝達孔を設けたり、圧力空間Zに関しては枠体2034や蓋2036にさらに圧力伝達孔を設けることもできる。尚、図8(d)に示すような外枠足や枠体を形成しなくとも、図8(a)〜(c)に示す容量素子(圧力センサー)パッケージでも、測定環境や測定対象によっては圧力を測定できることは言うまでもない。 Electrode / wiring layers 2042 (2042-1, 2042-2) are formed on the mounting substrate, and electrodes / wirings 2010 (2010-1, 2010-2) and wires 2044 (2044) of the capacitive element (pressure sensor) package are formed. -1,2044-2) or the like. The electrode / wiring layer 2042 (2042-1, 2042-2) formed on the mounting substrate is connected to an IC, transistor, or other active element, and the pressure is calculated from the capacitance change detected by the capacitive element (pressure sensor) package. It becomes possible to do. The pressure spaces U and Z are connected to various environments and devices having a pressure to be detected, and pressure is guided to the pressure spaces U and Z therefrom. If necessary, the pressure body U can be further provided with a pressure transmission hole in the frame body 2030 and the mounting substrate, and the pressure space Z can be further provided with a pressure transmission hole in the frame body 2034 and the lid 2036. Even if the outer frame legs and the frame as shown in FIG. 8 (d) are not formed, the capacitive element (pressure sensor) package shown in FIGS. 8 (a) to 8 (c) also depends on the measurement environment and measurement object. Needless to say, the pressure can be measured.

図10(a)〜(c)は、本発明の実施形態のバリエイションである。図10(a)は平面的に見たもので、図10(b)は図10(a)におけるA1−A2断面を側面から見た図で、図10(c)はB1−B2断面を側面から見た図である。5001は本発明の容量素子(パッケージ)の単位サイズを示しているだけのもので、スクライブラインと考えると良く、この繰り返しで基板(ウエハ)内に本発明の容量素子を多数個作製できることを意味する。5002は導電体基板、5003は貫通溝(これまで説明したWに相当する。)、5004は貫通溝5003と導電体内では接続しない貫通溝(これまで説明したVに相当する。)、(貫通溝5003や5004は、空間となっているので、貫通溝空間と称することもある。5007は導電体基板5002と導電膜(電極・配線)5008とを接続するためのプレート5009に開けたコンタクト孔、このコンタクト孔には導電膜(これも5007とすることもある)が入っていて導電膜(電極・配線)5008と導電体基板5002と接続する。コンタクト孔5007に入る導電膜は導電膜(電極・配線)5008と兼用(同じ)しても良い。コンタクト孔5007や電極・配線5008のパターンは導電体5002(5002−1、5002−2)とコンタクトできれば図に示された位置に限定されないことは言うまでもない。たとえば、コンタクト孔5007−1や電極・配線5008−1は、導電体基板5002−3、5002−4、さらには5002−2の上でも良い。(ただし、5002−2の領域が狭ければ、コンタクト孔は形成できても配線・電極を配置するには狭すぎる場合は、配線・電極を広い部分に引きまわして持って来れば良い。 FIGS. 10A to 10C show variations of the embodiment of the present invention. 10A is a plan view, FIG. 10B is a view of the A1-A2 cross section in FIG. 10A viewed from the side, and FIG. 10C is a cross section of the B1-B2 side. It is the figure seen from. Reference numeral 5001 indicates only the unit size of the capacitive element (package) of the present invention, and it can be considered as a scribe line. By repeating this process, a large number of capacitive elements of the present invention can be produced in the substrate (wafer). To do. 5002 is a conductor substrate, 5003 is a through-groove (corresponding to W described so far), 5004 is a through-groove that is not connected to the through-groove 5003 in the conductor (corresponding to V described so far), (through-groove). Since 5003 and 5004 are spaces, they may be referred to as through-groove spaces, and 5007 is a contact hole opened in a plate 5009 for connecting a conductive substrate 5002 and a conductive film (electrode / wiring) 5008, This contact hole contains a conductive film (also 5007) and is connected to the conductive film (electrode / wiring) 5008 and the conductor substrate 5002. The conductive film entering the contact hole 5007 is a conductive film (electrode). -Wiring 5008 may also be used (same) as contact hole 5007 and electrode / wiring 5008 pattern of conductor 5002 (5002-1, 50). Needless to say, the contact holes 5007-1 and the electrodes / wirings 5008-1 are not limited to the positions shown in the figure as long as they can contact 2-2). (However, if the area of 5002-2 is narrow, the contact hole can be formed, but if it is too narrow to place the wiring / electrode, the wiring / electrode is extended to a wide area. Just bring it.

5009は導電体基板の上面(第1面)に付着させたプレート(基板と言っても良い)で、基本的には絶縁基板が良い。内部が見えること、マスク合わせの点から、ガラスや石英や透明プラスチックや透明高分子(或いはこれらの複合体)等の透明絶縁体が良い。マスク合わせ時の光(可視光以外の光も含まれる)を透過する材料でも良い。あるいは、マスク合わせ時に必要な光量が透過できる程度の材料でも良い。このことは、光の透過率が低くても光の強度を上げてマスク合わせに必要な光量を確保できれば、そのような材料やそのような厚みを有する材料でも良いということを意味し、逆にマスク合わせ前にプレートの厚みを薄くしてマスク合わせに必要な光量を確保できれば、そのような材料でも良い。 Reference numeral 5009 denotes a plate (also referred to as a substrate) attached to the upper surface (first surface) of the conductive substrate, and basically an insulating substrate is preferable. A transparent insulator such as glass, quartz, transparent plastic, transparent polymer (or a composite thereof) is preferable from the viewpoint of the inside being visible and mask alignment. A material that transmits light at the time of mask alignment (including light other than visible light) may be used. Alternatively, a material that can transmit a necessary amount of light at the time of mask alignment may be used. This means that such a material or a material having such a thickness may be used as long as the light intensity can be increased and the amount of light necessary for mask alignment can be secured even if the light transmittance is low. Such a material may be used as long as the thickness of the plate is reduced before mask alignment and the amount of light necessary for mask alignment can be secured.

5010は導電体基板の下面(第2面)に付着させたプレート(基板と言っても良い)で、絶縁基板が良い。内部が見えること、マスク合わせの点から、ガラスや石英や透明高分子(或いはこれらの複合体)等の透明絶縁体が良い。(上述したことも含まれることも言うまでもない。尚、これまでに記載したもの、これ以降に記載したものについても同様である。さらに、他の表現や内容についても、本出願文書に具体的に記載していなくても、類似の表現や簡単に記載しているものについては、他の所で別の表現や詳細に記載しているもの(で矛盾なく適用できるもの)が適用できることは当然である。)本実施形態では、スクライブライン5001や貫通溝空間5003−1の所でプレート5010を分離すれば、電極・配線5008−1と5008−2は接続しないので、プレート5010は導電体でも良い。ただ、分離したプレート5010の間に、実装後に導電性物質(水分やゴミも含む)が入る可能性があるので、その対策を考える必要がある。たとえば、貫通溝空間5003−1に圧力を導くためにカバーで覆うなどの方法がある。このことはプレート5009にも適用できる。すなわち、スクライブライン5001や貫通溝空間5003−1の所でプレート5009を分離すれば、プレート5009は導電体でも良い。プレート5009を導電体とすればコンタクト孔5007(5007−1や5007−2)や電極・配線5008(5008−1や5008−2)も不要となり、直接にこの導電体基板であるプレート5009と接続すれば良い。従って、このような容量素子(圧力センサー)を使用できる環境では、非常にコストの低いものを作成することが可能となる。ただし、プレート5009か5010で導電体基板5002を固定しなければならないので、どちらも導電体基板とすることはできない。(導電体基板を絶縁体で被覆する方法はある) Reference numeral 5010 denotes a plate (also referred to as a substrate) attached to the lower surface (second surface) of the conductor substrate, and is preferably an insulating substrate. A transparent insulator such as glass, quartz, or a transparent polymer (or a composite thereof) is preferable from the viewpoint of the inside being visible and mask alignment. (It goes without saying that what has been described above is also included. The same applies to what has been described so far and what has been described thereafter. Further, other expressions and contents are also specifically described in this application document.) Even if it is not described, it is natural that similar expressions or simple descriptions can be applied to other expressions or details described elsewhere (those that can be applied without contradiction). In this embodiment, if the plate 5010 is separated at the scribe line 5001 or the through groove space 5003-1, the electrode / wiring 5008-1 and 5008-2 are not connected, so the plate 5010 may be a conductor. . However, since there is a possibility that a conductive material (including moisture and dust) may enter between the separated plates 5010 after mounting, it is necessary to consider a countermeasure. For example, there is a method of covering with a cover in order to introduce pressure into the through groove space 5003-1. This is also applicable to the plate 5009. That is, if the plate 5009 is separated at the scribe line 5001 or the through groove space 5003-1, the plate 5009 may be a conductor. If the plate 5009 is a conductor, contact holes 5007 (5007-1 and 5007-2) and electrodes / wirings 5008 (5008-1 and 5008-2) are not required, and the plate 5009 which is a conductor substrate is directly connected. Just do it. Therefore, in an environment where such a capacitive element (pressure sensor) can be used, it is possible to create a very low cost device. However, since the conductor substrate 5002 must be fixed by the plate 5009 or 5010, neither of them can be a conductor substrate. (There is a method to coat a conductive substrate with an insulator)

図10(a)〜(c)に示す実施形態では、導電体基板5002−2が薄いダイヤフラムとなっていて、この導電体基板5002−2が容量素子の一方の電極となる。容量素子のもう1つの対向電極は5002−1で、幅が厚い電極となっていて、ダイヤフラムの役目は果たさない。この容量素子の電極5002−1と5002−2は、貫通溝空間5004の圧力P1と貫通溝空間5003−1の圧力P2が同じときには、距離がc1の平行平板型容量素子となっている。ダイヤフラムは片側の5002−2だけなので、両側にダイヤフラムがある場合に比較するとc1の変形量は小さくなる。導電体基板5002−2の幅方向厚みc2を調節することにより、同じ圧力差でも変形量を調整することができる。 In the embodiment shown in FIGS. 10A to 10C, the conductor substrate 5002-2 is a thin diaphragm, and this conductor substrate 5002-2 serves as one electrode of the capacitor. The other counter electrode of the capacitor element is 5002-1, which is a thick electrode and does not serve as a diaphragm. When the pressure P1 of the through groove space 5004 and the pressure P2 of the through groove space 5003-1 are the same, the electrodes 5002-1 and 5002-2 of this capacitive element are parallel plate type capacitive elements having a distance c1. Since the diaphragm is only 5002-2 on one side, the amount of deformation of c1 is smaller than when there are diaphragms on both sides. By adjusting the thickness c2 of the conductor substrate 5002-2 in the width direction, the deformation amount can be adjusted even with the same pressure difference.

本実施形態の圧力センサーでは、貫通溝空間5004や5003は外部に開放されている(貫通溝空間5004は紙面左方へ開放されている。)ので、このままで実装してもP1とP2は同じ圧力となるので、実装段階で貫通溝空間5004と5003(特に5003−1)を分離しておく必要がある。貫通溝5004を囲む導電体基板5002−2、5002−3、5002−4のうち、5002−3、5002−4は圧力差により変形させないようにした方が、容量素子の特性が安定する。従って、導電体基板5002−3、5002−4の幅方向厚みは導電体基板5002−2より厚くする。これにより、圧力差により、5002−2だけが大きく変形する。 In the pressure sensor of the present embodiment, the through-groove spaces 5004 and 5003 are open to the outside (the through-groove space 5004 is open to the left of the page), so that P1 and P2 are the same even if mounted in this state. Because of the pressure, it is necessary to separate the through-groove spaces 5004 and 5003 (particularly 5003-1) at the mounting stage. Of the conductor substrates 5002-2, 5002-3, and 5002-4 surrounding the through-groove 5004, the characteristics of the capacitive element are more stable if the 5002-3 and 5002-4 are not deformed by a pressure difference. Therefore, the thickness in the width direction of the conductor substrates 5002-3 and 5002-4 is made larger than that of the conductor substrate 5002-2. As a result, only 5002-2 is greatly deformed due to the pressure difference.

側壁電極5002−2の長さをc3、導電体基板厚みをc4とすると、側壁電極5002−2の面積(ダイヤフラムの面積)は、c3*c4となる。側壁電極5002−2は矩形(正方形や長方形)形状であり、上面がプレート5009で、下面がプレート5010で、側面が5002−3および5002−4で固定されている。尚この実施形態では、貫通溝5004を形成しておけば、ダイシングだけでも形成できる。たとえば、貫通溝5003の全体は形成せずに(導電体基板5002−1と5002−2はつながった状態で)、5003−1の貫通溝をダイシングにより形成する(これにより、導電体基板5002−1と5002−2は分離する)。上面側プレート5009からダイシングするときは、下面側プレート5010側を完全に切断すると容量として使えないので、深さ方向において下面側プレート5010の1部だけダイシングする(理想的には、導電体基板5002だけを完全に切断して下面側プレート5010は切断しない)。導電体基板5002は深さ方向に完全にダイシングする。その次に、点線で示す5001のラインでプレート5009、その下の導電体基板5002、さらにその下のプレート5010をダイシングする。これによって、容量素子型圧力センサーを形成できる。この場合の電極間距離c1(貫通溝5003−1の溝幅)はダイシング時のダイシング幅となる。また、ダイヤフラム側壁電極の幅c2はダイシングの合わせ精度にも依存して来る。 When the length of the side wall electrode 5002-2 is c3 and the thickness of the conductor substrate is c4, the area of the side wall electrode 5002-2 (diaphragm area) is c3 * c4. The side wall electrode 5002-2 has a rectangular (square or rectangular) shape, and the upper surface is fixed by a plate 5009, the lower surface is fixed by a plate 5010, and the side surfaces are fixed by 5002-3 and 5002-4. In this embodiment, if the through groove 5004 is formed, it can be formed only by dicing. For example, the entire through groove 5003 is not formed (with the conductor substrates 5002-1 and 5002-2 being connected), and the through groove of 5003-1 is formed by dicing (thereby, the conductor substrate 5002- 1 and 5002-2 are separated). When dicing from the upper surface side plate 5009, if the lower surface side plate 5010 side is completely cut, it cannot be used as a capacity. Therefore, only a part of the lower surface side plate 5010 is diced in the depth direction (ideally, the conductive substrate 5002). Only the bottom plate 5010 is not cut). The conductor substrate 5002 is completely diced in the depth direction. Next, the plate 5009, the conductive substrate 5002 below it, and the plate 5010 below it are diced along a line 5001 indicated by a dotted line. Thereby, a capacitive element type pressure sensor can be formed. In this case, the inter-electrode distance c1 (groove width of the through groove 5003-1) is a dicing width at the time of dicing. The width c2 of the diaphragm side wall electrode also depends on the dicing alignment accuracy.

切断刃や切断ワイヤを用いたダイシングの代わりにレーザーで行うこともできる。特に貫通溝5003の形成にはレーザーの方が、貫通溝5004に精度良く合わせることができるので、ダイヤフラム部分の厚みc2を精度良く作ることができる。たとえば、導電体基板5002がシリコン基板である場合、Nd:YVO4レーザーやCO2レーザー等を用いて精度良くレーザーダイシングできる。 A laser can be used instead of dicing using a cutting blade or a cutting wire. In particular, since the laser can be adjusted to the through groove 5004 with high accuracy in forming the through groove 5003, the thickness c2 of the diaphragm portion can be made with high accuracy. For example, when the conductor substrate 5002 is a silicon substrate, laser dicing can be performed with high accuracy using an Nd: YVO4 laser, a CO2 laser, or the like.

さらに導電体基板5002を切断できるレーザーで、プレート5010を切断できないレーザーを用いれば、プレート5010を殆ど削らずに導電体基板5002を完全に分離できる。たとえば、プレート5009およびプレート5010が透明ガラス基板、導電体基板5002がシリコン基板(N+またはP+)であるとき、ガラスを透過し、シリコンを効率良く切断できるたとえばYAGレーザー(波長λ=1.064μm)を用いて導電体基板5002を切断できる。貫通溝5004とのアライメントは透明基板であるプレート5009や5010から貫通溝5004の位置情報を読み取り、この貫通溝5004の位置をもとにして、レーザー光を走査(スキャン)すれば良い。或いは、マスク合わせを行いマスクに形成されたパターンからレーザー光を照射すれば良い。レーザー光の照射側にあるプレートをあらかじめ除去(これもレーザーで可能、たとえば、エキシマレーザーや紫外線レーザーなどがある。)しておけば、レーザー照射により除去された物質はそこから排除できる。貫通溝5002−2の上のプレート5009および/または5010を残しておきたければ、あらかしめダイシングライン5001に沿うプレート5009をレーザーで除去し(この部分のプレートは最終的にはなくなるので除去しておいても良い。)、さらに導電体基板5002をやはりレーザー光で除去しておけば、このスクライブラインに沿う空間から切断された物質(シリコンガスなど)を排除できる。尚、スクライブラインに沿う導電体基板5002を除去したときに、プレート5010を残しておけば、個片化してバラバラになることはない。その他、貫通溝5003−1の形成はドライエッチング法(DRIE法)を用いても良い。以上のように本実施形態は非常に簡便なプロセスで圧力センサーを作製できる。 Further, if a laser capable of cutting the conductive substrate 5002 and a laser that cannot cut the plate 5010 is used, the conductive substrate 5002 can be completely separated without substantially removing the plate 5010. For example, when the plate 5009 and the plate 5010 are transparent glass substrates and the conductor substrate 5002 is a silicon substrate (N + or P +), the YAG laser (wavelength λ = 1.064 μm) can transmit the glass and cut silicon efficiently. Can be used to cut the conductor substrate 5002. The alignment with the through groove 5004 may be performed by reading the position information of the through groove 5004 from the plate 5009 or 5010 which is a transparent substrate and scanning with the laser beam based on the position of the through groove 5004. Alternatively, mask alignment may be performed and laser light may be irradiated from a pattern formed on the mask. If the plate on the laser beam irradiation side is removed in advance (this is also possible with a laser, such as an excimer laser or an ultraviolet laser), the substance removed by the laser irradiation can be excluded from there. If it is desired to leave the plate 5009 and / or 5010 above the through-groove 5002-2, the plate 5009 along the dicing line 5001 is removed with a laser (this portion of the plate will eventually be removed and removed). Further, if the conductor substrate 5002 is also removed with a laser beam, a substance (such as silicon gas) cut from the space along the scribe line can be eliminated. When the conductor substrate 5002 along the scribe line is removed, if the plate 5010 is left, it will not be separated into pieces. In addition, the through-groove 5003-1 may be formed by a dry etching method (DRIE method). As described above, this embodiment can produce a pressure sensor by a very simple process.

図10(d)〜(e)は、図10(a)〜(c)に示したもののさらに変形した実施形態である。図10(d)が平面図で、図10(e)が図10(d)のA1−A2における断面図で、図10(f)が図10(d)のB1−B2における断面図である。図10(d)および図10(e)から分かるように、貫通溝5004は導電体基板5002に囲まれている。従って、貫通溝空間5004は上方がプレート5009で、下方がプレート5010で、側面が導電体基板5002(5002−2、5002−3、5002−4、5002−5)によって囲まれた閉空間となっている(図10(a)〜(c)の実施形態は、導電体基板の側壁5002−5がなく開口されている。)がプレート5009或いはプレート5010を導電体基板5002に付着するときの圧力によって決定される圧力で閉じ込められる。この貫通溝の中に気体吸着物質を入れておけば貫通溝の中の圧力を真空に近い低圧にすることもできる。 10 (d) to 10 (e) show a further modified embodiment of what is shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c). 10D is a plan view, FIG. 10E is a cross-sectional view taken along A1-A2 in FIG. 10D, and FIG. 10F is a cross-sectional view taken along B1-B2 in FIG. 10D. . As can be seen from FIG. 10D and FIG. 10E, the through groove 5004 is surrounded by the conductor substrate 5002. Accordingly, the through groove space 5004 is a closed space in which the upper side is the plate 5009, the lower side is the plate 5010, and the side surface is surrounded by the conductor substrate 5002 (5002-2, 5002-3, 5002-4, 5002-5). (The embodiment of FIGS. 10A to 10C is opened without the side wall 5002-5 of the conductor substrate.) The pressure when the plate 5009 or the plate 5010 is attached to the conductor substrate 5002 It is trapped at a pressure determined by If a gas adsorbing substance is placed in the through groove, the pressure in the through groove can be reduced to a low pressure close to vacuum.

或いは気体発生物質を入れておけば、プレート5009およびプレート5010を導電体基板5002に付着して完全密閉した後に、その気体発生物質から気体を出せば所望の圧力にすることもできる。たとえば、この圧力センサーの使用温度をT1〜T2(T1<T2)の間としたとき、気体発生物質の凝固温度(或いは融点、或いは固相−液相の相転移点)がT3、気体発生物質の沸点(或いは、液相―気相の相転移点)がT4、気体発生物質の昇華温度(昇華点、或いは固相−気相の相転移点)がT5であるとき、T4<T1の固体物質を、固体状態で貫通溝の中に入れて密閉する。従って、密閉するときの温度(T6)はT6<T3である。或いは、T4<T1の液体物質を、液体状態で貫通溝の中に入れて密閉する。従って、密閉するときの温度(T6)はT6<T4である。或いは、T5<T1の固体物質を、固体状態で貫通溝の中に入れて密閉する。従って、密閉するときの温度(T6)はT6<T5である。ただし、この物質が、特に気体状態のときに貫通溝内部の物質(上記の例では、ガラスやシリコン)と反応しないようにすることが重要である。固体物質や液体物質がどの程度の気体量になるのかや、貫通溝の体積も分かっているので、T1〜T2のある温度で貫通溝内部の圧力は計算できる。従って、貫通溝内の圧力を知ることができるので、その圧力を用いて貫通溝5003−1の圧力を知ることができる。このことは本発明のすべての実施形態に応用できることは言うまでもない。 Alternatively, if a gas generating substance is inserted, the plate 5009 and the plate 5010 are attached to the conductor substrate 5002 and completely sealed, and then a desired pressure can be obtained by discharging the gas from the gas generating substance. For example, when the operating temperature of this pressure sensor is between T1 and T2 (T1 <T2), the solidification temperature (or melting point or solid-liquid phase transition point) of the gas generating substance is T3, the gas generating substance When the boiling point (or liquid phase-gas phase transition point) of T4 is T4 and the sublimation temperature of the gas generating material (sublimation point or solid phase-gas phase transition point) is T5, the solid of T4 <T1 The material is sealed in the through channel in the solid state. Therefore, the temperature (T6) at the time of sealing is T6 <T3. Alternatively, a liquid substance of T4 <T1 is put in a through groove in a liquid state and sealed. Therefore, the temperature (T6) at the time of sealing is T6 <T4. Alternatively, a solid material of T5 <T1 is put in a through groove in a solid state and sealed. Therefore, the temperature (T6) at the time of sealing is T6 <T5. However, it is important that this substance does not react with the substance inside the through groove (in the above example, glass or silicon) particularly in a gaseous state. Since the amount of gas in the solid substance or the liquid substance and the volume of the through groove are known, the pressure inside the through groove can be calculated at a temperature of T1 to T2. Therefore, since the pressure in the through groove can be known, the pressure of the through groove 5003-1 can be known using the pressure. Needless to say, this is applicable to all embodiments of the present invention.

貫通溝5004を密閉したくなければ、すなわち外部の圧力を導入する場合には、圧力伝達孔5012をプレート5009に開ければ良い。この貫通溝5012はコンタクト孔5007を形成するときに、圧力伝達孔5012のパターニングも含めて同時に形成できる。この後導電性膜を形成するので、この圧力伝達孔5004の中や貫通溝の中にも入りこむことを考慮する必要がある。また、圧力伝達孔5012を形成するとき、そのエッチングガスやエッチング液やエッチング後の物質(気体、液体、或いは固体)も貫通溝の中に入りこむ。また、コンタクト孔や圧力伝達孔作成用の感光性膜やその残膜や現像液等も入り込む恐れがある。それらがこの後のプロセスや使用時に問題を起こす可能性があれば、それらの物質を除去できる処置を行うと良い。たとえば、液体であれば、水洗して乾燥すれば良い。固体であればそれをエッチングする物質(液体。気体)を入れて、その後水洗して乾燥すれば良い。しかし、このような問題を発生させないために、電極・配線5008(5008−1、5008−2)を形成後(保護膜を形成するなら、その後)に、レーザーで圧力伝達孔5012を開ける方法もある。 If it is not desired to seal the through groove 5004, that is, when an external pressure is introduced, the pressure transmission hole 5012 may be formed in the plate 5009. The through groove 5012 can be formed simultaneously with the patterning of the pressure transmission hole 5012 when the contact hole 5007 is formed. After that, since a conductive film is formed, it is necessary to consider entering into the pressure transmission hole 5004 and the through groove. Further, when the pressure transmission hole 5012 is formed, the etching gas, the etching solution, and the substance after etching (gas, liquid, or solid) also enter the through groove. Further, there is a risk that a photosensitive film for forming contact holes and pressure transmission holes, a residual film thereof, a developing solution, and the like may enter. If they can cause problems during subsequent processing or use, measures should be taken to remove those materials. For example, if it is a liquid, it may be washed with water and dried. If it is solid, a substance (liquid or gas) that etches it may be added, then washed with water and dried. However, in order not to cause such a problem, there is a method in which the pressure transmission hole 5012 is opened with a laser after forming the electrode / wiring 5008 (5008-1, 5008-2) (after forming a protective film). is there.

或いは、最初から圧力伝達孔5012やコンタクト孔5007を形成したプレート5009を導電体基板5002に付着させても良い。接着層を用いても圧力伝達孔5012やコンタクト孔5007に残った接着層を除去すれば良い。このようにすれば、プレートにコンタクト孔や圧力伝達孔をあけるプロセスを別に行っておけば良いので、プロセスが短くなり製品作成時間が短くなる。このコンタクト孔や圧力伝達孔の合わせは余り精度は必要がないので、導電体基板5002とプレート5009との合わせに影響はない。 Alternatively, a plate 5009 in which the pressure transmission hole 5012 and the contact hole 5007 are formed from the beginning may be attached to the conductor substrate 5002. Even if an adhesive layer is used, the adhesive layer remaining in the pressure transmission hole 5012 and the contact hole 5007 may be removed. In this way, it is only necessary to perform a separate process for making contact holes and pressure transmission holes in the plate, so the process is shortened and the product creation time is shortened. The alignment of the contact hole and the pressure transmission hole does not require much precision, and therefore does not affect the alignment of the conductor substrate 5002 and the plate 5009.

図10(d)〜(f)に示す実施形態では圧力伝達孔5012を作製しない場合には、貫通溝5004の圧力P1と外部とつながった貫通溝5003−1の圧力P2との差圧で導電体基板の側壁のダイヤフラム5002−2が変形する。尚、貫通溝周囲が導電体基板で露出して問題があれば、保護膜を積層するなどして保護すれば良い。保護膜としては、導電体膜が触れる環境によって適宜、材料と厚みを選択すれば良い。耐湿性向上にはシリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜が良い。また、この図10(d)〜(f)では圧力伝達孔をプレート5009に形成したが、プレート5010に形成しても良い。コンタクト孔および電極・配線もプレート5010に形成しても良い。プレート5009と5010は同じ材料でも良いので、その場合には上下逆転して考えることもできる。 In the embodiment shown in FIGS. 10D to 10F, in the case where the pressure transmission hole 5012 is not manufactured, the pressure conduction hole 5012 is electrically conductive by the differential pressure between the pressure P1 of the through groove 5004 and the pressure P2 of the through groove 5003-1 connected to the outside. The diaphragm 5002-2 on the side wall of the body substrate is deformed. If there is a problem that the periphery of the through groove is exposed on the conductor substrate, it may be protected by laminating a protective film. As the protective film, a material and a thickness may be appropriately selected depending on the environment in which the conductor film is in contact. A silicon nitride film or a silicon oxynitride film is preferable for improving the moisture resistance. 10D to 10F, the pressure transmission hole is formed in the plate 5009, but may be formed in the plate 5010. Contact holes and electrodes / wirings may also be formed in the plate 5010. The plates 5009 and 5010 may be made of the same material. In this case, the plates 5009 and 5010 can be considered upside down.

尚、図10(d)〜(f)に示す容量素子は、図10(a)〜(c)で説明した場合と同様に、貫通溝5003をダイシングで形成することもできる。貫通溝5003−1の溝幅c1はダイシングで決まる。プレート5009および5010のどちらかはダイシングせずに残しておく必要がある。どちらも残して貫通溝5003だけダイシングする場合には適当な波長や強度を持つレーザーを用いてダイシングすると良いが、その場合でもダイシングライン5001においてはプレート5009も5010も切断する必要がある。 Note that, in the capacitive element shown in FIGS. 10D to 10F, the through-groove 5003 can be formed by dicing as in the case described with reference to FIGS. 10A to 10C. The groove width c1 of the through groove 5003-1 is determined by dicing. Either plate 5009 or 5010 needs to be left undiced. When dicing only the through-groove 5003 with both of them remaining, it is preferable to dice using a laser having an appropriate wavelength and intensity.

図11(a)〜(c)は図10(d)〜(f)で示した導電体5002の内部に貫通溝5004がありダイヤフラムとなる導電体基板側壁5002−2とそれと鏡対称なものが貫通溝5003−1を挟んで向かい合わせになっている容量素子を示す。貫通溝5004(5004−1)は、導電体基板5002(5002−2−1、5002−3−1、5002−4−1、5002−5−1)で側面を取り囲まれ、上面および下面はそれぞれプレート5009および5010で覆われていて、閉じた空間となっている。また、圧力伝達孔5012(5012−1)も形成されている。これと鏡対称なものが、貫通溝5003−1を隔てて配置されている。すなわち、貫通溝5004(5004−2)は、導電体基板5002(5002−2−2、5002−3−2、5002−4−2、5002−5−2)で側面を取り囲まれ、上面および下面はそれぞれプレート5009および5010で覆われていて、閉じた空間となっている。また、圧力伝達孔5012(5012−2)も形成されている。導電体基板側壁5002−2−2は導電体基板側壁5002−2−1と対面していて、導電体基板側壁5002−2−1および導電体基板側壁5002−2−2を容量素子の対向電極となり、貫通溝5003−1が容量空間となっている。 11 (a) to 11 (c) show a conductor substrate side wall 5002-2 having a through groove 5004 inside the conductor 5002 shown in FIGS. A capacitor element facing each other across the through groove 5003-1 is shown. The through-groove 5004 (5004-1) is surrounded by a conductor substrate 5002 (5002-2-1, 5002-3-1, 5002-4-1, 5002-5-1), and the upper surface and the lower surface are respectively It is covered with plates 5009 and 5010 and is a closed space. Further, a pressure transmission hole 5012 (5012-1) is also formed. A mirror symmetric one is arranged with a through groove 5003-1 therebetween. That is, the through groove 5004 (5004-2) is surrounded by the conductor substrate 5002 (5002-2-2, 5002-3-2, 5002-4-2, 5002-5-2), and the upper surface and the lower surface. Are covered with plates 5009 and 5010, respectively, and are closed spaces. Further, a pressure transmission hole 5012 (5012-2) is also formed. The conductive substrate side wall 5002-2-2 faces the conductive substrate side wall 5002-2-1, and the conductive substrate side wall 5002-2-1 and the conductive substrate side wall 5002-2-2 are used as counter electrodes of the capacitive element. Thus, the through groove 5003-1 is a capacity space.

これらの電極間距離c8は貫通溝の幅である。貫通溝空間5004−1の圧力P1と貫通溝5003−1の圧力P2の圧力差により、導電体基板側壁5002−2−1は変形する。また、貫通溝空間5004−2の圧力と貫通溝5003−1の圧力P2の圧力差により、導電体基板側壁5002−2−2は変形する。貫通溝空間5004−1の圧力と貫通溝空間5004−2の圧力を同じくし、(たとえば、圧力伝達孔5012(5012−1、5012−2)をあけて、そこから同じ圧力環境に接続すれば良い。)或いは、プロセスで同時に閉空間とすればこれらの空間の圧力は同じとなる。2つの貫通溝空間5004−1と5004−2の圧力をP1とすれば、P1>P2のときには、側壁5002−2−1および5002−2−2はともに貫通溝5003−1側に膨らみ、c8を小さくする。その結果容量が増大する。P1<P2のときは、側壁5002−2−1および5002−2−2はともにへこむので、c8が大きくなり。その結果容量が減少する。このように、図10に示すような片側だけの容量素子よりも圧力変化による感度が良くなる。(c8の変化が大きくなるので)尚、A1−A2断面の側面図が図11(b)で、B1−B2断面の側面図が図11(c)である。コンタクト孔5007(5007−1、5007−2)、電極・配線5008(5008−1、5008−2)も形成されている。 These interelectrode distances c8 are the widths of the through grooves. The conductor substrate side wall 5002-2-1 is deformed by the pressure difference between the pressure P1 of the through groove space 5004-1 and the pressure P2 of the through groove 5003-1. Further, the conductor substrate side wall 5002-2-2 is deformed by the pressure difference between the pressure in the through groove space 5004-2 and the pressure P2 in the through groove 5003-1. If the pressure in the through groove space 5004-1 and the pressure in the through groove space 5004-2 are the same, (for example, the pressure transmission holes 5012 (5012-1 and 5012-2) are opened and then connected to the same pressure environment) Or, if the process is closed at the same time, the pressure in these spaces will be the same. If the pressure in the two through-groove spaces 5004-1 and 5004-2 is P1, when P1> P2, the side walls 5002-2-1 and 5002-2-2 both bulge toward the through-groove 5003-1, and c8 Make it smaller. As a result, the capacity increases. When P1 <P2, the side walls 5002-2-1 and 5002-2-2 are both recessed, so that c8 increases. As a result, the capacity is reduced. Thus, the sensitivity due to the pressure change is improved as compared with the capacitive element on one side as shown in FIG. Note that the side view of the A1-A2 cross section is FIG. 11 (b), and the side view of the B1-B2 cross section is FIG. 11 (c). Contact holes 5007 (5007-1, 5007-2) and electrodes / wirings 5008 (5008-1, 5008-2) are also formed.

図11(d)、(e)は、図11(a)〜(c)に示す実施形態の発展系であり、図11(a)〜(c)に示す向かいあった1組の容量素子をさらに閉空間(これも貫通溝である)5003−6(5003−6−1、5003−6−2、5003−6−3、5003−6−4)で取り囲み、この閉空間5003−6は導電体基板側壁5002−6(5002−6−1、5002−6−2、5002−6−3、5002−6−4)によって側面側を取り囲まれている。また、閉空間5003−6の上面はプレート5009により、閉空間5003−6の下面はプレート5010により閉じられている。(導電体基板5002はプレート5009および5010と付着している。)貫通溝5003−6の圧力を外部から制御する場合には、圧力伝達孔5016を形成する。図11(d)、(e)ではプレート5010に形成しているが、プレート5009に形成することもできる。容量素子側の貫通溝5004(5004−1、5004−2)に形成した圧力伝達孔5012(5012−1、5012−2)から圧力P1を導入し、圧力貫通孔5016から圧力P2を導入すると、容量素子のダイヤフラム5002−2−1および5002−3−1が変形し、圧力差P1−P2を検出できる。本発明の貫通溝5003−6(5003−6−1、5003−6−2、5003−6−3、5003−6−4)および5003−1は外部環境から隔離されているので、図11(a)〜(c)に示すような容量素子とは異なり、外部環境と異なる圧力を貫通溝5003−6(5003−6−1、5003−6−2、5003−6−3、5003−6−4)および5003−1に導入できる。(もちろん、図11(a)〜(c)に示す容量素子を圧力容器などに入れれば、その外側の圧力と異なる状態にすることができる。)さらに容量素子は導電体基板5002−6(5002−6−1、5002−6−2、5002−6−3、5002−6−4)で保護されているので、容量素子を外部環境から隔離できるので、信頼性を向上できる。尚、図11(e)は図(d)のA1−A2に沿った断面の側面図である。コンタクト孔5007(5007−1、5007−2)および電極・配線5008(5008−1、5008−2)も形成されている。貫通溝5003−1の電極間距離c8が、その両側の導電体電極側壁5002−2−1および5002−2−2の変形により変化する。 11D and 11E are development systems of the embodiment shown in FIGS. 11A to 11C, and a pair of facing capacitive elements shown in FIGS. 11A to 11C are shown. Further, it is surrounded by a closed space (also a through groove) 5003-6 (5003-6-1, 5003-6-2, 5003-6-3, 5003-6-4), and this closed space 5003-6 is electrically conductive. The side surface side is surrounded by the body substrate side wall 5002-6 (5002-6-1, 5002-6-2, 5002-6-3, 5002-6-4). Further, the upper surface of the closed space 5003-6 is closed by a plate 5009, and the lower surface of the closed space 5003-6 is closed by a plate 5010. (The conductor substrate 5002 is attached to the plates 5009 and 5010.) When the pressure in the through groove 5003-6 is controlled from the outside, a pressure transmission hole 5016 is formed. Although it is formed on the plate 5010 in FIGS. 11D and 11E, it can also be formed on the plate 5009. When the pressure P1 is introduced from the pressure transmission hole 5012 (5012-1, 5012-2) formed in the through groove 5004 (5004-1, 5004-2) on the capacitor element side, and the pressure P2 is introduced from the pressure through hole 5016, The diaphragms 5002-2-1 and 5002-3-1 of the capacitive element are deformed, and the pressure difference P1-P2 can be detected. Since the through grooves 5003-6 (5003-6-1, 5003-6-2, 5003-6-3, 5003-6-4) and 5003-1 of the present invention are isolated from the external environment, FIG. Unlike the capacitive elements as shown in a) to (c), the through-groove 5003-6 (5003-6-1, 5003-6-2, 5003-6-3, 5003-6) is different from the external environment. 4) and 5003-1. (Of course, if the capacitive element shown in FIGS. 11A to 11C is put in a pressure vessel or the like, it can be in a state different from the pressure on the outside thereof.) Further, the capacitive element is a conductor substrate 5002-6 (5002). -6-1, 5002-6-2, 5002-6-3, and 5002-6-4), the capacitive element can be isolated from the external environment, so that the reliability can be improved. In addition, FIG.11 (e) is a side view of the cross section along A1-A2 of FIG. (D). Contact holes 5007 (5007-1, 5007-2) and electrodes / wirings 5008 (5008-1, 5008-2) are also formed. The inter-electrode distance c8 of the through groove 5003-1 changes due to the deformation of the conductor electrode side walls 5002-2-1 and 5002-2-2 on both sides thereof.

図12(a)、(b)は、図11(d)、(e)をさらに発展させた本発明の実施形態である。この実施形態では、容量素子は4角形形状(平面図の形状を言う。立体的には角柱となる。)で、(三角形形状、5角形形状、それ以上の任意の多角形状でも良い。ここでは矩形形状(正方形状含む長方形状)で記載している。この実施形態では、矩形形状を形成する導電体基板のすべての側面がダイヤフラムの機能を果たす。すなわち、中心に存在する貫通溝5022−1を導電体基板側壁5020−1(各側壁は5020−1−1、5020−1−2、5020−1−3、5020−1−4)が囲む。その周囲を貫通溝5022−2(5022−2−1、5022−2−2、5022−2−3、5022−2−4)が囲む。さらにその貫通溝を導電体基板側壁5020−2(各側壁は5020−2−1、5020−2−2、5020−2−3、5020−2−4)が囲む。その周囲を貫通溝5023−2(5023−2−1、5023−2−2、5023−2−3、5023−2−4)が囲む。さらにこの貫通溝を導電体基板側壁5020−3(各側壁は5020−3−1、5020−3−2、5020−3−3、5020−3−4)が囲む。これらの貫通溝内の圧力によって、各導電体基板の側壁が変形する。たとえば、貫通溝5022−1の圧力と貫通溝5022−2の圧力差により、5020−1の各側壁が変形する。また、貫通溝5022−2の圧力と貫通溝5022−3の圧力差により、5020−2の各側壁が変形する。 12 (a) and 12 (b) show an embodiment of the present invention that is a further development of FIGS. 11 (d) and 11 (e). In this embodiment, the capacitive element has a quadrangular shape (refers to the shape of a plan view, which is a three-dimensional prism), and may be a triangular shape, a pentagonal shape, or any other polygonal shape. In this embodiment, all the side surfaces of the conductive substrate forming the rectangular shape function as a diaphragm, that is, the through groove 5022-1 existing at the center. Is surrounded by a conductor substrate side wall 5020-1 (each side wall is 5020-1-1, 5020-1-2, 5020-1-3, 5020-1-4). 2-1, 5022-2-2, 5022-2-3, 5022-2-4), and the through-groove is surrounded by a conductor substrate side wall 5020-2 (each side wall is 5020-2-1, 5020-2). -2, 5020-2 3, 5020-2-4) which surrounds by a through groove 5023-2 (5023-2-1, 5023-2-2, 5023-2-3, 5023-2-4). The conductor substrate side wall 5020-3 (each side wall is 5020-3-1, 5020-3-2, 5020-3-3, 5020-3-4) is surrounded by the groove. The side wall of the conductor substrate is deformed, for example, each side wall of 5020-1 is deformed by the pressure difference between the through groove 5022-1 and the through groove 5022-2. Each side wall of 5020-2 is deformed by the pressure difference of the groove 5022-3.

従って、導電体基板側壁5020−1を1つの電極とし、導電体基板側壁5020−2を他方の電極とし、貫通溝5022−2を容量空間とする容量素子が形成される。周囲がすべて容量となっているので、少ない面積で大きな容量を作ることができる。(尚、1面だけの場合は図11(d)、(e)に示されているが、2面だけに容量を作ることもでき、さらに3面だけに容量を作ることができる。ここで容量と言っているのは、圧力差によって容量が変化する容量を言う。)各側壁の厚み(変形する側壁の厚みのことで、図に示すe2およびe3)は使用する圧力や、ダイヤフラムの大きさ、材料の特性で選定すれば良い。4面の側壁厚みを適宜変更しても良い。(同じ厚みにすれば側壁変形量はほぼ同じになる。)貫通溝幅では図に示すj2が容量特性に影響するので、精度良く形成する必要がある。この貫通溝幅も4面それぞれで変更することもできる。(同じにすれば、その両側の側壁電極の厚みも同じにすれば、容量変化も同じになる。)図12(a)、(b)で示す容量素子の周りをさらに貫通溝、その周りを導電体基板で囲むということを繰り返して、多数の容量素子を作ることもできる。一番外側に来る導電体基板の厚み(図12(a)、(b)では、5020−3の厚みe1)は他の変形する側壁よりも厚くして圧力差により変形しないようにすることが望ましい。圧力センサーとしての強度や信頼性を確保し、内部の容量素子を保護する役目を果たしているのが、5020−3である。貫通溝5022−3の幅j1はそれほど正確に管理しなくても良いが、測定圧力内で導電体側壁5020−2が最外側の導電体側壁5020−3と接触しないようにする必要がある。尚中心部に貫通溝ではなくて、矩形形状の導電体基板5020を配置してそのまわりを貫通溝、そのまわりを導電体基板の側壁電極として次々に囲むこともできる。この場合、中心にある導電体基板5020は変形しないが電極として使用することができる。 Accordingly, a capacitive element is formed in which the conductive substrate side wall 5020-1 is one electrode, the conductive substrate side wall 5020-2 is the other electrode, and the through groove 5022-2 is a capacitive space. Since the entire periphery is a capacity, a large capacity can be made with a small area. (Note that the case of only one surface is shown in FIGS. 11 (d) and 11 (e), the capacitance can be made only on two surfaces, and the capacitance can be made only on three surfaces. Capacitance refers to the capacity at which the capacity changes due to the pressure difference.) The thickness of each side wall (the thickness of the deforming side wall, e2 and e3 in the figure) is the pressure used and the size of the diaphragm. The selection may be made according to the material characteristics. You may change suitably the side wall thickness of 4 surfaces. (If the thickness is the same, the amount of side wall deformation will be substantially the same.) In the through groove width, j2 shown in the figure affects the capacity characteristics, so it must be formed with high accuracy. The through groove width can also be changed on each of the four surfaces. (If it is the same, if the thickness of the side wall electrodes on both sides is also the same, the capacitance change will be the same.) Further, a through groove is provided around the capacitive element shown in FIGS. A large number of capacitor elements can be formed by repeating the surrounding with the conductor substrate. The thickness of the outermost conductive substrate (thickness e1 of 5020-3 in FIGS. 12A and 12B) is made thicker than other deforming side walls so as not to be deformed by a pressure difference. desirable. 5020-3 plays a role of securing the strength and reliability as a pressure sensor and protecting the internal capacitive element. The width j1 of the through groove 5022-3 may not be managed so accurately, but the conductor side wall 5020-2 should not be in contact with the outermost conductor side wall 5020-3 within the measurement pressure. In addition, instead of the through groove at the center, a rectangular conductive substrate 5020 can be arranged and surrounded by a through groove and the periphery as a side wall electrode of the conductive substrate. In this case, the conductor substrate 5020 at the center is not deformed but can be used as an electrode.

図12(a)のA1―A2断面の側面図が図12(b)である。導電体基板5020の上面にプレート5009、下面にプレート5010が付着して、貫通溝を閉空間としている。貫通溝5022−3(5022−3−1、5022−3−3)にはプレート5009に圧力伝達孔5024(5024−1、5024−2)があいている。貫通溝は5022−3−1、5022−3−3はつながっているので、圧力伝達孔5024(5024−1、5024−2)は1つでも良い。中心の貫通溝5022−1にもプレート5009に圧力伝達孔5023があいている。さらに、貫通溝5022−2(5022−2−1、5022−2−3)にはプレート5010に圧力伝達孔5025(5025−1、5025−2)があいている。貫通溝は5022−2−1、5022−2−3はつながっているので、圧力伝達孔5025(5024−1、5024−2)は1つでも良い。貫通溝5022−1の圧力と貫通溝5022−3の圧力は異なっていても良いが、その場合には、圧力伝達孔につながる部分の圧力も異なってくる。ここでは、同じ圧力P1が導入されるとする。貫通溝5022−2の圧力をP2とすると、P1とP2の圧力差により、貫通溝5022−2を囲む導電体基板側壁5020−2(5020−2−1、5020−2−2、5020−2−3、5020−2−4)および、5020−1(5020−1−1、5020−1−2、5020−1−3、5020−1−4)は変形し。これらの電極によって挟まれた容量空間5022−2(5022−2−1、5022−2−2、5022−2−3、5022−2−4)の容量が変化する。この容量変化を検出することにより、圧力差が分かる。図12(a)、(b)に示す矩形(4角形)形状の容量素子は角部は殆ど変形せず、その側面の側壁電極が変形すると考えることができる。これによって、シンプルに側壁が変形するので、ダイヤフラムとして扱い易い。従って、容量変化も前述した式をもとにして計算できるし、逆に容量変化から圧力差を計算できる。たとえば、容量空間である貫通溝5022−2の静電容量を各側壁電極につき、C1〜C4とすれば、導電体側壁5020−1および5020−2に生じる静電容量Cは、C1〜C4の並列接続と考えることができるので、C=C1+C2+C3+C4となる。従って、1つの対向する側壁電極間に生じる静電容量の約4倍の容量を示し、その変化量も約4倍となる。 FIG. 12B is a side view of the A1-A2 cross section of FIG. A plate 5009 is attached to the upper surface of the conductor substrate 5020, and a plate 5010 is attached to the lower surface to make the through groove a closed space. Pressure transmission holes 5024 (5024-1, 5024-2) are formed in the plate 5009 in the through grooves 5022-3 (5022-3-1, 5022-3-3). Since the through grooves 5022-3-1 and 5022-3-3 are connected, one pressure transmission hole 5024 (5024-1, 5024-2) may be provided. A pressure transmission hole 5023 is formed in the plate 5009 also in the central through groove 5022-1. Further, pressure transmission holes 5025 (5025-1 and 5025-2) are formed in the plate 5010 in the through grooves 5022-2 (5022-2-1 and 5022-2-3). Since the through-grooves 5022-2-1 and 5022-2-3 are connected, one pressure transmission hole 5025 (5024-1, 5024-2) may be provided. The pressure of the through groove 5022-1 and the pressure of the through groove 5022-3 may be different, but in that case, the pressure of the portion connected to the pressure transmission hole is also different. Here, it is assumed that the same pressure P1 is introduced. Assuming that the pressure of the through groove 5022-2 is P2, due to the pressure difference between P1 and P2, the conductor substrate side wall 5020-2 (5020-2-1, 5020-2-2, 5020-2) surrounding the through groove 5022-2. -3, 5020-2-4) and 5020-1 (5020-1-1, 5020-1-2, 5020-1-3, 5020-1-4) are deformed. The capacity of the capacitive space 5022-2 (5022-2-1, 5022-2-2, 5022-2-3, 5022-2-4) sandwiched between these electrodes changes. By detecting this change in capacitance, the pressure difference can be determined. It can be considered that the rectangular (tetragonal) capacitor elements shown in FIGS. 12A and 12B are hardly deformed at the corners and the side wall electrodes on the side surfaces thereof are deformed. As a result, the side wall is simply deformed, so that it is easy to handle as a diaphragm. Accordingly, the change in capacity can be calculated based on the above-described formula, and the pressure difference can be calculated from the change in capacity. For example, if the capacitance of the through groove 5022-2, which is a capacitance space, is C1 to C4 for each side wall electrode, the capacitance C generated on the conductor side walls 5020-1 and 5020-2 is C1 to C4. Since it can be considered as parallel connection, C = C1 + C2 + C3 + C4. Accordingly, the capacitance is about four times as large as the capacitance generated between one opposing side wall electrodes, and the amount of change is also about four times.

図12(a)、(b)のさらなる発展実施形態として、多角形形状のものの多角形を大きくすれば究極的には円形状や楕円形状になる。円形形状の場合について、図12(c)、(d)に示す。図12(c)はその平面図を示す。中心部に貫通溝5032−1、その周りに円形形状の導電体基板の側壁電極5030−1、その周囲に貫通溝5032−2、その周りに円形形状の導電体基板の側壁電極5030−2、その周囲に貫通溝5032−3、その周りに円形形状の導電体基板の5030−3がある。この周りをさらに貫通溝、そのまた周囲を導電体基板で囲んで多数の容量素子を形成しても良い。これらの容量素子は、プレート5009や5010にコンタクト孔および電虚・配線を形成して並列或いは直列或いは他の素子と接続することができる。図12(c)、(d)に示す容量素子は円形形状の素子となっているが厚さ方向を考えれば円筒(或いは円柱)形状の容量素子である。一番外側の導電体基板も電極として使用することはできるが、余り薄くはできないので、通常は側壁が変形しない電極となる。しかし、一番外側を露出させて電極とすると水分や汚染等の影響で容量素子の特性が悪くなる可能性があるので、保護膜や保護樹脂を形成した方が良い。通常は一番外側の導電体基板は電極としては使用せず、容量素子パッケージの保護基板として使用した方が良い。強度や耐環境性を考えて厚みを厚くした方が良い。また最外側は円形にする必要がなく任意の形状、たとえば四角形形状或いは矩形形状(立体的に見れば、四角柱形状或いは矩形柱状)とすることができる。 As a further development of FIGS. 12 (a) and 12 (b), if the polygonal shape of the polygonal shape is increased, the shape will ultimately be circular or elliptical. The case of a circular shape is shown in FIGS. 12 (c) and 12 (d). FIG. 12C shows a plan view thereof. A through-groove 5032-1 in the center, a circular electrode substrate sidewall electrode 5030-1 around it, a through-groove 5032-2 around it, and a circular conductor substrate sidewall electrode 5030-2 around it, There are through-grooves 5032-3 around the periphery, and there are circular conductor substrates 5030-3 around them. A plurality of capacitive elements may be formed by surrounding the periphery with a through groove and surrounding the periphery with a conductor substrate. These capacitive elements can be connected in parallel or in series or other elements by forming contact holes and electrical lines / wirings in the plates 5009 and 5010. The capacitive element shown in FIGS. 12C and 12D is a circular element, but considering the thickness direction, it is a cylindrical (or column) capacitive element. The outermost conductor substrate can also be used as an electrode, but it cannot be made very thin, so that it is usually an electrode whose side wall is not deformed. However, if the outermost electrode is exposed and used as an electrode, the characteristics of the capacitive element may be deteriorated due to the influence of moisture, contamination, or the like. Therefore, it is better to form a protective film or a protective resin. Normally, the outermost conductive substrate is not used as an electrode, but is preferably used as a protective substrate for the capacitive element package. It is better to increase the thickness in consideration of strength and environmental resistance. Further, the outermost side does not need to be circular, and can have any shape, for example, a quadrangular shape or a rectangular shape (in a three-dimensional view, a quadrangular prism shape or a rectangular column shape).

図12(d)は図12(d)のA1−A2断面の側面図を示す。導電体基板5030の上面にはプレート5009が付着し、導電体基板5030の下面にはプレート5010が付着して貫通溝を閉空間にしている。貫通溝5032−1にはプレート5009に圧力伝達孔5033が形成され、貫通溝5032−2にはプレート5010に圧力伝達孔5035(5035−1、5035−2)が形成され、貫通溝5032−3にはプレート5009に圧力伝達孔5034(5034−1、5034−2)が形成されている。本実施形態は貫通溝が円形(円筒、或いは円柱)形状に(貫通溝5032−2も)形成され、それ(貫通溝5032−2)を挟んでいる導電体基板の側壁電極5030−1および5030−2も円形(円筒、或いは円柱)形状に形成され、それを同心円状に形成することにより、容量空間となる貫通溝5032−2の幅(電極間距離)r(j2)はどこでも一定となる。側壁電極およびそれらに挟まれた貫通溝も同心円状に形成すれば、側壁電極503−1の変形量はどこでもほぼ一定となり、側壁電極5030−2の変形量もどこでもほぼ一定となる。従って、側壁電極5030−1と5030−2の間の貫通溝5032−2に生じる容量も圧力差による容量変化もどこでもほぼ一定となる。この容量変化から圧力差を知ることが可能となる。圧力伝達孔5034、5033、5035を用いた圧力差によって、rが変化するので、容量が変化し、これを用いて圧力差を知ることができる。 FIG.12 (d) shows the side view of A1-A2 cross section of FIG.12 (d). A plate 5009 is attached to the upper surface of the conductor substrate 5030, and a plate 5010 is attached to the lower surface of the conductor substrate 5030 to make the through groove a closed space. In the through groove 5032-1, a pressure transmission hole 5033 is formed in the plate 5009, and in the through groove 5032-2, a pressure transmission hole 5035 (5035-1, 5035-2) is formed in the plate 5010, and the through groove 5032-3 is formed. The plate 5009 is formed with pressure transmission holes 5034 (5034-1, 5034-2). In this embodiment, the through-groove is formed in a circular shape (cylindrical or cylindrical) (also the through-groove 5032-2), and the side wall electrodes 5030-1 and 5030 of the conductor substrate sandwiching the through-groove (through groove 5032-2). -2 is also formed in a circular (cylindrical or cylindrical) shape, and by forming it concentrically, the width (distance between electrodes) r (j2) of the through-groove 5032-2 serving as a capacity space is constant everywhere. . If the side wall electrodes and the through-grooves sandwiched between them are also formed concentrically, the deformation amount of the side wall electrode 503-1 becomes almost constant everywhere, and the deformation amount of the side wall electrode 5030-2 becomes almost constant everywhere. Accordingly, the capacitance generated in the through groove 5032-2 between the side wall electrodes 5030-1 and 5030-2 and the capacitance change due to the pressure difference are almost constant everywhere. It is possible to know the pressure difference from this change in capacity. Since r changes depending on the pressure difference using the pressure transmission holes 5034, 5033, and 5035, the capacity changes, and this can be used to know the pressure difference.

図12(c)、(d)は円形形状であるが、楕円形状や他の閉曲線形状を用いて、容量空間となる貫通溝全体の幅(電極間距離)を一定にすることができる。さらにこれらの曲線形状と多角系形状の容量素子を組み合わせることもできる。最外側の形状だけ取扱易い形状(たとえば、四角形形状や矩形形状)にしておくことができるので、圧力に応じて自由に組み合わせることが可能である。 Although FIGS. 12C and 12D are circular shapes, the width (distance between electrodes) of the entire through groove serving as the capacitor space can be made constant by using an elliptical shape or other closed curve shape. Furthermore, these curved and polygonal capacitative elements can be combined. Since only the outermost shape can be made into a shape that is easy to handle (for example, a square shape or a rectangular shape), it can be freely combined depending on the pressure.

図5は本発明の幾つかの実施形態である半導体圧力センサーの構造を示す。図5(a)において、半導体基板11の表面に半導体基板の厚み方向に深い溝16、17、18、19、20が存在する。この溝は、直方体形状になっていて、半導体基板表面の上方から見ると矩形形状になっている。これらの溝および半導体基板表面には絶縁膜12が存在する。溝16、18、20の溝の表面および底面、並びに半導体基板の所望部分に導電膜13が存在する。溝16と18の間に存在する溝17には導電膜13は存在しない。また、溝18と20の間に存在する溝19にも導電膜13は存在しない。溝17や19はキャップ14で蓋がされていて、溝17、19の内部は気密された空間15、25になっている。一方、16、18、20の溝は口が開放されていて、外界環境(圧力を測定すべき所)と同じ圧力になっている。気密空間15、25の内部圧力は、通常は真空に近い低い圧力状態になっている。ただし、外部環境の圧力によっては、大気圧に近い減圧状態になる場合もあるし、大気圧以上の圧力になる場合もある。あるいは、蓋に圧力伝達孔を設けて別の圧力を印加しても良い。溝16と溝17の間における半導体基板21の厚み、溝18と溝17の間における半導体基板22の厚み、溝18と溝19の間における半導体基板23の厚み、および溝19と溝20の間における半導体基板24の厚みは薄く、圧力によりそれぞれの半導体基板21〜24が変形できるようになっている。これらの厚みは同じでなくても良いが、同じ厚みtである方が圧力計算が容易である。 FIG. 5 shows the structure of a semiconductor pressure sensor according to some embodiments of the present invention. 5A, deep grooves 16, 17, 18, 19, and 20 exist on the surface of the semiconductor substrate 11 in the thickness direction of the semiconductor substrate. This groove has a rectangular parallelepiped shape, and has a rectangular shape when viewed from above the surface of the semiconductor substrate. Insulating films 12 exist in these trenches and the semiconductor substrate surface. The conductive film 13 is present on the front and bottom surfaces of the grooves 16, 18, and 20 and on a desired portion of the semiconductor substrate. The conductive film 13 does not exist in the groove 17 existing between the grooves 16 and 18. Further, the conductive film 13 does not exist in the groove 19 existing between the grooves 18 and 20. The grooves 17 and 19 are covered with a cap 14, and the interiors of the grooves 17 and 19 are airtight spaces 15 and 25. On the other hand, the groove | channels of 16, 18, and 20 are open | released, and are the same pressure as external environment (place which should measure a pressure). The internal pressure of the airtight spaces 15 and 25 is normally in a low pressure state close to vacuum. However, depending on the pressure of the external environment, there may be a reduced pressure state close to atmospheric pressure, or a pressure higher than atmospheric pressure. Alternatively, another pressure may be applied by providing a pressure transmission hole in the lid. The thickness of the semiconductor substrate 21 between the grooves 16 and 17, the thickness of the semiconductor substrate 22 between the grooves 18 and 17, the thickness of the semiconductor substrate 23 between the grooves 18 and 19, and the gap between the grooves 19 and 20. The thickness of the semiconductor substrate 24 is thin, and the semiconductor substrates 21 to 24 can be deformed by pressure. These thicknesses may not be the same, but pressure calculation is easier when the thicknesses are the same.

図5(a)における電極Aと電極Bとの間の静電容量は、絶縁膜12−半導体基板21−絶縁膜12−空間15―絶縁膜12―半導体基板22―絶縁膜12の直列接続となっている。溝16および18の圧力と溝17の圧力差によって、半導体基板側壁21および22が変形し、空間15の静電容量が変化する。従って、電極Aと電極Bとの間の静電容量も変化するので、圧力差を計算できる。同様に電極Bと電極Cとの間の静電容量も変化するので、圧力差を計算できる。この静電容量測定用単位構造が1個でも圧力計算はできるが、これらの静電容量測定構造を多数並べれば圧力差による静電容量の変化量が大きくなるので、圧力検出の精度が高まる。 The electrostatic capacitance between the electrode A and the electrode B in FIG. 5A is the series connection of the insulating film 12 -the semiconductor substrate 21 -the insulating film 12 -the space 15 -the insulating film 12 -the semiconductor substrate 22 -the insulating film 12. It has become. Due to the pressure difference between the grooves 16 and 18 and the pressure between the grooves 17, the semiconductor substrate side walls 21 and 22 are deformed, and the capacitance of the space 15 changes. Therefore, since the electrostatic capacitance between the electrode A and the electrode B also changes, the pressure difference can be calculated. Similarly, since the capacitance between the electrode B and the electrode C also changes, the pressure difference can be calculated. Although the pressure can be calculated even with one capacitance measuring unit structure, if a large number of these capacitance measuring structures are arranged, the amount of change in capacitance due to the pressure difference increases, so the accuracy of pressure detection increases.

Si等の半導体基板11(ガラス、セラミック、プラスチック、等の絶縁体基板でも良い)の第1面に溝16〜20を形成する領域を露光法により感光性膜で窓開けをして、半導体基板をエッチングし、基板面に対して垂直な凹部(溝)16〜20を形成する。次に、凹部内面および第1面にSiO2膜等の絶縁膜12を形成し、さらにPolySi膜やAl膜や銅膜等の導電体膜13を積層し、必要なパターニングを行なう。このパターニングでは、凹部17、25の導電体膜13は除去し、凹部16、19の導電体膜13は除去しない。凹部内でのパターニングは不要で、半導体基板11の第1面上におけるパターニングであるから、通常のフォトリソ法でプロセスできる。この導電体膜13は配線および電極としても使用できる。半導体基板11のの第1面に接着剤等を用いてキャップ基板14を付着し、所望の場所を除去する。たとえば、凹部17、25上にはキャップ基板14で蓋をし、凹部16、18、20は開口する。既に孔のあいているキャップ基板14をマスク合わせして付着させても良い。基板がSiの場合は、絶縁膜12を除去してガラス基板を陽極接合することもできる。あるいは、凹部16、18、20も蓋をして、その一部のみ圧力伝達孔を開けても良い。凹部17、25にも圧力を伝達する場合は、蓋14に圧力伝達孔を開ける。キャップ基板14の付着前後で、導電体膜13上にSiN膜等の保護膜を形成し、必要な窓開け(パッド部分)をすることもできる。基板側壁21、22、23、24は圧力差により変形するが、その厚みtが薄いほど変形しやすい。Si半導体基板では、圧力差にもよるが約1μm〜30μm、好適には、約1μm〜15μmが良い。ヤング率の小さな材料(プラスチックやゴム)を基板とすれば、このtをもっと厚くできる。作製法もインプリント法を用いることによりもっと簡単になる。溝の深さhや溝の長さ(奥行き)を大きくすることにより静電容量が増大するので、感度が良くなるり、約50μm以上、好適には約100μm以上、もっと好適には約500μm以上とする。また、溝17、25の幅も静電容量に寄与するので、小さいほど良いが、圧力伝達がスムーズにできるように約10μm〜100μm、好適には約10μm〜50μmが良い。溝16、18、20の幅は特性には影響しないが、圧力がスムーズに伝達でき、絶縁膜や導電体膜が溝内部に積層可能な幅が望ましく、約5μm〜10μm以上が良い。尚、キャップ57は、ガラス、セラミック、高分子材料などの絶縁基板である。 A region where grooves 16 to 20 are formed on the first surface of a semiconductor substrate 11 such as Si (or an insulating substrate such as glass, ceramic, plastic, etc.) is opened with a photosensitive film by an exposure method, and the semiconductor substrate Are etched to form recesses (grooves) 16 to 20 perpendicular to the substrate surface. Next, an insulating film 12 such as a SiO2 film is formed on the inner surface and the first surface of the recess, and further a conductor film 13 such as a PolySi film, an Al film, or a copper film is laminated, and necessary patterning is performed. In this patterning, the conductor film 13 in the recesses 17 and 25 is removed, and the conductor film 13 in the recesses 16 and 19 is not removed. Patterning in the recess is not necessary, and patterning on the first surface of the semiconductor substrate 11 can be performed by a normal photolithography method. This conductor film 13 can also be used as wiring and electrodes. A cap substrate 14 is attached to the first surface of the semiconductor substrate 11 using an adhesive or the like, and a desired location is removed. For example, the recesses 17 and 25 are covered with the cap substrate 14, and the recesses 16, 18, and 20 are opened. The cap substrate 14 already having holes may be attached by mask alignment. When the substrate is Si, the insulating film 12 can be removed and the glass substrate can be anodically bonded. Alternatively, the recesses 16, 18, and 20 may be covered and only a part of the pressure transmission holes may be opened. When pressure is transmitted also to the recesses 17 and 25, a pressure transmission hole is formed in the lid 14. A protective film such as a SiN film can be formed on the conductor film 13 before and after the cap substrate 14 is attached, and necessary windows can be opened (pad portions). The substrate side walls 21, 22, 23, and 24 are deformed by a pressure difference, but the substrate side walls 21, 22, 23, and 24 are more easily deformed as the thickness t is thinner. In the Si semiconductor substrate, although it depends on the pressure difference, it is about 1 μm to 30 μm, preferably about 1 μm to 15 μm. If a material having a low Young's modulus (plastic or rubber) is used as the substrate, this t can be made thicker. The production method is also simplified by using the imprint method. The capacitance increases by increasing the groove depth h and the groove length (depth), so the sensitivity is improved, and the sensitivity is improved to about 50 μm or more, preferably about 100 μm or more, more preferably about 500 μm or more. And Further, the width of the grooves 17 and 25 also contributes to the capacitance, so it is preferable that the width is small. The width of the grooves 16, 18, and 20 does not affect the characteristics, but it is desirable that the pressure can be transmitted smoothly and an insulating film or a conductor film can be stacked inside the groove, and is preferably about 5 μm to 10 μm or more. The cap 57 is an insulating substrate such as glass, ceramic, or polymer material.

図5(b)は図5(a)の変形であり、容量空間15、25となる溝17および19の基板側壁に対向電極13(13−1、2、3、4)を作製する。これによって、圧力差による静電容量変化は2つの電極13−1と2、または13−3と4の間で発生するので、感度が高くなる。凹部17、19内に導電体膜13を積層した後、凹部底面、凹部の奥行き側の対向側面における導電体膜は、感光性膜をパターニングして、エッチングにより除去する。また、キャップ基板14は、導電体膜13(13−1、2、3、4)上に気密に接着剤等で付着する。導電体膜13上にSiO2等の絶縁膜を形成しても良い。 FIG. 5B is a modification of FIG. 5A, and the counter electrode 13 (13-1, 2, 3, 4) is formed on the substrate side walls of the grooves 17 and 19 that become the capacity spaces 15 and 25. As a result, the capacitance change due to the pressure difference is generated between the two electrodes 13-1 and 2 or 13-3 and 4, so that the sensitivity is increased. After the conductor film 13 is stacked in the recesses 17 and 19, the conductor film on the bottom surface of the recess and the opposite side surface on the depth side of the recess is removed by etching after patterning the photosensitive film. In addition, the cap substrate 14 is airtightly adhered to the conductor film 13 (13-1, 2, 3, 4) with an adhesive or the like. An insulating film such as SiO 2 may be formed on the conductor film 13.

次に本発明の別の実施形態を図5(c)に基づいて説明する。図5(c)において、半導体基板61の第1の面(表面)からその裏である半導体基板61の第2の面(裏面)に貫通する溝部(貫通孔)71〜74が存在する。貫通孔71〜74の内壁および半導体基板表面および裏面の必要な部分に絶縁膜62があり、その上であって貫通孔71〜74の内壁および半導体基板表面および裏面の必要な部分に導電体層63が形成されている。さらに半導体基板61の表面および裏面の導電体層63、必要ならば溝71〜74の内部の導電体層63の上に絶縁膜64を形成している。絶縁膜62は、半導体基板面(表面、裏面、溝部内壁)と導電体層63と絶縁する目的で存在する。ただし、接続が必要な部分の絶縁膜62は導電体膜63を形成する前に除去される。貫通孔71〜74は、平面的には長方形(横(幅)m、縦n)であり、深さはh(この場合、半導体基板61を貫通しているので、半導体基板の厚みに等しくなる。)であり、従って、貫通孔71〜74の形状は直方体となっている。絶縁膜64の目的は、導電体層の保護と絶縁性の確保である。この後で、絶縁膜64の上に、キャップ基板65(半導体表面側)およびキャップ基板66が接着されている。尚、問題ないならば、導電体膜63の上に直接キャップウエハ65や66を接着しても良い。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5C, there are grooves (through holes) 71 to 74 penetrating from the first surface (front surface) of the semiconductor substrate 61 to the second surface (back surface) of the semiconductor substrate 61 which is the back surface thereof. An insulating film 62 is provided on the inner wall of through-holes 71 to 74 and necessary portions of the front and back surfaces of the semiconductor substrate, and a conductor layer is provided on the inner wall of through-holes 71 to 74 and necessary portions of the front and back surfaces of the semiconductor substrate. 63 is formed. Further, an insulating film 64 is formed on the conductor layer 63 on the front and back surfaces of the semiconductor substrate 61 and, if necessary, on the conductor layer 63 inside the grooves 71 to 74. The insulating film 62 exists for the purpose of insulating the semiconductor substrate surface (front surface, back surface, groove inner wall) and the conductor layer 63. However, the insulating film 62 in a portion requiring connection is removed before the conductor film 63 is formed. The through holes 71 to 74 are rectangular (horizontal (width) m, vertical n) in plan view, and the depth is h (in this case, since it penetrates the semiconductor substrate 61, it is equal to the thickness of the semiconductor substrate). Therefore, the shape of the through holes 71 to 74 is a rectangular parallelepiped. The purpose of the insulating film 64 is to protect the conductor layer and ensure insulation. Thereafter, the cap substrate 65 (semiconductor surface side) and the cap substrate 66 are bonded onto the insulating film 64. If there is no problem, the cap wafers 65 and 66 may be bonded directly on the conductor film 63.

貫通孔71〜74には、半導体基板表面側または裏面側で交互に外部環境とつながる圧力導通孔67(表面側)、68(裏面側)があいている。すなわち、貫通孔71には裏面側に圧力導通孔68があいていて、貫通孔71の隣の貫通孔72には表面側に圧力導通孔67があいている。貫通孔72の隣の貫通孔73には裏面側に圧力導通孔68があいていて、貫通孔73の隣の貫通孔74には表面側に圧力導通孔67があいている。この圧力導通孔67や68は、キャップ基板65や66を接着する前にあいていても良いし、キャップ基板65や66を接着した後であけても良い。このように形成された貫通孔71は圧力導通孔68以外に外部環境と導通する所はなく、気密になっている。貫通孔72は圧力導通孔67以外に外部環境と導通する所はなく、気密になっている。貫通孔73や74も同様である。本実施形態では、すべての貫通孔71〜74を容量空間として活用できるので、非常に効率が良い。すなわち、基板側壁61−1は圧力差P1−P2により変形し、貫通孔71の空間容量が変化して、電極63−1と63−2との間の静電容量が変化する。また、圧力差P1−P2により基板側壁61−1および63−4が変形し、貫通孔72の空間容量が変化して、電極63−3と63−4との間の静電容量が変化する。他も同様である。この方法では、基板側壁側面に導電体膜63を形成するので、基板が導電体でなくても半導体や絶縁体基板でも適用できる。尚mは貫通孔の幅、vは電極間距離である。これらを多数並べて並列接続すれば、容量が増大するので感度が高まる。m=20μm、t=10μmとすれば、幅方向に10個並べても約300μmであり、非常に小さなセンサを作製できる。 The through holes 71 to 74 have pressure conduction holes 67 (front surface side) and 68 (rear surface side) that are alternately connected to the external environment on the front surface side or the back surface side of the semiconductor substrate. That is, the through hole 71 has a pressure conduction hole 68 on the back surface side, and the through hole 72 adjacent to the through hole 71 has a pressure conduction hole 67 on the surface side. The through hole 73 adjacent to the through hole 72 has a pressure conduction hole 68 on the back surface side, and the through hole 74 adjacent to the through hole 73 has a pressure conduction hole 67 on the surface side. The pressure conduction holes 67 and 68 may be opened before the cap substrates 65 and 66 are bonded, or may be opened after the cap substrates 65 and 66 are bonded. The through hole 71 formed in this way has no place to conduct to the external environment other than the pressure conduction hole 68 and is airtight. The through hole 72 is airtight without any place other than the pressure conduction hole 67 and conducting to the external environment. The same applies to the through holes 73 and 74. In this embodiment, since all the through holes 71 to 74 can be utilized as a capacity space, the efficiency is very good. That is, the substrate side wall 61-1 is deformed by the pressure difference P1-P2, the space capacitance of the through hole 71 is changed, and the capacitance between the electrodes 63-1 and 63-2 is changed. Further, the substrate side walls 61-1 and 63-4 are deformed by the pressure difference P1-P2, the space capacity of the through hole 72 is changed, and the capacitance between the electrodes 63-3 and 63-4 is changed. . Others are the same. In this method, since the conductor film 63 is formed on the side wall of the substrate, the present invention can be applied to a semiconductor or an insulator substrate even if the substrate is not a conductor. Here, m is the width of the through hole, and v is the distance between the electrodes. If many of these are arranged side by side and connected in parallel, the capacity increases and the sensitivity increases. If m = 20 μm and t = 10 μm, even if 10 are arranged in the width direction, it is about 300 μm, and a very small sensor can be manufactured.

図5(d)の実施形態では、半導体基板81の両面(表面および裏面)から溝部91、92および溝部93、94を形成し、完全に貫通させないで、反対側の面に溝部が達しないようにする。溝部の重なり部分を利用して、容量を形成する。溝部内部および半導体基板表面・裏面には絶縁膜82、83および導電体膜84、85を形成する。溝部内部の導電体膜84は底部および側面部(紙面と垂直方向)で除去され、互いに対向して電極となり、容量を形成する。溝部はキャップ86、87で蓋をされ、圧力導通孔88、89が形成される。圧力導通孔から圧力が伝達される。たとえば、半導体基板の表面側の溝部93、94の圧力導通孔89からはP1の圧力がかかり、半導体基板の裏面側の溝部91、92の圧力導通孔88からはP2の圧力がかかる。P1とP2の圧力差により、溝部91と94の間にある半導体基板側壁81(81−1)が、溝部92と94の間にある半導体基板側壁81(81−2)が、溝部92と93の間にある半導体基板側壁81(81−3)が変形(湾曲)する。これらの変形により、溝部91〜94の溝幅が変化して、溝部の側壁に形成された対向電極に発生する容量が変化する。この変化を利用して、圧力センサーを形成できる。 In the embodiment of FIG. 5D, the groove portions 91 and 92 and the groove portions 93 and 94 are formed from both surfaces (the front surface and the back surface) of the semiconductor substrate 81, and the groove portions do not reach the opposite surface without being completely penetrated. To. A capacitance is formed by utilizing the overlapping portion of the groove. Insulating films 82 and 83 and conductor films 84 and 85 are formed inside the groove and on the front and back surfaces of the semiconductor substrate. The conductor film 84 inside the groove is removed at the bottom and side portions (in the direction perpendicular to the paper surface), and is opposed to each other to serve as an electrode to form a capacitor. The groove is covered with caps 86 and 87 to form pressure conduction holes 88 and 89. Pressure is transmitted from the pressure conduction hole. For example, P1 pressure is applied from the pressure conduction holes 89 of the grooves 93 and 94 on the front surface side of the semiconductor substrate, and P2 pressure is applied from the pressure conduction holes 88 of the groove portions 91 and 92 on the back surface side of the semiconductor substrate. Due to the pressure difference between P1 and P2, the semiconductor substrate side wall 81 (81-1) between the groove portions 91 and 94 and the semiconductor substrate side wall 81 (81-2) between the groove portions 92 and 94 become the groove portions 92 and 93. The semiconductor substrate side wall 81 (81-3) between them is deformed (curved). Due to these deformations, the groove widths of the groove portions 91 to 94 change, and the capacitance generated in the counter electrode formed on the side wall of the groove portion changes. This change can be used to form a pressure sensor.

本発明はさらに、ピエゾ抵抗を利用した圧力センサーも作成できる。たとえば、溝または貫通孔側壁(これらがダイヤフラムとなる)にピエゾ抵抗を形成する。この側壁(隔壁)が圧力変動により変形するので、ピエゾ抵抗の抵抗も変化する。この変動を利用して圧力を検出することができる。ピエゾ抵抗も従来は半導体基板に対して平面的に形成していたが、本発明は溝部または貫通孔の側壁(隔壁)(これらが、ダイヤフラムとなるのは、容量の場合と同様である。)に形成しているので、半導体基板内の面積を非常に小さくできる。 The present invention can also create a pressure sensor using piezoresistance. For example, a piezoresistor is formed in a groove or a through-hole side wall (which becomes a diaphragm). Since this side wall (partition wall) is deformed by pressure fluctuation, the resistance of the piezoresistor also changes. The pressure can be detected using this variation. Conventionally, the piezoresistor is also formed in a plane with respect to the semiconductor substrate. However, the present invention provides a side wall (partition) of a groove or a through-hole (they form a diaphragm as in the case of a capacitor). Therefore, the area in the semiconductor substrate can be made very small.

本発明の目的は、半導体圧力センサーのサイズを小さくし、圧力検出感度を高めることである。上述したように、半導体基板の厚み方向に深い溝を形成する。溝の一部を気密にして、その溝の隣の溝に圧力をかけると、溝同士の間の隔壁(ダイヤフラムに相当)が湾曲して気密空間または溝部の容量が変化する。この変化量を検出することにより、圧力を検知できる。溝を深くすることにより、容量が増大するので、より面積の小さいセンサーを作成できる。また、隔壁を薄くすることにより、隔壁の変形量を増大できるので、センサーの感度も高まる。 An object of the present invention is to reduce the size of the semiconductor pressure sensor and increase the pressure detection sensitivity. As described above, deep grooves are formed in the thickness direction of the semiconductor substrate. When a part of the groove is made airtight and a pressure is applied to the groove adjacent to the groove, a partition wall (corresponding to a diaphragm) between the grooves is curved to change the capacity of the airtight space or the groove part. By detecting this amount of change, the pressure can be detected. By increasing the depth of the groove, the capacity increases, so a sensor with a smaller area can be created. Moreover, since the amount of deformation of the partition can be increased by making the partition thinner, the sensitivity of the sensor is also increased.

さらに、本発明は、上述したように半導体基板の厚み方向にダイヤフラム部と空間を形成するので、圧力センサーチップを非常に小さくできる。従って、半導体基板(ウエハ)からの圧力センサーチップの取れ個数を増大できる。さらに容易に容量を大きくできるので、静電容量型圧力センサーの感度を高めることもできる。さらに、フォトリソ法等のLSIプロセスを用いるので、空間およびダイヤフラム部となる溝部側壁(隔壁)を精密・正確に作成できるので、非常に薄いダイヤフラムや狭い空間を形成でき、これによっても圧力センサーの感度を高めることができる。 Furthermore, since the present invention forms the diaphragm portion and the space in the thickness direction of the semiconductor substrate as described above, the pressure sensor chip can be made very small. Therefore, the number of pressure sensor chips that can be taken from the semiconductor substrate (wafer) can be increased. Furthermore, since the capacity can be increased easily, the sensitivity of the capacitive pressure sensor can be increased. Furthermore, since LSI process such as photolitho method is used, the groove and sidewalls (partition walls) that will be the space and diaphragm part can be created precisely and accurately, so that a very thin diaphragm and narrow space can be formed, which also makes the sensitivity of the pressure sensor Can be increased.

本発明の側壁面は種々の結晶面を選択できる。たとえば、シリコン基板9001の結晶面(表面)が(100)面であるとき、側壁面9101は、(0xx)面となる。(xは任意の数)さらに、その側壁面に対して抵抗体9111も種々の方位になるように形成することができる。たとえば、側壁面が(010)面であれば、<110>方向へ抵抗体9111を形成すればピエゾ抵抗効果が最も大きくなるので、抵抗変化も大きくすることができる。 Various crystal planes can be selected for the side wall surface of the present invention. For example, when the crystal plane (surface) of the silicon substrate 9001 is the (100) plane, the side wall surface 9101 is a (0xx) plane. (X is an arbitrary number) Furthermore, the resistor 9111 can be formed in various orientations with respect to the side wall surface. For example, if the side wall surface is a (010) plane, forming the resistor 9111 in the <110> direction maximizes the piezoresistance effect, so that the resistance change can also be increased.

図13(a)は、本発明の縦型圧力センサーの断面図(別の実施形態における)を示す図である。本発明の圧力センサーは、第1面(主面)および第2面(裏面)からなる基板において、第1面に形成された凹部(第1凹部)および前記第1凹部に隣接し第2面に形成された凹部(第2凹部)により挟まれた前記基板の側壁をダイヤフラムとする圧力センサーであって、前記第1凹部の基板上に作成された第1導電体膜、前記第1導電体膜上に作成された第1圧電体膜、および前記第1圧電体膜上に作成された第2導電体膜、並びに/あるいは、前記第2凹部の基板上に作成された第3導電体膜、前記第3導電体膜上に作成された第2圧電体膜、および前記第2圧電体膜上に作成された第4導電体膜を含む圧力センサーである。 Fig.13 (a) is a figure which shows sectional drawing (in another embodiment) of the vertical pressure sensor of this invention. The pressure sensor of the present invention is a substrate composed of a first surface (main surface) and a second surface (back surface), and a second surface adjacent to the concave portion (first concave portion) formed on the first surface and the first concave portion. A pressure sensor having a side wall of the substrate sandwiched between recesses (second recesses) formed in a diaphragm, the first conductor film formed on the substrate of the first recesses, the first conductor The first piezoelectric film formed on the film, the second conductive film formed on the first piezoelectric film, and / or the third conductive film formed on the substrate of the second recess , A pressure sensor including a second piezoelectric film formed on the third conductive film and a fourth conductive film formed on the second piezoelectric film.

図13(a)において、第1凹部126、127は基板111の第1面(図13(a)において上面)側から形成された溝形状の凹部である。第2凹部128、129、130は基板111の第2面(図13(a)において下面)側から形成された溝形状の凹部である。本明細書において基板内に形成される溝または凹部とは、基板の主面(第1面)または基板の裏面(第2面)から形成され、基板の主面(第1面)または基板の裏面(第2面)を開口部とし、基板の主面(第1面)または基板の裏面(第2面)に対して垂直な(略垂直な)側面(側壁とも言う)を持つ溝または凹部である。この溝または凹部は異方性ドライエッチングによって形成され、側面は理想的には基板の主面(第1面)または基板の裏面(第2面)に対して垂直であるが、異方性ドライエッチングのバラツキ(変動)等により曲面となったり、垂直に対して少し(好適には10度以下、もっと好適には5度以下)傾いて形成される場合もある。(略垂直とは、垂直方向に対して好適には10度以下、もっと好適には5度以下を概ね意味する。また、この角度(以下に示す、またはこれまでにも示す)とは、平均的な角度を示す。たとえば、凹部の側面の深さは距離がある(たとえば、1μm〜2000μm、これは基板の厚さにもより、2mm以上の厚さもある)から、この深さの途中では一部この角度を超える側面となる場合もあるが、それらの全部の角度の平均を取ってこの角度を表す。)溝または凹部の底面は基板内に存在する場合もあれば、基板を貫通して基板内に存在しない場合もある。溝または凹部の底面が基板内に存在する場合、すなわち溝または凹部が基板を貫通しない場合、理想的には底面は基板の主面(第1面)または基板の裏面(第2面)に平行な面であるが、異方性ドライエッチングのバラツキ(変動)等により曲面となったり、平行に対して少し(好適には10度以下、もっと好適には5度以下)傾いて形成される場合もある。この傾斜角も部分的にはもっと多い所もあるが、その場合は平均的な角度を意味する。溝または凹部が基板を貫通する場合、すなわち基板の主面(第1面)または基板の裏面(第2面)のどちらにも開口部を有する場合は、この溝または凹部を貫通溝(貫通孔)と呼ぶことがあり、当然基板内に底面は存在しない。しかし、貫通溝の場合にも基板の主面(第1面)または基板の裏面(第2面)側を別の基板(薄板と呼ぶこともある)で蓋をするので、この蓋をした部分を貫通溝の底面と呼ぶこともある。 In FIG. 13A, first recesses 126 and 127 are groove-shaped recesses formed from the first surface (upper surface in FIG. 13A) side of the substrate 111. The second recesses 128, 129, and 130 are groove-shaped recesses formed from the second surface (lower surface in FIG. 13A) side of the substrate 111. In this specification, the groove or recess formed in the substrate is formed from the main surface (first surface) of the substrate or the back surface (second surface) of the substrate, and the main surface (first surface) of the substrate or the substrate. A groove or recess having a back surface (second surface) as an opening and a side surface (also referred to as a side wall) perpendicular (substantially perpendicular) to the main surface (first surface) of the substrate or the back surface (second surface) of the substrate It is. This groove or recess is formed by anisotropic dry etching, and the side surface is ideally perpendicular to the main surface (first surface) of the substrate or the back surface (second surface) of the substrate. There may be a curved surface due to etching variation (fluctuation) or the like, or a slight inclination (preferably 10 degrees or less, more preferably 5 degrees or less) with respect to the vertical. (Substantially perpendicular means generally preferably 10 degrees or less, more preferably 5 degrees or less with respect to the vertical direction. Also, this angle (shown below or shown heretofore) means the average For example, the depth of the side surface of the recess has a distance (for example, 1 μm to 2000 μm, which may be 2 mm or more depending on the thickness of the substrate). Some of the sides may exceed this angle, but the average of all the angles is taken to represent this angle.) The bottom of the groove or recess may be present in the substrate or may penetrate the substrate. May not exist in the substrate. When the bottom surface of the groove or the recess exists in the substrate, that is, when the groove or the recess does not penetrate the substrate, the bottom surface is ideally parallel to the main surface (first surface) or the back surface (second surface) of the substrate. If the surface is a curved surface due to variation (variation) in anisotropic dry etching, or inclined slightly (preferably 10 degrees or less, more preferably 5 degrees or less) with respect to parallelism There is also. In some cases, this inclination angle is larger, but in this case, it means an average angle. When the groove or the recess penetrates the substrate, that is, when the main surface (first surface) of the substrate or the back surface (second surface) of the substrate has an opening, the groove or the recess is formed as a through groove (through hole). ) And of course there is no bottom surface in the substrate. However, even in the case of the through groove, the main surface (first surface) or the back surface (second surface) side of the substrate is covered with another substrate (sometimes referred to as a thin plate). Is sometimes called the bottom surface of the through groove.

第1凹部126は第2凹部128に隣接し、第1凹部126と第2凹部128の間に基板111の(基板)側壁132が存在し、第1凹部126と第2凹部128は基板111の側壁132によって隔てられている。第1凹部127は第2凹部128に隣接し、第1凹部127と第2凹部128の間に基板111の側壁133が存在し、第1凹部127と第2凹部128は基板111の側壁133によって隔てられている。また、第1凹部126を挟んで側壁132と対向する基板111の側壁131によって、第1凹部126およびそれと隣接する別の第2凹部129が隔てられている。同様に第1凹部127を挟んで側壁133と対向する基板111の側壁134によって、第1凹部127およびそれと隣接する別の第2凹部130が隔てられている。 The first recess 126 is adjacent to the second recess 128, the (substrate) side wall 132 of the substrate 111 exists between the first recess 126 and the second recess 128, and the first recess 126 and the second recess 128 are formed on the substrate 111. It is separated by a side wall 132. The first recess 127 is adjacent to the second recess 128, the side wall 133 of the substrate 111 exists between the first recess 127 and the second recess 128, and the first recess 127 and the second recess 128 are formed by the side wall 133 of the substrate 111. It is separated. The first recess 126 and another second recess 129 adjacent to the first recess 126 are separated by the side wall 131 of the substrate 111 facing the side wall 132 with the first recess 126 interposed therebetween. Similarly, the first recess 127 and another second recess 130 adjacent to the first recess 127 are separated by the side wall 134 of the substrate 111 facing the side wall 133 with the first recess 127 interposed therebetween.

第1凹部126および127は、基板111の第1面にほぼ垂直形状に形成された溝形状(略直方体形状)となっており、第1凹部126の底部には基板111の底部135が存在し、第1凹部127の底部には基板111の底部136が存在する。一方、第2凹部128、129、130は、基板111の第2面にほぼ垂直形状に形成された溝形状(直方体形状)となっており、第2凹部128の底部(図13(a)では上にあるので、上部と称す場合もある)には基板111の上部140が存在する。第1凹部126および127は、紙面に対して垂直方向にも側壁が存在して、基板111の第2面側から形成された第2凹部とは隔絶されている。 The first recesses 126 and 127 have a groove shape (substantially rectangular parallelepiped shape) formed substantially perpendicular to the first surface of the substrate 111, and the bottom 135 of the substrate 111 exists at the bottom of the first recess 126. The bottom 136 of the substrate 111 is present at the bottom of the first recess 127. On the other hand, the second recesses 128, 129, and 130 have a groove shape (cuboid shape) formed substantially perpendicular to the second surface of the substrate 111, and the bottom of the second recess 128 (FIG. The upper portion 140 of the substrate 111 exists in the upper portion. The first recesses 126 and 127 have side walls in a direction perpendicular to the paper surface, and are separated from the second recesses formed from the second surface side of the substrate 111.

基板111の第1面側には、基板111上に絶縁膜112、その上に導電体膜114(下部電極となる)、その上に圧電体膜116、さらにその上に導電体膜118(上部電極となる)、その上に絶縁体膜120が形成されている。当然第1凹部126、127の内部も同様の膜構造となっている。基板111の第2面側には、基板111上に絶縁膜113、その上(図13(a)では下になっているが、逆にすれば上になるので、上と称する)に導電体膜115(下部電極となる)、その上に圧電体膜117、さらにその上に導電体膜119(上部電極となる)、その上に絶縁体膜121が形成されている。当然第2凹部128、129、130の内部も同様の膜構造となっている。基板111と導電体膜114の間に絶縁膜112を挟むのは、導電体膜114と基板111との電気低接続をしないようにするためである。基板111がガラスやプラスチックやセラミック等の絶縁体である場合は、絶縁膜112は不要であるが、他の素子や導電体膜が存在する場合は、それらと電気的に接触しないようにするために絶縁膜112を設ける場合もある。また、基板111と導電体膜114との密着性向上を目的として絶縁膜112を設ける場合もある。 On the first surface side of the substrate 111, an insulating film 112 is formed on the substrate 111, a conductor film 114 (becomes a lower electrode) thereon, a piezoelectric film 116 is formed thereon, and a conductor film 118 (upper portion is formed thereon). An insulating film 120 is formed thereon. Of course, the inside of the first recesses 126 and 127 has the same film structure. On the second surface side of the substrate 111, an insulating film 113 is formed on the substrate 111, and a conductor is formed on the insulating film 113 (referred to as an upper portion in FIG. 13A. A film 115 (to be a lower electrode), a piezoelectric film 117 thereon, a conductor film 119 (to be an upper electrode) thereon, and an insulator film 121 are formed thereon. Of course, the inside of the second recesses 128, 129, and 130 has a similar film structure. The reason why the insulating film 112 is sandwiched between the substrate 111 and the conductor film 114 is to prevent a low electrical connection between the conductor film 114 and the substrate 111. In the case where the substrate 111 is an insulator such as glass, plastic, or ceramic, the insulating film 112 is not necessary. However, in order to prevent electrical contact with other elements or conductor films, if there are other elements or conductor films. In some cases, an insulating film 112 is provided. Further, the insulating film 112 may be provided for the purpose of improving the adhesion between the substrate 111 and the conductor film 114.

基板111の上面には薄板(第1の薄板)122が付着している。この第1の薄板122は、絶縁膜120に付着しており、第1凹部126および127を被っている。第1の薄板122が第1凹部126および127を完全に塞いでいるときは、第1凹部126および127の凹部空間は気密空間となり、圧力が一定に保持される。第1凹部126および127の凹部空間の圧力を可変する場合には、第1の薄板122に圧力導入孔137および138を形成し、外部から圧力P1を導入できるようにする。 A thin plate (first thin plate) 122 is attached to the upper surface of the substrate 111. The first thin plate 122 is attached to the insulating film 120 and covers the first recesses 126 and 127. When the first thin plate 122 completely covers the first recesses 126 and 127, the recess spaces of the first recesses 126 and 127 become airtight spaces, and the pressure is kept constant. When the pressure in the concave space of the first concave portions 126 and 127 is varied, the pressure introduction holes 137 and 138 are formed in the first thin plate 122 so that the pressure P1 can be introduced from the outside.

一方、基板111の下面には薄板(第2の薄板)123が付着している。この第2の薄板123は、絶縁膜121に付着しており、第2凹部128、129および130を被っている。第2の薄板123が第2凹部128、129および130を完全に塞いでいるときは、第2凹部128、129および130の凹部空間は気密空間となり、圧力が一定に保持される。第2凹部128、129および130の凹部空間の圧力を可変する場合には、第2の薄板123に圧力導入孔139等を形成し、外部から圧力P2を導入できるようにする。 On the other hand, a thin plate (second thin plate) 123 is attached to the lower surface of the substrate 111. The second thin plate 123 is attached to the insulating film 121 and covers the second recesses 128, 129 and 130. When the second thin plate 123 completely covers the second recesses 128, 129 and 130, the recess spaces of the second recesses 128, 129 and 130 become airtight spaces, and the pressure is kept constant. When the pressure in the concave spaces of the second concave portions 128, 129 and 130 is varied, the pressure introducing hole 139 and the like are formed in the second thin plate 123 so that the pressure P2 can be introduced from the outside.

コンタクト孔151は、導電体膜(下部電極)114へ電気的接続を行なうために、絶縁膜120および圧電体膜116を通して形成される。図13(a)においては、コンタクト孔151が形成される領域における導電体膜118をあらかじめ除去している。このコンタクト孔151に導電体膜152を積層する。圧電体膜116が導電性(絶縁性が低い場合も含む)を有するときは、側壁に絶縁膜を形成してから、導電体膜152を形成する。導電体膜152の上には電極・配線(導電体膜)153を形成する。これにより、導電体膜(下部電極・配線)114からコンタクト孔151内導電体膜152を通して電極・配線(導電体膜)153へ電気的接続を行なうことができる。コンタクト孔154は、導電体膜(上部電極)118へ電気的接続を行なうために、絶縁膜120を通して形成される。このコンタクト孔154に導電体膜155を形成する。導電体膜155の上には電極・配線(導電体膜)156を形成する。これにより、導電体膜(上部電極・配線)118からコンタクト孔154内導電体膜155を通して電極・配線(導電体膜)156へ電気的接続を行なうことができる。コンタクト孔151および154を形成すべき領域に第1の薄板122が存在する場合には、前もって(第1の薄板122を付着する前に)この領域の第1の薄板122を除去しておけば良い。あるいは、第1の薄板122を除去せずに、第1の薄板にコンタクト孔を形成してから導電体膜を形成すれば良い。この場合、第1の薄板が導電体(絶縁性が低い場合も含む)である場合には、導電体膜を形成する前にコンタクト孔の側壁に絶縁膜を形成して、導電体膜が第1の薄板122に接触しないようにすれば良い。 The contact hole 151 is formed through the insulating film 120 and the piezoelectric film 116 in order to make an electrical connection to the conductor film (lower electrode) 114. In FIG. 13A, the conductor film 118 in the region where the contact hole 151 is formed is removed in advance. A conductor film 152 is stacked in the contact hole 151. When the piezoelectric film 116 has conductivity (including a case where insulation is low), the conductor film 152 is formed after forming the insulating film on the sidewall. An electrode / wiring (conductor film) 153 is formed on the conductor film 152. Thereby, electrical connection can be made from the conductor film (lower electrode / wiring) 114 to the electrode / wiring (conductor film) 153 through the conductor film 152 in the contact hole 151. The contact hole 154 is formed through the insulating film 120 for electrical connection to the conductor film (upper electrode) 118. A conductor film 155 is formed in the contact hole 154. An electrode / wiring (conductor film) 156 is formed on the conductor film 155. As a result, electrical connection can be made from the conductor film (upper electrode / wiring) 118 to the electrode / wiring (conductor film) 156 through the conductor film 155 in the contact hole 154. If the first thin plate 122 is present in the region where the contact holes 151 and 154 are to be formed, the first thin plate 122 in this region should be removed in advance (before the first thin plate 122 is attached). good. Alternatively, the conductor film may be formed after forming the contact hole in the first thin plate without removing the first thin plate 122. In this case, when the first thin plate is a conductor (including a case where the insulating property is low), an insulating film is formed on the side wall of the contact hole before the conductor film is formed. One thin plate 122 may not be contacted.

基板111の裏側にも導電体膜(電極・配線)115および119があるので、これらからも外側へ電極・配線を取りだす必要がある。上記と同様に、基板111の表側からコンタクト孔を形成して取り出しても良い。この場合は、基板111にもコンタクト孔を形成する必要がある。基板111が導電体(絶縁性が低い場合も含む)である場合には、そのコンタクト孔の側壁に絶縁膜を形成してから導電体膜を形成し、導電体膜が基板111と接触しないようにする。あるいは、以下に示すように基板111の裏側(第2面側)から外側へ電極・配線を取りだしても良い。この方法は上記した基板111の表側(第1面側)へ電極・配線を取りだす方法を逆にすれば良い。(名称は、コンタクト孔160、導電体膜(下部電極)115、絶縁膜161、導電体膜162、導電体膜182、電極・配線(導電体膜)163、電極・配線(導電体膜)163、コンタクト孔157、導電体膜(下部電極)119、導電体膜158、電極・配線(導電体膜)159、) Since there are conductor films (electrodes / wirings) 115 and 119 also on the back side of the substrate 111, it is necessary to take out the electrodes / wirings outward from these. Similarly to the above, a contact hole may be formed and taken out from the front side of the substrate 111. In this case, it is necessary to form contact holes in the substrate 111 as well. In the case where the substrate 111 is a conductor (including a case where the insulating property is low), the conductor film is formed after forming the insulating film on the sidewall of the contact hole so that the conductor film does not contact the substrate 111. To. Alternatively, as shown below, electrodes / wirings may be taken out from the back side (second surface side) of the substrate 111 to the outside. This method may be performed by reversing the method of taking out the electrodes / wiring from the front side (first surface side) of the substrate 111 described above. (Names are contact hole 160, conductor film (lower electrode) 115, insulating film 161, conductor film 162, conductor film 182, electrode / wiring (conductor film) 163, electrode / wiring (conductor film) 163 , Contact hole 157, conductor film (lower electrode) 119, conductor film 158, electrode / wiring (conductor film) 159)

図13(b)は、圧力が加わったときにおける本発明の縦型圧力センサーの構造を模式的に示した図である。図13(b)の薄膜の積層構造は図13(a)における構造と同様である。すなわち、図13(b)における基板側壁21は図13(a)における基板側壁132、図13(b)における基板側壁41は図13(a)における基板側壁133と考えると良い。基板側壁21の外側の上には絶縁膜27、その上に導電体膜28、その上に圧電体膜29、その上に導電体膜30、その上に絶縁膜31が積層されている。基板側壁21の内側の上には絶縁膜22、その上に導電体膜23、その上に圧電体膜24、その上に導電体膜25、その上に絶縁膜26が積層されている。また、対面する基板側壁41の外側の上には絶縁膜47、その上に導電体膜48、その上に圧電体膜49、その上に導電体膜50、その上に絶縁膜51が積層されている。基板側壁41の内側の上には絶縁膜42、その上に導電体膜43、その上に圧電体膜44、その上に導電体膜45、その上に絶縁膜46が積層されている。
基板側壁21および41の上部および下部にも基板(底部または上部、図13(a)では135、136、または140等)が存在するが、図13(b)においては省略し、薄板32および33のみ示している。この薄板(第1の薄板)32および薄板(第2の薄板)33は図13(a)における薄板122および123に相当する。ただし、図13(a)では、第1凹部の上部は第1の薄板122で、第1凹部の下部は基板111で閉じていて、第2凹部の上部は基板111で、第2凹部の下部は第2の薄板123で閉じている。
FIG. 13B is a diagram schematically showing the structure of the vertical pressure sensor of the present invention when pressure is applied. The laminated structure of the thin film in FIG. 13B is the same as the structure in FIG. That is, the substrate side wall 21 in FIG. 13B is considered as the substrate side wall 132 in FIG. 13A, and the substrate side wall 41 in FIG. 13B is considered as the substrate side wall 133 in FIG. An insulating film 27 is formed on the outside of the substrate side wall 21, a conductive film 28 is formed thereon, a piezoelectric film 29 is formed thereon, a conductive film 30 is formed thereon, and an insulating film 31 is formed thereon. An insulating film 22 is formed on the inner side of the substrate side wall 21, a conductive film 23 is formed thereon, a piezoelectric film 24 is formed thereon, a conductive film 25 is formed thereon, and an insulating film 26 is formed thereon. Further, an insulating film 47 is formed on the outside of the substrate side wall 41 facing, a conductive film 48 is formed thereon, a piezoelectric film 49 is formed thereon, a conductive film 50 is formed thereon, and an insulating film 51 is formed thereon. ing. An insulating film 42 is formed on the inner side of the substrate side wall 41, a conductive film 43 is formed thereon, a piezoelectric film 44 is formed thereon, a conductive film 45 is formed thereon, and an insulating film 46 is formed thereon.
Substrates (bottom or top, 135, 136, 140, etc. in FIG. 13A) also exist at the top and bottom of the substrate side walls 21 and 41, but are omitted in FIG. Only shows. The thin plate (first thin plate) 32 and the thin plate (second thin plate) 33 correspond to the thin plates 122 and 123 in FIG. However, in FIG. 13A, the upper portion of the first recess is the first thin plate 122, the lower portion of the first recess is closed by the substrate 111, the upper portion of the second recess is the substrate 111, and the lower portion of the second recess. Is closed by a second thin plate 123.

基板側壁21、41および薄板32、33等に囲まれた空間37には第2の薄板33に圧力導入孔34が設けられ外部から圧力P2を印加することができる。基板側壁21の外側の空間38には第2の薄板33に圧力導入孔35が設けられ外部から圧力P1を印加することができる。基板側壁41の外側の空間39には第2の薄板33に圧力導入孔36が設けられ外部から圧力P3を印加することができる。たとえば、図13(a)における第1凹部126や127は空間38や39に、図13(a)における第2凹部128は空間37に相当すると考えることができる。尚、これらの圧力導入孔34、35、36は第1の薄板32に設けることもでき、外部からの圧力導入をスムーズに行なうことができるように適宜選択すれば良い。あるいは圧力導入孔を設けないようにすることも可能であり、その場合は内部空間は気密空間となり圧力がほぼ一定に保持されるので、その内部空間の圧力に対する差圧として圧力を検出することが可能となる。たとえば、圧力導入孔34を開けずに、内部空間37を気密にして内部圧力P2を一定として、その圧力P2に対して基板21や41等の圧力差による変形量に対応してP1やP3の圧力を検出することが可能となる。 A pressure introduction hole 34 is provided in the second thin plate 33 in a space 37 surrounded by the substrate side walls 21 and 41 and the thin plates 32 and 33, and a pressure P2 can be applied from the outside. A pressure introduction hole 35 is provided in the second thin plate 33 in the space 38 outside the substrate side wall 21, and the pressure P1 can be applied from the outside. In the space 39 outside the substrate side wall 41, a pressure introducing hole 36 is provided in the second thin plate 33, and a pressure P3 can be applied from the outside. For example, it can be considered that the first recesses 126 and 127 in FIG. 13A correspond to the spaces 38 and 39, and the second recess 128 in FIG. 13A corresponds to the space 37. These pressure introducing holes 34, 35, and 36 can be provided in the first thin plate 32, and may be appropriately selected so that external pressure can be smoothly introduced. Alternatively, it is possible not to provide a pressure introducing hole. In this case, the internal space becomes an airtight space, and the pressure is maintained almost constant. Therefore, the pressure can be detected as a differential pressure with respect to the pressure in the internal space. It becomes possible. For example, without opening the pressure introduction hole 34, the internal space 37 is hermetically sealed and the internal pressure P2 is constant, and P1 and P3 correspond to the deformation amount due to the pressure difference of the substrates 21 and 41 with respect to the pressure P2. The pressure can be detected.

P2>P1の場合、内部空間37はその圧力差P2−P1によって基板側壁21およびこれに積層した薄膜を内部空間38側に押し、基板側壁21は外側の方へ、すなわち空間38の方へ変形する。基板側壁21等(他に各種膜も含む)および基板側壁41等(他に各種膜も含む)はその上部および下部を上下の第1の薄板および第2の薄板によって変形を押さえられているが、基板側壁21等および基板側壁41等のその他の部分は規制されていないので、圧力差による力によって変形し、特にそれらの中心部付近が最も変形する。(凹部38または39側へ膨らむ。)空間38の上部は上部基板(図13(b)では示されていないが、図13(a)における基板上部140等)やその上に積層した薄膜やその上に付着した第1の薄板32(図13(a)における第1の薄板122)によって変形が抑えられている。空間38の下部は基板底部(図13(b)では示されていないが、図13(a)における基板底部135等)やその上に積層した薄膜やその上に付着した第2の薄板33(図13(a)における第2の薄板123)によって変形が抑えられている。この結果、基板側壁21の中心付近が最も変形し、基板側壁の周縁が殆ど変形しない状態となり、図13(b)に示すように基板側壁21は湾曲状に変形する。 In the case of P2> P1, the internal space 37 pushes the substrate side wall 21 and the thin film laminated thereon to the internal space 38 side by the pressure difference P2-P1, and the substrate side wall 21 is deformed outward, that is, toward the space 38. To do. The substrate side wall 21 and the like (including other various films) and the substrate side wall 41 and the like (including other various films) are suppressed from being deformed by the upper and lower first thin plates and the second thin plate. Since the other portions such as the substrate side wall 21 and the substrate side wall 41 are not restricted, they are deformed by the force due to the pressure difference, and in particular, the vicinity of the central portion is most deformed. (Inflates toward the concave portion 38 or 39.) The upper portion of the space 38 is an upper substrate (not shown in FIG. 13B, but the upper portion 140 of the substrate in FIG. 13A), a thin film laminated thereon, Deformation is suppressed by the first thin plate 32 (the first thin plate 122 in FIG. 13A) adhering to the top. The lower part of the space 38 is not the bottom of the substrate (not shown in FIG. 13 (b), but the substrate bottom 135 in FIG. 13 (a)), the thin film stacked thereon, and the second thin plate 33 (on the top). The deformation is suppressed by the second thin plate 123) in FIG. As a result, the vicinity of the center of the substrate side wall 21 is most deformed and the periphery of the substrate side wall is hardly deformed, and the substrate side wall 21 is deformed into a curved shape as shown in FIG.

基板側壁21上に積層した薄膜も同様に湾曲状に変形する。従って、湾曲状に歪んだ圧電体膜24の両側の面に電荷が分極し、圧電体膜24の両面に積層している導電体膜23および25の間に電圧差V1が生じる。同様に、湾曲状に歪んだ圧電体膜29の両側の面に電荷が分極し、圧電体膜29の両面に積層している導電体膜28および30の間に電圧差V2が生じる。すなわち、導電体膜23に導電体配線B3を、導電体膜25に導電体配線B4を接続すれば電荷を取り出すことができる。導電体膜30に導電体配線B1を、導電体膜28に導電体配線B2を接続すればこの間の電位差はV2となり、電荷を取り出すことができる。 The thin film laminated on the substrate side wall 21 is similarly deformed into a curved shape. Accordingly, electric charges are polarized on both sides of the piezoelectric film 24 distorted in a curved shape, and a voltage difference V 1 is generated between the conductor films 23 and 25 stacked on both sides of the piezoelectric film 24. Similarly, charges are polarized on both sides of the piezoelectric film 29 distorted in a curved shape, and a voltage difference V 2 is generated between the conductor films 28 and 30 stacked on both sides of the piezoelectric film 29. That is, if the conductor wiring B3 is connected to the conductor film 23 and the conductor wiring B4 is connected to the conductor film 25, the charge can be taken out. If the conductor wiring B1 is connected to the conductor film 30 and the conductor wiring B2 is connected to the conductor film 28, the potential difference therebetween becomes V2, and the charge can be taken out.

圧電体膜24および圧電体膜29を同じ材料で同程度の厚みで同じ条件(たとえば、スパッターで積層するときはスパッター条件を同一とし、その後の熱処理条件も同一とする)で作成すれば、基板側壁21の変形にほぼ従って両者の圧電体膜24および圧電体膜29は同程度に変形するから、発生する電位差(電荷)は同程度になる。(|V1|≒=|V2|)変位の向きはB1側とB3側が凸状または凹状となって同じ向きに変形し、これに対して、B2側とB4側はともに逆向きに変形しているから、B1とB3、B2とB4を接続すれば、両方の電荷を加算でき、約2倍の電位差(2|V1|)を得ることができる。 If the piezoelectric film 24 and the piezoelectric film 29 are made of the same material and have the same thickness and the same conditions (for example, when sputtering is performed, the sputtering conditions are the same, and the subsequent heat treatment conditions are also the same). The piezoelectric film 24 and the piezoelectric film 29 are deformed to the same extent almost in accordance with the deformation of the side wall 21, so that the generated potential difference (charge) is the same. (| V1 | ≈ = | V2 |) The displacement direction is convex or concave on the B1 side and B3 side, and deforms in the same direction. On the other hand, both the B2 side and B4 side deform in the opposite direction. Therefore, if B1 and B3 and B2 and B4 are connected, both charges can be added, and a potential difference (2 | V1 |) of about twice can be obtained.

以上は図13(b)における左側の基板側壁21について述べたが、図13(b)における右側の基板側壁41についても同様である。P2>P3の場合、内部空間37はその圧力差P2−P3によって基板側壁41およびこれに積層した薄膜を内部空間39側に押し、基板側壁41は外側の方へ、すなわち空間39の方へ変形する。空間39の上部は上部基板(図13(b)では示されていないが、図13(a)における基板上部140等)やその上に積層した薄膜やその上に付着した第1の薄板32(図13(a)における第1の薄板122)によって変形が抑えられている。空間39の下部は基板底部(図13(b)では示されていないが、図13(a)における基板底部136等)やその上に積層した薄膜やその上に付着した第2の薄板33(図13(a)における第2の薄板123)によって変形が抑えられている。この結果、基板側壁41の中心付近が最も変形し、基板側壁の周縁が殆ど変形しない状態となり、図13(b)に示すように基板側壁41は湾曲状に変形する。 The above is the description on the left substrate side wall 21 in FIG. 13B, but the same applies to the right substrate side wall 41 in FIG. 13B. In the case of P2> P3, the internal space 37 pushes the substrate side wall 41 and the thin film laminated thereon to the internal space 39 side by the pressure difference P2-P3, and the substrate side wall 41 is deformed outward, that is, toward the space 39. To do. The upper portion of the space 39 is not shown in the upper substrate (not shown in FIG. 13B, but the upper portion 140 of the substrate in FIG. 13A), the thin film laminated thereon, and the first thin plate 32 (see FIG. 13A). The deformation is suppressed by the first thin plate 122) in FIG. The lower part of the space 39 is the bottom of the substrate (not shown in FIG. 13 (b), but the substrate bottom 136 in FIG. 13 (a)), the thin film stacked thereon, and the second thin plate 33 ( The deformation is suppressed by the second thin plate 123) in FIG. As a result, the vicinity of the center of the substrate side wall 41 is most deformed, and the periphery of the substrate side wall is hardly deformed. As shown in FIG. 13B, the substrate side wall 41 is deformed into a curved shape.

基板側壁41上に積層した薄膜も同様に湾曲状に変形する。従って、湾曲状に歪んだ圧電体膜44の両側の面に電荷が分極し、圧電体膜44の両面に積層している導電体膜43および45の間に電圧差V3が生じる。同様に、湾曲状に歪んだ圧電体膜49の両側の面に電荷が分極し、圧電体膜49の両面に積層している導電体膜48および50の間に電圧差V4が生じる。すなわち、導電体膜43に導電体配線B6を、導電体膜45に導電体配線B5を接続すればこの間の電位差はV3となり、導電体膜50に導電体配線B8を、導電体膜48に導電体配線B7を接続すればこの間の電位差はV4となる。 The thin film laminated on the substrate side wall 41 is similarly deformed into a curved shape. Accordingly, electric charges are polarized on both sides of the piezoelectric film 44 distorted in a curved shape, and a voltage difference V 3 is generated between the conductor films 43 and 45 stacked on both sides of the piezoelectric film 44. Similarly, charges are polarized on both sides of the piezoelectric film 49 distorted in a curved shape, and a voltage difference V 4 is generated between the conductor films 48 and 50 stacked on both sides of the piezoelectric film 49. That is, if the conductor wiring B 6 is connected to the conductor film 43 and the conductor wiring B 5 is connected to the conductor film 45, the potential difference therebetween becomes V 3, and the conductor wiring B 8 is conductive to the conductor film 50 and the conductor film 48 is conductive If the body wiring B7 is connected, the potential difference therebetween becomes V4.

圧電体膜44および圧電体膜49を同じ材料で同程度の厚みで同じ条件(たとえば、スパッターで積層するときはスパッター条件を同一とし、その後の熱処理条件も同一とする)で作成すれば、基板側壁41の変形にほぼ従って両者の圧電体膜44および圧電体膜49は同程度に変形するから、発生する電位差は同程度になる。(|V3|≒=|V4|)変位の向きはB6側とB8側が凸状となって同じ向きに変形し、これに対して、B5側とB7側はともに逆向きに変形しているから、B6とB8、B5とB7を接続すれば、両方の電荷を加算でき、約2倍の電位差(2|V3|)を得ることができる。 If the piezoelectric film 44 and the piezoelectric film 49 are made of the same material with the same thickness and the same conditions (for example, when sputtering is performed, the sputtering conditions are the same, and the subsequent heat treatment conditions are also the same). The piezoelectric film 44 and the piezoelectric film 49 are deformed to the same extent almost in accordance with the deformation of the side wall 41, so that the generated potential difference is the same. (| V3 | ≈ = | V4 |) The direction of displacement is convex in the B6 side and the B8 side and deformed in the same direction, whereas the B5 side and B7 side are both deformed in opposite directions. , B6 and B8, and B5 and B7 can be connected to each other, so that a potential difference (2 | V3 |) of about twice can be obtained.

上述したように圧力差P2−P1により基板側壁21が変形し、それに応じて圧電体24および29も変形する。その結果B1−B2間に電圧V1、B3−B4間に電位V2が発生する。圧力差P2−P1により圧電体24および29が変形し、(圧力差P2−P1が大きくなると圧電体24および29の変形量が大きくなる)圧電体24および29の変形量に応じてV1やV2の値が変化する(変形量が大きくなるとV1やV2が増大する)ので、あらかじめ圧力差P2−P1量およびV1またはV2の関係を求めておけば、測定されたV1またはV2の値から圧力差P2−P1を求めることができる。V1およびV2を加算するように配線接続すれば、|V1|≒|V2|のときには約2倍の電位差を得ることができるので、感度を約2倍高めることができ、圧力差P2−P1の精度を高めることができる。さらに、P1またはP2のどちらかが既知であれば、他方の圧力を求めることができる。 As described above, the substrate side wall 21 is deformed by the pressure difference P2-P1, and the piezoelectric bodies 24 and 29 are also deformed accordingly. As a result, a voltage V1 is generated between B1 and B2, and a potential V2 is generated between B3 and B4. The piezoelectric bodies 24 and 29 are deformed by the pressure difference P2-P1, and the deformation amounts of the piezoelectric bodies 24 and 29 increase as the pressure difference P2-P1 increases. Since V1 and V2 increase as the amount of deformation increases, if the relationship between the pressure difference P2-P1 amount and V1 or V2 is determined in advance, the pressure difference is determined from the measured V1 or V2 value. P2-P1 can be determined. If wiring is performed so that V1 and V2 are added, a potential difference of about twice can be obtained when | V1 | ≈ | V2 |, so that the sensitivity can be increased about twice, and the pressure difference P2-P1 can be increased. Accuracy can be increased. Furthermore, if either P1 or P2 is known, the other pressure can be determined.

同様に、圧力差P2−P3により基板側壁41が変形し、それに応じて圧電体44および49も変形する。その結果B8−B7間に電圧V3、B6−B5間に電位V4が発生する。圧力差P2−P3により圧電体44および49が変形し、(圧力差P2−P3が大きくなると圧電体44および49の変形量が大きくなる)圧電体44および49の変形量に応じてV3やV4の値が変化する(変形量が大きくなるとV3やV4が増大する)ので、あらかじめ圧力差P2−P3量およびV3またはV4の関係を求めておけば、測定されたV3またはV4の値から圧力差P2−P3を求めることができる。V3およびV4を加算するように配線接続すれば、|V3|≒|V4|のときには約2倍の電位差を得ることができるので、感度を約2倍高めることができ、圧力差P2−P3の精度を高めることができる。さらに、P2またはP3のどちらかが既知であれば、他方の圧力を求めることができる。 Similarly, the substrate side wall 41 is deformed by the pressure difference P2-P3, and the piezoelectric bodies 44 and 49 are also deformed accordingly. As a result, a voltage V3 is generated between B8 and B7, and a potential V4 is generated between B6 and B5. The piezoelectric bodies 44 and 49 are deformed by the pressure difference P2-P3, and the amount of deformation of the piezoelectric bodies 44 and 49 increases as the pressure difference P2-P3 increases. Since V3 and V4 increase as the amount of deformation increases, if the relationship between the pressure difference P2-P3 amount and V3 or V4 is obtained in advance, the pressure difference is determined from the measured V3 or V4 value. P2-P3 can be determined. If the wiring is connected so as to add V3 and V4, a potential difference of about twice can be obtained when | V3 | ≈ | V4 |, so that the sensitivity can be increased about twice, and the pressure difference P2-P3 can be increased. Accuracy can be increased. Furthermore, if either P2 or P3 is known, the other pressure can be determined.

基板側壁21および41の側壁厚みを同程度にしておけば、P1=P3のときには基板側壁21および41の変形量も同程度となり、圧電体24、29、44、49の材質や厚みや作成条件を同程度にしておけば、(絶縁膜や導電体膜の材質や厚みや作成条件も同程度とする)V1、V2、V3、V4も同程度にすることができる。従って、これら電圧が加算できるように接続すれば、|V1|+|V2|+|V3|+|V4|=4|V1|と4倍の出力を出すことができるから、圧力差を4倍の感度で検出することが可能となる。さらに、基板側壁21や41にさらに繰り返して圧電体膜等を積層していけば、出力電圧をさらに大きくすることが可能となり、圧力検出精度をさらに高めることができる。および/または、図13(a)または図13(b)に示す構造の圧力センサーを複数作成して、出力電圧を加算できるように接続していけばさらに大きな出力電圧を得ることができ、圧力検出精度をさらに高めることができる。 If the side wall thicknesses of the substrate side walls 21 and 41 are set to be approximately the same, the deformation amounts of the substrate side walls 21 and 41 are also approximately the same when P1 = P3, and the materials, thicknesses, and preparation conditions of the piezoelectric bodies 24, 29, 44, and 49 are determined. V1, V2, V3, and V4 can be set to the same level (the material, thickness, and preparation conditions of the insulating film and the conductor film are set to the same level). Therefore, if these voltages are connected so that they can be added, | V1 | + | V2 | + | V3 | + | V4 | = 4 | V1 | It becomes possible to detect with the sensitivity. Furthermore, if a piezoelectric film or the like is repeatedly laminated on the substrate side walls 21 and 41, the output voltage can be further increased, and the pressure detection accuracy can be further increased. And / or if a plurality of pressure sensors having the structure shown in FIG. 13 (a) or FIG. 13 (b) are created and connected so that the output voltages can be added, a larger output voltage can be obtained. The detection accuracy can be further increased.

以上から、圧電体の変形が同じ向きとなる方の導電体膜同士を接続し、これと逆向きの圧電体の変形となる方の導電体膜同士を接続すれば、これらの間の電位差から圧力を高精度に検出できることが分かる。すなわち、基板側壁21の片側の方に形成される圧電体膜の内側の電極・配線と、基板側壁21の逆側の方に形成される圧電体膜の外側の電極・配線とを接続すれば良い。そこで、図13(a)に示すように、すべての第1凹部(圧力がP1とする)は同じ方向に変形する(第1凹部はすべて同時に膨らむか、あるいは窪むかのどちらかである)ので、第1凹部上の導電体膜114および118は切断が不要でこのまま接続しておけば良い。もちろん第1凹部以外の場所では必要な配線パターニングを行なっても良い。同様に、第2凹部(圧力P2とする)も同じ方向に変形する(第1凹部はすべて同時に膨らむか、あるいは窪むかのどちらかであり、第1凹部とは反対の変形)ので、第2凹部上の導電体膜115および119は切断が不要でこのまま接続しておけば良い。もちろん第2凹部以外の場所では必要な配線パターニングを行なっても良い。また、これらの導電体膜114、115、118、119のパターニングや作製時および/または引き出し電極・配線153、156、159、163をパターニングや作成時に同じ極性同士を接続しておけば、大きな出力電荷および電位を得ることができる。 From the above, if the conductor films with the same direction of deformation of the piezoelectric material are connected to each other and the conductor films with the opposite direction of deformation of the piezoelectric material are connected, the potential difference between them It can be seen that the pressure can be detected with high accuracy. That is, if the electrode / wiring inside the piezoelectric film formed on one side of the substrate side wall 21 is connected to the electrode / wiring outside the piezoelectric film formed on the opposite side of the substrate side wall 21. good. Therefore, as shown in FIG. 13 (a), all the first recesses (the pressure is P1) are deformed in the same direction (the first recesses are either inflated or recessed at the same time). The conductor films 114 and 118 on the first recess need not be cut and may be connected as they are. Of course, necessary wiring patterning may be performed at a place other than the first recess. Similarly, the second recess (denoted by pressure P2) is also deformed in the same direction (the first recesses are either inflated or recessed at the same time, and are deformed opposite to the first recess). The conductor films 115 and 119 on the recesses need not be cut and may be connected as they are. Of course, necessary wiring patterning may be performed at a place other than the second recess. Further, if these conductor films 114, 115, 118, and 119 are patterned and manufactured and / or the lead electrodes / wirings 153, 156, 159, and 163 are connected to each other with the same polarity, a large output can be obtained. Charge and potential can be obtained.

絶縁膜22、27、42、47は導電体膜28、23、43、48からの電流が基板側壁21、41へ漏れないようにするために形成されているので、基板側壁21、41が絶縁体であるときは形成しなくても良い。ただし、導電体膜28、23、43、48と基板側壁21、41とが密着性が悪い場合には密着性向上膜として絶縁膜22、27、42、47を形成しても良い。(このことは、当然図13(a)で示したものでも同様である。)また、絶縁膜26、31、46、51は、導電体膜25、30、45、50から電流を漏洩させない目的の他に導電体膜25、30、45、50を保護する役目もある。当然、電流の漏えいや保護する必要がない場合には形成しなくても良い。(このことは、当然図13(a)で示したものでも同様である。) The insulating films 22, 27, 42, 47 are formed so that current from the conductor films 28, 23, 43, 48 does not leak to the substrate side walls 21, 41. When it is a body, it does not have to be formed. However, when the conductive films 28, 23, 43, 48 and the substrate side walls 21, 41 have poor adhesion, the insulating films 22, 27, 42, 47 may be formed as adhesion improving films. (This is naturally the same as that shown in FIG. 13A.) In addition, the insulating films 26, 31, 46, 51 are intended to prevent current from leaking from the conductor films 25, 30, 45, 50. In addition, it also serves to protect the conductor films 25, 30, 45 and 50. Of course, it is not necessary to form it when current leakage or protection is not necessary. (This is naturally the same as that shown in FIG. 13A.)

凹部は直方体形状であり、第1凹部と第2凹部によって挟まれた薄い基板側壁が圧力差によって変形する。直方体形状の凹部において、長手方向の長さ(側壁の長さ)をa、凹部の深さ(側壁の深さ)をh、側壁の厚み(側壁の幅)をyとすると、基板側壁の最大撓みWmaxは以下の式で与えられる。
Wmax=α*z*h/(Ey
ここで、zは圧力差であり、αは側壁の形状によって決まる定数であり、Eは基板側壁のヤング率である。この式から分かるように、ヤング率の小さな材料を使用すれば変形量は大きくなり、基板側壁を薄くすれば変形量は大きくなり、基板側壁の面積を広くすれば変形量は大きくなる。また側壁が変形しても圧電体の電圧差を生じる分極性が小さければ電位差は小さく圧力差を検出しにくいので、少しの基板側壁の変形(上式では、変形量W)が小さくても圧電体で発生する電荷の大きな材料を用いれば、圧力差を検出しやすい。従って、これらすべての値を最適化して最適な条件を有する圧力センサーを設計する必要がある。
The recess has a rectangular parallelepiped shape, and a thin substrate side wall sandwiched between the first recess and the second recess is deformed by a pressure difference. In a rectangular parallelepiped-shaped recess, when the length in the longitudinal direction (side wall length) is a, the depth of the recess (side wall depth) is h, and the side wall thickness (side wall width) is y, the maximum side wall of the substrate The deflection Wmax is given by the following equation.
Wmax = α * z * h 2 a 2 / (Ey 3 )
Here, z is the pressure difference, α is a constant determined by the shape of the side wall, and E is the Young's modulus of the substrate side wall. As can be seen from this equation, the amount of deformation increases when a material having a low Young's modulus is used, the amount of deformation increases when the substrate side wall is thinned, and the amount of deformation increases when the area of the substrate side wall is increased. In addition, even if the side wall is deformed, if the polarizability that causes a voltage difference of the piezoelectric material is small, the potential difference is small and the pressure difference is difficult to detect. If a material having a large charge generated in the body is used, it is easy to detect the pressure difference. Therefore, it is necessary to design a pressure sensor having an optimum condition by optimizing all these values.

圧電体膜や圧電体基板を使用した本発明の圧力センサは、圧力差による基板側壁の変形を利用している。従って、圧力P1と圧力P2によって変形する基板側壁の面積を増大すればより大きな電荷を取り出すことができ、圧力検出の感度が高まる。たとえば、図13(a)において、第1凹部126、127(圧力P1)が矩形状(直方体)の場合、基板側壁の周囲に圧力P2の領域が囲んでいるが、4つの基板側壁を変形可能な薄さで形成すれば、4つの基板側壁が同じように変形するので、各側壁から電荷が発生する。また、同じ面積(基板面基準)でたくさんの電荷を得るには、第1凹部の短辺の長さ(幅)W1を小さくし、矩形状第1凹部の長辺方向を平行にして多数並べていき、かつ、第1凹部同士の間隔W2(第2凹部128等の幅でもある)を小さくすれば良い。基板側壁の幅をW0とすれば、幅W3の間にW3/(W1+W2+W0)個の第1凹部が平行に並ぶ。第2凹部は第1凹部の間に存在する以外に第1凹部全体を囲んでいる。従って、第1凹部は個々独立しているが、第2凹部はつながっている。さらに、第1凹部の底面も圧力差によって変形できるようにすれば、さらに圧電素子の化の度を高めることができる。直方体(平面的には長方形)形状や正方形(平面的には正方形で、立体的には直方体または立方体)形状の凹部や多角形柱(平面的には多角形)形状の他にも、円柱(円筒)形形状や楕円柱形(底面が楕円形)形状や一般的には曲面柱形(平面的に曲面形)形状など種々の凹部形状を適宜選択して、最適な形状の凹部を選択すれば良い。
尚、上述した本発明の圧力センサーはシリコンやガリウムヒ素や炭化ケイ素(SiC)等の半導体基板を使用できるので、他の素子(IC、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、コイル、各種センサー等)を一緒に搭載できる。たとえば、トランジスタやIC等と一緒に搭載すれば、1つのチップの中に本発明の圧力センサーとそれをコントロールし演算処理するデバイスを入れることができる。従って、圧力センサとIC等との2チップまたは複数チップ構成とした場合に比較して、実装基板全体の大きさを小さくできるとともに外部配線を少なくできるので、全体デバイスの信頼性を大幅に増大できる。
The pressure sensor of the present invention using a piezoelectric film or a piezoelectric substrate utilizes deformation of the substrate side wall due to a pressure difference. Therefore, if the area of the substrate side wall deformed by the pressure P1 and the pressure P2 is increased, a larger charge can be taken out and the sensitivity of pressure detection is increased. For example, in FIG. 13A, when the first recesses 126 and 127 (pressure P1) are rectangular (cuboid), the area of the pressure P2 is surrounded around the substrate side wall, but the four substrate side walls can be deformed. If they are formed with a small thickness, the four substrate side walls are deformed in the same manner, so that charges are generated from the side walls. Further, in order to obtain a large amount of charge with the same area (substrate surface reference), the length (width) W1 of the short side of the first recess is reduced, and a large number of the first sides of the rectangular first recess are arranged in parallel. In addition, the interval W2 between the first recesses (which is also the width of the second recess 128, etc.) may be reduced. If the width of the substrate side wall is W0, W3 / (W1 + W2 + W0) first recesses are arranged in parallel between the width W3. The second recessed portion surrounds the entire first recessed portion except that the second recessed portion exists between the first recessed portions. Therefore, the first recesses are independent, but the second recesses are connected. Furthermore, if the bottom surface of the first recess can also be deformed by a pressure difference, the degree of piezoelectric element can be further increased. In addition to a rectangular parallelepiped (rectangular in plan) or square (planar is square, three-dimensionally rectangular parallelepiped or cube) shaped recesses and polygonal columns (planar polygonal), Cylinder) shape, elliptical columnar shape (bottom surface is elliptical) shape and generally curved columnar shape (curved surface shape in plan), etc. It ’s fine.
In addition, since the pressure sensor of the present invention described above can use a semiconductor substrate such as silicon, gallium arsenide, or silicon carbide (SiC), other elements (IC, transistor, resistor, capacitor, coil, various sensors, etc.) can be used together. Can be installed. For example, if it is mounted together with a transistor, an IC, etc., the pressure sensor of the present invention and a device for controlling and processing it can be put in one chip. Therefore, compared to a two-chip or multiple-chip configuration of a pressure sensor and an IC, the entire mounting board can be reduced in size and external wiring can be reduced, so that the reliability of the entire device can be greatly increased. .

次に、図13(a)、(b)に示す基板の第1面側に第1凹部、基板の第2面側に第2凹部、第1凹部と第2凹部に挟まれた側壁をダイヤフラムとし、このダイヤフラム上に圧電体膜、およびこの圧電体膜を挟んで両側表面に形成され圧電体膜に発生する電荷を伝達する導電体膜を有する圧力センサーの製造方法の一例を以下に説明する。基板111は、半導体基板、絶縁体基板、あるいは導電体基板であり、その厚みはたとえば基板材料強度によって決定でき、基板材料強度は基板材料の弾性係数やポアッソン比によって決めることもできる。基板サイズも種々選定できる。たとえば、半径1インチ以上の円形基板(厚みを考えれば円板基板)、1辺が1インチ以上の正方形基板や長方形基板(厚みも考慮すれば直方体基板)である。基板111がシリコン半導体基板やガラス基板の場合は、たとえば6インチ(約150mm直径)の円形で、厚みが200μm〜700μmの円板基板(これをウエハとも呼ぶ。厚みに関しては、これらを研磨等によってさらに薄くしたものもある)である。半導体基板の場合には、トランジスタ等の能動素子や抵抗、コンデンサ、コイル等の受動素子を本発明の圧力センサーと一緒の基板に作製でき、これらの素子と圧力センサーを1チップ化も可能である。半導体基板としては、シリコン、ゲルマニウム、炭素等の単一元素半導体、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、インジウムリン等の2元系半導体、InGaAs,GaInNAs等の3元系半導体、4元系半導体、多元系半導体がある。ヤング率の小さな材料はより小さな圧力差で撓み易く、大きなダイヤフラムの変形を発生させることができるので、圧力センサーの感度を高めることができる。たとえば、厚みが200μm〜2mm〜5mm〜10mmの各種プラスチック基板や、各種のゴム基板である。 Next, the first concave portion on the first surface side of the substrate shown in FIGS. 13A and 13B, the second concave portion on the second surface side of the substrate, and the side wall sandwiched between the first concave portion and the second concave portion are diaphragms. An example of a method of manufacturing a pressure sensor having a piezoelectric film on the diaphragm and a conductive film that is formed on both surfaces across the piezoelectric film and transmits charges generated in the piezoelectric film will be described below. . The substrate 111 is a semiconductor substrate, an insulator substrate, or a conductor substrate, and the thickness thereof can be determined by, for example, the substrate material strength, and the substrate material strength can also be determined by the elastic coefficient and Poisson's ratio of the substrate material. Various substrate sizes can be selected. For example, a circular substrate having a radius of 1 inch or more (a disc substrate in consideration of thickness), a square substrate having a side of 1 inch or more, or a rectangular substrate (a cuboid substrate in consideration of thickness). In the case where the substrate 111 is a silicon semiconductor substrate or a glass substrate, for example, a circular substrate having a diameter of 6 inches (about 150 mm diameter) and a thickness of 200 μm to 700 μm (this is also referred to as a wafer. Some are even thinner). In the case of a semiconductor substrate, active elements such as transistors and passive elements such as resistors, capacitors and coils can be fabricated on the substrate together with the pressure sensor of the present invention, and these elements and pressure sensors can be integrated into one chip. . Semiconductor substrates include single element semiconductors such as silicon, germanium, and carbon, binary semiconductors such as gallium arsenide, gallium nitride, and indium phosphide, ternary semiconductors such as InGaAs and GaInNAs, quaternary semiconductors, and multiple semiconductors. There is. A material having a small Young's modulus is easily bent with a smaller pressure difference, and can generate a large diaphragm deformation. Therefore, the sensitivity of the pressure sensor can be increased. For example, there are various plastic substrates having a thickness of 200 μm to 2 mm to 5 mm to 10 mm, and various rubber substrates.

基板111の第1面上に絶縁膜を形成し、その上にフォトレジスト等の感光性膜を形成し、さらに露光法により第1凹部126、127を形成する領域を開口する。感光性膜はフォトレジスト等の塗布膜でも良いし、感光性ドライフィルムでも良い。絶縁膜は、たとえばシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNy)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)等である。これらの絶縁膜はCVD法、スパッター等のPVD法で積層できる。あるいは、SOG(Spin On Glass)膜によって形成したシリコン酸化膜等でも良い。シリコン半導体基板の場合は、酸化法によって形成したシリコン酸化膜(SiO2)でも良い。この絶縁膜は感光性膜のパターニングを良好に行ない、第1凹部の形成を良好に行なうためのものであり、および/または凹部形成時のエッチングストッパー等の役割を果たすものであるから、問題なければ基板111の第1面上に絶縁膜を形成せず、直接基板111の第1面上に感光性膜を形成することもできる。絶縁膜の厚みは、良好な感光性膜のパターニングのためには約100nm以上あれば良いが、エッチングストッパー用としては、基板とフォトレジスト、絶縁膜とのエッチング選択比を考慮して決定する。たとえば、凹部エッチング中にフォトレジストが完全にエッチングされて尚、凹部をエッチングする必要がある場合、絶縁膜と基板のエッチングレートの選択比が10(基板が速い)の場合、残りの基板のエッチング深さがXであるとき、絶縁膜の厚みはX/10以上ないと凹部エッチング途中で絶縁膜が消失してしまいその下の基板が露出して、この部分の基板もエッチングっされてしまう。また、凹部のサイズができるだけ変化しないような絶縁膜の厚みにする必要もある。このように絶縁膜の厚みは事前に調査しておけば、エッチング選択比や最も小さなサイズ変化量を有する絶縁膜の厚みを決定できる。感光性膜の厚みに関しても、凹部エッチング中に感光性膜が消失しないようにその厚みを決定する。感光性膜と凹部のエッチング選択比をfとし、凹部のエッチング量をXとし、感光性膜の厚みはX/f以上は必要で、さらに各種バラツキ(たとえば、凹部のエッチングバラツキ、最初の感光性膜のバラツキ)を考慮して感光性膜の厚みを決定すれば良い。たとえば、凹部のエッチング量を300μm、感光性膜と基板とのエッチング選択比を20とすると、感光性膜の厚みは、最低15μm必要であり、全部のバラツキを合わせて30%とすれば、20μmの厚みとすれば良い。更に、凹部の垂直エッチングのために必要な厚みを考慮して最終的な感光性膜の厚みとする。尚、ここで感光性膜の厚みは、感光する前の厚みではなく、パターニングしてエッチング前の厚みを言う。従って、感光性膜露光前のプリベーク、感光性膜露光後かつ現像後のベーク等の熱処理を経た後、かつその後のスカム処理を行なうならばそのスカム処理後の厚みとなる。尚、インプリント法によってパターニングする場合は、インプリントした後、さらにパターン凹部底のインプリント膜を除去後(たとえばO2プラズマ処理後)のインプリント膜の厚みとなる。 An insulating film is formed on the first surface of the substrate 111, a photosensitive film such as a photoresist is formed thereon, and regions for forming the first recesses 126 and 127 are opened by an exposure method. The photosensitive film may be a coating film such as a photoresist or a photosensitive dry film. The insulating film is, for example, a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNy), a silicon oxynitride film (SiOxNy), or the like. These insulating films can be laminated by a PVD method such as CVD or sputtering. Alternatively, a silicon oxide film formed by an SOG (Spin On Glass) film may be used. In the case of a silicon semiconductor substrate, a silicon oxide film (SiO2) formed by an oxidation method may be used. This insulating film is used for satisfactorily patterning the photosensitive film, forming the first recesses well, and / or serving as an etching stopper when forming the recesses. For example, a photosensitive film can be formed directly on the first surface of the substrate 111 without forming an insulating film on the first surface of the substrate 111. The thickness of the insulating film may be about 100 nm or more for good patterning of the photosensitive film, but for the etching stopper, it is determined in consideration of the etching selectivity between the substrate, the photoresist, and the insulating film. For example, when the photoresist is completely etched during the recess etching and the recess needs to be etched, and the selectivity of the etching rate between the insulating film and the substrate is 10 (the substrate is fast), the remaining substrate is etched. When the depth is X, if the thickness of the insulating film is not more than X / 10, the insulating film disappears during the recess etching, the underlying substrate is exposed, and this portion of the substrate is also etched. In addition, it is necessary to make the thickness of the insulating film such that the size of the recess does not change as much as possible. Thus, if the thickness of the insulating film is investigated in advance, the etching selectivity and the thickness of the insulating film having the smallest amount of size change can be determined. Regarding the thickness of the photosensitive film, the thickness is determined so that the photosensitive film does not disappear during the recess etching. The etching selectivity between the photosensitive film and the concave portion is f, the etching amount of the concave portion is X, the thickness of the photosensitive film is required to be X / f or more, and various variations (for example, the etching variation of the concave portion, the initial photosensitivity) The thickness of the photosensitive film may be determined in consideration of the film variation. For example, if the etching amount of the recess is 300 μm and the etching selectivity between the photosensitive film and the substrate is 20, the thickness of the photosensitive film needs to be at least 15 μm, and if the total variation is 30%, 20 μm It may be the thickness of. Further, the final thickness of the photosensitive film is set in consideration of the thickness required for the vertical etching of the concave portion. Here, the thickness of the photosensitive film is not the thickness before exposure but the thickness before patterning and etching. Therefore, after a heat treatment such as pre-baking before exposure of the photosensitive film, baking after exposure of the photosensitive film and after development, and the subsequent scum treatment, the thickness after the scum treatment is obtained. In the case of patterning by the imprint method, the thickness of the imprint film after imprinting and after removing the imprint film at the bottom of the pattern recess (for example, after O2 plasma treatment) is obtained.

感光性膜のパターニング形状は、第1凹部の側面をパターン通りに形成するために、可能な限り垂直パターンが望ましい。次に感光性膜の開口部に露出している絶縁膜をエッチング除去する。この絶縁膜のエッチング形状は、感光性膜のパターニング形状および寸法にできるだけ忠実にサイドエッチングの少ない垂直パターンが望ましい。絶縁膜111をエッチング除去した後、感光性膜および絶縁膜の開口部に露出している基板111をエッチングする。第1凹部および第2凹部に挟まれた基板側壁はダイヤフラムとなるので、基板側壁の面内で厚み(基板側壁厚み)が均一なことが望ましい。そのために、第1凹部は、感光性膜のパターンに忠実でサイドエッチングの少ない垂直パターンが望ましい。ダイヤフラムとなる基板側壁はサイズが大きいほど圧力に対して変形量が大きくなるので、第1凹部の深さは深い方が良い。たとえば、基板厚みに対して50%〜90%の深さにする。基板厚みが500μmの場合には、第1凹部の深さは250μm〜450μmとなる。基板111がシリコン基板の場合は、深堀RIE(DEEP RIE=DRIE)法により感光性膜のパターン寸法に近い凹部を形成することができる。DRIE法には、ボッシュプロセス(Bosch Process)、低温冷却エッチング、NLD(magnetic Neutral Loop Discharge)法など種々の方法がある。 The patterning shape of the photosensitive film is desirably a vertical pattern as much as possible in order to form the side surface of the first recess according to the pattern. Next, the insulating film exposed at the opening of the photosensitive film is removed by etching. The etching shape of the insulating film is desirably a vertical pattern with less side etching as closely as possible to the patterning shape and dimensions of the photosensitive film. After the insulating film 111 is removed by etching, the photosensitive film and the substrate 111 exposed at the opening of the insulating film are etched. Since the substrate side wall sandwiched between the first recess and the second recess becomes a diaphragm, it is desirable that the thickness (substrate side wall thickness) is uniform within the surface of the substrate side wall. Therefore, the first recess is preferably a vertical pattern that is faithful to the pattern of the photosensitive film and has little side etching. Since the amount of deformation with respect to pressure increases as the size of the substrate side wall serving as a diaphragm increases, the depth of the first recess is preferably deeper. For example, the depth is 50% to 90% with respect to the substrate thickness. When the substrate thickness is 500 μm, the depth of the first recess is 250 μm to 450 μm. When the substrate 111 is a silicon substrate, a recess close to the pattern dimension of the photosensitive film can be formed by a deep RIE (DEEP RIE = DRIE) method. The DRIE method includes various methods such as a Bosch process, a low temperature cooling etching, and a magnetic neutral loop discharge (NLD) method.

所望の深さの第1凹部126、127を形成した後、凹部内に堆積した有機膜等のデポ膜やパターニングされた感光性膜等を除去する。基板111の第1面上に形成した絶縁膜も除去しても良いし、必要なら残しておいても良い。ただし、第1凹部との間で絶縁膜が廂状に形成されている場合は、この後の導電体膜がこの部分で段切れする可能性があるので、絶縁膜を除去しておくことが望ましい。基板111が半導体基板および導電体基板の場合には、次に基板111の第1面側に絶縁膜112を積層する。基板111がガラス、セラミック、プラスチックやゴム等の絶縁基板の場合には、絶縁膜112を積層しなくても良い。絶縁膜112の目的は、この上に積層する導電体膜114等と基板111との電気的接続を防止することである。たとえば、この絶縁膜はシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNy)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)等である。これらの絶縁膜はCVD法、スパッター等のPVD法で積層できる。あるいは、SOG(Spin On Glass)膜によって形成したシリコン酸化膜等でも良い。シリコン半導体基板の場合は、酸化法によって形成したシリコン酸化膜(SiO2)でも良い。絶縁膜112の厚みは、たとえば50nm〜1000nmである。この絶縁膜112は、第1凹部の側面および底面にも当然積層する。 After forming the first recesses 126 and 127 having a desired depth, a deposition film such as an organic film deposited in the recesses, a patterned photosensitive film, or the like is removed. The insulating film formed on the first surface of the substrate 111 may also be removed or may be left if necessary. However, if the insulating film is formed in a bowl shape with the first recess, the subsequent conductor film may be disconnected at this portion, so the insulating film must be removed. desirable. In the case where the substrate 111 is a semiconductor substrate or a conductor substrate, an insulating film 112 is next laminated on the first surface side of the substrate 111. In the case where the substrate 111 is an insulating substrate such as glass, ceramic, plastic, or rubber, the insulating film 112 may not be stacked. The purpose of the insulating film 112 is to prevent electrical connection between the conductor film 114 and the like laminated thereon and the substrate 111. For example, the insulating film is a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNy), a silicon oxynitride film (SiOxNy), or the like. These insulating films can be laminated by a PVD method such as CVD or sputtering. Alternatively, a silicon oxide film formed by an SOG (Spin On Glass) film may be used. In the case of a silicon semiconductor substrate, a silicon oxide film (SiO2) formed by an oxidation method may be used. The thickness of the insulating film 112 is, for example, 50 nm to 1000 nm. The insulating film 112 is naturally laminated on the side surface and the bottom surface of the first recess.

次にこの絶縁膜112上に導電体膜(第1導電体膜)114を積層する。導電体膜は、たとえば、ドーピングした多結晶シリコン膜、各種シリサイド膜、ITO膜等の透明導電体膜、金属膜の窒化物(導電体窒化物)、金属膜の酸化物(導電体酸化物)、金属膜や合金膜等である。金属膜はアルミニウム、金、銀、白金、パラジウム、チタニウム、モリブデン、タングステン、銅、クロム、亜鉛、鉄、ニッケル等で、これらの金属の合金である。これらの導電体膜は、CVD法やスパッター・蒸着等のPVD法により積層できる。第1導電体膜の厚みは100nm〜2000nm程度である。圧電体膜との密着性向上のために第1導電体膜を2層膜以上の導電体膜としても良い。たとえば一層目を白金膜(Pt)、その上にチタン(Ti)、その上に窒化チタン(TiN)の3層膜にする。次に、導電体膜114の必要なパターニングを行なった後に、導電体膜114上に圧電体膜116を積層する。圧電体膜は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、リチウムテトラボレート、チタン酸カルシウム、燐酸アルミニウム、石英、酒石酸カリウムナトリウム、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電性ポリマー、窒化アルミニウム、燐酸ガリウム、ガリウムヒ素などである。これらの圧電体膜はスパッター法、CVD法等で積層できる。圧電体膜の厚みは100nm〜5000nm程度である。圧電体膜積層後に圧電体膜の圧電性向上のために必要な熱処理を行なっても良い。第1導電体膜114のパターニングを行なわない場合であって、第1導電体膜をスパッター膜とし、圧電体膜もスパッター法で積層する場合、同じスパッター装置で積層すれば、真空状態を確保しながら連続的に第1導電体膜上に圧電体膜を積層することができる。 Next, a conductor film (first conductor film) 114 is laminated on the insulating film 112. The conductive film is, for example, a doped polycrystalline silicon film, various silicide films, a transparent conductive film such as an ITO film, a nitride of a metal film (conductive nitride), an oxide of a metal film (conductive oxide) A metal film or an alloy film. The metal film is aluminum, gold, silver, platinum, palladium, titanium, molybdenum, tungsten, copper, chromium, zinc, iron, nickel, and the like, and is an alloy of these metals. These conductor films can be laminated by a CVD method or a PVD method such as sputtering or vapor deposition. The thickness of the first conductor film is about 100 nm to 2000 nm. In order to improve the adhesion with the piezoelectric film, the first conductive film may be a conductive film having two or more layers. For example, the first layer is a three-layer film of platinum film (Pt), titanium (Ti) thereon, and titanium nitride (TiN) thereon. Next, after performing necessary patterning of the conductor film 114, the piezoelectric film 116 is laminated on the conductor film 114. Piezoelectric films are PZT (lead zirconate titanate), barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, lithium tetraborate, calcium titanate, phosphoric acid Examples thereof include piezoelectric polymers such as aluminum, quartz, potassium sodium tartrate, and polyvinylidene fluoride (PVDF), aluminum nitride, gallium phosphate, and gallium arsenide. These piezoelectric films can be stacked by sputtering, CVD, or the like. The thickness of the piezoelectric film is about 100 nm to 5000 nm. A heat treatment necessary for improving the piezoelectricity of the piezoelectric film may be performed after the piezoelectric film is laminated. If the first conductor film 114 is not patterned, and the first conductor film is a sputter film and the piezoelectric film is also laminated by the sputtering method, a vacuum state can be secured by laminating with the same sputtering apparatus. However, the piezoelectric film can be continuously laminated on the first conductor film.

次に圧電体膜116の不要な領域を除去した後、導電体膜(第2導電体膜)118を積層する。導電体膜は、たとえば、ドーピングした多結晶シリコン膜、各種シリサイド膜、ITO膜等の透明導電体膜、金属膜の窒化物(導電体窒化物)、金属膜の酸化物(導電体酸化物)、金属膜や合金膜等である。金属膜はアルミニウム、金、銀、白金、チタニウム、モリブデン、銅、クロム、亜鉛等で、これらの金属の合金である。これらの導電体膜は、CVD法やスパッター・蒸着等のPVD法により積層できる。第2導電体膜の厚みは100nm〜2000nm程度である。圧電体膜との密着性向上のために第2導電体膜を2層膜以上の導電体膜としても良い。たとえば一層目を窒化チタン(TiN)、その上にチタン(Ti)、白金膜(Pt)の3層膜にする。次に、導電体膜114の必要なパターニングを行なった後に、導電体膜114上に圧電体膜116を積層する。基板側壁131、132、133、134が変形するとそれに伴い圧電体膜116も変形し圧電体膜116の両側の面(上面、下面)に電荷を生じる。第1導電体膜114は圧電体膜116の下面と接触しているので、圧電体膜116の下面に発生した電荷を第1導電体膜114に引き出すことができる。第2導電体膜118は圧電体膜116の上面と接触しているので、圧電体膜116の上面に発生した電荷を第2導電体膜118に引き出すことができる。 Next, after removing unnecessary regions of the piezoelectric film 116, a conductive film (second conductive film) 118 is stacked. The conductive film is, for example, a doped polycrystalline silicon film, various silicide films, a transparent conductive film such as an ITO film, a nitride of a metal film (conductive nitride), an oxide of a metal film (conductive oxide) A metal film or an alloy film. The metal film is made of aluminum, gold, silver, platinum, titanium, molybdenum, copper, chromium, zinc, or the like, and is an alloy of these metals. These conductor films can be laminated by a CVD method or a PVD method such as sputtering or vapor deposition. The thickness of the second conductor film is about 100 nm to 2000 nm. In order to improve the adhesion with the piezoelectric film, the second conductive film may be a conductive film having two or more layers. For example, the first layer is a three-layer film of titanium nitride (TiN), titanium (Ti), and platinum film (Pt). Next, after performing necessary patterning of the conductor film 114, the piezoelectric film 116 is laminated on the conductor film 114. When the substrate side walls 131, 132, 133, 134 are deformed, the piezoelectric film 116 is also deformed and charges are generated on both surfaces (upper surface, lower surface) of the piezoelectric film 116. Since the first conductor film 114 is in contact with the lower surface of the piezoelectric film 116, charges generated on the lower surface of the piezoelectric film 116 can be drawn out to the first conductor film 114. Since the second conductor film 118 is in contact with the upper surface of the piezoelectric film 116, charges generated on the upper surface of the piezoelectric film 116 can be drawn out to the second conductor film 118.

次に導電体膜118のフォトリソ法およびエッチング法等により不要な部分を除去した後、絶縁膜120を積層する。この絶縁膜120は、たとえば、この絶縁膜はシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNy)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)等である。これらの絶縁膜はCVD法、スパッター等のPVD法で積層できる。あるいは、ポリイミド膜等の有機系絶縁膜でも良い。この絶縁膜120は第1導電体膜、圧電体膜116、第2導電体膜118からなる圧力センサーを保護する役目を果たす。絶縁膜の厚みは、500nm以上あれば良い。次に薄板(第1薄板)122を基板111の第1面側に付着させる。この薄板122は第1凹部126、127をカバーし保護している。薄板122は、絶縁基板、たとえばガラス、石英、プラスチック等の透明な絶縁基板、セラミック等の不透明な絶縁基板である。透明な絶縁基板の場合には、下のパターンを直接観察できるのでパターン合わせを容易に行なうことができ、合わせ精度を向上できる。特に、薄板122の不要な部分を除去したパターンを有する場合(たとえば、電極153や156を形成する領域や、圧力伝達孔137、138を前もって除去しておくなどのパターンを形成している場合や、圧力センサー領域以外のたとえばトランジスタ等を形成している領域を除去しておくなどのパターンを形成している場合)、薄板122を基板111の第1面に精度良く付着させる必要がある。また、電極等に接触しないようにすれば、半導体基板や導電体基板でも良い。 Next, after removing unnecessary portions of the conductor film 118 by a photolithography method, an etching method, or the like, the insulating film 120 is stacked. The insulating film 120 is, for example, a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNy), a silicon oxynitride film (SiOxNy), or the like. These insulating films can be laminated by a PVD method such as CVD or sputtering. Alternatively, an organic insulating film such as a polyimide film may be used. The insulating film 120 serves to protect the pressure sensor including the first conductor film, the piezoelectric film 116, and the second conductor film 118. The thickness of the insulating film may be 500 nm or more. Next, a thin plate (first thin plate) 122 is attached to the first surface side of the substrate 111. The thin plate 122 covers and protects the first recesses 126 and 127. The thin plate 122 is an insulating substrate, for example, a transparent insulating substrate such as glass, quartz, or plastic, or an opaque insulating substrate such as ceramic. In the case of a transparent insulating substrate, the lower pattern can be directly observed, so that pattern matching can be easily performed and alignment accuracy can be improved. In particular, in the case of having a pattern in which unnecessary portions of the thin plate 122 are removed (for example, in the case of forming a pattern in which the electrodes 153 and 156 are formed or the pressure transmission holes 137 and 138 are removed in advance) When a pattern other than the pressure sensor region, for example, a region where a transistor or the like is formed is formed), the thin plate 122 needs to be attached to the first surface of the substrate 111 with high accuracy. Further, a semiconductor substrate or a conductor substrate may be used as long as it does not come into contact with electrodes or the like.

薄板122が基板111との付着する領域に接着剤を塗布または積層した後、薄板122を基板111に付着させる。必要なら熱処理を行ない薄板122が基板111から外れないように固定させる。薄板の厚みは50μm〜1000μm程度であるが、もっと薄くしても良い。あるいはもっと厚くても良い。圧力センサーをできるだけ薄くしたい場合はこの薄板122を薄くする必要がある。しかし、薄い薄板122を薄い状態で付着させるのは、付着工程で薄板122が変形する可能性がある。このような可能性がある場合には、別基板に熱軟化性接着剤(軟化温度Ts)を介して薄板122を付着させ、この状態で薄板122に所望のパターン形成(たとえば、上述した薄板122の不要な領域を除去する)を行なった後、薄板122の所定部分に熱硬化性接着剤(硬化温度Th)を塗布し、基板111に別基板(薄板122側)を付着させる。Th<Tsとすれば、ThとTsの間で熱処理を行なうことにより薄板122は強固に基板111に付着できる。その後、Ts以上の温度にすれば熱軟化性接着剤が軟化して別基板を薄板122から分離できる。この結果、かなり薄い(100μm以下、あるいは50μm以下の)薄板でも基板111の第1面上に付着させることができる。 After applying or laminating an adhesive to a region where the thin plate 122 adheres to the substrate 111, the thin plate 122 is attached to the substrate 111. If necessary, heat treatment is performed and the thin plate 122 is fixed so as not to be detached from the substrate 111. The thickness of the thin plate is about 50 μm to 1000 μm, but it may be made thinner. Or it may be thicker. In order to make the pressure sensor as thin as possible, it is necessary to make the thin plate 122 thin. However, attaching the thin thin plate 122 in a thin state may cause the thin plate 122 to be deformed in the attaching process. If there is such a possibility, a thin plate 122 is attached to another substrate via a thermosoftening adhesive (softening temperature Ts), and a desired pattern is formed on the thin plate 122 in this state (for example, the above-described thin plate 122). Then, a thermosetting adhesive (curing temperature Th) is applied to a predetermined portion of the thin plate 122, and another substrate (the thin plate 122 side) is attached to the substrate 111. If Th <Ts, the thin plate 122 can be firmly attached to the substrate 111 by performing heat treatment between Th and Ts. Thereafter, when the temperature is set to Ts or higher, the thermosoftening adhesive is softened and the separate substrate can be separated from the thin plate 122. As a result, even a very thin (100 μm or less or 50 μm or less) thin plate can be deposited on the first surface of the substrate 111.

別基板111に薄い薄板を付着する方法として、別基板に薄板を付着させた後CMPやBG法で薄板を薄くする方法や、別基板上に熱軟化性接着剤を形成した後、その上に薄板材料を塗布法やCVD法やPVD法で薄板材料を形成する方法などがある。薄板122を付着した後に薄板の不要な部分をフォトリソ法およびエッチング法により除去しても良い。薄板122は接着剤を使用せずに、基板111の第1面に薄板122を載せて圧力をかけて常温接合または高温接合を行なって、基板111の第1面に薄板122を付着させても良い。その後、感光性膜を形成しコンタクト孔151形成用のパターニングを行ない、絶縁膜120をエッチングした後圧電体膜116をエッチングしてコンタクト孔151に第1導電体膜112を露出させる。第2導電体膜118は既にこの領域において除去されているので、コンタクト孔形成時には第2導電体膜118を除去しなくても良い。次に感光性膜をリムーブした後、感光性膜を形成しコンタクト孔154形成用のパターニングを行ない、絶縁膜120をエッチングしてコンタクト孔154に第2導電体膜118を露出させる。尚、圧電体膜118も前もってこの領域から除去しておけば、この時点において圧電体膜118の除去も不要であり、絶縁膜120のエッチングだけで良いのでコンタクト孔154も同時に形成できる。次に感光性膜をリムーブした後、導電体膜152、155を積層し、さらに電極配線153、156を形成する。 As a method of attaching a thin thin plate to another substrate 111, a method of attaching a thin plate to another substrate and then thinning the thin plate by CMP or BG method, or after forming a thermosoftening adhesive on another substrate, There is a method of forming a thin plate material by a coating method, a CVD method or a PVD method. After attaching the thin plate 122, an unnecessary portion of the thin plate may be removed by a photolithography method and an etching method. The thin plate 122 may be attached to the first surface of the substrate 111 by using the thin plate 122 on the first surface of the substrate 111 without applying an adhesive and applying pressure to perform normal temperature bonding or high temperature bonding. good. Thereafter, a photosensitive film is formed and patterning for forming the contact hole 151 is performed. After the insulating film 120 is etched, the piezoelectric film 116 is etched to expose the first conductive film 112 in the contact hole 151. Since the second conductor film 118 has already been removed in this region, it is not necessary to remove the second conductor film 118 when forming the contact hole. Next, after removing the photosensitive film, a photosensitive film is formed and patterning for forming the contact hole 154 is performed, and the insulating film 120 is etched to expose the second conductor film 118 in the contact hole 154. If the piezoelectric film 118 is also removed from this region in advance, it is not necessary to remove the piezoelectric film 118 at this point, and only the etching of the insulating film 120 is required, so that the contact hole 154 can be formed at the same time. Next, after removing the photosensitive film, conductive films 152 and 155 are laminated, and electrode wirings 153 and 156 are further formed.

このコンタクト孔および導電体膜・電極形成は薄板122を付着する前に行なうこともできるし、第2凹部を形成し第2の薄板を付着させた後に行なうこともできる。基板111に薄板122を付着させた後に、基板111の第2面側に第2凹部等を形成する。第2凹部129、128、130を形成する方法、絶縁膜113、導電体膜(下部電極膜)115、圧電体膜117、導電体膜(上部電極)119、絶縁膜121、コンタクト孔157、160、導電体膜158、162、電極・配線159、163、薄板(第2の薄板)123の形成方法や材料等は第1面側と同様である。 This contact hole and conductor film / electrode formation can be performed before the thin plate 122 is attached, or after the second recess is formed and the second thin plate is attached. After the thin plate 122 is attached to the substrate 111, a second recess or the like is formed on the second surface side of the substrate 111. Method of forming second recesses 129, 128, 130, insulating film 113, conductor film (lower electrode film) 115, piezoelectric film 117, conductor film (upper electrode) 119, insulating film 121, contact holes 157, 160 The formation methods and materials of the conductive films 158 and 162, the electrodes / wirings 159 and 163, and the thin plate (second thin plate) 123 are the same as those on the first surface side.

第1凹部と第2凹部に挟まれた基板側壁131、132、133、134は圧力センサーのダイヤフラムとなるので、できるだけ厚みを均一に形成する必要がある。そのためには第1凹部に対して第2凹部形成用の感光性膜のパターンを精度良く形成する必要がある。基板111がガラスや石英、透明プラスチック等の透明な材料の場合は、第1凹部が第2面側から見えるのでかなり精度の良い合わせが可能である。シリコン基板などの不透明な基板でも透過可能な波長の光を用いれば合わせ精度を高めることができる。また、第1凹部が形成された後は薄板122で第1面側を固定しているのでプロセス中に基板111の変形を少なくできるのでパターン形成の精度を向上することができる。また、第2凹部形成後も基板111の第1面側は薄板122で固定され補強されているので、プロセス中に基板111が変形することはない。さらに第2の薄板123を第2面側に付着させた後は基板111の第1面も第2面も強化されているので、かなり頑丈な基板となっている。 Since the substrate side walls 131, 132, 133, 134 sandwiched between the first recess and the second recess serve as a diaphragm of the pressure sensor, it is necessary to form the thickness as uniform as possible. For this purpose, it is necessary to accurately form the pattern of the photosensitive film for forming the second recess with respect to the first recess. When the substrate 111 is made of a transparent material such as glass, quartz, or transparent plastic, the first concave portion can be seen from the second surface side, so that the alignment can be performed with considerably high accuracy. The alignment accuracy can be improved by using light having a wavelength that can be transmitted through an opaque substrate such as a silicon substrate. In addition, since the first surface side is fixed by the thin plate 122 after the first recess is formed, the deformation of the substrate 111 can be reduced during the process, so that the accuracy of pattern formation can be improved. Further, since the first surface side of the substrate 111 is fixed and reinforced by the thin plate 122 even after the second recess is formed, the substrate 111 is not deformed during the process. Further, after the second thin plate 123 is attached to the second surface side, both the first surface and the second surface of the substrate 111 are strengthened, so that the substrate is considerably sturdy.

これまでの実施形態では、第1凹部および第2凹部を構成する基板は圧電体ではなかったが、次の実施形態では、第1凹部および第2凹部を構成する基板が圧電体となる場合である。図14(f)は、圧電体基板中に第1凹部および第2凹部を形成した場合の構造を実施形態(構造)を示す図である。圧電体基板211に第1凹部226、227および第2凹部228、229、230が形成されている。第1凹部226および第2凹部229を隔てている側壁231、第1凹部226および第2凹部228を隔てている側壁232、第1凹部227および第2凹部228を隔てている側壁233、第1凹部227および第2凹部230を隔てている側壁234は圧電体基板であり、これらの側壁が第1凹部の圧力P1と第2凹部の圧力P2との圧力差により変形するダイヤフラムとなる。これらの側壁および圧電体基板211の表面側(すなわち、第1凹部側)には、密着層212、導電体膜214、絶縁膜216が積層される。密着層212は圧電体基板211と導電体膜214との密着性が良くない場合に使用される、密着層といっても電気が流れる導電体膜であり、たとえば導電性接着剤やバリアメタル(密着性向上用)などの導電性膜である。密着性向上用であるから、圧電体基板211と導電体膜214とが密着性が良ければ必要はない。これらの側壁および圧電体基板211の裏面側(すなわち、第2凹部側)には、密着層213、導電体膜215、絶縁膜217が積層される。密着層213は圧電体基板211と導電体膜215とが密着性が良ければ必要はない。 In the previous embodiments, the substrate constituting the first recess and the second recess was not a piezoelectric body, but in the next embodiment, the substrate constituting the first recess and the second recess is a piezoelectric body. is there. FIG. 14 (f) is a diagram showing an embodiment (structure) of a structure in which the first concave portion and the second concave portion are formed in the piezoelectric substrate. First recesses 226 and 227 and second recesses 228, 229 and 230 are formed in the piezoelectric substrate 211. Side wall 231 separating first recess 226 and second recess 229, side wall 232 separating first recess 226 and second recess 228, side wall 233 separating first recess 227 and second recess 228, first The side wall 234 separating the concave portion 227 and the second concave portion 230 is a piezoelectric substrate, and these side walls become a diaphragm that is deformed by the pressure difference between the pressure P1 of the first concave portion and the pressure P2 of the second concave portion. An adhesion layer 212, a conductor film 214, and an insulating film 216 are laminated on the side walls and the surface side of the piezoelectric substrate 211 (that is, the first recess side). The adhesion layer 212 is used when the adhesion between the piezoelectric substrate 211 and the conductor film 214 is not good. Even if it is an adhesion layer, it is a conductor film through which electricity flows. For example, a conductive adhesive or a barrier metal ( A conductive film for improving adhesion). Since it is for adhesion improvement, it is not necessary if the piezoelectric substrate 211 and the conductor film 214 have good adhesion. An adhesion layer 213, a conductor film 215, and an insulating film 217 are laminated on the side walls and the back surface side of the piezoelectric substrate 211 (that is, the second recess side). The adhesion layer 213 is not necessary if the piezoelectric substrate 211 and the conductor film 215 have good adhesion.

圧電体基板211の表面側には、第1の薄板218が付着している。この第1の薄板218は圧電体デバイスを保護するとともに、第1凹部への圧力導入孔(第1凹部226へは圧力導入孔237、第1凹部227へは圧力導入孔238)を有しており、第1凹部へのスムーズな圧力伝達を行なえるようになっている。圧電体基板211の裏面側には、第2の薄板219が付着している。この第2の薄板219は圧電体デバイスを保護するとともに、第2凹部への圧力導入孔(第2凹部222へは圧力導入孔239、第2凹部229、230への圧力導入孔は図示していない)を有しており、第2凹部へのスムーズな圧力伝達を行なえるようになっている。圧力を固定したいときには、この圧力孔をなくせば良い。 A first thin plate 218 is attached to the surface side of the piezoelectric substrate 211. The first thin plate 218 protects the piezoelectric device and has a pressure introduction hole to the first recess (a pressure introduction hole 237 to the first recess 226 and a pressure introduction hole 238 to the first recess 227). Thus, smooth pressure transmission to the first recess can be performed. A second thin plate 219 is attached to the back side of the piezoelectric substrate 211. The second thin plate 219 protects the piezoelectric device, and pressure introduction holes to the second recesses (the pressure introduction holes 239 to the second recesses 222 and the pressure introduction holes to the second recesses 229 and 230 are not shown. The pressure is smoothly transmitted to the second recess. When it is desired to fix the pressure, the pressure hole may be eliminated.

圧電体基板211の表側にある導電体膜214は1つなぎになって接続している。すなわち、第1凹部側にある導電体膜214は連続していて良い。何故なら、第1凹部ではすべての側壁が第2凹部側に膨らむか、或いは凹むかであるから、同極の電位(すなわち、全部プラス側か、全部マイナス側である)が発生する(同じ側に分極する)。従って、側壁同士の導電体膜214を接続しても良く、電位が増幅されるので、感度が高まる。同様に、圧電体基板211の裏側にある導電体膜215は1つなぎになって接続している。すなわち、第2凹部側にある導電体膜215は連続していて良い。何故なら、第2凹部ではすべての側壁が第1凹部側に膨らむか、或いは凹むかであるから、同極の電位(すなわち、全部プラス側か、全部マイナス側である)が発生する。従って、側壁同士の導電体膜215を接続しても良く、電位が増幅されるので、感度が高まる。このように、第1凹部側の導電体膜214および第2凹部側の導電体膜215は、凹部領域でパターニングする必要がなく、単に積層すれば良いので、フォトリソ工程をなくすことができる。(ただし、凹部以外の領域においては配線パターンを形成する必要がある。特に凹部領域は急激な段差形状となっているため、後述する電鋳レジスト法や斜め露光法など特殊な方法でパターニングする必要があるので、凹部パターニングは手間がかかるが。これらが不要となるメリットは大きい。)第1凹部226の底部にある圧電体基板235、第1凹部227の底部にある圧電体基板236は、第2の薄板219と付着して固定されているので、圧力P1が変動しても殆ど変形しないから、この領域における電荷の発生は殆どない。同様に、第2凹部228の底部にある圧電体基板240も第1の薄板218と付着して固定されているので、圧力P2が変動しても殆ど変形しないから、この領域における電荷の発生は殆どない。 The conductor films 214 on the front side of the piezoelectric substrate 211 are connected together. That is, the conductor film 214 on the first recess side may be continuous. This is because, in the first recess, all the side walls swell or are recessed toward the second recess, so that the same potential (that is, all positive side or all negative side) is generated (same side). Polarized). Therefore, the conductive films 214 on the side walls may be connected, and the potential is amplified, so that sensitivity is increased. Similarly, the conductor films 215 on the back side of the piezoelectric substrate 211 are connected together. That is, the conductor film 215 on the second recess side may be continuous. This is because, in the second recess, all the side walls swell or dent toward the first recess, so that the same-polarity potential (that is, all positive side or all negative side) is generated. Therefore, the conductive films 215 on the side walls may be connected, and the potential is amplified, so that sensitivity is increased. As described above, the conductor film 214 on the first recess side and the conductor film 215 on the second recess side do not need to be patterned in the recess region, and can be simply stacked, so that the photolithography process can be eliminated. (However, it is necessary to form a wiring pattern in a region other than the concave portion. In particular, since the concave portion has a steep step shape, it is necessary to pattern by a special method such as an electroformed resist method or an oblique exposure method described later. However, the patterning of the recesses is time-consuming, but there is a great merit that these are unnecessary.) The piezoelectric substrate 235 at the bottom of the first recess 226 and the piezoelectric substrate 236 at the bottom of the first recess 227 Since the thin plate 219 adheres and is fixed to the second thin plate 219, it hardly deforms even when the pressure P1 fluctuates, so that almost no charge is generated in this region. Similarly, since the piezoelectric substrate 240 at the bottom of the second recess 228 is also adhered and fixed to the first thin plate 218, it hardly deforms even when the pressure P2 fluctuates. Almost no.

図13(c)は、図14(f)に示す構造、すなわち圧電基板を側壁基板として用いたどき、凹部の圧力変化によって側壁基板が変形した場合を示す模式図である。図13(c)は、図14(f)と同様に断面構造で示している。図13(c)において、圧電体基板側壁53の両側に導電体膜54、56が、その上に絶縁膜55、57が形成されている。凹部68のもう一方の圧電体基板側壁58の両側に導電体膜59、61が、その上に絶縁膜60、62が形成されている。圧電体基板側壁53および58の上部は第1の薄板63が付着し、圧電体基板側壁53および58の下部は第2の薄板64が付着している。凹部68はこれらの側壁および薄板によって囲まれた閉空間となっているが、第1の薄板63に備わる圧力導入孔65から圧力P1が印加される。圧電体基板側壁53の左側の凹部69への圧力導入孔66は第2の薄板64に形成され、圧力P2が印加される。圧電体基板側壁58の右側の凹部70への圧力導入孔67は第2の薄板64に形成され、圧力P3が印加される。P2、P3<P1のとき、圧電体基板側壁53および圧電体基板側壁58は図13(c)に示すように外側へ(凹部69および凹部70側へ)へ膨らみ変形する。圧電体基板側壁53や58の厚みが側壁の高さ方向に対して一定であり、上下の第1の薄板63および第2の薄板64に規制されていれば(すなわち、圧電体基板側壁53および58と第1の薄板63および第2の薄板64との結合部分が動かなければ)、圧電体基板側壁53や58の中心付近が最も変形する。この変形に伴い圧電体基板側壁53の凸側表面に電荷が発生し(分極する)、また圧電体基板側壁53の凹側表面には凸側と逆の電荷が発生し(分極する)、この間に電位差が生じる。すなわち導電体膜54から引き出した電極端子C1と導電体膜56から引き出した電極端子C2との間に電位差が生じる。一方、圧電体基板側壁58の凸側表面に電荷が発生し(分極する)、また圧電体基板側壁58の凹側表面には凸側と逆の電荷が発生し(分極する)、この間に電位差が生じる。すなわち導電体膜59から引き出した電極端子C4と導電体膜61から引き出した電極端子C3との間に電位差が生じる。C1とC4は同じ極性電位であり、C2およびC3は同じ極性電位であるため、これらを合わせれば(C1およびC4を接続、C2およびC3を接続)電位が大きくなり、感度が高まる。 FIG. 13C is a schematic diagram showing the structure shown in FIG. 14F, that is, the case where the piezoelectric substrate is used as the side wall substrate and the side wall substrate is deformed by the pressure change of the recess. FIG. 13C shows a cross-sectional structure similarly to FIG. In FIG. 13C, conductor films 54 and 56 are formed on both sides of the piezoelectric substrate side wall 53, and insulating films 55 and 57 are formed thereon. Conductor films 59 and 61 are formed on both sides of the other piezoelectric substrate side wall 58 of the recess 68, and insulating films 60 and 62 are formed thereon. A first thin plate 63 is attached to the upper part of the piezoelectric substrate side walls 53 and 58, and a second thin plate 64 is attached to the lower part of the piezoelectric substrate side walls 53 and 58. The recess 68 is a closed space surrounded by the side walls and the thin plate, and a pressure P1 is applied from the pressure introducing hole 65 provided in the first thin plate 63. A pressure introducing hole 66 to the concave portion 69 on the left side of the piezoelectric substrate side wall 53 is formed in the second thin plate 64, and a pressure P2 is applied. A pressure introducing hole 67 to the concave portion 70 on the right side of the piezoelectric substrate side wall 58 is formed in the second thin plate 64, and pressure P3 is applied. When P2, P3 <P1, the piezoelectric substrate side wall 53 and the piezoelectric substrate side wall 58 bulge and deform outward (to the concave portion 69 and the concave portion 70 side) as shown in FIG. If the thickness of the piezoelectric substrate side walls 53 and 58 is constant with respect to the height direction of the side walls and is regulated by the upper and lower first thin plates 63 and the second thin plates 64 (that is, the piezoelectric substrate side walls 53 and 58 and the first thin plate 63 and the second thin plate 64 do not move), the vicinity of the center of the piezoelectric substrate side walls 53 and 58 is most deformed. With this deformation, charges are generated (polarized) on the convex surface of the piezoelectric substrate side wall 53, and charges opposite to the convex side are generated (polarized) on the concave surface of the piezoelectric substrate side wall 53. There is a potential difference between the two. That is, a potential difference is generated between the electrode terminal C1 drawn from the conductor film 54 and the electrode terminal C2 drawn from the conductor film 56. On the other hand, a charge is generated (polarized) on the convex surface of the piezoelectric substrate side wall 58, and a charge opposite to the convex side is generated (polarized) on the concave surface of the piezoelectric substrate side wall 58. Occurs. That is, a potential difference is generated between the electrode terminal C4 drawn from the conductor film 59 and the electrode terminal C3 drawn from the conductor film 61. Since C1 and C4 have the same polarity potential, and C2 and C3 have the same polarity potential, combining them (C1 and C4 connected, C2 and C3 connected) increases the potential and increases the sensitivity.

次に図14(f)に示す本発明の圧電体基板211を用いた圧電素子の製造方法を説明する。図14(a)に示すように、圧電体基板211の第1面(表面)上に絶縁膜271を形成し、さらにその上にフォトレジスト272を形成し、第1凹部形成用の窓273を開ける。圧電体基板は、圧電効果を示す物質の基板であり、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛{ジルコニウム酸・チタン酸鉛(Pb(ZrTi1−X)O 0<x<1)とも呼ばれ、いわゆるPZT}、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、リチウムテトラボレート等のペロブスカイト構造やタングステン−青銅構造を持つセラミックスであり、あるいは石英、水晶、ロッシェル塩、トパーズ、電気石(トルマリン)、ベルリナイト(リン酸アルミニウム)、窒化アルミニウム、リン酸ガリウム、ガリウムヒ素などであり、あるいは圧電性ポリマー{たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)}、あるいはこれらを主成分とする材料などである。 Next, a method for manufacturing a piezoelectric element using the piezoelectric substrate 211 of the present invention shown in FIG. As shown in FIG. 14A, an insulating film 271 is formed on the first surface (front surface) of the piezoelectric substrate 211, a photoresist 272 is further formed thereon, and a window 273 for forming a first recess is formed. Open. The piezoelectric substrate is a substrate of a substance exhibiting a piezoelectric effect, and is also called, for example, lead zirconate titanate {Zirconate / lead titanate (Pb (Zr X Ti 1-X ) O 3 0 <x <1). , So-called PZT}, barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, lithium tetraborate and other ceramics having a perovskite structure and a tungsten-bronze structure, Or quartz, quartz, Rochelle salt, topaz, tourmaline, berlinite (aluminum phosphate), aluminum nitride, gallium phosphate, gallium arsenide, etc., or a piezoelectric polymer {eg, polyvinylidene fluoride (PVDF)} Or a material mainly composed of these.

絶縁膜271は、圧電体基板211の表面を保護するため、および圧電基板211とフォトレジスト272との密着性を向上させるためのものであるが、不要である場合には形成しなくても良い。絶縁膜271は、たとえばCVD法やPVD法で形成したシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNy)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)である。圧電体基板211の厚みは圧電素子の大きさに依存するが、約1μm〜2000μmである。圧電体基板が薄く取り扱いが困難である場合には別基板に付着してプロセスすることができる。凹部を精度良く形成できれば2000μmより厚いものでも本発明を適用できる。絶縁膜271の厚みは、密着性改良の目的としては約0.1μm〜1μmであるが、圧電体基板211をエッチングするときにフォトレジスト272もエッチングされるが、フォトレジスト272がすべてエッチングされる場合には絶縁膜271がマスクとなるので、圧電体基板211のエッチング終了時には絶縁膜271を残しておく必要があるから、それらを考慮して絶縁膜271の厚みを決定する。これらを考慮して概ね約0.1μm〜3μmである。フォトレジスト272の厚みは、エッチングする圧電体基板の厚みに依存すると同時に、エッチング時のフォトレジスト膜と圧電体基板とのエッチング選択比による。選択比が高い(圧電体基板の方がエッチング速度がより大きい)場合には、フォトレジスト272の厚みを薄くできる。たとえば、圧電体基板の厚みが300μmであり、エッチング選択比が10である場合には、フォトレジストの厚みは30μm以上あれば良い。(エッチングバラツキも考えて約40μm〜50μmあれば良い。)フォトレジストが厚くなると焦点深度が深い露光法やそれに対応するフォトレジスト膜を選定する。第1凹部はできるだけフォトレジストのパターンに忠実にしかもできるだけ垂直な形状が良いので、フォトレジストの開口部273の形状もできるだけ垂直な形状が望ましい。 The insulating film 271 is for protecting the surface of the piezoelectric substrate 211 and for improving the adhesion between the piezoelectric substrate 211 and the photoresist 272. However, the insulating film 271 does not have to be formed if unnecessary. . The insulating film 271 is, for example, a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNy), or a silicon oxynitride film (SiOxNy) formed by a CVD method or a PVD method. The thickness of the piezoelectric substrate 211 depends on the size of the piezoelectric element, but is about 1 μm to 2000 μm. When the piezoelectric substrate is thin and difficult to handle, it can be attached to another substrate for processing. The present invention can be applied even if the concave portion can be formed with high accuracy even if it is thicker than 2000 μm. The thickness of the insulating film 271 is about 0.1 μm to 1 μm for the purpose of improving adhesion, but when the piezoelectric substrate 211 is etched, the photoresist 272 is also etched, but all the photoresist 272 is etched. In this case, since the insulating film 271 serves as a mask, it is necessary to leave the insulating film 271 when etching of the piezoelectric substrate 211 is completed. Considering these, the thickness is approximately 0.1 μm to 3 μm. The thickness of the photoresist 272 depends on the thickness of the piezoelectric substrate to be etched and at the same time depends on the etching selectivity between the photoresist film and the piezoelectric substrate at the time of etching. When the selection ratio is high (the piezoelectric substrate has a higher etching rate), the thickness of the photoresist 272 can be reduced. For example, when the thickness of the piezoelectric substrate is 300 μm and the etching selectivity is 10, the thickness of the photoresist may be 30 μm or more. (It may be about 40 μm to 50 μm in consideration of etching variation.) When the photoresist becomes thick, an exposure method having a deep focal depth and a corresponding photoresist film are selected. Since the first recess is as faithful as possible to the photoresist pattern and as vertical as possible, the shape of the opening 273 of the photoresist is preferably as vertical as possible.

次に、フォトレジストパターン272をマスクとして、開口部273において絶縁膜271をドライエッチングまたはウエットエッチングによりエッチング除去する。絶縁膜271がシリコン酸化膜(SiOx)である場合には、ウエットエッチングではBHF液(緩衝フッ酸液)等のフッ酸系水溶液を用いる。ドライエッチングの場合には、CF4、C2F6、C3F8等のエッチングガスによりドライエッチング装置を用いてシリコン酸化膜(SiOx)をエッチングする。エッチング形状は、できるだけマスクパターンに忠実にしかも垂直パターンが望ましい。従って、異方性エッチングが望ましい。絶縁膜271がない場合には当然絶縁膜271のエッチングは必要がない。次に、フォトレジスト272およびエッチングした絶縁膜271をマスクにして、開口部273において露出した圧電体基板211のエッチングを行なう。圧電体基板211のエッチング形状もマスクパターンにできるだけ忠実にしかも垂直パターンが望ましい。たとえば、圧電体基板がPZTである場合は、エッチングガスとして、C3F8やSF6やCl2等でドライエッチング装置を用いて異方性エッチングして垂直パターンを形成できる。このようにして、圧電体基板211内に第1凹部226および227を形成する。第1凹部226および227を形成後、フォトレジストパターン272を除去する。このレジスト除去は酸素プラズマによるアッシングや硝酸系リムーブ液や有機系レジスト剥離剤を用いて行なう。尚、絶縁膜271は問題なければ残しておいても良いし、除去しても良い。 Next, using the photoresist pattern 272 as a mask, the insulating film 271 is removed by etching by dry etching or wet etching in the opening 273. When the insulating film 271 is a silicon oxide film (SiOx), a hydrofluoric acid aqueous solution such as a BHF liquid (buffered hydrofluoric acid liquid) is used in the wet etching. In the case of dry etching, the silicon oxide film (SiOx) is etched using a dry etching apparatus with an etching gas such as CF4, C2F6, C3F8 or the like. The etching shape is preferably as close to the mask pattern as possible and a vertical pattern. Therefore, anisotropic etching is desirable. If the insulating film 271 is not provided, the insulating film 271 need not be etched. Next, the piezoelectric substrate 211 exposed in the opening 273 is etched using the photoresist 272 and the etched insulating film 271 as a mask. The etching shape of the piezoelectric substrate 211 is preferably as faithful as possible to the mask pattern and a vertical pattern. For example, when the piezoelectric substrate is PZT, the vertical pattern can be formed by anisotropic etching using a dry etching apparatus with C3F8, SF6, Cl2, or the like as an etching gas. In this way, the first recesses 226 and 227 are formed in the piezoelectric substrate 211. After forming the first recesses 226 and 227, the photoresist pattern 272 is removed. This resist removal is performed using ashing with oxygen plasma, a nitric acid-based remover, or an organic resist remover. If there is no problem, the insulating film 271 may be left or removed.

基板の厚みをHs、第1凹部の深さをHc1、第1凹部の幅をWc1とする。Hsは前述したように10μm〜2000μm、Hc1は当然Hsより小さいが、Hc1は大きいほど圧電体基板211の側壁の変形が大きくなるので、それだけ多くの電荷が発生するが、エッチングバラツキを考えて、また第1凹部の底部274の強度を考慮すれば、Hsの10%程度は残しておくことが望ましい。たとえば、500μmの基板厚みであれば、約50μm程度残しておことが望ましい。ただし、後述するようにこの部分には第2の薄板が付着するので、もっと薄くしても実用上の強度は問題ない。第1凹部の幅Wc1は、この後に密着層、導電体膜、絶縁膜を積層するので、第1凹部の内部まで積層できる程度の幅が必要である。これは当然これらの膜の積層方法にも依存する。現状の技術では、CVD法の場合アスペクト比(Hc1/Wc1)が20程度であれば、これらの膜形成が可能である。PVD法の場合は10程度である。たとえば、Hc1が300μmで、Wc1が30μmで、アスペクト比10)、第1凹部内部へのスパッター導電膜の積層は可能である。Wclは小さいほど圧電体基板内の圧電素子の平面サイズは小さくできる。Wc1方向にも圧電体基板側壁を作るとき(Wc1とHc1で決まるダイヤフラム)はWc1はある程度の大きさが必要となるので、上記の膜形成には有利になる方向となる。この場合には、直方体形状の第1凹部の側壁の4面にダイヤフラムを形成できる。 The thickness of the substrate is Hs, the depth of the first recess is Hc1, and the width of the first recess is Wc1. As described above, Hs is 10 μm to 2000 μm, and Hc1 is naturally smaller than Hs. However, as Hc1 is larger, the deformation of the side wall of the piezoelectric substrate 211 becomes larger, so that more charges are generated, but considering etching variations, In consideration of the strength of the bottom 274 of the first recess, it is desirable to leave about 10% of Hs. For example, if the substrate thickness is 500 μm, it is desirable to leave about 50 μm. However, as will be described later, since the second thin plate adheres to this portion, there is no problem in practical strength even if it is made thinner. Since the adhesion layer, the conductor film, and the insulating film are stacked after this, the width Wc1 of the first recess needs to be wide enough to be stacked up to the inside of the first recess. This naturally depends on the method of laminating these films. With the current technology, these films can be formed if the aspect ratio (Hc1 / Wc1) is about 20 in the case of the CVD method. In the case of the PVD method, it is about 10. For example, when Hc1 is 300 μm, Wc1 is 30 μm, the aspect ratio is 10), it is possible to stack a sputtered conductive film inside the first recess. The smaller the Wcl is, the smaller the planar size of the piezoelectric element in the piezoelectric substrate can be. When the side wall of the piezoelectric substrate is formed also in the Wc1 direction (diaphragm determined by Wc1 and Hc1), Wc1 needs to have a certain size, which is an advantageous direction for the above film formation. In this case, a diaphragm can be formed on the four surfaces of the side wall of the rectangular parallelepiped first recess.

たとえば、第1凹部の奥行き(長手方向)をLc1(直方体形状の第1凹部の、Hc1およびWc1以外の残り1辺の長さであり、図14(a)では斜めに記載しているが、この図は断面構造なので実際にはLc1は紙面に垂直方向となっている)としたとき、Lc1とHc1は同程度のサイズである(ことが望ましい)から、4面がダイヤフラムになる場合のWc1もHc1と同程度のサイズとなる(ことが望ましい)。尚、Hc1が300μmとしたときに、(第1凹部の最小幅Wc1を30μm、第2凹部の最小幅Wc2も30μm、圧電体側壁の幅を10μmとすると、)第1凹部の4つの側壁にダイヤフラムを形成するときに、380μmの大きさが必要となるが、1方向(たとえば横方向)に第1凹部および第2凹部の組合せを並べると、1つの組合せで70μm必要なので、約5組のダイヤフラム組みが380μmの大きさの中に入る。従って、本発明の場合には、1つの第1凹部の周りに4面を形成するダイヤフラムよりも1方向に並べたダイヤフラムの方が小さくできる。(約2.5倍有利となる。)本発明の場合には、第1凹部に導電体膜等を形成すれば、これらの膜について第1凹部領域でパターニングする必要がないので、1方向に並べた方が良い。上述した30μmも薄膜形成技術のさらなる向上によりもっと小さくできるので、将来はさらに有利となる。従って、従来の平面的なダイヤフラムと比較すれば約10倍も有利となり、同じ面積であれば本発明は従来法に比べて約10倍の感度になることを意味する。当然将来はさらに大きなアスペクト比でも第1凹部の内部への膜形成が問題なく可能となるので、さらに小面積で感度アップになる。 For example, the depth (longitudinal direction) of the first concave portion is Lc1 (the length of the remaining one side of the rectangular parallelepiped first concave portion other than Hc1 and Wc1, and is shown obliquely in FIG. 14 (a). Since this figure is a cross-sectional structure, Lc1 is actually perpendicular to the paper surface), and Lc1 and Hc1 are preferably the same size (preferably), so Wc1 when four surfaces are diaphragms Also, it is (preferably) about the same size as Hc1. When Hc1 is 300 μm (assuming the minimum width Wc1 of the first recess is 30 μm, the minimum width Wc2 of the second recess is 30 μm, and the width of the piezoelectric side wall is 10 μm), the four side walls of the first recess When a diaphragm is formed, a size of 380 μm is required, but if a combination of the first concave portion and the second concave portion is arranged in one direction (for example, lateral direction), 70 μm is required for one combination, so about five sets The diaphragm assembly enters the size of 380 μm. Therefore, in the case of the present invention, the diaphragm arranged in one direction can be made smaller than the diaphragm which forms four surfaces around one first recess. In the case of the present invention, if a conductor film or the like is formed in the first recess, it is not necessary to pattern these films in the first recess region. It is better to line up. The 30 μm mentioned above can be further reduced by further improvement of the thin film forming technology, and thus will become more advantageous in the future. Therefore, it is advantageous about 10 times compared with the conventional planar diaphragm, and if the area is the same, it means that the present invention is about 10 times more sensitive than the conventional method. Naturally, in the future, even with a larger aspect ratio, it becomes possible to form a film inside the first recess without any problem.

第1凹部226および227内の異物を除去し洗浄した後に、図14(b)に示すように、圧電体基板211の第1面(表面)に密着層212、導電体膜214を積層する。導電体膜214は導電性の薄膜であり、たとえば、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、アルミニウム(Al)やこれらの合金である。密着層212も導電体膜であるが、導電体膜214と圧電体基板211との密着性を向上させる導電体膜である。密着層212も導電体膜であり、たとえばチタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)である。密着層212は必要がない場合には積層する必要はない。たとえば、密着層212の膜厚は0〜100nmであり、導電体膜214の膜厚は10nm〜2000nmである。圧電体基板211に力が作用し分極したときに、その電荷を密着層212および導電体膜214を通して引き出すことができる。前述したように、第1凹部内で発生する電荷は同じ極性であるから、この導電体膜214(密着層212を含む)は第1凹部内でエッチングしてパターニングする必要はない。ただし、異なる第1凹部内の導電層214(密着層212を含む)を接続するパターンを形成する場合、第1凹部の領域以外の不要な導電層214(密着層212を含む)は除去する必要があるので、そのためのパターン形成をフォトリソ法および導電層214(密着層212を含む)のエッチングを行なう。このとき第1凹部226や227の領域はフォトレジストで被覆しておく。次にフォトレジストをリムーブした後で、絶縁膜216を積層する。この絶縁膜216は第1凹部や導電体膜214を保護するもので、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜等で、CVD法、PVD法で積層する。 After removing foreign substances in the first recesses 226 and 227 and cleaning, an adhesion layer 212 and a conductor film 214 are laminated on the first surface (front surface) of the piezoelectric substrate 211 as shown in FIG. The conductor film 214 is a conductive thin film, such as platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au), aluminum (Al), or an alloy thereof. The adhesion layer 212 is also a conductor film, but is a conductor film that improves the adhesion between the conductor film 214 and the piezoelectric substrate 211. The adhesion layer 212 is also a conductor film, such as titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), or tantalum nitride (TaN). The adhesion layer 212 does not need to be laminated when it is not necessary. For example, the thickness of the adhesion layer 212 is 0 to 100 nm, and the thickness of the conductor film 214 is 10 nm to 2000 nm. When force is applied to the piezoelectric substrate 211 and polarized, the charge can be extracted through the adhesion layer 212 and the conductor film 214. As described above, since the charges generated in the first recess have the same polarity, the conductor film 214 (including the adhesion layer 212) does not need to be etched and patterned in the first recess. However, when forming a pattern for connecting the conductive layers 214 (including the adhesion layer 212) in different first recesses, unnecessary conductive layers 214 (including the adhesion layer 212) other than the regions of the first recesses must be removed. Therefore, a photolithographic method and etching of the conductive layer 214 (including the adhesion layer 212) are performed for pattern formation therefor. At this time, the regions of the first recesses 226 and 227 are covered with a photoresist. Next, after removing the photoresist, an insulating film 216 is stacked. This insulating film 216 protects the first recess and the conductor film 214, and is a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or the like, and is laminated by a CVD method or a PVD method.

次に、図14(c)に示すように、圧電体基板211の第1面(表面)にサポート基板(第1の薄板)276を付着する。このサポート基板276は第1凹部等圧電体基板211の第1面(表面)に形成された第1凹部等の素子を保護するとともに、第2凹部形成時に圧電基板211の強度が減少するので、圧電基板211が損傷しないようにすること、プロセス時に圧電基板が変形してパターンゆがみがないようにすることが目的である。従って、問題が発生しない場合には必要がない。たとえば、圧電体基板211内に凹部の割合が少なければ基板のゆがみが少ない。サポート基板として、ガラス基板、石英基板、セラミック基板、プラスチック基板等の絶縁基板、あるいは金属板等の導電体基板でも良いし、半導体基板でも良い。強度やプロセス条件に合わせて適宜選択すれば良い。サポート基板を第1の薄板としても使用する場合は圧電素子の使用環境も考慮して信頼性の高い物を使用する必要があり、上記の材料から厚みも含めて適宜選定すれば良い。 Next, as shown in FIG. 14C, a support substrate (first thin plate) 276 is attached to the first surface (front surface) of the piezoelectric substrate 211. The support substrate 276 protects elements such as the first recess formed on the first surface (front surface) of the piezoelectric substrate 211 such as the first recess, and the strength of the piezoelectric substrate 211 is reduced when the second recess is formed. The purpose is to prevent damage to the piezoelectric substrate 211 and to prevent distortion of the piezoelectric substrate due to deformation during the process. Therefore, it is not necessary when no problem occurs. For example, if the proportion of the recesses in the piezoelectric substrate 211 is small, the substrate is less distorted. The support substrate may be a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, an insulating substrate such as a plastic substrate, a conductor substrate such as a metal plate, or a semiconductor substrate. What is necessary is just to select suitably according to intensity | strength and process conditions. When the support substrate is used also as the first thin plate, it is necessary to use a highly reliable material in consideration of the use environment of the piezoelectric element, and the material including the thickness may be appropriately selected.

サポート基板276を圧電基板211に付着させる方法として、常温接合する方法や、真空圧着する方法、高温接合や拡散接合、接着材を用いて付着する方法などがある。接着剤を用いる場合には、第1凹部にできるだけ接着剤が入らないようにするために、サポート基板276の必要な部分(圧電体基板211とサポート基板が付着する部分)だけに接着剤をコートしてからサポート基板276を圧電基板211にパターンを合わせ込んで付着させる。たとえば、マスクを用いて接着剤をサポート基板276の必要な部分にコート(スクリーン印刷も可能)した後に、サポート基板276を圧電体基板211に付着させる。接着剤を用いた時には所定の熱処理等を行ない、サポート基板276を圧電体基板211に確実に固着させる。また、接着剤はこの後のプロセスにおいても付着力が低下しないような材料および接着条件を選定する。 As a method of attaching the support substrate 276 to the piezoelectric substrate 211, there are a method of bonding at room temperature, a method of vacuum pressing, a method of high temperature bonding, diffusion bonding, and a method of attaching using an adhesive. In the case of using an adhesive, in order to prevent the adhesive from entering the first recess as much as possible, the adhesive is coated only on a necessary portion of the support substrate 276 (a portion where the piezoelectric substrate 211 and the support substrate adhere). Then, the support substrate 276 is attached to the piezoelectric substrate 211 by aligning the pattern. For example, an adhesive is coated on a necessary portion of the support substrate 276 using a mask (screen printing is possible), and then the support substrate 276 is attached to the piezoelectric substrate 211. When the adhesive is used, a predetermined heat treatment or the like is performed to securely fix the support substrate 276 to the piezoelectric substrate 211. In addition, for the adhesive, a material and a bonding condition are selected so that the adhesive force does not decrease in the subsequent process.

サポート基板276を第1の薄板として用いる場合には、一度付着させた後はサポート基板276を圧電基板211から外す必要はないが、サポート基板276を第1の薄板として用いない場合には、圧電基板211の裏面処理が終わった後に取り外す必要があるので、接着剤として取り外すことが可能なものを選定する。たとえば、熱軟化性接着剤で、第2凹部形成プロセスの温度(T2)では軟化しないが、それよりも高い温度で軟化する接着剤を用いることにより、第2凹部プロセス終了後に、T2より高い温度をかけて圧電体基板211からサポート基板276を取り外す。サポート基板276を第1の薄板として用いる場合には、接着剤はT2では軟化しない熱軟化性接着剤でも良いし、あるいは熱硬化性接着剤でも良い。また、サポート基板276を第1の薄板として用いる場合において、第1凹部に圧力導入口を設けない場合は、サポート基板276を圧電体基板211に付着した時に第1凹部に閉じ込めた圧力(これをP0とする)で、その後の第1凹部内の圧力は決定される。P0を真空に近く(P0がほぼ0気圧)したいときは、そのP0の圧力下でサポート基板276を圧電体基板211に付着させる。またP0を1気圧にしたいときは、大気圧下でサポート基板276を圧電体基板211に付着させれば良い。 When the support substrate 276 is used as the first thin plate, it is not necessary to remove the support substrate 276 from the piezoelectric substrate 211 after being attached, but when the support substrate 276 is not used as the first thin plate, the piezoelectric substrate 211 is used. Since it is necessary to remove the substrate 211 after the back surface processing is completed, an adhesive that can be removed is selected. For example, by using an adhesive that does not soften at the temperature (T2) of the second recess formation process with a heat softening adhesive, but softens at a temperature higher than that, a temperature higher than T2 after the end of the second recess process. The support substrate 276 is removed from the piezoelectric substrate 211. When the support substrate 276 is used as the first thin plate, the adhesive may be a thermosoftening adhesive that does not soften at T2 or a thermosetting adhesive. In the case where the support substrate 276 is used as the first thin plate and the pressure introduction port is not provided in the first recess, the pressure confined in the first recess when the support substrate 276 is attached to the piezoelectric substrate 211 (this is Then, the pressure in the first recess is determined. When it is desired to make P0 close to vacuum (P0 is approximately 0 atm), the support substrate 276 is attached to the piezoelectric substrate 211 under the pressure of P0. When it is desired to set P0 to 1 atm, the support substrate 276 may be attached to the piezoelectric substrate 211 under atmospheric pressure.

次に、圧電体基板211の裏面に第2凹部を形成する。圧電体基板211の第2面(裏面)に絶縁膜277を形成する。この絶縁膜277の目的や形成方法は絶縁膜271と同様である。フォトリソ法を用いて、この絶縁膜277上に第2凹部を形成するためのフォトレジストパターン278を形成する。フォトレジストの開口部279は、第2凹部を形成するための開口部である。フォトレジストパターン278およびフォトレジストの開口部279は、圧電体基板211の第1面(表面)のパターン、特に第1凹部226および227に合わせて位置合わせされて形成される。圧電体基板211が透明もしくはある程度(特定の)光を透過しやすければ、圧電体基板211を透過できる波長を有する光を表面から裏面に向けてその波長の光を照射すれば、その光を受けて直接圧電体基板211の第1面(表面)のパターンに合わせて、裏面のフォトレジストパターン278、279をアライメント(合わせ込み)できるので、高い精度の位置合わせを行なうことができる。たとえば、合わせ精度を0.3μm〜0.1μm以下にすることもできる。圧電体基板がPZTの場合は、500nm〜800nmの波長範囲(可視光の範囲)において光の透過率が50%以上あるので、可視光を基板表面から照射して基板裏面のパターン(マスク)に位置合わせができる。また、フォトレジスト278は、第1凹部よりも少し大きめにパターニングされる。すなわち、第1凹部の幅Wc1よりも片側が圧電体基板211の側壁の厚み分は大きく形成される。 Next, a second recess is formed on the back surface of the piezoelectric substrate 211. An insulating film 277 is formed on the second surface (back surface) of the piezoelectric substrate 211. The purpose and formation method of the insulating film 277 are the same as those of the insulating film 271. A photoresist pattern 278 for forming a second recess is formed on the insulating film 277 by using a photolithography method. The photoresist opening 279 is an opening for forming the second recess. The photoresist pattern 278 and the photoresist opening 279 are formed in alignment with the pattern of the first surface (front surface) of the piezoelectric substrate 211, particularly the first recesses 226 and 227. If the piezoelectric substrate 211 is transparent or easily transmits a certain amount of light (specific), if light having a wavelength that can be transmitted through the piezoelectric substrate 211 is irradiated from the front surface to the back surface, the light is received. Therefore, since the photoresist patterns 278 and 279 on the back surface can be aligned (aligned) directly with the pattern on the first surface (front surface) of the piezoelectric substrate 211, alignment with high accuracy can be performed. For example, the alignment accuracy can be 0.3 μm to 0.1 μm or less. When the piezoelectric substrate is PZT, the light transmittance is 50% or more in the wavelength range of 500 nm to 800 nm (visible light range). Therefore, visible light is irradiated from the substrate surface to form a pattern (mask) on the back surface of the substrate. Can be aligned. Further, the photoresist 278 is patterned slightly larger than the first recess. That is, the thickness of the side wall of the piezoelectric substrate 211 is larger on one side than the width Wc1 of the first recess.

次に図14(d)に示すように、フォトレジストパターンの開口部279で露出している絶縁膜277をエッチング除去する。この絶縁膜277のエッチングは絶縁膜271のエッチングと同様である。次にフォトレジストパターンの開口部279で露出してきた圧電体基板211をエッチング除去する。このエッチングパターン形状は、フォトレジストパターン278にできるだけ忠実に形成す必要があるので、垂直なパターンが望ましい。また、第1凹部と第2凹部で挟まれた圧電体側壁の厚みはできるだけ等しいことが望ましい。ずなわち、図14(d)において、Wsc―1=Wsc−2=Wsc−3=Wsc−4であることが望ましい。従って、フォトレジストパターン278の幅をWr278、このフォトレジストパターンによってエッチングされたパターン幅をWc2とすれば、好適にはWc2=Wr278であり、好適にはWc2=Wc1+Wsc―1+Wsc−2である。従って、できるだけサイドエッチングの少ない垂直形状の第2凹部228、229、230を形成することが望ましい。 Next, as shown in FIG. 14D, the insulating film 277 exposed at the opening 279 of the photoresist pattern is removed by etching. The etching of the insulating film 277 is similar to the etching of the insulating film 271. Next, the piezoelectric substrate 211 exposed at the opening 279 of the photoresist pattern is removed by etching. Since the etching pattern shape needs to be formed as faithfully as possible to the photoresist pattern 278, a vertical pattern is desirable. Further, it is desirable that the thickness of the piezoelectric side wall sandwiched between the first recess and the second recess is as equal as possible. That is, in FIG. 14D, it is desirable that Wsc-1 = Wsc-2 = Wsc-3 = Wsc-4. Accordingly, if the width of the photoresist pattern 278 is Wr278 and the pattern width etched by this photoresist pattern is Wc2, Wc2 = Wr278 is preferable, and Wc2 = Wc1 + Wsc-1 + Wsc-2 is preferable. Accordingly, it is desirable to form the second concave portions 228, 229, and 230 having a vertical shape with as little side etching as possible.

また、第2凹部は第1面に貫通しないようにし、第2凹部の底部240において圧電体基板211を一部残すようにする。尚、このエッチング方法も第1凹部の形成方法と同じで良い。第2凹部の底部240の厚みは、圧電体基板211の5%〜15%残すことが望ましい。たとえば、圧電体基板の厚みが500μmである場合には、25μm〜75μm残すことが望ましい。5%以下になると、エッチングばらつきなどにより、基板(ウエハ)内で圧電体基板211がなくなる部分が出る可能性があり、15%以上に厚くなると、圧電体基板を有効に使っていないことになる。ただし、この第2凹部の底部240では圧電体が極めて薄くなっても存在しさえすれば本発明の特性上は問題ない。すなわち、第2凹部の圧電体基板底部240は、既にサポート基板276に付着しているので、強度的には既に強固に補強されているので、特に問題ない。ただし、サポート基板276を外して、第1の薄板を付着させるまでの工程では、この部分が損傷しないように細心の注意を払う必要がある。第2凹部228、229、230を形成したことにより、第1凹部226、227との間に圧電体基板の側壁231、232、233、234が形成され、これらの側壁がダイヤフラムとなり、第1凹部内圧力と第2凹部内圧力との差によって変形し、それに対応して圧電効果によりこの部分が分極し、圧電体基板211の両サイド面に逆の電荷が発生する。 Further, the second recess is prevented from penetrating the first surface, and a part of the piezoelectric substrate 211 is left at the bottom 240 of the second recess. This etching method may be the same as the method for forming the first recess. The thickness of the bottom 240 of the second recess is preferably 5% to 15% of the piezoelectric substrate 211. For example, when the thickness of the piezoelectric substrate is 500 μm, it is desirable to leave 25 μm to 75 μm. If it is 5% or less, there is a possibility that a portion of the piezoelectric substrate 211 disappears in the substrate (wafer) due to etching variation or the like, and if it is more than 15%, the piezoelectric substrate is not used effectively. . However, there is no problem in the characteristics of the present invention as long as the piezoelectric body is present at the bottom 240 of the second concave portion even if it is extremely thin. That is, since the piezoelectric substrate bottom portion 240 of the second recess is already attached to the support substrate 276, there is no particular problem because it is already strongly reinforced in strength. However, in the process from removing the support substrate 276 and attaching the first thin plate, it is necessary to pay close attention so that this portion is not damaged. By forming the second recesses 228, 229, 230, the side walls 231, 232, 233, 234 of the piezoelectric substrate are formed between the first recesses 226, 227, and these side walls serve as diaphragms. Deformation is caused by the difference between the internal pressure and the internal pressure of the second recess, and correspondingly, this portion is polarized by the piezoelectric effect, and opposite charges are generated on both side surfaces of the piezoelectric substrate 211.

次にフォトレジスト278をリムーブする。このリムーブ方法は、フォトレジスト272の除去と同様である。圧電体基板211の第1面側の素子(第1凹部や導電体膜)は、サポート基板276で保護されているので、このリムーブ時にダメッジ等が入ることはない。第1凹部の底部235や236の厚みも圧電体基板211の厚みの10%程度は存在するので、問題はない。さらに、奥行き側は、厚い圧電体基板が存在して支持しているので、このフォトレジストリムーブやこの後のプロセスで変形することはない。絶縁膜277は問題なければ残しておいても良い。エッチングする場合は、その絶縁膜をエッチングする水溶液(たとえば、絶縁膜がシリコン酸化膜であればフッ酸系のエッチング液)やドライエッチング法で除去すれば良い。ただし、圧電体基板211が露出しているので、この圧電体基板211を極力エッチングしない材料およぶ条件を設定する必要がある。 Next, the photoresist 278 is removed. This removal method is the same as the removal of the photoresist 272. Since the elements (first recesses and conductor film) on the first surface side of the piezoelectric substrate 211 are protected by the support substrate 276, no damage or the like is introduced during the removal. Since the thickness of the bottoms 235 and 236 of the first recess is about 10% of the thickness of the piezoelectric substrate 211, there is no problem. Further, since the thick piezoelectric substrate is present and supported on the depth side, it is not deformed by this photo-registry move or subsequent processes. If there is no problem, the insulating film 277 may be left. In the case of etching, an aqueous solution for etching the insulating film (for example, a hydrofluoric acid-based etching solution if the insulating film is a silicon oxide film) or a dry etching method may be used. However, since the piezoelectric substrate 211 is exposed, it is necessary to set a material and conditions that do not etch the piezoelectric substrate 211 as much as possible.

次に、図14(e)に示すように、第2面側に密着層213、導電体膜215、絶縁膜217を積層する。この、密着層213は密着層212と同様の目的および同程度の材料や条件で良い。また、導電体膜215は導電体膜214と同様であり、絶縁膜217は絶縁膜216と同様である。第1凹部や第2凹部が形成されているので、圧電体基板211は図14(e)においてはかなりエッチングされ強度が弱くなったように見えるが、実際にはこの図14の紙面と垂直方向にも壁があり、凹部のない厚い基板が残っている領域も多いので、プロセス中の基板211の強度は充分である。さらにサポート基板276は圧電基板211の全体をカバーして支持しているので、圧電基板211の強度は問題ない。尚、密着層213および導電体層215は同じ装置内で積層可能なので連続的に積層可能である。たとえば、スパッター装置を用いて、最初にアルゴンスパッタエッチングを行なって圧電体基板の表面の絶縁膜等を軽くエッチング除去して(逆スパッターとも言う)、その後でチタンをスパッターし、さらに連続して白金等の導電体膜を積層することができる。第1面(表面)側と同じく、導電体膜215は第2凹部のある領域ではエッチング等する必要がないので、第2凹部の内部にこれらの膜を積層できれば本発明の圧電素子を作製できる。平坦な面においてフォトレジストでパターニングして導電体膜をエッチングするときには、第2凹部領域はフォトレジスト等でカバーしてエッチングされないようにしておけば良い。たとえば、ポジレジストを用いて第2凹部領域以外の場所は露光してパターニングすれば微細なパターンを形成でき、第2凹部領域は露光しなければ現像によってレジストは溶解しないので、ポジレジストを第2凹部領域に残しておくことができる。 Next, as shown in FIG. 14E, an adhesion layer 213, a conductor film 215, and an insulating film 217 are stacked on the second surface side. The adhesion layer 213 may have the same purpose and the same material and conditions as the adhesion layer 212. The conductor film 215 is similar to the conductor film 214, and the insulating film 217 is similar to the insulating film 216. Since the first concave portion and the second concave portion are formed, the piezoelectric substrate 211 seems to be considerably etched and weakened in FIG. 14E, but actually, the direction perpendicular to the paper surface of FIG. In addition, since there are many regions where a thick substrate without a concave portion remains, the strength of the substrate 211 during the process is sufficient. Furthermore, since the support substrate 276 covers and supports the entire piezoelectric substrate 211, the strength of the piezoelectric substrate 211 is not a problem. In addition, since the adhesion layer 213 and the conductor layer 215 can be stacked in the same apparatus, they can be stacked continuously. For example, using a sputtering device, argon sputter etching is first performed to lightly remove the insulating film on the surface of the piezoelectric substrate (also referred to as reverse sputtering), then titanium is sputtered, and platinum is continuously added. Etc. can be laminated. As with the first surface (front surface) side, the conductor film 215 does not need to be etched or the like in the region having the second recess, and therefore, if these films can be laminated inside the second recess, the piezoelectric element of the present invention can be manufactured. . When the conductor film is etched by patterning with a photoresist on a flat surface, the second recessed region may be covered with a photoresist or the like so as not to be etched. For example, if a portion other than the second recessed region is exposed and patterned using a positive resist, a fine pattern can be formed. If the second recessed region is not exposed, the resist is not dissolved by development. It can be left in the recessed area.

次に図14(f)に示すように、圧電体基板211の第2面(裏面)に第2の薄板219を付着する。付着する手段や方法は、サポート基板276の付着と同様である。薄板219は本発明の圧電素子を保護するためのもの(特に第2面側に面している第2凹部や配線等)であり、一種のパッケージと考えて良く、このままでも使用することができる。薄板219はたとえば、ガラス基板、石英基板、セラミック基板、プラスチック基板等の絶縁基板である。あるいは、金属等の導電体基板でも良い。導電体基板の場合には、電極間でショートしないように配慮が必要であるが、静電気に強いという特徴を持たせることができる。あるいは半導体基板でも良い。薄板219の厚みは、20μm〜2000μm(もっと厚くても良い)であり、使用環境や厚みの制限(薄いパッケージの場合には、当然厚みを薄くする)や強度などによって適宜選定すれば良い。第2凹部の圧力を閉じ込める場合には、第2の薄板219を付着させるときのプロセス時の圧力をその圧力に合わせておいて、その圧力下で完全密閉すれば良い。また、第2凹部内にプロセス中に生じるアウトガス等を吸着して内部圧力を下げるガス吸着剤を第2凹部内に入れておいても良い。これは第1凹部も同様である。ガス吸着剤としては、たとえばジルコニア系のものを入れておけば、少なくとも水分、酸素、水素、二酸化炭素、窒素などの一部または全部を吸着できる。 Next, as shown in FIG. 14 (f), a second thin plate 219 is attached to the second surface (back surface) of the piezoelectric substrate 211. The means and method for attaching are the same as those for attaching the support substrate 276. The thin plate 219 is for protecting the piezoelectric element of the present invention (particularly, the second concave portion or the wiring facing the second surface side) and may be considered as a kind of package and can be used as it is. . The thin plate 219 is, for example, an insulating substrate such as a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or a plastic substrate. Alternatively, a conductive substrate such as metal may be used. In the case of a conductor substrate, care must be taken so as not to short-circuit between electrodes, but it can be characterized by being resistant to static electricity. Alternatively, a semiconductor substrate may be used. The thickness of the thin plate 219 is 20 μm to 2000 μm (may be thicker), and may be appropriately selected depending on the use environment, thickness limitation (in the case of a thin package, the thickness is naturally reduced), strength, and the like. In order to confine the pressure of the second recess, the pressure during the process for attaching the second thin plate 219 may be adjusted to the pressure and completely sealed under the pressure. Further, a gas adsorbent that lowers the internal pressure by adsorbing outgas generated during the process in the second recess may be placed in the second recess. The same applies to the first recess. As the gas adsorbent, for example, if a zirconia-based one is inserted, at least a part or all of moisture, oxygen, hydrogen, carbon dioxide, nitrogen and the like can be adsorbed.

第2の薄板219を圧電体基板211の裏面(第2面)に付着した後で、サポート基板276を除去して、(またはその上に)第1の薄板を付着させても良い。第1の薄板の付着方法は第2の薄板の付着方法と同じである。あるいは、第1の薄板はサポート基板276で代用することもできる。代用すれば、サポート基板276を取り外す必要もなくプロセスを簡略化できる。サポート基板276や第2の薄板219や第1の薄板を薄くするときは、これらを付着した後で、エッチングまたは研磨して薄くしても良い。CMP法(化学的研磨法)を用いれば精度良くサポート基板や薄板を薄くできる。10μm〜200μm程度に薄くすることもできる。前述したように、別基板に付着した薄い薄板やサポート基板を圧電体基板の表面や裏面に付着して、その後で別基板を除去しても良い。 After the second thin plate 219 is attached to the back surface (second surface) of the piezoelectric substrate 211, the support substrate 276 may be removed and the first thin plate may be attached. The method for attaching the first thin plate is the same as the method for attaching the second thin plate. Alternatively, the first thin plate can be replaced by the support substrate 276. If it substitutes, it is not necessary to remove the support substrate 276, and the process can be simplified. When the support substrate 276, the second thin plate 219, and the first thin plate are thinned, they may be thinned by etching or polishing after being attached. If the CMP method (chemical polishing method) is used, the support substrate and the thin plate can be thinned with high accuracy. It can also be thinned to about 10 μm to 200 μm. As described above, a thin thin plate or a support substrate attached to another substrate may be attached to the front or back surface of the piezoelectric substrate, and then the other substrate may be removed.

次に、圧力導入孔や引き出し電極・配線を形成する。まず、圧電基板211の第1面側に付着したサポート基板276(あるいは第1の薄板218)に圧力導入孔237、238を形成する。そのためにフォトリソ法を用いて圧力導入孔237,238を形成すべき場所以外をフォトレジストで被覆する。フォトレジストは塗布法やドライフィルムを用いることができる。あるいはインプリント法を用いてパターニングすることもできる。この導入孔は微細である必要はないので、ウエットエッチングで形成しても良い。サポート基板276(または第1の薄板218)がガラス基板の場合は、BHF等のフッ酸系のウエットエッチング液でエッチングする。もちろん、ドライエッチングで形成しても良い。サポート基板276(または第1の薄板218)がガラス基板の場合は、ドライエッチング装置を用いてCFx系、SFx系等のフッ素系ガスなどでガラス基板をエッチングする。このサポート基板276のエッチングのときに、導電体膜214や215からコンタクト孔内配線を介して電極・配線を引き出すために、この領域281にあるサポート基板276も同時にエッチング除去する。このサポート基板276を除去すると絶縁膜216が露出する。サポート基板276のエッチング速度より絶縁膜216のエッチング速度を遅くすれば(エッチング選択比を高めれば)、絶縁膜216を余りエッチングせずにサポート基板276を除去することができる。サポート基板276がガラス基板で絶縁膜216をプラズマCVD法で積層したシリコン窒化膜にして、BHF等のフッ酸系水溶液でサポート基板276をエッチングすればその下地の絶縁膜216は殆どエッチングされない。 Next, pressure introduction holes, lead electrodes and wirings are formed. First, pressure introducing holes 237 and 238 are formed in the support substrate 276 (or the first thin plate 218) attached to the first surface side of the piezoelectric substrate 211. For this purpose, a portion other than the place where the pressure introducing holes 237 and 238 are to be formed is covered with a photoresist by using a photolithography method. As the photoresist, a coating method or a dry film can be used. Alternatively, patterning can be performed using an imprint method. Since the introduction hole does not need to be fine, it may be formed by wet etching. When the support substrate 276 (or the first thin plate 218) is a glass substrate, etching is performed with a hydrofluoric acid-based wet etching solution such as BHF. Of course, it may be formed by dry etching. In the case where the support substrate 276 (or the first thin plate 218) is a glass substrate, the glass substrate is etched with a fluorine-based gas such as CFx or SFx using a dry etching apparatus. When the support substrate 276 is etched, the support substrate 276 in this region 281 is also etched away at the same time in order to draw electrodes / wiring from the conductor films 214 and 215 through the contact hole wiring. When the support substrate 276 is removed, the insulating film 216 is exposed. If the etching rate of the insulating film 216 is made slower than the etching rate of the support substrate 276 (if the etching selectivity is increased), the support substrate 276 can be removed without etching the insulating film 216 much. If the support substrate 276 is a glass substrate and a silicon nitride film in which the insulating film 216 is laminated by the plasma CVD method, and the support substrate 276 is etched with a hydrofluoric acid aqueous solution such as BHF, the underlying insulating film 216 is hardly etched.

フォトレジストをリムーブした後で、コンタクト孔254を形成するためのフォトリソ工程を行ない、コンタクト孔254を形成する部分の窓開けを行ない、窓開けした部分から絶縁膜216をエッチングしてコンタクト孔254を形成する。絶縁膜216がシリコン窒化膜(SiNy)、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)であるときには、ドライエッチング装置を用いてCF4やC2F6やC4F8等のフッ素系ガスなどで絶縁膜216をエッチングしコンタクト孔254において導電体膜214を露出させる。この後レジストをリムーブし、コンタクト孔254に導電体膜255を積層する。この導電体膜255は選択CVD法やメッキ法を用いてコンタクト孔254だけに積層しても良い。 After the photoresist is removed, a photolithography process for forming the contact hole 254 is performed, a window is formed in a portion where the contact hole 254 is formed, and the insulating film 216 is etched from the opened portion to form the contact hole 254. Form. When the insulating film 216 is a silicon nitride film (SiNy), a silicon oxide film (SiOx), or a silicon oxynitride film (SiOxNy), the insulating film 216 is made of a fluorine-based gas such as CF4, C2F6, or C4F8 using a dry etching apparatus. Is etched to expose the conductor film 214 in the contact hole 254. Thereafter, the resist is removed, and a conductor film 255 is stacked in the contact hole 254. The conductor film 255 may be laminated only on the contact hole 254 by using a selective CVD method or a plating method.

たとえば、WF6ガスを用いて選択CVD法でコンタクト孔254のみ(導電体膜214が露出している部分のみ)にタングステン(W)膜を選択成長させることができる。あるいは、メッキ法で導電体膜216上にたとえば銅(Cu)膜を積層することができる。あるいは、圧電基板211の第1面全体に導電体膜を積層することにより、コンタクト孔254にも導電体膜255を積層できる。この場合には電極・配線256となる導電体膜とも兼用することができ、導電体膜積層後フォトリソ法および導電体膜のエッチングにより、電極・配線256を形成する。このとき、コンタクト孔に形成された導電体膜255の上は必ず電極・配線で被われているので、同時にコンタクト配線255も形成される。ここで形成する導電体膜は、たとえばアルミニウム、銅膜、Ti,Cr、W,Mo、金膜などの金属膜、または各種シリサイド膜等であり、導電体膜214や絶縁膜216との密着性向上のために、および導電体膜214とのコンタクト性を良好にするために、バリアメタルを形成してからこれらのアルミニウム等を形成する。バリアメタルとして、たとえばチタン、窒化チタン(TiNx)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaNx)等がある。バリアメタルの膜厚はたとえば10nm〜100nm、導電体膜256の膜厚はたとえば500nm〜2000nmである。バリアメタルおよびアルミニウム等の導電体膜はスパッター法や蒸着法あるいはCVD法を用いて連続形成することができる。尚、あらかじめ引き出し電極(コンタクト孔を含む)を形成すべき領域281の第1の薄板218(あるいはサポート基板276)を除去してから、圧電基板211に付着すれば、薄板218(あるいはサポート基板276)の除去は必要がない。 For example, a tungsten (W) film can be selectively grown only in the contact hole 254 (only the portion where the conductor film 214 is exposed) by selective CVD using WF6 gas. Alternatively, for example, a copper (Cu) film can be laminated on the conductor film 216 by a plating method. Alternatively, the conductor film 255 can be laminated also on the contact hole 254 by laminating the conductor film on the entire first surface of the piezoelectric substrate 211. In this case, the electrode / wiring 256 can also be used as a conductor film, and the electrode / wiring 256 is formed by photolithography and etching of the conductor film after the conductor film is laminated. At this time, since the conductor film 255 formed in the contact hole is always covered with the electrode / wiring, the contact wiring 255 is also formed at the same time. The conductor film formed here is, for example, a metal film such as aluminum, copper film, Ti, Cr, W, Mo, or a gold film, or various silicide films, and has adhesiveness to the conductor film 214 and the insulating film 216. In order to improve and improve the contact property with the conductor film 214, the aluminum is formed after the barrier metal is formed. Examples of the barrier metal include titanium, titanium nitride (TiNx), chromium (Cr), tantalum (Ta), and tantalum nitride (TaNx). The thickness of the barrier metal is, for example, 10 nm to 100 nm, and the thickness of the conductor film 256 is, for example, 500 nm to 2000 nm. Conductor films such as barrier metal and aluminum can be continuously formed by sputtering, vapor deposition, or CVD. If the first thin plate 218 (or support substrate 276) in the region 281 where the lead electrode (including the contact hole) is to be formed is removed in advance and then attached to the piezoelectric substrate 211, the thin plate 218 (or support substrate 276). ) Removal is not necessary.

次に、導電体膜215からの引き出し電極・配線253を第1面(表面)側に形成するためのプロセスを説明する。この場合、コンタクト孔250は、コンタクト孔254に比べて、さらに導電体膜212、密着層212、圧電体基板211、密着層213を通して形成する。すなわちこれらの膜をすべて順番にエッチングしていく。まずフォトリソ法を用いてコンタクト孔250のレジスト窓開けを行なう。この窓から絶縁膜216、導電体膜214、密着層212、圧電体基板211、密着層213をエッチングする。(密着層213は導電体膜なので残しておいても良い。)1回のプロセスで行なうと簡単なので、ドライエッチング装置でエッチングする膜質ごとにエッチングガスやエッチング条件を変えながら順次エッチングしていくことが望ましい。1つのドライエッチング装置で行なうことが難しければ。膜質ごとに装置を変えてエッチングしても良い。コンタクト孔250を形成した後でレジストを除去する。このとき導電体膜214や密着層212もコンタクト孔250に露出しているので、この部分を絶縁膜で被覆するために、絶縁膜251を積層するとコンタクト孔の側壁に絶縁膜251が形成される。この絶縁膜251は、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜である。コンタクト孔底部の導電体膜215の上にも絶縁膜251が積層しているので、圧電基板211の第1面側から絶縁膜251の全面エッチング(異方性エッチング)を行なう。この異方性エッチングにより、コンタクト孔250の底部の絶縁膜251は完全にエッチングされ、導電体膜215が露出するが、コンタクト孔250の側壁絶縁膜251は深さ方向に対してはかなり厚いので、コンタクト孔250側壁の絶縁膜251は殆どエッチングされない。この後で導電体膜252および253を積層し、フォトリソ法および導電体膜のエッチング法を用いて電極・配線253を形成する。導電体252は選択CVD法やメッキ法で形成しても良い。形成方法や形成手段、バリアメタル等の積層に関しても電極・配線256を形成する場合と同様である。ただし、コンタクト孔254よりコンタクト孔250は深いので、選択CVD法やメッキ法はコンタクト孔250への被覆性の良い条件で行なうことが望ましい。また、導電体252は、電極・配線用の導電体膜253と兼用しても良いが、コンタクト孔250へ被覆性の良い条件で積層することが重要である。以上のようにして、図14(f)に示すように、圧電基板211の第1面(表面)に導電体膜214や215からの引き出し電極・配線256や253を形成することができる。 Next, a process for forming the extraction electrode / wiring 253 from the conductor film 215 on the first surface (front surface) side will be described. In this case, the contact hole 250 is formed through the conductor film 212, the adhesion layer 212, the piezoelectric substrate 211, and the adhesion layer 213 as compared with the contact hole 254. That is, all these films are etched in order. First, a resist window is opened in the contact hole 250 by using a photolithography method. The insulating film 216, the conductor film 214, the adhesion layer 212, the piezoelectric substrate 211, and the adhesion layer 213 are etched from this window. (The adhesion layer 213 may be left because it is a conductor film.) Since it is easy to carry out in a single process, etching is performed sequentially while changing the etching gas and etching conditions for each film quality to be etched by a dry etching apparatus. Is desirable. If it is difficult to carry out with one dry etching device. Etching may be performed by changing the apparatus for each film quality. After the contact hole 250 is formed, the resist is removed. At this time, since the conductor film 214 and the adhesion layer 212 are also exposed to the contact hole 250, the insulating film 251 is formed on the side wall of the contact hole when the insulating film 251 is laminated in order to cover this portion with the insulating film. . The insulating film 251 is, for example, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride film. Since the insulating film 251 is also laminated on the conductor film 215 at the bottom of the contact hole, the entire surface of the insulating film 251 (anisotropic etching) is performed from the first surface side of the piezoelectric substrate 211. By this anisotropic etching, the insulating film 251 at the bottom of the contact hole 250 is completely etched and the conductor film 215 is exposed, but the sidewall insulating film 251 of the contact hole 250 is considerably thick in the depth direction. The insulating film 251 on the side wall of the contact hole 250 is hardly etched. Thereafter, the conductor films 252 and 253 are laminated, and the electrode / wiring 253 is formed by using a photolithography method and a conductor film etching method. The conductor 252 may be formed by a selective CVD method or a plating method. The formation method, the formation means, and the lamination of the barrier metal and the like are the same as in the case of forming the electrode / wiring 256. However, since the contact hole 250 is deeper than the contact hole 254, it is desirable that the selective CVD method or the plating method be performed under conditions that allow the contact hole 250 to be covered. The conductor 252 may also be used as the electrode / wiring conductor film 253, but it is important that the conductor 252 is stacked on the contact hole 250 under conditions of good coverage. As described above, the lead electrodes / wirings 256 and 253 from the conductive films 214 and 215 can be formed on the first surface (front surface) of the piezoelectric substrate 211 as shown in FIG.

次に基板211の裏面側(第2面側)で電極を形成する方法について説明する。この方法や手段は第1面側と同様であるが、第2の薄板219の上に電極・配線を取りだす方法について説明する。導電体膜215から電極・配線259を引き出す場合は、図14(f)に示すように、第2の薄板219にコンタクト孔257形成用のフォトレジストの窓開けをフォトリソ法を用いて行なう。次に窓開けした所より第2の薄板219をエッチングする。第2の薄板がたとえばガラス基板の場合には、ウエットエッチングであればたとえばBHF等のフッ酸系エッチング液で第2の薄板をエッチング除去する。ドライエッチングであれば、CF4やCHF3系のフッ素系ガスなどを用いて第2の薄板をエッチング除去する。その後で絶縁膜217をエッチングして導電体膜215を露出する。この後レジスト等をリムーブして、バリアメタルおよび導電体膜を積層して、フォトリソ法およびエッチング法により、コンタクト内導電体膜258および導電体・配線259を形成する。導電体膜258は選択CVDやメッキで行なっても良い。 Next, a method for forming electrodes on the back surface side (second surface side) of the substrate 211 will be described. Although this method and means are the same as those on the first surface side, a method of taking out electrodes / wirings on the second thin plate 219 will be described. When extracting the electrode / wiring 259 from the conductor film 215, as shown in FIG. 14 (f), a photoresist window for forming the contact hole 257 is opened in the second thin plate 219 using a photolithography method. Next, the second thin plate 219 is etched from the place where the window is opened. If the second thin plate is a glass substrate, for example, if wet etching, the second thin plate is removed by etching with a hydrofluoric acid-based etchant such as BHF. In the case of dry etching, the second thin plate is removed by etching using CF4 or CHF3 fluorine gas. Thereafter, the insulating film 217 is etched to expose the conductor film 215. Thereafter, the resist or the like is removed, the barrier metal and the conductor film are laminated, and the in-contact conductor film 258 and the conductor / wiring 259 are formed by photolithography and etching. The conductor film 258 may be formed by selective CVD or plating.

導電体膜214から電極・配線263を取りだす方法については、電極・配線253を形成する場合に加えて第2の薄板219を最初にエッチング除去する方法が加わる。コンタクト孔260が形成した後に側壁絶縁膜261を形成して導電体膜215および密着層213を被覆する。その後でコンタクト導電体膜262および電極・配線263を形成する。上述の説明では、導電体膜214および215からの引き出し電極は第1面側にも第2面側にも作製したが、どちらか一方だけで良い。たとえば、導電体膜214の引き出し電極は第1面側から、導電体膜214の引き出し電極は第2面側から引き出すことによって、深いコンタクト孔250、260を形成することがないので、プロセスが簡単でしかも信頼性を向上できる。さらに、上記から分かるように、圧電基板211や薄板218(219)にもコンタクト孔をあけるとアスペクト比が大きくなるので、もっと好適には、導電体膜214からの引き出し電極は第1面側の絶縁膜216上に形成し、導電体膜215からの引き出し電極は第2面側から絶縁膜217上に形成すると良い(上述では、第2の薄板にもコンタクト孔をあけたが、この部分の第2の薄板219をあらかじめ除去しておく)。尚、第2の薄板219にも第2凹部228、229、230等への圧力伝達孔(たとえば、239)を形成する。圧力伝達孔の形成方法は、第1の薄板218やサポート基板276に形成する場合と同様であり、コンタクト孔を形成するときに一緒に圧力伝達孔を形成することもできるし、別々に形成しても良い。また、コンタクト孔257や260を形成すべき領域の第2の薄板219を除去したもの(第2の薄板219)を圧電体基板211の第2面(裏面)に貼りつけても良く、このときはコンタクト孔257や260のアスペクト比が小さくなり、導電体膜をこのコンタクト孔内に形成することが容易となる。また、予め圧力伝達孔を作製した第2の薄板219を貼りつけても良い。さらに、圧力伝達孔や薄板またはサポート基板にコンタクト孔を形成する前に、薄板やサポート基板を研磨法やエッチングにより薄くすれば、圧力伝達孔やコンタクト孔を形成しやすくなる。またコンタクト孔のアスペクト比も小さくなるので導電体膜・配線の被覆性(ステップカバレッジ)も良くなる。ただし、この薄板やサポート基板をパッケージ体の保護材料として使用する時には、信頼性や強度を考慮してそれらの厚みを決定する必要がある。
以上の製造方法によって、圧電体基板内に形成した第1凹部および第2凹部に挟まれた圧電体基板側壁をダイヤフラムとした圧電素子を形成することができる。圧電素子は必要な数のダイヤフラムを接続すれば飛躍的に感度が上がり、より小さな圧力差も検出できる。従って、極めて良好な圧電素子(圧力センサー)を実現できる。たとえば、圧電基板の厚みを300μm、第1の薄板および第2の薄板の厚みを各100μmとすれば、パッケージ厚みが約500μm(0.5mm)の非常に薄い圧力センサーとなる。圧力導入孔のどちらか(第1面(表面)側か、または第2面(裏側)か)を閉じておけば(あけなければ)、絶対圧を検出することもでき、その環境中に本発明の圧力センサーパッケージを置いておくだけで、その環境の圧力を検出できる。
As a method of extracting the electrode / wiring 263 from the conductor film 214, in addition to the case of forming the electrode / wiring 253, a method of first removing the second thin plate 219 by etching is added. After the contact hole 260 is formed, a sidewall insulating film 261 is formed to cover the conductor film 215 and the adhesion layer 213. Thereafter, a contact conductor film 262 and electrodes / wirings 263 are formed. In the above description, the extraction electrodes from the conductor films 214 and 215 are formed on both the first surface side and the second surface side, but only one of them is sufficient. For example, the deep contact holes 250 and 260 are not formed by pulling out the lead electrode of the conductor film 214 from the first surface side and the lead electrode of the conductor film 214 from the second surface side, so that the process is simple. Moreover, reliability can be improved. Furthermore, as can be seen from the above, since the aspect ratio increases when a contact hole is also formed in the piezoelectric substrate 211 and the thin plate 218 (219), the lead electrode from the conductor film 214 is more preferably provided on the first surface side. It is preferable that the lead electrode formed on the insulating film 216 is formed on the insulating film 217 from the second surface side (in the above description, a contact hole is also formed in the second thin plate. The second thin plate 219 is removed in advance). Note that the second thin plate 219 is also formed with a pressure transmission hole (for example, 239) to the second recesses 228, 229, 230, and the like. The method for forming the pressure transmission hole is the same as that for forming the first thin plate 218 and the support substrate 276. When the contact hole is formed, the pressure transmission hole can be formed together or separately. May be. Alternatively, the second thin plate 219 in the region where the contact holes 257 and 260 are to be formed (second thin plate 219) may be attached to the second surface (back surface) of the piezoelectric substrate 211. Since the aspect ratio of the contact holes 257 and 260 is reduced, it is easy to form a conductor film in the contact holes. Further, a second thin plate 219 in which a pressure transmission hole is previously prepared may be attached. Furthermore, if the thin plate or the support substrate is thinned by a polishing method or etching before the contact hole is formed in the pressure transmission hole, the thin plate, or the support substrate, the pressure transmission hole or the contact hole can be easily formed. Further, since the aspect ratio of the contact hole is reduced, the coverage (step coverage) of the conductor film / wiring is also improved. However, when the thin plate or the support substrate is used as a protective material for the package body, it is necessary to determine the thickness thereof in consideration of reliability and strength.
By the above manufacturing method, a piezoelectric element having a diaphragm on the side wall of the piezoelectric substrate sandwiched between the first recess and the second recess formed in the piezoelectric substrate can be formed. Piezoelectric elements can be remarkably improved in sensitivity by connecting as many diaphragms as necessary, and even smaller pressure differences can be detected. Therefore, a very good piezoelectric element (pressure sensor) can be realized. For example, if the thickness of the piezoelectric substrate is 300 μm and the thicknesses of the first thin plate and the second thin plate are 100 μm, the pressure sensor can be a very thin pressure sensor having a package thickness of about 500 μm (0.5 mm). If either one of the pressure introduction holes (first side (front) side or second side (back side)) is closed (if not opened), absolute pressure can be detected, and By simply placing the pressure sensor package of the invention, the pressure of the environment can be detected.

あるいは、逆に引き出し電極へ電圧を印加すれば基板側壁(ダイヤフラム)を自由に変形でき、凹部の中に入っている気体や液体を任意に吐き出すことができるとともに、外部からの気体や液体を凹部へ取り入れることもできる。すなわちポンプとしての役目を果たすことができる。たとえば、凹部の電極をマトリックス上に配置しておけば、それに対応する凹部を自由に動かすことができる。圧力伝達孔同士を接続すれば、凹部から別の凹部へ気体や液体を移送することができる。電圧の大きさによって基板側壁の変形量をコントロールできるので、凹部内の体積も自由にコントロールでき、圧力伝達孔を通じて気体や液体を凹部内に入れる量もコントロールできる。これらは、インクジェトデバイスへの応用も可能である。さらに圧力伝達孔に開閉バルブも取り付けておけば、この開閉バルブの制御と側壁の制御を任意にコントロールすれば複雑な動きが可能なポンプやガスおよび液体輸送システムを構築できる。さらに、本発明はP1、P2の圧力を変動させて圧電体基板を変形振動させることによって、発電も可能である。たとえば、脈動する液体の場合、第2凹部の圧力を固定しておき、第1凹部へ液体の出入を行なう。第1凹部へ液体が入ると第1凹部は膨らみ、第1凹部から液体が出ると第1凹部は窪む。これによって圧電体膜や圧電基板で発生した分極から電荷を引き出せば発電できる。(図13に示した構造も同様である。)本発明のデバイスは微小なので、人体に入れ込むことも可能であるから、ペースメーカー等の臓器動作用チップを人体に埋め込んだときに、人体の血流や息の変動を用いて発電することができる。さらに、靴底へ入れて歩く振動による空気流を用いて発電が可能である。また、本発明は大型化も可能なので床発電にも同様に使用できる。さらには海の波にも応用して発電できる。 Alternatively, if a voltage is applied to the extraction electrode, the substrate side wall (diaphragm) can be freely deformed, and the gas or liquid contained in the recess can be arbitrarily discharged, and the gas or liquid from the outside is recessed. Can also be incorporated. That is, it can serve as a pump. For example, if the electrodes of the recesses are arranged on the matrix, the corresponding recesses can be moved freely. If the pressure transmission holes are connected, gas or liquid can be transferred from one recess to another. Since the amount of deformation of the substrate side wall can be controlled by the magnitude of the voltage, the volume in the recess can be freely controlled, and the amount of gas or liquid entering the recess through the pressure transmission hole can also be controlled. These can also be applied to inkjet devices. Furthermore, if an open / close valve is also attached to the pressure transmission hole, a pump and gas / liquid transport system capable of complicated movement can be constructed by arbitrarily controlling the open / close valve control and the side wall control. Furthermore, according to the present invention, power generation is also possible by changing the pressures of P1 and P2 to deform and vibrate the piezoelectric substrate. For example, in the case of a pulsating liquid, the pressure of the second recess is fixed and the liquid enters and exits the first recess. When the liquid enters the first recess, the first recess expands, and when the liquid comes out of the first recess, the first recess becomes depressed. As a result, power can be generated by extracting charges from the polarization generated in the piezoelectric film or the piezoelectric substrate. (The structure shown in FIG. 13 is also the same.) Since the device of the present invention is very small and can be inserted into the human body, when an organ operation chip such as a pacemaker is embedded in the human body, Electricity can be generated using fluctuations in flow and breath. Furthermore, it is possible to generate electricity using an air flow generated by vibrations walking into the shoe sole. Moreover, since this invention can also enlarge, it can be used similarly for floor power generation. Furthermore, it can be applied to sea waves to generate electricity.

図15は、インプリント法を用いて本発明の圧電デバイスを作製する方法を示す図である。圧電性ポリマー4011を基板4009上に塗布または滴下、またはシート(フィルム)状の圧電性ポリマー4011を付着させる。圧電性ポリマー4011は熱可塑性(熱軟化性)であり、ガラス転移点をTg4011とする。この圧電性ポリマー4011の温度をTg4011以上に上げ圧電性ポリマーを軟化または液状にした後、モールド4008を押しつける。あるいは、圧電性ポリマー4011が塗布膜または滴下膜またはゲル状膜である場合は、液状またはゲル状の状態でモールド4008を押しつけて、その後圧電性ポリマー4011の温度をTg4011以上に上げても良い。(図15(a))その後、Tg4011以下に温度を下げて圧電性ポリマー4011を硬化させて、モールド4011を離す。モールド4008の凸部4007は圧電性ポリマー4011の凹部4015を形成し、モールド4008の凹部4005は圧電性ポリマー4011の凸部4004を形成する。 FIG. 15 is a diagram showing a method of manufacturing the piezoelectric device of the present invention using the imprint method. The piezoelectric polymer 4011 is applied or dropped onto the substrate 4009 or a sheet (film) -like piezoelectric polymer 4011 is attached. The piezoelectric polymer 4011 is thermoplastic (thermosoftening) and has a glass transition point of Tg4011. The temperature of the piezoelectric polymer 4011 is raised to Tg4011 or higher to soften or make the piezoelectric polymer liquid, and then the mold 4008 is pressed. Alternatively, when the piezoelectric polymer 4011 is a coating film, a dripping film, or a gel film, the mold 4008 may be pressed in a liquid or gel state, and then the temperature of the piezoelectric polymer 4011 may be raised to Tg 4011 or higher. (FIG. 15A) Thereafter, the temperature is lowered to Tg4011 or lower to cure the piezoelectric polymer 4011, and the mold 4011 is released. The convex portion 4007 of the mold 4008 forms a concave portion 4015 of the piezoelectric polymer 4011, and the concave portion 4005 of the mold 4008 forms a convex portion 4004 of the piezoelectric polymer 4011.

次に凸部4004を有する圧電性ポリマー4011基板上に導電性ポリマー4013を塗布または滴下、またはシート(フィルム)状の圧電性ポリマー4011を付着させる。導電性ポリマー4013は熱硬化性であり、硬化温度Tg4013はTg4011より低い温度のものを選定する。(Tg4013<Tg4011)液状またはゲル状の導電性ポリマー4013は圧電性ポリマー4011基板の凹部4015にも入る。(図15(b))液状またはゲル状の導電性ポリマー4013に凸状パターン4012−cを有するモールド4012を押しつける。(図15(c))圧電性ポリマー4011側の温度をTg4013付近(T10)に上げて、導電性ポリマー4013側の温度はTg4013より低く保持する。T10はTg4013−5℃<T10<T10+10℃が良く、もっと好適にはTg4013−1℃<T10<T10+5℃が良い。その後モールド4012を導電性ポリマー4013から離すと、圧電性ポリマー4011の凹凸パターンに導電性ポリマー4013の薄い膜が付着する。圧電性ポリマー4011側の温度をTg4013とTg4011の間で保持し導電性ポリマー4013を完全に硬化させる。この結果、圧電性ポリマー4011の凹凸パターン上に導電性ポリマー4013の薄膜が形成される。{図15(d)} Next, a conductive polymer 4013 is applied or dropped onto a piezoelectric polymer 4011 substrate having a convex portion 4004 or a sheet (film) -like piezoelectric polymer 4011 is attached. The conductive polymer 4013 is thermosetting, and the curing temperature Tg4013 is selected to be lower than Tg4011. (Tg4013 <Tg4011) The liquid or gel conductive polymer 4013 also enters the recess 4015 of the piezoelectric polymer 4011 substrate. (FIG. 15B) A mold 4012 having a convex pattern 4012-c is pressed against the liquid or gel-like conductive polymer 4013. (FIG. 15C) The temperature on the piezoelectric polymer 4011 side is raised to around Tg4013 (T10), and the temperature on the conductive polymer 4013 side is kept lower than Tg4013. Tg is preferably Tg4013−5 ° C. <T10 <T10 + 10 ° C, more preferably Tg4013-1 ° C <T10 <T10 + 5 ° C. Thereafter, when the mold 4012 is separated from the conductive polymer 4013, a thin film of the conductive polymer 4013 adheres to the uneven pattern of the piezoelectric polymer 4011. The temperature on the piezoelectric polymer 4011 side is maintained between Tg4013 and Tg4011, and the conductive polymer 4013 is completely cured. As a result, a thin film of the conductive polymer 4013 is formed on the concavo-convex pattern of the piezoelectric polymer 4011. {FIG. 15 (d)}

次に、フォトリソ法またはインプリント法、さらにエッチング法を用いて、導電性ポリマー膜4013の配線パターンを形成する。ここで導電性ポリマー膜4013の配線パターンをしなくても良ければ行なわなくても良い。上述したように、圧電性ポリマー基板4011の凹部において導電性ポリマー膜4013をパターニングしなくても良く、圧電性ポリマー基板4011の上部で配線パターンを形成するときにパターニングすれば良く、プロセスが簡単である。次に、この圧電性ポリマー基板4011の導電性ポリマー膜4013上に絶縁性ポリマー4017を塗布または滴下、またはシート(フィルム)状の圧電性ポリマー4011を付着させる。絶縁性ポリマー4017は熱硬化性であり、硬化温度Tg4017はTg4011より低い温度のものを選定する。液状またはゲル状の絶縁性ポリマー4017は圧電性ポリマー基板4011の凹部にも入る。{図15(d)}液状またはゲル状の絶縁性ポリマー4017に突状パターン4016−cを有するモールド4016を押しつける。モールド4016の突状パターン4016−cは圧電性ポリマー基板4011の凹部4015に入る。{図15(e)}圧電性ポリマー4011側の温度をTg4017付近(T11)に上げて、絶縁性ポリマー4017側の温度はTg4017より低く保持する。T11はTg4017−5℃<T11<T11+10℃が良く、もっと好適にはTg4017−1℃<T11<T11+5℃が良い。その後、モールド4016を絶縁性ポリマー4017から離すと、圧電性ポリマー4011の凹凸パターン上に付着した導電性ポリマー4013上に絶縁性ポリマー4017の薄い膜が付着する。圧電性ポリマー4011側の温度をTg4017とTg4011の間で保持し絶縁性ポリマー4017を完全に硬化させる。この結果、圧電性ポリマー4011の凹凸パターン上に付着した導電性ポリマー4013上に絶縁性ポリマー4013の薄膜が形成される。{図15(f)} Next, a wiring pattern of the conductive polymer film 4013 is formed by using a photolithography method, an imprint method, or an etching method. Here, if the conductive polymer film 4013 does not need to be provided with a wiring pattern, it may be omitted. As described above, it is not necessary to pattern the conductive polymer film 4013 in the concave portion of the piezoelectric polymer substrate 4011. It is only necessary to pattern the wiring pattern when forming the wiring pattern on the piezoelectric polymer substrate 4011, and the process is simple. is there. Next, an insulating polymer 4017 is applied or dropped on the conductive polymer film 4013 of the piezoelectric polymer substrate 4011 or a sheet (film) -like piezoelectric polymer 4011 is attached. The insulating polymer 4017 is thermosetting, and a curing temperature Tg4017 is selected that is lower than Tg4011. The liquid or gel-like insulating polymer 4017 also enters the concave portion of the piezoelectric polymer substrate 4011. {FIG. 15 (d)} A mold 4016 having a protruding pattern 4016-c is pressed against a liquid or gel insulating polymer 4017. The protruding pattern 4016-c of the mold 4016 enters the recess 4015 of the piezoelectric polymer substrate 4011. {FIG. 15 (e)} The temperature on the piezoelectric polymer 4011 side is raised to around Tg4017 (T11), and the temperature on the insulating polymer 4017 side is kept lower than Tg4017. T11 is preferably Tg4017−5 ° C. <T11 <T11 + 10 ° C, more preferably Tg4017-1 ° C <T11 <T11 + 5 ° C. Thereafter, when the mold 4016 is separated from the insulating polymer 4017, a thin film of the insulating polymer 4017 adheres to the conductive polymer 4013 attached to the uneven pattern of the piezoelectric polymer 4011. The temperature on the piezoelectric polymer 4011 side is maintained between Tg4017 and Tg4011, and the insulating polymer 4017 is completely cured. As a result, a thin film of the insulating polymer 4013 is formed on the conductive polymer 4013 attached on the uneven pattern of the piezoelectric polymer 4011. {FIG. 15 (f)}

図15(b)〜(e)においては、圧電性ポリマー4011側の基板4009は省略して記載していないが、基板4009は圧電性ポリマー4011基板のサポート基板でもあるから、圧電性ポリマー4011基板に付着させてプロセスした方が良い。次に圧電性ポリマー4011側の凹凸パターンがある方に第2の薄板4023を付着させる。圧電性ポリマー4011側の凹凸パターンの凸部と第2の薄板4023の間に接着剤4024を介して付着させても良い。この接着剤4024は熱硬化性樹脂であり、その硬化温度をTg4024としたとき、Tg4024はTg4011より低いものを選定する。温度をTg4024とTg4011の間で保持し接着剤4024を完全に硬化させ、圧電性ポリマー4011側の凹凸パターン側に第2の薄板4023を固着する。このとき、圧電性ポリマー4011側の凹凸パターンの凹部4015は第2の薄板4023と圧電性ポリマー4011との間で閉じられている。{図15(f)} In FIGS. 15B to 15E, the substrate 4009 on the piezoelectric polymer 4011 side is not shown, but the substrate 4009 is also a support substrate for the piezoelectric polymer 4011 substrate. It is better to process by adhering to. Next, the second thin plate 4023 is attached to the side having the concavo-convex pattern on the piezoelectric polymer 4011 side. You may make it adhere via the adhesive 4024 between the convex part of the uneven | corrugated pattern by the side of the piezoelectric polymer 4011, and the 2nd thin plate 4023. FIG. The adhesive 4024 is a thermosetting resin, and when the curing temperature is Tg4024, the Tg4024 is selected to be lower than Tg4011. The temperature is maintained between Tg4024 and Tg4011, the adhesive 4024 is completely cured, and the second thin plate 4023 is fixed to the concavo-convex pattern side on the piezoelectric polymer 4011 side. At this time, the concave portion 4015 of the concave / convex pattern on the piezoelectric polymer 4011 side is closed between the second thin plate 4023 and the piezoelectric polymer 4011. {FIG. 15 (f)}

次に基板4009を圧電性ポリマー4011から離す。たとえば、Tg4011より高い温度にすることにより圧電性ポリマー4011が軟化するので、基板4009を圧電性ポリマー4011から離すことができる。次に圧電性ポリマー4011(第2の薄板4023に付着している)の温度をTg4011以上に保持すると、圧電性ポリマー4011は軟化する。圧電性ポリマー4011が軟化した状態で、モールド4018を圧電性ポリマー4011内に押しつけ、モールド4018の凸部を圧電性ポリマー4011の凹部領域となるべき部分4019に入れる。圧電性ポリマー4011の厚みが所定の厚みとなるようにできるだけ精密にアライメントして押しつける。次にTg4011より低い温度に下げて、圧電性ポリマー4011を硬化させた後、モールド4018を圧電性ポリマー4011から離すと、圧電性ポリマー4011の凹部4019が形成される。凹部4019においては、圧電性ポリマー4011の厚み、特に側面の厚みW4011を精度良く作る。{図15(g)、(h)、(j)} Next, the substrate 4009 is separated from the piezoelectric polymer 4011. For example, since the piezoelectric polymer 4011 is softened by setting the temperature higher than Tg 4011, the substrate 4009 can be separated from the piezoelectric polymer 4011. Next, when the temperature of the piezoelectric polymer 4011 (attached to the second thin plate 4023) is maintained at Tg 4011 or higher, the piezoelectric polymer 4011 is softened. In a state where the piezoelectric polymer 4011 is softened, the mold 4018 is pressed into the piezoelectric polymer 4011, and the convex portion of the mold 4018 is put into the portion 4019 to be the concave region of the piezoelectric polymer 4011. The piezoelectric polymer 4011 is aligned and pressed as precisely as possible so that the thickness of the piezoelectric polymer 4011 becomes a predetermined thickness. Next, after the temperature is lowered to a temperature lower than Tg 4011 and the piezoelectric polymer 4011 is cured, when the mold 4018 is separated from the piezoelectric polymer 4011, a recess 4019 of the piezoelectric polymer 4011 is formed. In the recess 4019, the thickness of the piezoelectric polymer 4011, in particular, the side surface thickness W4011 is made with high accuracy. {FIG. 15 (g), (h), (j)}

尚、モールド押圧により、凹部4015が変形する可能性があるが、変形しない程度の圧力で制御する必要がある、あるいは、凹部4015のある領域において第2の薄板4023に圧力伝達孔をあけておき、この圧力伝達孔より凹部4015へモールドの押圧に対抗できる圧力(たとえば、エアー圧や窒素圧あるいは液圧)をかけておけば凹部4015の変形を防止することができる。あるいは、第2の薄板4023を付着する前に凹部4015に熱可塑性ポリマーを充填して硬化させておき、(このTgはTg4011より低い)後に第2の薄板4023にあけた圧力伝達孔から外へ流出させるという方法もある。あるいは熱可塑性ポリマーで充填させて別基板でふたをした後、導電性膜4021や絶縁性膜4025を形成した後、別基板を取り外し、凹部4015内のポリマーを取りだすという方法もある。 Although the depression 4015 may be deformed by mold pressing, it is necessary to control with a pressure that does not cause deformation, or a pressure transmission hole is formed in the second thin plate 4023 in a region where the depression 4015 is present. By applying a pressure (for example, air pressure, nitrogen pressure or liquid pressure) that can resist the pressing of the mold to the recess 4015 from the pressure transmission hole, the recess 4015 can be prevented from being deformed. Alternatively, before the second thin plate 4023 is attached, the recess 4015 is filled with a thermoplastic polymer and cured, and after this (Tg is lower than Tg4011), the pressure plate is opened from the pressure transmission hole formed in the second thin plate 4023. There is also a way to let it flow. Alternatively, after filling with a thermoplastic polymer and covering with another substrate, the conductive film 4021 and the insulating film 4025 are formed, then the other substrate is removed, and the polymer in the recess 4015 is taken out.

次に導電性ポリマー4021を塗布、または滴下、またはシート(フィルム)状の圧電性ポリマー4011を付着させる。特に圧電性ポリマー4011の凹部4019内に充填するようにする(あるいは充分入るようにする)。この導電性ポリマー4021は熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂である。この導電性ポリマー4021が熱硬化性樹脂の場合には、その硬化温度Tg4021はTg4011より低いものを選定する。{図15(j)}次に、モールド4022を液状またはゲル状の導電性ポリマー4021に押しつける。モールド4022の凸部は圧電性ポリマー4011の凹部4019に入る。このとき、押圧により、凹部4015が変形する可能性があるが、変形しない程度の圧力で制御する必要がある、あるいは、凹部4015のある領域に第2の薄板4023に圧力伝達孔をあけておき、この圧力伝達孔より凹部4015へモールドの押圧に対抗できる圧力(たとえば、エアー圧や窒素圧あるいは液圧)をかけておけば凹部4015の変形を防止することができる。あるいは、第2の薄板4023を付着する前に凹部4015に熱可塑性ポリマーを充填して硬化させておき、(このTgはTg4021より低い)後に第2の薄板4023にあけた圧力伝達孔から外へ流出させるという方法もある。あるいは熱可塑性ポリマーで充填させて別基板でふたをした後、導電性膜4021や絶縁性膜4025を形成した後、別基板を取り外し、凹部4015内のポリマーを取りだすという方法もある。尚、導電性ポリマー4021が光硬化性樹脂の場合は、モールド4022を導電性ポリマー4021に押しつけた後に、硬化する光を照射する。従って、モールド4022、あるいは第2の薄板4023はこの光を透過する材料、たとえばガラスや石英で形成されていることが望ましい。{図15(k)、(m)} Next, a conductive polymer 4021 is applied, dropped, or a sheet (film) -like piezoelectric polymer 4011 is attached. In particular, the concave portion 4019 of the piezoelectric polymer 4011 is filled (or sufficiently filled). The conductive polymer 4021 is a thermosetting resin or a photocurable resin. When the conductive polymer 4021 is a thermosetting resin, a resin having a curing temperature Tg4021 lower than Tg4011 is selected. {FIG. 15 (j)} Next, the mold 4022 is pressed against the liquid or gel-like conductive polymer 4021. The convex part of the mold 4022 enters the concave part 4019 of the piezoelectric polymer 4011. At this time, the depression 4015 may be deformed by pressing, but it is necessary to control with a pressure that does not cause deformation, or a pressure transmission hole is formed in the second thin plate 4023 in a region where the depression 4015 is present. By applying a pressure (for example, air pressure, nitrogen pressure or liquid pressure) that can resist the pressing of the mold to the recess 4015 from the pressure transmission hole, the recess 4015 can be prevented from being deformed. Alternatively, before the second thin plate 4023 is attached, the recess 4015 is filled with a thermoplastic polymer and cured, and after this (Tg is lower than Tg4021), the pressure plate is opened from the pressure transmission hole formed in the second thin plate 4023. There is also a way to let it flow. Alternatively, after filling with a thermoplastic polymer and covering with another substrate, the conductive film 4021 and the insulating film 4025 are formed, then the other substrate is removed, and the polymer in the recess 4015 is taken out. Note that in the case where the conductive polymer 4021 is a photocurable resin, the mold 4022 is pressed against the conductive polymer 4021 and then irradiated with curing light. Therefore, it is desirable that the mold 4022 or the second thin plate 4023 be formed of a material that transmits this light, for example, glass or quartz. {FIG. 15 (k), (m)}

次に、全体の温度をTg4021とTg4011の間で保持して、導電性ポリマー4021を硬化させて、モールド4022を離せば、圧電性ポリマー4011上に導電性ポリマー4021の薄膜が形成される。{図15(l)}次に、導電性ポリマー4021に対して、必要な配線パターニングを行なう。凹部4019内の導電性ポリマー4021のパターニングはしなくても良いので、通常のフォトリソ+エッチング工程でプロセスでき簡単である。その後で、絶縁性ポリマー4025を塗布、または滴下、またはシート(フィルム)状の圧電性ポリマー4011を付着させる。特に圧電性ポリマー4011の凹部4019内に充填するようにする(あるいは充分入るようにする)。この絶縁性ポリマー4025は熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂である。この絶縁性ポリマー4025が熱硬化性樹脂の場合には、その硬化温度Tg4025はTg4011より低いものを選定する。{図15(m)} Next, when the entire temperature is maintained between Tg4021 and Tg4011 to cure the conductive polymer 4021 and release the mold 4022, a thin film of the conductive polymer 4021 is formed on the piezoelectric polymer 4011. {FIG. 15 (l)} Next, necessary wiring patterning is performed on the conductive polymer 4021. Since the conductive polymer 4021 in the recess 4019 does not need to be patterned, it can be easily processed by a normal photolithography + etching process. Thereafter, the insulating polymer 4025 is applied, dropped, or a sheet (film) -like piezoelectric polymer 4011 is attached. In particular, the concave portion 4019 of the piezoelectric polymer 4011 is filled (or sufficiently filled). This insulating polymer 4025 is a thermosetting resin or a photocurable resin. When the insulating polymer 4025 is a thermosetting resin, a resin having a curing temperature Tg4025 lower than Tg4011 is selected. {Figure 15 (m)}

次に、モールド4026を液状またはゲル状の絶縁性ポリマー4025に押しつける。モールドの凸部は圧電性ポリマー4011の凹部4019に入る。このとき、押圧により、凹部4015が変形する可能性があるが、変形しない程度の圧力で制御する必要がある、あるいは、凹部4015のある領域で第2の薄板2023に圧力伝達孔をあけておき、この圧力伝達孔より凹部4015へモールドの押圧に対抗できる圧力(たとえば、エアー圧や窒素圧あるいは液圧)をかけておけば凹部4015の変形を防止することができる。あるいは、第2の薄板4023を付着する前に凹部4015に熱可塑性ポリマーを充填して硬化させておき、(このTgはTg4025より低い)後に第2の薄板4023にあけた圧力伝達孔から外へ流出させるという方法もある。あるいは熱可塑性ポリマーで充填させて別基板でふたをした後、導電性膜4021や絶縁性膜4025を形成した後、別基板を取り外し、凹部4015内のポリマーを取りだすという方法もある。{図15(p)}
次に、全体の温度をTg4025とTg4011の間で保持して、絶縁性ポリマー4025を硬化させて、モールド4026を離せば、圧電性ポリマー4011上の導電性ポリマー4021上に絶縁性ポリマー4025の薄膜が形成される。{図15(o)}この絶縁性ポリマー4025は導電性ポリマーの保護膜となる。次に接着剤等を介して第1の薄板4027を絶縁性ポリマー4025に付着させる。{図15(p)}凹部4019の部分において圧力伝達孔や引き出し電極用の領域における第1の薄板を除去する。その後引き出し電極配線等を形成して、圧電素子デバイスが作製される。尚、引き出し電極等(そのためのコンタクト孔も)は、第1の薄板4027を付着する前に形成しても良い。(第2の薄板4023についても同様である。)また、予め圧力伝達孔や引き出し電極用の領域を除去された薄板を付着しても良い。
Next, the mold 4026 is pressed against the liquid or gel insulating polymer 4025. The convex part of the mold enters the concave part 4019 of the piezoelectric polymer 4011. At this time, the depression 4015 may be deformed by pressing, but it is necessary to control with a pressure that does not deform, or a pressure transmission hole is formed in the second thin plate 2023 in a region where the depression 4015 is present. By applying a pressure (for example, air pressure, nitrogen pressure or liquid pressure) that can resist the pressing of the mold to the recess 4015 from the pressure transmission hole, the recess 4015 can be prevented from being deformed. Alternatively, before the second thin plate 4023 is attached, the recess 4015 is filled with a thermoplastic polymer and cured, and after this (Tg is lower than Tg4025), the pressure plate is opened from the pressure transmission hole formed in the second thin plate 4023. There is also a way to let it flow. Alternatively, after filling with a thermoplastic polymer and covering with another substrate, the conductive film 4021 and the insulating film 4025 are formed, then the other substrate is removed, and the polymer in the recess 4015 is taken out. {FIG. 15 (p)}
Next, if the whole temperature is maintained between Tg4025 and Tg4011, the insulating polymer 4025 is cured, and the mold 4026 is released, a thin film of the insulating polymer 4025 is formed on the conductive polymer 4021 on the piezoelectric polymer 4011. Is formed. {FIG. 15 (o)} The insulating polymer 4025 serves as a protective film for the conductive polymer. Next, the first thin plate 4027 is attached to the insulating polymer 4025 through an adhesive or the like. {FIG. 15 (p)} The first thin plate in the region for the pressure transmission hole and the extraction electrode is removed in the concave portion 4019. Thereafter, lead electrode wirings and the like are formed, and a piezoelectric element device is manufactured. Note that the extraction electrode and the like (and the contact hole therefor) may be formed before the first thin plate 4027 is attached. (The same applies to the second thin plate 4023.) Further, a thin plate from which pressure transmission holes and lead electrode regions have been previously removed may be attached.

以上のように極めて簡単なプロセスで、しかも低温プロセスで精度の高い圧電素子デバイスを作製できる。図15に示す圧電素子デバイスは凹部4019と凹部4021の圧力差によって、これらの凹部によって挟まれた側壁の圧電体4011が変形し、これらの変形によって側壁の圧電体表面に発生した電荷をその両側に密着した導電体配線4017および4025によって取り出して、これらの導電体配線間の電位差によって凹部4019と凹部4021の圧力差を検出できる。あるいは、圧力伝達孔にインク等の液体容器を接続しておけば、これらの導電体配線に電圧を印加して側壁の圧電体膜(ダイヤフラム膜)を変形させることにより、圧力伝達孔からインク等の液体を放出することができ、たとえばインクジェットデバイスとして使用することもできる。さらには、凹部内の気体を精密に吐き出すことができるので、高精度のポンプデバイスとして使用することもできる。 As described above, a highly accurate piezoelectric element device can be manufactured by a very simple process and a low temperature process. The piezoelectric element device shown in FIG. 15 is deformed by the pressure difference between the concave portion 4019 and the concave portion 4021, and the piezoelectric body 4011 on the side wall sandwiched between these concave portions is deformed, and the charges generated on the piezoelectric body surface on the side wall by these deformations are It is possible to detect the pressure difference between the recess 4019 and the recess 4021 based on the potential difference between the conductor wires 4017 and 4025 which are in close contact with each other. Alternatively, if a liquid container such as ink is connected to the pressure transmission hole, a voltage is applied to these conductor wirings to deform the piezoelectric film (diaphragm film) on the side wall, so that the ink or the like is transferred from the pressure transmission hole. Can be used as an inkjet device, for example. Furthermore, since the gas in the recess can be discharged precisely, it can be used as a highly accurate pump device.

尚、上記のプロセスはインプリント法を中心に説明したが、他の方法を組み合わせても良い。たとえば、4011は圧電性ポリマーとして説明したが、圧電性セラミックでも良い。この圧電性セラミックの場合は、たとえばPZT等{Pb(Zr,Ti)O3、Pb(Zn1/3Nb2/3)O(97wt%)−Bi(2wt%)−ZnO(1wt%)}を含む微粒子にエチルセルロース系樹脂バインダおよびジエチレングリコールモノブチルエーテル等の溶剤を加えたペーストやスラリーをスクリーン印刷法等で塗布し、この塗布膜にモールド4008を押しつけて、この状態で乾燥し焼成され、これらの圧電性セラミックが硬化した後にモールド4008を離す。尚、圧電性セラミックの場合はかなりの高温にならないと溶融・軟化しないので、図15(i)、(j)に示すようにモールド4018を使用できない。そこでこのプロセスではフォトリソやインプリント法等によってレジストをパターニングしてエッチング法により、凹部4019を形成する。 In addition, although the above process was described centering on the imprint method, other methods may be combined. For example, although 4011 has been described as a piezoelectric polymer, it may be a piezoelectric ceramic. In the case of this piezoelectric ceramic, for example, PZT or the like {Pb (Zr, Ti) O 3, Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 (97 wt%)-Bi 2 O 3 (2 wt%)-ZnO ( 1 wt%)} is applied to a paste or slurry obtained by adding a solvent such as ethyl cellulose resin binder and diethylene glycol monobutyl ether by a screen printing method or the like, and a mold 4008 is pressed against this coating film, dried and fired in this state. The mold 4008 is released after these piezoelectric ceramics are cured. In the case of a piezoelectric ceramic, the mold 4018 cannot be used, as shown in FIGS. 15 (i) and 15 (j), since it does not melt or soften unless the temperature is considerably increased. Therefore, in this process, the resist 40 is patterned by photolithography, imprinting, or the like, and the recess 4019 is formed by etching.

あるいは、導電体膜4013、4021や絶縁膜4017、4025をCVD法やPVD法で作製しても良い。プロセスとしてはこれらの膜はCVD法やPVD法の方が簡便である。図15に示す凹部内の配線はこのまま接続しておけば良いので、凹部内または凹部管でトリッキーな配線パターニングを行なう必要はない。特に、導電体膜に関しては、導電性ポリマーよりもCVD法やPVD法による各種金属膜やシリサイド膜の方が導電率が高いので、発生した電荷をスムーズに(抵抗が少なく)運搬できる。 Alternatively, the conductor films 4013 and 4021 and the insulating films 4017 and 4025 may be formed by a CVD method or a PVD method. As a process, the CVD method and the PVD method are easier for these films. Since the wiring in the recess shown in FIG. 15 may be connected as it is, it is not necessary to perform tricky wiring patterning in the recess or in the recess tube. In particular, with respect to the conductor film, various metal films and silicide films formed by CVD or PVD methods have higher conductivity than conductive polymers, so that generated charges can be transported smoothly (with less resistance).

図15は、圧電基板4011を基板側壁として用いた場合の構造および製造方法を示したが、図13(a)に示す圧電デバイスについてもインプリント法を用いて作製できる。すなわち、図15に示す圧電基板4011が通常のポリマーやゴム等の絶縁体と考えれば良い。この後の第1の凹部、第2の凹部を作製する工程は同様のプロセスで行なうことができる。異なるのは、第1凹部内および第2凹部内にそれぞれ下部電極となる導電体膜を作製し、その上に圧電体膜を形成し、さらに上部電極となる導電体膜を形成することである。その後は、上述した方法と同様のプロセスで進めることができる。 FIG. 15 shows the structure and manufacturing method when the piezoelectric substrate 4011 is used as the substrate side wall, but the piezoelectric device shown in FIG. 13A can also be manufactured by using the imprint method. That is, the piezoelectric substrate 4011 shown in FIG. 15 may be considered as an ordinary insulator such as polymer or rubber. Subsequent steps for forming the first recess and the second recess can be performed by a similar process. The difference is that a conductor film to be a lower electrode is formed in each of the first recess and the second recess, a piezoelectric film is formed thereon, and a conductor film to be an upper electrode is further formed. . Thereafter, the process can proceed in the same manner as described above.

あるいは、圧電基板4011がセラミックやガラスと考えれば良い。ガラスの場合はガラスのTgより高い温度でモールドをインプリントした後Tg以下の温度に下げて硬化させる。セラミックの場合にはセラミック微粒子等を含むセラミックペーストやセラミックゲル状態へモールドをインプリントした後固化温度以上に加熱してセラミックを固化させる。あるいは、圧電基板4011が金属等の導電体と考えれば良い。金属の融液にモールドをインプリントした後融点(Tm)以下に温度を下げて金属を固化させれば良い。その後、必要な場合は絶縁膜を形成し、その上に下部電極となる導電体膜を積層し必要なパターニングを行なった後、圧電体膜を積層する。その上に上部電極となる導電体膜を積層し必要なパターニングを行なう。さらに絶縁膜を積層し、薄板を付着して凹部に蓋をする。 Alternatively, the piezoelectric substrate 4011 may be considered as ceramic or glass. In the case of glass, the mold is imprinted at a temperature higher than the Tg of the glass, and then cured at a temperature lower than the Tg. In the case of ceramic, after imprinting the mold into a ceramic paste or ceramic gel state containing ceramic fine particles, the ceramic is solidified by heating above the solidification temperature. Alternatively, the piezoelectric substrate 4011 may be considered as a conductor such as metal. After imprinting the mold on the metal melt, the temperature may be lowered to the melting point (Tm) or lower to solidify the metal. Thereafter, if necessary, an insulating film is formed, a conductor film serving as a lower electrode is laminated thereon, and necessary patterning is performed, and then a piezoelectric film is laminated. A conductor film to be an upper electrode is laminated thereon and necessary patterning is performed. Further, an insulating film is laminated, a thin plate is attached, and the recess is covered.

図16は、基板内の第1面(表面)側に形成した第1凹部だけで側壁を形成した実施形態を示す図である。基板311は、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素(GaAs)、窒化ガリウム、炭素、各種化合物半導体等の半導体基板、あるいはガラス、石英、セラミック、ポリマー、ゴム弾性体等の絶縁体基板、鉄、銅、アルミニウム、各種金属、各種合金等の金属基板である。以下はシリコン基板として説明する。シリコン基板311内に第1凹部301および302を隣接して形成する。図16(b)は、本発明の実施形態の平面図(基板面に平行な面における断面図)である。シリコン基板311の第1面側(表面側)から見たものである。この図から分かるように、隣接する第1凹部は長方形状であり、立体的に見れば直方体形状である。この直方体形状の側面が隣接して第1凹部が並んでいる。第1凹部301と302に挟まれたシリコン基板側壁323がダイヤフラムとなる。図16に示す第1凹部301および302の側面は基板面に対して垂直か、垂直に近く、いわゆる略垂直に形成されることが望ましい。また、第1凹部の深さは、第2面(裏面)には達しないように形成される。この第1凹部の底部の残っているシリコン基板315の厚みは、シリコン基板の厚みの5〜15%程度として形成する。5%以下の場合には、第1凹部をエッチングで作るときに基板内でバラツクので、基板内の場所により薄くなったり、あるいは貫通したりして、第1凹部の底部の強度が小さくなる。15%以上残しても良いが、その場合はシリコン基板を薄くすることもできるので、最初から薄いシリコン基板を使用することもできる。ダイヤフラムとなるシリコン基板側壁323の厚みは、1μm〜100μmであり、使用する圧力やフォトリソの精度やエッチング時の作製精度によって決定される。ただし、裏面から第2凹部を形成する方法に比較して、フォトリソ工程やエッチング工程や膜形成工程等がほぼ半分に減るというメリットの他に、第1凹部と第2凹部の合わせが不要になること、フォトリソ工程やエッチング工程のバラツキ等に関して第1凹部および第2凹部の相互作用や相互関係が不要になること等のメリットがある。ただし、隣接する凹部の変形は逆になるので、配線を切断する(好適には基板の平坦部で)必要がある。 FIG. 16 is a view showing an embodiment in which the side wall is formed only by the first concave portion formed on the first surface (front surface) side in the substrate. The substrate 311 is a semiconductor substrate such as silicon, germanium, gallium arsenide (GaAs), gallium nitride, carbon, various compound semiconductors, or an insulating substrate such as glass, quartz, ceramic, polymer, rubber elastic body, iron, copper, aluminum, etc. Metal substrates such as various metals and various alloys. The following is described as a silicon substrate. First recesses 301 and 302 are formed adjacent to each other in the silicon substrate 311. FIG. 16B is a plan view (a cross-sectional view in a plane parallel to the substrate surface) of the embodiment of the present invention. This is seen from the first surface side (front surface side) of the silicon substrate 311. As can be seen from this figure, the adjacent first recesses are rectangular and have a rectangular parallelepiped shape when viewed three-dimensionally. The rectangular parallelepiped side surfaces are adjacent to each other and the first recesses are arranged. A silicon substrate side wall 323 sandwiched between the first recesses 301 and 302 becomes a diaphragm. The side surfaces of the first recesses 301 and 302 shown in FIG. 16 are preferably formed to be perpendicular to or close to the substrate surface, so-called substantially perpendicular. Moreover, the depth of the first recess is formed so as not to reach the second surface (back surface). The thickness of the silicon substrate 315 remaining at the bottom of the first recess is formed to be about 5 to 15% of the thickness of the silicon substrate. In the case of 5% or less, since the first concave portion varies in the substrate when the first concave portion is formed by etching, the strength of the bottom portion of the first concave portion decreases due to thinning or penetration depending on the location in the substrate. Although 15% or more may be left, in that case, since the silicon substrate can be made thin, a thin silicon substrate can be used from the beginning. The thickness of the silicon substrate side wall 323 serving as a diaphragm is 1 μm to 100 μm, and is determined by the pressure used, the accuracy of photolithography, and the manufacturing accuracy during etching. However, in addition to the advantage that the photolithographic process, the etching process, the film forming process, and the like are reduced by almost half compared to the method of forming the second recess from the back surface, it is not necessary to align the first recess and the second recess. In addition, there is a merit that the interaction between the first concave portion and the second concave portion and the mutual relationship become unnecessary with respect to variations in the photolithography process and the etching process. However, since the deformation of the adjacent concave portion is reversed, it is necessary to cut the wiring (preferably at the flat portion of the substrate).

第1凹部のシリコン基板上に絶縁膜312、その上に第1導電体膜(下部電極・配線)313、圧電体膜314、さらにその上に第2導電体膜(上部電極・配線)316、絶縁膜320が形成される。第1導電体膜313は、第1凹部301と第1凹部302との間317で切れており導通していない(凹部内の導電体膜は接続しても良いので、凹部内のパターニングは不要である。)。この切れた部分には圧電体膜314が形成されている(この部分の第1導電体膜313を切断した後に圧電体膜314を形成する)。切れた部分は、シリコン基板側壁323の上面にある。この部分は変形しない所なので、電荷発生には殆ど寄与しない部分である。また、第2導電体膜316は、第1凹部301と第1凹部302との間318で切れており導通していない(凹部内の導電体膜は接続しても良いので、凹部内のパターニングは不要である。)。この切れた部分には絶縁膜320が形成されている(この部分の第2導電体膜316を切断した後に絶縁膜320を形成する)。切れた部分は、シリコン基板側壁323の上面にある。この部分は変形しない所なので、電荷発生には殆ど寄与しない部分である。第1凹部301内の圧力P1と隣接する第1凹部302内の圧力P2とは異なっており、この圧力差によってシリコン基板側壁323がダイヤフラムとして変形する。この変形に伴って、このシリコン基板側壁323に付着した圧電体膜314(314−2)および314(314−3)が変形する。シリコン基板側壁323に付着した圧電体膜314(314−2)は第1凹部301側の側壁圧電体膜であり、シリコン基板側壁323に付着した圧電体膜314(314−3)は第1凹部302側の側壁圧電体膜である。圧電体膜314(314−2)および314(314−3)の両表面には、変形により電荷が分極する。 An insulating film 312 on the silicon substrate of the first recess, a first conductor film (lower electrode / wiring) 313, a piezoelectric film 314, and a second conductor film (upper electrode / wiring) 316 thereon. An insulating film 320 is formed. The first conductor film 313 is disconnected between the first recess 301 and the first recess 302 at 317 and is not conductive (the conductor film in the recess may be connected, so patterning in the recess is unnecessary) .) A piezoelectric film 314 is formed in the cut portion (the piezoelectric film 314 is formed after cutting the first conductive film 313 in this portion). The cut portion is on the upper surface of the silicon substrate side wall 323. Since this part is not deformed, it hardly contributes to charge generation. Further, the second conductor film 316 is cut off at 318 between the first recess 301 and the first recess 302 and is not conductive (the conductor film in the recess may be connected, so that the patterning in the recess is performed). Is unnecessary.) An insulating film 320 is formed in the cut portion (the insulating film 320 is formed after cutting the second conductor film 316 in this portion). The cut portion is on the upper surface of the silicon substrate side wall 323. Since this part is not deformed, it hardly contributes to charge generation. The pressure P1 in the first recess 301 is different from the pressure P2 in the adjacent first recess 302, and the silicon substrate side wall 323 is deformed as a diaphragm by this pressure difference. With this deformation, the piezoelectric films 314 (314-2) and 314 (314-3) attached to the silicon substrate side wall 323 are deformed. The piezoelectric film 314 (314-2) attached to the silicon substrate side wall 323 is a side wall piezoelectric film on the first recess 301 side, and the piezoelectric film 314 (314-3) attached to the silicon substrate side wall 323 is the first recess. This is a side wall piezoelectric film on the 302 side. Electric charges are polarized by deformation on both surfaces of the piezoelectric films 314 (314-2) and 314 (314-3).

このとき、圧電体膜314(314−2)の上部側の変形方向と圧電体膜314(314−3)の上部側の変形方向は異なる(一方が膨らむと他方は凹んでいる)ので、圧電体膜314(314−2)の上部側の表面に発生する電荷と圧電体膜314(314−3)の上部側の表面に発生する電荷は逆となる。従って、第2の導電体膜316が接続していると相殺されてしまうので、第2の導電体膜316は318で切断する必要がある。第1凹部301側にある第2の導電体膜316を316−1とし、第1凹部302側にある第2の導電体膜316を316−2とする。また、圧電体膜314(314−2)の下部側の表面に発生する電荷と圧電体膜314(314−3)の下部側の表面に発生する電荷は逆となる。従って、第1の導電体膜313が接続していると相殺されてしまうので、第1の導電体膜313は317で切断する必要がある。第1凹部301側にある第1の導電体膜313を313−1とし、第1凹部302側にある第1の導電体膜313を313−2とする。 At this time, the deformation direction on the upper side of the piezoelectric film 314 (314-2) and the deformation direction on the upper side of the piezoelectric film 314 (314-3) are different (one is swollen and the other is recessed). The charge generated on the upper surface of the body film 314 (314-2) and the charge generated on the upper surface of the piezoelectric film 314 (314-3) are reversed. Therefore, if the second conductor film 316 is connected, it is canceled out, and the second conductor film 316 needs to be cut at 318. The second conductor film 316 on the first recess 301 side is denoted by 316-1, and the second conductor film 316 on the first recess 302 side is denoted by 316-2. Further, the charge generated on the lower surface of the piezoelectric film 314 (314-2) and the charge generated on the lower surface of the piezoelectric film 314 (314-3) are reversed. Therefore, if the first conductor film 313 is connected, it is canceled out, and the first conductor film 313 needs to be cut at 317. The first conductor film 313 on the first recess 301 side is denoted by 313-1, and the first conductor film 313 on the first recess 302 side is denoted by 313-2.

シリコン基板311の第1面(表面)上には第1凹部301および302をカバーする第1の薄板319が付着している。第1の薄板319は第1凹部301および302を被っていて第1凹部を保護している。また、第1凹部301をカバーしている薄板319には圧力導入孔321が設けてあり、圧力P1を導入できるようになっている。第1凹部302をカバーしている薄板319にも圧力導入孔322が設けてあり、圧力P2を導入できるようになっている。第1の導電体膜313(313−1)および第2の導電体膜316(316−1)の引き出し電極を形成する領域338および第1の導電体膜313(313−2)および第2の導電体膜316(316−2)の引き出し電極を形成する領域338および339においては、第1の薄板319は除去されている。 A first thin plate 319 that covers the first recesses 301 and 302 is attached to the first surface (front surface) of the silicon substrate 311. The first thin plate 319 covers the first recesses 301 and 302 to protect the first recess. The thin plate 319 covering the first recess 301 is provided with a pressure introducing hole 321 so that the pressure P1 can be introduced. The thin plate 319 covering the first recess 302 is also provided with a pressure introduction hole 322 so that the pressure P2 can be introduced. A region 338 for forming an extraction electrode of the first conductor film 313 (313-1) and the second conductor film 316 (316-1), the first conductor film 313 (313-2), and the second In the regions 338 and 339 where the extraction electrode of the conductor film 316 (316-2) is formed, the first thin plate 319 is removed.

この薄板319のない領域338において、第1の導電体膜313(313−1)上にある圧電体膜314およびその上に積層している絶縁膜320にはコンタクト孔341が形成されており、そのコンタクト孔341内に導電体膜342が形成され、さらにその上に電極・配線343が形成され、圧電体膜314(314−2)の変形により圧電体膜314(314−2)の下面に発生した電荷は、導電体膜313−1を通って、さらにコンタクト孔341内の導電体膜342を介して、電極・配線343に引き出される。圧電体膜314の絶縁性が余り良くないときは、コンタクト孔341の側壁にあらかじめ絶縁膜を形成してコンタクト孔341内の導電体膜342と圧電体膜314が接触しないようにする。あるいは、コンタクト孔341を形成する領域にある圧電体膜314をあらかじめエッチング除去しておくことが望ましい。尚、このコンタクト孔341を形成する領域における導電体膜316(316−1)はあらかじめエッチング除去してある。 In the region 338 without the thin plate 319, a contact hole 341 is formed in the piezoelectric film 314 on the first conductor film 313 (313-1) and the insulating film 320 laminated thereon, A conductor film 342 is formed in the contact hole 341, and an electrode / wiring 343 is further formed on the conductor film 342, and the piezoelectric film 314 (314-2) is deformed on the lower surface of the piezoelectric film 314 (314-2). The generated charges are drawn out to the electrode / wiring 343 through the conductor film 313-1 and further through the conductor film 342 in the contact hole 341. When the insulation property of the piezoelectric film 314 is not so good, an insulating film is formed in advance on the side wall of the contact hole 341 so that the conductor film 342 and the piezoelectric film 314 in the contact hole 341 do not contact each other. Alternatively, it is desirable to previously remove the piezoelectric film 314 in the region where the contact hole 341 is to be formed. The conductor film 316 (316-1) in the region where the contact hole 341 is to be formed is removed by etching in advance.

さらに、薄板319のない領域338において、第2の導電体膜316(316−1)上にある絶縁膜320にはコンタクト孔344が形成されており、そのコンタクト孔344内に導電体膜345が形成され、さらにその上に電極・配線346が形成され、圧電体膜314(314−2)の変形により圧電体膜314(314−2)の上面に発生した電荷は、導電体膜316−1を通って、さらにコンタクト孔344内の導電体膜345を介して、電極・配線346に引き出される。このようにして、圧電体膜314(314−2)の変形により圧電体膜314(314−2)の上下面に発生した互いに逆電位の電荷が、電極・配線343および346へ引き出される。 Further, in the region 338 without the thin plate 319, a contact hole 344 is formed in the insulating film 320 over the second conductor film 316 (316-1), and the conductor film 345 is formed in the contact hole 344. Then, an electrode / wiring 346 is formed thereon, and the electric charge generated on the upper surface of the piezoelectric film 314 (314-2) due to the deformation of the piezoelectric film 314 (314-2) is generated by the conductor film 316-1. Further, it is drawn out to the electrode / wiring 346 through the conductor film 345 in the contact hole 344. In this way, charges having opposite potentials generated on the upper and lower surfaces of the piezoelectric film 314 (314-2) due to the deformation of the piezoelectric film 314 (314-2) are drawn out to the electrodes / wirings 343 and 346.

薄板319のない領域339において、第1の導電体膜313(313−2)上にある圧電体膜314およびその上に積層している絶縁膜320にはコンタクト孔331が形成されており、そのコンタクト孔331内に導電体膜332が形成され、さらにその上に電極・配線333が形成され、圧電体膜314(314−3)の変形により圧電体膜314(314−3)の下面に発生した電荷は、導電体膜313−2を通って、さらにコンタクト孔331内の導電体膜332を介して、電極・配線333に引き出される。圧電体膜314の絶縁性が余り良くないときは、コンタクト孔331の側壁にあらかじめ絶縁膜を形成してコンタクト孔331内の導電体膜332と圧電体膜314が接触しないようにする。あるいは、コンタクト孔331を形成する領域にある圧電体膜314をあらかじめエッチング除去しておくことが望ましい。尚、このコンタクト孔331を形成する領域における導電体膜316(316−2)はあらかじめエッチング除去してある。 In the region 339 without the thin plate 319, the contact hole 331 is formed in the piezoelectric film 314 on the first conductor film 313 (313-2) and the insulating film 320 laminated thereon, A conductor film 332 is formed in the contact hole 331, and further, an electrode / wiring 333 is formed thereon, and is generated on the lower surface of the piezoelectric film 314 (314-3) by deformation of the piezoelectric film 314 (314-3). The charged electric charges are extracted to the electrode / wiring 333 through the conductor film 313-2 and further through the conductor film 332 in the contact hole 331. When the insulation property of the piezoelectric film 314 is not so good, an insulating film is formed in advance on the side wall of the contact hole 331 so that the conductor film 332 and the piezoelectric film 314 in the contact hole 331 do not contact each other. Alternatively, it is desirable that the piezoelectric film 314 in the region where the contact hole 331 is formed is removed by etching in advance. The conductor film 316 (316-2) in the region where the contact hole 331 is to be formed is removed by etching in advance.

さらに、薄板319のない領域339において、第2の導電体膜316(316−2)上にある絶縁膜320にはコンタクト孔334が形成されており、そのコンタクト孔334内に導電体膜335が形成され、さらにその上に電極・配線336が形成され、圧電体膜314(314−3)の変形により圧電体膜314(314−3)の上面に発生した電荷は、導電体膜316−2を通って、さらにコンタクト孔334内の導電体膜335を介して、電極・配線336に引き出される。このようにして、圧電体膜314(314−3)の変形により圧電体膜314(314−3)の上下面に発生した互いに逆電位の電荷が、電極・配線333および336へ引き出される。 Further, a contact hole 334 is formed in the insulating film 320 over the second conductor film 316 (316-2) in the region 339 without the thin plate 319, and the conductor film 335 is formed in the contact hole 334. In addition, an electrode / wiring 336 is formed thereon, and electric charges generated on the upper surface of the piezoelectric film 314 (314-3) due to the deformation of the piezoelectric film 314 (314-3) Further, it is drawn out to the electrode / wiring 336 through the conductor film 335 in the contact hole 334. In this way, charges having opposite potentials generated on the upper and lower surfaces of the piezoelectric film 314 (314-3) due to the deformation of the piezoelectric film 314 (314-3) are drawn out to the electrodes / wirings 333 and 336.

引き出された電荷のうち同極性のものを集めれば大きな電位となり、この電位の大きさから隣接する第1凹部内の圧力差P2−P1を知ることができるので、一方が既知であれば他方の圧力を求めることができ、圧力センサーとして機能する。基板をシリコン基板とした時には、同じシリコン基板内にICも作製できるので、圧力センサーおよび圧力計算を行なう演算用ICと一緒に1チップ化することも可能となる。 Collecting those with the same polarity among the extracted charges gives a large potential, and the pressure difference P2-P1 in the adjacent first recess can be known from the magnitude of this potential. It can determine the pressure and functions as a pressure sensor. When the substrate is a silicon substrate, an IC can be fabricated in the same silicon substrate, so that it can be integrated into one chip together with a pressure sensor and a calculation IC for performing pressure calculation.

以上のように、本発明は、凹部を基板の第1面にのみ形成しても圧電素子を用いた圧力センサーを作製できる。この利点は、裏面側に第2凹部を設ける必要がないこと(プロセスが複雑となる)、そのことにより表面と裏面とのパターン合わせをする必要がないこと、隣接する凹部同士のアライメントが必要がないので、隣接する凹部の間隔を狭められること、すなわち、隣接する凹部間の基板側壁を薄くできるので、より小さな圧力差でこの基板側壁を変形させることができるようになり、圧力検知の感度が向上することなどである。 As described above, according to the present invention, a pressure sensor using a piezoelectric element can be manufactured even if the recess is formed only on the first surface of the substrate. This advantage is that there is no need to provide a second recess on the back side (the process becomes complicated), that there is no need to align the pattern between the front and back surfaces, and that alignment between adjacent recesses is necessary. Therefore, the distance between adjacent recesses can be narrowed, that is, the substrate side wall between adjacent recesses can be made thin, so that the substrate side wall can be deformed with a smaller pressure difference, and the sensitivity of pressure detection is improved. It is to improve.

図16(b)は、本発明の実施形態の平面図(基板面に平行な面における断面図)であるが、第1凹部を平行に並べていけば多数のダイヤフラム部からの電位を集めることができて、少ない面積で大きな電位となり、圧力センサーとしての感度を高めることができる。この発明の利点は、凹部領域では配線等をパターニングする必要がないため、(配線を切断するのは第1面(表面)の平坦部分)多数の凹部を並べることができることである。第1凹部の幅をWc−3、側壁の幅(厚み)をWs、第1凹部の長さをLc−3、第1凹部の深さをHc−3とする。従来の平面的なダイヤフラムの大きさを300μmx300μmとして、この大きさの中に本発明の圧電素子(ダイヤフラム)が入るかを見積もる。Hc−3=300μm、Lc−3=300μmとし、Ws=5μm、Wc−3を30μmとすると、平面的なサイズ300μmx300μmに本発明のダイヤフラム構造は300μm/35μm≒8個入る。1個当たり2つのダイヤフラムとなるので、16個のダイヤフラムとなるので、従来に比べて16倍の感度となり、従来に比較すると飛躍的に感度の良好な圧力センサーを作製できる。 FIG. 16B is a plan view (a cross-sectional view in a plane parallel to the substrate surface) of the embodiment of the present invention. If the first recesses are arranged in parallel, the potentials from a large number of diaphragm portions can be collected. In this way, the potential becomes a large potential with a small area, and the sensitivity as a pressure sensor can be increased. The advantage of the present invention is that it is not necessary to pattern the wiring or the like in the recessed area, so that a large number of recessed parts can be arranged (the wiring is cut off on the flat portion of the first surface (front surface)). The width of the first recess is Wc-3, the width (thickness) of the side wall is Ws, the length of the first recess is Lc-3, and the depth of the first recess is Hc-3. The size of the conventional planar diaphragm is set to 300 μm × 300 μm, and it is estimated whether the piezoelectric element (diaphragm) of the present invention is included in this size. When Hc−3 = 300 μm, Lc−3 = 300 μm, Ws = 5 μm, and Wc−3 are 30 μm, the diaphragm structure of the present invention has 300 μm / 35 μm≈8 pieces in a planar size of 300 μm × 300 μm. Since there are two diaphragms per piece, there are 16 diaphragms, so that the sensitivity is 16 times that of the prior art, and a pressure sensor with significantly improved sensitivity can be produced.

図16(c)は、本発明の圧電素子を用いた圧力センサーの動作を模式的に示した図である。シリコン基板側壁323を挟んで両サイドに第1凹部356および357が形成されている。シリコン基板側壁323の第1凹部357側には、シリコン基板側壁323の上に絶縁膜312、その上に第1の導電体膜313(313−2)、圧電体膜314、その上に第2の導電体膜316(316−2)、その上に絶縁膜320が積層されている。シリコン基板側壁323の第1凹部356側には、シリコン基板側壁323の上に絶縁膜312、その上に第1の導電体膜313(313−1)、圧電体膜314、その上に第2の導電体膜316(316−1)、その上に絶縁膜320が積層されている。シリコン基板側壁323の上部は薄板351で規制されている。シリコン基板側壁323の下部は薄板352で規制されている。図16(a)との関係で言えば、薄板351は第1の薄板319に相当し、薄板352はシリコン基板底部315に相当する。 FIG. 16C is a diagram schematically showing the operation of the pressure sensor using the piezoelectric element of the present invention. First recesses 356 and 357 are formed on both sides across the silicon substrate side wall 323. On the first concave portion 357 side of the silicon substrate side wall 323, the insulating film 312 is formed on the silicon substrate side wall 323, the first conductive film 313 (313-2) is formed thereon, the piezoelectric film 314 is formed thereon, and the second film is formed thereon. The conductor film 316 (316-2) and the insulating film 320 are stacked thereon. On the first recess 356 side of the silicon substrate side wall 323, the insulating film 312 is formed on the silicon substrate side wall 323, the first conductor film 313 (313-1) and the piezoelectric film 314 are formed thereon, and the second film is formed thereon. The conductive film 316 (316-1) and the insulating film 320 are stacked thereon. The upper part of the silicon substrate side wall 323 is regulated by a thin plate 351. The lower part of the silicon substrate side wall 323 is regulated by a thin plate 352. In relation to FIG. 16A, the thin plate 351 corresponds to the first thin plate 319 and the thin plate 352 corresponds to the silicon substrate bottom 315.

薄板351の圧力導入孔354から圧力P1が印加され、圧力導入孔353から圧力P2が導入される。P2<P1のとき、図16(c)に示すように、シリコン基板側壁323は第1凹部356側へ膨らみ、これに付着した圧電体膜314も第1凹部356側へ膨らむ。その結果、圧電体膜314(314−2)の上側表面および下側表面で分極し、圧電体膜314(314−2)の上側表面で発生する電荷と圧電体膜314(314−2)の下側表面で発生する電荷は逆電位となる。たとえば、圧電体膜314(314−2)の上側表面で発生する電荷をプラスとすると、下側表面で発生する電荷はマイナスとなる。圧電体膜314(314−2)の上側表面には第2の導電体膜316(316−1)が付着していて、圧電体膜314の下側表面には第1の導電体膜313(313−1)が付着しているので、第2の導電体膜316(316−1)と接続した電極C1と、第1の導電体膜313(313−1)と接続した電極C2との間に電位差が生じる。 The pressure P1 is applied from the pressure introduction hole 354 of the thin plate 351, and the pressure P2 is introduced from the pressure introduction hole 353. When P2 <P1, as shown in FIG. 16C, the silicon substrate side wall 323 swells toward the first recess 356, and the piezoelectric film 314 attached thereto swells toward the first recess 356. As a result, electric charges generated on the upper surface of the piezoelectric film 314 (314-2) are polarized on the upper surface and the lower surface of the piezoelectric film 314 (314-2) and the piezoelectric film 314 (314-2). The charge generated on the lower surface has a reverse potential. For example, if the charge generated on the upper surface of the piezoelectric film 314 (314-2) is positive, the charge generated on the lower surface is negative. The second conductor film 316 (316-1) is attached to the upper surface of the piezoelectric film 314 (314-2), and the first conductor film 313 ( Since 313-1) is attached, the gap between the electrode C1 connected to the second conductor film 316 (316-1) and the electrode C2 connected to the first conductor film 313 (313-1) There is a potential difference between the two.

同様に考えて、圧電体膜314(314−3)の上側表面および下側表面で分極し、圧電体膜314(314−3)の上側表面で発生する電荷と圧電体膜314(314−3)の下側表面で発生する電荷は逆電位となる。圧電体膜314(314−2)は上側表面側に膨らんでいるが、圧電体膜314(314−3)は下側表面側に膨らんでいるので、発生する電荷の極性は圧電体膜314(314−2)と圧電体膜314(314−3)とは逆になる。上のたとえに合わせると、圧電体膜314(314−3)の上側表面で発生する電荷はマイナスとなり、下側表面で発生する電荷はプラスとなる。圧電体膜314(314−3)の上側表面には第2の導電体膜316(316−2)が付着していて、圧電体膜314(314−3)の下側表面には第1の導電体膜313(313−2)が付着しているので、第2の導電体膜316(316−2)と接続した電極C4と、第1の導電体膜313(313−2)と接続した電極C3との間に電位差が生じる。従って、同じ極性同士を接続すれば、ずなわち、C1とC3を接続し、C2とC4を接続すれば、これらの間の電位差が倍増するので、圧力に対する感度が高くなったことが分かる。このような構造をどんどんつなげていけば感度がどんどん高くなる。 In the same way, the electric charges generated on the upper surface of the piezoelectric film 314 (314-3) and the piezoelectric film 314 (314-3) are polarized on the upper and lower surfaces of the piezoelectric film 314 (314-3). The charge generated on the lower surface of) has a reverse potential. The piezoelectric film 314 (314-2) swells to the upper surface side, but the piezoelectric film 314 (314-3) swells to the lower surface side, so the polarity of the generated charge is the piezoelectric film 314 ( 314-2) and the piezoelectric film 314 (314-3) are reversed. In accordance with the above parable, the charge generated on the upper surface of the piezoelectric film 314 (314-3) is negative, and the charge generated on the lower surface is positive. The second conductor film 316 (316-2) is attached to the upper surface of the piezoelectric film 314 (314-3), and the first surface is attached to the lower surface of the piezoelectric film 314 (314-3). Since the conductor film 313 (313-2) is attached, the electrode C4 connected to the second conductor film 316 (316-2) and the first conductor film 313 (313-2) are connected. A potential difference is generated between the electrode C3. Therefore, it can be seen that if the same polarity is connected, that is, if C1 and C3 are connected, and if C2 and C4 are connected, the potential difference between them is doubled, the pressure sensitivity is increased. If such a structure is connected more and more, the sensitivity will become higher.

図17は、図16に示す本発明の圧電素子を用いた圧力センサーの製造方法を示す図である。基板を厚み方向の断面図で示している。尚、これまでに関しても、またこれから説明することに関しても(図17に限らず)、これまでに説明した内容や別の実施形態で示す内容については重複するので説明していない部分もあるが、他の実施形態で説明した内容で矛盾なく適用できる所は、当該実施形態において具体的に記載していなくても適用できることは言うまでもない。 FIG. 17 is a diagram showing a method of manufacturing a pressure sensor using the piezoelectric element of the present invention shown in FIG. The board | substrate is shown with sectional drawing of the thickness direction. In addition, regarding what has been described so far and what will be described below (not limited to FIG. 17), the contents described so far and the contents shown in another embodiment are duplicated, and there are portions that are not described. Needless to say, a place that can be applied without contradiction in the contents described in other embodiments can be applied even if not specifically described in the embodiment.

図17(a)に示すように、シリコン基板等の基板311の第1面(表側)にシリコン酸化膜等の絶縁膜361を形成する。その上にフォトリソ法を用いて、第1凹部を形成するためのフォトレジストパターン362を形成する。フォトレジストの開口部363は第1凹部を形成する領域である。フォトレジストは、塗布法によるレジストやシート状の感光性ドライフィルムも使用できる。あるいはインプリント法も用いることもできる。フォトレジストの厚みは、この後の第1凹部形成時に減少する分を考慮して決める。たとえば、絶縁膜361を使用しないで直接シリコン基板311にフォトレジストパターンを形成したとして、シリコン基板311の厚みを500μm、第1凹部の深さを400μmとし、シリコン基板のエッチング時におけるレジストとシリコン基板のエッチング選択比を10とし、5%のオーバーエッチングをしたとして、レジストの厚さを50μmとすれば良い。 As shown in FIG. 17A, an insulating film 361 such as a silicon oxide film is formed on the first surface (front side) of a substrate 311 such as a silicon substrate. A photoresist pattern 362 for forming the first recess is formed thereon using a photolithography method. The opening 363 of the photoresist is a region where the first recess is formed. As the photoresist, a resist by a coating method or a sheet-like photosensitive dry film can also be used. Alternatively, an imprint method can also be used. The thickness of the photoresist is determined in consideration of the amount that is reduced when the first recess is formed thereafter. For example, if a photoresist pattern is directly formed on the silicon substrate 311 without using the insulating film 361, the thickness of the silicon substrate 311 is 500 μm, the depth of the first recess is 400 μm, and the resist and the silicon substrate are etched when the silicon substrate is etched. Assuming that the etching selectivity is 10 and 5% overetching is performed, the resist thickness may be 50 μm.

次に図17(b)に示すように、フォトレジストパターン362をマスクとして、開口部363に露出した絶縁膜361をエッチング除去する。このエッチングは異方性エッチングが望ましい。さらに、開口部363の絶縁膜361を除去した後、シリコン基板をエッチングし、第1凹部301や302を形成する。このエッチングはできるだけフォトレジストパターンに忠実にエッチングすることが望ましい。いわゆる深堀エッチング(DRIE)法を用いて基板311をエッチングする。あるいは、たとえば、磁気中性子線放電エッチング法やClF3ガスを用いたクラスターエッチングでも垂直な側壁を有する深い凹部を形成できる。本実施形態では、第1凹部は基板311の第2面(裏面)まで到達(貫通)させないようにする。第1凹部の深さ(Hc1)は、基板厚み(Hsub)の95%〜80%程度にする。95%を超えるとエッチングバラツキ等により第1凹部の底部の基板315の厚みが薄くなりすぎて強度が小さくなりすぎ、場合によっては第2面まで貫通してしまう恐れがある。また、第1凹部の深さは、ダイヤフラムの特性によって決めることであるから、80%未満の深さでも良いが、基板311をできるだけ使用するという意味では第1凹部の深さは80%以上が良い。尚、本発明の圧力センサーは占有面積を非常に小さくできるとともに1つ1つの素子をつなげて感度を上げることができるので、第1凹部の深さを80%未満として余り深くせず、導電体膜や圧電体膜の被覆性を向上させて、圧力検出の感度に関しては多数並べて向上させるという方法もある。 Next, as shown in FIG. 17B, using the photoresist pattern 362 as a mask, the insulating film 361 exposed in the opening 363 is removed by etching. This etching is preferably anisotropic etching. Further, after the insulating film 361 in the opening 363 is removed, the silicon substrate is etched to form first recesses 301 and 302. It is desirable to perform this etching as faithfully as possible to the photoresist pattern. The substrate 311 is etched using a so-called deep etching (DRIE) method. Alternatively, for example, deep recesses having vertical sidewalls can be formed by magnetic neutron beam discharge etching or cluster etching using ClF 3 gas. In the present embodiment, the first recess is prevented from reaching (penetrating) to the second surface (back surface) of the substrate 311. The depth (Hc1) of the first recess is about 95% to 80% of the substrate thickness (Hsub). If it exceeds 95%, the thickness of the substrate 315 at the bottom of the first recess becomes too thin due to etching variation or the like, and the strength becomes too small. In some cases, the substrate may penetrate to the second surface. In addition, since the depth of the first recess is determined by the characteristics of the diaphragm, it may be less than 80%. However, in the sense that the substrate 311 is used as much as possible, the depth of the first recess is 80% or more. good. The pressure sensor of the present invention can occupy a very small area and can increase the sensitivity by connecting elements one by one. Therefore, the depth of the first recess is less than 80% and the conductor is not too deep. There is also a method of improving the coverage of the film or the piezoelectric film and improving the sensitivity of pressure detection side by side.

さらに、この方が第1凹部を略垂直パターンとして作製しやすく、また第1凹部301および302間の基板側壁323の強度も向上できるという利点がある。基板311の厚みHsubは10〜2000μm、第1凹部の深さHc1は1〜1500μm、第1凹部の幅Wc1は1〜200μm、ダイヤフラムとなる第1凹部間の基板側壁の幅Wsは0.1μm〜100μm、第1凹部の長さ(紙面に垂直方向の幅で、基板側壁の長さとほぼ等しい)Lsは1〜1500μmであるが、基本的には使用される基板材料や圧電膜材料の特性、適用する圧力によって適宜決定する。また、技術的問題がクリアされれば、もっと小さな下限値やもっと大きな上限値でも良い。基板側壁323の幅Wsはダイヤフラムの特性を決定するので特に精度良く作製する必要があり、レジストマスク{362(362−2)}にできるだけ忠実に垂直に近い形状で形成することが望ましい。尚、基板311が薄い場合(たとえば、100μm以下の厚み)には、基板311の第2面(裏面)にサポート基板を付着してプロセス中に変形しないようにすれば良い。 Furthermore, this has the advantage that the first recess can be easily formed as a substantially vertical pattern, and the strength of the substrate side wall 323 between the first recesses 301 and 302 can be improved. The thickness Hsub of the substrate 311 is 10 to 2000 μm, the depth Hc1 of the first recess is 1 to 1500 μm, the width Wc1 of the first recess is 1 to 200 μm, and the width Ws of the substrate side wall between the first recesses serving as a diaphragm is 0.1 μm. ˜100 μm, the length of the first recess (the width in the direction perpendicular to the paper surface and substantially equal to the length of the substrate side wall) Ls is 1-1500 μm, but basically the characteristics of the substrate material and piezoelectric film material used It is determined as appropriate according to the applied pressure. If the technical problem is cleared, a smaller lower limit value or a larger upper limit value may be used. Since the width Ws of the substrate side wall 323 determines the characteristics of the diaphragm, it is necessary to manufacture the substrate sidewall 323 with particularly high precision, and it is desirable that the width Ws of the substrate side wall 323 be as close to perpendicular as possible to the resist mask {362 (362-2)}. When the substrate 311 is thin (for example, a thickness of 100 μm or less), a support substrate may be attached to the second surface (back surface) of the substrate 311 so as not to be deformed during the process.

基板側壁323の最大たわみWmaxは概略以下で見積もることができる。
Wmax=α*z*h/(Ey
ここで、zは圧力差(z=P2−P1)、hは凹部の深さ(h=Hc1)、aは凹部の長さ(a=Ls)、Eはヤング率、yは基板側壁幅(y=Ws)、αはダイヤフラムの形状によって決まる定数である。シリコンのヤング率はE=100GPa〜200GPa(結晶方位依存性あり)である。h=a=30μm(正方形状ダイヤフラム)には、α=0.0138となり、Wmaxは約60z/y(μm)となる。y=3μmとすれば、z=1atmで、Wmaxは約2.2μmとなる。h=30μm、a=60μm(長方形ダイヤグラム)には、α=0.0277となり、Wmaxは約120z/y(μm)となる。y=3μmとすれば、z=1atmで、Wmaxは約4.4μmとなる。ヤング率のもっと小さなポリマーやゴムを用いればさらに変形量は大きくなる。
The maximum deflection Wmax of the substrate side wall 323 can be estimated as follows.
Wmax = α * z * h 2 a 2 / (Ey 3 )
Here, z is the pressure difference (z = P2-P1), h is the depth of the recess (h = Hc1), a is the length of the recess (a = Ls), E is the Young's modulus, and y is the substrate sidewall width ( y = Ws), α is a constant determined by the shape of the diaphragm. The Young's modulus of silicon is E = 100 GPa to 200 GPa (with crystal orientation dependence). For h = a = 30 μm (square diaphragm), α = 0.0138, and Wmax is about 60 z / y 3 (μm). If y = 3 μm, then z = 1 atm and Wmax is about 2.2 μm. When h = 30 μm and a = 60 μm (rectangular diagram), α = 0.0277 and Wmax is about 120 z / y 3 (μm). If y = 3 μm, then z = 1 atm and Wmax is about 4.4 μm. If a polymer or rubber having a smaller Young's modulus is used, the amount of deformation is further increased.

次に図17(c)に示すように、フォトレジストパターン362や絶縁膜361をリムーブした後(絶縁膜361は必要な場合には残しても良い)に、絶縁膜312、下部電極となる第1の導電体膜313、圧電体膜314、上部電極となる第2の導電体膜316を積層する。絶縁膜312は基板と第1の導電体膜313とのリークを防止する目的で形成され、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)、シリコン窒化膜(SiNy)などであり、CVD法、PVD法、熱酸化法で形成される。厚みは100nm〜2000nmである。基板がガラスや石英やセラミックやポリマーやゴム等の絶縁体である時には絶縁膜312を形成しなくても良い。(第1の導電体膜と基板が密着性が悪いなどの時には、密着性等の向上のために絶縁膜を形成する。)第1の導電体膜313は、タングステン、モリブデン、アルミニウム、銅、金、ニッケル、白金、酸化イリジウム、イリジウム、クロム等の各種金属、これらの合金、各種シリサイド、導電性多結晶(アモルファス)シリコン、導電性ポリマー等であるが、密着性向上のためにこれらの導電体膜を形成する前に、チタン、窒化チタン、クロム、タンタル、窒化タンタル等を形成しても良い。第1の導電体膜の厚みは、たとえば、100nm〜2000nmで、好適には500nm〜1500nmである。 Next, as shown in FIG. 17C, after removing the photoresist pattern 362 and the insulating film 361 (the insulating film 361 may be left if necessary), the insulating film 312 and the first electrode to be the lower electrode are formed. The first conductive film 313, the piezoelectric film 314, and the second conductive film 316 to be the upper electrode are stacked. The insulating film 312 is formed for the purpose of preventing leakage between the substrate and the first conductor film 313, and is a silicon oxide film (SiOx), a silicon oxynitride film (SiOxNy), a silicon nitride film (SiNy), or the like. It is formed by the method, PVD method, thermal oxidation method. The thickness is 100 nm to 2000 nm. The insulating film 312 may not be formed when the substrate is an insulator such as glass, quartz, ceramic, polymer, or rubber. (When the adhesion between the first conductor film and the substrate is poor, an insulating film is formed to improve adhesion and the like.) The first conductor film 313 includes tungsten, molybdenum, aluminum, copper, Various metals such as gold, nickel, platinum, iridium oxide, iridium, and chromium, alloys thereof, various silicides, conductive polycrystalline (amorphous) silicon, conductive polymers, etc. Before forming the body film, titanium, titanium nitride, chromium, tantalum, tantalum nitride, or the like may be formed. The thickness of the first conductor film is, for example, 100 nm to 2000 nm, preferably 500 nm to 1500 nm.

第1の導電体膜313を積層した後、第1凹部301側の第1の導電体膜313−1と第1凹部302側の第1の導電体膜313−2とを分離する。たとえば、第1凹部301と302で挟まれた基板側壁323の上面317をフォトリソ法で窓開けして、導電体膜313をエッチングする。基板側壁323の幅Wsが5μm以下のときには、この窓開けも1〜2μm幅となるが、ドライエッチングはもちろんウエットエッチングでも可能なレベルである。さらに、他の領域において、第1導電体膜313の配線パターンを形成する必要がある場合には、そのためのフォトリソによるパターン形成および第1の導電体膜313のエッチングが必要となる。たとえば、導電体膜が白金である場合には、ウエットエッチング液としてシアン系水溶液、希釈王水、塩酸と過酸化水素水の混合液等がある。ドライエッチングの場合には、たとえば、Cl、SCl、SiCl、BCl、CCl等の塩素系ガス(これらにAr、COやOを加えて最適化する)を用いて白金をエッチングできる。 After laminating the first conductor film 313, the first conductor film 313-1 on the first recess 301 side and the first conductor film 313-2 on the first recess 302 side are separated. For example, the upper surface 317 of the substrate side wall 323 sandwiched between the first recesses 301 and 302 is opened by photolithography, and the conductor film 313 is etched. When the width Ws of the substrate side wall 323 is 5 μm or less, the opening of the window is also 1 to 2 μm, but this level is possible by wet etching as well as dry etching. Further, when it is necessary to form a wiring pattern of the first conductor film 313 in another region, pattern formation by photolithography and etching of the first conductor film 313 are necessary for that purpose. For example, when the conductor film is platinum, examples of the wet etching solution include a cyan aqueous solution, diluted aqua regia, a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution, and the like. In the case of dry etching, for example, platinum using chlorine gas (such as Cl 2 , S 2 Cl 2 , SiCl 4 , BCl 3 , CCl 4, etc.) is optimized by adding Ar, CO, or O 2 to these gases. Can be etched.

導電体膜313をパターニングした後、圧電体膜314を形成する。圧電体膜は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛(ジルコニウム酸・チタン酸鉛(Pb(ZrTi1−X)O 0<x<1)とも呼ばれ、いわゆるPZT)、PLT(PbLaTi1−X)、PLZT、SrTiO、BaTiO、BST(BaSr1−XTiO)、SBT(SrBiTa)、KNN(K0.5Na0.5NbO)や、KN(KNbO)、NN(NaNbO)、KNNに不純物(例えば、Li,Nb,Ta,Sb,Cuなど)を添加したものなどのKNN系材料、BLT(ビスマス-ランタン-タンタル)、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、窒化ガリウム、リチウムテトラボレート等のペロブスカイト構造やタングステン−青銅構造を持つセラミックスであり、あるいは石英、水晶、ロッシェル塩、トパーズ、電気石(トルマリン)、ベルリナイト(リン酸アルミニウム)、窒化アルミニウム、リン酸ガリウム、ガリウムヒ素などであり、あるいは圧電性ポリマー{たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)}などである。 After patterning the conductor film 313, a piezoelectric film 314 is formed. Piezoelectric film, for example, lead zirconate titanate (also known as zirconium acid titanate (Pb (Zr X Ti 1- X) O 3 0 <x <1), so-called PZT), PLT (PbLa X Ti 1 -X O 3), PLZT, SrTiO 3, BaTiO 3, BST (Ba X Sr 1-X TiO 3), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9), KNN (K 0.5 Na 0.5 NbO 3) Ya , KN (KNbO 3 ), NN (NaNbO 3 ), KNN-based materials such as KNN added with impurities (for example, Li, Nb, Ta, Sb, Cu, etc.), BLT (bismuth-lanthanum-tantalum), titanium Barium oxide, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, gallium nitride, lithium tetraborate, etc. Ceramics with a bskite structure or tungsten-bronze structure, or quartz, crystal, Rochelle salt, topaz, tourmaline, tourlinite (aluminum phosphate), aluminum nitride, gallium phosphate, gallium arsenide, etc. Piezoelectric polymer {for example, polyvinylidene fluoride (PVDF)}.

圧電体膜の積層方法として、その圧電体をターゲットとしたスパッタリング法、蒸着法、CVD法、MOCVD(Metal
Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着)法、レーザーアブレーション法(PLAD:Pulsed Laser Ablation Deposition),塗布法、スクリーン印刷法、ゾルゲル法(たとえば、PZTのような誘電体材料を有機溶媒に溶解させた溶液を、スピンコートにより1層当たり約50nm程度の厚さで塗り、これを350℃程度のホットプレート上で仮焼成し、この作業を3〜4回繰り返した後に急速加熱炉を用いて約700℃で急速に焼結させる)、エアロゾル堆積法、化学的溶液積層(chemical solution deposition、CSD)法などであり、圧電体膜の積層後適切な熱処理を行なって圧電性や信頼性を高めることもできる。この圧電体膜の厚みは、0.1μm〜100μmであり、膜質向上および反り量低減のためには好適には0.5μm〜20μmである。第1凹部内の略垂直な側壁にできるだけ均一性良く(厚みバラツキを小さく)積層することが望ましい。スパッタリング法、蒸着法、CVD法、MOCVD法では積層した状態で、第1凹部内の略垂直な側壁に忠実に近い状態で積層できる。液状ポリマーやゲル状物質を塗布等する場合は、第1凹部内に厚くたまるので、インプリント法等を用いて、略垂直な側壁に忠実に近い状態で形成することができる。
As a method of laminating a piezoelectric film, sputtering, vapor deposition, CVD, MOCVD (Metal
Organic chemical vapor deposition (PLD) method, laser ablation method (PLAD), coating method, screen printing method, sol-gel method (for example, dielectric material such as PZT is dissolved in organic solvent) The applied solution is applied by spin coating to a thickness of about 50 nm per layer, and this is temporarily fired on a hot plate at about 350 ° C. After repeating this operation 3 to 4 times, using a rapid heating furnace (Sintering rapidly at about 700 ° C.), aerosol deposition method, chemical solution deposition (CSD) method, etc., and improving the piezoelectricity and reliability by performing an appropriate heat treatment after the piezoelectric film is laminated You can also. The thickness of the piezoelectric film is 0.1 μm to 100 μm, and preferably 0.5 μm to 20 μm for improving the film quality and reducing the amount of warpage. It is desirable to stack on the substantially vertical side wall in the first recess with as much uniformity as possible (thickness variation is small). In the sputtering method, the vapor deposition method, the CVD method, and the MOCVD method, the layers can be stacked in a state that is close to the substantially vertical side wall in the first recess. When a liquid polymer or gel-like substance is applied, it thickens in the first recess, and therefore it can be formed in a state close to a substantially vertical side wall using an imprint method or the like.

圧電体膜314は、第1凹部以外は必要ないので、不要な部分(たとえば、図17(c)における電極取り出し領域364)からエッチング除去しても良い。マスクを用いてスクリーン印刷法やスパッタリング法で圧電体膜を積層すればこのエッチング除去工程は不要となる。フォトリソ法を用いてレジストをパターニングするときには、微細なパターンを形成する必要はないので、プロセスは簡単である。たとえば、PZTの場合HFとHNO系のエッチング液でエッチングしても良い。ドライエッチングの場合にはフッ素系ガスや塩素系ガスを用いて行なうと良い。尚、この上に第2の導電体膜を形成するが、圧電体膜のエッチング除去された段差で導電体膜のステップカバレッジが悪くならないように、テーパーエッチすることが望ましい。あるいは、第2の導電体膜316が圧電体膜314の段差部をまたがないように第2の導電体膜316をパターニングする方法もある。あるいは、圧電体膜314が絶縁体であるときには、リークを心配する必要がないので、そのまま残しておくこともできる。ただし、第1の導電体膜313の取り出し電極を形成する部分からは圧電体膜314を除去しておくことが望ましい。圧電体膜314を残したままコンタクト孔を形成すると、コンタクト孔の深さが圧電体膜314の厚み分深くなる。この結果コンタクト孔形成時間が長くなるとともに、異なる層(絶縁膜と圧電体膜)を連続してエッチングするのでエッチング条件が複雑になる。さらに、コンタクト孔が深くなるとコンタクト孔内に形成する導電体膜の被覆性が問題になり、これを解決する導電体膜の形成条件も複雑になり、コンタクトサイズを大きくしたり、あるいはコンタクトにテーパーをつけるというプロセスも必要になる。 Since the piezoelectric film 314 is not necessary except for the first concave portion, it may be removed by etching from an unnecessary portion (for example, the electrode extraction region 364 in FIG. 17C). If the piezoelectric film is laminated by screen printing or sputtering using a mask, this etching removal step becomes unnecessary. When patterning a resist using a photolithographic method, it is not necessary to form a fine pattern, so the process is simple. For example, in the case of PZT, etching may be performed with HF and HNO 3 based etchants. In the case of dry etching, fluorine gas or chlorine gas is preferably used. The second conductor film is formed on this, but it is desirable to perform taper etching so that the step coverage of the conductor film does not deteriorate due to the step removed by etching of the piezoelectric film. Alternatively, there is also a method of patterning the second conductor film 316 so that the second conductor film 316 does not cross the step portion of the piezoelectric film 314. Alternatively, when the piezoelectric film 314 is an insulator, there is no need to worry about leakage, so it can be left as it is. However, it is desirable to remove the piezoelectric film 314 from the portion of the first conductor film 313 where the extraction electrode is to be formed. If the contact hole is formed while the piezoelectric film 314 is left, the depth of the contact hole is increased by the thickness of the piezoelectric film 314. As a result, the contact hole formation time becomes longer, and different layers (insulating film and piezoelectric film) are successively etched, so that the etching conditions become complicated. Furthermore, when the contact hole becomes deeper, the covering property of the conductor film formed in the contact hole becomes a problem, and the condition for forming the conductor film to solve this becomes complicated, and the contact size is increased or the contact is tapered. The process of turning on is also necessary.

圧電体膜314を形成した後に、第2の導電体膜316を形成する。第2の導電体膜316は、タングステン、モリブデン、アルミニウム、銅、金、ニッケル、白金、酸化イリジウム、イリジウム、クロム等の各種金属、これらの合金、各種シリサイド、導電性多結晶(アモルファス)シリコン、導電性ポリマー等であるが、密着性向上のためにこれらの導電体膜を形成する前に、チタン、窒化チタン、クロム、タンタル、窒化タンタル等を形成しても良い。第2の導電体膜の厚みは、たとえば、100nm〜2000nmで、好適には500nm〜1500nmである。 After forming the piezoelectric film 314, a second conductor film 316 is formed. The second conductor film 316 is made of various metals such as tungsten, molybdenum, aluminum, copper, gold, nickel, platinum, iridium oxide, iridium, and chromium, alloys thereof, various silicides, conductive polycrystalline (amorphous) silicon, Although it is a conductive polymer or the like, titanium, titanium nitride, chromium, tantalum, tantalum nitride, or the like may be formed before forming these conductor films in order to improve adhesion. The thickness of the second conductor film is, for example, 100 nm to 2000 nm, preferably 500 nm to 1500 nm.

第2の導電体膜316を積層した後、第1凹部301側の第2の導電体膜316−1と第1凹部302側の第1の導電体膜316−2とを分離する。たとえば、第1凹部301と302で挟まれた基板側壁323の上面318をフォトリソ法で窓開けして、導電体膜313をエッチングする。基板側壁323の幅Wsが5μm以下のときには、この窓開けも1〜2μm幅となるが、ウエットエッチングでも可能なレベルである。また、第1の導電体膜313からの引き出し電極を形成する領域364からも第2の導電体膜316を除去しておくことが望ましい。何故なら、第1の導電体膜313からの引き出しコンタクト孔内に第2の導電体膜316が露出するからである。さらに、他の領域において、第2導電体膜316の配線パターンを形成する必要がある場合には、そのためのフォトリソによるパターン形成および第2の導電体膜316のエッチングが必要となる。 After the second conductor film 316 is stacked, the second conductor film 316-1 on the first recess 301 side and the first conductor film 316-2 on the first recess 302 side are separated. For example, the upper surface 318 of the substrate side wall 323 sandwiched between the first recesses 301 and 302 is opened by a photolithographic method, and the conductor film 313 is etched. When the width Ws of the substrate side wall 323 is 5 μm or less, this window opening is also 1 to 2 μm wide, but this level is possible even by wet etching. It is also desirable to remove the second conductor film 316 from the region 364 where the lead electrode is formed from the first conductor film 313. This is because the second conductor film 316 is exposed in the lead-out contact hole from the first conductor film 313. Further, when it is necessary to form a wiring pattern of the second conductor film 316 in another region, pattern formation by photolithography and etching of the second conductor film 316 are necessary for that purpose.

たとえば、導電体膜が白金である場合には、ウエットエッチング液としてシアン系水溶液、希釈王水、塩酸と過酸化水素水の混合液等がある。ドライエッチングの場合には、たとえば、Cl、SCl、SiCl、BCl、CCl等の塩素系ガス(これらにAr、COやOを加えて最適化する)を用いて白金をエッチングできる。第2の導電体膜がアルミニウムの場合には、ウエットエッチング液として混酸水(硝酸、酢酸、燐酸、水)、ドライエッチングガスとしては、Cl、SCl、SiCl、BCl、CCl等の塩素系ガス(これらにAr、COやOを加えて最適化する)がある。 For example, when the conductor film is platinum, examples of the wet etching solution include a cyan aqueous solution, diluted aqua regia, a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution, and the like. In the case of dry etching, for example, platinum using chlorine gas (such as Cl 2 , S 2 Cl 2 , SiCl 4 , BCl 3 , CCl 4, etc.) is optimized by adding Ar, CO, or O 2 to these gases. Can be etched. When the second conductor film is aluminum, mixed acid water (nitric acid, acetic acid, phosphoric acid, water) is used as a wet etching solution, and Cl 2 , S 2 Cl 2 , SiCl 4 , BCl 3 , CCl are used as dry etching gases. 4 and the like (optimized by adding Ar, CO, or O 2 to these gases).

次に、図17(d)に示すように、第2の導電体膜316をパターニングし、適切な熱処理等を行なった後に、絶縁膜320を積層する。この絶縁膜320は、圧電素子や導電体膜316を保護する膜である。絶縁膜320として、たとえばシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNy)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)であり、CVD法、PVD法、塗布法等で積層する。あるいは絶縁膜320はポリイミド等の有機膜でも良い。特に感光性有機膜(たとえば、感光性ポリイミド)であれば、この後レジスト等を用いる必要がなくこの感光性有機膜を直接露光しパターニングできる。塗布法を用いたときには凹部内にも厚く堆積するので、たとえばインプリント法を用いて凹部内の絶縁膜を略垂直な側壁パターンにできるだけ忠実に形成することができる。 Next, as shown in FIG. 17D, after patterning the second conductor film 316 and performing an appropriate heat treatment or the like, the insulating film 320 is stacked. The insulating film 320 is a film that protects the piezoelectric element and the conductor film 316. The insulating film 320 is, for example, a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNy), or a silicon oxynitride film (SiOxNy), and is laminated by a CVD method, a PVD method, a coating method, or the like. Alternatively, the insulating film 320 may be an organic film such as polyimide. In particular, in the case of a photosensitive organic film (for example, photosensitive polyimide), it is not necessary to use a resist or the like thereafter, and this photosensitive organic film can be directly exposed and patterned. When the coating method is used, the deposit is also thickly deposited in the recess, so that the insulating film in the recess can be formed as faithfully as possible in a substantially vertical sidewall pattern by using, for example, an imprint method.

次に第1凹部301および302をふさぐ薄板319を付着させる。次に第1凹部301へ圧力を印加する圧力導入孔321、第1凹部302へ圧力を印加する圧力伝達孔322、コンタクト領域338、339など薄板がなくても良い部分(あるいは薄板がない方が良い部分)における薄板319を除去する。あるいは、薄板319を付着する前にこれらの部分を開口した薄板をアライメントして基板311の第1面に付着させる方法もある。別工程で、パターンのない薄板を用いて、フォトリソ法および薄板のエッチングを用いて別途開口した薄板を作製しておけば、本発明の圧力センサーの製造プロセス工程や時間に影響は与えない。 Next, a thin plate 319 that covers the first recesses 301 and 302 is attached. Next, a portion where there is no thin plate, such as a pressure introduction hole 321 for applying pressure to the first recess 301, a pressure transmission hole 322 for applying pressure to the first recess 302, and the contact regions 338 and 339 (or a portion without a thin plate). The thin plate 319 in the good part) is removed. Alternatively, before attaching the thin plate 319, there is a method of aligning the thin plate having these portions opened and attaching the thin plate to the first surface of the substrate 311. If a thin plate having a separate opening is prepared using a thin plate having no pattern in another step using a photolithographic method and etching of the thin plate, the manufacturing process steps and time of the pressure sensor of the present invention are not affected.

図17(d)においては、圧力導入孔321を第1凹部301に、圧力導入孔322を第1凹部302の両方を形成しているが、片方だけを形成した場合は、圧力導入孔のない第1凹部(たとえば、第1凹部302とする)は常に同じ圧力に保たれている(これを圧力P0とする)ので、隣接する他の第1凹部(たとえば、第1凹部301)の圧力P1とP0との圧力差によって、基板側壁323が変形する。P0は、薄板319を付着させたときの圧力とほぼ等しいので、真空に近い低圧状態で薄板319を付着させればP0はほぼ0気圧となり、大気圧で薄板319を付着させればP0はほぼ1気圧となる。従って基準圧力に対する圧力を検出する圧力センサーを作製できる。尚、薄板319を付着して第1凹部を塞いで密閉した後に、薄板の付着を確実にするための熱処理を行なったり、その後のプロセスで熱処理が行なわれたりして、薄板付着に用いた接着剤から溶媒等のアウトガスが発生し、気密にした第1凹部内の圧力P0が変化する可能性がある。従って、接着剤を使用しない接着方法(たとえば、常温接合法)を用いたり、あるいはアウトガスを吸着する吸着剤を第1凹部内に入れておいたりする方法を採用しても良い。 In FIG. 17D, the pressure introduction hole 321 is formed in the first recess 301 and the pressure introduction hole 322 is formed in both the first recess 302. However, when only one is formed, there is no pressure introduction hole. Since the first concave portion (for example, the first concave portion 302) is always maintained at the same pressure (this is referred to as pressure P0), the pressure P1 of the other adjacent first concave portion (for example, the first concave portion 301). The side wall 323 of the substrate is deformed by the pressure difference between P0 and P0. Since P0 is almost equal to the pressure when the thin plate 319 is attached, if the thin plate 319 is attached in a low pressure state close to vacuum, P0 becomes almost 0 atm, and if the thin plate 319 is attached at atmospheric pressure, P0 is almost 1 atm. Therefore, a pressure sensor that detects a pressure relative to a reference pressure can be manufactured. After the thin plate 319 is attached and the first recess is closed and sealed, a heat treatment is performed to ensure the thin plate adherence, or a heat treatment is performed in a subsequent process, and the adhesion used for the thin plate attachment. An outgas such as a solvent is generated from the agent, and the pressure P0 in the airtight first recess may change. Therefore, an adhesion method that does not use an adhesive (for example, a room temperature bonding method) may be used, or an adsorbent that adsorbs outgas may be placed in the first recess.

次に、薄板319のない領域338および339において、電極・配線を作製する。領域338において、第2の導電体膜316および圧電体膜314のない領域で、第1の導電体膜313上の絶縁膜320にフォトリソ法および絶縁膜320のエッチングによりコンタクト孔341を形成する。コンタクト孔341に導電体膜342を積層し、さらに電極配線用の導電体膜343を積層し、電極・配線パターン343をフォトリソ法および導電体膜343のエッチングにより形成する。導電体膜342と343は兼用することもできる。また、第2の導電体膜316上の絶縁膜320にフォトリソ法および絶縁膜320のエッチングによりコンタクト孔344を形成する。コンタクト孔344に導電体膜345を積層し、さらに電極配線用の導電体膜346を積層し、電極・配線パターン346をフォトリソ法および導電体膜346のエッチングにより形成する。導電体膜345と346は兼用することもできる。また、これらのプロセスは同時に行なうこともできる。 Next, electrodes / wirings are formed in regions 338 and 339 where there is no thin plate 319. In the region 338, a contact hole 341 is formed in the insulating film 320 on the first conductive film 313 by photolithography and etching of the insulating film 320 in a region where the second conductive film 316 and the piezoelectric film 314 are not present. A conductor film 342 is laminated in the contact hole 341, a conductor film 343 for electrode wiring is further laminated, and an electrode / wiring pattern 343 is formed by photolithography and etching of the conductor film 343. The conductor films 342 and 343 can also be used together. Further, a contact hole 344 is formed in the insulating film 320 over the second conductor film 316 by photolithography and etching of the insulating film 320. A conductor film 345 is laminated in the contact hole 344, a conductor film 346 for electrode wiring is further laminated, and an electrode / wiring pattern 346 is formed by photolithography and etching of the conductor film 346. The conductor films 345 and 346 can also be used together. These processes can also be performed simultaneously.

領域339においては、第1の導電体膜313上に圧電体膜314を残している状態を示している。圧電体膜314が残っている場合は、第1の導電体膜313へのコンタクト孔331は、フォトリソ法並びに、絶縁膜320および圧電体膜314をエッチングして形成する。次にコンタクト孔331内に導電体膜332を積層し、さらに電極配線用の導電体膜333を積層し、電極・配線パターン333をフォトリソ法および導電体膜333のエッチングにより形成する。導電体膜332と333は兼用することもできる。また、第2の導電体膜316上の絶縁膜320にフォトリソ法および絶縁膜320のエッチングによりコンタクト孔334を形成する。コンタクト孔334に導電体膜335を積層し、さらに電極配線用の導電体膜336を積層し、電極・配線パターン336をフォトリソ法および導電体膜336のエッチングにより形成する。導電体膜335と336は兼用することもできる。また、これらのプロセスは同時に行なうこともできるが、圧電体膜314のエッチングを加味したプロセス条件を設定する必要がある。このように、圧電体膜314を残しておくとコンタクト孔および導電体膜の形成プロセスが複雑になるので、好適には圧電体膜314は除去しておいても良い。もちろん、領域338および339のコンタクト孔や電極配線パターンは同じ工程で行なうことができる。 A region 339 shows a state where the piezoelectric film 314 is left on the first conductor film 313. When the piezoelectric film 314 remains, the contact hole 331 to the first conductor film 313 is formed by photolithography and etching the insulating film 320 and the piezoelectric film 314. Next, a conductor film 332 is stacked in the contact hole 331, a conductor film 333 for electrode wiring is further stacked, and an electrode / wiring pattern 333 is formed by photolithography and etching of the conductor film 333. The conductor films 332 and 333 can also be used together. Further, a contact hole 334 is formed in the insulating film 320 on the second conductor film 316 by photolithography and etching of the insulating film 320. A conductor film 335 is laminated in the contact hole 334, a conductor film 336 for electrode wiring is further laminated, and an electrode / wiring pattern 336 is formed by photolithography and etching of the conductor film 336. The conductor films 335 and 336 can also be used together. Although these processes can be performed simultaneously, it is necessary to set process conditions in consideration of etching of the piezoelectric film 314. Thus, since the process of forming the contact hole and the conductor film becomes complicated if the piezoelectric film 314 is left, the piezoelectric film 314 may be preferably removed. Of course, the contact holes and electrode wiring patterns in the regions 338 and 339 can be formed in the same process.

以上の製造プロセスによって凹部を基板の第1面側にのみ形成し、隣接する凹部間の基板側壁上に導電体膜によって挟まれた圧電体膜を作製し、隣接する凹部間の圧力差によって変形する基板側壁とともに圧電体膜が変形し、圧電体膜の表面に電荷が発生し、その上下にある導電体膜間で電位が生じる。あらかじめ凹部間の圧力差と圧電体膜の上下の電極・配線間における電位との関係を求めておけば、逆にこの発生した電位から凹部間の圧力差を計算することができる。あるいは、圧電体膜の上下の導電体膜(電極・配線)間に電界をかけると、圧電体膜が変形し、圧電体膜が付着した基板側壁が同様に変形する。この基板側壁の変化によって隣接する凹部間に圧力差を生じさせることができる。 Through the above manufacturing process, the concave portion is formed only on the first surface side of the substrate, the piezoelectric film sandwiched between the conductive film is formed on the substrate side wall between the adjacent concave portions, and deformed by the pressure difference between the adjacent concave portions. The piezoelectric film is deformed together with the substrate side wall to generate electric charges on the surface of the piezoelectric film, and a potential is generated between the conductive films above and below the piezoelectric film. If the relationship between the pressure difference between the recesses and the potential between the upper and lower electrodes / wirings of the piezoelectric film is obtained in advance, the pressure difference between the recesses can be calculated from the generated potential. Alternatively, when an electric field is applied between the upper and lower conductor films (electrodes / wirings) of the piezoelectric film, the piezoelectric film is deformed, and the substrate side wall to which the piezoelectric film is attached is similarly deformed. This change in the substrate side wall can cause a pressure difference between the adjacent recesses.

図18(a)は、図16、図17で示した実施形態と類似するが、本実施形態は凹部が第1面(表面)から第2面(裏面)に貫通しているものである。基板411はサポート基板400に付着し、第1凹部401、402、403は第1面から第2面側に貫通している。すなわち、第1凹部401、402、403の底部はサポート基板400となっている。第1面側に、絶縁膜412、第1の導電体膜413、圧電体膜414、第2の導電体膜416、絶縁膜420が積層している。これらの積層膜構造は図16、図17で示した実施形態と同じである。第1面側の絶縁膜420上に薄板419が付着し、第1凹部401、402、403をカバーして保護している。第1凹部401の上部の薄板419には圧力導入孔425が、第1凹部402の上部の薄板419には圧力導入孔426が、第1凹部401の上部の薄板419には圧力導入孔427が、開いている。また、電極・配線を形成すべき領域438および439の薄板419は除去されている。領域438には、第1の導電体膜413(413−1)に接続するコンタクト孔441には導電体膜442が形成され、その上に電極・配線443が形成されている。また、第2の導電体膜416(416−1)に接続するコンタクト孔444には導電体膜445が形成され、その上に電極・配線446が形成されている。領域439には、第1の導電体膜413(413−3)に接続するコンタクト孔431には導電体膜432が形成され、その上に電極・配線433が形成されている。また、第2の導電体膜416(416−3)に接続するコンタクト孔434には導電体膜435が形成され、その上に電極・配線436が形成されている。 FIG. 18A is similar to the embodiment shown in FIGS. 16 and 17, but in this embodiment, the recess penetrates from the first surface (front surface) to the second surface (back surface). The substrate 411 adheres to the support substrate 400, and the first recesses 401, 402, and 403 penetrate from the first surface to the second surface side. That is, the bottom of the first recesses 401, 402, 403 is the support substrate 400. An insulating film 412, a first conductor film 413, a piezoelectric film 414, a second conductor film 416, and an insulating film 420 are stacked on the first surface side. These laminated film structures are the same as those in the embodiment shown in FIGS. A thin plate 419 is attached on the insulating film 420 on the first surface side to cover and protect the first recesses 401, 402, and 403. The thin plate 419 above the first recess 401 has a pressure introduction hole 425, the thin plate 419 above the first recess 402 has a pressure introduction hole 426, and the thin plate 419 above the first recess 401 has a pressure introduction hole 427. ,is open. Further, the thin plates 419 in the regions 438 and 439 where the electrodes / wirings are to be formed are removed. In the region 438, a conductor film 442 is formed in a contact hole 441 connected to the first conductor film 413 (413-1), and an electrode / wiring 443 is formed thereon. In addition, a conductor film 445 is formed in the contact hole 444 connected to the second conductor film 416 (416-1), and an electrode / wiring 446 is formed thereon. In the region 439, a conductor film 432 is formed in a contact hole 431 connected to the first conductor film 413 (413-3), and an electrode / wiring 433 is formed thereon. In addition, a conductor film 435 is formed in the contact hole 434 connected to the second conductor film 416 (416-3), and an electrode / wiring 436 is formed thereon.

第1凹部401の両側の圧電体を414−1、414−2、第1凹部402の両側の圧電体を414−3、414−4、第1凹部403の両側の圧電体を414−5、414−6とする。基板側壁423は、第1凹部401の圧力P1と第1凹部402の圧力P2との差P1−P2によって変形する。P2>P1のとき、基板側壁423は第1凹部401側に膨らむ。この変形に伴い圧電体膜414(414−2)も第1凹部401側へ膨らみ、圧電体膜414(414−2)の表面側および裏面側で分極して、それぞれに逆電荷が発生する。圧電体膜414(414−2)の裏面側に発生した電荷を第1の導電体層413(413−1)およびコンタクト孔内導電体層442を通して電極・配線443へ引き出すことができる。圧電体膜414(414−2)の表面側に発生した電荷を第2の導電体層416(416−1)およびコンタクト孔内導電体層445を通して電極・配線446へ引き出すことができる The piezoelectric bodies on both sides of the first recess 401 are 414-1 and 414-2, the piezoelectric bodies on both sides of the first recess 402 are 414-3 and 414-4, the piezoelectric bodies on both sides of the first recess 403 are 414-5, 414-6. The substrate side wall 423 is deformed by a difference P1−P2 between the pressure P1 of the first recess 401 and the pressure P2 of the first recess 402. When P2> P1, the substrate side wall 423 swells toward the first recess 401 side. Along with this deformation, the piezoelectric film 414 (414-2) also swells toward the first concave portion 401, and is polarized on the front surface side and the back surface side of the piezoelectric film 414 (414-2), and reverse charges are generated respectively. Electric charges generated on the back surface side of the piezoelectric film 414 (414-2) can be drawn out to the electrode / wiring 443 through the first conductor layer 413 (413-1) and the conductor layer 442 in the contact hole. Electric charges generated on the surface side of the piezoelectric film 414 (414-2) can be drawn to the electrode / wiring 446 through the second conductor layer 416 (416-1) and the contact hole conductor layer 445.

P2>P1のとき、圧電体膜414(414−3)も第1凹部401側へ膨らみ(第1凹部402側で凹み)、圧電体膜414(414−3)の表面側および裏面側で分極して、それぞれに逆電荷が発生する。圧電体膜414(414−3)の裏面側に発生した電荷を第1の導電体層413(413−2)を通して外側電極・配線(図18(a)においては示されていない)へ引き出すことができる。圧電体膜414(414−3)の表面側に発生した電荷を第2の導電体層416(416−2)を通して外側電極・配線(図18(a)においては示されていない)へ引き出すことができる。圧電体膜414(414−2)と圧電体膜414(414−3)は同じ側に変形しているが、第1導電体膜413および第2導電体膜416から見れば逆の変形になっているので、第1の導電体層413(413−1)と第2の導電体層416(416−2)とが同じ極性であり、第2の導電体層416(416−1)と第1の導電体層413(413−2)とが同じ極性である。従って、第1の導電体膜413は基板側壁423の上部417(417−1)で切れており、第2の導電体膜416は基板側壁423の上部418(418−1)で切れている。 When P2> P1, the piezoelectric film 414 (414-3) also bulges toward the first recess 401 (depresses on the first recess 402 side), and is polarized on the front surface side and the back surface side of the piezoelectric film 414 (414-3). Thus, a reverse charge is generated in each. Pulling out the charge generated on the back side of the piezoelectric film 414 (414-3) to the outer electrode / wiring (not shown in FIG. 18A) through the first conductor layer 413 (413-2). Can do. The electric charge generated on the surface side of the piezoelectric film 414 (414-3) is drawn out to the outer electrode / wiring (not shown in FIG. 18A) through the second conductor layer 416 (416-2). Can do. The piezoelectric film 414 (414-2) and the piezoelectric film 414 (414-3) are deformed to the same side. However, when viewed from the first conductor film 413 and the second conductor film 416, the deformation is opposite. Therefore, the first conductor layer 413 (413-1) and the second conductor layer 416 (416-2) have the same polarity, and the second conductor layer 416 (416-1) and the second conductor layer 416 (416-1) 1 conductor layer 413 (413-2) has the same polarity. Accordingly, the first conductor film 413 is cut at the upper part 417 (417-1) of the substrate side wall 423, and the second conductor film 416 is cut at the upper part 418 (418-1) of the substrate side wall 423.

第1凹部403の圧力をP3とすると、P2>P3のとき、基板側壁424は第1凹部403側に膨らむ。この変形に伴い圧電体膜414(414−5)も第1凹部403側へ膨らみ、圧電体膜414(414−5)の表面側および裏面側で分極して、それぞれに逆電荷が発生する。圧電体膜414(414−5)の裏面側に発生した電荷を第1の導電体層413(413−3)およびコンタクト孔内導電体層432を通して電極・配線433へ引き出すことができる。圧電体膜414(414−5)の表面側に発生した電荷を第2の導電体層416(416−3)およびコンタクト孔内導電体層435を通して電極・配線436へ引き出すことができる Assuming that the pressure of the first recess 403 is P3, the substrate side wall 424 swells toward the first recess 403 when P2> P3. With this deformation, the piezoelectric film 414 (414-5) also swells toward the first concave portion 403, and is polarized on the front surface side and the back surface side of the piezoelectric film 414 (414-5), thereby generating reverse charges respectively. Electric charges generated on the back surface side of the piezoelectric film 414 (414-5) can be drawn out to the electrode / wiring 433 through the first conductor layer 413 (413-3) and the conductor layer 432 in the contact hole. Electric charges generated on the surface side of the piezoelectric film 414 (414-5) can be drawn out to the electrode / wiring 436 through the second conductor layer 416 (416-3) and the contact hole conductor layer 435.

P2>P3のとき、圧電体膜414(414−4)も第1凹部403側へ膨らみ(第1凹部402側で凹み)、圧電体膜414(414−4)の表面側および裏面側で分極して、それぞれに逆電荷が発生する。圧電体膜414(414−4)の裏面側に発生した電荷を第1の導電体層413(413−2)を通して外側電極・配線(図18(a)においては示されていない)へ引き出すことができる。圧電体膜414(414−4)の表面側に発生した電荷を第2の導電体層416(416−2)を通して外側電極・配線(図18(a)においては示されていない)へ引き出すことができる。圧電体膜414(414−5)と圧電体膜414(414−4)は同じ側に変形しているが、第1導電体膜413および第2導電体膜416から見れば逆の変形になっているので、第1の導電体層413(413−3)と第2の導電体層416(416−2)とが同じ極性であり、第2の導電体層416(416−3)と第1の導電体層413(413−2)とが同じ極性である。従って、第1の導電体膜413は基板側壁423の上部417(417−2)で切れており、第2の導電体膜416は基板側壁423の上部418(418−2)で切れている。 When P2> P3, the piezoelectric film 414 (414-4) also swells toward the first concave portion 403 (dented on the first concave portion 402 side), and is polarized on the front surface side and the back surface side of the piezoelectric film 414 (414-4). Thus, a reverse charge is generated in each. Pulling out the charge generated on the back side of the piezoelectric film 414 (414-4) to the outer electrode / wiring (not shown in FIG. 18A) through the first conductor layer 413 (413-2). Can do. The electric charge generated on the surface side of the piezoelectric film 414 (414-4) is drawn out to the outer electrode / wiring (not shown in FIG. 18A) through the second conductor layer 416 (416-2). Can do. The piezoelectric film 414 (414-5) and the piezoelectric film 414 (414-4) are deformed to the same side. However, when viewed from the first conductor film 413 and the second conductor film 416, the opposite deformation occurs. Therefore, the first conductor layer 413 (413-3) and the second conductor layer 416 (416-2) have the same polarity, and the second conductor layer 416 (416-3) and the second conductor layer 416 (416-3) have the same polarity. 1 conductor layer 413 (413-2) has the same polarity. Accordingly, the first conductor film 413 is cut at the upper portion 417 (417-2) of the substrate side wall 423, and the second conductor film 416 is cut at the upper portion 418 (418-2) of the substrate side wall 423.

圧電体膜414(414−3)と圧電体膜414(414−4)は変形方向が逆であるが、第1導電体膜413および第2導電体膜416から見れば同じ方向の変形になっているので、圧電体膜414(414−3)に面している導電体膜と圧電体膜414(414−4)に面している導電体膜はつながっていて良い。すなわち、413(413−2)および416(416−2)は圧電体膜414(414−3)および圧電体膜414(414−4)の間で連続している。従って、凹部内で導電体膜を切断するフォトリソ工程やエッチングを行なう必要がないので、プロセスとして複雑な工程はない。たとえば、導電体膜413や416をエッチングするとき、これらの導電体膜の上にフォトレジストを塗布する。液状のフォトレジストは凹部(4101、402、403)へも入ってこの凹部内では厚くなる。あるいはフォトレジストがフィルム状のシートタイプの場合は基板の第1面側の導電体膜上に感光性のドライフィルムを付着して軟化させると、凹部内に入り込むので凹部領域は厚くなる。フォトレジストを開口する部分は基板側壁の上面や第1面の平坦部であり、フォトレジストの厚みは厚くはない。フォトレジストがポジレジストの場合、この開口部分に露光すれば良いので、薄いフォトレジスト内を完全に露光することができるから、導電体膜を除去する部分はレジストを除去できる。それ以外の部分には光は照射されないので、レジストは除去されず被覆されている。従って全く問題なく導電体膜の必要な部分を除去できる。フォトレジストがポジレジストの場合は、導電体膜を除去しない部分を露光するが凹部内の厚いレジストの奥まで光を通す強度で露光すれば良い。あるいは、凹部内のレジストの上部だけ露光すれば現像時には凹部の内部まで現像液が入らないので、結局凹部領域はレジストで被覆されている。導電体膜を除去したい部分はレジストが薄くなっているので、光が回り込んで解像度が悪くなるが、導電体膜を除去したい部分として1μm以上を取れば問題はない。従って全く問題なく導電体膜の必要な部分を除去できる。 The piezoelectric film 414 (414-3) and the piezoelectric film 414 (414-4) are deformed in opposite directions, but when viewed from the first conductor film 413 and the second conductor film 416, they are deformed in the same direction. Therefore, the conductor film facing the piezoelectric film 414 (414-3) and the conductor film facing the piezoelectric film 414 (414-4) may be connected. That is, 413 (413-2) and 416 (416-2) are continuous between the piezoelectric film 414 (414-3) and the piezoelectric film 414 (414-4). Accordingly, there is no complicated process as a process because there is no need to perform a photolithographic process or etching for cutting the conductor film in the recess. For example, when the conductor films 413 and 416 are etched, a photoresist is applied on these conductor films. The liquid photoresist enters the recesses (4101, 402, 403) and becomes thicker in the recesses. Alternatively, in the case where the photoresist is a film-like sheet type, if a photosensitive dry film is attached and softened on the conductor film on the first surface side of the substrate, the recess area becomes thick because it enters the recess. The portion where the photoresist is opened is the upper surface of the substrate side wall or the flat portion of the first surface, and the thickness of the photoresist is not thick. When the photoresist is a positive resist, it is only necessary to expose the opening portion, so that the thin photoresist can be completely exposed. Therefore, the resist can be removed from the portion where the conductor film is removed. Since the other portions are not irradiated with light, the resist is covered without being removed. Therefore, a necessary portion of the conductor film can be removed without any problem. When the photoresist is a positive resist, the portion where the conductor film is not removed is exposed, but the exposure may be performed with an intensity that allows light to pass to the depth of the thick resist in the recess. Alternatively, if only the upper portion of the resist in the recess is exposed, the developer does not enter the recess during development, so that the recess region is eventually covered with the resist. Since the resist is thin in the portion where the conductor film is to be removed, the light is sneak in and the resolution is deteriorated. Therefore, a necessary portion of the conductor film can be removed without any problem.

このように、凹部が第1面から第2面に貫通していても本発明の圧電素子を用いた圧力センサーを適用できる。この貫通した凹部を有する圧力センサーは、凹部のエッチングのときに終点検出を考慮する必要がないという利点がある。図16、図17において示した、第1凹部のエッチングを基板内でストップさせる方法は、時間管理でエッチングする必要があるので、場所によって深さが異なる。すなわち、深堀エッチングのバラツキ精度により場所によって第1凹部の深さが異なる。これに対して、貫通させる本実施形態は、貫通孔の深さは基板厚と同じくなる。深堀エッチングによる基板のエッチング速度とサポート基板400のエッチング速度の選択比を大きく取る条件によって基板エッチングを行なうことにより、基板内のすべての場所で凹部の貫通を完了したとしても、すなわち深堀エッチング時のオーバーエッチングを大きく取ったとしても、サポート基板400は殆どエッチングしないようにできる。エッチング選択比を10としたときに、基板厚みが500μmとして、深堀エッチングを10%オーバーエッチングを行なったときに、(エッチングバラツキは通常5%程度であるから、10%オーバーエッチングによって、基板内のすべての領域で貫通した凹部を作製できる。)サポート基板400は最大で、5μmしかエッチングされない。基板411をシリコン、サポート基板をガラスとしたときに、エッチング選択比10は問題なく達成できる。このように、貫通した凹部を用いることにより精度のよいダイヤフラム構造を作製できる。 Thus, the pressure sensor using the piezoelectric element of the present invention can be applied even if the recess penetrates from the first surface to the second surface. The pressure sensor having this recessed portion has an advantage that it is not necessary to consider end point detection when etching the recessed portion. In the method of stopping the etching of the first recess in the substrate shown in FIGS. 16 and 17, it is necessary to perform etching by time management, and therefore the depth differs depending on the location. That is, the depth of the first recess differs depending on the location due to the variation accuracy of deep etching. On the other hand, in the present embodiment, the through hole has the same depth as the substrate thickness. Even if the penetration of the recess is completed at all locations in the substrate by performing the substrate etching under the condition that the selective ratio between the etching rate of the substrate by the deep etching and the etching rate of the support substrate 400 is large, Even if the over-etching is greatly increased, the support substrate 400 can be hardly etched. When the etching selectivity is 10 and the substrate thickness is 500 μm and the deep etching is performed with 10% overetching (the etching variation is usually about 5%, the 10% overetching causes Recesses penetrating in all regions can be produced.) The support substrate 400 is etched only 5 μm at the maximum. When the substrate 411 is made of silicon and the support substrate is made of glass, the etching selectivity 10 can be achieved without any problem. Thus, an accurate diaphragm structure can be manufactured by using the recessed part which penetrated.

上記はサポート基板をそのまま第2の薄板として使用する場合であるが、貫通した凹部を形成した後、サポート基板を外して、新しい第2の薄板を基板411の裏面に付着させれば、第2の薄板は全くエッチングされていないので、精度の良い凹部を作製できる。
さらにエッチング精度を高める方法として、サポート基板を付着させずに基板のまま貫通した凹部を形成すれば良い。このときは、オーバーエッチングを大きく取っても貫通した凹部があいているだけなので、サポート基板が削れるということもない。貫通凹部を形成した後に、第2の薄板を付着させれば良い。
The above is a case where the support substrate is used as it is as the second thin plate. However, after forming the recessed portion penetrating, if the support substrate is removed and a new second thin plate is attached to the rear surface of the substrate 411, the second thin plate is used. Since the thin plate is not etched at all, a highly accurate recess can be produced.
Further, as a method for improving the etching accuracy, a concave portion penetrating as it is without forming a support substrate may be formed. At this time, even if a large amount of over-etching is taken, the support substrate is not scraped because there is only a recessed portion that penetrates. What is necessary is just to attach a 2nd thin plate after forming a penetration recessed part.

接着剤を用いる場合は、その後のプロセスで接着能力が悪くなるものや変質したりするもの、アウトガスなどが出るものなどは用いないようにする。従って、熱硬化性接着剤が望ましい。しかし、熱軟化性接着剤も用いることもできる。たとえば、その後のプロセス温度の最高温度よりも高い温度で軟化し、その最高温度よりも低い温度では確実に付着する接着剤を用いる。この接着剤を用いれば、圧力センサー素子が完成した後に、最高温度よりも高い温度でサポート基板400を基板411から取り外して、別のサポート基板に交換することもできる。サポート基板400として、銅、鉄、ニッケル、各種合金、各種シリサイド、導電性ポリマー等の導電性基板を使用することもできる。これらは熱伝導性も良いし、静電気対策にも効果がある。これらの導電性基板の付着方法も上述した方法を使用できる。導電性基板の場合には、基板411とのエッチング選択比を大きく取れるので、サポート基板を殆どエッチングせずに基板411の貫通した凹部を形成できる。 When using an adhesive, do not use an adhesive whose ability is deteriorated or deteriorated in the subsequent process, or an object that generates outgas. Therefore, a thermosetting adhesive is desirable. However, thermosoftening adhesives can also be used. For example, an adhesive that softens at a temperature higher than the maximum temperature of the subsequent process temperature and adheres securely at a temperature lower than the maximum temperature is used. By using this adhesive, after the pressure sensor element is completed, the support substrate 400 can be removed from the substrate 411 at a temperature higher than the maximum temperature and replaced with another support substrate. As the support substrate 400, a conductive substrate such as copper, iron, nickel, various alloys, various silicides, and a conductive polymer can be used. These have good thermal conductivity and are effective against static electricity. The method described above can also be used as a method for attaching these conductive substrates. In the case of a conductive substrate, a large etching selectivity with respect to the substrate 411 can be obtained, so that a recessed portion penetrating the substrate 411 can be formed without almost etching the support substrate.

サポート基板400の厚みは、基板411に付着するプロセス、第1凹部を形成するときに基板411は貫通するがサポート基板は貫通しないようにする条件、基板411を貫通した第1凹部が形成された後のプロセスでも損傷したり破壊したりしない程度の厚み、さらには個片化した後の完成品を取り扱っても問題ない程度の厚み、外側の圧力によってサポート基板が変形しない程度の厚み等によって決められる。従って、サポート基板400の厚みは通常は100μm〜2000μmであり、もっと薄くする場合は全体のプロセス条件を考慮し、プロセス中に変形したり損傷しないような厚みを選定し、さらにこの後のプロセスで反りが大きくならないように厚みを選定する必要もある。 The thickness of the support substrate 400 is the process of adhering to the substrate 411, the condition that the substrate 411 penetrates when forming the first recess, but the support substrate does not penetrate, and the first recess that penetrates the substrate 411 is formed. The thickness is determined so that it will not be damaged or destroyed in the subsequent process, the thickness that will not cause problems even if the finished product is handled after being singulated, and the thickness that will not deform the support substrate due to external pressure. It is done. Therefore, the thickness of the support substrate 400 is normally 100 μm to 2000 μm. When making the thickness further thinner, the thickness is selected so as not to be deformed or damaged during the process in consideration of the entire process conditions. It is also necessary to select a thickness so that warpage does not increase.

尚、図13(a)に示した場合と同様に、第1の導電体膜からの引き出し電極を裏面側から取り出すこともできる。たとえば、凹部の一部においてサポート基板400を除去して絶縁膜412にコンタクト孔を開けて第1の導電体膜413を露出させて電極・配線を接続すれば良い。コンタクト孔を開ける部分におけるサポート基板400を除去したものを裏面に付着すれば、サポート基板400を付着した後にサポート基板400を除去するプロセスも必要がなくプロセスが簡単になる。このように裏面側から第1の導電体膜からの引き出し電極を取れば、圧電体膜414をエッチング除去する必要もない。圧電体膜414のエッチングが困難である場合や圧電体膜414の厚みが厚い場合には、このような裏面からの引き出し電極も有利である。 As in the case shown in FIG. 13A, the lead electrode from the first conductor film can be taken out from the back side. For example, the support substrate 400 may be removed from a part of the recess, a contact hole may be formed in the insulating film 412, and the first conductor film 413 may be exposed to connect the electrode / wiring. If the support substrate 400 from which the contact hole is opened is removed and attached to the back surface, the process of removing the support substrate 400 after attaching the support substrate 400 is not necessary, and the process becomes simple. Thus, if the lead electrode from the first conductor film is taken from the back side, the piezoelectric film 414 need not be removed by etching. When the etching of the piezoelectric film 414 is difficult or when the thickness of the piezoelectric film 414 is thick, such an extraction electrode from the back surface is also advantageous.

図18(b)は、圧電体基板体に貫通する凹部を有する圧力センサーを示す図である。圧電体基板511に第1面(表面)から第2面(裏面)に貫通する凹部516(516−1、516−2、516−3、516−4、516−5)が形成されている。圧電体基板511の裏面にはサポート基板513が付着している。凹部516を形成前にサポート基板513が圧電体基板511に付着している場合は、凹部516を形成時にサポート基板513における凹部516の部分もエッチングされて凹部が形成されるが、サポート基板513のエッチング速度の遅い条件を選定して凹部516を形成することにより、サポート基板513のエッチング量を少なくすることができるか。殆どエッチングされない(凹部が形成されない)ようにできる。いずれにしてもサポート基板513における凹部はサポート基板513の裏面(圧電体基板511と付着する面を表面とする)には貫通しない。凹部516を形成した後にサポート基板513を圧電体基板511に付着した場合には、サポート基板513に凹部は形成されない。 FIG. 18B is a view showing a pressure sensor having a recess penetrating the piezoelectric substrate body. Concave portions 516 (516-1, 516-2, 516-3, 516-4, 516-5) penetrating from the first surface (front surface) to the second surface (back surface) are formed in the piezoelectric substrate 511. A support substrate 513 is attached to the back surface of the piezoelectric substrate 511. When the support substrate 513 is attached to the piezoelectric substrate 511 before the recess 516 is formed, the recess 516 portion of the support substrate 513 is also etched when the recess 516 is formed. Is it possible to reduce the etching amount of the support substrate 513 by selecting the conditions with a low etching rate and forming the recesses 516? Almost no etching (recesses are not formed) can be achieved. In any case, the recess in the support substrate 513 does not penetrate the back surface of the support substrate 513 (the surface attached to the piezoelectric substrate 511 is the front surface). When the support substrate 513 is attached to the piezoelectric substrate 511 after the recess 516 is formed, no recess is formed in the support substrate 513.

凹部516は略直方体形状に基板511に形成されている。隣接する凹部516同士に挟まれた圧電体基板が基板側壁となって、この圧電体基板側壁が隣接する基板516内の圧力差によって圧電体基板側壁が変形する。いわゆるこの圧電体基板側壁はダイヤフラムの役割を果たす。この変形によって圧電体基板側壁の表面に電荷が分極する。1つの圧電体基板側壁をみたときに一方が凸状に変形すると反対側は凹状に変形するので、圧電体基板側壁の一方の変形面に発生する電荷と他方の変形面に発生する電荷は逆になる。従って、これらの両面に発生する電荷を外部電極へ取りだすことによって、これらの電極の間に電位差を生じる。 The recess 516 is formed in the substrate 511 in a substantially rectangular parallelepiped shape. A piezoelectric substrate sandwiched between adjacent recesses 516 serves as a substrate side wall, and the piezoelectric substrate side wall is deformed by a pressure difference in the substrate 516 adjacent to the piezoelectric substrate side wall. The so-called piezoelectric substrate side wall serves as a diaphragm. This deformation polarizes charges on the surface of the piezoelectric substrate side wall. When one of the piezoelectric substrate side walls is viewed, if one side is deformed into a convex shape, the opposite side is deformed into a concave shape. Therefore, the charge generated on one deformation surface of the piezoelectric substrate side wall is opposite to the charge generated on the other deformation surface. become. Therefore, a potential difference is generated between these electrodes by taking out the electric charges generated on both surfaces to the external electrodes.

基板側壁511−2は凹部516−1と516−2によって形成される。基板側壁511−3は凹部516−2と516−3によって形成される。基板側壁511−4は凹部516−3と516−4によって形成される。基板側壁511−5は凹部516−4と516−5によって形成される。基板511−1の片面は凹部516−1であるが、反対側には凹部516は形成されていない。また、基板511−6の片面は凹部516−5であるが、反対側には凹部516は形成されていない。あるいは、隣接する凹部516はかなり離間しているので、圧力差によって変形しない。 The substrate side wall 511-2 is formed by the recesses 516-1 and 516-2. The substrate side wall 511-3 is formed by the recesses 516-2 and 516-3. The substrate side wall 511-4 is formed by the recesses 516-3 and 516-4. The substrate side wall 511-5 is formed by the recesses 516-4 and 516-5. One side of the substrate 511-1 is a recess 516-1, but the recess 516 is not formed on the opposite side. Moreover, although the one surface of the board | substrate 511-6 is the recessed part 516-5, the recessed part 516 is not formed in the other side. Or since the adjacent recessed part 516 is separated considerably, it does not deform | transform by a pressure difference.

これらの凹部516内および圧電体基板511の第1面に導電体膜521が形成される。凹部516内の基板側壁511−2〜5には導電体膜521が直接接している。通常隣の凹部516は圧力が異なるので、基板側壁は変形する。たとえば、凹部516−1と凹部516−2の圧力は異なるので、その間の基板側壁511−2は変形する。たとえば、、凹部516−1内の圧力がP1、凹部516−2の圧力がP2であり、P1<P2の時は基板側壁511−2は凹部516−1側へ凸状となり凹部516−2側は凹状となる。従ってこれらの間を導電体膜521で接続すると、発生する電荷が相殺されて殆ど電荷を外部へ引き出せない。そこで、凹部内の圧力が異なる凹部を接続して形成されている導電体膜521は、接続しないようにこれらの間で除去する。たとえば、基板側壁511−2の上面における522−2の部分で導電体膜521をエッチング除去する。これによって、凹部516−1側の導電体膜521−1は凹部516−2側の導電体膜521−2は接続していない。同様に、基板側壁511−3の上面における522−3の部分で導電体膜521をエッチング除去する。これによって、凹部516−2側の導電体膜521−2は凹部516−3側の導電体膜521−3は接続していない。同様に、基板側壁511−4の上面における522−4の部分で導電体膜521をエッチング除去する。これによって、凹部516−3側の導電体膜521−3は凹部516−4側の導電体膜521−4は接続していない。同様に、基板側壁511−5の上面における522−5の部分で導電体膜521をエッチング除去する。これによって、凹部516−4側の導電体膜521−4は凹部516−5側の導電体膜521−5は接続していない。尚、凹部516内が同じ圧力になる場合にはこれらの凹部516内の基板側壁は同じ形状で変形し、発生する電荷は同極なので、これらの凹部内に形成された導電体膜521は接続していても良い。また、導電体膜521を配線として使用する場合も、不要な部分、たとえば圧電体基板511の平坦な第1面(表面)状の522−1や522−6でも導電体膜521を除去する。 A conductor film 521 is formed in the recesses 516 and on the first surface of the piezoelectric substrate 511. The conductor film 521 is in direct contact with the substrate side walls 511-2 to 5-5 in the recess 516. Usually, the adjacent recesses 516 have different pressures, so the substrate side wall is deformed. For example, since the pressures of the recess 516-1 and the recess 516-2 are different, the substrate side wall 511-2 therebetween is deformed. For example, the pressure in the recess 516-1 is P1, the pressure in the recess 516-2 is P2, and when P1 <P2, the substrate side wall 511-2 is convex toward the recess 516-1 and the recess 516-2 side. Becomes concave. Therefore, when the conductor film 521 is connected between them, the generated charges are canceled out and almost no charges can be extracted to the outside. Therefore, the conductor film 521 formed by connecting recesses having different pressures in the recesses is removed between them so as not to be connected. For example, the conductor film 521 is removed by etching at the portion 522-2 on the upper surface of the substrate side wall 511-2. As a result, the conductor film 521-1 on the recess 516-1 side is not connected to the conductor film 521-2 on the recess 516-2 side. Similarly, the conductor film 521 is removed by etching at a portion 522-3 on the upper surface of the substrate side wall 511-3. As a result, the conductor film 521-2 on the recess 516-2 side is not connected to the conductor film 521-3 on the recess 516-3 side. Similarly, the conductor film 521 is removed by etching at a portion 522-4 on the upper surface of the substrate side wall 511-4. Thus, the conductor film 521-3 on the recess 516-3 side is not connected to the conductor film 521-4 on the recess 516-4 side. Similarly, the conductor film 521 is removed by etching at a portion 522-5 on the upper surface of the substrate side wall 511-5. As a result, the conductor film 521-4 on the recess 516-4 side is not connected to the conductor film 521-5 on the recess 516-5 side. When the pressure in the recesses 516 is the same, the substrate side walls in these recesses 516 are deformed in the same shape, and the generated charges have the same polarity. Therefore, the conductor film 521 formed in these recesses is connected. You may do it. Also when the conductor film 521 is used as a wiring, the conductor film 521 is also removed from unnecessary portions, for example, the flat first surface (surface) 522-1 and 522-6 of the piezoelectric substrate 511.

導電体膜521上に絶縁膜525を形成する。この絶縁膜525は圧力センサーおよび導電体膜521を保護する。特に凹部516内には外気が入る場合があるので、凹部内の導電体膜521が外気中の水分や腐食性ガスなどで変質するのを防止する。基板511の第1面(表面)において、絶縁膜525上に薄板523を付着させる。この薄板523には、圧力導入孔526(526−1、2、3、4、5)が形成される。この圧力導入孔からそれぞれの凹部へ適切な圧力が導入される。また、導電体膜521からの引き出し電極を形成する領域527(527−1、2)の薄板523も除去しておく。あるいは、薄板523を絶縁膜525上に付着する前にこれらの領域に対応する部分を除去しておいたパターニングされた薄板523を絶縁膜525上に付着しても良い。薄板527のない領域にコンタクト孔528(528−1、2)を形成しこれらの孔内に導電体膜を形成し、さらに外部への接続電極529(529−1、2)を形成する。 An insulating film 525 is formed over the conductor film 521. This insulating film 525 protects the pressure sensor and the conductor film 521. In particular, since outside air may enter the recess 516, the conductor film 521 in the recess is prevented from being altered by moisture or corrosive gas in the outside air. A thin plate 523 is attached on the insulating film 525 on the first surface (front surface) of the substrate 511. The thin plate 523 is formed with pressure introducing holes 526 (526-1, 2, 3, 4, 5). Appropriate pressure is introduced from the pressure introduction hole into each recess. Further, the thin plate 523 in the region 527 (527-1, 2) for forming the extraction electrode from the conductor film 521 is also removed. Alternatively, a patterned thin plate 523 from which portions corresponding to these regions are removed before the thin plate 523 is attached onto the insulating film 525 may be attached onto the insulating film 525. Contact holes 528 (528-1, 2) are formed in regions where there is no thin plate 527, a conductor film is formed in these holes, and connection electrodes 529 (529-1, 2) to the outside are further formed.

以上のようにして、圧電体基板511内に第1面(表面)から第2面(裏面)に貫通した凹部を有する圧力センサーができる。凹部516はサポート基板513、圧電体基板511、薄板523によって囲まれた気密空間となる。ただし、圧力導入孔526が形成された場合は、そこから圧力を印加することができる。基板側壁511−2の変形によって凹部516―1側の基板側壁511−2表面に発生した電荷は、その上に形成された導電体膜521−1−3を通って外部電極529−1へ取りだされる。尚基板511−1は変形しないので変形による電荷は殆ど発生しないので、その上の導電体膜521−1−1には電荷が移動しない。この導電体膜521−1−1は配線として利用される。基板側壁511−2の反対側(凹部516−2側)に発生した電荷は導電体膜521−2−1を通して外部電極・配線(図示していない。また内部配線されて別の配線へ接続する場合もある。以下同様)へ引き出される。 As described above, a pressure sensor having a recess penetrating from the first surface (front surface) to the second surface (back surface) in the piezoelectric substrate 511 can be obtained. The recess 516 becomes an airtight space surrounded by the support substrate 513, the piezoelectric substrate 511, and the thin plate 523. However, when the pressure introduction hole 526 is formed, pressure can be applied from there. The charges generated on the surface of the substrate side wall 511-2 on the recess 516-1 side due to the deformation of the substrate side wall 511-2 are taken to the external electrode 529-1 through the conductor film 521-1-3 formed thereon. It will be. Since the substrate 511-1 is not deformed, almost no charge is generated due to the deformation, so that no charge moves to the conductor film 521-1-1 thereon. This conductor film 521-1-1 is used as a wiring. Electric charges generated on the side opposite to the substrate side wall 511-2 (recessed portion 516-2 side) pass through the conductive film 521-2-1 to external electrodes / wiring (not shown. Also, internal wiring is connected to another wiring. In some cases, the same applies hereinafter.

基板側壁511−3の変形によって凹部516−2側の基板側壁511−3表面に発生した電荷は、その上に形成された導電体膜521−2−3を通って外部電極・配線(図示していない。)へ取りだされる。基板側壁511−3の反対側(凹部516−3側)に発生した電荷導電体膜521−3−1を通して外部電極・配線(図示していない)へ引き出される。基板側壁511−4の変形によって凹部516−3側の基板側壁511−4表面に発生した電荷は、その上に形成された導電体膜521−3−3を通って外部電極・配線(図示していない。)へ取りだされる。基板側壁511−4の反対側(凹部516−4側)に発生した電荷導電体膜521−4−1を通して外部電極・配線(図示していない)へ引き出される The charges generated on the surface of the substrate side wall 511-3 on the recess 516-2 side due to the deformation of the substrate side wall 511-3 pass through the conductor film 521-2-3 formed on the surface of the substrate side wall 511-3. Not taken out.) It is drawn out to an external electrode / wiring (not shown) through the charge conductor film 521-3-1 generated on the opposite side (the recess 516-3 side) of the substrate side wall 511-3. The charges generated on the surface of the substrate side wall 511-4 on the recess 516-3 side due to the deformation of the substrate side wall 511-4 pass through the conductor film 521-3-3 formed on the surface of the substrate side wall 511-4. Not taken out.) It is drawn out to the external electrode / wiring (not shown) through the charge conductor film 521-4-1 generated on the opposite side (the recess 516-4 side) of the substrate side wall 511-4.

基板側壁511−5の変形によって凹部516−4側の基板側壁511−5表面に発生した電荷は、その上に形成された導電体膜521−4−3を通って外部電極・配線(図示していない。)へ取りだされる。基板側壁511−5の反対側(凹部516−5側)に発生した電荷導電体膜521−5−1を通して外部電極・配線529−2へ引き出される。基板511−6は殆ど変形しないので、その表面には電荷が発生しない。従ってこの基板511−6上に形成された導電体膜521−5−3には基板511−6からの電荷は殆ど移動しないので、配線として使用されている。 The charges generated on the surface of the substrate side wall 511-5 on the concave portion 516-4 side due to the deformation of the substrate side wall 511-5 pass through the conductor film 521-4-3 formed on the surface of the substrate side wall 511-5. Not taken out.) It is drawn out to the external electrode / wiring 529-2 through the charge conductor film 521-5-1 generated on the side opposite to the substrate side wall 511-5 (the recess 516-5 side). Since the substrate 511-6 hardly deforms, no charge is generated on the surface thereof. Therefore, since the electric charge from the substrate 511-6 hardly moves to the conductor film 521-5-3 formed on the substrate 511-6, it is used as a wiring.

凹部526の底部にも導電体膜521(521−1−2、521−2−2、521−3−2、521−4−2、521−5−2)が形成されているが、これらの導電体膜521(521−1−2、521−2−2、521−3−2、521−4−2、521−5−2)は他の凹部内の導電体膜と接続しており、またサポート基板513とも接続しているので、サポート基板513が絶縁体である必要がある。サポート基板513が絶縁体であれば、基板側壁で発生した電荷はサポート基板513へ移動しないので、問題はない。ただし、サポート基板513が絶縁基板でない場合でも、サポート基板513上に絶縁膜を形成してから基板511と付着させる(凹部形成後でも良い)ことにより、導電体膜521が凹部516の底部に形成されても、基板側壁で発生した電荷はサポート基板513へ移動しないようにすることができる。
尚、図18(b)では圧電体基板に貫通孔を形成したが、貫通孔にせず凹部とした場合でも、同様のプロセスで圧電素子を作製できる。
Conductor films 521 (521-1-2, 5212-2, 521-3-2, 521-4-2, 521-5-2) are also formed at the bottom of the recess 526. The conductor film 521 (5211-1-2, 5212-2, 521-3-2, 521-4-2, 521-5-2) is connected to the conductor film in the other recess, Since the support substrate 513 is also connected, the support substrate 513 needs to be an insulator. If the support substrate 513 is an insulator, there is no problem because the charge generated on the substrate side wall does not move to the support substrate 513. However, even when the support substrate 513 is not an insulating substrate, the conductive film 521 is formed on the bottom of the recess 516 by forming an insulating film on the support substrate 513 and then attaching it to the substrate 511 (or after forming the recess). Even so, the charge generated on the substrate side wall can be prevented from moving to the support substrate 513.
In FIG. 18B, the through hole is formed in the piezoelectric substrate, but the piezoelectric element can be manufactured by the same process even when the through hole is not a recess.

次に、本発明の凹部を有する圧力センサーを、インプリント法を用いて作製する方法について説明する。図19は、インプリント法を用いた圧力センサーの製造方法を示す図である。図19(a)に示すように基板611上にポリマー615を形成する。基板611は圧力センサーを搭載する基板となるものであるから最適な基板を選択する。たとえば、基板611はシリコン基板である。シリコン基板を使用した場合、本インプリント法を用いた圧力センサーをIC等の能動素子や抵抗等の受動素子と一緒に同じ基板に形成することができるので、圧力センサーで得た電位や電流変化をIC等で演算処理して圧力値等を計算することができる。あるいは、基板611はガラス基板、石英基板、セラミック基板等の絶縁基板である。絶縁基板の場合は圧電素子で発生する電荷が基板内に漏れることを懸念する必要はない。あるいは、基板611は金属や合金等の導電体基板である。導電体基板の場合には静電気等が発生しても静電気を速やかに外部へ放出することができる。また導電体基板、特に金属や合金等の基板である場合は熱良導体でもあるから、発生した熱を外部へ放出することができる。あるいは、基板611はシリコン、炭素、ガリウムヒ素、窒化ガリウム等の半導体基板である。導電体基板や半導体基板の場合には、圧電素子で発生する電荷が基板内に漏れる可能性があるので、図19(a)に示すように、基板611上に絶縁膜613を形成した後に、この絶縁膜613上にポリマー615を形成する。絶縁膜613は、酸化法やCVD法やPVD法等で形成したシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜である。絶縁膜の厚みは、絶縁性を確保するために100nm以上あれば良い。 Next, a method for producing a pressure sensor having a recess according to the present invention by using an imprint method will be described. FIG. 19 is a diagram illustrating a manufacturing method of a pressure sensor using an imprint method. A polymer 615 is formed on a substrate 611 as shown in FIG. Since the substrate 611 is a substrate on which the pressure sensor is mounted, an optimum substrate is selected. For example, the substrate 611 is a silicon substrate. When a silicon substrate is used, a pressure sensor using this imprint method can be formed on the same substrate together with an active element such as an IC or a passive element such as a resistor. Can be calculated with an IC or the like to calculate a pressure value or the like. Alternatively, the substrate 611 is an insulating substrate such as a glass substrate, a quartz substrate, or a ceramic substrate. In the case of an insulating substrate, there is no need to worry about the charge generated by the piezoelectric element leaking into the substrate. Alternatively, the substrate 611 is a conductor substrate such as a metal or an alloy. In the case of a conductive substrate, even if static electricity or the like is generated, the static electricity can be quickly discharged to the outside. Further, in the case of a conductor substrate, particularly a substrate made of metal, alloy, etc., it is also a good heat conductor, so that the generated heat can be released to the outside. Alternatively, the substrate 611 is a semiconductor substrate such as silicon, carbon, gallium arsenide, or gallium nitride. In the case of a conductor substrate or a semiconductor substrate, there is a possibility that charges generated in the piezoelectric element may leak into the substrate. Therefore, after forming the insulating film 613 on the substrate 611, as shown in FIG. A polymer 615 is formed on the insulating film 613. The insulating film 613 is an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride film formed by an oxidation method, a CVD method, a PVD method, or the like. The insulating film may have a thickness of 100 nm or more in order to ensure insulation.

ポリマー615は、フッ素樹脂フィルム、ポリエチレンフィルム、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂、ABS樹脂、塩化ビニル、液晶ポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、N−メチルー2−ピロリドン(NMP)、アクリル樹脂(PMMA)、ポリジメチルシロクサン(PDMS)、ポリイミド樹脂、ポリ乳酸、各種ゴム(天然ゴムや合成ゴム)、あるいはポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン(VDF/TrFE)共重合体、フッ化ビニリデンテトラフルオロエチレン(VDF−TeFE)等の強誘電性高分子、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、ナイロン−11等の極性高分子等の圧電性高分子など種々の高分子材料である。これらの材料を溶剤等で溶解した溶液を塗布・滴下してポリマー膜層を作り、必要ならプリベーク等した後にモールドをこのポリマー膜層に押し入れる。その後、光硬化性樹脂であれば紫外線等の光照射を行ないポリマーを硬化させたり、熱硬化性樹脂であれば硬化温度以上の熱処理でポリマーを硬化させたり、熱軟化性(熱可塑性)樹脂であれば一度軟化温度以上にしてポリマーを軟化させた後軟化温度以下に温度を下げてポリマーを硬化させたりする。あるいは、熱軟化性樹脂シートの場合は、軟化温度以上にしてポリマーを軟化した後モールドを押し入れた後軟化温度以下でポリマーを硬化させる。 Polymer 615 is a fluororesin film, polyethylene film, PMMA (polymethyl methacrylate), polycarbonate, polystyrene, acrylic resin, ABS resin, vinyl chloride, liquid crystal polymer, polyvinyl alcohol (PVA), polypropylene (PP), polyethylene (PE), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), acrylic resin (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide resin, polylactic acid, various rubbers (natural rubber and synthetic rubber), or polyvinylidene fluoride (PVDF), fluoride Highly polar such as vinylidene-trifluoroethylene (VDF / TrFE) copolymer, ferroelectric polymer such as vinylidene fluoride tetrafluoroethylene (VDF-TeFE), vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer, nylon-11, etc. Piezoelectric polymer child such a variety of polymeric materials such as. A solution in which these materials are dissolved with a solvent or the like is applied and dropped to form a polymer film layer. If necessary, after prebaking or the like, a mold is pushed into the polymer film layer. Then, if it is a photocurable resin, it is irradiated with light such as ultraviolet rays to cure the polymer. If there is, the polymer is softened once at the softening temperature or higher, and then the polymer is cured by lowering the temperature below the softening temperature. Alternatively, in the case of a heat-softening resin sheet, the polymer is softened at a softening temperature or higher, and then the polymer is hardened at a softening temperature or lower after the mold is pressed.

すなわち、図19(b)に示すように、凹部形成用のモールドパターン619が形成されたモールド617を基板611に形成されたポリマー615にプレスする。たとえば、ポリマー615は熱可塑性樹脂(ガラス転移温度Tg)であり、Tgより高い温度でポリマー615内に押し込む。モールド全体617をポリマー615中に全部入れて押し込んでも良いし、図19(a)に示すように少しの隙間をあけてポリマー615中に入れても良い。隙間をあける場合には、ポリマー615は硬化後体積変化するので、その体積変化を考慮して隙間の間隔を選定する。熱可塑性樹脂として、具体的にはポリカーボネート(PC)、アクリル(PMMA)、ポリ乳酸(PLA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、液晶ポリマー(LCP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアセタール(PCM)、ポリプロピレン(PP)各種ゴム(天然ゴムや合成ゴム)、等が挙げられるが、これらに限定されない。ポリマー615は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂でも良いが、一度硬化した後は熱を加えても軟化できないことに注意する必要がある。熱可塑性樹脂の場合は、何度でも軟化できるので、たとえばパターン崩れが発生しても再度軟化させてモールを押し込めば良い。 That is, as shown in FIG. 19B, a mold 617 in which a mold pattern 619 for forming a recess is formed is pressed onto a polymer 615 formed on a substrate 611. For example, the polymer 615 is a thermoplastic resin (glass transition temperature Tg) and is pushed into the polymer 615 at a temperature higher than Tg. The entire mold 617 may be put into the polymer 615 and pushed in, or may be put into the polymer 615 with a slight gap as shown in FIG. In the case of opening a gap, the volume of the polymer 615 changes after curing, and therefore the gap interval is selected in consideration of the volume change. Specific examples of thermoplastic resins include polycarbonate (PC), acrylic (PMMA), polylactic acid (PLA), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), liquid crystal polymer (LCP), polyvinyl chloride (PVC), and polyacetal. (PCM), polypropylene (PP), various rubbers (natural rubber and synthetic rubber), and the like, but are not limited thereto. The polymer 615 may be a thermosetting resin such as a phenol resin, an epoxy resin, a melamine resin, or a polyimide, but it should be noted that once it is cured, it cannot be softened even when heat is applied. In the case of a thermoplastic resin, it can be softened any number of times. For example, even if pattern collapse occurs, it may be softened again and the molding may be pushed in.

モールド617のパターン619をポリマー615に押し込んだ後、冷却しTgより低くするとポリマー615が硬化する。その後、モールド617を引き上げると、図19(c)に示すように、ポリマー615内にモールド617のパターン619が転写され、凹部621(621−1、2、3、4)が形成される。モールドをポリマーに挿入前にモールド表面に離型剤を塗布等しておけばポリマーを硬化後に硬化したポリマーからモールドを分離することが容易となる。図19の図は基板611の断面構造を模式化した図(断面図)であるが、これを平面的に見れば、凹部が長方形形状で長辺側が平行で多数並んでいる。立体的には凹部が直方体形状で長辺側側面が平行で多数並んでいる。 After the pattern 619 of the mold 617 is pushed into the polymer 615, the polymer 615 is cured when cooled and lower than Tg. Thereafter, when the mold 617 is pulled up, as shown in FIG. 19C, the pattern 619 of the mold 617 is transferred into the polymer 615 to form the recesses 621 (621-1, 2, 3, 4). If a mold release agent is applied to the mold surface before inserting the mold into the polymer, it becomes easy to separate the mold from the cured polymer after the polymer is cured. FIG. 19 is a schematic view (cross-sectional view) of the cross-sectional structure of the substrate 611. When viewed in plan, the concave portions are rectangular and the long sides are parallel and arranged in a large number. Three-dimensionally, the concave portions are in a rectangular parallelepiped shape, and a large number of side surfaces on the long side are parallel.

隣接する凹部同士の間のポリマー615の側壁615−1、615−2、615−3は凹部内の圧力差によって変形するダイヤフラムとなる。インプリント法の利点は、プロセスが簡単なこと、パターンが正確に形成できることである。すなわち、インプリント法で形成された直方体形状の凹部621の大きさ、深さHc1、幅Wc1、長さLc1、および隣接する凹部621同士の距離(ポリマー側壁の厚み)Wsはバラツキが少なく形成される。本発明の圧力センサーにとって、これらの値は極めて重要であるから、できるだけバラツキがなく目標値通りに作製する必要がある。従ってインプリント法は本発明にとって非常に優れた方法である。深さHc1、長さLc1、および基板側壁厚みWsはダイヤフラムの大きさであるから、これらの値がバラツキが小さくほぼ一定に作られれば、圧力P1またはP2によって変形する量のバラツキも小さくなり、生じる電荷もほぼ一定となり、非常に正確な圧電デバイス(圧力センサー)となる。モールド617および619にポリマー615が付着してパターン崩れが発生しないように、モールド617および619をポリマー615に入れる前にモールド617および619の表面に離型剤を塗布しても良い。あるいはモールド617および619の表面にフッ素樹脂等をコーティングしても良い。 The side walls 615-1, 615-2, and 615-3 of the polymer 615 between the adjacent recesses become a diaphragm that is deformed by a pressure difference in the recess. The advantage of the imprint method is that the process is simple and the pattern can be formed accurately. That is, the size, depth Hc1, width Wc1, length Lc1, and distance between adjacent recesses 621 (polymer sidewall thickness) Ws formed by imprinting are formed with little variation. The Since these values are extremely important for the pressure sensor of the present invention, it is necessary that the values be produced as much as possible without variation. Therefore, the imprint method is a very excellent method for the present invention. Since the depth Hc1, the length Lc1, and the substrate side wall thickness Ws are the size of the diaphragm, if these values are made to have a small variation and almost constant, the variation in the amount of deformation caused by the pressure P1 or P2 will also be small. The generated charge is also almost constant, resulting in a very accurate piezoelectric device (pressure sensor). A mold release agent may be applied to the surfaces of the molds 617 and 619 before the molds 617 and 619 are put into the polymer 615 so that the polymer 615 does not adhere to the molds 617 and 619 and pattern collapse occurs. Alternatively, the surfaces of the molds 617 and 619 may be coated with a fluororesin or the like.

上記では、熱プリント法、すなわち常温より高い温度の熱処理を行ないポリマー615を軟化・硬化したが、UVプリント法を用いれば常温でもポリマー615を硬化させることができる。紫外線を照射すると硬化するUVポリマー615を用いて、モールド617および619をポリマー615内に押し込んだ後で、モールド617、619を通して、および/または基板611、絶縁膜613を通してポリマー615を硬化できる波長の光を照射する。この波長の光は紫外線やγ線やX線等が多い。従って、モールド617、619や基板611、絶縁膜613はこれらの光が透過できる材料を用いる。たとえば、ガラス製や石英製である。紫外線照射によりポリマー615が硬化した後で、モールド617および619を引き抜くと、凹部621が形成される。モールド617および619にポリマー615が付着してパターン崩れが発生しないように、モールド617および619をポリマー615に入れる前にモールド617および619の表面に離型剤を塗布しても良い。あるいはモールド617および619の表面にフッ素樹脂等をコーティングしても良い。この後、さらに硬化を確実にするために熱処理を行なう場合もある。 In the above, the thermal printing method, that is, the heat treatment at a temperature higher than normal temperature is performed to soften and cure the polymer 615. However, if the UV printing method is used, the polymer 615 can be cured even at normal temperature. A UV polymer 615 that cures when irradiated with ultraviolet light is used to push the molds 617 and 619 into the polymer 615 and then cure the polymer 615 through the molds 617 and 619 and / or through the substrate 611 and the insulating film 613. Irradiate light. The light of this wavelength is mostly ultraviolet rays, γ rays, X rays and the like. Therefore, the molds 617 and 619, the substrate 611, and the insulating film 613 are made of materials that can transmit these lights. For example, it is made of glass or quartz. After the polymer 615 is cured by ultraviolet irradiation, when the molds 617 and 619 are pulled out, the recess 621 is formed. A mold release agent may be applied to the surfaces of the molds 617 and 619 before the molds 617 and 619 are put into the polymer 615 so that the polymer 615 does not adhere to the molds 617 and 619 and pattern collapse occurs. Alternatively, the surfaces of the molds 617 and 619 may be coated with a fluororesin or the like. Thereafter, heat treatment may be performed to further ensure the curing.

この後、底部に形成されたポリマー615Bを除去しても良い。たとえば、酸素プラズマによる異方性エッチングを基板全面(ポリマー615上面から全面)で行なえば良い。全面エッチングであるから、凹部底部のポリマー615Bだけでなく、ポリマー615の上面もエッチングされるので、全体のポリマー615の厚みが減少するが、凹部621の形状やポリマー側壁615(615−1〜3)の形状は維持される。ただし、凹部底部のポリマー615Bを基板内全体で除去するには、オーバーエッチングが必要となる。先にポリマー615Bがエッチングされた所は、下地の絶縁膜613(絶縁膜613がない場合は基板611)が露出するが、絶縁膜613や基板611がシリコン酸化膜系であれば酸素プラズマでは殆どエッチングされないし、シリコン窒化膜系でも余りエッチングされない。一方ポリマー上面はエッチングされるので、余りオーバーエッチングを行なうと凹部深さHc1が減少する。従って、オーバーエッチング量を小さくするために、酸素プラズマによるポリマーの異方性エッチング量のバラツキを小さくすると同時に凹部底部のポリマー615Bの厚みをできるだけ小さくする必要がある。モールドパターン619の深さバラツキを小さくするとともに、モールド本体617の平坦度のバラツキも小さくし、さらにモールドのプレス圧力が基板全体で均一になるようにする。モールドのプレス圧力が基板全体で均一にするには、モールドパターン619を基板全体で均一に配置しておくと良い。さらに、凹部底部のポリマー615Bがエッチングされ下地が露出し始めると、CO等の反応種が少なくなるので、その量をセンシングしてエンドポイントを決めることもできる。 Thereafter, the polymer 615B formed on the bottom may be removed. For example, anisotropic etching using oxygen plasma may be performed on the entire surface of the substrate (the entire surface from the upper surface of the polymer 615). Since the etching is performed on the entire surface, not only the polymer 615B at the bottom of the recess but also the top surface of the polymer 615 is etched, so that the thickness of the entire polymer 615 is reduced. ) Is maintained. However, over-etching is required to remove the polymer 615B at the bottom of the recess throughout the substrate. When the polymer 615B is etched first, the underlying insulating film 613 (the substrate 611 in the absence of the insulating film 613) is exposed. It is not etched and is not so etched even in the silicon nitride film system. On the other hand, since the upper surface of the polymer is etched, if the over-etching is performed excessively, the recess depth Hc1 decreases. Therefore, in order to reduce the over-etching amount, it is necessary to reduce the variation in the anisotropic etching amount of the polymer caused by oxygen plasma and at the same time reduce the thickness of the polymer 615B at the bottom of the recess as much as possible. The variation in the depth of the mold pattern 619 is reduced, the variation in the flatness of the mold body 617 is also reduced, and the mold pressing pressure is made uniform over the entire substrate. In order to make the press pressure of the mold uniform over the entire substrate, the mold pattern 619 is preferably disposed uniformly over the entire substrate. Further, when the polymer 615B at the bottom of the concave portion is etched and the base begins to be exposed, reactive species such as CO are reduced, and the end point can be determined by sensing the amount thereof.

次に、この硬化したポリマー615の上に第1の導電体膜{第1の電極・配線(下部電極)}623、圧電体膜625、第2の導電体膜{第2の電極・配線(上部電極)}627、絶縁膜629を形成する。この形成方法や条件等はこれまでに説明した内容と同様である。(たとえば、図13(a)、図14、図15、図17、図18)第1の導電体膜623も基板側壁の上面の637(637−1、2、3)においてつながらないようにすることや第2の導電体膜627も基板側壁の上面の639(639−1、2、3)においてつながらないようにすることも同様である。次に薄板631を付着して、各凹部621(621−1、2、3、4)に圧力導入孔633を形成する。また第1導電体膜623や第2の導電体膜627からの引き出し電極を形成すべき領域における薄板631を除去することも同様である。この後、これらの引き出し電極を形成するためのコンタクト孔やコンタクト内導電体膜や電極・配線用の導電体膜を形成する。 Next, the first conductor film {first electrode / wiring (lower electrode)} 623, the piezoelectric film 625, the second conductor film {second electrode / wiring (on the cured polymer 615) Upper electrode)} 627 and insulating film 629 are formed. The formation method, conditions, and the like are the same as described above. (For example, FIG. 13 (a), FIG. 14, FIG. 15, FIG. 17, FIG. 18) The first conductive film 623 should not be connected at 637 (637-1, 2, 3) on the upper surface of the substrate side wall. Similarly, the second conductor film 627 is not connected to the upper surface 639 (639-1, 2, 3) of the substrate side wall. Next, a thin plate 631 is attached, and a pressure introducing hole 633 is formed in each concave portion 621 (621-1, 2, 3, 4). The same applies to the removal of the thin plate 631 in the region where the extraction electrode from the first conductor film 623 and the second conductor film 627 is to be formed. Thereafter, contact holes for forming these lead electrodes, conductor films in the contacts, and conductor films for electrodes and wirings are formed.

以上によって、基板611上にポリマー615を基板側壁とし、その上に圧電体膜を形成した圧力センサーが形成された。尚、ポリマー615が絶縁体でない場合には、第1導電体膜623を形成する前に第1導電体膜623上に絶縁膜(たとえば、CVD法やPVD法によるシリコン酸化膜等)を形成する。第1凹部は、たとえば、幅Wc1が1μm〜500μm、深さHc1が1μm〜500μm、長さLc1が1μm〜2000μm、基板側壁の厚みWsが0.5μm〜100μmの大きさであるが、インプリント法を用いれば非常に正確な凹部および基板側壁を形成できる。インプリント法の中でもナノインプリント法を用いれば非常に微細なパターンでかつ深い凹部を形成できる。 As described above, a pressure sensor in which the polymer 615 was used as the substrate side wall on the substrate 611 and the piezoelectric film was formed thereon was formed. When the polymer 615 is not an insulator, an insulating film (for example, a silicon oxide film by a CVD method or a PVD method) is formed on the first conductor film 623 before forming the first conductor film 623. . The first recess has, for example, a width Wc1 of 1 μm to 500 μm, a depth Hc1 of 1 μm to 500 μm, a length Lc1 of 1 μm to 2000 μm, and a substrate sidewall thickness Ws of 0.5 μm to 100 μm. By using this method, it is possible to form very accurate recesses and substrate side walls. If the nanoimprint method is used among the imprint methods, it is possible to form a deep recess with a very fine pattern.

たとえば、ポリマーとしてPET(Tg=430℃)を用いた場合、PETシート(厚み約50μm)をシリコン基板(厚み400μm、4インチ)上のシリコン酸化膜(1μm厚み)上に貼り付け、約450℃以上の温度で軟化させる。この軟化したPETにモールド(シリコン製)を押しつけ、その後Tg以下に温度を下げて冷却して、モールドパターンをPET中に転写することができる。(深さHc1=30μm、長さLc1=60μm、幅Wc1=30μm、基板側壁の厚みWs=5μm)このPETで作製された凹部に白金(Pt)(第1導電体膜)を1μm積層し、白金を塩素系ガスでドライエッチングして配線パターンを形成する。その後PZTをスパッター法により2μm(側壁厚み)積層し、さらに白金膜(第2導電体膜)を1μm積層する。次に白金を塩素系ガスでドライエッチングして配線パターンを形成する。次にCVD法によって、シリコン酸窒化膜を2μm積層した後、引き出し電極部を窓開けしたガラス板(厚み200μm)を接着剤(熱硬化性樹脂)で貼り付けて固着した後、引き出し電極を作製した。さらに、圧力伝達孔を凹部領域のガラスに形成した。モールドパターンを転写した後は、すべてのプロセス温度をPETのTg以下の温度(約400℃)で行なった。以上のようにして図19(d)に示す構造の圧電デバイス(圧力センサー)を作製できた。 For example, when PET (Tg = 430 ° C.) is used as the polymer, a PET sheet (thickness about 50 μm) is pasted on a silicon oxide film (1 μm thickness) on a silicon substrate (thickness 400 μm, 4 inches), and about 450 ° C. Soften at the above temperature. A mold (made of silicon) is pressed against this softened PET, and then the temperature is lowered to Tg or lower and the mold pattern is transferred into the PET. (Depth Hc1 = 30 μm, length Lc1 = 60 μm, width Wc1 = 30 μm, substrate side wall thickness Ws = 5 μm) 1 μm of platinum (Pt) (first conductor film) is laminated on the recess made of this PET, Platinum is dry-etched with a chlorine-based gas to form a wiring pattern. Thereafter, 2 μm (side wall thickness) of PZT is laminated by sputtering, and further, a platinum film (second conductor film) is laminated by 1 μm. Next, platinum is dry-etched with a chlorine-based gas to form a wiring pattern. Next, after depositing 2 μm of silicon oxynitride film by CVD, a glass plate (thickness: 200 μm) with a lead electrode portion opened is attached and fixed with an adhesive (thermosetting resin), and then a lead electrode is manufactured. did. Furthermore, a pressure transmission hole was formed in the glass in the recessed area. After the mold pattern was transferred, all process temperatures were performed at a temperature below Tg of PET (about 400 ° C.). As described above, a piezoelectric device (pressure sensor) having the structure shown in FIG.

尚、PET上に白金を積層する前にチタン(Ti)等の密着層を薄く(10nm〜100nm程度)積層しても良い。また、PZT等の圧電性を高めるために優先方位(111)面方位を有する白金をスパッターした後にPZT膜をスパッターしても良く、この場合は、白金の優先方位(111)面に配向したPZT膜を得ることができ、PZT膜の圧電性を向上させることができる。 In addition, an adhesive layer such as titanium (Ti) may be thinly laminated (about 10 nm to 100 nm) before platinum is laminated on PET. In addition, in order to enhance the piezoelectricity such as PZT, the PZT film may be sputtered after sputtering platinum having a preferred orientation (111) plane orientation, in this case, PZT oriented in the preferred orientation (111) plane of platinum. A film can be obtained, and the piezoelectricity of the PZT film can be improved.

図19に示す場合には、基板611の第1面の平坦な面にポリマーを塗布または滴下またはシートを貼りつけるので、ポリマー膜の厚み分は基板611の第1面の平坦な面よりも厚くなってしまう。圧電デバイス(圧力センサー)のみの場合には、この厚いポリマー膜の上に導電体膜等を積層すれば良いので、導電体膜等の段差部での被覆性(ステップカバレッジ)や段差部での導電体膜の段切れ等の問題は少ないが、他のデバイス(IC、抵抗、コンデサ、コイルなど)を基板611に一緒に搭載する場合には、これらの問題が深刻になる。特に基板611に搭載されたIC等の配線と圧電デバイスの配線とを接続する場合は問題になる。さらに他のデバイスと一緒に圧電デバイスを搭載するときはもちろん、単独のときにもポリマー膜の厚み分は厚くなってしまうので、薄くしたいという要求を満足できない。そこで、図20(a)〜(d)に示すように、圧電デバイスを形成する領域において基板611をエッチング除去して薄くする。図20(a)〜(d)はシリコン半導体基板等の半導体基板等内に形成した凹部内に圧電デバイスを形成する方法を示す図である。 In the case shown in FIG. 19, since the polymer is applied or dropped or a sheet is attached to the flat surface of the first surface of the substrate 611, the thickness of the polymer film is thicker than the flat surface of the first surface of the substrate 611. turn into. In the case of only a piezoelectric device (pressure sensor), a conductor film or the like may be laminated on this thick polymer film. Therefore, the coverage (step coverage) at the step portion of the conductor film or the like or the step portion There are few problems such as disconnection of the conductor film, but these problems become serious when other devices (IC, resistor, capacitor, coil, etc.) are mounted on the substrate 611 together. This is particularly problematic when wiring such as an IC mounted on the substrate 611 is connected to wiring of a piezoelectric device. Further, when the piezoelectric device is mounted together with other devices, the thickness of the polymer film is increased even when the piezoelectric device is used alone, so that the demand for reducing the thickness cannot be satisfied. Therefore, as shown in FIGS. 20A to 20D, the substrate 611 is removed by etching in a region where the piezoelectric device is to be formed, and is thinned. 20A to 20D are diagrams showing a method of forming a piezoelectric device in a recess formed in a semiconductor substrate such as a silicon semiconductor substrate.

すなわち、図20(a)に示すように基板内の圧電デバイスを形成する領域611内に凹部614を形成する。フォトリソ法やインプリント法を用いてレジストパターンを形成して、ウエットエッチングまたはドライエッチングで凹部614を形成する。ポリマーが凹部614内に入りやすくするために凹部に斜面616を形成しても良い。たとえば基板611が(100)シリコン基板の場合において、KOH溶液でエッチングすると傾斜した斜面{(111)面}を得ることができる。あるいはフッ硝酸系エッチング液によって等方性エッチングが可能であり、またドライエッチングでも等方性エッチングが可能である。 That is, as shown in FIG. 20A, a recess 614 is formed in a region 611 in the substrate where a piezoelectric device is to be formed. A resist pattern is formed by using a photolithography method or an imprint method, and the concave portion 614 is formed by wet etching or dry etching. A slope 616 may be formed in the recess to facilitate polymer entry into the recess 614. For example, when the substrate 611 is a (100) silicon substrate, an inclined slope {(111) plane} can be obtained by etching with a KOH solution. Alternatively, isotropic etching is possible with a hydrofluoric acid-based etching solution, and isotropic etching is also possible by dry etching.

図20(e)〜(g)は、シリコン等の半導体基板内にこのような凹部を形成する方法について説明する図である。図20(e)に示すように、シリコン基板611の第1面上に絶縁膜612を形成する。絶縁膜612は、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜であり、CVD法やPVD法、あるいはSOG法等の塗布法、あるいは熱酸化法、熱窒化法等によって形成する。次に、この絶縁膜612上に感光性膜620を塗布法やシート貼り付け法(シート状、、またはフィルム状の感光性膜をシリコン基板に付着する)により形成し、露光法を用いて開口部622を形成する。次に、図20(f)に示すようにこの開口部622パターンを用いて、絶縁膜612をエッチング除去する。絶縁膜622がシリコン酸化膜の場合には、ドライエッチングであればCF系ガス(たとえば、CF4)やCHF系ガス(たとえばCHF)等やあるいはこれらに酸素やCO系ガスや水素等を混合した混合ガスを用いてプラズマエッチングし、ウエットエッチングであれば緩衝フッ酸(BHF)系エッチング液やフッ酸系エッチング液等を用いてウエットエッチングする。 20E to 20G are views for explaining a method of forming such a recess in a semiconductor substrate such as silicon. As shown in FIG. 20E, an insulating film 612 is formed on the first surface of the silicon substrate 611. The insulating film 612 is, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film, and is formed by a coating method such as a CVD method, a PVD method, or an SOG method, a thermal oxidation method, a thermal nitridation method, or the like. Next, a photosensitive film 620 is formed on the insulating film 612 by a coating method or a sheet attaching method (a sheet-like or film-like photosensitive film is attached to a silicon substrate), and an opening is formed using an exposure method. A portion 622 is formed. Next, as shown in FIG. 20F, the insulating film 612 is removed by etching using the opening 622 pattern. In the case where the insulating film 622 is a silicon oxide film, if dry etching is used, CF-based gas (for example, CF4), CHF-based gas (for example, CHF), or the like, or a mixture in which oxygen, CO-based gas, hydrogen, or the like is mixed. Plasma etching is performed using a gas. If wet etching is performed, wet etching is performed using a buffered hydrofluoric acid (BHF) -based etching solution or a hydrofluoric acid-based etching solution.

次に絶縁膜612をエッチングした後の開口部パターン622に露出したシリコン基板をエッチングし、凹部614を形成する。上述したように、基板611が(100)シリコン基板の場合には、KOH溶液やヒドラジン溶液等を用いてシリコン基板をエッチングすることにより、(100)面である第1面に対して傾斜面616を持つ凹部614を形成できる。あるいは、SF系ガス(たとえばSF6)、CF系ガス(たとえば、C4F8)、塩素系ガス(たとえば、Cl2、BCl2、SiCl4)、あるいはこれらに酸素等を混合した混合ガスを用いて等方性プラズマエッチングを行なうことにより、テーパー面616を有する凹部614を形成できる。あるいは、フッ硝酸系溶液(たとえばHF+HNO3、あるいはHF+HNO3+CH3COOH)を用いて(100)面である第1面に対して傾斜面616を持つ凹部614を形成できる。尚、絶縁膜612は感光性膜620との密着性向上のために形成したが、シリコン基板611と感光性膜620との密着性に問題がなければ、感光性膜620をシリコン基板611上に直接形成しても良い。あるいは、シリコン基板611の他の領域にトランジスタ等が形成されており、既に領域622に絶縁膜等が形成され、その絶縁膜等と感光性膜620との密着性が問題なければその絶縁膜等の上に直接感光性膜を形成しても良いし、その絶縁膜等と感光性膜620との密着性に問題があれば親水性処理などによって密着性向上処理を行なった後感光性膜を形成しても良いし、あるいはこの領域622を含む領域における絶縁膜を除去してから、上記の絶縁膜612を形成しても良い。(図20(g)) Next, the silicon substrate exposed to the opening pattern 622 after etching the insulating film 612 is etched to form a recess 614. As described above, when the substrate 611 is a (100) silicon substrate, the inclined surface 616 with respect to the first surface which is the (100) surface is etched by etching the silicon substrate using a KOH solution, a hydrazine solution, or the like. A recessed portion 614 having the shape can be formed. Alternatively, isotropic plasma etching using SF-based gas (for example, SF6), CF-based gas (for example, C4F8), chlorine-based gas (for example, Cl2, BCl2, SiCl4), or a mixed gas in which oxygen or the like is mixed with these gases. By performing the above, a recess 614 having a tapered surface 616 can be formed. Alternatively, the concave portion 614 having the inclined surface 616 with respect to the first surface which is the (100) surface can be formed using a hydrofluoric acid-based solution (for example, HF + HNO 3 or HF + HNO 3 + CH 3 COOH). Note that the insulating film 612 is formed to improve the adhesion with the photosensitive film 620. However, if there is no problem in the adhesion between the silicon substrate 611 and the photosensitive film 620, the photosensitive film 620 is formed on the silicon substrate 611. It may be formed directly. Alternatively, a transistor or the like is formed in another region of the silicon substrate 611, and an insulating film or the like is already formed in the region 622. If there is no problem in adhesion between the insulating film and the photosensitive film 620, the insulating film or the like is used. A photosensitive film may be formed directly on the substrate, or if there is a problem in the adhesion between the insulating film or the like and the photosensitive film 620, the adhesive film is subjected to an adhesion improving process by a hydrophilic process or the like. Alternatively, the insulating film 612 may be formed after the insulating film in the region including the region 622 is removed. (Fig. 20 (g))

次にポリマー615を塗布等して凹部614に厚く積層した後軟化させて、図20(b)に示すようにこのポリマー614にモールド617の凸状パターン619を押しつける。ポリマー615を硬化させた後モールド615を引き抜くと、基板611内の凹部領域614内の厚く積層したポリマー615内に凹部621が形成される。{図20(c)}このように基板611に凹部614を形成して、この部分に塗布されたポリマー615内に凹部621を形成することにより、全体の厚み(基板611の厚み+平坦部におけるポリマー618の厚み)を薄くすることができる。基板611の第1面の平坦部分618にもインプリント跡のポリマー618が残るが、この部分の厚みはインプリントモールド617の押圧力、基板611の強度、ポリマーの当初厚み、ポリマーの反発力等によって決定されるが、概ね0.1μm〜20μmである。この値をできるだけ小さくするために、条件を最適化する必要がある。最適化すれば0.1μm〜2μmも実現できる。この結果、図20(d)に示すように、導電体膜625や629のレベルが基板の第1面のレベルに近づき、より平坦なパターンが実現でき、導電体膜625や629の被覆性や絶縁膜623や629の被覆性等も改善され、導電体膜等の段切れ等も解消される。また圧電素子(圧力センサー)の厚みも減少するので、薄型機器にも適用できる。 Next, polymer 615 is applied and thickly laminated on the concave portion 614 and then softened, and the convex pattern 619 of the mold 617 is pressed against the polymer 614 as shown in FIG. When the mold 615 is pulled out after the polymer 615 is cured, a recess 621 is formed in the thickly laminated polymer 615 in the recess region 614 in the substrate 611. {FIG. 20 (c)} Thus, by forming the recess 614 in the substrate 611 and forming the recess 621 in the polymer 615 applied to this portion, the total thickness (thickness of the substrate 611 + in the flat portion) The thickness of the polymer 618 can be reduced. The imprinted polymer 618 remains on the flat portion 618 of the first surface of the substrate 611. The thickness of this portion depends on the pressing force of the imprint mold 617, the strength of the substrate 611, the initial thickness of the polymer, the repulsive force of the polymer, etc. Is approximately 0.1 μm to 20 μm. In order to make this value as small as possible, it is necessary to optimize the conditions. If optimized, 0.1 μm to 2 μm can be realized. As a result, as shown in FIG. 20D, the level of the conductor films 625 and 629 approaches the level of the first surface of the substrate, and a flatter pattern can be realized, and the coverage of the conductor films 625 and 629 can be improved. The covering properties of the insulating films 623 and 629 are also improved, and disconnection of the conductor film or the like is eliminated. Moreover, since the thickness of the piezoelectric element (pressure sensor) is also reduced, it can be applied to thin devices.

ポリマー615が圧電体である場合、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の高分子強誘電体、(たとえば、図19と同様に)、ポリマー615の側壁(615−1、2、3)に一層の導電体膜を形成すれば良い。すなわち、図19(c)の後で、図19(e)に示すように、導電体膜641を形成し、さらにポリマー側壁615−1、2,3の上面において導電体膜641をエッチング除去し、異なる圧力となる凹部同士にある導電体膜641は接続しないようにする。次に絶縁膜643を形成し、さらにその上に薄板645を付着し、凹部を気密に塞ぐ。次に凹部621(621−1、2、3、4)への圧力導入孔647をあけ、また薄板645が不要な領域649、たとえば、導電体膜641からの引き出し電極を形成する領域、にある薄板645を除去する。あるいは、あらかじめ圧力導入孔647や不要な領域が窓開けされた薄板645を用意して、その窓開けされた薄板645を絶縁膜643上に付着しても良い。その後、導電体膜641からの引き出しコンタクト孔形成およびコンタク孔内導電体膜形成および電極・配線形成を行なう。 In the case where the polymer 615 is a piezoelectric body, for example, a polymer ferroelectric such as polyvinylidene fluoride (PVDF) (for example, as in FIG. 19), the side wall (615-1, 2, 3) of the polymer 615 is further layered. A conductor film may be formed. That is, after FIG. 19C, as shown in FIG. 19E, a conductor film 641 is formed, and the conductor film 641 is removed by etching on the upper surfaces of the polymer side walls 615-1, 2, 3. The conductor film 641 in the recesses having different pressures is not connected. Next, an insulating film 643 is formed, and further a thin plate 645 is attached thereon, and the concave portion is hermetically closed. Next, a pressure introduction hole 647 is formed in the recess 621 (621-1, 2, 3, 4), and the thin plate 645 is not necessary in the region 649, for example, a region where a lead electrode is formed from the conductor film 641. The thin plate 645 is removed. Alternatively, the pressure introducing hole 647 or a thin plate 645 in which an unnecessary region is opened in advance may be prepared, and the thin plate 645 in which the window is opened may be attached on the insulating film 643. Thereafter, lead-out contact holes from the conductor film 641, contact conductor film formation, and electrode / wiring formation are performed.

以上のようにして圧電体ポリマー内にインプリント法によって凹部および側壁ポリマーを形成して圧力センサーを形成できる。しかも導電体膜は一層で済むので(引き出し電極・配線層を含めれば二層)、プロセスが非常に簡単になる。また、基板611としてシリコン基板等の半導体基板を用いると、同じ基板内またはチップ内に圧力センサーとそれをコントロールあるいは演算処理する機能やその他の種々の機能を持つICとを一緒に搭載することができる。従って、実装面積を小さくできので実装サイズを小型にできること、さらに接続配線を少なくできるので信頼性向上および歩留まり向上を実現できる。 As described above, the pressure sensor can be formed by forming the recess and the sidewall polymer in the piezoelectric polymer by the imprint method. In addition, since only one conductor film is required (two layers if the extraction electrode / wiring layer is included), the process becomes very simple. Further, when a semiconductor substrate such as a silicon substrate is used as the substrate 611, a pressure sensor and an IC having various functions can be mounted together with a pressure sensor in the same substrate or chip. it can. Therefore, since the mounting area can be reduced, the mounting size can be reduced, and further, the number of connection wirings can be reduced, thereby improving the reliability and the yield.

従来の平面的な圧電体素子では、基板内の広い面積が必要であったが、本発明を用いると基板の平面的なサイズを小さくすることが可能となる。たとえば、1辺がW1の正方形で、深さがH1の凹部を凹部間の間隔をWsで、1辺がLの正方形の面積に並べた場合、この中に{L/(W1+Ws)}個の凹部が形成されるので、約{L+4H1xW1x{L/(W1+Ws)}}の面積が圧力を受けることになるので、従来法に比較して約{1+4(H1xW1x)/(W1+Ws)}}倍の感度となる。たとえば、H1=300μm、W1=25μm、Ws=5μmとすれば、9.3倍の感度となっている。尚、同じ圧力を受ける凹部は、凹部同士の間隔を狭めても変形しないので、Wsは凹部形成の限界まで小さくできる。また凹部の平面的大きさW1も凹部が形成できて各種膜が凹部内に形成できる限界まで小さくできる。現在のレベルでも上記の値よりもさらに小さくできるから感度はさらに高めることが可能である。尚同じ圧力を受ける領域における基板651の上面(すなわち凹部間の側壁上面)は薄板658を付着させる必要はないので、同じ圧力を受ける領域の一番外側だけを凸部にして基板611と付着させれば良い。このようにすれば、凹部間の側壁上面にも圧力を印加できるので感度がさらにアップする。 In the conventional planar piezoelectric element, a large area in the substrate is required. However, when the present invention is used, the planar size of the substrate can be reduced. For example, a square one side W1, the distance between the concave recesses of the depth H1 in Ws, if one side is arranged in the area of the square L, 2 pieces {L / (W1 + Ws) } in this Since the area of approximately {L 2 + 4H1 × W1x {L / (W1 + Ws)} 2 } is subjected to pressure, approximately {1 + 4 (H1 × W1x) / (W1 + Ws)} compared to the conventional method 2 } times the sensitivity. For example, if H1 = 300 μm, W1 = 25 μm, and Ws = 5 μm, the sensitivity is 9.3 times. In addition, since the recessed part which receives the same pressure does not deform | transform even if the space | interval of recessed parts is narrowed, Ws can be made small to the limit of recessed part formation. Also, the planar size W1 of the recess can be reduced to the limit at which the recess can be formed and various films can be formed in the recess. Since the current level can be made smaller than the above value, the sensitivity can be further increased. It is not necessary to attach the thin plate 658 to the upper surface of the substrate 651 in the region receiving the same pressure (that is, the upper surface of the side wall between the recesses), so that only the outermost region of the region receiving the same pressure is attached to the substrate 611. Just do it. By doing so, the pressure can be applied also to the upper surface of the side wall between the recesses, and the sensitivity is further improved.

図21は、本発明の隣接する凹部間の基板側壁の側面にピエゾ抵抗を配置してそのピエゾ抵抗効果を利用した圧力センサーの構造および製造方法を示す図である。図21(d)、(e)は、基板側壁の側面におけるピエゾ抵抗のパターンの一例を示す図である。図21(d)、(e)において、正方形状または長方形状の基板側壁5011の側面5021上にピエゾ抵抗5014が4個(5014−1、2、3,4または5、6、7、8)配置されている。基板側壁の側面5021の実線で示す5022の位置がダイヤフラム部の境界となっている。すなわち基板側壁の側面5021はダイヤフラム部であり、隣接する凹部内の圧力差によってその中心位置Oが最も膨らむか窪む。図21(a)〜(e)に示すピエゾ抵抗の配置は、図21(f)に示す4個のピエゾ抵抗によるブリッジ回路(いわゆるホイートストンブリッジ回路)をなすように配置されている。図21(d)において、4個のピエゾ抵抗は基板側壁5021の周辺に配置されており、ピエゾ抵抗5014−2と5014−4は同じ方向に配置され、ピエゾ抵抗5014−1と5014−3は同じ方向に配置されている。従って、ダイヤフラム(基板側壁)の変形によってピエゾ抵抗5014−2と5014−4は同じ抵抗値(抵抗サイズが同じとして)で変化し、一方ピエゾ抵抗5014−1と5014−3は同じ抵抗値で変化し、変化の度合いは逆となる。図21(e)において、ピエゾ抵抗5014−5、6、7、8は同じ方向に配置されているが、ピエゾ抵抗5014−5と8は周辺に配置され、ピエゾ抵抗5014−6と7は中心方向に配置されている。従って、ピエゾ抵抗5014−5と8は同じ抵抗値で変化し、一方ピエゾ抵抗5014−6と5014−7は同じ抵抗値で変化し、その変化の度合いが異なる。従ってブリッジ回路の測定から抵抗値の変化量が分かるので、その抵抗値の変化量から圧力を計算することができる。尚、図21(d)、(e)ではピエゾ抵抗だけ示しているが、ピエゾ抵抗に電圧をかけて電流を流すための配線パターンも基板側壁の側面に形成されている。 FIG. 21 is a view showing a structure and a manufacturing method of a pressure sensor using a piezoresistive effect by arranging a piezoresistor on the side surface of the substrate side wall between adjacent recesses of the present invention. FIGS. 21D and 21E are diagrams showing an example of a piezoresistive pattern on the side surface of the substrate side wall. In FIGS. 21D and 21E, four piezoresistors 5014 (5014-1, 2, 3, 4 or 5, 6, 7, 8) are formed on the side surface 5021 of the substrate side wall 5011 having a square or rectangular shape. Has been placed. The position of 5022 indicated by the solid line on the side surface 5021 of the substrate side wall is the boundary of the diaphragm portion. That is, the side surface 5021 of the substrate side wall is a diaphragm portion, and its center position O is most bulged or depressed due to a pressure difference between adjacent concave portions. The piezoresistors shown in FIGS. 21A to 21E are arranged so as to form a bridge circuit (so-called Wheatstone bridge circuit) including four piezoresistors shown in FIG. In FIG. 21 (d), the four piezoresistors are arranged around the substrate side wall 5021, the piezoresistors 5014-2 and 5014-4 are arranged in the same direction, and the piezoresistors 5014-1 and 5014-3 are They are arranged in the same direction. Accordingly, the deformation of the diaphragm (substrate sidewall) causes the piezoresistors 5014-2 and 5014-4 to change with the same resistance value (assuming the same resistance size), while the piezoresistors 5014-1 and 5014-3 change with the same resistance value. However, the degree of change is reversed. In FIG. 21 (e), the piezoresistors 5014-5, 6, 7, and 8 are arranged in the same direction, but the piezoresistors 5014-5 and 8 are arranged in the periphery, and the piezoresistors 5014-6 and 7 are in the center. Arranged in the direction. Accordingly, the piezoresistors 5014-5 and 8 change with the same resistance value, while the piezoresistors 5014-6 and 5014-7 change with the same resistance value, and the degree of change is different. Accordingly, since the change amount of the resistance value can be known from the measurement of the bridge circuit, the pressure can be calculated from the change amount of the resistance value. Although only the piezoresistors are shown in FIGS. 21 (d) and 21 (e), a wiring pattern for applying a voltage to the piezoresistors to flow a current is also formed on the side wall of the substrate.

図21(a)に示すように、基板5011内に凹部5012(5012−1、2、3)が形成される。この凹部5012内および基板5011の第1面に絶縁膜5013を形成し、さらにピエゾ抵抗用の薄膜抵抗5014を積層する。さらにこの薄膜抵抗をパターニングするためのレジストパターン5015を形成する。このレジストは電着法等により形成し、さらに露光法(斜め)により基板側壁の垂直面である側面にもレジストパターンを形成する。通常の塗布法(たとえば、ディップ、滴下、スピンコート、スクリーン塗布)では凹部5012内にフォトレジストが厚く溜まるので、凹部内をパターニングするためには強度の強い露光法(焦点深度が大きいもの、たとえば、X線露光やSOR(シンクロトロン放射光)法)を用いる必要がある。そこで、たとえば、電着法によって凹部内の段差にも忠実に感光性膜(感光性レジスト)689を積層することができる。ここで電着法とは溶液中に分散化された感光性高分子を導電体膜上に電気泳動法で塗膜として析出する方法である。尚、電着法以外にもシート状のドライフィルムを用いる方法やプラズマ重合法で形成する感光性レジストを用いる方法でも凹部内にパターン形成を行なうことができる。この基板側壁の側面のレジストパターンの一部がピエゾ抵抗となる。薄膜抵抗は、たとえばクロムシリコン(SiCrx)膜や他のシリサイド膜、多結晶シリコン膜である。多結晶シリコン膜の場合、ドーピング量を変えて多結晶シリコン膜の抵抗を変化させても良いし、イオン注入法で抵抗を変えても良い。たとえば、図21(a)において、多結晶シリコン膜5014を形成し、レジスト膜5015を形成する前に、全面イオン注入を行ない薄膜抵抗としての濃度分をイオン注入する。このとき、凹部5012内の基板側面にもイオン注入するために斜め回転イオン注入をすると良い。斜めイオン注入だけだと矩形凹部の場合、4回の斜めイオン注入が必要となるが、回転斜めイオン注入を使用すれば1回のイオン注入で済む。さらにピエゾ抵抗となる部分にレジストパターンを形成して配線用の高濃度のイオン注入を行なう。これによって、ピエゾ抵抗部分は所定のイオン注入量、配線パターンとなる部分は高濃度のイオン注入が行なわれる。 As shown in FIG. 21A, recesses 5012 (5012-1, 2, 3) are formed in the substrate 5011. An insulating film 5013 is formed in the recess 5012 and on the first surface of the substrate 5011, and a thin film resistor 5014 for piezoresistor is further laminated. Further, a resist pattern 5015 for patterning this thin film resistor is formed. This resist is formed by an electrodeposition method or the like, and a resist pattern is also formed on a side surface which is a vertical surface of the substrate side wall by an exposure method (oblique). In a normal coating method (for example, dip, dripping, spin coating, screen coating), a thick photoresist is accumulated in the recess 5012. Therefore, in order to pattern the inside of the recess, a strong exposure method (a method having a large depth of focus, for example, X-ray exposure and SOR (synchrotron radiation) method) must be used. Therefore, for example, the photosensitive film (photosensitive resist) 689 can be laminated faithfully to the step in the recess by electrodeposition. Here, the electrodeposition method is a method in which a photosensitive polymer dispersed in a solution is deposited on a conductive film as a coating film by electrophoresis. In addition to the electrodeposition method, a pattern can be formed in the recess by a method using a sheet-like dry film or a method using a photosensitive resist formed by a plasma polymerization method. A part of the resist pattern on the side surface of the substrate side wall becomes a piezoresistor. The thin film resistor is, for example, a chromium silicon (SiCrx) film, another silicide film, or a polycrystalline silicon film. In the case of a polycrystalline silicon film, the resistance of the polycrystalline silicon film may be changed by changing the doping amount, or the resistance may be changed by an ion implantation method. For example, in FIG. 21A, a polycrystalline silicon film 5014 is formed, and before the resist film 5015 is formed, ion implantation is performed on the entire surface to implant a concentration corresponding to a thin film resistor. At this time, in order to implant ions into the side surface of the substrate in the recess 5012, it is preferable to perform oblique rotation ion implantation. In the case of a rectangular recess with only oblique ion implantation, four oblique ion implantations are required. However, if rotational oblique ion implantation is used, only one ion implantation is necessary. Further, a resist pattern is formed in a portion that becomes a piezoresistor, and high concentration ion implantation for wiring is performed. As a result, a predetermined ion implantation amount is applied to the piezoresistive portion, and high concentration ion implantation is performed to the portion that becomes the wiring pattern.

次にレジストパターン5015をマスクとして薄膜抵抗をエッチングして、薄膜抵抗部分と配線部分をパターニングし、レジスト5015をリムーブする。(図21(b))次に、絶縁膜5020を積層する。この絶縁膜5020は薄膜抵抗5014を保護している。薄膜抵抗5014はピエゾ抵抗にもなるし配線としても使用されている。次に、絶縁膜5020上に薄板5016を付着して凹部5012(5012−1、2,3)に蓋をする。その後、薄板5016に圧力伝達孔5012(5012−1、2、3)を開ける。さらに薄膜抵抗配線5014からの引き出し電極を取るコンタクト領域5018における薄板5016を除去する。次にコンタクト孔5019を形成し、薄膜抵抗配線5014にかける電圧を印加し電流を流せるようにする。このコンタクト部にさらに配線・電極を設けても良い。 Next, the thin film resistor is etched using the resist pattern 5015 as a mask to pattern the thin film resistor portion and the wiring portion, and the resist 5015 is removed. (FIG. 21B) Next, an insulating film 5020 is laminated. This insulating film 5020 protects the thin film resistor 5014. The thin film resistor 5014 can be a piezoresistor or used as a wiring. Next, a thin plate 5016 is attached on the insulating film 5020, and the concave portions 5012 (5012-1, 2, 3) are covered. Thereafter, pressure transmission holes 5012 (5012-1, 2, 3) are opened in the thin plate 5016. Further, the thin plate 5016 in the contact region 5018 that takes the lead electrode from the thin film resistance wiring 5014 is removed. Next, a contact hole 5019 is formed, and a voltage applied to the thin film resistance wiring 5014 is applied so that a current can flow. Wiring / electrodes may be further provided in this contact portion.

以上のようにして、凹部内の内面、すなわち基板側壁5011(5011−1、2)の側面にピエゾ抵抗およびブリッジ回路用配線を形成できた。凹部5012−2の圧力をP2とし、基板側壁5011−1を隔てた凹部5012−1の圧力をP1とし、P2>P1とすれば基板側壁5011−1が凹部5012−1側へ膨らむ(変形する)。このとき、薄膜抵抗5014からなるピエゾ抵抗値の変化をブリッジ回路で測定できる。図21(c)から分かるように、基板側壁5011−1の側壁の両面にブリッジ回路を形成できるので、感度が2倍となる。凹部5012−2の圧力をP2とし、基板側壁5011−2の両面に形成した抵抗も同様である。 As described above, the piezoresistor and the bridge circuit wiring could be formed on the inner surface in the recess, that is, the side surface of the substrate side wall 5011 (5011-1 and 5011). If the pressure of the concave portion 5012-2 is P2, the pressure of the concave portion 5012-1 across the substrate side wall 5011-1 is P1, and P2> P1, the substrate side wall 5011-1 swells (deforms) toward the concave portion 5012-1. ). At this time, the change in the piezoresistance value composed of the thin film resistor 5014 can be measured by the bridge circuit. As can be seen from FIG. 21 (c), since the bridge circuit can be formed on both sides of the side wall of the substrate side wall 5011-1, the sensitivity is doubled. The same applies to the resistance formed on both surfaces of the substrate side wall 5011-2 with the pressure of the recess 5012-2 being P2.

このように本発明のブリッジ回路は少ない平面的面積で構成できる。たとえば、ダイヤフラムの大きさを300μmx300μmとしたとき、凹部の幅を25μm、基板側壁の幅を5μmとすれば、本発明の圧力センサーの大きさは60μmx300μmとなり、平面的な従来のダイヤフラムに比べると1/5の面積となり、しかも2つのブリッジ回路を組めるので、感度が2倍となっている。また、同じ平面的な占有面積とすれば、9個のダイヤフラムを形成でき、その両側にブリッジ回路を組めるので、感度は18倍になっている。 Thus, the bridge circuit of the present invention can be configured with a small planar area. For example, when the size of the diaphragm is 300 μm × 300 μm, if the width of the recess is 25 μm and the width of the substrate side wall is 5 μm, the size of the pressure sensor of the present invention is 60 μm × 300 μm, which is 1 in comparison with a planar conventional diaphragm. Since the area is / 5 and two bridge circuits can be assembled, the sensitivity is doubled. Further, if the same planar area is occupied, nine diaphragms can be formed and bridge circuits can be assembled on both sides thereof, so the sensitivity is 18 times.

これまでに説明したように、本発明の基板はポリマーやゴム等を使用できるし、シリコン等の半導体基板上にもインプリント法等を用いてポリマーやゴム内に凹部や薄膜抵抗等を使用できる。しかもポリマーやゴム等はシリコンよりヤング率がかなり小さい(シリコンのヤング率約130GPa、ポリマー約0.1〜5GPa、ゴム約0.01〜0.1GPa)ので、1桁小さいダイヤフラムでも同程度の変形量を得ることができる。たとえば、ポリマーやゴム等の厚みを50μm程度にしてインプリント法やフォトリソ+エッチング法で凹部および基板側壁を形成して、基板側壁(ダイヤフラム)の大きさを30μm(深さ方向)x30μm(長さ方向)、基板側壁の厚み5〜10μmとしても大きな変形量を得ることができるので、その側壁の側面にピエゾ抵抗パターンを形成し、従来のシリコン基板のダイヤフラム(300μmx300μm、厚み5〜10μm)並みのピエゾ抵抗変化を得ることができる。2個の凹部で不足であれば必要な分凹部を作り接続していけば良く、それでもかなり小さな面積となる。このようにすれば、シリコン半導体基板にICを作製した後に、ICの隙間部分にポリマーやゴムを塗布してピエゾ抵抗型圧力センサーを作製できる。従って、圧力センサー+ICを1チップ化でき、しかもICの面積は殆ど変わらないようにすることもできる。 As described above, the substrate of the present invention can use a polymer, rubber or the like, and can also use a recess or a thin film resistor in a polymer or rubber on a semiconductor substrate such as silicon by using an imprint method. . In addition, the Young's modulus of polymers and rubbers is considerably smaller than that of silicon (Young's modulus of silicon is about 130 GPa, polymer is about 0.1 to 5 GPa, and rubber is about 0.01 to 0.1 GPa), so even a diaphragm that is an order of magnitude smaller will have the same deformation. The quantity can be obtained. For example, the thickness of the polymer or rubber is set to about 50 μm, and the recess and the substrate side wall are formed by imprinting or photolithography + etching, and the size of the substrate side wall (diaphragm) is 30 μm (depth direction) × 30 μm (length). Direction), a large amount of deformation can be obtained even if the thickness of the substrate side wall is 5 to 10 μm. Therefore, a piezoresistive pattern is formed on the side surface of the side wall, which is similar to a conventional silicon substrate diaphragm (300 μm × 300 μm, thickness 5 to 10 μm). A change in piezoresistance can be obtained. If there are not enough two recesses, it is sufficient to create and connect as many recesses as necessary, and the area is still quite small. In this way, after an IC is fabricated on a silicon semiconductor substrate, a piezoresistive pressure sensor can be fabricated by applying a polymer or rubber to the gap portion of the IC. Therefore, the pressure sensor + IC can be integrated into one chip, and the area of the IC can be hardly changed.

また、シリコン等の半導体基板に、前述した様にポリマーやゴム層の基板厚みと同程度の凹部を形成し、その凹部にポリマーやゴム層を埋め込んでその部分を基板とすれば、他のシリコン等の半導体基板との段差も小さくできるので、ポリマーやゴム層からなる圧力センサ部と半導体基板側を接続する配線の段切れ等の問題も解消することができる。さらに、ピエゾ抵抗型圧力センサーは、基板を第1面から第2面に貫通した貫通溝タイプにも使用できる。また、第1面側から形成した第1凹部と第2面側から形成した第2凹部とで挟まれた基板側壁の側面に形成することもできる。 In addition, as described above, a recess having the same thickness as that of the polymer or rubber layer is formed on a semiconductor substrate such as silicon, and the polymer or rubber layer is embedded in the recess to make the portion a substrate. Since the level difference between the semiconductor substrate and the like can be reduced, problems such as disconnection of the wiring connecting the pressure sensor portion made of a polymer or rubber layer and the semiconductor substrate side can be solved. Furthermore, the piezoresistive pressure sensor can also be used in a through groove type that penetrates the substrate from the first surface to the second surface. It can also be formed on the side surface of the substrate side wall sandwiched between the first recess formed from the first surface side and the second recess formed from the second surface side.

図22は、シリコン等の半導体基板内にピエゾ抵抗を形成する場合の構造および製造方法を示す別の実施形態を示す図である。半導体基板5031内に凹部5032(5032−1、2、3)を形成した後、第1面上に薄い絶縁膜5037を形成する。この後、導電体膜5033を積層する。絶縁膜5037は導電体膜5033を半導体基板5031上に直接形成すると問題ある場合に積層する。たとえば、密着性向上の目的、導電体膜5033をリムーブするときに半導体基板5031にダメッジが入らないようにする目的などである。絶縁膜5037は熱酸化膜でも良いし、CVD、PVD等による積層膜でも良い。導電体膜5033は感光性の電着レジスト膜を形成する目的で形成する。また、その膜厚(絶縁膜5037の膜厚と合わせて)は、イオン注入時に半導体基板内に不純物イオンが入ることができる厚みとする。従って、電着レジスト膜が形成できれば薄いほど良い。たとえば、絶縁膜5037の厚みは5nm〜100nm、導電体膜の厚みは10nm〜200nmである。導電体膜5033は電着レジストが可能な導電膜であり、たとえば、ドープしたシリコン膜、アルミニウム、チタン、クロム等の金属膜や合金膜、あるいは導電炭素膜、導電性ポリマーでも良い。 FIG. 22 is a diagram showing another embodiment showing a structure and a manufacturing method when a piezoresistor is formed in a semiconductor substrate such as silicon. After forming the recesses 5032 (5032-1, 3, and 3) in the semiconductor substrate 5031, a thin insulating film 5037 is formed on the first surface. Thereafter, a conductor film 5033 is stacked. The insulating film 5037 is stacked when there is a problem in forming the conductor film 5033 directly on the semiconductor substrate 5031. For example, the purpose is to improve adhesion, and the purpose is to prevent damage from entering the semiconductor substrate 5031 when the conductor film 5033 is removed. The insulating film 5037 may be a thermal oxide film or a laminated film formed by CVD, PVD, or the like. The conductor film 5033 is formed for the purpose of forming a photosensitive electrodeposition resist film. Further, the film thickness (in combination with the film thickness of the insulating film 5037) is set to a thickness at which impurity ions can enter the semiconductor substrate during ion implantation. Therefore, the thinner the electrodeposition resist film, the better. For example, the insulating film 5037 has a thickness of 5 nm to 100 nm, and the conductor film has a thickness of 10 nm to 200 nm. The conductor film 5033 is a conductive film capable of electrodeposition resist, and may be, for example, a doped silicon film, a metal film such as aluminum, titanium, or chromium, an alloy film, a conductive carbon film, or a conductive polymer.

次に電着法で感光性の電着膜5034を積層し、斜め露光法(凹部内を露光するためにレーザー光を傾けて露光する。矩形状の凹部の場合、各側面を露光する場合4回露光する必要があるが、基板または露光を回転させて露光を行なうことによって1回の露光で各側面の露光が可能となる。)等で必要なパターニング5034を行なう。特にピエゾ抵抗となる領域や配線となるべき部分は窓開けする。次にイオン注入を行ない、窓開けした所から半導体基板内部のピエゾ抵抗、配線領域にイオン注入する。基板の第1面に垂直な基板側壁の側面にもイオン注入するために、斜めイオン注入を行なう。凹部が矩形の場合、凹部の面に垂直方向から照射するのが望ましいのですべての側面にイオン注入するには4回イオン注入する必要がある。ただし、回転イオン注入であれば(基板を回転しても良い)1回で済む。電着レジスト膜で窓開けした部分には導電体膜5034や絶縁膜5033が存在するので、これらの厚みや材料を考慮してイオン注入の加速エネルギーを決定する。当然マスクとなっている電着レジスト膜の厚みの考慮も必要である。あるいは、電着膜を窓開けした後に窓開けした部分の導電体膜5034をエッチング除去してからイオン注入しても良い。絶縁膜5037はこの導電体膜5034のエッチングストッパーともなる。 Next, a photosensitive electrodeposition film 5034 is laminated by an electrodeposition method, and exposure is performed by oblique exposure (inclined laser light to expose the inside of the recess. In the case of a rectangular recess, each side surface is exposed 4. Although it is necessary to perform the exposure twice, each side surface can be exposed by one exposure by rotating the substrate or the exposure to perform exposure, and the necessary patterning 5034 is performed. In particular, areas that are to be piezoresistive and portions that are to be wiring are opened. Next, ion implantation is performed, and ions are implanted into the piezoresistor and wiring region inside the semiconductor substrate from the place where the window is opened. In order to perform ion implantation also on the side surface of the substrate side wall perpendicular to the first surface of the substrate, oblique ion implantation is performed. When the concave portion is rectangular, it is desirable to irradiate the surface of the concave portion from the vertical direction. Therefore, ion implantation needs to be performed four times in order to implant ions into all the side surfaces. However, in the case of rotary ion implantation, the substrate may be rotated once. Since the conductor film 5034 and the insulating film 5033 exist in the portion opened by the electrodeposition resist film, the ion implantation acceleration energy is determined in consideration of the thickness and material thereof. Of course, it is also necessary to consider the thickness of the electrodeposition resist film serving as a mask. Alternatively, after the electrodeposition film is opened, the conductive film 5034 in the opened portion may be removed by etching and then ion implantation may be performed. The insulating film 5037 also serves as an etching stopper for the conductor film 5034.

イオン注入後電着レジスト膜を除去し、さらに導電体膜5034を除去する。絶縁膜5037も除去しても良いし、残しても良い。その後、イオン注入したイオンを活性化するための熱処理を行ないイオン注入層5036を形成する。ダイヤフラムとなる基板側壁5031(5031−1、2)にピエゾ抵抗領域となるイオン注入層5036や配線層となるイオン注入層5036が形成される。この絶縁膜5037は薄いので、次に絶縁膜5038を形成し、さらに導電体膜5039を形成する。この導電体膜はこの上に電着レジスト膜5040を形成する目的であるが、凹部5032(5032−1、2)内にパターンを形成しないときは、基板5031の上面のみにパターンを形成するだけなので、この導電体膜5039を形成せず直接感光性レジストを形成することができる。次に斜め露光法等により、凹部内に開口部5042や基板5031の第1面上に開口部5041を形成する。(図22(c))この導電体膜5039は電着膜5040を形成する目的であるため、電着膜5040を形成できれば薄いほど良い。 After the ion implantation, the electrodeposition resist film is removed, and the conductor film 5034 is further removed. The insulating film 5037 may also be removed or left. Thereafter, a heat treatment for activating the ion-implanted ions is performed to form an ion-implanted layer 5036. An ion implantation layer 5036 serving as a piezoresistive region and an ion implantation layer 5036 serving as a wiring layer are formed on a substrate side wall 5031 (5031-1 and 2) serving as a diaphragm. Since this insulating film 5037 is thin, an insulating film 5038 is formed next, and a conductor film 5039 is further formed. This conductive film is intended to form an electrodeposition resist film 5040 on the conductive film. However, when a pattern is not formed in the recess 5032 (5032-1 and 5032), the pattern is formed only on the upper surface of the substrate 5031. Therefore, a photosensitive resist can be formed directly without forming the conductor film 5039. Next, an opening 5041 and an opening 5041 are formed on the first surface of the substrate 5031 in the recess by oblique exposure. (FIG. 22C) Since this conductor film 5039 is for the purpose of forming the electrodeposition film 5040, the thinner the electrodeposition film 5040, the better.

次にこの開口部5041、5042から導電体膜5039をエッチング除去し、さらにこの開口部の絶縁膜5038をエッチングし、基板5031内のイオン注入層5036を露出させる。{図22(d)}次に電着レジスト膜5040をリムーブし、さらに導電体膜5039をリムーブする。ただし導電体膜5039は問題なければ残しておくこともできる。次に図22(e)に示すように導電体膜5045を積層する。この導電体膜5045はコンタクト領域5043(基板5031上の平坦部)やコンタクト領域5044(凹部内)にも積層しイオン注入層5036とコンタクトする。この導電体膜5045は金属シリサイド膜、ドープした多結晶シリコン膜、各種金属膜、導電性ポリマー等を適宜選択すれば良い。導電体膜5039を残しておき、メッキ法や選択CVD法により導電体膜5039上およびコンタクト領域にメッキ金属等の導電体膜5045を積層しても良い。メッキ金属として、たとえば、Cu、Ni、Cr等、選択CVD金属としてW等がある。 Next, the conductor film 5039 is removed by etching from the openings 5041 and 5042, and the insulating film 5038 in the openings is further etched to expose the ion implantation layer 5036 in the substrate 5031. {FIG. 22D} Next, the electrodeposition resist film 5040 is removed, and further the conductor film 5039 is removed. However, the conductor film 5039 can be left as long as there is no problem. Next, as shown in FIG. 22E, a conductor film 5045 is stacked. The conductor film 5045 is also stacked on the contact region 5043 (a flat portion on the substrate 5031) and the contact region 5044 (in the recess) to be in contact with the ion implantation layer 5036. As the conductor film 5045, a metal silicide film, a doped polycrystalline silicon film, various metal films, a conductive polymer, or the like may be appropriately selected. The conductor film 5039 may be left, and a conductor film 5045 such as a plating metal may be laminated on the conductor film 5039 and the contact region by a plating method or a selective CVD method. Examples of the plating metal include Cu, Ni, and Cr, and examples of the selective CVD metal include W.

次に導電体膜5045をパターニングし、導電体膜5045をエッチング除去し必要な配線を形成する。次に絶縁膜5046を形成し、さらに薄板5047を付着して凹部5032(5032−1、2、3)に蓋をする。その後、圧力伝達孔5048(5048−1、2、3)をあける。また、導電体膜5045からの引き出し電極を形成すべき領域の薄板5047を除去する。尚これらの薄板の開口は予め除去しておいた薄板5047をアライメントして基板5031上に付着しても良い。次に、導電体膜5045との接続孔(コンタクト孔)5051を形成し、引き出し電極5052を形成する。 Next, the conductor film 5045 is patterned, and the conductor film 5045 is removed by etching to form necessary wiring. Next, an insulating film 5046 is formed, and a thin plate 5047 is attached to cover the recesses 5032 (5032-1, 2, 3). Then, the pressure transmission hole 5048 (5048-1, 3) is opened. Further, the thin plate 5047 in the region where the lead electrode is to be formed from the conductor film 5045 is removed. These thin plate openings may be attached to the substrate 5031 by aligning the thin plate 5047 previously removed. Next, a connection hole (contact hole) 5051 with the conductor film 5045 is formed, and an extraction electrode 5052 is formed.

以上のようにして、基板側壁5031−1、2の側面にピエゾ抵抗層を形成でき、半導体基板5031内のイオン注入層(拡散層)5036による配線、そこと接続した導電体膜5045による配線を用いてブリッジ回路を組んで、圧力伝達孔5048(5048−1、2、3)から凹部5032(5032−1、2、3)へ印加した圧力P1、P2、P3による圧力差から生じる基板側壁5031(5031−1、2)の変形によって変化するピエゾ抵抗の変化量に基づいて印加された圧力差を求めることができる。尚、イオン注入層5036の代わりに拡散層5036を作製することもできる。たとえば、図22(a)において、電着レジストパターンによって、導電体膜5033をエッチングしてさらにその下の絶縁膜5037もエッチングした後、電着レジストをリムーブし、さらに導電体膜5033をリムーブして絶縁膜5037の開口部を得る。絶縁膜5037の開口部から所望の濃度のプリデポ+拡散で拡散層5036を得ることができる。尚、この場合には絶縁膜5037がプリデポおよび拡散のマスクとなっているので、イオン注入法による場合よりも厚く絶縁膜5037を積層することが望ましい。また、基板5031内のイオン注入層(拡散層)配線層の濃度を上げるために、前述したことと同様の方法で、さらにイオン注入層またはプリデポ+拡散層を形成することもできる。半導体基板5031内にピエゾ抵抗層を作製すると、このピエゾ抵抗層は半導体基板そのものであるから、信頼性や品質が高いことが利点である。 As described above, the piezoresistive layer can be formed on the side surfaces of the substrate side walls 5031-1 and 5031-2. The substrate side wall 5031 which arises from the pressure difference by the pressure P1, P2, P3 applied to the recessed part 5032 (5032-1, 3) from the pressure transmission hole 5048 (5048-1, 2, 3) is assembled using the bridge circuit. The applied pressure difference can be obtained based on the amount of change in piezoresistance that changes due to the deformation of (5031-1, 2). Note that a diffusion layer 5036 can be formed instead of the ion implantation layer 5036. For example, in FIG. 22A, after the conductor film 5033 is etched by the electrodeposition resist pattern and the insulating film 5037 therebelow is etched, the electrodeposition resist is removed, and the conductor film 5033 is further removed. Thus, an opening of the insulating film 5037 is obtained. A diffusion layer 5036 can be obtained from the opening of the insulating film 5037 by predeposition + diffusion with a desired concentration. In this case, since the insulating film 5037 serves as a pre-deposition and diffusion mask, it is desirable to stack the insulating film 5037 thicker than in the case of the ion implantation method. Further, in order to increase the concentration of the ion implantation layer (diffusion layer) wiring layer in the substrate 5031, an ion implantation layer or a predepot + diffusion layer can be further formed by the same method as described above. When a piezoresistive layer is manufactured in the semiconductor substrate 5031, the piezoresistive layer is the semiconductor substrate itself, and thus has an advantage of high reliability and quality.

電着レジストパターンにより板凹部へパターニングできるが、通常のレジストを用いても側壁凹部へパターニングできる。図23は、側壁の側面に抵抗体を形成する一実施形態を示す図である。図23(a)はシリコン基板9001に貫通溝8099(8099−1〜5)が形成され、シリコン基板9001の下面(第2面)にサポート基板9021が付着している。側壁9001(9001−1〜6)の側面および9001の上面(第1面)には絶縁膜8991が積層されている。シリコン半導体基板9001の貫通溝8999が開口している面(上面、第1面)上に感光性シート(シート状感光性膜よも言う)9201を付着させる。感光性シート9201を付着させるとき真空中(または低圧状態)で付着させると良い。貫通溝8999の開口部分9203においては、感光性シート9201を支える部分がないため、感光性シート9201は少し窪む。
次に、図23(b)に示すように、プリベークを行って感光性シート9202を軟化させると貫通溝8999内に入り込み、側壁9001(9001−1〜6)の側面および貫通溝8999の底へ付着する。感光性シート9201を付着させるときの圧力より高い圧力をかけてプリベークすれば、その圧力差で感光性シート9201が貫通溝8999の内部に入る。特に貫通溝8999内は真空(または低圧)になっていて殆ど気体がないので、感光性シート9201はスムーズに貫通溝8999の内部に垂れていき、側壁9001(9001−1〜5)の側面および貫通溝の底(すなわち、サポート基板9021の開口面)にしっかりと空隙がなく付着する。貫通溝8999内の感光性シート9201の(平均)膜厚をt21、貫通溝8999内の幅をd21、深さをh21、奥行きをw21とすると、感光性シート9201の貫通溝8999内の体積は約d21*h21*w21*t21となる。付着直後の感光性シートの厚みをteとし、貫通溝8999の開口部の感光性膜が全部貫通溝8999内に入り込んだとすると(実際には、貫通溝8999の開口部の外側、すなわちシリコン基板9001上の感光性シートの一部も軟化して貫通溝8999内に入り込む)、
d21*h21*w21*t21=d21*w21*teが成り立つので、te=h21*t21となる。
イオン注入の注入深さをmax0.3μmとすれば、h21=300μmとすると、t21は0.3μm以上となれば良いので、感光性シート9201として、厚み90μmのものを使用すれば良い。このように、イオン注入の注入深さからこの関係式を用いて使用する感光性シート9201のおおよその厚みを決定すれば良い。
Although patterning can be performed on the plate recess by the electrodeposition resist pattern, patterning can also be performed on the sidewall recess using a normal resist. FIG. 23 is a diagram showing an embodiment in which a resistor is formed on the side surface of the side wall. In FIG. 23A, through-grooves 8099 (8099-1 to 5) are formed in a silicon substrate 9001, and a support substrate 9021 is attached to the lower surface (second surface) of the silicon substrate 9001. An insulating film 8991 is stacked on the side surfaces of the sidewalls 9001 (9001-1 to 61-1) and the upper surface (first surface) of the 9001. A photosensitive sheet (also referred to as a sheet-like photosensitive film) 9201 is attached to the surface (upper surface, first surface) of the silicon semiconductor substrate 9001 where the through groove 8999 is open. When the photosensitive sheet 9201 is attached, it may be attached in a vacuum (or in a low pressure state). In the opening portion 9203 of the through groove 8999, the photosensitive sheet 9201 is slightly depressed because there is no portion that supports the photosensitive sheet 9201.
Next, as shown in FIG. 23B, when pre-baking is performed to soften the photosensitive sheet 9202, the photosensitive sheet 9202 enters the through groove 8999 and moves to the side surface of the side wall 9001 (9001-1 to 61-1) and the bottom of the through groove 8999. Adhere to. If pre-baking is performed by applying a pressure higher than the pressure at which the photosensitive sheet 9201 is adhered, the photosensitive sheet 9201 enters the inside of the through groove 8999 by the pressure difference. In particular, since the inside of the through groove 8999 is vacuum (or low pressure) and there is almost no gas, the photosensitive sheet 9201 smoothly hangs down inside the through groove 8999, and the side surface of the side wall 9001 (9001-1 to 5) and It adheres firmly to the bottom of the through groove (that is, the opening surface of the support substrate 9021) without a gap. If the (average) film thickness of the photosensitive sheet 9201 in the through groove 8999 is t21, the width in the through groove 8999 is d21, the depth is h21, and the depth is w21, the volume in the through groove 8999 of the photosensitive sheet 9201 is It is about d21 * h21 * w21 * t21. Assuming that the thickness of the photosensitive sheet immediately after adhesion is te, and the photosensitive film at the opening of the through groove 8999 has completely entered the through groove 8999 (actually, outside the opening of the through groove 8999, that is, on the silicon substrate 9001). Part of the photosensitive sheet is softened and enters the through groove 8999).
Since d21 * h21 * w21 * t21 = d21 * w21 * te holds, te = h21 * t21.
If the implantation depth of ion implantation is set to max 0.3 μm, if h 21 = 300 μm, t 21 may be 0.3 μm or more. Therefore, a photosensitive sheet 9201 having a thickness of 90 μm may be used. Thus, the approximate thickness of the photosensitive sheet 9201 to be used may be determined from the implantation depth of ion implantation using this relational expression.

プリベーク後に側壁9001(9001−1〜6)の側面および貫通溝8999の底へ付着した感光性膜9201に光EX12を照射しマスクを用いて感光する。光EX12の照射角度はシリコン基板9101の表面に対してβ22の角度として、側壁9001の側面に照射する。この状態を図23(c)の模式図に基づいて説明する。光EX12は、マスク9205のパターン9207を通って、側壁9001の側面に付着した感光性膜9201上に照射される。光EX12が、側壁9001の側面に付着した感光性膜9201に照射してパターン形成されるためには、シリコン基板9101の表面に対してある角度(β22)傾けて光EX12を照射する必要がある。マスク9205のパターン9207のパターン幅d22は、側壁9001の側面の感光性膜9201上でd22/tanβ22の幅となる。露光後に現像して抵抗体を作りたい所(図23(c)では、x22の部分)の感光性膜を除去する。従って、図23(c)に示す例は感光性膜9201はネガ型である。ポジ型の感光性膜9201の場合には、マスクの空き部分をネガ型の場合と逆にして抵抗体を形成する部分には光を照射しないようにする。露光の照射方向は、図34で説明したイオン注入と同じ方向で、パターンを形成したい側壁9001(9001−1〜6)の側面に照射できるようにする。すなわち、図23(b)において、側壁の右側面にパターン形成したいときは、右側から照射し(図23(b)において、EX12)、側壁の左側面にパターン形成したいときは、左側から照射する(図23(b)において、EX11)。 After pre-baking, the photosensitive film 9201 attached to the side surface of the side wall 9001 (9001-1 to 61-1) and the bottom of the through groove 8999 is irradiated with light EX12 and exposed using a mask. The irradiation angle of the light EX12 is set to an angle β22 with respect to the surface of the silicon substrate 9101 and the side surface of the side wall 9001 is irradiated. This state will be described based on the schematic diagram of FIG. The light EX12 passes through the pattern 9207 of the mask 9205 and is irradiated onto the photosensitive film 9201 attached to the side surface of the side wall 9001. In order for the light EX12 to irradiate and pattern the photosensitive film 9201 attached to the side surface of the side wall 9001, it is necessary to irradiate the light EX12 at an angle (β22) with respect to the surface of the silicon substrate 9101. . The pattern width d22 of the pattern 9207 of the mask 9205 is a width of d22 / tan β22 on the photosensitive film 9201 on the side surface of the side wall 9001. After the exposure, the photosensitive film is removed where it is desired to form a resistor (in FIG. 23 (c), x22 portion). Therefore, in the example shown in FIG. 23C, the photosensitive film 9201 is a negative type. In the case of the positive type photosensitive film 9201, the vacant part of the mask is reversed from the case of the negative type so that the part where the resistor is formed is not irradiated with light. The irradiation direction of the exposure is the same as the ion implantation described with reference to FIG. That is, in FIG. 23B, when pattern formation is desired on the right side surface of the side wall, irradiation is performed from the right side (EX12 in FIG. 23B), and when pattern formation is desired on the left side surface of the side wall, irradiation is performed from the left side. (EX11 in FIG. 23 (b)).

以上のようにして、図23(d)に示すように抵抗体を形成すべき部分9209が窓開けされる。感光性膜9201の本ベークを行って感光性膜を硬化させた後、側壁9201(9001−1〜6)の側面にイオン注入(II24、II25)を行い、この窓開けされた部分8209の側壁側面シリコン基板にイオン注入層9211を形成する。イオン注入の加速エネルギーは、絶縁膜8991の厚みを考慮して、どの程度の深さにイオン注入層9211を形成するかで決定する。イオン注入の加速エネルギーを下げたければ、窓開けされた部分9209の絶縁膜8991を除去しても良い。この除去方法として、絶縁膜をエッチングできるウエットエッチング液に浸漬したり、あるいは等方角性ドライエッチングを行ったりする。また、イオン注入(II24、II25)は、図34において説明したように、側壁9201(9001−1〜6)の側面にイオン注入するために一定角度(α24、α25)傾けてイオン注入する。イオン注入の方向は、図34で説明したイオン注入と同じ方向で、窓開けされたパターンを形成した側壁9001(9001−1〜6)の側面に照射できるようにする。すなわち、図23(d)において、側壁の右側面に窓開け9209が形成されているときは、右側からイオン注入し(図23(d)において、II25)、側壁の左側面に窓開け9209が形成されているときは、左側からイオン注入する(図23(d)において、II24)。抵抗体の濃度(抵抗)により、イオン注入量を決定する。尚、イオン注入の場合には、絶縁膜8991はなくても良い。イオン注入ではなく、拡散法で抵抗体を形成することもできる。その場合には、窓開けされた部分9209の絶縁膜9209をエッチングした後、感光性膜9201を除去した後に、拡散を行えば良い。 As described above, the portion 9209 where the resistor is to be formed is opened as shown in FIG. After the photosensitive film 9201 is baked to cure the photosensitive film, ion implantation (II24, II25) is performed on the side surface of the side wall 9201 (9001-1 to 61-1), and the side wall of the opened portion 8209 is formed. An ion implantation layer 9211 is formed on the side silicon substrate. The acceleration energy of ion implantation is determined depending on the depth at which the ion implantation layer 9211 is formed in consideration of the thickness of the insulating film 8991. If the acceleration energy of ion implantation is to be lowered, the insulating film 8991 in the portion 9209 having the window opened may be removed. As this removal method, the insulating film is immersed in a wet etching solution or isotropic dry etching is performed. In addition, as described with reference to FIG. 34, the ion implantation (II24, II25) is performed at a predetermined angle (α24, α25) to inject ions into the side surfaces of the side walls 9201 (9001-1 to 9001). The ion implantation is performed in the same direction as the ion implantation described with reference to FIG. 23D, when the window opening 9209 is formed on the right side surface of the side wall, ions are implanted from the right side (II25 in FIG. 23D), and the window opening 9209 is formed on the left side surface of the side wall. If formed, ions are implanted from the left side (II24 in FIG. 23 (d)). The ion implantation amount is determined by the concentration (resistance) of the resistor. Note that in the case of ion implantation, the insulating film 8991 may be omitted. The resistor can be formed not by ion implantation but by a diffusion method. In that case, diffusion may be performed after the insulating film 9209 in the portion 9209 having the window opened is etched and the photosensitive film 9201 is removed.

次に抵抗体を配線層に接続する拡散配線層を側壁9201(9001−1〜6)の側面に形成する必要がある。この形成も図23(a)〜(d)において説明した方法と同じ方法で行なうことができる。抵抗体としてのイオン注入層9211を形成した後に感光性膜9201を除去(リムーブ)する。このリムーブは、有機系のレジスト剥離液や濃硝酸等のウエット式剥離法や、酸素プラズマ等を用いたアッシングにより行なう。次に図23(a)および(b)に示した方法と同じく、感光性シートを真空中でシリコン基板9001の第1面側に付着させる。これは真空中や1気圧以下の低圧で行なうことが望ましい。その後プリベークを行って感光性シートを貫通溝の側壁側面や底部に付着させる。次に露光して、既に形成した抵抗体9211に接続できるように感光性シートをパターニングする。この露光も同様に傾斜させて側壁側面にパターニングできるようにする。また、側面のパターンが第1面の配線につながるようにもパターニングする。パターニング終了後、この窓開けされた部分にイオン注入を行う。このイオン注入は、抵抗体を形成したイオン注入よりも高濃度であり、配線抵抗を下げる必要がある。従って、パターニング幅を広くしてイオン注入層の抵抗が低くなるようにする。この高濃度のイオン注入層は抵抗体のイオン注入層9211と接続するようにするが、そのオーバーラップは抵抗体9211の両端であり、抵抗体9211の本体には高濃度のイオン注入がされないように抵抗体9211の本体部分は感光性膜で被覆しておく必要がある。(抵抗体と高濃度イオン注入層(拡散配線層)とは接続しなければならないので、のオーバーラップは必須である。)高濃度のイオン注入であるから、ハイカレントイオン注入装置を使用することが望ましい。尚、簡単に分かるように、高濃度層のイオン注入層を作る工程と抵抗体をイオン注入で作る工程は逆に形成しても良い。また、高濃度の拡散層(配線層)も拡散法(プリデポ)で作ることもできる。以上のようにして、側壁側面に抵抗体およびそれに接続する低抵抗拡散配線層を形成できる。尚、抵抗体の不純物濃度は約1017/cm〜1020/cmであり、拡散配線層(低抵抗)の不純物濃度は、抵抗体の不純物濃度より大きく約1019/cm〜1020/cm〜1022/cmである。また、側壁がN型シリコンである場合には不純物はP型であり、側壁がP型シリコンである場合には不純物はN型である。(尚、側壁全体が抵抗体の場合には同じ不純物タイプであっても良い。)さらに、ピエゾ抵抗効果が大きいのはP型であるから、P型の不純物濃度を有する抵抗体にすると、側壁の変化率に対する抵抗体の抵抗変化率が大きくなり感度は上がる。 Next, it is necessary to form a diffusion wiring layer for connecting the resistor to the wiring layer on the side surface of the side wall 9201 (9001-1 to 9001-1). This formation can also be performed by the same method as that described with reference to FIGS. After the ion implantation layer 9211 as a resistor is formed, the photosensitive film 9201 is removed (removed). This removal is performed by wet stripping method such as organic resist stripping solution or concentrated nitric acid, or ashing using oxygen plasma or the like. Next, as in the method shown in FIGS. 23A and 23B, the photosensitive sheet is attached to the first surface side of the silicon substrate 9001 in a vacuum. This is preferably performed in a vacuum or at a low pressure of 1 atmosphere or less. Thereafter, pre-baking is performed to attach the photosensitive sheet to the side wall side or bottom of the through groove. Next, the photosensitive sheet is patterned by exposure so that it can be connected to the resistor 9211 already formed. This exposure is similarly inclined to allow patterning on the side wall of the side wall. Also, patterning is performed so that the side surface pattern is connected to the wiring on the first surface. After the patterning is completed, ion implantation is performed on the opened portion. This ion implantation has a higher concentration than the ion implantation in which the resistor is formed, and it is necessary to lower the wiring resistance. Therefore, the patterning width is increased so that the resistance of the ion implantation layer is lowered. The high-concentration ion implantation layer is connected to the resistor ion-implantation layer 9211, but the overlap is at both ends of the resistor 9211 so that the main body of the resistor 9211 is not subjected to high-concentration ion implantation. In addition, the main body of the resistor 9211 needs to be covered with a photosensitive film. (The resistor and high-concentration ion-implanted layer (diffusion wiring layer) must be connected, so the overlap is essential.) Since high-concentration ion-implantation is used, a high-current ion implanter should be used. Is desirable. As can be easily understood, the step of forming the ion implantation layer of the high concentration layer and the step of forming the resistor by ion implantation may be reversed. A high-concentration diffusion layer (wiring layer) can also be formed by a diffusion method (predeposition). As described above, the resistor and the low resistance diffusion wiring layer connected to the resistor can be formed on the side wall of the sidewall. The impurity concentration of the resistor is about 10 17 / cm 3 to 10 20 / cm 3 , and the impurity concentration of the diffusion wiring layer (low resistance) is larger than the impurity concentration of the resistor and is about 10 19 / cm 3 to 10 20 / cm 3 to 10 22 / cm 3 . Further, when the sidewall is N-type silicon, the impurity is P-type, and when the sidewall is P-type silicon, the impurity is N-type. (If the entire sidewall is a resistor, the same impurity type may be used.) Furthermore, since the piezoresistive effect is the P-type, if the resistor has a P-type impurity concentration, the sidewall The resistance change rate of the resistor with respect to the change rate increases, and the sensitivity increases.

図23において、感光性膜として感光性シートを用いる方法を説明した。これ以外にも感光性膜を側壁の側面に形成する方法がある。図24は、感光性膜を側壁の側面に形成する方法について説明する図である。図24(a)に示すように、液状タイプの感光性膜(通常のレジスト)を貫通溝8999(8999−1〜5)が形成されたシリコン基板9001上に塗布する。貫通溝8999の内部にも液状の感光性膜が入り込む。この塗布は、好適には大気圧中よりも低圧下、望ましくは真空中(超低圧下)で行なうと、貫通溝8999の底まで気泡が入らずに感光性膜が充填する。ただし、貫通溝8999を大部分埋め込む必要はない。次に図24(b)に示すように、挿入型マスク9223を準備する。挿入型マスク9223は貫通溝8999へ入り込む柱状パターン9225を支持するサポート板9224からなる。柱状パターン9225の形状は貫通溝8999の大きさより少し小さめにできていて、形状はほぼ同じである。すなわち、貫通溝8999の幅がd21、奥行き(紙面に対して垂直方向)がw21、柱状パターン9225の幅をd31、奥行き(紙面に対して垂直方向)をw31とすれば、d21>d31、w21>w31である。また柱状パターン9225の長さh31は、貫通溝の深さh21より大きくする。 In FIG. 23, the method using a photosensitive sheet as the photosensitive film has been described. In addition to this, there is a method of forming a photosensitive film on the side surface of the side wall. FIG. 24 is a diagram illustrating a method for forming a photosensitive film on the side surface of the side wall. As shown in FIG. 24A, a liquid type photosensitive film (ordinary resist) is applied on a silicon substrate 9001 in which through grooves 8999 (8999-1 to 5999) are formed. A liquid photosensitive film also enters the inside of the through groove 8999. When this application is preferably performed under a lower pressure than in the atmospheric pressure, preferably in a vacuum (under an ultra-low pressure), the photosensitive film is filled without bubbles entering the bottom of the through groove 8999. However, it is not necessary to embed most of the through grooves 8999. Next, as shown in FIG. 24B, an insertion mask 9223 is prepared. The insertion type mask 9223 includes a support plate 9224 that supports a columnar pattern 9225 that enters the through groove 8999. The shape of the columnar pattern 9225 is slightly smaller than the size of the through groove 8999, and the shape is substantially the same. That is, assuming that the width of the through groove 8999 is d21, the depth (perpendicular to the paper surface) is w21, the width of the columnar pattern 9225 is d31, and the depth (perpendicular to the paper surface) is w31, d21> d31, w21. > W31. Further, the length h31 of the columnar pattern 9225 is made larger than the depth h21 of the through groove.

この挿入型マスク9223を貫通溝8999を有するシリコン基板9001にアライメント合わせを行い、徐々に接近させて、図24(c)に示すように、貫通溝8999の中に柱状パターン9225を挿入する。貫通溝8999の中に入っていた感光性膜9221は、柱状パターン9225に押し出される。適度な深さまで挿入したら、移動を停止する。このときの柱状パターン9225と側壁との距離をe1(左側面との距離)、e2(右側面との距離)とすれば、d21=d31+e1+e2となる。また、柱状パターン9225の底からサポート基板までの距離をf31とする。柱状パターン9225が側壁9001−1〜5に接触しないで貫通溝へ挿入させるためには、挿入型マスク9223とシリコン基板9001とのアライメントは非常に重要である。このアライメントを正確に行なうために、サポート板9224は透明材料であると良い。また、挿入型マスク9223を精度良く作製するために、深堀タイプの異方性エッチング(Deep RIE)を用いて、たとえば石英基板などをエッチングして挿入型マスク9223をとする。尚、側面の感光性膜の厚みは比較的厚くても露光や現像は可能である。たとえば、5〜10μmの厚みでも良いので、d31=d21+10〜20μmでも良い。もちろん合わせ精度が将来は向上するから側面の感光性膜の厚みをさらに小さくすることができる。
挿入型マスク9223を停止させた状態でプリベークを行い半効果させた後、挿入型マスク9223を引き抜く。この結果、図24(d)に示すように、側壁側面に一定厚みの感光性膜9221を側壁にコンフォーマルに形成できる。挿入型マスク9223を引き抜くときに感光性膜9221を一緒に引きずらないようにするために、あらかじめ柱状パターン9225の表面に疎水性溶剤を塗布したり、超音波振動等を加えながら挿入型マスク9223を引き抜いたりすれば良い。このようにして、側壁側面にほぼe1またはe2の厚みを有する感光性膜を形成できる。この後、露光して所望のパターニングを行えば良い。尚、この技術は、圧力センサーへの適用だけでなく、側壁側面にレジストパターンを形成するすべてのパターン形成に適用可能である。尚、挿入型マスク9223にさらにパターンを形成して光が通るようにして柱状パターン9225の内側から光を照射するようにすれば、通常のステッパーやアライナー等の露光装置を使用しなくても良い。プリベークした後に柱状パターン9225から光照射して、その後で挿入型マスク9223を引き抜いて、その後現像すれば、所望の感光性膜パターンを形成することができる。
The insertion type mask 9223 is aligned with the silicon substrate 9001 having the through groove 8999 and gradually approached, and the columnar pattern 9225 is inserted into the through groove 8999 as shown in FIG. The photosensitive film 9221 contained in the through groove 8999 is pushed out to the columnar pattern 9225. Once inserted to a reasonable depth, stop moving. If the distance between the columnar pattern 9225 and the side wall at this time is e1 (distance to the left side) and e2 (distance to the right side), d21 = d31 + e1 + e2. The distance from the bottom of the columnar pattern 9225 to the support substrate is f31. In order for the columnar pattern 9225 to be inserted into the through groove without contacting the side walls 9001-1 to 900-1, the alignment between the insertion mask 9223 and the silicon substrate 9001 is very important. In order to perform this alignment accurately, the support plate 9224 is preferably made of a transparent material. In addition, in order to manufacture the insertion type mask 9223 with high accuracy, the insertion type mask 9223 is formed by etching, for example, a quartz substrate or the like using deep pit type anisotropic etching (Deep RIE). Note that exposure and development are possible even if the photosensitive film on the side surface is relatively thick. For example, since the thickness may be 5 to 10 μm, d31 = d21 + 10 to 20 μm may be used. Of course, since the alignment accuracy will be improved in the future, the thickness of the photosensitive film on the side surface can be further reduced.
After the insertion type mask 9223 is stopped and pre-baked to effect a half effect, the insertion type mask 9223 is pulled out. As a result, as shown in FIG. 24D, a photosensitive film 9221 having a constant thickness can be conformally formed on the side wall of the side wall. In order to prevent the photosensitive film 9221 from being dragged together when the insertion type mask 9223 is pulled out, the insertion type mask 9223 is applied to the surface of the columnar pattern 9225 in advance while applying ultrasonic vibration or the like. Just pull it out. In this way, a photosensitive film having a thickness of approximately e1 or e2 can be formed on the side wall of the side wall. Thereafter, exposure may be performed to perform desired patterning. This technique can be applied not only to pressure sensors, but also to all pattern formations that form resist patterns on the side walls. If a pattern is further formed on the insertion type mask 9223 so that light can pass through the columnar pattern 9225 and light is irradiated from the inside, it is not necessary to use an exposure apparatus such as a normal stepper or aligner. . After pre-baking, a desired photosensitive film pattern can be formed by irradiating light from the columnar pattern 9225, then pulling out the insertion type mask 9223, and then developing.

本発明の基板側壁面は種々の結晶面を選択できる。たとえば、シリコン基板の結晶面(表面)が(100)面であるとき、側壁面9101は、(0xx)面となる。(xは任意の数)さらに、その側壁面に対して(ピエゾ)抵抗体も種々の方位になるように形成することができる。たとえば、側壁面が(010)面であれば、<110>方向へ抵抗体を形成すればピエゾ抵抗効果が最も大きくなるので、抵抗変化も大きくすることができる。変形率は大きい方が測定値の差が大きくなり感度が良くなる。従って、抵抗体を変形率(歪)の大きい側面の端部に配置する。さらに、最もピエゾ抵抗効果の大きい結晶面上で、最もピエゾ抵抗効果の大きい結晶軸の方向に抵抗体の長手方向を配置し、かつ最もピエゾ抵抗効果の大きい結晶軸の方向に抵抗体の短辺方向を配置することが望ましい。たとえば、基板側壁側面の面方位が(100)の場合には、<110>方向に抵抗体の長手方向を、かつ<110>方向に抵抗体の短辺方向を配置する。(結晶方位依存性は基板側壁の変形にも寄与するので、静電容量型圧力センサにも同様のことが言える。) Various crystal planes can be selected for the substrate side wall surface of the present invention. For example, when the crystal plane (surface) of the silicon substrate is a (100) plane, the side wall surface 9101 is a (0xx) plane. (X is an arbitrary number) Furthermore, the (piezo) resistor can be formed in various orientations with respect to the side wall surface. For example, if the side wall surface is the (010) plane, the resistance change can be increased because the piezoresistance effect is maximized when the resistor is formed in the <110> direction. The larger the deformation rate, the greater the difference in measured values and the better the sensitivity. Therefore, the resistor is disposed at the end of the side surface having a large deformation rate (strain). Further, on the crystal plane having the largest piezoresistance effect, the longitudinal direction of the resistor is arranged in the direction of the crystal axis having the largest piezoresistance effect, and the short side of the resistor is arranged in the direction of the crystal axis having the largest piezoresistance effect. It is desirable to arrange the direction. For example, when the surface orientation of the side wall of the substrate is (100), the longitudinal direction of the resistor is arranged in the <110> direction and the short side direction of the resistor is arranged in the <110> direction. (Since the dependence on crystal orientation contributes to the deformation of the substrate side wall, the same can be said for the capacitive pressure sensor.)

以上説明してきたように、本発明の貫通溝で挟んだ側壁の側面(貫通溝)に(ピエゾ)抵抗体を形成する(側壁全体が抵抗体である場合も含む)ことにより、側壁の両側面にかかる圧力差(P1−P2)によって側壁が変形することを用いて、圧力差(P1−P2)を検出することができる。ホイートストンブリッジ回路だけでなく、他の抵抗測定回路を用いても圧力差によるピエゾ抵抗体の変化を測定し、その測定値から圧力を検出することができる。また、LSIで使用するシリコン基板と同じもの(たとえば、不純物濃度や結晶面方位が同じ)を使用できるので、本発明の圧力センサとLSIを同じチップに搭載できる。しかも従来の平面型ダイヤフラムに比べて圧力センサの面積を非常に小さくすることができるので、LSIのチップサイズを大きくすることもない。具体的には、圧力センサの面積は、従来の平面型ダイヤフラムが500μm*500μmのサイズに対して、側壁4枚の場合で500μm*200μmのサイズで充分である。側壁1枚なら、500μm*100μmのサイズで充分であり、プロセス条件を最適化すれば、500μm*50μm以下のサイズも可能となる。 As described above, by forming (piezo) resistors on the side surfaces (through grooves) sandwiched between the through grooves of the present invention (including the case where the entire side walls are resistors), both side surfaces of the side walls are formed. The pressure difference (P1−P2) can be detected by using the deformation of the side wall due to the pressure difference (P1−P2). Not only the Wheatstone bridge circuit but also other resistance measurement circuits can be used to measure the change of the piezoresistor due to the pressure difference and detect the pressure from the measured value. Further, since the same silicon substrate used in the LSI (for example, the same impurity concentration and crystal plane orientation) can be used, the pressure sensor of the present invention and the LSI can be mounted on the same chip. Moreover, since the area of the pressure sensor can be made very small compared to the conventional flat diaphragm, the chip size of the LSI is not increased. Specifically, the area of the pressure sensor is sufficient if the conventional planar diaphragm has a size of 500 μm * 500 μm, and the size of 500 μm * 200 μm in the case of four side walls. For one side wall, a size of 500 μm * 100 μm is sufficient, and a size of 500 μm * 50 μm or less is possible if the process conditions are optimized.

図25(a)〜(c)は、基板内に形成した凹部を用いた静電容量型の圧力センサーの構造および製造方法を示す図である。基板5111内に凹部5112(5112−1、2、3)を形成した後、絶縁膜5113を形成し、さらに導電体膜5114を形成する。次に感光性膜5115を形成し、必要なパターンを形成する。基板5111はシリコンや化合物半導体等の半導体基板、ガラス、石英、ポリマー、セラミック等の絶縁体基板、あるいは金属や合金や導電性高分子等の導電体基板でも良い。あるいはこれらの基板を貼り合わせた基板であっても良い。あるいは、上記の基板等に形成したポリマーやゴムやペースト(絶縁性または導電性)等の液状体膜やゲル状膜を形成し、インプリント法を用いて凹部を形成しても良い。さらに、図25(a)〜(c)では凹部は第1面(表面)に開口しかつ第2面(裏面)には貫通していないが、第2面に貫通した貫通溝であっても良い。基板5111が絶縁体であるときは、絶縁膜5113を形成しなくても良い。ただし導電体膜5114と基板5111の密着性が余り良くないときは絶縁膜を積層する場合もある。凹部5112内にパターン形成する場合、感光性膜5115は、凹部5112の内部にできるだけ忠実に形成することが望ましい。たとえば、電着レジスト膜を形成する。他にシート状のドライフィルムを用いる方法やプラズマ重合法で形成する感光性レジストを用いる方法でも良い。凹部5112内にパターン形成しない場合は、通常の塗布法やディップ法等でレジストを形成する方法でも良い。次に露光法(フォトリソ法)で感光性膜5115をパターニングする。たとえば、凹部5112(5112−1、2、3)の底部5116(5116−1、2、3)を開口する。および/または凹部5112(5112−1、2、3)の間の基板側壁5111(5111−1、2、3)の上部5117(5117−1、2、3)を開口する。および/または凹部内側面を開口する場合もある。{図25(a)} FIGS. 25A to 25C are views showing a structure of a capacitance type pressure sensor using a recess formed in a substrate and a manufacturing method thereof. After the recesses 5112 (5112-1, 2 and 3) are formed in the substrate 5111, an insulating film 5113 is formed, and a conductor film 5114 is further formed. Next, a photosensitive film 5115 is formed, and a necessary pattern is formed. The substrate 5111 may be a semiconductor substrate such as silicon or a compound semiconductor, an insulating substrate such as glass, quartz, polymer, or ceramic, or a conductive substrate such as metal, alloy, or conductive polymer. Alternatively, a substrate obtained by bonding these substrates may be used. Alternatively, a liquid film such as a polymer, rubber, or paste (insulating or conductive) or a gel film formed on the substrate or the like may be formed, and the recess may be formed using an imprint method. Further, in FIGS. 25A to 25C, the recess opens to the first surface (front surface) and does not penetrate the second surface (back surface), but may be a through groove penetrating the second surface. good. When the substrate 5111 is an insulator, the insulating film 5113 is not necessarily formed. However, when the adhesion between the conductor film 5114 and the substrate 5111 is not so good, an insulating film may be stacked. In the case of forming a pattern in the recess 5112, it is desirable that the photosensitive film 5115 be formed as faithfully as possible inside the recess 5112. For example, an electrodeposition resist film is formed. In addition, a method using a sheet-like dry film or a method using a photosensitive resist formed by a plasma polymerization method may be used. When a pattern is not formed in the recess 5112, a method of forming a resist by a normal coating method, a dip method, or the like may be used. Next, the photosensitive film 5115 is patterned by an exposure method (a photolithography method). For example, the bottom 5116 (5116-1, 2, 3) of the recess 5112 (5112-1, 2, 3) is opened. And / or the upper part 5117 (5117-1, 2, 3) of the substrate side wall 5111 (5111-1, 3, 3) between the recesses 5112 (5112-1, 2, 3) is opened. In some cases, the inner surface of the recess is opened. {FIG. 25 (a)}

次にこのパターニングした感光性膜5115をマスクとして導電体膜5114をエッチングする。凹部内側面に形成された導電体膜5114をエッチングするときは、ウエットエッチングまたは等方性ドライエッチングが良い。これにより導電体膜5114は基板側壁上面5119(5119−1、2)で、および/または凹部底部5118(5118−1、2、3)で、および/または凹部側面(基板側壁の側面)で切断される。さらに基板5111の第1面で必要な配線形成が行なわれる。導電体膜が多結晶シリコン膜やシリサイド膜、透明導電体膜(ITO、ATO、ZnO等)の場合はたとえばフッ硝酸系のエッチング液やハロゲン系のガスを用いたドライエッチングでエッチングできる。導電体膜が透明導電体膜(ITO、ATO、ZnO等)の場合はたとえばフッ硝酸系のエッチング液やハロゲン系のガスを用いたドライエッチングでエッチングできる。導電体膜がアルミニウムの場合はたとえばリン酸系のエッチング液やハロゲン系のガスを用いたドライエッチングでエッチングできる。その他の材料についても良好なエッチング法を適宜選択すれば良い。このエッチングによって、導電体膜5114は、5114−1、2、3、4、5、6等に分割される。(ただし、これらの間で必要な部分は接続する場合もある。)次に絶縁膜5120を積層する。この絶縁膜5120は導電体膜5114を保護し、この後付着する薄板と導電体膜5114とを介在する絶縁膜でもある。{図25(b)} Next, the conductor film 5114 is etched using the patterned photosensitive film 5115 as a mask. When etching the conductor film 5114 formed on the inner surface of the recess, wet etching or isotropic dry etching is preferable. Thereby, the conductor film 5114 is cut at the substrate side wall upper surface 5119 (5119-1, 2) and / or at the recess bottom 5118 (5118-1, 2, 3) and / or at the side surface of the recess (side surface of the substrate side wall). Is done. Further, necessary wiring is formed on the first surface of the substrate 5111. When the conductor film is a polycrystalline silicon film, a silicide film, or a transparent conductor film (ITO, ATO, ZnO, etc.), it can be etched by, for example, dry etching using a hydrofluoric acid-based etchant or a halogen-based gas. When the conductive film is a transparent conductive film (ITO, ATO, ZnO, etc.), it can be etched by, for example, dry etching using a hydrofluoric acid-based etchant or a halogen-based gas. When the conductor film is aluminum, it can be etched by, for example, dry etching using a phosphoric acid-based etchant or a halogen-based gas. For other materials, a good etching method may be selected as appropriate. By this etching, the conductor film 5114 is divided into 5114-1, 2, 3, 4, 5, 6 and the like. (However, necessary portions may be connected between them.) Next, an insulating film 5120 is stacked. This insulating film 5120 protects the conductor film 5114 and is also an insulating film that interposes the thin film and the conductor film 5114 to be attached thereafter. {FIG. 25 (b)}

次に薄板5121を付着し凹部5112に蓋をする。この接着法は、接着剤を使用する方法や、常温接合法などがある。この薄板5121の凹部5112(5112−1、2、3)に圧力伝達孔5122(5122−1、2、3)を形成する。また、コンタクト孔5124や引き出し電極5125を形成すべき領域5123における薄板5121も除去することが望ましい。さらにその他の薄板5121が不要な部分から薄板5121を除去する。あるいは、あらかじめ薄板5121が不要な部分を除去した薄板5121を基板5111上に付着しても良い。次に導電体膜5114からの引き出し電極を形成するために、フォトリソ法およびエッチング法を用いて絶縁膜5120にコンタクト孔5124を形成し、コンタクト孔5124に導電体膜を形成し引き出し電極5125を形成する。{図25(c)}引き出し電極等を先に形成してから薄板を付着させることもできる。 Next, a thin plate 5121 is attached and the concave portion 5112 is covered. This bonding method includes a method using an adhesive and a room temperature bonding method. Pressure transmission holes 5122 (5122-1, 2, 3) are formed in the recesses 5112 (5112-1, 2, 3) of the thin plate 5121. It is also desirable to remove the thin plate 5121 in the region 5123 where the contact hole 5124 and the extraction electrode 5125 are to be formed. Further, the thin plate 5121 is removed from a portion where the other thin plate 5121 is unnecessary. Alternatively, a thin plate 5121 from which a portion unnecessary for the thin plate 5121 has been removed may be attached on the substrate 5111 in advance. Next, in order to form an extraction electrode from the conductor film 5114, a contact hole 5124 is formed in the insulating film 5120 by using a photolithography method and an etching method, and a conductor film is formed in the contact hole 5124 to form an extraction electrode 5125. To do. {FIG. 25 (c)} It is also possible to attach the thin plate after forming the extraction electrode or the like first.

図25(d)は、図25(a)〜(c)に示す圧力センサーの平面図を示す。凹部5112(5112−1、2、3、4)と導電体膜5114(5114−1、2、3、4、5、6、7、8)を示す。直方体形状の凹部5112(5112−1、2、3、4)が平行にならんでおり、凹部5112(5112−1、2、3、4)の間に側壁5111(5111−1、2、3、4)が形成されている。また。側壁5111(5111−1、2、3、4)の側面には導電体膜5114(5114−1、2、3、4、5、6、7、8)が形成されており、凹部内を含め導電体膜5114(5114−1、2、3、4、5、6、7、8)が分離している。図25(d)から分かるように、凹部内の内面に導電体膜5114を形成しその間の凹部空間を静電容量空間(たとえば、凹部5112−2)とする場合、一方の電極となる導電体膜5114−3は基板側壁5111−1の凹部5112−2の内側面に形成され、他方の電極となる導電体膜5114−4は基板側壁5111−2の凹部5112−2の内側面に形成され、これらの電極の間は凹部底部も凹部側面(この場合凹部短辺側)において導電体膜はエッチング除去される。この結果凹部内を容量空間として、両側の基板側壁側面5114−3および4を電極とする静電容量素子ができる。 FIG. 25 (d) shows a plan view of the pressure sensor shown in FIGS. 25 (a) to 25 (c). The concave portion 5112 (5112-1, 2, 3, 4) and the conductor film 5114 (5114-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) are shown. The rectangular parallelepiped concave portions 5112 (5112-1, 2, 3, 4) are arranged in parallel, and the side walls 5111 (5111-1, 2, 3, 4) are arranged between the concave portions 5112 (5112-1, 2, 3, 4). 4) is formed. Also. A conductor film 5114 (51114-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) is formed on the side surface of the side wall 5111 (5111-1, 2, 3, 4), including the inside of the recess. The conductor film 5114 (5114-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) is separated. As can be seen from FIG. 25 (d), when the conductor film 5114 is formed on the inner surface of the recess and the recess space therebetween is a capacitance space (for example, the recess 5112-2), the conductor serving as one electrode The film 5114-3 is formed on the inner surface of the concave portion 5112-2 of the substrate side wall 5111-1, and the conductor film 5114-4 serving as the other electrode is formed on the inner side surface of the concave portion 5112-2 of the substrate side wall 51111-2. Between these electrodes, the conductor film is etched away on the bottom surface of the recess and on the side surface of the recess (in this case, the short side of the recess). As a result, a capacitive element can be formed in which the inside of the concave portion is a capacitive space and the substrate side wall sides 5114-3 and 4 on both sides are electrodes.

凹部5112内のレジストパターニングが難しいときは、1つの凹部(たとえば5112−2)内の導電体膜5114(5114−3、5114−4を含めた凹部5112−2内の導電体膜)はすべてエッチング除去する。この凹部に隣接する凹部(5112−1、または5112−3)に形成された電極をコンデンサの電極とする。ただし、このときの容量成分は凹部の空間容量、基板側壁5111−1および5111−2も容量を形成している。凹部51112−1および5112−3内の導電体膜5114はそのまま残しておくので、導電体膜5114−1と5114−2、また導電体膜5114−5と5114−6はつながっている。このようにすると、凹部5112内ではレジストのパターニングをしなくて良く、レジストのパターニングを行なうのは基板5111の第1面の平坦部なので通常のフォトリソ法およびエッチング法で導電体膜5114を除去できる。この結果、凹部5112(5112−1、2、3、4)内の空間を静電容量として、その両側の導電体膜を電極5114(5114−1、2、3、4、5、6、7、8)とするコンデンサが出来上がっている。これらのコンデンサの静電容量をC1、C2,C3、C4とすると、これらのコンデンサを適宜並列および/または直列に接続することにより、コンデンサの容量を増減できる。 When resist patterning in the recess 5112 is difficult, all of the conductor film 5114 (conductor film in the recess 5112-2 including 5114-3 and 5114-4) in one recess (for example, 5112-2) is etched. Remove. Let the electrode formed in the recessed part (5112-1 or 5112-3) adjacent to this recessed part be an electrode of a capacitor | condenser. However, the capacity component at this time is the space capacity of the recess, and the substrate side walls 5111-1 and 51111-2 also form a capacity. Since the conductor film 5114 in the recesses 51112-1 and 5112-3 is left as it is, the conductor films 5114-1 and 5114-2 and the conductor films 5114-5 and 5114-6 are connected. In this way, resist patterning is not required in the recess 5112. Since the resist patterning is a flat portion on the first surface of the substrate 5111, the conductor film 5114 can be removed by a normal photolithography method and etching method. . As a result, the space in the concave portion 5112 (5112-1, 2, 3, 4) is defined as the capacitance, and the conductive films on both sides thereof are formed as electrodes 5114 (51114-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). , 8) The capacitor is completed. When the capacitances of these capacitors are C1, C2, C3, and C4, the capacitances of the capacitors can be increased or decreased by appropriately connecting these capacitors in parallel and / or in series.

図25(f)は、図25(a)〜(d)に示す静電容量型圧力センサーの動作および原理を示す図である。図25(f)に示す構造は図25(a)〜(c)とは少し異なっているが、本質的には同じ構造である。図25(f)においては、凹部5112(5112−1、2、3、4)は基板5111内で第1面から第2面へ貫通した貫通溝となっている。この貫通溝5112(5112−1、2、3、4)の形成方法は記述済である。たとえば、薄板5126を基板5111の第2面に貼りつけて基板5111の第1面に形成したレジストパターン等をマスクにして垂直エッチングやインプリント法を用いて第2面に到達する貫通溝を形成する。その後薄板5126を取り付けた状態で第1面側に薄板5121を取り付ける。その後薄板5126は別の薄板へ貼り替えても良い。あるいは、たとえば、薄板5126を基板5111の第2面に貼りつけないで、基板5111の第1面に形成したレジストパターン等をマスクにして垂直エッチングやインプリント法を用いて第2面に到達する貫通溝を形成する。その後、第1面側および第2面側に薄板を貼りつけても作製できる。 FIG. 25 (f) is a diagram showing the operation and principle of the capacitive pressure sensor shown in FIGS. 25 (a) to 25 (d). The structure shown in FIG. 25F is slightly different from FIGS. 25A to 25C, but is essentially the same structure. In FIG. 25 (f), the recess 5112 (5112-1, 2, 3, 4) is a through groove penetrating from the first surface to the second surface in the substrate 5111. The method of forming the through groove 5112 (5112-1, 2, 3, 4) has been described. For example, a thin plate 5126 is attached to the second surface of the substrate 5111, and a through groove reaching the second surface is formed using a resist pattern or the like formed on the first surface of the substrate 5111 as a mask using vertical etching or imprinting. To do. Thereafter, the thin plate 5121 is attached to the first surface side with the thin plate 5126 attached. Thereafter, the thin plate 5126 may be replaced with another thin plate. Alternatively, for example, without attaching the thin plate 5126 to the second surface of the substrate 5111, the resist pattern or the like formed on the first surface of the substrate 5111 is used as a mask to reach the second surface using vertical etching or imprinting. A through groove is formed. Then, it can also be produced by attaching thin plates to the first surface side and the second surface side.

圧力伝達孔5122(5122−1、2、3、4)から圧力P1、P2、P3、P4を凹部5112(5112−1、2、3、4)へ導入すると、これらの凹部の間の基板側壁5111(5111−1、2、3)が凹部内の圧力差によって変形する。たとえば、P1<P2のとき、図25(f)に示すように基板側壁5111−1は凹部5112−1側へ膨らむ。また、P2>P3のとき、図25(f)に示すように基板側壁5111−2は凹部5112−3側へ膨らむ。圧力差がないときにおける凹部5112−2の凹部の幅(電極間距離)をd1、P1<P2における基板側壁5111−1の変形量をd2、P2>P3における基板側壁5111−2の変形量をd3とする。d2、d3は凹部5112の深さによって異なり、その中心付近で最も大きくなるが、d2、d3をこの平均量と考えれば、圧力差がないときの容量C2=εS/d1は圧力差を受けてC2’=εS/(d1+d2+d3)に変化(この場合は減少)する。(εは誘電率、Sは電極面積)基板側壁5111−1および5111−2の厚みが同じで、P1=P3とすれば、d2=d3と考えて良い。この静電容量変化と圧力の関係を予め求めておけば、未知の圧力差で変形したときに静電容量の変化から圧力差を求めることができる。 When the pressures P1, P2, P3, and P4 are introduced from the pressure transmission holes 5122 (5122-1, 2, 3, 4) into the recesses 5112 (5112-1, 2, 3, 4), the substrate side walls between these recesses 5111 (5111-1, 2, 3) is deformed by the pressure difference in the recess. For example, when P1 <P2, as shown in FIG. 25 (f), the substrate side wall 5111-1 swells toward the concave portion 5112-1. When P2> P3, as shown in FIG. 25 (f), the substrate side wall 51111-2 swells toward the concave portion 5112-3. When there is no pressure difference, the concave width (distance between electrodes) of the concave portion 5112-2 is d1, the deformation amount of the substrate side wall 5111-1 at P1 <P2, d2, and the deformation amount of the substrate side wall 511-2 at P2> P3. Let d3. d2 and d3 vary depending on the depth of the concave portion 5112 and become the largest near the center thereof. However, when d2 and d3 are considered as the average amount, the capacity C2 = εS / d1 when there is no pressure difference is affected by the pressure difference. C2 ′ = εS / (d1 + d2 + d3) (in this case, decrease). (Ε is dielectric constant, S is electrode area) If the thicknesses of the substrate side walls 5111-1 and 51111-2 are the same and P1 = P3, it may be considered that d2 = d3. If the relationship between the capacitance change and the pressure is obtained in advance, the pressure difference can be obtained from the change in the capacitance when the deformation is caused by an unknown pressure difference.

凹部5112−3について見ると、P2>P3のときには基板側壁5111−2が凹部5112−3側へ凹み(変形量d5)、P4>P3のときには基板側壁5111−3が凹部5112−3側へ凹む(変形量d6)。圧力差がないときにおける凹部5112−3の凹部の幅(電極間距離)をd4とすればd5、d6は凹部5112の深さによって異なり、その中心付近で最も大きくなるが、d5、d6をこの平均量と考えれば、圧力差がないときの容量C2=εS/d4は圧力差を受けてC2’=εS/(d4―d4―d5)に変化(この場合は増加)する。(εは誘電率、Sは電極面積)基板側壁5111−2および5111−3の厚みが同じで、P2=P4とすれば、d5=d6と考えて良い。この静電容量変化と圧力の関係を予め求めておけば、未知の圧力差で変形したときに静電容量の変化から圧力差を求めることができる。 Looking at the recess 5112-3, when P2> P3, the substrate sidewall 51111-2 is recessed toward the recess 5112-3 (deformation amount d5), and when P4> P3, the substrate sidewall 5111-3 is recessed toward the recess 5112-3. (Deformation amount d6). If the recess width (distance between electrodes) of the recess 5112-3 when there is no pressure difference is d4, d5 and d6 differ depending on the depth of the recess 5112 and become the largest near the center, but d5 and d6 are Considering the average amount, the capacity C2 = εS / d4 when there is no pressure difference changes to C2 ′ = εS / (d4-d4-d5) (in this case, increases) in response to the pressure difference. (Ε is dielectric constant, S is electrode area) If the thicknesses of the substrate side walls 511-2 and 5111-3 are the same, and P2 = P4, it may be considered that d5 = d6. If the relationship between the capacitance change and the pressure is obtained in advance, the pressure difference can be obtained from the change in the capacitance when the deformation is caused by an unknown pressure difference.

尚、図25(a)〜(c)における実施形態では、基板5111−4や5111−5については、変形は殆どしないので、凹部5112−1および5112−4の静電容量変化は片側だけの変形になる。以上のように本発明の凹部(あるいは貫通溝)を作製して、これらの凹部間の基板側壁が凹部間の圧力差によって変形するときに静電容量が変化するので、この変化量から圧力を求めることができる。これらの凹部を多数並べて同じ圧力となる凹部における電極を並列に接続していけば、全体の容量は1つ1つの容量の和となるので1つ1つの変化量が小さくても全体としては大きな容量変化となるので、感度を増大できる。また、凹部の幅を基板側壁の変化の限界量以下で作製すれば、基板側壁は凹部の幅(の半分)以上には変形しないので、基板の歯会や損傷を防止することができる。また、圧力伝達孔や電極は第2面側にも作製できるので、(特に図25(a)〜(c)に示す場合はどちらでも可能)設計しやすい。 In the embodiment shown in FIGS. 25A to 25C, the substrates 5111-4 and 5111-5 are hardly deformed, so that the capacitance changes of the recesses 5112-1 and 5112-4 are only on one side. It becomes a deformation. As described above, the recesses (or through grooves) of the present invention are manufactured, and the capacitance changes when the substrate side wall between these recesses is deformed by the pressure difference between the recesses. Can be sought. If a large number of these recesses are arranged and the electrodes in the recesses having the same pressure are connected in parallel, the overall capacity becomes the sum of the individual capacities, so even if the amount of change is small, the overall is large. Since the capacitance changes, the sensitivity can be increased. Further, if the width of the recess is made smaller than the limit amount of change of the substrate side wall, the substrate side wall will not be deformed beyond (half of) the width of the recess, so that toothing and damage of the substrate can be prevented. In addition, since the pressure transmission hole and the electrode can be produced also on the second surface side, it is easy to design (especially any of the cases shown in FIGS. 25A to 25C).

本発明の静電容量型圧力センサーもインプリント法で作製できることは上述の通りであるが、ヤング率の低いポリマーやゴム等を用いれば寸法が小さくても大きく変形するので静電容量を大きく変化させることが可能となる。上述の繰り返しにはなるが、基板内に深さが10〜500μm、縦および横が約1000μm以下の凹部を形成し、各種ポリマーやゴムを凹部に塗布またはディップ等して凹部内を埋めて、これらの液状またはゲル状の状態にインプリント法で凹部を形成する。あるいは、ポリマーやゴム等を硬化してからフォトリソ法およびエッチング法で凹部を形成する。次にこれらのポリマーやゴムは絶縁体である場合には導電体膜を積層する。導電体膜をパターニングした後絶縁膜を積層してこれらの凹部に薄板で蓋をして、引き出し電極を形成する。これらのポリマーやゴムは絶縁体でない場合には絶縁膜を形成した後に導電体膜を積層する。導電体膜をパターニングした後絶縁膜を積層してこれらの凹部に薄板で蓋をして、引き出し電極を形成する。これによって、たとえば、シリコン基板等の半導体基板内に上記の埋め込み圧力センサーを形成できる。 As described above, the capacitance type pressure sensor of the present invention can also be produced by the imprint method. However, if a polymer or rubber having a low Young's modulus is used, the capacitance changes greatly even if the size is small. It becomes possible to make it. As described above, a recess having a depth of 10 to 500 μm and a length and width of approximately 1000 μm or less is formed in the substrate, and various polymers and rubber are applied or dipped in the recess to fill the recess. A concave portion is formed in the liquid or gel state by an imprint method. Alternatively, the concave portions are formed by photolithography and etching after the polymer or rubber is cured. Next, when these polymers and rubbers are insulators, a conductor film is laminated. After patterning the conductor film, an insulating film is laminated, and these recesses are covered with a thin plate to form a lead electrode. When these polymers and rubbers are not insulators, the conductor film is laminated after forming the insulating film. After patterning the conductor film, an insulating film is laminated, and these recesses are covered with a thin plate to form a lead electrode. Thus, for example, the embedded pressure sensor can be formed in a semiconductor substrate such as a silicon substrate.

埋め込んだ凹部の基板側壁の上面を半導体基板内に形成したICや各種デバイスの高さとほぼ等しくすれば、圧力センサーの導電体膜はIC等のデバイスに用いる導電体膜と兼用も可能である。特にポリマーやゴムの硬化温度を半導体プロセスの最終温度(最終保護膜の形成温度)である約300℃〜500℃より低く設定できるので、IC等の素子を形成した後に圧力センサーを同じIC等のチップ内に搭載することができる。このときは、IC等の最終保護膜を形成した後に、半導体基板内に凹部を形成して圧力センサーを形成すれば良い。圧力センサーの導電体膜形成時に、IC等のパッドに配線接続すれば良い。あるいは、ポリマーやゴムの硬化温度が半導体プロセスの最終温度より高ければ、半導体プロセスで使用する最終の導電体膜の形成前に半導体基板内に凹部を形成して、ポリマー等を凹部へ入れてインプリント法やフォトリソ法で圧力センサー用の凹部を形成した後、圧力センサー用の導電体膜と半導体プロセスで使用する最終の導電体膜とを兼用することができる。これらの導電体膜をパターニングした後、最終保護膜(絶縁膜)を形成し、薄板で圧力センサー用凹部に蓋をすれば良い。尚、上述した方法は、本発明のすべての圧電センサー(これ以降に記載するものも含める)に適用できることは言うまでもない。 The conductor film of the pressure sensor can also be used as a conductor film used for a device such as an IC if the upper surface of the buried sidewall of the substrate is substantially equal to the height of the IC or various devices formed in the semiconductor substrate. In particular, the curing temperature of the polymer or rubber can be set lower than about 300 ° C. to 500 ° C., which is the final temperature of the semiconductor process (final protective film formation temperature). Can be mounted in a chip. In this case, after forming a final protective film such as an IC, a pressure sensor may be formed by forming a recess in the semiconductor substrate. What is necessary is just to carry out wiring connection to pads, such as IC, at the time of formation of the conductor film of a pressure sensor. Alternatively, if the curing temperature of the polymer or rubber is higher than the final temperature of the semiconductor process, a recess is formed in the semiconductor substrate before forming the final conductor film used in the semiconductor process, and the polymer or the like is inserted into the recess. After the depression for the pressure sensor is formed by the printing method or the photolithography method, the pressure sensor conductor film can be used as the final conductor film used in the semiconductor process. After patterning these conductor films, a final protective film (insulating film) may be formed, and the pressure sensor recess may be covered with a thin plate. Needless to say, the method described above can be applied to all the piezoelectric sensors of the present invention (including those described hereinafter).

図26(a)、(b)は圧力センサーのパッケージの一例を示す図である。図26(a)はその平面図であり、図26(b)はその側面断面図であるが、この図26(a)、(b)に示すように、圧力センサー(圧電素子)の外側は、基板5131(5131−1)である。その内側に凹部(または貫通溝)5132−2が基板側壁5131−2を取り囲む。一番内側に凹部(または貫通溝)5131−1がある。凹部5131−1の内側側面の基板側壁5131−2に導電体膜5133(5133−1、2、3、4)が積層されている。説明に不要な膜は記載していない。内側凹部5132−1と外側凹部5132−2との間の基板側壁5131−2が、これらの凹部間の圧力差によって変形する。図26(a)では4つの基板側壁が存在していて、各基板側壁は圧力差に応じて内側へ凹むか外側へ膨らむかして変形する。この変形に応じて、静電容量型圧力センサーの場合には、これらの対向する電極間(たとえば、5133−1と5133−3、5133−2と5133−4)の容量変化を検出する。また、基板側壁に圧電体膜を用いた場合はこれまで説明したような膜構造を構成して、圧電体膜の両側に形成した電極に引き出された電荷量を検出する。基板側壁に形成した圧電体膜を用いた場合はこれまで説明したような膜構造を構成して、圧電体膜の両側に形成した電極に引き出された電荷量を検出する。尚、図26(c)、(d)に示すように(図26(c)は平面断面図、図26(d)は側面断面図であり、膜構造は既述しているので必要な部分だけ記載している)、圧電体基板または圧電体膜の場合には、同じ方向に変化しているので、凹部5132−1の内側側面の電極5133−2はすべて接続しても良く、基板側壁5131−2の外側にも圧電体膜や電極を作製でき、それらの電極5133−1は接続しておくことができる、凹部内部でパターニングする必要がないので、プロセスも簡単である。 FIGS. 26A and 26B are views showing an example of a pressure sensor package. FIG. 26 (a) is a plan view thereof, and FIG. 26 (b) is a side sectional view thereof. As shown in FIGS. 26 (a) and 26 (b), the outside of the pressure sensor (piezoelectric element) is , Substrate 5131 (5131-1). A recess (or through groove) 5132-2 surrounds the substrate side wall 5131-2 on the inner side. There is a recess (or through groove) 5131-1 on the innermost side. A conductor film 5133 (5133-1, 2, 3, 4) is laminated on the substrate side wall 5131-2 on the inner side surface of the recess 5131-1. Unnecessary films are not described in the explanation. The substrate side wall 5131-2 between the inner recess 513-1 and the outer recess 513-2 is deformed by a pressure difference between these recesses. In FIG. 26A, there are four substrate side walls, and each substrate side wall is deformed by being recessed inward or bulging outward in accordance with a pressure difference. In response to this deformation, in the case of a capacitive pressure sensor, a change in capacitance between these opposing electrodes (for example, 5133-1 and 5133-3, 5133-2 and 5133-4) is detected. Further, when a piezoelectric film is used on the substrate side wall, the film structure as described above is configured to detect the amount of charge drawn to the electrodes formed on both sides of the piezoelectric film. When the piezoelectric film formed on the side wall of the substrate is used, the film structure as described above is configured to detect the amount of charge drawn to the electrodes formed on both sides of the piezoelectric film. As shown in FIGS. 26 (c) and (d) (FIG. 26 (c) is a plan sectional view, FIG. 26 (d) is a side sectional view, and the film structure has already been described. In the case of a piezoelectric substrate or a piezoelectric film, the electrodes 5133-2 on the inner side surface of the recess 5132-1 may all be connected, so that the substrate side wall Piezoelectric films and electrodes can also be produced outside of 5131-2, and these electrodes 5133-1 can be connected. Since there is no need to pattern inside the recess, the process is also simple.

基板側壁の側面にピエゾ抵抗素子を形成してブリッジ回路を組んだピエゾ抵抗型圧力センサーも基板側壁の各面および表面・裏面に作製できるので、検出感度が増大する。尚、図26に示す実装パッケージの外壁5131−1の厚みは使用する圧力で変形しないようにする。図26は、圧力伝達孔や引き出し電極を記載していないが、必要な場所に適宜形成すれば良い。このような実装パッケージは極めて小型に形成でき、半導体プロセスを適用でき、プロセスが極めて簡単である。従って、1枚の基板から多数形成できる。たとえば、0.5mm*0.5mm*0.5mmの実装パッケージを実現でき、6インチウエハであれば約65000個形成でき、極めて安い圧力センサーを実現できる。 Since a piezoresistive pressure sensor in which a piezoresistive element is formed on the side surface of the substrate side wall to form a bridge circuit can also be fabricated on each surface of the substrate side wall and the front and back surfaces, the detection sensitivity is increased. The thickness of the outer wall 5131-1 of the mounting package shown in FIG. 26 is not deformed by the pressure used. Although FIG. 26 does not show the pressure transmission hole and the extraction electrode, they may be appropriately formed at a necessary place. Such a mounting package can be formed extremely small, can be applied to a semiconductor process, and the process is very simple. Therefore, a large number can be formed from one substrate. For example, a mounting package of 0.5 mm * 0.5 mm * 0.5 mm can be realized, and if it is a 6-inch wafer, about 65,000 can be formed, and an extremely cheap pressure sensor can be realized.

本発明のセンサデバイスは2mm以下の厚さの基板に作製できるとして説明してきたが、もっと厚い基板にも適用できることは構造からすぐ分かる。2mm以上の厚さの基板において垂直な凹部を形成する方法として、インプリント法によって作製する方法がある。厚い樹脂を塗布して、適当なサイズのモールドを使用してインプリントで凹部を作製できる。あるいは、適当なサイズの打ち抜き型で基板を打ち抜いて貫通孔を作製できる。凹部や貫通孔内面への導電体膜は、導電体膜をCVD法、PVD法、めっき法等により所望の厚みで積層する。圧電体膜、絶縁体膜もCVD法、PVD法等により積層する。他はこれまで説明した方法を採用すれば良い。大型のセンサデバイスは、たとえば床発電等にも使用できる。 Although the sensor device of the present invention has been described as being fabricated on a substrate having a thickness of 2 mm or less, it can be readily understood from the structure that it can be applied to a thicker substrate. As a method of forming a vertical recess in a substrate having a thickness of 2 mm or more, there is a method of manufacturing by an imprint method. A thick resin can be applied and a recess can be produced by imprinting using a mold of an appropriate size. Alternatively, the through hole can be produced by punching the substrate with a punching die having an appropriate size. The conductor film on the inner surface of the recess or the through-hole is laminated with a desired thickness by a CVD method, a PVD method, a plating method, or the like. A piezoelectric film and an insulator film are also laminated by a CVD method, a PVD method, or the like. Other methods may be adopted as described above. The large sensor device can be used for floor power generation, for example.

図27は、本発明の縦型圧力動作素子を用いたインクジェットデバイスを示す図である。基板内に第1面(表面)から第2面に貫通し、側面が基板側壁で囲まれた複数の凹部を有し、基板側壁の上面には第1の薄板が付着し、基板側壁の下面には第2の薄板が付着し、この凹部の上部は第1の薄板で被われており、凹部の下部は第2の薄板で被われている。上部が第1の薄板で、下部が第2の薄板で、側面が基板側壁で囲まれた一部の凹部(インク溜まり凹部)は、その上部を被っている第1の薄板の一部が外側と貫通しており、その貫通孔(インク導入孔)を通して第1の薄板の上方からインクが当該凹部へ導入されるようになっており、通常インク溜まり凹部内にはインクが入っている。また、当該凹部の下部を被っている第2の薄板の一部が外側と貫通しており、その貫通孔(インク放滴孔)を通して当該凹部からインクを放滴できるようになっている。インクが導入される当該凹部の側面を構成する側壁の少なくとも一部を隔てて隣接する凹部(隣接凹部)は、側面が基板側壁で囲まれた凹部であり、この隣接凹部の上部は第1の薄板で被われており、隣接凹部の下部は第2の薄板で被われている。この隣接凹部の上部を被っている薄板の一部が外側と貫通しており、その貫通孔(圧力伝達孔)を通して隣接凹部の圧力を高くしたり低くしたりできるようになっている。圧力伝達孔を通して隣接凹部の圧力を一定圧力(たとえば、1気圧)より低くすると隣接凹部とインク溜まり凹部を隔てている基板側壁が隣接凹部側に膨らみ、その結果外部のインク液容器からインク導入孔を通してインク溜まり凹部内へインクが流入する。一定量インク溜まり凹部内へインクが溜まったら、隣接凹部の上部を被う薄板に開いている圧力伝達孔を通して隣接凹部の圧力を一定圧力(たとえば、1気圧)より高くすると隣接凹部とインク溜まり凹部を隔てている基板側壁がインク溜まり凹部側に膨らみ、インク放滴孔を通してインク溜まり凹部内のインクは外側へ滴出される。 FIG. 27 is a diagram showing an ink jet device using the vertical pressure operating element of the present invention. The substrate has a plurality of recesses penetrating from the first surface (front surface) to the second surface, the side surfaces being surrounded by the substrate side wall, the first thin plate is attached to the upper surface of the substrate side wall, and the lower surface of the substrate side wall A second thin plate is adhered to the upper portion of the concave portion, and the upper portion of the concave portion is covered with the first thin plate, and the lower portion of the concave portion is covered with the second thin plate. The upper portion is the first thin plate, the lower portion is the second thin plate, and the side wall is surrounded by the substrate side wall, and a part of the concave portion (ink reservoir concave portion) is partially outside. Ink is introduced into the concave portion from above the first thin plate through the through hole (ink introduction hole), and ink is usually contained in the ink reservoir concave portion. Further, a part of the second thin plate covering the lower part of the concave part penetrates the outside, and ink can be ejected from the concave part through the through hole (ink ejection hole). A recess (adjacent recess) adjacent to at least a part of the side wall constituting the side surface of the recess into which ink is introduced is a recess whose side surface is surrounded by the substrate side wall, and the upper portion of the adjacent recess is the first It is covered with a thin plate, and the lower part of the adjacent concave portion is covered with a second thin plate. A part of the thin plate covering the upper portion of the adjacent recess penetrates the outside, and the pressure of the adjacent recess can be increased or decreased through the through hole (pressure transmission hole). When the pressure in the adjacent concave portion is made lower than a certain pressure (for example, 1 atm) through the pressure transmission hole, the side wall of the substrate separating the adjacent concave portion and the ink reservoir concave portion swells toward the adjacent concave portion, and as a result, the ink introduction hole from the external ink liquid container Ink flows into the ink reservoir recess. When ink has accumulated in a certain amount of ink reservoir recess, if the pressure of the adjacent recess is made higher than a certain pressure (for example, 1 atm) through the pressure transmission hole opened in the thin plate covering the upper portion of the adjacent recess, the adjacent recess and the ink reservoir recess The side wall of the substrate separating the ink swells toward the ink reservoir recess, and the ink in the ink reservoir recess is ejected outside through the ink discharge hole.

本発明の凹部を形成した基板を用いたインクジェット用素子の構造は上述したようにこれまで説明した圧力センサーと同じであるが、さらにその製造方法の概要を以下に説明する。図27(a)に示すように、第2の薄板2015を基板2011の第2面(裏面)に付着させる。基板2011はシリコン基板等の半導体基板、ガラス基板やプラスチック基板等の絶縁基板、鉄や銅や合金や金属等の導電体基板など種々適用できる。(あるいは、第2の薄板上に形成したポリマーやセラミック等にインプリント法を用いたものでも良い。)第2の薄板2015もシリコン基板等の半導体基板、ガラス基板やプラスチック基板等の絶縁基板、鉄や銅や合金や金属等の導電体基板など種々適用できる。また、基板2011および第2の薄板2015は接着剤(金属、低融点ガラス等を含む)を用いて付着したり、常温接合、拡散融合、高温接合、陽極接合を用いて付着することができる。たとえば、シリコン基板とガラス基板は電界をあけて陽極接合をして強固に付着させることができる。 As described above, the structure of the ink jet element using the substrate in which the concave portion of the present invention is formed is the same as that of the pressure sensor described so far. The outline of the manufacturing method will be described below. As shown in FIG. 27A, the second thin plate 2015 is attached to the second surface (back surface) of the substrate 2011. The substrate 2011 can be variously applied to a semiconductor substrate such as a silicon substrate, an insulating substrate such as a glass substrate or a plastic substrate, a conductor substrate such as iron, copper, an alloy, or a metal. (Alternatively, the imprint method may be used for a polymer or ceramic formed on the second thin plate.) The second thin plate 2015 is also a semiconductor substrate such as a silicon substrate, an insulating substrate such as a glass substrate or a plastic substrate, Various conductive substrates such as iron, copper, alloys and metals can be applied. The substrate 2011 and the second thin plate 2015 can be attached using an adhesive (including metal, low-melting glass, or the like), or can be attached using room temperature bonding, diffusion fusion, high temperature bonding, or anodic bonding. For example, the silicon substrate and the glass substrate can be firmly attached by anodic bonding with an electric field opened.

その後、基板2011の第1面にフォトリソ法またはインプリント法により厚いレジストパターンを形成する。基板2011上に絶縁膜を形成してからレジストパターンを形成しても良い。このレジストの厚みは、この後基板2011をエッチングするので、このエッチング中に消失しないでパターン形状を維持できる厚みにする。このフォトレジストパターンを用いて、基板2011を異方性エッチング(ドライエッチング)する。フォトレジストパターンにできるだけ忠実に基板2011の凹部を形成するために、凹部は基板面(第1面)に略垂直にパターン寸法通りにできるだけ近くエッチングすることが望ましい。基板2011は第2面を貫通するまでエッチングする。第2面には第2の薄板2015が付着しているので、この第2の薄板をエッチングストッパーとしてエッチングする。たとえば、第2の薄板2015のエッチングレートを基板2011のエッチングレートより遅くするようなエッチング条件で基板2011をエッチングすれば、基板2011をエッチングした後のオーバーエッチング時に第2の薄板2015を余りエッチングさせずに基板全体の凹部において基板2011の貫通した凹部(この場合は貫通溝と呼ぶ方が良い)を形成できる。また、エッチング種(エッチングによって生成したイオン種)をモニターして、基板2011の凹部2017が貫通すると特定のエッチング種の発生が少なくなるので、これをエンドポイントとして用いることによって、オーバーエッチング量を小さくできる。 Thereafter, a thick resist pattern is formed on the first surface of the substrate 2011 by photolithography or imprinting. A resist pattern may be formed after an insulating film is formed over the substrate 2011. Since the substrate 2011 is etched thereafter, the thickness of the resist is set such that the pattern shape can be maintained without disappearing during the etching. By using this photoresist pattern, the substrate 2011 is anisotropically etched (dry etching). In order to form the concave portion of the substrate 2011 as faithfully as possible to the photoresist pattern, it is desirable to etch the concave portion as close as possible to the substrate surface (first surface) according to the pattern dimension. The substrate 2011 is etched until it penetrates the second surface. Since the second thin plate 2015 is attached to the second surface, the second thin plate is etched using the second thin plate as an etching stopper. For example, if the substrate 2011 is etched under an etching condition such that the etching rate of the second thin plate 2015 is slower than the etching rate of the substrate 2011, the second thin plate 2015 is excessively etched during overetching after the substrate 2011 is etched. Instead, a concave portion (in this case, better referred to as a through groove) through which the substrate 2011 passes can be formed in the concave portion of the entire substrate. Further, when the etching species (ion species generated by etching) are monitored and the concave portion 2017 of the substrate 2011 penetrates, the generation of specific etching species decreases. By using this as an end point, the amount of overetching can be reduced. it can.

次にレジストやエッチング時に凹部2017の内部に生成した堆積物(エッチングによって生成した残渣など)を除去して、第1面に第1の薄板2013を付着させる。この付着も接着剤(金属、低融点ガラス等を含む)、常温接合、拡散融合、高温接合、陽極接合を用いて行なうことができる。基板2011がシリコンで第1の薄板2013がガラスの場合(あるいは、これらが逆の場合も)は陽極接合を用いてこれらの基板同士を強固に付着させることができる。また、接着剤を用いるときは、基板2011の第1面を下にして接着剤液に第1面を接触させて凹部の間の側壁上面のみに接着剤を付着させて第1の薄板と付着させると良い。あるいは、第1の薄板の付着面側に接着剤を塗布した後で、第1の薄板2013を下側にして基板の第1面をその上方から付着するのが良い。あるいは、スクリーン印刷においてマスクを用いて第1の薄板の必要な部分にのみ接着剤を塗布する方法もある。 Next, the resist and deposits generated in the recesses 2017 during etching (residues generated by etching, etc.) are removed, and the first thin plate 2013 is attached to the first surface. This adhesion can also be performed using an adhesive (including metal, low melting point glass, etc.), room temperature bonding, diffusion fusion, high temperature bonding, and anodic bonding. When the substrate 2011 is silicon and the first thin plate 2013 is glass (or vice versa), these substrates can be firmly attached to each other using anodic bonding. When an adhesive is used, the first surface of the substrate 2011 is faced down, the first surface is brought into contact with the adhesive liquid, and the adhesive is adhered only to the upper surface of the side wall between the recesses. Good to do. Or after apply | coating an adhesive agent to the adhesion surface side of a 1st thin plate, it is good to adhere the 1st surface of a board | substrate from the 1st thin plate 2013 below. Alternatively, there is a method in which an adhesive is applied only to a necessary portion of the first thin plate using a mask in screen printing.

第2の薄板はエッチングにより凹部2017の底面がエッチングされているので、問題があれば、取り外して別の薄板と取り替えても良い。交換する場合には、第2の薄板2015と基板2011との付着には、たとえば熱可塑性(熱軟化性)の接着剤を用いると良い。ガラス転移温度をTgとしたとき、第2の薄板2015と基板2011とを付着させた後は取り外すまで、Tg以下の温度でプロセスを行なう。特に第1の薄板2013を付着させる温度をこのTg以下にする必要がある。さらに、第2の薄板2015と基板2011とを離す場合にはTg以上の温度にする必要があるので、この温度で第1の薄板2013と基板2011の接着性が悪くならないようにする必要がある。あるいは、接着剤として低融点金属や低融点合金を用いても良い。ただし、この後のプロセスは融点または軟化温度Tm以下の温度で行なう必要がある。 Since the bottom surface of the concave portion 2017 is etched by etching, the second thin plate may be removed and replaced with another thin plate if there is a problem. In the case of replacement, for example, a thermoplastic (thermosoftening) adhesive may be used for adhesion between the second thin plate 2015 and the substrate 2011. When the glass transition temperature is Tg, the process is performed at a temperature equal to or lower than Tg until the second thin plate 2015 and the substrate 2011 are attached and then removed. In particular, the temperature at which the first thin plate 2013 is attached needs to be equal to or lower than this Tg. Furthermore, when the second thin plate 2015 and the substrate 2011 are separated from each other, the temperature needs to be equal to or higher than Tg. Therefore, it is necessary to prevent the adhesiveness between the first thin plate 2013 and the substrate 2011 from being deteriorated at this temperature. . Alternatively, a low melting point metal or a low melting point alloy may be used as the adhesive. However, the subsequent process must be performed at a temperature equal to or lower than the melting point or softening temperature Tm.

以上のようにして、第1面から第2面に貫通した凹部(貫通溝)を多数有する基板2011を作製できた。この貫通した凹部の第1面側(上部、あるいは表面側)は第1の薄板2013で塞がれている。この貫通した凹部の第2面側(下部、あるいは裏面側)は第2の薄板2015で塞がれている。この凹部には、インクが入る凹部2017(2017−2、5)と圧力を印加する凹部2017(圧力印加凹部)(2017−1、3、5)がある。インクが入る凹部(インク容器凹部)2017(2017−2、5)と圧力を印加する凹部2017(2017−1、3、5)との間の基板側壁2011(2011−2、3、5、6)は圧力変化により変形でき、しかもその印加された圧力によってインクが入っている凹部2017(2017−2、5)からインクを外部へ滴出できるような厚みにする。 As described above, the substrate 2011 having a large number of recesses (penetrating grooves) penetrating from the first surface to the second surface was produced. The first thin plate 2013 is closed on the first surface side (upper part or front surface side) of the recessed portion that penetrates. The second thin plate 2015 is closed on the second surface side (lower part or back surface side) of the penetrating recess. The recess includes a recess 2017 (2017-2, 5) in which ink enters and a recess 2017 (pressure applying recess) (2017-1, 3, 5) for applying pressure. Substrate sidewalls 2011 (2011-2, 3, 5, 6) between the recesses (ink container recesses) 2017 (2017-2, 5) for containing ink and the recesses 2017 (2017-1, 3, 5) for applying pressure. ) Can be deformed by a change in pressure, and the thickness is such that the ink can be ejected to the outside from the recessed portion 2017 (2017-2, 5) containing the ink by the applied pressure.

次に、第1の薄板2013に圧力伝達孔およびインク導入孔を形成する。第1の薄板2013上にフォトリソ法またはインプリント法を用いて圧力伝達孔およびインク導入孔を形成するためのレジストパターンを形成する。このレジストパターンを用いて第1の薄板2013をエッチング除去し、圧力伝達孔2019(2019−1、3、4)およびインク導入孔2019(2019−2、5)を作製する。第1の薄板2013の厚みが厚いときは、研磨法や全面ウエットエッチング法や全面ドライエッチング法を用いて、レジストパターニング前に薄くしても良い。あるいは、レジストパターニング後に最初に高速エッチング(ウエットまたはドライ)を行ないこの領域のみ薄くしておく方法もある。あるいは凹部の幅は10μm以上にすることもできるので、ドリルで開ける方法、レーザー光で開ける方法、あるいは高圧水流で開ける方法もある。 Next, a pressure transmission hole and an ink introduction hole are formed in the first thin plate 2013. A resist pattern for forming the pressure transmission hole and the ink introduction hole is formed on the first thin plate 2013 by using a photolithography method or an imprint method. By using this resist pattern, the first thin plate 2013 is removed by etching to form pressure transmission holes 2019 (2019-1, 3, 4) and ink introduction holes 2019 (2019-2, 5). When the thickness of the first thin plate 2013 is thick, it may be thinned before resist patterning using a polishing method, a full surface wet etching method, or a full surface dry etching method. Alternatively, there is a method in which only high-speed etching (wet or dry) is first performed after resist patterning to thin only this region. Or since the width | variety of a recessed part can also be 10 micrometers or more, there are also the method of opening with a drill, the method of opening with a laser beam, or the method of opening with a high-pressure water flow.

レーザー光で開ける場合には、第1の薄板2013の上方からレーザーを照射するが、下側の第2の薄板2015にも孔があく可能性があるので、それを防止するために第1の薄板2013と第2の薄板2015の材料を変えて、第1の薄板2013にはレーザー光により孔をあけることができるが、第2の薄板2015には同じレーザー光により孔をあけることができないようにすれば良い。あるいは、本発明のインクジェットデバイスでは、インク容器凹部2019(2019−2、5)はインク導入孔とインク排出孔{第2の薄板2015側の2023(2023−1、2)}が必ず両方あいているので、第2の薄板2015の下面側からレーザー照射を行なえば、第1の薄板2013および第2の薄板2015の孔を同時にあけることができ、プロセス(工程)も少なくなる。この孔形成において高いマスク合わせ精度が要求されない(合わせ誤差が1〜3μmでも良い)場合は、レーザー光や高圧水流で孔をあけるときは、メタル等のマスクを用いても良い。さらに異方性の強いドライエッチングであれば、フォトリソ法またはインプリント法を用いずにメタルマスク等の外付けマスクでも良いので、プロセスが簡単になる。 In the case of opening with laser light, the laser is irradiated from above the first thin plate 2013. Since there is a possibility that the second thin plate 2015 on the lower side also has a hole, the first thin plate is used to prevent this. By changing the material of the thin plate 2013 and the second thin plate 2015, the first thin plate 2013 can be perforated by laser light, but the second thin plate 2015 cannot be perforated by the same laser light. You can do it. Alternatively, in the ink jet device of the present invention, the ink container recess 2019 (2019-2, 5) always has both the ink introduction hole and the ink discharge hole {2023 (2023-1, 2) on the second thin plate 2015 side}. Therefore, if laser irradiation is performed from the lower surface side of the second thin plate 2015, the holes of the first thin plate 2013 and the second thin plate 2015 can be formed simultaneously, and the number of processes (steps) is reduced. When high mask alignment accuracy is not required in the hole formation (the alignment error may be 1 to 3 μm), a mask made of metal or the like may be used when the hole is formed by laser light or high-pressure water flow. Further, if dry etching with strong anisotropy is used, an external mask such as a metal mask may be used without using the photolithography method or the imprint method, and the process becomes simple.

次に、第2の薄板2015にインク排出用のインク排出孔2023(2023−1、2)をあける。このインク排出孔は圧力印加凹部2017(2017−1、3、4)にはあけない。このインク排出孔2023の形成方法は、上述のインク導入孔の形成方法と同様で良い。第1の薄板2013および第2の薄板2015に孔を形成した後、必要なら孔の形状をなめらかにする手段を講じる。たとえば、第1の薄板2013および第2の薄板2015がガラスの場合には、ライトフッ酸処理を行なうと良い。次に、インク導入孔2019(2019−2、5)にインク通路管やインク溜まり容器2021(2021−1、2)を接続したり、圧力伝達孔2019(2019−1、3、4)には圧力導入管を接続したり、圧力排出孔2023(2023−1、2)にも必要な部材を接続する。 Next, ink discharge holes 2023 (2023-1, 202) for discharging ink are formed in the second thin plate 2015. This ink discharge hole is not opened in the pressure application recess 2017 (2017-1, 3, 4). The method for forming the ink discharge hole 2023 may be the same as the method for forming the ink introduction hole described above. After forming holes in the first thin plate 2013 and the second thin plate 2015, a means for smoothing the shape of the holes is taken if necessary. For example, when the first thin plate 2013 and the second thin plate 2015 are glass, light hydrofluoric acid treatment may be performed. Next, an ink passage tube or an ink reservoir container 2021 (2021-1, 2) is connected to the ink introduction hole 2019 (2019-2, 5), or the pressure transmission hole 2019 (2019-1, 3, 4) is connected. Necessary members are also connected to the pressure introduction pipes and the pressure discharge holes 2023 (2023-1 and 2023).

図27(b)、(c)は、本発明のインクジェットデバイスを平面的に示したものである。図27(b)は、その一例であり、直方体形状の凹部2017(2017−1、2、3)が隣接して平行に配列されている。図27(c)もその一例であり、正方形状(あるいは直方体形状)のインク容器凹部2017−2を、基板側壁2011−2を介して圧力印加凹部2017(2017−1、3)が取り囲んでいる。図27(b)において、インク容器凹部2017−2と圧力印加凹部2017−1との間の側壁2011−2の幅(厚み)をWc(=y)、長さをLc(=a)、深さ(基板厚みに等しい)をHsub(=Hc=h)とすると、この基板側壁2011−2はダイヤフラムと考えて良く、この基板側壁が両側の凹部の圧力差zによって撓むときに、この基板側壁2011−2の最大たわみはおおよそ以下の計算式で与えられる。
Wmax=α*z*h/(Ey
FIGS. 27B and 27C are plan views showing the inkjet device of the present invention. FIG. 27B is an example of this, and rectangular parallelepiped recesses 2017 (2017-1, 2, 3) are adjacently arranged in parallel. FIG. 27C is an example of this, and the pressure application recess 2017 (2017-1, 3) surrounds the square (or rectangular parallelepiped) ink container recess 2017-2 via the substrate side wall 2011-2. . In FIG. 27B, the width (thickness) of the side wall 2011-2 between the ink container recess 2017-2 and the pressure application recess 2017-1 is Wc (= y), the length is Lc (= a), and the depth. When the thickness (equal to the substrate thickness) is Hsub (= Hc = h), the substrate side wall 2011-2 may be considered as a diaphragm. When the substrate side wall is bent by the pressure difference z between the recesses on both sides, The maximum deflection of the side wall 2011-2 is approximately given by the following calculation formula.
Wmax = α * z * h 2 a 2 / (Ey 3 )

基板2011がシリコン基板であるとき、ヤング率Eは100GPa〜200GPa(結晶方位依存性あり)である。h=a=300μmのとき(正方形状ダイヤフラム)には、α=0.0138となり、Wmaxは約600z/y(μm)となる。ただし、zをMpa単位で示し、yはμm単位で示す。たとえば、zを1Mpa(約1atm)、yを5μmとするとWmax=約5μmとなる。また、zを1Mpa(約1atm)、yを3μmとするとWmax=約22μmとなる。h=a=400μmのとき(正方形状ダイヤフラム)には、Wmaxは約1890z/y(μm)となる。たとえば、zを1Mpa(約1atm)、yを5μmとするとWmax=約15μmとなる。また、zを1Mpa(約1atm)、yを3μmとするとWmax=約70μmとなる。h=300μm、a=600μmのとき(長方形状ダイヤフラム)には、α=0.0277となり、Wmaxは約1200z/y(μm)となる。ただし、zをMpa単位で示し、yはμm単位で示す。たとえば、zを1Mpa(約1atm)、yを5μmとするとWmax=約10μmとなる。また、zを1Mpa(約1atm)、yを3μmとするとWmax=約45μmとなる。以上のように圧力差を与えるとインク容器凹部2017−2は凹んだり膨らんだりするので、インク容器凹部2017−2内部へインクを吸入でき、インク容器凹部2017−2内部のインクを外に吐出できる。上記の式は理論式であるから、この式等を考慮して設計して、できあがったものでデータを取り、実際値と理論式を近づければ精密なインクジェットデバイスを作製できる。 When the substrate 2011 is a silicon substrate, the Young's modulus E is 100 GPa to 200 GPa (with crystal orientation dependency). When h = a = 300 μm (square diaphragm), α = 0.0138, and Wmax is about 600 z / y 3 (μm). However, z is shown in Mpa units, and y is shown in μm units. For example, if z is 1 MPa (about 1 atm) and y is 5 μm, then Wmax = about 5 μm. If z is 1 Mpa (about 1 atm) and y is 3 μm, then Wmax = about 22 μm. When h = a = 400 μm (square diaphragm), Wmax is about 1890 z / y 3 (μm). For example, if z is 1 Mpa (about 1 atm) and y is 5 μm, Wmax = about 15 μm. If z is 1 MPa (about 1 atm) and y is 3 μm, then Wmax = about 70 μm. When h = 300 μm and a = 600 μm (rectangular diaphragm), α = 0.0277, and Wmax is about 1200 z / y 3 (μm). However, z is shown in Mpa units, and y is shown in μm units. For example, if z is 1 Mpa (about 1 atm) and y is 5 μm, Wmax = about 10 μm. If z is 1 MPa (about 1 atm) and y is 3 μm, then Wmax = about 45 μm. When the pressure difference is applied as described above, the ink container recess 2017-2 is recessed or swelled, so that ink can be sucked into the ink container recess 2017-2 and ink inside the ink container recess 2017-2 can be discharged to the outside. . Since the above formula is a theoretical formula, a precise inkjet device can be manufactured by taking into consideration the formula and the like, taking data with the completed formula, and bringing the actual value close to the theoretical formula.

上述のたわみは基板がシリコンのときであるが、この材料を種々変更することにより、より高精度のインクジェットデバイスも作製できる。たとえば、ポリカーボネートのヤング率は2.2GPaであるから、ダイヤフラムが300μm*300μmの正方形形状の場合、Wmax≒5x10*(z/y)であるから、基板側壁厚みを10μmとすると圧力差1気圧で約50μmという大きな変形となる。さらにゴムの場合には、ヤング率が0.01〜0.1GPaであるから、たとえば、0.022GPaとするとダイヤフラムが300μm*300μmの正方形形状の場合、Wmax≒5x10*(z/y)であるから、基板側壁厚みを30μmとすると圧力差0.1気圧でも約20μmという大きな変形となる。 Although the above-described deflection is when the substrate is silicon, a highly accurate inkjet device can be manufactured by variously changing this material. For example, since the Young's modulus of polycarbonate is 2.2 GPa, when the diaphragm has a square shape of 300 μm * 300 μm, Wmax≈5 × 10 4 * (z / y 3 ). Therefore, when the substrate side wall thickness is 10 μm, the pressure difference is 1 It is a large deformation of about 50 μm at atmospheric pressure. Further, in the case of rubber, the Young's modulus is 0.01 to 0.1 GPa. For example, when 0.022 GPa, when the diaphragm has a square shape of 300 μm * 300 μm, Wmax≈5 × 10 6 * (z / y 3 ) Therefore, if the thickness of the substrate side wall is 30 μm, a large deformation of about 20 μm occurs even at a pressure difference of 0.1 atm.

以上のように、ゴムやプラスチック等の場合はヤング率がシリコン等に比べて非常に小さくなるので、余り微細なものを作製しなくても高精度のインクジェットデバイスを作製することができる。しかもゴムやプラスチック等の場合はインプリント法を用いて微小で精度の高いサイズのものを作製できる。インプリント法を用いて本発明のインクジェットデバイスを作製ずる方法は、図19において説明した内容と同様である。本発明のインクジェットデバイスでは、基板611が第2の薄板2015に対応する。また、絶縁膜633は形成しなくても良い。インプリント法で凹部を形成した後、凹部底部に膜が残る(図19における615B)ので、凹部を基板(第2薄板)側に貫通させるために全面エッチングしてこの残膜を除去する。また、第2薄板および第1薄板は必要な場合は、研磨法やエッチング法等により所望の厚さまで薄くする。さらに本発明のインクジェットデバイスは凹部(貫通凹部)を形成した後に絶縁膜を形成する必要はない(保護膜として形成しても良いが)し、導電体膜を形成しない。従って、弾力性のあるゴムも使用することができる。ゴムとしては、各種ゴム(天然ゴムや合成ゴム)であり、たとえばシリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、合成天然ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴムを使用することができる。 As described above, in the case of rubber, plastic, or the like, the Young's modulus is much smaller than that of silicon or the like, so that a highly accurate inkjet device can be manufactured without manufacturing a very fine device. Moreover, in the case of rubber, plastic, etc., a minute and highly accurate size can be produced by using the imprint method. The method for producing the ink jet device of the present invention using the imprint method is the same as that described in FIG. In the inkjet device of the present invention, the substrate 611 corresponds to the second thin plate 2015. The insulating film 633 is not necessarily formed. After the recess is formed by the imprint method, a film remains at the bottom of the recess (615B in FIG. 19). Therefore, in order to penetrate the recess to the substrate (second thin plate) side, the remaining film is removed by etching. If necessary, the second thin plate and the first thin plate are thinned to a desired thickness by a polishing method, an etching method, or the like. Furthermore, the ink jet device of the present invention does not need to form an insulating film after forming a recess (through recess) (although it may be formed as a protective film), and does not form a conductor film. Therefore, elastic rubber can also be used. Examples of rubber include various rubbers (natural rubber and synthetic rubber), such as silicone rubber, fluorine rubber, nitrile rubber, butyl rubber, styrene rubber, butadiene rubber, synthetic natural rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber. Natural rubber, acrylic rubber, and ethylene propylene rubber can be used.

図27(b)に示す構造の場合は、インク容器凹部2017は基板側壁2011−2および2011−3を挟んで両側の圧力印加凹部2017−1および2017−3から(2方向から)圧力を受けてインク容器凹部2017にインクを吸入したり、排出したりする。これに対して図27(c)に示す構造の場合には、インク容器凹部2017は、基板側壁2011−2および2011−3を挟んで周囲を圧力印加凹部2017−1および2017−3の4方向から囲まれているので、4方向から圧力を受けてインク容器凹部2017にインクを吸入したり、排出したりする。凹部2017の深さHsub、長さLc、基板側壁幅Wcが、図27(b)および102(b)で等しいとすれば、図27(c)に示すインク容器凹部の方が、図27(b)に示すインク容器凹部よりも約2倍の力でインクを吸入したり排出したりできる。逆の見方をすると、吸入量や排出量が同じとすれば、図27(c)に示すインク容器凹部の方が、図27(b)に示すインク容器凹部よりも小さな力(圧力差)で行なうことができる。また、図27(c)に類似する実施形態として、インク容器凹部2017−2の形状が円筒形の場合には、周囲を囲んでいる圧力印加凹部2017より等しく力を受けるので、圧力差による力の分配が均等で効率の良いインク吸入や排出ができる。 In the case of the structure shown in FIG. 27B, the ink container recess 2017 receives pressure (from two directions) from the pressure application recesses 2017-1 and 2017-3 on both sides of the substrate side walls 2011-2 and 2011-3. Ink is discharged into or discharged from the ink container recess 2017. On the other hand, in the case of the structure shown in FIG. 27 (c), the ink container recess 2017 is surrounded by four directions of pressure application recesses 2017-1 and 2017-3 across the substrate side walls 2011-2 and 2011-3. Therefore, ink is sucked into and discharged from the ink container recess 2017 under pressure from four directions. If the depth Hsub, the length Lc, and the substrate side wall width Wc of the recess 2017 are the same in FIGS. 27B and 102B, the ink container recess shown in FIG. Ink can be sucked and discharged with about twice the force of the ink container recess shown in b). In other words, if the suction amount and the discharge amount are the same, the ink container recess shown in FIG. 27C has a smaller force (pressure difference) than the ink container recess shown in FIG. Can be done. Further, as an embodiment similar to FIG. 27C, when the shape of the ink container recess 2017-2 is cylindrical, the force is equally received from the pressure application recess 2017 surrounding the periphery, so that the force due to the pressure difference Ink can be evenly distributed and efficiently discharged and discharged.

図28(a)、(b)は、本発明のインクジェットデバイスの動作方法を示す図である。インク溜まり容器2021(2021−1、2)は(ここにインク通路管を介しても良い)インク導入孔2019(2019−2,5)を通してインク容器凹部2017(2017−2、5)に接続し、さらにインク排出孔2023(2023−1、2)を通して外側へ排出されるようになっている。圧力は、エアーやその他の気体(窒素など)、あるいは液体を圧力導管等を介して圧力発生器(図示していないが、たとえば、高圧ガス容器や、ガス圧縮器、液体圧縮器等)等で発生した圧力P1、P2、P3を、圧力伝達孔2019(2019−1、3、4)を通して圧力印加凹部2017(1、3、4)へ伝達する。インク容器凹部2017内の圧力をPqとしたとき、Pq>P1であればインク容器凹部2017−2と圧力印加凹部2017−1との間の基板側壁2011−2は圧力印加凹部2017−1側へ変形し(膨らみ){図28(a)}、Pq<P1であれば基板側壁2011−2はインク容器凹部2017−2側へ変形する(膨らむ、すなわち、インク容器凹部2017−2は凹む){図28(b)}。 FIGS. 28A and 28B are diagrams showing an operation method of the inkjet device of the present invention. The ink reservoir container 2021 (2021-1, 2) is connected to the ink container recess 2017 (2017-2, 5) through the ink introduction hole 2019 (2019-2, 5) (which may be through an ink passage tube here). Further, the ink is discharged to the outside through the ink discharge holes 2023 (2023-1 and 2023). The pressure may be air or other gas (such as nitrogen) or liquid via a pressure conduit or the like with a pressure generator (not shown, for example, a high pressure gas container, gas compressor, liquid compressor, etc.) The generated pressures P1, P2, and P3 are transmitted to the pressure application recess 2017 (1, 3, 4) through the pressure transmission hole 2019 (2019-1, 3, 4). When the pressure in the ink container recess 2017 is Pq, if Pq> P1, the substrate side wall 2011-2 between the ink container recess 2017-2 and the pressure application recess 2017-1 moves toward the pressure application recess 2017-1. Deformation (bulging) {FIG. 28 (a)}, if Pq <P1, the substrate side wall 2011-2 is deformed toward the ink container recess 2017-2 (swells, that is, the ink container recess 2017-2 is dented). FIG. 28 (b)}.

従って、Pq>P1とすると、インク溜まり容器2021−1からインク容器凹部2017へインクが吸入される。この後、Pq<P1とするとインク容器凹部2017−2内のインクはインク排出孔2023−1を通して、インクジェットの滴2025(2025−1)が外側へ排出される。インク導入孔2019−2またはインク通路管に開閉バルブを備えて、インクをインク容器凹部2017−2内へ導入するときにこの開閉バルブを開けて、インク容器凹部2017−2内のインクを外側へ排出するときにこの開閉バルブを閉じても良く、このようにすればインク容器凹部2017−2内のインクの出入を効率良く行なうことができる。また、インク排出孔2023−1またはインク排出管(図示していないが、インク排出孔2023から外側へ通じる排出通路)に開閉バルブを備えて、インクをインク容器凹部2017−2内へ導入するときにこの開閉バルブを閉じて、インク容器凹部2017−2内のインクを外側へ排出するときにこの開閉バルブを開けても良く、このようにすればインク容器凹部2017−2内のインクの出入を効率良く行なうことができる。 Accordingly, when Pq> P1, ink is sucked from the ink reservoir container 2021-1 into the ink container recess 2017. Thereafter, when Pq <P1, the ink in the ink container recess 2017-2 is discharged to the outside through the ink discharge hole 2023-1 and the inkjet droplet 2025 (2025-1). The ink introduction hole 2019-2 or the ink passage pipe is provided with an opening / closing valve. When the ink is introduced into the ink container recess 2017-2, the opening / closing valve is opened so that the ink in the ink container recess 2017-2 is moved outward. When the ink is discharged, the opening / closing valve may be closed, and in this way, ink can be put into and out of the ink container recess 2017-2 efficiently. In addition, when the ink discharge hole 2023-1 or the ink discharge pipe (not shown, a discharge passage leading to the outside from the ink discharge hole 2023) is provided with an open / close valve, the ink is introduced into the ink container recess 2017-2. It is also possible to close the open / close valve and open the open / close valve when the ink in the ink container recess 2017-2 is discharged to the outside. In this way, the ink in and out of the ink container recess 2017-2 can be opened and closed. It can be performed efficiently.

凹部2017−3が凹部2017−1と別個の空間になっているとき(たとえば、図27(b)に示す場合)、圧力印加凹部2017−3の圧力P2は圧力印加凹部2017−1の圧力P1と別個に制御できるので、インク容器凹部2017−2内へのインクの出入量をコントロールすることができる。また、別のインク容器凹部2017−5内へのインクの出入もその周りの圧力印加凹部2017−4の圧力P3を制御して、他の圧力P1やP2とは別個にコントロールすることもできる。尚、圧力を別個に制御する場合には、たとえば、圧力印加凹部2017−3と圧力印加凹部2017−4との間の基板側壁2011−4の幅を厚くして圧力変動しても余り変形しないようにすれば、P2およびP3はお互いに影響を受けずにコントロールできる。図28(a)、(b)の場合には、P3の圧力はインク容器凹部2017−5内の圧力と同じ状態にしているので、これらの凹部の間の基板側壁2011−5は変形しない。尚、このときインク導入孔2019−5やインク排出孔2023−2につながる通路等へ設けた開閉バルブを連動させておけば(このときは閉じておく)、インクを外側へ排出させないようにすることを確実に実行できる。 When the concave portion 2017-3 is a space separate from the concave portion 2017-1 (for example, as shown in FIG. 27B), the pressure P2 of the pressure applying concave portion 2017-3 is the pressure P1 of the pressure applying concave portion 2017-1. Therefore, the amount of ink flowing into and out of the ink container recess 2017-2 can be controlled. Further, the ink flow into and out of another ink container recess 2017-5 can also be controlled separately from the other pressures P1 and P2 by controlling the pressure P3 of the pressure application recess 2017-4. In the case where the pressure is controlled separately, for example, even if the pressure fluctuates by increasing the width of the substrate side wall 2011-4 between the pressure application recess 2017-3 and the pressure application recess 2017-4, it does not deform much. By doing so, P2 and P3 can be controlled without being affected by each other. In the case of FIGS. 28A and 28B, since the pressure of P3 is the same as the pressure in the ink container recess 2017-5, the substrate side wall 2011-5 between these recesses is not deformed. At this time, if an open / close valve provided in the passage leading to the ink introduction hole 2019-5 or the ink discharge hole 2023-2 is interlocked (closed at this time), the ink is not discharged to the outside. That can be done reliably.

カラー印刷を行なう場合は、インクを混合して種々の色彩を作る必要があるが、本発明を適用して、たとえば、3原色(赤、青、黄)と黒のインクを入れたインク容器凹部2017(2017−11、12、13、14)を図28(c)に示すように配列できる。この配列を適当数配置してインクジェット装置を作製する。この図28(c)に示す1つの配列を1dotと考えることができる。インク容器凹部2017(2017−11、12、13、14)の外側の圧力印加凹部2017(2017−15、16、17、18)の圧力を制御してそれぞれのインク容器凹部2017(2017−11、12、13、14)から各種のインクを吐出する。それぞれインク吸入用および排出用のバルブおよび圧力を制御して、色彩に対応して各種の色インクを吐出し、色彩を形成させる。インク容器凹部2017の大きさをLc1*Lc2とし、圧力印加凹部2017の大きさをLc3*Lc2とし、それぞれの凹部間の距離をWcとすると、1dotの大きさは、{2(Lc1+Lc3)+4Wc}*{2Lc2+2Wc}となる。Lc1=10μm、Lc2=20μm、Lc3=10μm、Wc=5μmとすると、1dotの大きさは、60μm*50μmとなる。従って、解像度は423dpi*508dpiとなり、かなり良い印刷解像度となる。尚黒色だけならば、1dotの大きさは、(Lc1+Lc3+2 Wc)*(Lc2+Wc)であるから、上記の値の場合は1dotの大きさは、30μm*25μmであるから、解像度は846*1016dpiとなり、非常に良い印刷解像度となる。本発明のインクジェットデバイスはさらに微細化が可能なので、さらに良い解像度も実現できる。 When color printing is performed, it is necessary to mix inks to create various colors. By applying the present invention, for example, an ink container recess containing three primary colors (red, blue, yellow) and black ink. 2017 (2017-11, 12, 13, 14) can be arranged as shown in FIG. An ink jet apparatus is manufactured by arranging an appropriate number of these arrays. One array shown in FIG. 28C can be considered as 1 dot. By controlling the pressure of the pressure application recess 2017 (2017-15, 16, 17, 18) outside the ink container recess 2017 (2017-11, 12, 13, 14), each ink container recess 2017 (2017-11, 2017, Various inks are ejected from 12, 13, 14). The ink suction and discharge valves and pressure are controlled to discharge various color inks corresponding to the colors to form colors. When the size of the ink container recess 2017 is Lc1 * Lc2, the size of the pressure application recess 2017 is Lc3 * Lc2, and the distance between the recesses is Wc, the size of 1 dot is {2 (Lc1 + Lc3) + 4Wc} * {2Lc2 + 2Wc}. When Lc1 = 10 μm, Lc2 = 20 μm, Lc3 = 10 μm, and Wc = 5 μm, the size of 1 dot is 60 μm * 50 μm. Therefore, the resolution is 423 dpi * 508 dpi, which is a considerably good printing resolution. If only black, the size of 1 dot is (Lc1 + Lc3 + 2 Wc) * (Lc2 + Wc). In the case of the above value, the size of 1 dot is 30 μm * 25 μm, so the resolution is 846 * 1016 dpi. Very good print resolution. Since the ink jet device of the present invention can be further miniaturized, it is possible to realize even better resolution.

図29(a)は、ダイヤフラム型アクチュエータを用いたインクジェットデバイスを示す図である。ここで、基板2011は圧電体である。圧電体基板は、圧電効果を示す物質の基板であり、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛(ジルコニウム酸・チタン酸鉛(Pb(ZrTi1−X)O 0<x<1)とも呼ばれ、いわゆるPZT)、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、リチウムテトラボレート等のペロブスカイト構造やタングステン−青銅構造を持つセラミックスであり、あるいは石英、水晶、ロッシェル塩、トパーズ、電気石(トルマリン)、ベルリナイト(リン酸アルミニウム)、窒化アルミニウム、リン酸ガリウム、ガリウムヒ素などであり、あるいは圧電性ポリマー{たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)}などである。これらの基板から凹部2017(2017−1、2、3、4、5)を形成する方法はこれまでに説明した方法と同様である。 FIG. 29A is a view showing an ink jet device using a diaphragm type actuator. Here, the substrate 2011 is a piezoelectric body. The piezoelectric substrate is a substrate of a substance exhibiting a piezoelectric effect, and is also called, for example, lead zirconate titanate (zirconate / lead titanate (Pb (Zr X Ti 1-X ) O 3 0 <x <1)). , So-called PZT), barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, lithium tetraborate and other ceramics having a perovskite structure and a tungsten-bronze structure, Or quartz, quartz, Rochelle salt, topaz, tourmaline, berlinite (aluminum phosphate), aluminum nitride, gallium phosphate, gallium arsenide, etc., or a piezoelectric polymer {eg, polyvinylidene fluoride (PVDF)} Etc. The method for forming the recesses 2017 (2017-1, 2, 3, 4, 5) from these substrates is the same as the method described so far.

圧電体基板2011内に凹部2017(2017−1、2、3、4、5)を形成した後、導電体膜2031を積層する。この導電体膜2031は個々の基板側壁の表面に電界を発生して基板側壁(特に、インク容器凹部2017−2および圧力印加凹部2017−1との間の基板側壁2011−2、インク容器凹部2017−2および圧力印加凹部2017−3との間の基板側壁2011−3、インク容器凹部2017−5および圧力印加凹部2017−4との間の基板側壁2011−5)を変形させることを目的とする。次にフォトリソ法またはインプリント法等およびエッチング法等を用いて、基板側壁2011(2011−1、2、3、4、5、6)の上面で導電体膜2031をエッチングし、変形しようとする基板側壁の両側に存在する凹部(特にインク容器凹部および圧力印加凹部)内の導電体膜同士が接続しないようにする。すなわち、2032(2032−1、2、3、4、5、6)で導電体膜2031を切断する。次に絶縁膜2034を積層し、導電体膜2031を保護する。当然導電体膜2031を切断した部分2032(2032−1、2、3、4、5、6)にも絶縁膜2034が積層する。 After forming the recesses 2017 (2017-1, 2, 3, 4, 5) in the piezoelectric substrate 2011, a conductor film 2031 is laminated. The conductor film 2031 generates an electric field on the surface of each substrate side wall to generate a substrate side wall (particularly, the substrate side wall 2011-2 between the ink container recess 2017-2 and the pressure application recess 2017-1, the ink container recess 2017). -2 and the substrate side wall 2011-3 between the pressure application recess 2017-3 and the substrate side wall 2011-5 between the ink container recess 2017-5 and the pressure application recess 2017-4). . Next, the conductor film 2031 is etched on the upper surface of the substrate side wall 2011 (2011-1, 2, 3, 4, 5, 6) by using a photolithography method, an imprint method, an etching method, or the like, and is about to be deformed. The conductor films in the recesses (particularly the ink container recess and the pressure application recess) present on both sides of the substrate side wall are not connected. That is, the conductor film 2031 is cut by 2032 (2032-1, 2, 3, 4, 5, 6). Next, an insulating film 2034 is stacked to protect the conductor film 2031. Naturally, the insulating film 2034 is also laminated on the portion 2032 (2032-1, 2, 3, 4, 5, 6) where the conductor film 2031 is cut.

次に第1の薄板2013等を圧電基板2011上に付着させ、圧力伝達孔2019(2019−1、3、4)およびインク導入孔2019(2019−2、5)をあける。次に第2の薄板2015にインク排出孔2023(2023−1、2023−2)をあけ、インク導入孔2019(2019−2、5)にインク溜まり容器2021(2021−1、2)等を接続する。ここでインク排出孔2023(2023−1、2023−2)をあけたときに、インク容器凹部底面で導電体膜2031が露出する。{たとえば、2033(2033−1、2)}導電体膜2031がインクに接触して腐食したり反応したりして問題を起こす場合、さらには導電体膜2031に電界をかえたときにインクが接触して問題を起こす場合には、インク排出孔2023(2023−1、2023−2)をあけた後で、この部分に絶縁膜2033を積層すれば良い。CVD法やPVD法を用いれば露出した導電体膜2031の上に絶縁膜を積層できる。導電体膜2031を積層した後、または導電体膜2031をパターニングした後で第2の薄板2015にインク排出孔2023(2023−1、2023−2)をあけ、その後で絶縁膜2034を積層すれば、絶縁膜2033と兼用できるので、工程増にはならない。あるいは、導電体膜2031をパターニングするときにインク排出孔2023(2023−1、2023−2)をあける部分の導電体膜を除去しておき、インク排出孔2023(2023−1、2023−2)をあけても導電体膜を露出させないようにすれば良い。あるいは、貫通溝2017を形成した後、導電体膜2031を形成する前に第2の薄板2015を取り外した状態で導電体膜を積層すれば、第2の薄板2015には導電体膜は積層しない。その後で第2の薄板2015を付着させて、インク排出孔2023(2023−1、2023−2)をあければ良い。あるいは、前もってインク排出孔2023(2023−1、2023−2)をあけた第2の薄板を付着しておけば良く、インク排出孔2023(2023−1、2023−2)にも導電体膜2031は積層するがその上を絶縁膜2034でカバーするので問題は発生しない。 Next, a first thin plate 2013 or the like is attached on the piezoelectric substrate 2011, and pressure transmission holes 2019 (2019-1, 3, 4) and ink introduction holes 2019 (2019-2, 5) are opened. Next, the ink discharge holes 2023 (2023-1, 2023-2) are opened in the second thin plate 2015, and the ink reservoirs 2021 (2021-1, 2) are connected to the ink introduction holes 2019 (2019-2, 5). To do. Here, when the ink discharge hole 2023 (2023-1, 2023-2) is opened, the conductor film 2031 is exposed on the bottom surface of the ink container recess. {For example, 2033 (2033-1, 2)} When the conductor film 2031 comes into contact with the ink and corrodes or reacts to cause a problem, the ink is further removed when the electric field is changed over the conductor film 2031. In the case of causing a problem by contact, an insulating film 2033 may be laminated on this portion after opening the ink discharge hole 2023 (2023-1, 2023-2). If a CVD method or a PVD method is used, an insulating film can be stacked on the exposed conductor film 2031. After laminating the conductor film 2031 or patterning the conductor film 2031, ink discharge holes 2023 (2021-1, 2023-2) are opened in the second thin plate 2015, and then the insulating film 2034 is laminated. Since the insulating film 2033 can also be used, the number of processes is not increased. Alternatively, a portion of the conductor film where the ink discharge hole 2023 (2023-1, 2023-2) is opened when patterning the conductor film 2031 is removed, and the ink discharge hole 2023 (2023-1, 2023-2) is removed. It is sufficient that the conductor film is not exposed even if the gap is opened. Alternatively, after the through groove 2017 is formed and before the conductor film 2031 is formed, if the conductor film is laminated with the second thin plate 2015 removed, the conductor film is not laminated on the second thin plate 2015. . After that, the second thin plate 2015 may be attached to open the ink discharge holes 2023 (2023-1, 2023-2). Alternatively, a second thin plate having an ink discharge hole 2023 (2023-1, 2023-2) may be attached in advance, and the conductor film 2031 is also applied to the ink discharge hole 2023 (2023-1, 2023-2). However, no problem occurs because the insulating film 2034 is covered.

次に、あるいは、第1の薄板2013に圧力伝達孔やインク導入孔をあけるときに、導電体膜2031の各電極2031(2031−1、2、3、4、5、6、7)から引き出し電極・配線を形成すべき領域における第1の薄板2013を除去しておき、その後で絶縁膜2034にコンタクト孔をあけて導電体膜2031を露出させて、この部分から引き出し電極を取りだす。たとえば、新たにこのコンタクト孔に導電体膜を形成して電極・配線を形成したり、この部分にワイヤボンディングして引き出し電極・配線とする。 Next, or when a pressure transmission hole or an ink introduction hole is formed in the first thin plate 2013, the electrode 2031 (2031-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) of the conductor film 2031 is pulled out. The first thin plate 2013 in the region where the electrode / wiring is to be formed is removed, and then a contact hole is formed in the insulating film 2034 to expose the conductor film 2031 and the lead electrode is taken out from this portion. For example, a conductor film is newly formed in the contact hole to form an electrode / wiring, or wire bonding is performed on this portion to form a lead electrode / wiring.

このようにして圧電体基板側壁2011−2、3、5等の両側に電極を形成すれば、これらの両側の電極に電界をかけると基板側壁2011−2、3、5等は変形し、電界の向き(電極の極性の相違による)によって、インク容器凹部が膨らんだり凹んだりする。たとえば、電極2031−2および2−31−3の間に電界をかけてインク容器凹部2017−2を膨らまして、インク溜まり容器2021−1からインク導入孔2019−2を通してインク容器凹部2017−2内にインクを吸入する。このとき圧力印加凹部2017−1は凹むので圧力印加凹部2017−1内の気体は圧力伝達孔2019−1を通して外側へ出ていく。次に両側の電極に逆の電界かけてインク容器凹部2017−2を凹ませて、インク容器凹部2017−2内のインクを、インク排出孔2023−1を通して外側へ排出される。このとき圧力印加凹部2017−1は凹むので圧力伝達孔2019−1を通して圧力印加凹部2017−1内に外側から気体が入っていく。さらに、インク導入孔2019−2やインク排出孔2023−1につながるインク通路に開閉バルブを設けて、導電体膜電極への電界印加と連動させれば、より精度良くインクの吸入や排出をすることができる。 If the electrodes are formed on both sides of the piezoelectric substrate side walls 2011-2, 3, 5, etc. in this way, the substrate side walls 2011-2, 3, 5 etc. are deformed when an electric field is applied to the electrodes on both sides. Depending on the orientation of the electrode (depending on the polarity of the electrode), the ink container recesses swell or dent. For example, an electric field is applied between the electrodes 2031-2 and 2-31-3 to swell the ink container recess 2017-2, and from the ink reservoir container 2021-1 to the ink container recess 2017-2 through the ink introduction hole 2019-2. Inhale ink. At this time, since the pressure application recess 2017-1 is recessed, the gas in the pressure application recess 2017-1 goes out through the pressure transmission hole 2019-1. Next, the ink container recess 2017-2 is recessed by applying a reverse electric field to the electrodes on both sides, and the ink in the ink container recess 2017-2 is discharged to the outside through the ink discharge hole 2023-1. At this time, since the pressure application recess 2017-1 is recessed, gas enters from the outside into the pressure application recess 2017-1 through the pressure transmission hole 2019-1. Furthermore, if an open / close valve is provided in the ink passage connected to the ink introduction hole 2019-2 and the ink discharge hole 2023-1 and interlocked with the electric field application to the conductor film electrode, the ink can be sucked and discharged more accurately. be able to.

図29(b)は、基板側壁2011(2011−1、2、3、4、5、6)状に圧電体膜2039を形成し、その上下に形成した導電体膜2031および導電体膜2035を電極として、これらの電極に電界をかけて圧電体膜2039を変形させて、基板側壁(特にインク容器凹部2017−2の両側の基板側壁2011−2および2011−3、インク容器凹部2017−5の基板側壁2011−5)を一緒に変形させることにより、インク容器凹部2017−2または2017−5にインクを吸入したり、インク容器凹部2017−2または2017−5からインクを排出したりする。構造および製造方法は、図27〜図29(a)に示したものと同様であり、インクを用いたり、圧力をかけない所が異なる。また、その動作も逆で、圧電体膜2039の上下の導電体膜2031および2035に電位をかけて基板側壁を動かす点で異なる。 In FIG. 29B, the piezoelectric film 2039 is formed in the shape of the substrate side wall 2011 (2011-1, 2, 3, 4, 5, 6), and the conductive film 2031 and the conductive film 2035 formed above and below the piezoelectric film 2039 are formed. As the electrodes, an electric field is applied to these electrodes to deform the piezoelectric film 2039, so that the substrate side walls (particularly, the substrate side walls 2011-2 and 2011-3 on both sides of the ink container recess 2017-2 and the ink container recess 2017-5 are formed. By deforming the substrate side wall 2011-5 together, the ink is sucked into the ink container recess 2017-2 or 2017-5, and the ink is discharged from the ink container recess 2017-2 or 2017-5. The structure and the manufacturing method are the same as those shown in FIG. 27 to FIG. 29A, and are different in that no ink is used or no pressure is applied. Also, the operation is reversed, and the operation is different in that the substrate side walls are moved by applying a potential to the conductive films 2031 and 2035 above and below the piezoelectric film 2039.

第2の薄板2015を付着した基板2011に圧力印加凹部2017(2017−1、3、4)およびインク容器凹部2017(2017−2、5)を形成し、これらの凹部の間に基板側壁2011(2011−1、2、3、4、5、6)を形成する。次に、導電体膜2031を形成し、同じ極性にならない導電体膜2031は、基板側壁上面の2032(2032−1、2、3、4、5、6)で切断する。その他の場所でも導電体膜2031で必要な配線を形成する。次に、圧電体膜2039を形成し、さらに導電体膜2035を形成し、同じ極性にならない導電体膜2031は、基板側壁上面の2037(2037−1、2、3、4、5、6)で切断する。その他の場所でも導電体膜2035で必要な配線を形成する。次に導電体膜2035を保護するための絶縁膜2036を形成する。その後、第1の薄板2013を基板2011上に付着させ、圧力導入孔2019(2019−1、3、4)やインク導入孔2019(2019−2、5)や導電体膜2031および2035からの引き出し電極を形成する領域などで第1の薄板2013をエッチング除去する。第2の薄板についても、インク排出孔2023(2023−1、2)を形成する。このインク排出孔2023を形成すると導電体膜2031や2035が露出するので、この露出部をカバーする絶縁膜2033(2033−1、2)および2038(2038−1、2)を形成する。しかし、導電体2035をパターニングした後で、第2の薄板のインク排出孔2023(2023−1、2)を形成し、その後で絶縁膜2036を形成すれば、この導電体膜2031および2035の露出部をカバーできるので、新たな絶縁膜2033や2038を形成しなくても良い。その後インク溜まり容器等必要な部材を形成または接続する。 A pressure application recess 2017 (2017-1, 3, 4) and an ink container recess 2017 (2017-2, 5) are formed in the substrate 2011 to which the second thin plate 2015 is attached, and the substrate side wall 2011 ( 2011-1, 2, 3, 4, 5, 6). Next, the conductor film 2031 is formed, and the conductor film 2031 which does not have the same polarity is cut at 2032 (2032-1, 2, 3, 4, 5, 6) on the upper surface of the substrate side wall. Wiring necessary for the conductor film 2031 is formed also in other places. Next, the piezoelectric film 2039 is formed, and further the conductive film 2035 is formed. The conductive film 2031 which does not have the same polarity is formed on the upper surface 2037 (2037-1, 2, 3, 4, 5, 6) of the substrate side wall. Disconnect with. Wiring necessary for the conductor film 2035 is formed also in other places. Next, an insulating film 2036 for protecting the conductor film 2035 is formed. Thereafter, the first thin plate 2013 is attached on the substrate 2011, and drawn out from the pressure introduction holes 2019 (2019-1, 3, 4), the ink introduction holes 2019 (2019-2, 5), and the conductor films 2031 and 2035. The first thin plate 2013 is removed by etching in a region where an electrode is formed. The ink discharge holes 2023 (2023-1 and 2023) are also formed on the second thin plate. Since the conductor films 2031 and 2035 are exposed when the ink discharge holes 2023 are formed, insulating films 2033 (2033-1, 2) and 2038 (2038-1, 2) that cover the exposed portions are formed. However, if the second thin plate ink discharge hole 2023 (2023-1, 2023) is formed after the conductor 2035 is patterned, and then the insulating film 2036 is formed, the conductor films 2031 and 2035 are exposed. Therefore, it is not necessary to form new insulating films 2033 and 2038. Thereafter, necessary members such as an ink reservoir are formed or connected.

図29(b)に示すインクジェットデバイスでは、基板側壁2011−2、2011−3、2011−5の両側に形成した導電体膜2031(下部電極)、圧電体膜2039、導電体膜2035(上部電極)の構造において、上部電極と下部電極の間に電界をかけると圧電体膜2035が変形する。この変形に応じて基板側壁が変形して、インク容器凹部2017−2、2017−5が膨らんだり、凹んだりするので、これらのインク容器凹部2017−2、2017−5内部へインクが吸入したり、インク容器凹部2017−2、2017−5内部のインクが外部へ吐出したりする。インク容器凹部2017−2、2017−5へつながるインク導入孔2019−2、2019−5やインク排出孔2023−1、2023−2に接続するインク通路等へ開閉バルブをつけて、これらの開閉バルブと上部および下部電極への電圧印加を連動させれば、さらに精度良くインクの出入を行なうことができる。以上はインクを対象として説明してきたが、インクを含む種々の液体にも適用できる。従って、これらのインクジェットデバイスは液体吐出デバイスでもある。さらに液体だけでなく気体にも適用できるので、気体吐出デバイスとも言えるし、まとめて液体および気体を含む媒体吐出デバイスでもある。 In the inkjet device shown in FIG. 29B, the conductor film 2031 (lower electrode), the piezoelectric film 2039, and the conductor film 2035 (upper electrode) formed on both sides of the substrate side walls 2011-2, 2011-3, and 2011-5. ), The piezoelectric film 2035 is deformed when an electric field is applied between the upper electrode and the lower electrode. In response to this deformation, the substrate side wall is deformed, and the ink container recesses 2017-2 and 2017-5 are expanded or recessed, so that the ink is sucked into the ink container recesses 2017-2 and 2017-5. Ink in the ink container recesses 2017-2 and 2017-5 is discharged to the outside. Open / close valves are attached to the ink passages connected to the ink introduction holes 2019-2 and 2019-5 and the ink discharge holes 2023-1 and 2023-2 connected to the ink container recesses 2017-2 and 2017-5. If the voltage application to the upper and lower electrodes is linked, ink can be put in and out more accurately. Although the above has been described with respect to ink, it can also be applied to various liquids containing ink. Therefore, these ink jet devices are also liquid ejection devices. Furthermore, since it can be applied not only to a liquid but also to a gas, it can be said to be a gas ejection device, or a medium ejection device that collectively includes a liquid and a gas.

以上に示すインクジェットデバイスの説明から分かるように、本発明の凹部または貫通溝はポンプデバイスを作製できる。図30(a)は、そのポンプデバイスの一実施例を示す図である。圧電体基板2041内に第1面から第2面に貫通する貫通溝(または貫通凹部)2042(2042−1、2、3、4)が形成され、これらの貫通溝2042(2042−1、2、3、4)の間に基板側壁2041(2041−2、3、4)が形成される。図30(a)において、貫通溝2042−1において基板側壁2041―2と対向する基板側壁を2041−1とし、貫通溝2042−4において基板側壁2041―4と対向する基板側壁を2041−5とする。貫通溝2042(2042−1、2、3、4)の内側面、すなわち基板側壁の側面に導電体膜2043(2043−1、2、3、・・・、8)が積層され、さらにその上に絶縁膜2044(2044−1、2、3、・・・、8)が積層されている。圧電体基板2041の第1面(上面または表面)に第1の薄板2047が付着している。圧電体基板2041の第2面(下面または裏面)に第2の薄板2048が付着している。第1の薄板内部には、図示しない外側(または別の貫通溝)と通じる通路2046(2046−1)が形成されており、貫通溝2042(2042−1)へつながっている。また、第1の薄板内部には、貫通溝2042(2042−2)から貫通溝2042(2042−3)へ通じる通路2046(2046−2)が形成されている。さらに、第1の薄板内部には、貫通溝2042(2042−4)から図示しない外側(または別の貫通溝)と通じる通路2046(2046−3)が形成されている。これらの通路2046(2046−1、2、3)には開閉バルブ2049(2049−1、3、5)を設けても良い。 As can be seen from the description of the ink jet device described above, the recess or the through groove of the present invention can produce a pump device. FIG. 30A is a diagram showing an example of the pump device. Through grooves (or through recesses) 2042 (2042-1, 2, 3, 4) penetrating from the first surface to the second surface are formed in the piezoelectric substrate 2041, and these through grooves 2042 (2042-1, 204-1, 2) are formed. 3, 4), substrate side walls 2041 (2041-2, 3, 4) are formed. In FIG. 30A, the substrate sidewall facing the substrate sidewall 2041-2 in the through groove 2042-1 is designated as 2041-1, and the substrate sidewall facing the substrate sidewall 2041-4 in the through groove 2042-4 is designated as 2041-5. To do. A conductor film 2043 (2043-1, 2, 3,..., 8) is laminated on the inner side surface of the through groove 2042 (2042-1, 2, 3, 4), that is, the side surface of the substrate side wall, and further thereon. An insulating film 2044 (2044-1, 2, 3,..., 8) is laminated. A first thin plate 2047 is attached to the first surface (upper surface or surface) of the piezoelectric substrate 2041. A second thin plate 2048 is attached to the second surface (lower surface or back surface) of the piezoelectric substrate 2041. A passage 2046 (2046-1) that communicates with the outside (or another through groove) (not shown) is formed inside the first thin plate and is connected to the through groove 2042 (2042-1). Further, a passage 2046 (2046-2) is formed in the first thin plate so as to communicate from the through groove 2042 (2042-2) to the through groove 2042 (2042-3). Furthermore, a passage 2046 (2046-3) is formed in the first thin plate from the through groove 2042 (2042-4) to the outside (not shown) (or another through groove). These passages 2046 (2046-1, 2, 3) may be provided with opening / closing valves 2049 (2049-1, 3, 5).

第2の薄板2048内部には、貫通溝2042(2042−1)から貫通溝2042(2042−2)へ通じる通路2045(2045−1)が形成されている。さらに、第2の薄板2048内部には、貫通溝2042(2042−3)から貫通溝2042(2042−4)へ通じる通路2045(2045−2)が形成されている。これらの通路2045(2045−1、2)には開閉バルブ2049(2049−2、4)を設けても良い。基板側壁2041の側面に形成された導電体膜2043(2043−1、2、3、・・・、8)にはそれぞれ引き出し配線・電極が形成されていて、個別に電圧を印加できるようになっている。これらの導電体膜2043(2043−1、2、3、・・・、8)に電圧を印加すると圧電体基板側壁2041(2041−1、2、3、4、5)は貫通溝の内側または外側へ変形できる。従って、圧電体基板側壁2041(2041−1、2、3、4、5)を動かす方向と電圧印加の大きさおよび極性(プラスかマイナス)が一致する場合には、引き出し配線・電極を接続することができる。通常は、同じ貫通溝内の導電体膜は同じ大きさで同じ極性となっているので、1つの貫通溝の動作は、プラスとマイナスの電圧を交互に入れ変えて(すなわち、交流的に印加する)導電体膜に印加すると、基板側壁は貫通溝内部に窪んだり膨らんだりする。 Inside the second thin plate 2048, a passage 2045 (2045-1) that leads from the through groove 2042 (2042-1) to the through groove 2042 (2042-2) is formed. Furthermore, a passage 2045 (2045-2) that leads from the through groove 2042 (2042-3) to the through groove 2042 (2042-4) is formed inside the second thin plate 2048. An opening / closing valve 2049 (2049-2, 4) may be provided in these passages 2045 (2045-1, 2). The conductor films 2043 (2043-1, 2, 3,..., 8) formed on the side surface of the substrate side wall 2041 are respectively provided with lead-out wirings / electrodes so that a voltage can be applied individually. ing. When a voltage is applied to these conductor films 2043 (2043-1, 2, 3,..., 8), the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-1, 2, 3, 4, 5) Can be deformed outward. Accordingly, when the direction in which the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-1, 2, 3, 4, 5) is moved coincides with the magnitude and polarity (plus or minus) of voltage application, the lead wiring / electrode is connected. be able to. Usually, since the conductor films in the same through groove have the same size and the same polarity, the operation of one through groove is performed by alternately switching between positive and negative voltages (ie, alternating current application). When applied to the conductor film, the substrate side wall dents or swells inside the through groove.

まず、開閉バルブ2049(2049−2)を閉じ、開閉バルブ2049(2049−1)を開けて、導電体膜2043−1および2043−2へ電圧を印加し、貫通溝2042−1を膨らませると、通路2046−1を通じて外部(または別の貫通溝)から液体や気体を貫通溝2042−1内へ吸入できる。次に、開閉バルブ2049(2049−2)を開けて、開閉バルブ2049(2049−3)を閉じて、導電体膜2043−3および2043−4へ電圧を印加し、貫通溝2042−2を膨らませる。一方、導電体膜2043−1および2043−2へ電圧を印加し、貫通溝2042−1を凹ませる。このとき、基板側壁2041−2の動きは一致しているので問題はない。この結果貫通溝2042−1内に入っている気体または液体は通路2045−1を通じて貫通溝2042−2へ入っていく。次に開閉バルブ2049−2を閉じて、開閉バルブ2049−3を開け、開閉バルブ2049−4を閉じて、導電体膜2043−3および2043−4に電圧を印加して、貫通溝2042−2を窪ませ、さらに導電体膜2043−5および2043−6に電圧を印加して、貫通溝2042−3を膨らませる。この結果、貫通溝2042−2内に入っていた気体または液体は貫通溝2042−3へ導かれる。これらの導電体膜への電圧印加によって基板側壁2041−3の動きは同じ方向であるから問題ない。 First, when the on-off valve 2049 (2049-2) is closed, the on-off valve 2049 (2049-1) is opened, voltage is applied to the conductor films 2043-1 and 2043-2, and the through groove 2042-1 is expanded. The liquid or gas can be sucked into the through groove 2042-1 from the outside (or another through groove) through the passage 2046-1. Next, the opening / closing valve 2049 (2049-2) is opened, the opening / closing valve 2049 (2049-3) is closed, and a voltage is applied to the conductor films 2043-3 and 2043-4 to expand the through groove 2042-2. The On the other hand, a voltage is applied to the conductor films 2043-1 and 2043-2 to dent the through groove 2042-1. At this time, there is no problem because the movement of the substrate side wall 2041-2 matches. As a result, the gas or liquid contained in the through groove 2042-1 enters the through groove 2042-2 through the passage 2045-1. Next, the opening / closing valve 2049-2 is closed, the opening / closing valve 2049-3 is opened, the opening / closing valve 2049-4 is closed, and a voltage is applied to the conductor films 2043-3 and 2043-4. Then, a voltage is applied to the conductor films 2043-5 and 2043-6 to expand the through groove 2042-3. As a result, the gas or liquid that has entered the through groove 2042-2 is guided to the through groove 2042-3. There is no problem because the movement of the substrate side wall 2041-3 is in the same direction by applying a voltage to these conductor films.

次に開閉バルブ2049−3を閉じて、開閉バルブ2049−4を開け、開閉バルブ2049−5を閉じて、導電体膜2043−5および2043−6に電圧を印加して、貫通溝2042−3を窪ませ、さらに導電体膜2043−7および2043−8に電圧を印加して、貫通溝2042−5を膨らませる。この結果、貫通溝2042−3内に入っていた気体または液体は貫通溝2042−4へ導かれる。これらの導電体膜への電圧印加によって基板側壁2041−4の動きは同じ方向であるから問題ない。次に開閉バルブ2049−4を閉じて、開閉バルブ2049−5を開けて、導電体膜2043−7および2043−8に電圧を印加して、貫通溝2042−4を窪ませると、貫通溝2042−4内に入っていた気体または液体は通路2046−3を通って外側(または別の貫通溝)へ出ていく。 Next, the on-off valve 2049-3 is closed, the on-off valve 2049-4 is opened, the on-off valve 2049-5 is closed, and a voltage is applied to the conductor films 2043-5 and 2043-6, so that the through groove 2042-3 And a voltage is applied to the conductor films 2043-7 and 2043-8 to expand the through grooves 2042-5. As a result, the gas or liquid that has entered the through groove 2042-3 is guided to the through groove 2042-4. There is no problem because the movement of the substrate side wall 2041-4 is in the same direction by applying a voltage to these conductor films. Next, when the opening / closing valve 2049-4 is closed, the opening / closing valve 2049-5 is opened, and a voltage is applied to the conductor films 2043-7 and 2043-8 to recess the through-groove 2042-4, the through-groove 2042 is opened. The gas or liquid contained in -4 goes out to the outside (or another through groove) through the passage 2046-3.

このように、隣接する貫通溝を通路でつなぎ、その間に開閉バルブを設けておき、基板側壁の側面の電極へ電圧を印加し、これと連動するように開閉バルブを動作させることにより、貫通溝内の液体や気体を移動させることができるので、非常に微小なポンプを作ることができる。尚、開閉バルブを設けなくても、基板側壁の側面電極への電圧印加だけで、隣接する貫通溝の動作を逆にすることができる(すなわち、一方が凹めば他方を膨らませることができるし、この逆も同じである)ので、液体や気体を連続的に一方向へ移動させることができる。薄板内の通路は、あらかじめ通路を作製した薄板を基板に付着しても良い。薄板内の通路はレーザーで開けることもできるし、1つの薄板(A薄板)にその表面に通路を作ってからもう1枚の薄板(B薄板)を貼り合わせて作ることができる。あるいはレーザー光を用いれば薄板内部に所望の通路を形成することもできる。開閉バルブはA薄板上に配置してからB薄板を付着させれば良いし、薄板内へ配線すれば電気的に制御できる。また開閉バルブを圧電体素子で形成しても良い。 In this way, adjacent through grooves are connected by a passage, an open / close valve is provided between them, a voltage is applied to the electrode on the side wall of the substrate side wall, and the open / close valve is operated so as to interlock with the through groove. Since the liquid and gas inside can be moved, a very small pump can be made. Even if an open / close valve is not provided, the operation of adjacent through grooves can be reversed only by applying a voltage to the side electrode on the side wall of the substrate (that is, if one is recessed, the other can be inflated). (And vice versa), the liquid or gas can be continuously moved in one direction. As for the passage in the thin plate, a thin plate on which the passage has been prepared in advance may be attached to the substrate. The passage in the thin plate can be opened with a laser, or the passage can be formed on the surface of one thin plate (A thin plate) and the other thin plate (B thin plate) can be bonded together. Or if a laser beam is used, a desired channel | path can also be formed in a thin plate. The on-off valve may be disposed on the A thin plate and then the B thin plate may be attached thereto, or electrically controlled by wiring into the thin plate. The open / close valve may be formed of a piezoelectric element.

図30(b)は、ポンプデバイスの別の実施例を示す図である。図30(a)と同じ働きをするものに関しては同じ符号をつけており、図示すると見にくい場合は符号を省略しているので図30(a)も参照して欲しい。圧電体基板2041内に第1面から第2面に貫通する貫通溝(または貫通凹部)2042(2042−1、2、3、4、5、6,7)が形成され、これらの貫通溝2042(2042−1、2、3、4、5、6,7)の間に基板側壁2041(2041−6、7、8、9、10、11)が形成される。図30(b)において、貫通溝2042−1において基板側壁2041―6と対向する基板側壁を2041−1とし、貫通溝2042−4において基板側壁2041―11と対向する基板側壁を2041−5とする。貫通溝2042(2042−1、2、3、4、5、6,7)の内側面、すなわち基板側壁の側面に導電体膜2043(2043−9、10、11、・・・、21)が積層され、さらにその上に絶縁膜2044が積層されている(この絶縁膜は図30(b)では省略している)。圧電体基板2041の第1面(上面または表面)に第1の薄板2047が付着している。圧電体基板2041の第2面(下面または裏面)に第2の薄板2048が付着している。第1の薄板内部には、図示しない外側(または別の貫通溝)と通じる通路2046(2046−1)が形成されており、貫通溝2042(2042−1)へつながっている。また、第1の薄板内部には、貫通溝2042(2042−2)から貫通溝2042(2042−3)へ通じる通路2046(2046−2)が形成されている。さらに、第1の薄板内部には、貫通溝2042(2042−4)から図示しない外側(または別の貫通溝)と通じる通路2046(2046−3)が形成されている。これらの通路2046(2046−1、2、3)には開閉バルブ2049(2049−1、3、5)を設けても良い。 FIG. 30B is a diagram showing another embodiment of the pump device. Components having the same functions as those in FIG. 30 (a) are given the same reference numerals, and when they are difficult to see in the figure, the reference numerals are omitted, so please also refer to FIG. 30 (a). Through grooves (or through recesses) 2042 (2042-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) penetrating from the first surface to the second surface are formed in the piezoelectric substrate 2041, and these through grooves 2042 are formed. Substrate sidewalls 2041 (2041-6, 7, 8, 9, 10, 11) are formed between (2042-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). In FIG. 30B, the substrate side wall facing the substrate side wall 2041-6 in the through groove 2042-1 is designated 2041-1, and the substrate side wall facing the substrate side wall 2041-1 in the through groove 2042-4 is designated 2041-5. To do. A conductor film 2043 (2043-9, 10, 11,..., 21) is formed on the inner side surface of the through groove 2042 (2042-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), that is, the side surface of the substrate side wall. In addition, an insulating film 2044 is further stacked thereon (this insulating film is omitted in FIG. 30B). A first thin plate 2047 is attached to the first surface (upper surface or surface) of the piezoelectric substrate 2041. A second thin plate 2048 is attached to the second surface (lower surface or back surface) of the piezoelectric substrate 2041. A passage 2046 (2046-1) that communicates with the outside (or another through groove) (not shown) is formed inside the first thin plate and is connected to the through groove 2042 (2042-1). Further, a passage 2046 (2046-2) is formed in the first thin plate so as to communicate from the through groove 2042 (2042-2) to the through groove 2042 (2042-3). Furthermore, a passage 2046 (2046-3) is formed in the first thin plate from the through groove 2042 (2042-4) to the outside (not shown) (or another through groove). These passages 2046 (2046-1, 2, 3) may be provided with opening / closing valves 2049 (2049-1, 3, 5).

第2の薄板2048内部には、貫通溝2042(2042−1)から貫通溝2042(2042−2)へ通じる通路2045(2045−1)が形成されている。さらに、第2の薄板2048内部には、貫通溝2042(2042−3)から貫通溝2042(2042−4)へ通じる通路2045(2045−2)が形成されている。これらの通路2045(2045−1、2)には開閉バルブ2049(2049−2、4)を設けても良い。基板側壁2041の側面に形成された導電体膜2043(2043−9、10、11、・・・、21)にはそれぞれ引き出し配線・電極が形成されていて、個別に電圧を印加できるようになっている。これらの導電体膜2043(2043−9、10、11、・・・、21)に電圧を印加すると圧電体基板側壁2041(2041−1、5、6、7、8、9、10、11)は貫通溝の内側または外側へ変形できる。従って、圧電体基板側壁2041(2041−1、5、6、7、8、9、10、11)を動かす方向と電圧印加の大きさおよび極性(プラスかマイナス)並びにタイミングが一致する場合には、引き出し配線・電極を接続することができる。通常は、同じ貫通溝内の導電体膜は同じ大きさで同じ極性となっているので、1つの貫通溝の動作は、プラスとマイナスの電圧を交互に入れ変えて(すなわち、交流的に印加する)導電体膜に印加すると、基板側壁は貫通溝内部に窪んだり膨らんだりする。 Inside the second thin plate 2048, a passage 2045 (2045-1) that leads from the through groove 2042 (2042-1) to the through groove 2042 (2042-2) is formed. Furthermore, a passage 2045 (2045-2) that leads from the through groove 2042 (2042-3) to the through groove 2042 (2042-4) is formed inside the second thin plate 2048. An opening / closing valve 2049 (2049-2, 4) may be provided in these passages 2045 (2045-1, 2). The conductor films 2043 (2043-9, 10, 11,..., 21) formed on the side surface of the substrate side wall 2041 are respectively provided with lead-out wirings / electrodes so that voltages can be individually applied. ing. When a voltage is applied to these conductor films 2043 (2043-9, 10, 11,..., 21), the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) Can be deformed inside or outside the through groove. Therefore, when the direction in which the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) is moved coincides with the magnitude and polarity (plus or minus) and timing of voltage application. Lead wires and electrodes can be connected. Usually, since the conductor films in the same through groove have the same size and the same polarity, the operation of one through groove is performed by alternately switching between positive and negative voltages (ie, alternating current application). When applied to the conductor film, the substrate side wall dents or swells inside the through groove.

まず、開閉バルブ2049(2049−2)を閉じ、開閉バルブ2049(2049−1)を開けて、導電体膜2043−1および2043−10、11へ電圧を印加し、貫通溝2042−1を膨らませると、通路2046−1を通じて外部(または別の貫通溝)から媒体(液体や気体)を貫通溝2042−1内へ吸入できる。このとき、貫通溝2042−1および2042−2の間にある貫通溝2042−5はその容積を変動するが、その変動分は第1の薄板2047に開けられた外気との連通孔2040(2040−1)を通して出入するので、貫通溝2042−5の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−6)の上記の変化には影響を与えない。従って、圧電体基板側壁2041(2041−6)上の導電体膜へ印加された電圧にほぼ従って圧電体基板側壁2041(2041−6)は変形する。 First, the on-off valve 2049 (2049-2) is closed, the on-off valve 2049 (2049-1) is opened, and a voltage is applied to the conductor films 2043-1 and 2043-10, 11 to inflate the through groove 2042-1. Then, the medium (liquid or gas) can be sucked into the through groove 2042-1 from the outside (or another through groove) through the passage 2046-1. At this time, the through groove 2042-5 between the through grooves 2042-1 and 2042-2 fluctuates in volume, but the variation is communicated with outside air 2040 (2040) opened in the first thin plate 2047. -1), since there is no pressure fluctuation in the through groove 2042-5, the above change of the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-6) is not affected. Accordingly, the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-6) is deformed substantially in accordance with the voltage applied to the conductor film on the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-6).

次に、開閉バルブ2049(2049−2)を開けて、開閉バルブ2049(2049−1、3)を閉じて、導電体膜2043−12、13および2043−14、15へ電圧を印加し、貫通溝2042−2を膨らませる。一方、導電体膜2043−1および2043−10、11へ電圧を印加し、貫通溝2042−1を凹ませる。このとき、貫通溝2042−1および2042−2の間にある貫通溝2042−5はその容積を変動するが、その変動分は第1の薄板2047に開けられた外気との連通孔2040(2040−1)を通して出入するので、貫通溝2042−5の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−6、7)の上記の変化には影響を与えない。従って、圧電体基板側壁2041(2041−6、7)上の導電体膜へ印加された電圧にほぼ従って圧電体基板側壁2041(2041−6、7)は変形する。また、貫通溝2042−2および2042−3の間にある貫通溝2042−6はその容積を変動するが、その変動分は第2の薄板2048に開けられた外気との連通孔2040(2040−2)を通して出入するので、貫通溝2042−6の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−8)の上記の変化には影響を与えない。従って、圧電体基板側壁2041(2041−8)上の導電体膜へ印加された電圧にほぼ従って圧電体基板側壁2041(2041−8)は変形する。この結果貫通溝2042−1内に入っている気体または液体は通路2045−1を通じて貫通溝2042−2へ入っていく。 Next, the on-off valve 2049 (2049-2) is opened, the on-off valve 2049 (2049-1, 3) is closed, and a voltage is applied to the conductor films 2043-12, 13 and 2043-14, 15 to penetrate. Groove 2042-2 is inflated. On the other hand, a voltage is applied to the conductor films 2043-1 and 2043-10, 11 to dent the through groove 2042-1. At this time, the through groove 2042-5 between the through grooves 2042-1 and 2042-2 fluctuates in volume, but the variation is communicated with outside air 2040 (2040) opened in the first thin plate 2047. -1), since there is no pressure fluctuation in the through groove 2042-5, the above change of the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-6, 7) is not affected. Accordingly, the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-6, 7) is deformed substantially in accordance with the voltage applied to the conductor film on the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-6, 7). Further, although the volume of the through groove 2042-6 between the through grooves 2042-2 and 2042-3 fluctuates, the amount of the fluctuation is a communication hole 2040 (2040-) with outside air opened in the second thin plate 2048. 2) Since it goes in and out through, there is no pressure fluctuation in the through groove 2042-6, so the above change of the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-8) is not affected. Therefore, the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-8) is deformed substantially in accordance with the voltage applied to the conductor film on the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-8). As a result, the gas or liquid contained in the through groove 2042-1 enters the through groove 2042-2 through the passage 2045-1.

次に開閉バルブ2049−2を閉じて、開閉バルブ2049−3を開け、開閉バルブ2049−4を閉じて、導電体膜2043−12、13および2043−14、15に電圧を印加して、貫通溝2042−2を窪ませ、さらに導電体膜2043−16、17および2043−18、19に電圧を印加して、貫通溝2042−3を膨らませる。このとき、貫通溝2042−1および2042−2の間にある貫通溝2042−5はその容積を変動するが、その変動分は第1の薄板2047に開けられた外気との連通孔2040(2040−1)を通して出入するので、貫通溝2042−5の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−7)の変化には影響を与えない。従って、圧電体基板側壁2041(2041−7)上の導電体膜へ印加された電圧にほぼ従って圧電体基板側壁2041(2041−7)は変形する。また、貫通溝2042−2および2042−3の間にある貫通溝2042−6はその容積を変動するが、その変動分は第2の薄板2048に開けられた外気との連通孔2040(2040−2)を通して出入するので、貫通溝2042−6の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−8、9)の変化には影響を与えない。従って、圧電体基板側壁2041(2041−8、9)上の導電体膜へ印加された電圧にほぼ従って圧電体基板側壁2041(2041−8、9)は変形する。さらに貫通溝2042−3および2042−4の間にある貫通溝2042−7はその容積を変動するが、その変動分は第1の薄板2047に開けられた外気との連通孔2040(2040−3)を通して出入するので、貫通溝2042−7の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−10)の変化には影響を与えない。従って、圧電体基板側壁2041(2041−10)上の導電体膜へ印加された電圧にほぼ従って圧電体基板側壁2041(2041−10)は変形する。この結果、貫通溝2042−2内に入っていた気体または液体は貫通溝2042−3へ導かれる。 Next, the on-off valve 2049-2 is closed, the on-off valve 2049-3 is opened, the on-off valve 2049-4 is closed, and a voltage is applied to the conductor films 2043-12, 13 and 2043-14, 15 to penetrate. The groove 2042-2 is recessed, and a voltage is applied to the conductor films 2043-16, 17 and 2043-18, 19 to expand the through groove 2042-3. At this time, the through groove 2042-5 between the through grooves 2042-1 and 2042-2 fluctuates in volume, but the amount of the fluctuation is a communication hole 2040 (2040) with outside air opened in the first thin plate 2047. -1), since there is no pressure fluctuation in the through groove 2042-5, the change in the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-7) is not affected. Accordingly, the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-7) is deformed substantially in accordance with the voltage applied to the conductor film on the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-7). Further, although the volume of the through groove 2042-6 between the through grooves 2042-2 and 2042-3 fluctuates, the amount of the fluctuation is a communication hole 2040 (2040-) with outside air opened in the second thin plate 2048. 2) Since it goes in and out through, there is no pressure fluctuation of the through groove 2042-6, so it does not affect the change of the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-8, 9). Therefore, the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-8, 9) is deformed substantially in accordance with the voltage applied to the conductor film on the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-8, 9). Further, the through-groove 2042-7 between the through-grooves 2042-3 and 2042-4 varies in volume, but the variation is in communication holes 2040 (2040-3 with the outside air opened in the first thin plate 2047). ), The pressure in the through groove 2042-7 does not change, and the change in the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-10) is not affected. Accordingly, the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-10) is deformed substantially in accordance with the voltage applied to the conductor film on the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-10). As a result, the gas or liquid that has entered the through groove 2042-2 is guided to the through groove 2042-3.

次に開閉バルブ2049−3を閉じて、開閉バルブ2049−4を開け、開閉バルブ2049−5を閉じて、導電体膜2043−16、17および2043−18、19に電圧を印加して、貫通溝2042−3を窪ませ、さらに導電体膜2043−20、21および2043−22に電圧を印加して、貫通溝2042−4を膨らませる。このとき、貫通溝2042−2および2042−3の間にある貫通溝2042−6はその容積を変動するが、その変動分は第2の薄板2048に開けられた外気との連通孔2040(2040−2)を通して出入するので、貫通溝2042−6の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−9)の変化には影響を与えない。従って、圧電体基板側壁2041(2041−9)上の導電体膜へ印加された電圧にほぼ従って圧電体基板側壁2041(2041−9)は変形する。また、貫通溝2042−3および2042−4の間にある貫通溝2042−7はその容積を変動するが、その変動分は第1の薄板2047に開けられた外気との連通孔2040(2040−3)を通して出入するので、貫通溝2042−7の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−10、11)の変化には影響を与えない。従って、圧電体基板側壁2041(2041−10、11)上の導電体膜へ印加された電圧にほぼ従って圧電体基板側壁2041(2041−10、11)は変形する。さらに貫通溝2042−4および2042−5の間にある貫通溝2042−7はその容積を変動するが、その変動分は第1の薄板2047に開けられた外気との連通孔2040(2040−3)を通して出入するので、貫通溝2042−7の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−11)の変化には影響を与えない。従って、圧電体基板側壁2041(2041−11)上の導電体膜へ印加された電圧にほぼ従って圧電体基板側壁2041(2041−11)は変形する。この結果、貫通溝2042−3内に入っていた気体または液体は貫通溝2042−4へ導かれる。 Next, the on-off valve 2049-3 is closed, the on-off valve 2049-4 is opened, the on-off valve 2049-5 is closed, and a voltage is applied to the conductor films 2043-16, 17 and 2043-18, 19 to penetrate. The groove 2042-3 is depressed, and a voltage is further applied to the conductor films 2043-20, 21 and 2043-22 to expand the through groove 2042-4. At this time, the through groove 2042-6 between the through grooves 2042-2 and 2042-3 fluctuates in volume, but the fluctuation amount is a communication hole 2040 (2040) with the outside air opened in the second thin plate 2048. -2), since there is no pressure fluctuation in the through groove 2042-6, the change in the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-9) is not affected. Accordingly, the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-9) is deformed substantially in accordance with the voltage applied to the conductor film on the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-9). Further, the through-groove 2042-7 between the through-grooves 2042-3 and 2042-4 varies in volume, but the variation is in communication holes 2040 (2040-) with the outside air opened in the first thin plate 2047. 3) Since it goes in and out through, there is no pressure fluctuation of the through groove 2042-7, so it does not affect the change of the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-10, 11). Therefore, the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-10, 11) is deformed substantially in accordance with the voltage applied to the conductor film on the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-10, 11). Further, the through-groove 2042-7 between the through-grooves 2042-4 and 2042-5 varies in volume, but the variation is communicated with the outside air opened in the first thin plate 2047 (2040-3). ), The pressure in the through groove 2042-7 does not change, and the change in the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-11) is not affected. Accordingly, the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-11) is deformed substantially in accordance with the voltage applied to the conductor film on the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-11). As a result, the gas or liquid that has entered the through groove 2042-3 is guided to the through groove 2042-4.

次に開閉バルブ2049−4を閉じて、開閉バルブ2049−5を開けて、導電体膜2043−20、21および2043−22に電圧を印加して、貫通溝2042−4を窪ませると、貫通溝2042−4内に入っていた気体または液体は通路2046−3を通って外側(または別の貫通溝)へ出ていく。このとき、貫通溝2042−3および2042−4の間にある貫通溝2042−7はその容積を変動するが、その変動分は第1の薄板2047に開けられた外気との連通孔2040(2040−3)を通して出入するので、貫通溝2042−7の圧力変動はないので、圧電体基板側壁2041(2041−11)の変化には影響を与えない。 Next, the on-off valve 2049-4 is closed, the on-off valve 2049-5 is opened, voltage is applied to the conductor films 2043-20, 21 and 2043-22, and the through groove 2042-4 is depressed, The gas or liquid that has entered the groove 2042-4 passes through the passage 2046-3 to the outside (or another through groove). At this time, the through-groove 2042-7 between the through-grooves 2042-3 and 2042-4 varies in volume, but the variation is communicated with the outside air opened in the first thin plate 2047 (2040). -3), since there is no pressure fluctuation in the through groove 2042-7, the change in the piezoelectric substrate side wall 2041 (2041-11) is not affected.

このように、隣接する貫通溝を通路でつなぎ、その間に開閉バルブを設けておき、基板側壁の側面の電極へ電圧を印加し、これと連動するように開閉バルブを動作させることにより、貫通溝内の液体や気体を移動させることができるので、非常に微小なポンプを作ることができる。尚、開閉バルブを設けなくても、基板側壁の側面電極への電圧印加だけで、隣接する貫通溝の動作を逆にすることができる(すなわち、一方が凹めば他方を膨らませることができるし、この逆も同じである)ので、液体や気体を連続的に一方向へ移動させることができる。薄板内の通路は、あらかじめ通路を作製した薄板を基板に付着しても良い。薄板内の通路はレーザーで開けることもできるし、1つの薄板(A薄板)にその表面に通路を作ってからもう1枚の薄板(B薄板)を貼り合わせて作ることができる。あるいはレーザー光を用いれば薄板内部に所望の通路を形成することもできる。開閉バルブはA薄板上に配置してからB薄板を付着させれば良いし、薄板内へ配線すれば電気的に制御できる。また開閉バルブを圧電体素子で形成しても良い。 In this way, adjacent through grooves are connected by a passage, an open / close valve is provided between them, a voltage is applied to the electrode on the side wall of the substrate side wall, and the open / close valve is operated so as to interlock with the through groove. Since the liquid and gas inside can be moved, a very small pump can be made. Even if an open / close valve is not provided, the operation of adjacent through grooves can be reversed only by applying a voltage to the side electrode on the side wall of the substrate (that is, if one is recessed, the other can be inflated). (And vice versa), the liquid or gas can be continuously moved in one direction. As for the passage in the thin plate, a thin plate on which the passage has been prepared in advance may be attached to the substrate. The passage in the thin plate can be opened with a laser, or the passage can be formed on the surface of one thin plate (A thin plate) and the other thin plate (B thin plate) can be bonded together. Or if a laser beam is used, a desired channel | path can also be formed in a thin plate. The on-off valve may be disposed on the A thin plate and then the B thin plate may be attached thereto, or electrically controlled by wiring into the thin plate. The open / close valve may be formed of a piezoelectric element.

また、図30(a)や図30(b)で示した貫通溝をつなぐ通路は、第1の薄板および第2の薄板へ交互につないでいるが、平面的に考慮すれば第1の薄板(または第2の薄板)だけに通路および開平バルブを設けて液体や気体等の媒体を移動させることができる。(図34を参照)従って、図30(a)や図30(b)で示したような貫通溝でなくても貫通しない凹部でも良い。
さらに図30(a)や図30(b)では圧電体基板を用いたが、圧電体基板ではない基板も本発明を使用できる。すなわち、これまでに種々の所で説明した様に、基板内に複数の凹部(貫通溝を含む)を形成し、隣接する凹部間の基板側壁上に第1の導電体膜、その上に圧電体膜、その上に第2の導電体膜を形成することにより本発明のポンプデバイスを作製できる。
Further, the passages connecting the through grooves shown in FIG. 30A and FIG. 30B are alternately connected to the first thin plate and the second thin plate. A medium such as a liquid or a gas can be moved by providing a passage and a flat valve only in (or the second thin plate). (Refer to FIG. 34) Accordingly, the through-grooves may not be the through-grooves as shown in FIGS. 30 (a) and 30 (b).
Further, although the piezoelectric substrate is used in FIGS. 30A and 30B, the present invention can be used for a substrate that is not a piezoelectric substrate. That is, as described in various places so far, a plurality of recesses (including through grooves) are formed in the substrate, the first conductor film is formed on the substrate side wall between the adjacent recesses, and the piezoelectric film is formed thereon. The pump device of the present invention can be produced by forming a body film and a second conductor film thereon.

あるいは、圧電体基板や圧電体膜を用いないでも圧力変動だけで本発明のポンプデバイスを作製できる。たとえば、図30(b)に示した構造と類似する構造で圧力変動を用いたポンプデバイスを実現できる。この場合は図30(b)に示した導電体膜も必要がない。(基板側壁に絶縁膜(保護膜として)を設けても良い)まず、開閉バルブ2049−1を開けて開閉バルブ2049−2を閉じ、圧力伝達孔2040−1から圧力を抜いて貫通溝2042−5の圧力を低くして(貫通溝2042−1の圧力よりも)基板側壁2041−6を貫通溝2042−5側へ変形して貫通溝2042−1を膨らませると、通路2046−1を通して外部から媒体(液体や気体)が貫通溝2042−1へ導入される。 Alternatively, the pump device of the present invention can be manufactured only by pressure fluctuation without using a piezoelectric substrate or a piezoelectric film. For example, a pump device using pressure fluctuation can be realized with a structure similar to the structure shown in FIG. In this case, the conductor film shown in FIG. (An insulating film (as a protective film) may be provided on the side wall of the substrate) First, the opening / closing valve 2049-1 is opened and the opening / closing valve 2049-2 is closed, and the pressure is released from the pressure transmission hole 2040-1 to penetrate the through groove 2042-. 5 is made lower (than the pressure of the through groove 2042-1), the substrate side wall 2041-6 is deformed to the through groove 2042-5 side, and the through groove 2042-1 is inflated. The medium (liquid or gas) is introduced into the through groove 2042-1.

次に開閉バルブ2049−1を閉じ、開閉バルブ2049−2を開けて、圧力伝達孔2040−1から圧力を印加して圧力変動貫通溝2042−5の圧力を高くして(貫通溝2042−1の圧力よりも)基板側壁2041−6を貫通溝2042−1側へ変形して貫通溝2042−1を凹ませ、さらに圧力伝達孔2040−2から圧力を抜いて貫通溝2042−6の圧力を低くして(貫通溝2042−2の圧力よりも)基板側壁2041−8を貫通溝2042−6側へ変形させると、基板側壁2041−7は貫通溝2042−2側へ変形しているので、両方でほぼ相殺されて貫通溝2042−2の容積は余り変わらない。この結果、貫通溝2042−1の媒体は貫通溝2042−2へ移動する。これを繰り返すことによって媒体を移動させることができる。尚、媒体が移動する貫通溝の間に2つの圧力変動貫通溝を設けることにより、媒体を押し出す方の貫通溝を窪ませて、同時に媒体を導入する方の貫通溝を膨らませることができる。たとえば、貫通溝2042−1および貫通溝2042−2の間に圧力変動貫通溝2042−5を2つ(2042−5−1、2)設けて、圧力を別々に印加できるようにすれば良い。 Next, the on-off valve 2049-1 is closed and the on-off valve 2049-2 is opened, and pressure is applied from the pressure transmission hole 2040-1 to increase the pressure in the pressure fluctuation through groove 2042-5 (through groove 2042-1). The substrate side wall 2041-6 is deformed to the side of the through groove 2042-1 to make the through groove 2042-1 concave, and the pressure is released from the pressure transmission hole 2040-2 to reduce the pressure in the through groove 2042-6. If the substrate side wall 2041-8 is deformed to the through groove 2042-6 side (lower than the pressure of the through groove 2042-2) at a lower level, the substrate side wall 2041-7 is deformed to the through groove 2042-2 side. The volume of the through-groove 2042-2 is not much changed by almost canceling both. As a result, the medium in the through groove 2042-1 moves to the through groove 2042-2. By repeating this, the medium can be moved. In addition, by providing the two pressure fluctuation through grooves between the through grooves in which the medium moves, the through groove for pushing out the medium can be recessed and the through groove for introducing the medium can be expanded at the same time. For example, two pressure fluctuation through grooves 2042-5 (2042-5-1, 2) may be provided between the through groove 2042-1 and the through groove 2042-2 so that pressure can be applied separately.

図30(a)に示すポンプは、基板2041が圧電体基板であるが、これまで説明したように、圧電体基板は圧電膜であっても良い。あるいは、基板2041は圧電体以外の基板や厚膜でも良く、その場合は上述してきたように基板側壁の側面に導電体膜および圧電膜を形成したものでも良い。あるいは、図27に示したような圧力差を用いて図30(a)に示す構造のポンプを作製しても良い。たとえば、図27(a)に示すインク導入孔2019−2および2019−5を接続し、インク排出孔2023−1および2023−2を接続していけば良い。このように本発明のポンプは圧電体基板を用いても作製できるし、圧電膜を用いても作製できるし、圧力差を用いても作製できる。 In the pump shown in FIG. 30A, the substrate 2041 is a piezoelectric substrate. However, as described above, the piezoelectric substrate may be a piezoelectric film. Alternatively, the substrate 2041 may be a substrate other than a piezoelectric body or a thick film, and in that case, a conductive film and a piezoelectric film may be formed on the side surface of the substrate side wall as described above. Or you may produce the pump of the structure shown to Fig.30 (a) using the pressure difference as shown in FIG. For example, the ink introduction holes 2019-2 and 2019-5 shown in FIG. 27A may be connected and the ink discharge holes 2023-1 and 2023-2 may be connected. Thus, the pump of the present invention can be manufactured using a piezoelectric substrate, can be manufactured using a piezoelectric film, or can be manufactured using a pressure difference.

図30(c)は、本発明の凹部または貫通溝を用いた微小な液体混合容器または気体混合容器の一実施形態を示す図で、基板の第1面に平行な平面図で示す。この実施形態は図30(a)に示す実施形態の応用である。図30(c)は1組の微小液体(気体)混合容器を示すが、基板内に多数の混合容器を並べて形成することができる。1組の微小液体(気体)混合容器は、中心部に円筒形の貫通溝2052(2052−5)が形成され、その周りを円筒形の貫通溝2052(2052−4)が取り囲んでいる。この貫通溝2052(2052−4)の周りを円筒形の基板側壁2051(2051−5)が取り囲んでいる。基板側壁2051(2051−5)の周囲は、4組の貫通溝2052(2052−1、2、3)、2052(2052−6、7、8)、2052(2052−9、10、11)、2052(2052−12、13、14)が取り囲んでいる。これらの4組の貫通溝2052(2052−1、2、3)、2052(2052−6、7、8)、2052(2052−9、10、11)、2052(2052−12、13、14)は基板側壁2051−3、4、5、6によって区切られている。またこれらの4組の貫通溝2052(2052−1、2、3)、2052(2052−6、7、8)、2052(2052−9、10、11)、2052(2052−12、13、14)は、基板側壁2051(2051−1)によって囲まれている。この基板側壁2051(2051−1)は本発明の微小液体(気体)混合容器の外側枠体となっている。 FIG. 30 (c) is a diagram showing an embodiment of a minute liquid mixing container or gas mixing container using a recess or a through groove of the present invention, and is a plan view parallel to the first surface of the substrate. This embodiment is an application of the embodiment shown in FIG. FIG. 30 (c) shows a set of micro liquid (gas) mixing containers, but a large number of mixing containers can be formed side by side in the substrate. In one set of micro liquid (gas) mixing containers, a cylindrical through groove 2052 (2052-5) is formed at the center, and a cylindrical through groove 2052 (2052-4) surrounds the circumference. A cylindrical substrate side wall 2051 (2051-5) surrounds the through groove 2052 (2052-4). Around the substrate side wall 2051 (2051-5), four sets of through grooves 2052 (2052-1, 2, 3), 2052 (2052-6, 7, 8), 2052 (2052-9, 10, 11), 2052 (2052-12, 13, 14) surrounds. These four sets of through grooves 2052 (2052-1, 2, 3), 2052 (2052-6, 7, 8), 2052 (2052-9, 10, 11), 2052 (2052-12, 13, 14) Are separated by substrate side walls 2051-3, 4, 5, 6. These four sets of through grooves 2052 (2052-1, 2, 3), 2052 (2052-6, 7, 8), 2052 (2052-9, 10, 11), 2052 (2052-12, 13, 14) ) Is surrounded by the substrate side wall 2051 (2051-1). The substrate side wall 2051 (2051-1) is an outer frame of the micro liquid (gas) mixing container of the present invention.

1組の貫通溝2052(2052−1、2、3)において、貫通溝2052(2052−1)の両側に他の貫通溝2052(2052−2、3)が配置されている。貫通溝2052(2052−1)と他の貫通溝2052(2052−2、3)との間に基板側壁2051(2051−4、5)が作成されていて、この基板側壁2051(2051−4、5)が変形する。他の3組の貫通溝2052(2052−6、7、8)、2052(2052−9、10、11)、2052(2052−12、13、14)についても同様の構造である。これらの基板2051の第1面には、図30(a)の断面図に示したものと同様に、第1の薄板が付着し、基板2051の第2面には第2の薄板が付着している。第1の薄板内または第2の薄板内には、図30(a)の断面図に示したものと同様に、液体または気体の通路2053(2053−1、2)、通路2055が走っている。それぞれの通路2053(2053−1、2)および通路2055には開閉バルブ2054(2054−1、2)および2056を備えても良い。他の3組の貫通溝2052(2052−6、7、8)、2052(2052−9、10、11)、2052(2052−12、13、14)についても第1の薄板内または第2の薄板内には、図30(a)の断面図に示したものと同様に、液体または気体の通路2053が走っている。またこれらの通路2053に開閉バルブを備えても良い。 In one set of through grooves 2052 (2052-1, 2, 3), other through grooves 2052 (2052-2, 3) are disposed on both sides of the through grooves 2052 (2052-1). A substrate side wall 2051 (2051-4, 5) is formed between the through groove 2052 (2052-1) and the other through groove 2052 (2052-2, 3), and this substrate side wall 2051 (2051-4, 5) is deformed. The other three sets of through grooves 2052 (2052-6, 7, 8), 2052 (2052-9, 10, 11), and 2052 (2052-12, 13, 14) have the same structure. A first thin plate adheres to the first surface of these substrates 2051 as in the cross-sectional view of FIG. 30A, and a second thin plate adheres to the second surface of the substrate 2051. ing. In the first thin plate or the second thin plate, a liquid or gas passage 2053 (2053-1, 2) and a passage 2055 run in the same manner as shown in the sectional view of FIG. . Each of the passages 2053 (2053-1, 2) and the passage 2055 may be provided with opening / closing valves 2054 (2054-1, 2) and 2056. The other three sets of through grooves 2052 (2052-6, 7, 8), 2052 (2052-9, 10, 11), and 2052 (2052-12, 13, 14) are also within the first thin plate or the second In the thin plate, a liquid or gas passage 2053 runs in the same manner as shown in the sectional view of FIG. These passages 2053 may be provided with opening / closing valves.

通路2053(2053−1)の一方は、外側または他の貫通溝等に接続し。所望の液体または気体を導入できるようになっている。通路2053(2053−1)の他方は、貫通溝2052(2052−1)へ通じている。また通路2053(2053−2)は貫通溝2052(2052−1)から中央の円筒形貫通溝2052(2052−5)へ入っている。基板側壁2051(2051−4、5)は、図30(a)等において説明したように、窪んだり膨張したりできるようになっている。この貫通溝2052(2052−1)の動作によって、さらにこれらに組み合わせた開閉バルブ2054(2054−1、2)の動作によって、通路2053(2053−1)を通じて外側等から液体や気体を貫通溝2052(2052−1)へ導入し、さらに通路2053(2053−2)を通じて貫通溝2052(2052−1)から円筒形貫通溝2052(2052−5)へ液体や気体を導入する。他の3組の貫通溝からも通路2053を通じて円筒形貫通溝2052(2052−5)へ各種の液体や気体を導入する。円筒形貫通溝2052(2052−5)はこれらの液体や気体の混合容器となっていて、異なる種々の液体や気体を混合させて種々の混合液や反応液を作製できる。円筒形貫通溝2052(2052−5)を囲む基板側壁2051(2051−6)は変形できるようになっているので、円筒形貫通溝2052(2052−5)へ液体等を導入するときは基板側壁2051(2051−6)を膨らませる。このとき開閉バルブ2054−2を動作させると効果的である。円筒形貫通溝2052(2052−5)内の混合液や反応液は、基板側壁2051(2051−6)を窪ませて、通路2055を通じて外側(または別の貫通溝)へ排出する。このとき開閉バルブ2056を動作させると効果的である。 One of the passages 2053 (2053-1) is connected to the outside or another through groove or the like. A desired liquid or gas can be introduced. The other of the passage 2053 (2053-1) communicates with the through groove 2052 (2052-1). The passage 2053 (2053-2) enters the central cylindrical through groove 2052 (2052-5) from the through groove 2052 (2052-1). The substrate side wall 2051 (2051-4, 5) can be recessed or expanded as described with reference to FIG. Through the operation of the through groove 2052 (2052-1) and the operation of the on-off valve 2054 (2054-1, 2) combined therewith, liquid or gas is passed through the passage 2053 (2053-1) from the outside or the like through the through groove 2052. Then, liquid or gas is introduced into the cylindrical through groove 2052 (2052-5) from the through groove 2052 (2052-1) through the passage 2053 (2053-2). Various liquids and gases are introduced into the cylindrical through groove 2052 (2052-5) through the passage 2053 from the other three sets of through grooves. The cylindrical through groove 2052 (2052-5) serves as a mixing container for these liquids and gases, and various liquids and gases can be mixed to produce various liquid mixtures and reaction liquids. Since the substrate side wall 2051 (2051-6) surrounding the cylindrical through groove 2052 (2052-5) can be deformed, when introducing liquid or the like into the cylindrical through groove 2052 (2052-5), the substrate side wall 2051 (2051-6) is inflated. At this time, it is effective to operate the on-off valve 2054-2. The mixed solution and reaction solution in the cylindrical through groove 2052 (2052-5) are recessed in the substrate side wall 2051 (2051-6) and discharged to the outside (or another through groove) through the passage 2055. At this time, it is effective to operate the on-off valve 2056.

図30(c)に示す微小な液体混合容器または気体混合容器は、圧力差によって動作させる場合は、たとえば貫通溝2052(2052−2、3)に圧力を可変させて、貫通溝2052(2052−1)を窪ませたり凹ませたりすることができる。また、圧電基板を用いる場合は、基板2051が圧電基板となり、変形可能な基板側壁2051(2051−4、5)等や中央部の変形可能な基板側壁2051(2051−6)の側面に導電体膜を形成して、これらの両側目の導電体膜に電界をかけて圧電体基板側壁を変形させる。さらに、通常の基板等を用いる場合であって圧電体膜を用いる場合も、基板側壁の両側面に両側に電極・配線を持つ圧電体膜を積層して、これらの両側の電極にそれぞれ電界をかけて(片側だけでも良い)基板側壁を変形させる。 When the minute liquid mixing container or gas mixing container shown in FIG. 30C is operated by a pressure difference, for example, the pressure is varied in the through grooves 2052 (2052-2, 3), and the through grooves 2052 (2052-). 1) can be recessed or recessed. When a piezoelectric substrate is used, the substrate 2051 becomes a piezoelectric substrate, and a conductor is formed on the side surface of the deformable substrate side wall 2051 (2051-4, 5) or the like, or the deformable substrate side wall 2051 (2051-6) in the central portion. A film is formed, and an electric field is applied to the conductor films on both sides to deform the piezoelectric substrate side wall. Furthermore, even when a normal substrate is used and a piezoelectric film is used, a piezoelectric film having electrodes / wirings on both sides of the substrate side wall is laminated, and an electric field is applied to the electrodes on both sides. The substrate side wall is deformed (only one side is acceptable).

円筒形の基板側壁2051(2051−5)の周囲を囲んでいる、4組の貫通溝2052(2052−1、2、3)、2052(2052−6、7、8)、2052(2052−9、10、11)、2052(2052−12、13、14)は、混合前の各液体や気体を一次保管しておくような場所であり、ここから通路2053(2053−2)を通して混合容器である円筒形貫通溝2052(2052−5)へ投入液量を調節する。調節する方法は、圧力を調節したり、導電体膜へ印加する電圧を調節すれば良い。尚、開閉バルブ2054(2054−2)を用いれば、円筒形貫通溝2052(2052−5)の変形量を調節すれば各場所からそれぞれの液体や気体を導入できるから、円筒形基板側壁2051(2051−5)の外側の4組の貫通溝を省略できる。そのときは本発明の微小な液体混合容器または気体混合容器をさらに小型化を実現できる。 Four sets of through grooves 2052 (2052-1, 2, 3), 2052 (2052-6, 7, 8), 2052 (2052-9) surrounding the cylindrical substrate side wall 2051 (2051-5). 10, 11) and 2052 (2052-12, 13, 14) are places where the liquid and gas before mixing are primarily stored, and from here through the passage 2053 (2053-2) The amount of liquid charged into a certain cylindrical through groove 2052 (2052-5) is adjusted. As a method of adjustment, the pressure may be adjusted or the voltage applied to the conductor film may be adjusted. If the opening / closing valve 2054 (2054-2) is used, the liquid or gas can be introduced from each location by adjusting the deformation amount of the cylindrical through groove 2052 (2052-5). 2051-5) can be omitted. In that case, further miniaturization of the minute liquid mixing container or gas mixing container of the present invention can be realized.

これらの微小な液体混合容器または気体混合容器をどの程度小型化できるか見積もる。もちろん、どの程度の液体や気体が必要かによっても決定されるが、現状で実現できるサイズから見積もってみる。たとえば、中央の円筒形貫通溝2052(2052−5)は直径が20μmはOKである。また、その周囲の基板側壁2051(2051−6)の幅は1μmでも可能だが、5μmとする。そのまわりの円筒形貫通溝2052(2052−4)の幅は10μm、それを囲む円筒形の基板側壁2051(2051−5)は変形しないようにするために10μmとする。これまでの大きさは、直径が70μmである。その外側の矩形の大きさは、片側25μm、外壁の基板側壁はこの容器のパッケージとなるので、片側25μmとする。従って、全体で170μmの正方形形状となる。基板内で切断のり白を入れて200μmの正方形形状になる。6インチ基板(150mm直径)の場合、約40万個の混合容器を作製できる。極めて安価な混合容器または反応容器ができる。しかも材料や厚みを最適化できればもっとサイズを小さくすることもできる。尚、基板2051の厚みは、10μm〜2000μm、好適には30μm〜1000μm、もっと好適には50μm〜500μmと適宜調節できる。また必要ならもっと薄くも厚くすることもできる。 Estimate how small these small liquid mixing containers or gas mixing containers can be. Of course, it is determined by how much liquid or gas is required, but it is estimated from the size that can be realized at present. For example, the central cylindrical through groove 2052 (2052-5) has a diameter of 20 μm and is OK. The width of the surrounding substrate side wall 2051 (2051-6) can be 1 μm, but is 5 μm. The width of the cylindrical through groove 2052 (2052-4) around it is 10 μm, and the cylindrical substrate side wall 2051 (2051-5) surrounding the cylindrical through groove 2052 (2052-4) is 10 μm so as not to be deformed. The size so far is 70 μm in diameter. The size of the outer rectangle is 25 μm on one side, and the substrate side wall on the outer wall is the package of this container, so it is 25 μm on one side. Therefore, the overall square shape is 170 μm. A white paste is cut in the substrate to form a 200 μm square shape. In the case of a 6-inch substrate (150 mm diameter), about 400,000 mixing containers can be produced. A very inexpensive mixing vessel or reaction vessel is made. Moreover, if the material and thickness can be optimized, the size can be further reduced. Note that the thickness of the substrate 2051 can be appropriately adjusted to 10 μm to 2000 μm, preferably 30 μm to 1000 μm, and more preferably 50 μm to 500 μm. If necessary, you can make it thinner or thicker.

本発明の媒体吐出デバイスやポンプデバイスは、半導体基板にも搭載することができる。上述した媒体吐出デバイスやポンプデバイスを形成した基板またはチップを半導体基板またはチップに付着して、必要な配線を行なえば半導体基板上に別に形成されたICやトランジスタを用いて媒体吐出デバイスやポンプデバイスを作動させることができる。あるいは、半導体基板に基板を付着させて前述したプロセスで媒体吐出デバイスやポンプデバイスを作製することもできる。あるいは、半導体基板に直接媒体吐出デバイスやポンプデバイスを形成すれば、半導体基板上に別に形成されたICやトランジスタと媒体吐出デバイスやポンプデバイスと接続して、媒体吐出デバイスやポンプデバイスを作動させることができる。あるいは、半導体基板上にポリマーまたはセラミックを積層して、これらのポリマーまたはセラミック内に媒体吐出デバイスやポンプデバイスを作製することもでき、半導体基板上に別に形成されたICやトランジスタと媒体吐出デバイスやポンプデバイスと接続して、媒体吐出デバイスやポンプデバイスを作動させることができる。このとき、ポリマーまたはセラミック内の凹部や貫通溝をインプリント法を用いて形成して、ポリマーまたはセラミック内に媒体吐出デバイスやポンプデバイスを作製することもでき、半導体基板上に別に形成されたICやトランジスタと媒体吐出デバイスやポンプデバイスと接続して、媒体吐出デバイスやポンプデバイスを作動させることができる。このとき、半導体基板に凹部を形成した後で、凹部内にポリマーまたはセラミックを形成すれば、作製した媒体吐出デバイスやポンプデバイスと半導体基板上に別に形成されたICやトランジスタとの接続の段差を小さくでき、接続部の接続配線等の段切れなどの問題も発生しないようにすることもできる。 The medium discharge device and the pump device of the present invention can also be mounted on a semiconductor substrate. If the substrate or chip on which the above-described medium ejection device or pump device is formed is attached to the semiconductor substrate or chip and necessary wiring is performed, the medium ejection device or pump device using an IC or transistor separately formed on the semiconductor substrate is used. Can be activated. Alternatively, the medium discharge device and the pump device can be manufactured by the process described above by attaching the substrate to the semiconductor substrate. Alternatively, if the medium discharge device or pump device is formed directly on the semiconductor substrate, the medium discharge device or pump device can be operated by connecting the IC or transistor separately formed on the semiconductor substrate to the medium discharge device or pump device. Can do. Alternatively, a polymer or ceramic can be laminated on a semiconductor substrate, and a medium discharge device or a pump device can be manufactured in these polymers or ceramics. An IC or transistor and a medium discharge device separately formed on the semiconductor substrate In connection with the pump device, the medium discharge device and the pump device can be operated. At this time, a concave portion or a through groove in the polymer or ceramic can be formed by using an imprint method, so that a medium discharge device or a pump device can be manufactured in the polymer or ceramic. An IC formed separately on a semiconductor substrate The transistor can be connected to the medium discharge device or the pump device to operate the medium discharge device or the pump device. At this time, if a polymer or ceramic is formed in the recess after forming the recess in the semiconductor substrate, the step of connection between the manufactured medium discharge device or pump device and the IC or transistor separately formed on the semiconductor substrate is reduced. The size can be reduced, and problems such as disconnection of the connection wiring of the connection portion can be prevented.

このような容器の使用方法として、たとえば人間の血液を使った各種検査を簡便に迅速にしかも安価にできる。1つの貫通溝に血液を入れて(たとえば、指に針を少し指してほんの少し吸入する)、他の貫通溝には検査試薬を入れておく。中央の反応容器へ血液を導き(この量は極めて精密にコントロールできる)、さらに各種試薬を別の貫通溝から中央の反応容器へ導く。これらを混合し反応させてその結果を見ることができる。特に透明の薄板を用いれば、顕微鏡観察(最早肉眼では見えないだろう)で判定できる。あるいは光をあててその結果を知ることができる。外側の貫通溝が少なければ多く作製できるという自由度が高いのも本発明の利点である。図30(c)では、中央に円筒形貫通溝を設けたが、矩形の貫通溝を混合容器としても良いし、他の任意の形状を適宜選択しても良い。また、配置の順番も、混合容器を中央に配置する必要もない。ただし、1個の実装形態は図30(c)に示すような矩形(長方形または正方形)形状がウエハ上には形成しやすく切断(ダイシング)しやすいことは言うまでもない。 As a method of using such a container, for example, various tests using human blood can be performed simply and quickly. Blood is put into one through-groove (for example, a finger is slightly pointed and inhaled a little), and a test reagent is put into the other through-groove. Blood is introduced into the central reaction vessel (this amount can be controlled very precisely), and various reagents are introduced into the central reaction vessel from another through groove. These can be mixed and reacted to see the results. In particular, if a transparent thin plate is used, it can be determined by microscopic observation (which will no longer be visible with the naked eye). Or you can apply the light to know the result. It is an advantage of the present invention that the degree of freedom is high that a larger number of outer through grooves can be produced. In FIG. 30C, a cylindrical through groove is provided in the center, but a rectangular through groove may be used as a mixing container, or any other arbitrary shape may be selected as appropriate. Further, the order of arrangement does not require the mixing container to be arranged in the center. However, it goes without saying that in one mounting form, a rectangular shape (rectangle or square) as shown in FIG. 30C is easy to form on the wafer and to be cut (diced).

このような容器は、マイクロリアクターや液体等(液体や気体)の混合器やリアクター(反応器)として用いることができる。たとえば、図30(c)において、複数の通路から複数の種類の液体等(流体)を(貯留)貫通孔2052(2052−1、7、10、13)へ貯留して、次にその貯留した貫通孔2052(2052−1、7、10、13)から貫通孔(これを、リアクターまたは反応器または混合器と呼んでも良い)2052−5へそれぞれの流体を適量導入する、混合するときに、チップを振動させたりすれば流体の混合や反応がスムーズに行なわれる。あるいは、貫通孔2052−4へ振動圧力をかけると基板側壁2051−6が振動変形するので、リアクター2052−5内の流体も振動攪拌され、流体の混合や反応がスムーズに行なわれる。あるいは、基板側壁2051−6が圧電体膜であるときであって、その両側または片側に導電体膜を付着させて、その導電体膜に交流電圧を印加することによって、基板側壁2051−6が振動変形できる。あるいは、基板側壁2051−6あgシリコン等の半導体やガラス等の絶縁体、または導電体であっても、それらの両側または片側に圧電体膜を付着させて、その両側に交流電圧を印加することによって、基板側壁2051−6が振動変形できる。リアクター2052−5内で混合し、または反応した後の流体を通路2056を通して外部へ排出することができ、その後排出された物質の詳細な分析が可能である、また、上部から観察したり、電磁波を照射したりして、リアクター2052−5内の流体をその場観察・解析も可能である。リアクター2052−5内(基板側壁や上下面の薄板にヒーター膜を付着すればリアクター2052−5内を加熱できる。さらに温度センサーをリアクター2052−5内に取り付ければ、リアクター2052−5内の温度測定もできる。あるいは、チップ外部から電磁波を照射してリアクター2052−5を加熱することもできるし、リアクター2052−5内から出る電磁波を計測して温度測定も可能である。あるいは、オーブンに入れてチップ全体を暖めたり、冷却したりすることもできる。 Such a container can be used as a microreactor, a liquid or gas (liquid or gas) mixer or a reactor (reactor). For example, in FIG. 30 (c), a plurality of types of liquids (fluids) are stored in (storage) through holes 2052 (2052-1, 7, 10, 13) from a plurality of passages, and then stored. When mixing, introducing an appropriate amount of each fluid from through holes 2052 (2052-1, 7, 10, 13) to through holes (which may be referred to as reactors or reactors or mixers) 2052-5, If the tip is vibrated, fluid mixing and reaction can be performed smoothly. Alternatively, when vibration pressure is applied to the through-hole 2052-4, the substrate side wall 2051-6 is deformed by vibration, so that the fluid in the reactor 2052-5 is also vibrated and stirred, and fluid mixing and reaction are performed smoothly. Alternatively, when the substrate side wall 2051-6 is a piezoelectric film, the substrate side wall 2051-6 is attached to the both sides or one side and an AC voltage is applied to the conductor film so that the substrate side wall 2051-6 Can be deformed by vibration. Alternatively, even if the substrate side wall 2051-6 is a semiconductor such as silicon, an insulator such as silicon, or a conductor, a piezoelectric film is attached to both sides or one side thereof, and an AC voltage is applied to both sides. Accordingly, the substrate side wall 2051-6 can be deformed by vibration. The fluid after mixing or reacting in the reactor 2052-5 can be discharged to the outside through the passage 2056, and then a detailed analysis of the discharged material is possible. , And in-situ observation / analysis of the fluid in the reactor 2052-5 is also possible. Reactor 2052-5 (The heater 2052-5 can be heated by attaching a heater film to the substrate side wall and the upper and lower thin plates. If a temperature sensor is installed in the reactor 2052-5, the temperature in the reactor 2052-5 is measured. Alternatively, the reactor 2052-5 can be heated by irradiating an electromagnetic wave from the outside of the chip, or the temperature can be measured by measuring the electromagnetic wave emitted from the reactor 2052-5. The entire chip can be warmed or cooled.

本発明は、上述したようにマイクロリアクターとして使用できるが、さらに図37に基づき詳細に説明する。図37は、基板の厚み方向の断面を示したマイクロリアクターを示す図である。基板2101において、厚み方向に貫通孔2103(2103−1、2、3)が形成されている。基板2101の上面に上面薄板2102が、基板2101の下面に下面薄板2103が付着している。基板2101は、これまでに述べたように、導電体基板、半導体基板、あるいは絶縁体基板である。基板の厚みはリアクター(貫通孔)の大きさに応じて任意に設定できる。たとえば、100μm以下、100μm〜500μm、500μm〜1mm、1mm〜2mm、あるいは2mm以上とすることも可能である。貫通孔2103−1と2103−2は基板側壁2101(2101−2)によって、貫通孔2103−2と2103−3は基板側壁2101(2101−3)によって隔てられている。これまでに述べたように、基板側壁の厚みは、基板材料、印加する圧力および/または基板側壁の面積によって変動し、印加する圧力によって基板側壁が変形可能な厚みとする。貫通孔2103−1および2103−3は圧力が印加される貫通孔で、それらの間に挟まれた貫通孔2103−2は液体または気体が導入される貫通孔である。 Although the present invention can be used as a microreactor as described above, it will be described in detail with reference to FIG. FIG. 37 is a view showing a microreactor showing a cross section in the thickness direction of the substrate. In the substrate 2101, through holes 2103 (2103-1, 2, 3) are formed in the thickness direction. An upper surface thin plate 2102 is attached to the upper surface of the substrate 2101, and a lower surface thin plate 2103 is attached to the lower surface of the substrate 2101. As described above, the substrate 2101 is a conductor substrate, a semiconductor substrate, or an insulator substrate. The thickness of the substrate can be arbitrarily set according to the size of the reactor (through hole). For example, it can be 100 μm or less, 100 μm to 500 μm, 500 μm to 1 mm, 1 mm to 2 mm, or 2 mm or more. The through holes 2103-1 and 2103-2 are separated by the substrate side wall 2101 (2101-2), and the through holes 2103-2 and 2103-3 are separated by the substrate side wall 2101 (2101-3). As described above, the thickness of the substrate sidewall varies depending on the substrate material, the applied pressure, and / or the area of the substrate sidewall, and the substrate sidewall is deformable by the applied pressure. The through holes 2103-1 and 2103-3 are through holes to which pressure is applied, and the through hole 2103-2 sandwiched between them is a through hole into which liquid or gas is introduced.

上面薄板2102には、圧力導入孔2107(2107−1、3)が形成され、これらの圧力導入孔2107(2107−1、3)を通して、貫通孔2103(2103−1、3)に圧力P1またはP2が印加される。圧力は気体または液体で印加可能である。圧力導入孔2107(2107−1、3)には開閉バルブ2109(2109−1、3)が備わり、圧力を閉じ込めることもできる。ただし、外部に開閉バルブを設けて圧力制御することもできる場合は、これらの開閉バルブ2109(2109−1、3)は必ずしも必要がない。また、上面薄板2102には、液体または気体導入孔2107(2107−2)が形成され、これらの圧力導入孔2107(2107−2)を通して、貫通孔2103(2103−2)に液体または気体を導入できる(流れをL1で示す)。液体または気体導入孔2107(2107−2)には開閉バルブ2109(2109−2)が備わり、液体または気体を閉じ込めることもできる。ただし、外部に開閉バルブを設けて液体または気体の導入を制御することもできる。たとえば、液体または気体が一定量貫通孔2103−2に入ったら開閉バルブ2109(2109−2)を閉じれば良い。一種類の液体または気体を導入する場合は、1つの液体または気体導入孔2107(2107−2)で足りるが、複数の液体または気体を導入する場合は、その数に対応した複数の液体または気体導入孔2107(2107−2)を設けておけば、それらを通して複数の液体または気体を貫通孔2103−2に導入できる。1つの液体または気体導入孔2107(2107−2)でも、外部から導入する液体や気体の種類を変えて導入すれば、貫通孔2103−2で複数の液体や気体を混合することができるが、時間がかかることと、混合すると直ぐに反応(変化)する場合は扱いにくい。貫通孔2103−2において、液体または気体が混合し、場合によって反応するので、貫通孔2103−2はリアクター(反応容器)(部分)と呼んでも良い。 The upper surface thin plate 2102 is formed with pressure introduction holes 2107 (2107-1, 3), and through these pressure introduction holes 2107 (2107-1, 3), the through hole 2103 (2103-1, 3) has a pressure P1 or P2 is applied. The pressure can be applied as a gas or liquid. The pressure introduction hole 2107 (2107-1, 3) is provided with an opening / closing valve 2109 (2109-1, 3), and the pressure can be confined. However, when the pressure can be controlled by providing an open / close valve outside, these open / close valves 2109 (2109-1 and 3) are not necessarily required. In addition, a liquid or gas introduction hole 2107 (2107-2) is formed in the upper thin plate 2102, and the liquid or gas is introduced into the through hole 2103 (2103-2) through the pressure introduction hole 2107 (2107-2). Yes (flow is indicated by L1). The liquid or gas introduction hole 2107 (2107-2) is provided with an opening / closing valve 2109 (2109-2), and can also confine liquid or gas. However, it is also possible to control the introduction of liquid or gas by providing an open / close valve outside. For example, the opening / closing valve 2109 (2109-2) may be closed when a certain amount of liquid or gas enters the through-hole 2103-2. When one kind of liquid or gas is introduced, one liquid or gas introduction hole 2107 (2107-2) is sufficient. However, when a plurality of liquids or gases are introduced, a plurality of liquids or gases corresponding to the number of liquids or gases are sufficient. If the introduction hole 2107 (2107-2) is provided, a plurality of liquids or gases can be introduced into the through-hole 2103-2 through them. Even if one liquid or gas introduction hole 2107 (2107-2) is introduced by changing the type of liquid or gas introduced from the outside, a plurality of liquids or gases can be mixed in the through-hole 2103-2. It takes time and is difficult to handle when it reacts (changes) immediately after mixing. In the through hole 2103-2, liquid or gas is mixed and reacts depending on the case. Therefore, the through hole 2103-2 may be called a reactor (reaction vessel) (part).

下面薄板2103には、貫通孔2103−2の部分に混合液体等(気体も含む)または反応液体等(気体も含む)の排出口2108が形成され、この排出口2108を通して混合液体等または反応液体等を排出することができる(流れをL2で示す)。排出口2108にも開閉バルブ2110が備わり、排出する混合液体等または反応液体等の量を制御できる。貫通孔2103−2に液体または気体(液体等)を導入するとき、貫通孔2103−2内に存在する気体(たとえば、空気や窒素)のために導入液体等が入りにくい場合は、排出口2108の開閉バルブ2110を開けておけば、貫通孔2103−2内に存在する気体が排出口2108を通して抜けていくので、導入液体等が貫通孔2103−2内にスムーズに入ることができる。あるいは、あらかじめ液体等導入孔2107−2および/または液体等排出口2108から貫通孔2103−2内の気体を吸い出して貫通孔2103−2内を減圧状態にしておけば、導入液体等が貫通孔2103−2内にスムーズに入ることができる。貫通孔2103−2内の減圧状態は開閉バルブ2109−2および開閉バルブ2110を閉じておくことによって保持できる。あるいは、開閉バルブ2110を開けて排出口2108から吸い込んで、導入液体等を液体等導入孔2107−2を通して貫通孔2103−2に入れても良い。導入液体等の量は外部から制御しても良いし、液体等導入孔2107の容積量で制御することもできるし、液体等導入孔2107内に複数の開閉バルブを設けて、それらの開閉バルブ間にある液体等の量で制御することもできる。あるいは、上面薄板2102または下面薄板2103の外側から光センサーで貫通孔2103−2内の液体量を検知して制御することもできる。 The lower surface thin plate 2103 is formed with a discharge port 2108 for mixed liquid (including gas) or reaction liquid (including gas) at a portion of the through hole 2103-2, and the mixed liquid or reaction liquid or reaction liquid is formed through the discharge port 2108. Etc. can be discharged (flow is indicated by L2). The discharge port 2108 is also provided with an open / close valve 2110, and the amount of the mixed liquid or reaction liquid discharged can be controlled. When introducing liquid or gas (liquid or the like) into the through-hole 2103-2, if the introduced liquid or the like is difficult to enter due to gas (for example, air or nitrogen) existing in the through-hole 2103-2, the outlet 2108 If the open / close valve 2110 is opened, the gas present in the through hole 2103-2 will escape through the discharge port 2108, so that the introduced liquid and the like can smoothly enter the through hole 2103-2. Alternatively, if the gas in the through-hole 2103-2 is sucked out from the liquid introduction hole 2107-2 and / or the liquid discharge port 2108 in advance and the inside of the through-hole 2103-2 is in a reduced pressure state, the introduced liquid or the like is passed through 2103-2 can enter smoothly. The reduced pressure state in the through hole 2103-2 can be maintained by closing the on-off valve 2109-2 and the on-off valve 2110. Alternatively, the opening / closing valve 2110 may be opened and sucked from the discharge port 2108, and introduced liquid or the like may be put into the through hole 2103-2 through the liquid or the like introduction hole 2107-2. The amount of the introduced liquid or the like may be controlled from the outside, or may be controlled by the volume of the liquid or the like introduction hole 2107. A plurality of opening and closing valves are provided in the liquid or the like introduction hole 2107, and these opening and closing valves are provided. It can also be controlled by the amount of liquid in between. Alternatively, the amount of liquid in the through-hole 2103-2 can be detected and controlled with an optical sensor from the outside of the upper thin plate 2102 or the lower thin plate 2103.

あるいは、貫通孔2103−2に隣接する貫通孔2103(2103−1、3)内の圧力を変えて、基板側壁2101(2101−2、3)を変形させて導入液体等を貫通孔2103−2内に導入したり、排出したりすることもできる。たとえば、貫通孔2103(2103−1、3)の圧力P1、P2を減圧状態(貫通孔2103−2の圧力より)にすると基板側壁2101(2101−2、3)は貫通孔2103(2103−1、3)内に変形するので、貫通孔2103−2内に液体等を導入することができる。(このときは、開閉バルブ2110を閉じておく。)また、貫通孔2103(2103−1、3)の圧力P1、P2を加圧状態(貫通孔2103−2の圧力より)にすると基板側壁2101(2101−2、3)は貫通孔2103−2内に変形するので、貫通孔2103−2内に存在する混合液体等や反応液体等は排出口2108から排出される。(このときは、開閉バルブ2109−2を閉じておく。) Alternatively, the pressure in the through hole 2103 (2103-1, 3) adjacent to the through hole 2103-2 is changed to deform the substrate side wall 2101 (2101-2, 3) so that the introduced liquid or the like is passed through the through hole 2103-2. It can also be introduced and discharged. For example, when the pressures P1 and P2 of the through holes 2103 (2103-1 and 3) are reduced (by the pressure of the through holes 2103-2), the substrate side wall 2101 (2101-2 and 3) is inserted into the through holes 2103 (2103-1). 3) Since it is deformed into the liquid, a liquid or the like can be introduced into the through hole 2103-2. (At this time, the on-off valve 2110 is closed.) In addition, when the pressures P1 and P2 of the through holes 2103 (2103-1, 3) are set to a pressurized state (from the pressure of the through holes 2103-2), the substrate side wall 2101 is obtained. Since (2101-2, 3) is deformed into the through hole 2103-2, the mixed liquid, the reaction liquid, etc. existing in the through hole 2103-2 are discharged from the discharge port 2108. (At this time, the on-off valve 2109-2 is closed.)

貫通孔2103−2内には、種々の液体等が入り混合したり反応したりするので、貫通孔2103−2内はそれらの液体等によって反応しないようにする必要がある。たとえば、基板2101がシリコンであるときには、シリコンはフッ硝酸(HF+HNO3)系やアルカリ液系の液体に溶けやすいので、貫通孔2103−2内をそれらに溶けない膜でコーティングすると良い。アルカリ液系の場合は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を基板側壁2101(2101−2、3)上に積層すると良い。また、フッ素樹脂等の高分子樹脂を積層することも有効である。 Since various liquids and the like enter and mix or react in the through-hole 2103-2, it is necessary to prevent the inside of the through-hole 2103-2 from reacting with these liquids and the like. For example, when the substrate 2101 is silicon, silicon is easily dissolved in a hydrofluoric acid (HF + HNO 3) or alkaline liquid, and therefore the inside of the through hole 2103-2 may be coated with a film that does not dissolve in them. In the case of an alkaline liquid system, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like is preferably laminated on the substrate side wall 2101 (2101-2, 3). It is also effective to laminate a polymer resin such as a fluororesin.

本発明のリアクターはヒーターを備えて温度コントロールすることができる。たとえば、図37に示すように、基板2101に形成した貫通孔2103(2103−1、2、3)内に加熱用抵抗薄膜2105を形成する。基板2101がシリコン等の半導体基板である場合には、貫通孔2103(2103−1、2、3)を形成後、基板側壁2101(2101―2、3)上にSiO2膜やSiN膜等の絶縁膜2104を積層した後に、加熱抵抗薄膜2105を絶縁膜2104上に積層する。加熱抵抗薄膜(薄膜ヒーター)として、Ni−Cr膜、Au膜等を使用することができる。絶縁膜と加熱抵抗薄膜の密着性が悪い場合には、これらのどちらにも密着性の良い薄膜材料を介在させれば良い。たとえば、加熱抵抗薄膜がAu膜の場合には、密着層としてW膜、Cr、TiN、TiやTa膜等を介在することができる。加熱抵抗薄膜は必要に応じて配線パターンを形成する。パターン形成は、前述したように電着法等を用いることができる。たとえば、W膜の膜厚は50nm以上、Au膜の膜厚は100〜500nmである。Au膜は抵抗率が低くかつ電気抵抗の温度係数が大きいため、温度センサーを兼ねる薄膜ヒーターを形成することができる。さらに、加熱抵抗薄膜2105の保護膜として、SiO2、SiON、SiN膜等の絶縁膜2106を形成する。加熱抵抗薄膜(薄膜ヒーター)はスパッター法、蒸着法、CVD法等を用いて形成できる。図37においては、絶縁膜2104、2106、加熱抵抗薄膜(薄膜ヒーター)2105は、基板側壁2101(2101−2、3)の両側だけに記載しているが、当然、他の基板側壁2101(2101−1、4)にも積層される。ただし、圧力室用貫通孔2103(2103−1、3)は加熱する必要がないので、加熱抵抗薄膜(薄膜ヒーター)はエッチング除去しても良い。尚、保護用の絶縁膜2104および/または2106は残しておいても良い。 The reactor of the present invention is equipped with a heater and can be temperature controlled. For example, as shown in FIG. 37, the heating resistive thin film 2105 is formed in the through holes 2103 (2103-1, 2, 3) formed in the substrate 2101. In the case where the substrate 2101 is a semiconductor substrate such as silicon, after forming the through holes 2103 (2103-1, 2, 3), insulation such as a SiO2 film or a SiN film on the substrate side wall 2101 (2101-2, 3). After the film 2104 is stacked, the heating resistance thin film 2105 is stacked on the insulating film 2104. A Ni—Cr film, an Au film, or the like can be used as the heating resistance thin film (thin film heater). When the adhesion between the insulating film and the heating resistance thin film is poor, a thin film material with good adhesion may be interposed between them. For example, when the heating resistance thin film is an Au film, a W film, Cr, TiN, Ti, Ta film or the like can be interposed as an adhesion layer. A heating resistance thin film forms a wiring pattern as needed. For the pattern formation, an electrodeposition method or the like can be used as described above. For example, the thickness of the W film is 50 nm or more, and the thickness of the Au film is 100 to 500 nm. Since the Au film has a low resistivity and a large temperature coefficient of electrical resistance, a thin film heater that also serves as a temperature sensor can be formed. Further, an insulating film 2106 such as a SiO 2, SiON, or SiN film is formed as a protective film for the heating resistance thin film 2105. The heating resistance thin film (thin film heater) can be formed using a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, or the like. In FIG. 37, the insulating films 2104 and 2106 and the heating resistance thin film (thin film heater) 2105 are shown only on both sides of the substrate side wall 2101 (2101-2 and 3), but other substrate side walls 2101 (2101) are naturally shown. -1, 4). However, since the pressure chamber through-hole 2103 (2103-1, 3) does not need to be heated, the heating resistance thin film (thin film heater) may be removed by etching. Note that the protective insulating films 2104 and / or 2106 may be left.

加熱抵抗薄膜(薄膜ヒーター)2105は、上面薄板2102に形成したコンタクト孔内の導電体膜2111を通じて、上面薄板2102上に形成した取り出し電極2112に接続する。図37では基板側壁2101(2101−2、3)の上面に導電体膜2111を形成しているが、もっと広い場所(基板2101の上面において)まで加熱抵抗薄膜(薄膜ヒーター)2105を延ばしてからコンタクト孔を形成して、そのコンタクト孔に導電体膜2111を形成しても良い。加熱抵抗薄膜は導電体膜であるから、この加熱抵抗薄膜自体を電極とすることもできる。この場合、加熱抵抗薄膜電極部分において上面薄板2102を開口しておけば、外部とたとえばワイヤボンド等で接続することができる。電極2112は、加熱抵抗薄膜配線において2箇所形成しておき、これらの電極間で電流を流すことによって、加熱抵抗薄膜配線が加熱されて、その熱によって、リアクター2103−2内が加熱される。前述したように加熱抵抗薄膜配線自体が温度センサーを兼ねる場合は、加熱抵抗薄膜配線自体の抵抗が温度を示すことになる。あるいは、加熱抵抗薄膜配線とは異なる配線抵抗を形成しておき、その両端に電極を設け、電極間に電圧を印加し、抵抗を測定すれば、その抵抗値から温度測定ができる。加熱抵抗薄膜配線(ヒーター)自体の温度ではなく、その周辺の温度を示しているので、よりリアクター2103−2内の温度に近い。この場合、温度センサー用の抵抗配線膜と加熱抵抗薄膜配線の材料は同じでも良いし、違う導電体膜で形成しても良い。同じである場合はプロセスが簡単である。温度センサーとして異種金属を接合した熱電対を作成してその熱起電力から温度を計測することもできる。温度センサーや加熱抵抗薄膜配線は、リアクター2103−2に面した、上面薄板2102の下面、或いは下面薄板2103の上面に形成しても良い。この場合、上面薄板2102、下面薄板2103を基板2101に付着する前に形成しておけば、プロセスは簡単である。リアクター2103−2を加熱する方法として、所定の温度に設定したオーブン等にチップを入れて、全体を加熱する方法もある。あるいは、赤外線を上面薄板および/または下面薄板から照射して加熱する方法もある。加熱されたリアクター内の液体等から出る電磁波から温度を知ることもできる。 The heating resistance thin film (thin film heater) 2105 is connected to the take-out electrode 2112 formed on the upper surface thin plate 2102 through the conductor film 2111 in the contact hole formed on the upper surface thin plate 2102. In FIG. 37, the conductor film 2111 is formed on the upper surface of the substrate side wall 2101 (2101-2, 3), but the heating resistance thin film (thin film heater) 2105 is extended to a wider area (on the upper surface of the substrate 2101). A contact hole may be formed, and the conductor film 2111 may be formed in the contact hole. Since the heating resistance thin film is a conductor film, the heating resistance thin film itself can be used as an electrode. In this case, if the upper thin plate 2102 is opened in the heating resistance thin film electrode portion, it can be connected to the outside by, for example, wire bonding. The electrodes 2112 are formed at two locations in the heating resistance thin film wiring, and the heating resistance thin film wiring is heated by passing a current between these electrodes, and the inside of the reactor 2103-2 is heated by the heat. As described above, when the heating resistance thin film wiring itself also serves as a temperature sensor, the resistance of the heating resistance thin film wiring itself indicates the temperature. Alternatively, if a wiring resistance different from the heating resistance thin film wiring is formed, electrodes are provided at both ends, a voltage is applied between the electrodes, and the resistance is measured, the temperature can be measured from the resistance value. Since it indicates not the temperature of the heating resistance thin film wiring (heater) itself but the temperature around it, it is closer to the temperature in the reactor 2103-2. In this case, the temperature sensor resistance wiring film and the heating resistance thin film wiring may be made of the same material or different conductor films. If they are the same, the process is simple. It is also possible to create a thermocouple in which different metals are joined as a temperature sensor and measure the temperature from the thermoelectromotive force. The temperature sensor and the heating resistance thin film wiring may be formed on the lower surface of the upper thin plate 2102 or the upper surface of the lower thin plate 2103 facing the reactor 2103-2. In this case, if the upper surface thin plate 2102 and the lower surface thin plate 2103 are formed before adhering to the substrate 2101, the process is simple. As a method of heating the reactor 2103-2, there is also a method of heating the whole by putting a chip in an oven or the like set to a predetermined temperature. Alternatively, there is a method of heating by irradiating infrared rays from the upper thin plate and / or the lower thin plate. It is also possible to know the temperature from the electromagnetic waves emitted from the liquid in the heated reactor.

図38は、図37において貫通孔2103(2103−2)の断面を右方向から見た図である。すなわち、図37の紙面に対して垂直方向を見たものである。貫通孔2103−2は直方体形状であり、両側に基板2101(2101−5、6)が存在する。この場合基板側壁2101(2101−5、6)は厚く、これらの外側に圧力印加用の貫通孔があっても基板側壁2101(2101−5、6)は変形しない。従って、貫通孔2103−2は図37に示す基板側壁2101(2101−2、3)の変形により膨らんだり凹んだりするが、図38に示す方向では貫通孔2103−2は変動しない。当然、基板側壁2101(2101−5、6)を基板側壁2101(2101−2、3)と同程度の厚みとし、その外側に圧力印加用の貫通孔を設ければ、図38に示す方向へも貫通孔2103−2は基板側壁2101(2101−5、6)の変形により膨らんだり凹んだりする。 FIG. 38 is a view of the cross section of the through hole 2103 (2103-2) in FIG. 37 as viewed from the right. That is, it is seen from the direction perpendicular to the paper surface of FIG. The through hole 2103-2 has a rectangular parallelepiped shape, and the substrates 2101 (2101-5, 6) exist on both sides. In this case, the substrate side wall 2101 (2101-5, 6) is thick, and the substrate side wall 2101 (2101-5, 6) is not deformed even if there are through holes for applying pressure on the outside thereof. Accordingly, the through-hole 2103-2 is swollen or recessed due to the deformation of the substrate side wall 2101 (2101-2, 3) shown in FIG. 37, but the through-hole 2103-2 does not change in the direction shown in FIG. Naturally, if the substrate side wall 2101 (2101-5, 6) has the same thickness as the substrate side wall 2101 (2101-2, 3) and a through-hole for applying pressure is provided on the outer side, the direction shown in FIG. Further, the through-hole 2103-2 swells or becomes concave due to the deformation of the substrate side wall 2101 (2101-5, 6).

図38に示されるように、上面薄板2102には液体等導入孔が2つ(2115、2116)備わっている。1つめの液体等導入孔2115は、2115−1から2115−2へ、さらに2115−3へと接続する。2つ目の液体等導入孔2116は、2116−1から2116−2へ、さらに2116−3へと接続する。図38に示す液体等導入孔2115および2116は、図37に示す液体等導入孔2107−2に対応する。リアクター2103−2には液体等導入孔2115や2116から液体等が導入される。液体等導入孔2115−1や2116−1のサイズは、リアクター2103−2のサイズにもよるが、余り大きくできない。たとえば、10μm〜50μm、あるいは50μm〜100μmである。液体等の供給は外部機器から行なうが、このサイズに合わせて外部機器を接続し液体等を供給するのはかなり困難である。すなわち、外部機器の液体等の接続口をこのサイズに合わせることが難しい。そこで、図38に示すような通路を作ることによって、外部機器の接続口に合わせて、液体等導入孔の外部との接続口2115−3や2116−3のサイズを自由に変えることができる。たとえば、2115−1のサイズが50μm×50μmであるとき、それに接続する2115−2のサイズを幅100μm、高さ100μm、長さ500μmとして、これに接続する2115−3の下部接続口サイズを100μm×100μmとし、外部機器と接続する2115−3の上部接続口サイズを500μm〜1mm×500μm〜1mmと大きくすることができる。(ただし、全体のチップサイズに制約される。)このように、2115−3の接続口サイズを大きく取れるので、外部機器との接続が容易になるとともに、液体等を供給しやすくなる。外部機器から液体等を押出していけば、スムーズに液体等導入孔2115−3に入り、そこからさらに液体等が押し出されて液体等導入孔2115−2に入り、そこからさらに液体等が押し出されて液体等導入孔2115−3に入り、そこからリアクター2103−2に液体等を所定量導くことができる。液体等導入孔2116についても同様である。 As shown in FIG. 38, the upper thin plate 2102 is provided with two introduction holes (2115, 2116) such as liquid. The first liquid introduction hole 2115 is connected from 2115-1 to 2115-2, and further to 2115-3. The second liquid introduction hole 2116 is connected from 2116-1 to 2116-2 and further to 2116-3. The liquid introduction holes 2115 and 2116 shown in FIG. 38 correspond to the liquid introduction holes 2107-2 shown in FIG. Liquid or the like is introduced into the reactor 2103-2 through the liquid introduction holes 2115 and 2116. The size of the liquid introduction holes 2115-1 and 21116-1 depends on the size of the reactor 2103-2, but cannot be too large. For example, it is 10 μm to 50 μm, or 50 μm to 100 μm. Supply of liquid or the like is performed from an external device, but it is quite difficult to connect the external device and supply liquid or the like according to this size. That is, it is difficult to match the connection port of liquid or the like of the external device to this size. Therefore, by creating a passage as shown in FIG. 38, the size of the connection ports 2115-3 and 2116-3 with the outside of the liquid introduction hole can be freely changed according to the connection port of the external device. For example, when the size of 21115-1 is 50 μm × 50 μm, the size of 2115-2 connected to it is 100 μm wide, 100 μm high, and 500 μm long, and the size of the lower connection port of 2115-3 connected to this is 100 μm The upper connection port size of 2115-3 connected to an external device can be increased to 500 μm to 1 mm × 500 μm to 1 mm. (However, it is limited by the entire chip size.) Thus, since the connection port size of 2115-3 can be made large, it is easy to connect with an external device and supply liquid or the like. If liquid or the like is extruded from an external device, it smoothly enters the liquid introduction hole 2115-3, from which liquid or the like is further pushed out and enters the liquid or the like introduction hole 2115-2, from which liquid or the like is further pushed out. Thus, a predetermined amount of liquid or the like can be introduced into the reactor 2103-2 from the liquid introduction hole 2115-3. The same applies to the liquid introduction hole 2116.

これらの2つの液体等導入孔2115および2116から異なる液体等を導入して、リアクター2103−2内で混合し、反応させることができる。他の液体も導入したければ、他の導入孔を設ければ良い。本発明の(マイクロ)リアクターは、多数の液体等の導入孔を設けて多数の液体等をリアクター2103−2内で混合し、反応させることができる。上面薄板2102は2枚の薄板2102−1、2が付着している。上面薄板2102−1に液体等導入孔2115−1や2116−1を形成した後、液体等導入孔(溝または通路と記載した方が良い)2115−2や2116−2を形成する。液体等導入孔2115−1や2116−1は薄板2102−1を完全に貫通した貫通孔であるが、液体等導入孔2115−2や2116−2は途中までエッチングして、溝形状で形成する。これらの孔や溝の形成は、フォトリソ法およびエッチング法やレーザー法を用いることができる。液体等導入孔2115−1、2や2116−1、2を形成した薄板(下部上面薄板)2102−1に別の薄板(上部上面薄板)2102−2を付着して、液体等導入孔2115−3や2116−3を形成する。さらに開口された液体等導入孔2115−3や2116−3以外の上面薄板2102上にシリコーン樹脂やエラストマー等の樹脂弾性体2117を付着させる。あるいは、上部上面薄板2102−2に樹脂弾性体2117を形成した後に、開口部となる部分の樹脂弾性体2117をエッチング除去し、さらに上部上面薄板2102−2を除去して、液体等導入孔2115−3を形成しても良い。液体等導入孔2115や2116を形成した上面薄板2102(2102−1と2102−2を付着させたもの)を貫通孔2103やさらに絶縁膜2104、2106や加熱抵抗薄膜(温度センサー)2105を形成した基板2101に付着しても良い。あるいは、貫通孔2103やさらに絶縁膜2104、2106や加熱抵抗薄膜(温度センサー)2105を形成した基板2101に下部上面薄板2102−1を付着させた後に、液体等導入孔2115−1、2や2116−1、2を形成し、その後で上部上面薄板2102−2を付着させて、その次に液体等導入孔2115−3や2116−3を形成し、さらにその後で樹脂弾性体2117を形成しても良い。樹脂弾性体2117を上面薄板2102上に付着させることによって、液体等供給用の外部機器を接続するときに、適度に外部機器を上面薄板2102に押しつけて気密性を保持することができ、液体等が外部へ漏れることを防止することができる。 Different liquids and the like can be introduced from these two liquid introduction holes 2115 and 2116, mixed in the reactor 2103-2, and reacted. If other liquids are to be introduced, other introduction holes may be provided. The (micro) reactor of the present invention can be provided with introduction holes for a large number of liquids, and a large number of liquids can be mixed and reacted in the reactor 2103-2. Two thin plates 2102-1 and 22-1 are attached to the upper surface thin plate 2102. After the liquid introduction holes 2115-1 and 21116-1 are formed in the upper thin plate 2102-1, the liquid introduction holes (which are better described as grooves or passages) 2115-2 and 2116-2 are formed. The liquid introduction holes 21115-1 and 21116-1 are through holes completely penetrating the thin plate 2102-1, but the liquid introduction holes 2115-2 and 2116-2 are etched halfway and formed in a groove shape. . These holes and grooves can be formed by using a photolithography method, an etching method, or a laser method. Another thin plate (upper upper surface thin plate) 2102-2 is attached to the thin plate (lower upper surface thin plate) 2102-1 in which the liquid introducing holes 2115-1, 2 and 2116-1, 2 are formed. 3 and 2116-3 are formed. Further, a resin elastic body 2117 such as a silicone resin or an elastomer is attached to the upper surface thin plate 2102 other than the opened liquid introduction holes 2115-3 and 2116-3. Alternatively, after the resin elastic body 2117 is formed on the upper upper surface thin plate 2102-2, the resin elastic body 2117 at the portion to be the opening is removed by etching, and the upper upper surface thin plate 2102-2 is further removed to introduce the liquid introduction hole 2115. -3 may be formed. A through-hole 2103, further insulating films 2104 and 2106, and a heating resistance thin film (temperature sensor) 2105 are formed on the upper surface thin plate 2102 (with 2102-1 and 2102-2 attached) in which liquid introduction holes 2115 and 2116 are formed. It may be attached to the substrate 2101. Alternatively, after the lower upper surface thin plate 2102-1 is attached to the substrate 2101 on which the through-hole 2103, further insulating films 2104 and 2106 and the heating resistance thin film (temperature sensor) 2105 are formed, the liquid introduction holes 2115-1, 2116, and 2116 are provided. -1 and 2 are formed, and then the upper upper surface thin plate 2102-2 is attached, then the liquid introduction holes 2115-3 and 2116-3 are formed, and then the resin elastic body 2117 is formed. Also good. By attaching the resin elastic body 2117 to the upper surface thin plate 2102, when connecting an external device for supplying liquid or the like, the external device can be appropriately pressed against the upper surface thin plate 2102 to maintain airtightness. Can be prevented from leaking outside.

図38に示すように、下面薄板2103においても同様に液体等排出口2118(2118−1、2、3)を形成することができる。リアクター2103−2に入れられた液体等を液体等排出口2118−1から出して、次の液体等排出口(通路)2118−2を通って、外部機器と連結する液体等排出口2118−3へ接続する。液体等排出口2118−1は余り大きくできない(大きいと、バルブを設けない場合は、この液体等排出口2118−1にも液体等が入り込んでしまう。また、大きいと、バルブを設ける場合は、バルブが大きくなってしまう。)液体等排出口2118−1の大きさは、たとえば、10μm〜50μm、または50μm〜100μmで、リアクター2103−2の大きさにもよる。液体等排出口2118−2の大きさは、たとえば、100μm〜200μm、200μm〜500μmで、チップサイズにもよる。液体等排出口2118−3は外部機器と接続し、リアクター2103−2で反応や混合した液体等を外部機器へ流す。あるいは、液体等排出口2118−3は設けずに、次のリアクターへ液体等を移動させても良い。液体等排出口2118−3を外部機器と接続する場合は、外部機器の接続口に合わせたサイズにする必要がある。たとえば、500μm×500μm以上のサイズにすれば外部機器の接続口と合わせ易い。さらに、液体等が漏れないように、樹脂弾性体2119を下部下面薄板2103−2に付着させる。外部機器の接続口の周辺部をこの樹脂弾性体2119に押しつけることによって、気密性を保持できる。外部機器で液体等を吸い出せば、液体等排出口2118を通して、リアクター内の液体等を排出することができる。あるいは、図37に示すように、貫通孔2103−1や2103−3の圧力を高くして、基板側壁2101−2や2101−3を変形させて、リアクター2103−2を窪ませてリアクター2103−2内の液体等を押出しても良い。尚、開閉バルブは液体等排出口2118−1や液体等排出口(通路)2118−2に設けることができる。また、液体等排出口2118(2118−1、2、3)は、上面薄板の場合と同様に、下面薄板2103を上部下面薄板2103−1と下部下面薄板2103−2に分離しておけば形成しやすい。 As shown in FIG. 38, the liquid outlet 2118 (2118-1, 2, 3) can be formed in the lower surface thin plate 2103 as well. The liquid or the like placed in the reactor 2103-2 is discharged from the liquid etc. discharge port 21118-1, and passes through the next liquid etc. discharge port (passage) 21118-2 to be connected to an external device 2118 or the like. Connect to. The liquid discharge port 21118-1 cannot be made too large (if it is large, if a valve is not provided, liquid or the like will also enter the liquid discharge port 21118-1. If it is large, if a valve is provided, The size of the discharge port 21118-1, for example, is 10 μm to 50 μm, or 50 μm to 100 μm, depending on the size of the reactor 2103-2. The size of the liquid outlet 2118-2 is, for example, 100 μm to 200 μm, 200 μm to 500 μm, and depends on the chip size. The liquid outlet 2118-3 is connected to an external device, and the liquid or the like that is reacted or mixed in the reactor 2103-2 flows to the external device. Alternatively, the liquid or the like may be moved to the next reactor without providing the liquid or the like discharge port 2118-3. In the case where the liquid outlet 2118-3 is connected to an external device, the size needs to be matched to the connection port of the external device. For example, if the size is 500 μm × 500 μm or more, it is easy to match with the connection port of the external device. Further, the resin elastic body 2119 is attached to the lower lower surface thin plate 2103-2 so that liquid or the like does not leak. By pressing the peripheral portion of the connection port of the external device against the resin elastic body 2119, airtightness can be maintained. If liquid or the like is sucked out by an external device, the liquid or the like in the reactor can be discharged through the liquid outlet 2118. Alternatively, as shown in FIG. 37, the pressure in the through holes 2103-1 and 2103-3 is increased to deform the substrate side walls 2101-2 and 2101-3, and the reactor 2103-2 is recessed to form the reactor 2103- The liquid in 2 may be extruded. The open / close valve can be provided at the liquid outlet 21118-1 or the liquid outlet (passage) 2118-2. The liquid outlet 2118 (2118-1, 2, 3) is formed by separating the lower surface thin plate 2103 into the upper lower surface thin plate 2103-1 and the lower lower surface thin plate 2103-2, as in the case of the upper surface thin plate. It's easy to do.

図37、図38から分かるように、圧力用貫通孔2103(2103−1、3)を形成せずに、リアクター2103−2だけを形成してもマイクロリアクターを形成できる。圧力用貫通孔2103(2103−1、3)を形成する場合は、基板側壁2101(2101−2、3)を圧力により窪ませたり膨らませたりして、リアクター2103−2内に液体等(流体とも言う)を導入したり、リアクター2103−2内の流体を排出することができる。圧力用貫通孔2103(2103−1、3)を形成しない場合は、流体導入孔2107、2115、2116に接続する流体供給用の外部機器から流体を押出してリアクター2103−2内に流体を入れる。この時、流体排出口2108や2118側に接続する流体吸い出し(排出)用外部機器で吸い込めばリアクター2103−2内が減圧状態になりリアクター2103−2内へ流体を入れやすくできる。リアクター2103−2内の流体を排出するときは、流体排出口2108や2118側に接続する流体吸い出し(排出)用外部機器で吸い込めば良い。この時、、流体導入孔2107、2115、2116に接続する流体供給用の外部機器から空気等の気体で押し出せば、リアクター2103−2内の流体を排出しやすくなる。備えつけの開閉バルブ2109や2110を併用すればさらに効率的に流体の導入や排出が可能となる。 As can be seen from FIGS. 37 and 38, the microreactor can be formed even if only the reactor 2103-2 is formed without forming the pressure through-hole 2103 (2103-1, 3). When the pressure through-hole 2103 (2103-1, 3) is formed, the substrate side wall 2101 (2101-2, 3) is depressed or expanded by pressure, and a liquid or the like (both fluid) is formed in the reactor 2103-2. Can be introduced, and the fluid in the reactor 2103-2 can be discharged. When the pressure through-hole 2103 (2103-1, 3) is not formed, the fluid is extruded from the fluid supply external device connected to the fluid introduction holes 2107, 2115, 2116, and the fluid is put into the reactor 2103-2. At this time, if the fluid is sucked by an external device for sucking (discharging) fluid connected to the fluid discharge ports 2108 and 2118, the inside of the reactor 2103-2 is in a reduced pressure state, so that the fluid can be easily put into the reactor 2103-2. When the fluid in the reactor 2103-2 is discharged, it may be sucked by an external device for sucking out (discharging) the fluid connected to the fluid discharge port 2108 or 2118 side. At this time, it is easy to discharge the fluid in the reactor 2103-2 by extruding with a gas such as air from an external device for supplying fluid connected to the fluid introduction holes 2107, 2115, and 2116. If the provided opening / closing valves 2109 and 2110 are used in combination, fluid can be introduced and discharged more efficiently.

図39は、液体等導入孔および液体等排出孔に設置する開閉バルブを示す図である。下部薄板2123(2123−1)と上部薄板2123(2123―2)との間に流体通路2122が形成されている。この流体通路2122の途中において、上部薄板2123―2内に空洞2131が形成され、この空洞2131には圧力導入孔2132が空いており、外部から圧力を印加できる。空洞2131を被ってダイヤフラム膜2128が形成されている。ダイヤフラム2128の下面は流体通路2122側に面している。ダイヤフラム膜2128は空洞2131全体を覆っているので、空洞2131は流体通路2122とは接続していない。ダイヤフラム膜2128は、上部薄板2123−2と同じ材料で形成することもできる。たとえば、ガラス、石英、シリコンである。あるいは、ダイヤフラム膜2128を上部薄板2123―2に付着や積層により形成することもできる。たとえば、PolySi膜、シリサイド膜、金属膜、高分子膜、シリコーン樹脂やエラストマー等の弾性体膜である。 FIG. 39 is a diagram showing an open / close valve installed in the liquid introduction hole and the liquid discharge hole. A fluid passage 2122 is formed between the lower thin plate 2123 (2123-1) and the upper thin plate 2123 (2123-2). In the middle of the fluid passage 2122, a cavity 2131 is formed in the upper thin plate 2123-2. A pressure introduction hole 2132 is formed in the cavity 2131, and pressure can be applied from the outside. A diaphragm film 2128 is formed covering the cavity 2131. The lower surface of the diaphragm 2128 faces the fluid passage 2122 side. Since the diaphragm membrane 2128 covers the entire cavity 2131, the cavity 2131 is not connected to the fluid passage 2122. The diaphragm film 2128 can also be formed of the same material as the upper thin plate 2123-2. For example, glass, quartz, and silicon. Alternatively, the diaphragm film 2128 can be formed on the upper thin plate 2123-2 by adhesion or lamination. For example, a PolySi film, a silicide film, a metal film, a polymer film, an elastic film such as a silicone resin or an elastomer.

下部薄板2123―1においても、この流体通路2122の途中において、下部薄板2123―2内に空洞2127が形成され、この空洞2127には圧力導入孔(図示していないが、下部薄板2123―2内に圧力導入通路を作り上部薄板2123―2内の圧力導入通路と接続すれば良い。)が空いており、外部から圧力を印加できる。空洞2127を被ってダイヤフラム膜2124が形成されている。ダイヤフラム2124の上面は流体通路2122側に面している。ダイヤフラム膜2124は空洞2127全体を覆っているので、空洞2127は流体通路2122とは接続していない。ダイヤフラム膜2124は、下部薄板2123−1と同じ材料で形成することもできる。たとえば、ガラス、石英、シリコンである。あるいは、ダイヤフラム膜2124を下部薄板2123―1に付着や積層により形成することもできる。たとえば、PolySi膜、シリサイド膜、金属膜、あるいは高分子膜、シリコーン樹脂やエラストマー等の弾性体膜である。 Also in the lower thin plate 2123-1, a cavity 2127 is formed in the lower thin plate 2123-2 in the middle of the fluid passage 2122, and a pressure introduction hole (not shown in the lower thin plate 2123-2 is formed in the cavity 2127). The pressure introduction passage is formed in the upper thin plate 2123-2 and connected to the pressure introduction passage in the upper thin plate 2123-2), and pressure can be applied from the outside. A diaphragm film 2124 is formed so as to cover the cavity 2127. The upper surface of the diaphragm 2124 faces the fluid passage 2122 side. Since the diaphragm membrane 2124 covers the entire cavity 2127, the cavity 2127 is not connected to the fluid passage 2122. The diaphragm film 2124 can also be formed of the same material as the lower thin plate 2123-1. For example, glass, quartz, and silicon. Alternatively, the diaphragm film 2124 can be formed on the lower thin plate 2113-1 by adhesion or lamination. For example, a PolySi film, a silicide film, a metal film, a polymer film, an elastic film such as a silicone resin or an elastomer.

上部薄板2123―2において、圧力をかけていないときはダイヤフラム2128の変形はなく流体Lは流体通路内2122内をスムーズに流れていく。(図39(a))しかし圧力Pが圧力導入孔2132から空洞2131内に印加されるとダイヤフラム2128は流体通路2122側に膨らんで流体通路2122を狭くする。(図39(b))下部薄板2123―1においても、圧力をかけていないときはダイヤフラム2124の変形はなく流体Lは流体通路内2122内をスムーズに流れていく。(図39(a))しかし圧力が圧力導入孔から空洞2127内に印加されるとダイヤフラム2124は流体通路2122側に膨らんで流体通路2122を狭くする。(図39(b))上部薄板2123―2側および下部薄板2123―1側で同時に圧力が印加されると流体通路2122は塞がり、流体は流体通路2122を流れなくなる。(図39(b))このようにダイヤフラムを用いることによって、開閉バルブを作製することができる。 In the upper thin plate 2123-2, when no pressure is applied, the diaphragm 2128 is not deformed, and the fluid L smoothly flows in the fluid passage 2122. However, when the pressure P is applied from the pressure introduction hole 2132 into the cavity 2131, the diaphragm 2128 swells toward the fluid passage 2122 and narrows the fluid passage 2122 (see FIG. 39A). (FIG. 39 (b)) Even in the lower thin plate 2113-1, when no pressure is applied, the diaphragm 2124 is not deformed and the fluid L flows smoothly in the fluid passage 2122. However, when pressure is applied from the pressure introducing hole into the cavity 2127, the diaphragm 2124 expands toward the fluid passage 2122 and narrows the fluid passage 2122. (FIG. 39 (b)) When pressure is simultaneously applied on the upper thin plate 21123-2 side and the lower thin plate 2123-1 side, the fluid passage 2122 is blocked and the fluid does not flow through the fluid passage 2122. (FIG. 39 (b)) By using the diaphragm in this way, an on-off valve can be manufactured.

ダイヤフラムを薄板と同じ材料で形成する場合は、時間制御で薄板をエッチング除去して、ダイヤフラム分の厚みを残せば良い。ダイヤフラムを薄板と異なる材料で形成する場合は、たとえば、薄板にダイヤフラムを付着または積層して、薄板だけをエッチングしてダイヤフラムをエッチングさせずに、空洞を形成すれば良い。ダイヤフラムが流体通路内に露出すると問題がある場合は、ダイヤフラム上を別の膜、たとえば、SiO膜、SiON膜、SiN膜等の絶縁膜で被覆(積層により)すれば良い。 When the diaphragm is formed of the same material as that of the thin plate, the thin plate may be removed by etching under time control to leave the thickness corresponding to the diaphragm. When the diaphragm is formed of a material different from that of the thin plate, for example, the cavity may be formed by attaching or laminating the diaphragm to the thin plate and etching only the thin plate without etching the diaphragm. If there is a problem if the diaphragm is exposed in the fluid passage, the diaphragm may be covered (by lamination) with another film, for example, an insulating film such as a SiO film, a SiON film, or a SiN film.

ダイヤフラムを圧電体膜で形成し電圧印加でダイヤフラムを変形させることもできる。たとえば、図39に示すように、上部薄板2123−2において、ダイヤフラム2128を圧電体膜とし、このダイヤフラム2128の上面および/または下面に導電体膜2129、導電体膜2130を付着(積層)させ、薄板2123−2にコンタクト孔を形成し導電体膜2133を形成し、さらに電極2134を形成する。圧電体膜2128の上面および/または下面に形成した導電体膜2129、2130にコンタクト孔導電体膜配線2133に電極2134から電圧を印加することによって、図39(b)に示すように空洞部2131において圧電体膜2128が流体通路2122側に変形し、流体通路2122を狭くすることができる。従って、圧力導入孔2132は不要となり、圧力印加も不要となる。また、圧電体膜2128の変形レベルを調整するために、導電体膜2129、2130をパターニングしても良い。たとえば、前述したように、リング状形状にすることもできる。 It is also possible to form the diaphragm with a piezoelectric film and deform the diaphragm by applying a voltage. For example, as shown in FIG. 39, in the upper thin plate 2123-2, the diaphragm 2128 is a piezoelectric film, and the conductor film 2129 and the conductor film 2130 are attached (laminated) to the upper surface and / or the lower surface of the diaphragm 2128, A contact hole is formed in the thin plate 2123-2 to form a conductor film 2133, and an electrode 2134 is further formed. By applying a voltage from the electrode 2134 to the contact hole conductor film wiring 2133 to the conductor films 2129 and 2130 formed on the upper surface and / or the lower surface of the piezoelectric film 2128, as shown in FIG. In this case, the piezoelectric film 2128 can be deformed toward the fluid passage 2122 to narrow the fluid passage 2122. Therefore, the pressure introducing hole 2132 is not required, and pressure application is not required. In order to adjust the deformation level of the piezoelectric film 2128, the conductor films 2129 and 2130 may be patterned. For example, as described above, a ring shape can also be used.

また、図39に示すように、下部薄板2123−1において、ダイヤフラム2124を圧電体膜とし、このダイヤフラム2124の上面および/または下面に導電体膜2126、導電体膜2125を付着(積層)させる。導電体膜2125、2126は配線として引き延ばして、薄板2123−2にコンタクト孔を形成し導電体膜2133を形成し、さらに電極2134を形成することができる。圧電体膜2124の上面および/または下面に形成した導電体膜2125、2126にコンタクト孔導電体膜配線2133に電極2134から電圧を印加することによって、図39(b)に示すように空洞部2127において圧電体膜2124が流体通路2122側に変形し、流体通路2122を狭くすることができる。従って、圧力導入孔は不要となり、圧力印加も不要となる。また、圧電体膜2124の変形レベルを調整するために、導電体膜2125、2126をパターニングしても良い。たとえば、前述したように、リング状形状にすることもできる。以上のように流体通路2122において、電圧印加により、両側から圧電体膜2128、2124を変形させて図39(b)に示すように流体通路2122を閉じることができる。従って、流体通路2122に開閉バルブを設置することができる。 As shown in FIG. 39, in the lower thin plate 2213-1, the diaphragm 2124 is a piezoelectric film, and the conductor film 2126 and the conductor film 2125 are attached (laminated) to the upper surface and / or the lower surface of the diaphragm 2124. The conductor films 2125 and 2126 can be extended as wirings, contact holes can be formed in the thin plate 2123-2, the conductor film 2133 can be formed, and an electrode 2134 can be further formed. By applying a voltage from the electrode 2134 to the contact hole conductor film wiring 2133 to the conductor films 2125 and 2126 formed on the upper surface and / or the lower surface of the piezoelectric film 2124, as shown in FIG. In this case, the piezoelectric film 2124 can be deformed toward the fluid passage 2122 and the fluid passage 2122 can be narrowed. Therefore, no pressure introduction hole is required, and no pressure application is required. Further, in order to adjust the deformation level of the piezoelectric film 2124, the conductor films 2125 and 2126 may be patterned. For example, as described above, a ring shape can also be used. As described above, in the fluid passage 2122, by applying voltage, the piezoelectric films 2128 and 2124 can be deformed from both sides to close the fluid passage 2122 as shown in FIG. Therefore, an open / close valve can be installed in the fluid passage 2122.

製造法として、上部薄板2123−2上に導電体膜2129を付着(積層)し、パターニングする。次に圧電体膜2128を付着(積層)し、パターニングする。次に導電体膜2130を付着(積層)し、パターニングする。圧電体膜を用いないで圧力制御で行なう場合は、導電体膜は付着(積層)せずに通常のダイヤフラム2128を付着(積層)し、パターニングする。次に、上部薄板2123−2上をパターニングし、導電体膜2128、2130と接続するコンタクト孔を形成し導電体膜配線2133を行なう。空洞2131用のパターニングも行ない空洞2131を形成する。さらに、圧力印加を行なう場合には圧力導入孔2132を形成する。場合によっては、圧力導入孔2132を形成した薄板を付着させて作製することもできる。コンタクト孔、空洞、圧力導入孔は同時に形成することもできる。コンタクト孔、空洞、圧力導入孔の形成は、上部薄板2123−2のエッチングで行なうことができるが、下地の導電体膜2129、2130、あるいはダイヤフラム膜(圧電体膜)2128との選択性の良いエッチング条件を用いることによって、上部薄板2123−2を除去するだけで、下地を殆どエッチングしないでコンタクト孔、空洞、圧力導入孔を形成することができる。下部薄板2123−1に関しても同様な方法で、導電体膜2125、2126、ダイヤフラム膜(圧電体膜)2124、空洞2127を形成できる。ただし、コンタクト孔、圧力導入孔、電極は下部薄板2123−1側に形成できない(下部薄板2123−1の下面には基板が付着される)ので、コンタクト孔、圧力導入孔、電極は上部薄板2123−2側に形成する。別の製造方法として、導電体膜、圧電体膜等のパターンを形成したフィルムを薄板に付着して図39に示す構造を作製できる。この場合、フィルム作製はリアクター作製と並行して行なうことができるので、リアクター作製のプロセス時間を短縮できる。また、図39では、上部薄板2123−2および下部2123−1の両方に開閉バルブを設けたが、どちらか一つでも良い場合はどちらかを省略しても良い。 As a manufacturing method, a conductor film 2129 is deposited (laminated) on the upper thin plate 2123-2 and patterned. Next, a piezoelectric film 2128 is attached (laminated) and patterned. Next, a conductor film 2130 is deposited (laminated) and patterned. When the pressure control is performed without using the piezoelectric film, the conductive film is not attached (laminated), but a normal diaphragm 2128 is attached (laminated) and patterned. Next, the upper thin plate 2123-2 is patterned to form contact holes to be connected to the conductor films 2128 and 2130, and conductor film wiring 2133 is performed. Patterning for the cavity 2131 is also performed to form the cavity 2131. Further, when pressure is applied, a pressure introduction hole 2132 is formed. In some cases, a thin plate on which the pressure introducing hole 2132 is formed may be attached. The contact hole, cavity and pressure introducing hole can be formed simultaneously. Contact holes, cavities, and pressure introduction holes can be formed by etching the upper thin plate 2123-2, but it has good selectivity with the underlying conductor films 2129 and 2130 or the diaphragm film (piezoelectric film) 2128. By using the etching conditions, contact holes, cavities, and pressure introducing holes can be formed by removing only the upper thin plate 2123-2 and hardly etching the base. The conductor films 2125 and 2126, the diaphragm film (piezoelectric film) 2124, and the cavity 2127 can be formed by the same method with respect to the lower thin plate 223-1. However, since the contact hole, the pressure introduction hole, and the electrode cannot be formed on the lower thin plate 2123-1 side (the substrate is attached to the lower surface of the lower thin plate 21123-1, the contact hole, the pressure introduction hole, and the electrode are the upper thin plate 2123. -2 side. As another manufacturing method, the structure shown in FIG. 39 can be manufactured by attaching a film having a pattern such as a conductor film or a piezoelectric film to a thin plate. In this case, since film production can be performed in parallel with reactor production, the process time of reactor production can be shortened. Further, in FIG. 39, the opening / closing valves are provided on both the upper thin plate 2123-2 and the lower portion 22123-1, but when either one is sufficient, either one may be omitted.

図40は、開閉バルブの別の構造を示す図である。図39と同じものには同じ名称を(番号)を付している。この開閉バルブは、リアクターと接続する液体等導入孔2135に取り付けるバルブである。下部薄板2123−1はリアクターと付着するが、そのリアクターに液体等を導入する通路が液体等導入孔2135である。圧力を印加していないときは、流体通路2122から流体Lが液体等導入孔2135を通してリアクターへ導入される。(図40(a))圧力Pが印加されると、ダイヤフラム2128が流体通路側に膨らみ、液体等導入孔2135への通路を狭くするので、リアクターへ流す流量を調節(減量)できる。さらに圧力印加により液体等導入孔2135を完全に塞ぐことができる。すなわち、液体等導入孔2135の平面的形状(上から見た断面形状)は円形や正方形、長方形、多角形形状となっており、この大きさより大きな空洞2131で覆う(平面的に見て)ようにすれば、両面が開放しているダイヤフラム2128のサイズも液体等導入孔2135の平面的形状よりも大きいので、ダイヤフラム2128の変形(膨らみ)によって、液体等導入孔2135の開口入口を完全に塞ぐことができる。液体等導入孔2135の開口入口部に破線2136で示すようなテーパーをつけておけば、このテーパー部に変形したダイヤフラム2128が入り込んで面接触状態になるので、液体等導入孔2135の遮断がより完全になる。ダイヤフラムとして圧電体膜2128を用いる場合も、圧電体膜2128の上下面に形成した導電体膜2129、2130への電圧印加により、空洞部2131部分の圧電体膜2128が変形し、液体等導入孔2135の開閉バルブとして使用できる。この場合は、圧力導入孔2132は不要となる。(空洞部形成のために設置しても良いが、圧力印加は不要である。) FIG. 40 is a diagram showing another structure of the on-off valve. The same name as (number) is attached to the same thing as FIG. This on-off valve is a valve attached to the liquid introduction hole 2135 connected to the reactor. The lower thin plate 2213-1 adheres to the reactor, and a passage for introducing liquid or the like into the reactor is a liquid or the like introduction hole 2135. When no pressure is applied, the fluid L is introduced from the fluid passage 2122 into the reactor through the liquid introduction hole 2135. (FIG. 40 (a)) When the pressure P is applied, the diaphragm 2128 swells to the fluid passage side and narrows the passage to the liquid introduction hole 2135, so that the flow rate to the reactor can be adjusted (reduced). Furthermore, the liquid introduction hole 2135 can be completely blocked by applying pressure. That is, the planar shape (cross-sectional shape viewed from above) of the liquid introduction hole 2135 is a circle, square, rectangle, or polygon, and is covered with a cavity 2131 larger than this size (viewed in plan). Then, since the size of the diaphragm 2128 whose both surfaces are open is larger than the planar shape of the liquid introduction hole 2135, the opening of the liquid introduction hole 2135 is completely blocked by the deformation (bulging) of the diaphragm 2128. be able to. If a taper as shown by a broken line 2136 is provided at the opening entrance of the liquid introduction hole 2135, the deformed diaphragm 2128 enters the taper part and enters a surface contact state, so that the liquid introduction hole 2135 is further blocked. Become complete. Also in the case of using the piezoelectric film 2128 as a diaphragm, the voltage applied to the conductor films 2129 and 2130 formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric film 2128 deforms the piezoelectric film 2128 in the cavity 2131 portion, thereby introducing a liquid introduction hole. It can be used as an open / close valve of 2135. In this case, the pressure introduction hole 2132 becomes unnecessary. (It may be installed to form the cavity, but no pressure is required.)

従来のマイクロリアクターは基板面に対して平行な方向へ流体を移動するものである(たとえば、特開2011−020044)ため、マイクロリアクターチップのチップサイズが大きくなる。また、流体路を利用した混合や反応が多いため、静的な平衡状態を実現できていないので、反応系が複雑になる。これに対して本発明のマイクロリアクターは基板の厚み方向を用いているため、基板全体を有効活用しているとともに、リアクターの平面的サイズを小さくでき、リアクターの上下に流体通路を設けているので、チップサイズを小さくすることができる。固定したリアクターで流体の反応や混合を行なうためより平衡状態に近い静的な反応を実現できる。リアクターの温度制御、圧力制御も容易であり、反応や混合状態をその場観察(in-situ observation)できる。多数の流体を個別に導き、リアクター内で一挙に混合し反応できるので、複雑な混合や反応を簡単に実現できる。危険な流体や細菌やウィルスなども密閉容器内で取り扱うことができるので、安全な実験や研究が可能である。開閉バルブの設置も容易であるから精密な流量コントロールが可能である。半導体プロセスを用いて1枚の基板中に多数のマイクロリアクターチップを作製できるので、チップコストを大幅に低減できる。 Since a conventional microreactor moves fluid in a direction parallel to the substrate surface (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-020044), the chip size of the microreactor chip increases. Moreover, since there are many mixing and reaction using a fluid path, the static equilibrium state is not implement | achieved, Therefore A reaction system becomes complicated. On the other hand, since the microreactor of the present invention uses the thickness direction of the substrate, the entire substrate is effectively used, the planar size of the reactor can be reduced, and fluid passages are provided above and below the reactor. The chip size can be reduced. Since the fluid reaction and mixing are performed in a fixed reactor, a static reaction closer to equilibrium can be realized. Reactor temperature control and pressure control are easy, and reaction and mixing conditions can be observed in-situ. Since a large number of fluids can be individually guided and mixed and reacted at once in the reactor, complicated mixing and reaction can be easily realized. Since dangerous fluids, bacteria, viruses, etc. can be handled in a sealed container, safe experiments and research are possible. Since it is easy to install an on-off valve, precise flow rate control is possible. Since a large number of microreactor chips can be fabricated on a single substrate using a semiconductor process, the chip cost can be greatly reduced.

次に、本発明の基板内または厚膜材料内に形成した凹部を用いた加速度センサーについて説明する。図31は、本発明の加速度センサーの構造および製造方法を示す図である。本発明の加速度センサーは、図31(a)、(b)に示す凹部を有する凹部側電極部3001および凸部を有する凸部側電極3002から構成される。まず、凹部側電極部3001の構造および製造方法を説明する。
図31(a)に示すように、半導体、金属や絶縁体等の基板3011上に絶縁膜3012を形成する。次に厚膜3013を形成する。基板3011は、半導体基板(たとえば、シリコン基板、窒化ガリウム基板(GaN)、ヒ化ガリウム(GaAs)等)、炭素基板、絶縁基板(たとえば、窒化アルミ(AlN)、ガラス、石英、セラミック等)、高分子、樹脂、金属(たとえば、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、各種合金)などであり、絶縁膜3012は、たとえばシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)、シリコン窒化膜(SiNy)であり、厚膜3013が絶縁膜である場合および基板3011と厚膜3013の密着性が良くかつ厚膜3013が基板3011に形成しやすい場合には形成しなくても良い。
Next, an acceleration sensor using a recess formed in the substrate or thick film material of the present invention will be described. FIG. 31 is a diagram showing the structure and manufacturing method of the acceleration sensor of the present invention. The acceleration sensor of the present invention includes a concave portion side electrode portion 3001 having concave portions and a convex portion side electrode 3002 having convex portions as shown in FIGS. First, the structure and manufacturing method of the recess-side electrode unit 3001 will be described.
As shown in FIG. 31A, an insulating film 3012 is formed on a substrate 3011 such as a semiconductor, metal, or insulator. Next, a thick film 3013 is formed. The substrate 3011 includes a semiconductor substrate (eg, a silicon substrate, a gallium nitride substrate (GaN), gallium arsenide (GaAs), etc.), a carbon substrate, an insulating substrate (eg, aluminum nitride (AlN), glass, quartz, ceramic, etc.), The insulating film 3012 is, for example, a silicon oxide film (SiOx), a silicon oxynitride film (SiOxNy), a silicon nitride film (SiNy), such as a polymer, resin, metal (for example, copper, aluminum, iron, nickel, various alloys). In the case where the thick film 3013 is an insulating film, and when the adhesion between the substrate 3011 and the thick film 3013 is good and the thick film 3013 can be easily formed on the substrate 3011, it may not be formed.

厚膜3013は、凹部が形成できて、かつ通常の使用環境では形成した凹部の変形が小さい材料が良い。たとえば、ポリマー(PMMA(Polymethyl metacrylate)、PC(Polycarbonate)、PDMA(Polydimethylsiloxane)、・・・)、ガラス、セラミック等の絶縁体、あるいはシリコンや炭素やヒ化ガリウムやガリウムヒ素等の半導体、あるいは金属でも良い。厚膜3013の上にフォトレジスト等の感光性膜を形成して感光性膜をパターニングして、このパターニングされた感光性膜をマスクとして厚膜3013をエッチングして、いわゆるフォトリソ法とエッチング法を用いて厚膜3013内に凹部3017(3017−1、2、3、4)を形成する。尚、レジストパターンの形成方法には、インプリント法を用いることもできる。たとえば、レジスト(感光性でなくても良い)を塗布したり、シート状レジスト(感光性でなくても良い)を付着させたりして形成したレジスト膜に、凹部形成用のモールドを押しつけてレジストパターンを形成する。(凹部の底部に残る残膜はたとえば酸素プラズマの異方性全面エッチングで除去する)このパターニングされたレジスト膜をマスクとして厚膜3013をエッチングして、厚膜3013内に所望の深さの凹部3017を形成する。凹部3017の側面は静電容量素子の一方の電極となるので、できるだけレジストマスクパターン通りに垂直に形成する。凹部3017の側面の形状は通常平坦面が形成しやすいが、曲面でも良い。凹部3017の側面の形状が平坦面の場合は、矩形形状が形成しやすい。凹部3017の深さ(基板面に対して垂直方向)は、厚膜(基板)3013の厚みによって最大値は決定するが、加速度センサー素子の特性や形成しやすさなどによって最適化することが望ましい。たとえば、1μmの深さとすることも可能である。また、厚膜(基板)3013の厚みを厚くすれば、より深い凹部を形成できる。たとえば、500μmの厚膜(基板)3013であれば、500μmの深さ(この場合は貫通する)まで可能である。1000μmの厚膜(基板)3013であれば、1000μmの深さ(この場合は貫通する)まで可能である The thick film 3013 is preferably made of a material capable of forming a recess and having a small deformation of the formed recess in a normal use environment. For example, polymers (PMMA (Polymethyl metacrylate), PC (Polycarbonate), PDMA (Polydimethylsiloxane), ...), insulators such as glass and ceramics, semiconductors such as silicon, carbon, gallium arsenide, gallium arsenide, or metals But it ’s okay. A photosensitive film such as a photoresist is formed on the thick film 3013, the photosensitive film is patterned, and the thick film 3013 is etched using the patterned photosensitive film as a mask, so-called photolithography method and etching method are performed. In this way, a recess 3017 (3017-1, 2, 3, 4) is formed in the thick film 3013. An imprint method can also be used as a resist pattern forming method. For example, a resist forming mold is pressed against a resist film formed by applying a resist (not necessarily photosensitive) or adhering a sheet-like resist (not necessarily photosensitive). Form a pattern. (Remaining film remaining at the bottom of the recess is removed by, for example, anisotropic whole surface etching of oxygen plasma) Using this patterned resist film as a mask, the thick film 3013 is etched to form a recess having a desired depth in the thick film 3013. 3017 is formed. Since the side surface of the recess 3017 serves as one electrode of the capacitance element, it is formed as vertically as possible according to the resist mask pattern. The shape of the side surface of the recess 3017 is usually a flat surface, but it may be a curved surface. When the shape of the side surface of the recess 3017 is a flat surface, a rectangular shape is easily formed. The maximum value of the depth of the recess 3017 (perpendicular to the substrate surface) is determined by the thickness of the thick film (substrate) 3013, but it is desirable to optimize it according to the characteristics of the acceleration sensor element and ease of formation. . For example, the depth can be 1 μm. Further, if the thickness of the thick film (substrate) 3013 is increased, a deeper recess can be formed. For example, with a thick film (substrate) 3013 having a thickness of 500 μm, a depth of 500 μm (in this case, penetrating) is possible. With a thick film (substrate) 3013 of 1000 μm, a depth of 1000 μm (in this case, penetration) is possible.

厚膜3013として、各種の基板でも良い。(このときは、厚膜というより基板と称した方が良い。)各種の基板とは、たとえばシリコンや炭素やヒ化ガリウムやガリウムヒ素等の半導体基板、あるいはガラス、セラミック、プラスチック等の絶縁体基板、あるいは金属、合金等の金属基板である。これらの基板3013を基板3011に直接付着させても良いし、あるいは絶縁膜3012を介して付着させても良い。貼り合わせる方法として、接着剤を用いる方法、常温接合法、高温融着法、拡散接合法あるいは電解接合(陽極接合など)法でも良い。シリコン基板とガラス基板(石英基板を含む)の接合には陽極接合法で強固に接合させることができる。この基板内に凹部を形成する方法は上述と同様な方法で形成することができる。 Various substrates may be used as the thick film 3013. (In this case, it is better to refer to a substrate rather than a thick film.) Various substrates are semiconductor substrates such as silicon, carbon, gallium arsenide, and gallium arsenide, or insulators such as glass, ceramic, and plastic. A substrate, or a metal substrate such as a metal or an alloy. These substrates 3013 may be attached directly to the substrate 3011 or may be attached via an insulating film 3012. As a bonding method, a method using an adhesive, a room temperature bonding method, a high temperature fusion method, a diffusion bonding method, or an electrolytic bonding (anodic bonding) method may be used. The silicon substrate and the glass substrate (including the quartz substrate) can be bonded firmly by an anodic bonding method. The method of forming the recess in the substrate can be formed by the same method as described above.

しかし、プロセスを簡単にするために基板3011に基板3013を貼り合わせずに、基板3011に直接凹部3017を形成しても良い。その場合の凹部形成も上述した方法で形成できる。さらに以下のような方法で厚膜3013を形成し厚膜3013内に凹部3017を形成することもできる。 However, in order to simplify the process, the concave portion 3017 may be formed directly on the substrate 3011 without attaching the substrate 3013 to the substrate 3011. In this case, the concave portion can be formed by the method described above. Further, the thick film 3013 can be formed by the following method, and the concave portion 3017 can be formed in the thick film 3013.

厚膜3013として、ポリマーを基板3011上の絶縁膜3012上に厚く形成することもできる。ポリマー3013の形成方法として、滴下法、スピンコーティング法、スクリーン印刷法等により塗布膜を形成する方法(塗布法)や、ポリマーのシート材を基板3011上の絶縁膜3012上に付着させる方法がある。ポリマーが熱可塑性ポリマーの場合には、塗布膜では凹部形成用のパターンが形成されたモールド(金型)を一定の圧力でポリマー3013へ押しつけ、加温してポリマーを軟化状態にする。あるいは、シート材または塗布膜では加温してポリマーを軟化状態にし、凹部形成用のパターンが形成されたモールド(金型)を一定の圧力でこの軟化したポリマー3013へ押しつける。次にポリマー3013を押圧した状態で温度を下げて(Tg以下)ポリマー3013を硬化した後、モールドを剥離すると、ポリマー3013内に凹部3017(3017−1、2、3、4)が形成される。このように凹部3017がポリマー厚膜3013内にインプリント法を用いて形成できる。 As the thick film 3013, the polymer can be formed thick on the insulating film 3012 over the substrate 3011. As a method for forming the polymer 3013, there are a method of forming a coating film by a dropping method, a spin coating method, a screen printing method, or the like (coating method), and a method of attaching a polymer sheet material on the insulating film 3012 on the substrate 3011. . When the polymer is a thermoplastic polymer, a mold (mold) in which a pattern for forming a recess is formed in the coating film is pressed against the polymer 3013 with a certain pressure and heated to make the polymer soft. Alternatively, the sheet material or the coating film is heated to soften the polymer, and a mold (mold) on which a recess forming pattern is formed is pressed against the softened polymer 3013 with a certain pressure. Next, when the polymer 3013 is pressed and the temperature is lowered (Tg or less) to cure the polymer 3013 and then the mold is peeled off, a recess 3017 (3017-1, 2, 3, 4) is formed in the polymer 3013. . In this way, the recess 3017 can be formed in the polymer thick film 3013 using the imprint method.

ポリマーが熱硬化性ポリマーの場合には、凹部形成用のパターンが形成されたモールド(金型)を一定の圧力で塗布膜であるポリマー3013へ押しつけ、次にポリマー3013を押圧した状態で加熱して熱硬化性ポリマーの硬化温度以上に加熱保持する。ポリマー3013を硬化した後に、モールドを剥離すると、ポリマー3013内に凹部3017(3017−1、2、3、4)が形成される。 When the polymer is a thermosetting polymer, a mold (die) on which a pattern for forming recesses is formed is pressed against the polymer 3013 as a coating film with a certain pressure, and then the polymer 3013 is heated in a pressed state. Heat and hold above the curing temperature of the thermosetting polymer. When the mold is peeled after the polymer 3013 is cured, recesses 3017 (3017-1, 2, 3, 4) are formed in the polymer 3013.

ポリマーが光硬化性ポリマーの場合は、塗布膜に凹部形成用のパターンが形成されたモールド(金型)を一定の圧力でポリマー3013へ押しつけ、紫外線等の光をモールド型または基板3011の裏面側から照射し、モールド型または基板3011を通してポリマー3013へ光を照射してポリマー3013を硬化させる。ポリマー3013が硬化した後モールドを剥離すると、ポリマー3013内に凹部3017(3017−1、2、3、4)が形成される。 When the polymer is a photocurable polymer, a mold (mold) in which a pattern for forming recesses is formed on the coating film is pressed against the polymer 3013 with a certain pressure, and light such as ultraviolet rays is applied to the mold die or the back side of the substrate 3011 The polymer 3013 is cured by irradiating the polymer 3013 with light through a mold or substrate 3011. When the mold is peeled after the polymer 3013 is cured, recesses 3017 (3017-1, 2, 3, 4) are formed in the polymer 3013.

厚膜3013内の凹部3017は、厚膜3013としてセラミック等を用いても形成できる。たとえば、セラミックの微粒子(たとえば、アルミナ(Al2O3)微粒子、窒化アルミ(AlN)微粒子、シリカ(SiO2)微粒子)を溶媒中でペースト状やゲル状にして基板3011上の絶縁膜3012上に塗布する。スクリーン印刷法を用いて塗布が可能で、さらにマスクを用いれば所望の所だけに塗布できる。このペースト状またはゲル状の塗布膜へ、凹部形成用のパターンが形成されたモールド(金型)を一定の圧力で押しつける。次にペースト状またはゲル状の塗布膜が固化する温度異常に加熱し、塗布膜が固化した後モールドを剥離すると、ポリマー3013内に凹部3017(3017−1、2、3、4)が形成される。このように凹部3017がセラミック厚膜3013内にインプリント法を用いて形成される。 The concave portion 3017 in the thick film 3013 can also be formed using ceramic or the like as the thick film 3013. For example, ceramic fine particles (for example, alumina (Al 2 O 3) fine particles, aluminum nitride (AlN) fine particles, and silica (SiO 2) fine particles) are applied on the insulating film 3012 on the substrate 3011 in a paste or gel form in a solvent. Application is possible using a screen printing method, and if a mask is used, application can be made only at a desired location. A mold (mold) on which a pattern for forming a recess is formed is pressed against the paste-like or gel-like coating film with a constant pressure. Next, when the paste-like or gel-like coating film is heated abnormally and the mold is peeled after the coating film is solidified, a recess 3017 (3017-1, 2, 3, 4) is formed in the polymer 3013. The In this way, the recess 3017 is formed in the ceramic thick film 3013 using the imprint method.

厚膜3013内の凹部3017は、厚膜3013としてガラスを用いても形成できる。たとえば、ガラスの薄板を厚膜3013を形成すべき領域において基板3011上の絶縁膜3012上に接着して、ガラス転移温度(Tg)以上の温度に加熱して軟化させる。あるいは溶融したガラスを基板3011上の絶縁膜3012上に付着させる。この軟化したガラス内または溶融したガラス内へ、凹部形成用のパターンが形成されたモールド(金型)を一定の圧力で押しつける。その後Tg以下へ温度を下げてガラスを固化した後にモールド(金型)を剥離させる。 The concave portion 3017 in the thick film 3013 can also be formed using glass as the thick film 3013. For example, a thin glass plate is bonded onto the insulating film 3012 on the substrate 3011 in the region where the thick film 3013 is to be formed, and is softened by heating to a temperature equal to or higher than the glass transition temperature (Tg). Alternatively, molten glass is attached to the insulating film 3012 over the substrate 3011. A mold (mold) on which a pattern for forming a recess is formed is pressed with a certain pressure into the softened glass or the melted glass. Thereafter, the temperature is lowered to Tg or lower to solidify the glass, and then the mold (mold) is peeled off.

厚膜3013内の凹部3017は、厚膜3013として金属を用いても形成できる。たとえば、金属の薄板を厚膜3013を形成すべき領域において基板3011上の絶縁膜3012上に接着して、金属の融点(Tm)付近または融点以上の温度に加熱して軟化または溶融させる。あるいは溶融した金属を基板3011上の絶縁膜3012上に付着させる。この軟化した金属内または溶融した金属内へ、凹部形成用のパターンが形成されたモールド(金型)を一定の圧力で押しつける。その後Tm以下へ温度を下げて金属を固化した後にモールド(型)を剥離させる。(上述の方法は、これまでの圧力センサやポンプデバイス等の凹部に関しても同様な方法で作製できる。) The concave portion 3017 in the thick film 3013 can also be formed using a metal as the thick film 3013. For example, a thin metal plate is bonded onto the insulating film 3012 on the substrate 3011 in the region where the thick film 3013 is to be formed, and is heated or softened or melted at a temperature near or above the melting point (Tm) of the metal. Alternatively, the molten metal is attached to the insulating film 3012 over the substrate 3011. A mold (mold) in which a pattern for forming a recess is formed is pressed into the softened metal or molten metal with a constant pressure. Thereafter, the temperature is lowered to Tm or less to solidify the metal, and then the mold is removed. (The above-described method can be produced in the same manner for the concave portions of the conventional pressure sensor, pump device, and the like.)

次に、凹部3017が形成された厚膜3013のパターン上にシリコン酸化膜(SiOx)等の絶縁膜3014、アルミニウム、銅、シリサイド等の導電体膜3015を形成する。この絶縁膜3014は、厚膜3013が完全な絶縁体でない場合、導電体膜3015から厚膜3013へ電流の導通流れたりすることを防止や、する。厚膜3013の絶縁性が完全でも(導電体膜3015から厚膜3013へ電流が流れない)、厚膜3013と導電体膜3015の密着性が良くないときに、密着性を向上させる目的で形成する。従って、厚膜3013の絶縁性が完全で、かつ厚膜3013と導電体膜3015の密着性が良いときは、絶縁膜3014を形成しなくても良い。この絶縁膜3014は、たとえばシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)、シリコン窒化膜(SiNy)等であり、CVD法やPVD法等で積層する。絶縁膜3014の厚みは、凹部内で100nm〜500nmを確保できるようにする。 Next, an insulating film 3014 such as a silicon oxide film (SiOx) and a conductor film 3015 such as aluminum, copper, and silicide are formed on the pattern of the thick film 3013 in which the recesses 3017 are formed. This insulating film 3014 prevents current from flowing from the conductive film 3015 to the thick film 3013 when the thick film 3013 is not a perfect insulator. Even if the insulating property of the thick film 3013 is perfect (the current does not flow from the conductor film 3015 to the thick film 3013), it is formed for the purpose of improving the adhesion when the adhesion between the thick film 3013 and the conductor film 3015 is not good. To do. Therefore, when the insulating property of the thick film 3013 is perfect and the adhesiveness between the thick film 3013 and the conductor film 3015 is good, the insulating film 3014 need not be formed. The insulating film 3014 is, for example, a silicon oxide film (SiOx), a silicon oxynitride film (SiOxNy), a silicon nitride film (SiNy), or the like, and is laminated by a CVD method, a PVD method, or the like. The thickness of the insulating film 3014 is set such that 100 nm to 500 nm can be secured in the recess.

導電体膜3015は加速度センサーの一方の電極・配線となるものである。導電体膜3015は、たとえば、アルミニウム、銅、チタニウム、モリブデン、タングステン、白金、金、ニッケル等の金属膜またはこれらの合金膜であり、あるいは金属シリサイド膜、あるいは導電性多結晶シリコン膜等であり、CVD法やPVD法により形成する。絶縁膜3014(ない場合は、厚膜3013)と導電体膜3015の密着性向上用の密着性向上膜(これも導電体膜である)を積層してから、導電体膜3015を形成しても良い。たとえば、導電体膜3015が銅、金、白金の場合にはチタニウムや窒化チタン(TiN)を密着性向上膜として使用することができる。導電体膜3015の厚みは、凹部内で100nm〜500nmを確保できるようにする。 The conductor film 3015 serves as one electrode / wiring of the acceleration sensor. The conductor film 3015 is, for example, a metal film such as aluminum, copper, titanium, molybdenum, tungsten, platinum, gold, or nickel, or an alloy film thereof, or a metal silicide film, a conductive polycrystalline silicon film, or the like. It is formed by CVD or PVD. An insulating film 3014 (if not present, a thick film 3013) and an adhesion improving film for improving the adhesion of the conductor film 3015 (which is also a conductor film) are stacked, and then the conductor film 3015 is formed. Also good. For example, when the conductor film 3015 is copper, gold, or platinum, titanium or titanium nitride (TiN) can be used as the adhesion improving film. The thickness of the conductor film 3015 can ensure 100 nm to 500 nm in the recess.

次に導電体膜3015のパターニングを行ない、不要な導電体膜3015をエッチング除去する。このパターニングは通常のフォトリソ法を用いてフォトレジストを塗布するか感光性シートを付着するかして必要な部分に感光性膜を残し、感光性膜を除去した部分の導電体膜3015をエッチング除去する。凹部3017内にある導電体膜3015も必要に応じてエッチングする。凹部内をパターニングする方法は、これまでに説明した方法で行なうことができ、たとえば電着レジスト、シート状の感光性膜を用いる方法、インプリント法(図24参照)等を用いることができる。 Next, the conductor film 3015 is patterned, and the unnecessary conductor film 3015 is removed by etching. This patterning is performed by applying a photoresist using a normal photolithography method or attaching a photosensitive sheet, leaving a photosensitive film in a necessary portion, and removing the conductive film 3015 in a portion where the photosensitive film is removed by etching. To do. The conductor film 3015 in the recess 3017 is also etched as necessary. The method of patterning the inside of the recess can be performed by the method described so far, and for example, an electrodeposition resist, a method using a sheet-like photosensitive film, an imprint method (see FIG. 24), and the like can be used.

次に、導電体膜3015の上にシリコン酸化膜(SiOx)等の絶縁膜3016を積層する。この絶縁膜3016は導電体膜3015の保護膜であると同時に他方の電極が接触したときの短絡を防止する。この絶縁膜3016は、たとえばシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)、シリコン窒化膜(SiNy)等であり、CVD法やPVD法等で積層する。絶縁膜3016の厚みは、凹部内で100nm〜500nmもあれば十分であるが、接触する可能性が高ければその頻度を考慮して膜厚を決定する。さらに平坦部において、凸部側電極部3002と接触する部分であるから、これも考慮し膜厚を決定する。従って平坦部では通常は500nm以上の厚みとすれば良い。導電体膜3015をエッチング除去した部分3031や3032も絶縁膜3016が積層されるから、側面電極3015の短絡は発生しない。 Next, an insulating film 3016 such as a silicon oxide film (SiOx) is stacked on the conductor film 3015. The insulating film 3016 is a protective film for the conductor film 3015 and at the same time prevents a short circuit when the other electrode comes into contact. The insulating film 3016 is, for example, a silicon oxide film (SiOx), a silicon oxynitride film (SiOxNy), a silicon nitride film (SiNy), or the like, and is laminated by a CVD method, a PVD method, or the like. The thickness of the insulating film 3016 is sufficient if it is 100 nm to 500 nm in the recess, but if the possibility of contact is high, the thickness is determined in consideration of the frequency. Furthermore, since it is a part in contact with the convex part side electrode part 3002 in the flat part, the film thickness is determined in consideration of this. Therefore, the thickness of the flat portion is usually 500 nm or more. Since the insulating film 3016 is also laminated on the portions 3031 and 3032 where the conductor film 3015 is removed by etching, the side electrode 3015 is not short-circuited.

次に凸部側電極部の構造および製造方法を説明する。凸部側電極部3002の構造は、凹部側電極部3001の凹部3017(3017−1、2、3、4)に入り込む凸部3024(3024−1、2、3、4)を有し、さらに、凹部側電極部3001と凸部側電極部3002が結合したときに、凹部側電極部3001の平坦部(上部平坦部)と結合する平坦部3025を有する。また、凸部側電極部3002の基板および膜構成は、基本的には凹部側電極部3001と同じである。凸部側基板3021上に絶縁膜を形成し、その上に厚膜3022を形成する。図31(a)、(b)においては凸部側基板3021上の絶縁膜は記載していない。 Next, the structure and manufacturing method of the convex part side electrode part will be described. The structure of the convex part side electrode part 3002 has a convex part 3024 (3024-1, 2, 3, 4) that enters the concave part 3017 (3017-1, 3, 3, 4) of the concave part side electrode part 3001, When the concave portion side electrode portion 3001 and the convex portion side electrode portion 3002 are combined, the flat portion 3025 is combined with the flat portion (upper flat portion) of the concave portion side electrode portion 3001. Further, the substrate and film configuration of the convex portion side electrode portion 3002 are basically the same as those of the concave portion side electrode portion 3001. An insulating film is formed on the convex side substrate 3021 and a thick film 3022 is formed thereon. 31A and 31B, the insulating film on the convex portion side substrate 3021 is not described.

次に、厚膜3022内に凹部側電極部3001と結合したときに凹部3017(3017−1、2、3、4)に入り込む凸部3024(3024−1、2、3、4)を形成する。この凸部3024の形成方法は、凹部側電極部3001の凹部3017の形成方法と同じ方法を使用することができる。ただし、凸部側電極部3002の凸部3024は、凹部側電極部3001の凸部よりも領域は少ない。たとえば、フォトリソ法(インプリント法でレジストパターンを作製する方法も含む)とエッチング法を用いる方法や、各種のインプリント法を用いて凸部3024を形成する。あるいは、厚膜3022は各種の基板でも良く、凹部側電極部3001において説明したことと同様な方法で各種基板を凸部側電極部3002の基板3021上に、あるいは絶縁膜を介して付着させて、凸部3024をフォトリソ法(インプリント法でレジストパターンを作製する方法も含む)とエッチング法を用いて作製する。あるいは、直接凸部側電極部3002の基板3021に凸部3024を作製しても良い。 Next, convex portions 3024 (3024-1, 2, 3, 4) that enter the concave portions 3017 (3017-1, 3, 3, 4) when combined with the concave-side electrode portion 3001 are formed in the thick film 3022. . As a method for forming the convex portion 3024, the same method as the method for forming the concave portion 3017 of the concave portion side electrode portion 3001 can be used. However, the convex part 3024 of the convex part side electrode part 3002 has a smaller area than the convex part of the concave part side electrode part 3001. For example, the convex portion 3024 is formed by using a photolithography method (including a method of producing a resist pattern by an imprint method) and an etching method, or various imprint methods. Alternatively, the thick film 3022 may be various substrates, and various substrates may be attached on the substrate 3021 of the convex electrode portion 3002 or through an insulating film in the same manner as described in the concave electrode portion 3001. The convex portion 3024 is manufactured using a photolithographic method (including a method of manufacturing a resist pattern by an imprint method) and an etching method. Alternatively, the convex portion 3024 may be formed directly on the substrate 3021 of the convex portion side electrode portion 3002.

次にこれらの凸部3024および凹部3026(3026−1、2,3、4、5)の厚膜3022上に絶縁膜3028(図31(d)、(e)に記載)を形成し、さらに導電体膜3023を形成する。この導電体膜3023は凹部側電極部3001の電極・配線3015の対向電極・配線となる。次にこの導電体膜3023の必要なパターニングを行なう。この導電体膜3023の必要なパターニングとは、加速度センサーを作製するための容量素子が形成されるような電極・配線のパターニングである。1つの容量素子において、加速度を受けたときに凸部3024が変形し容量が変化するが、一方側は電極間距離が小さくなるので容量が増えるが、他方側は電極間距離が大きくなるので容量が減るから、このまま接続していると容量変化が相殺されてしまうから、凹部3026の容量電極となる2つの側面における導電体膜3023は接続しないようにする必要がある。そこで、図31(a)、(b)に示すように、凸部3024の先端部および紙面に垂直な方向における2つの側面部において、一部の導電体膜3023をエッチング除去する。すなわち、導電体膜3023のエッチング除去した領域3029(3029−1、2、3、4)を形成する。もちろん、平坦部でも接続しないように一部の導電体膜3023をエッチング除去する。また、2つ以上の容量素子がある場合にも、同じような容量変化を示す電極同士は接続しても良いが、異なる容量変化を示す電極同士は接続しないようにする必要がある。 Next, an insulating film 3028 (described in FIGS. 31D and 31E) is formed on the thick film 3022 of the convex portion 3024 and the concave portion 3026 (3026-1, 2, 3, 4, 5). A conductor film 3023 is formed. The conductor film 3023 serves as the counter electrode / wiring of the electrode / wiring 3015 of the recess-side electrode portion 3001. Next, necessary patterning of the conductor film 3023 is performed. The necessary patterning of the conductor film 3023 is patterning of electrodes / wirings so that a capacitor element for manufacturing an acceleration sensor is formed. In one capacitive element, the convex portion 3024 deforms and changes in capacitance when subjected to acceleration, but the capacitance increases because the distance between the electrodes decreases on one side, but the capacitance increases because the distance between the electrodes increases on the other side. Therefore, if the connection is maintained as it is, the change in capacitance is canceled out. Therefore, it is necessary not to connect the conductor film 3023 on the two side surfaces which become the capacitor electrode of the recess 3026. Therefore, as shown in FIGS. 31A and 31B, a part of the conductor film 3023 is removed by etching at the tip portion of the convex portion 3024 and the two side surfaces in the direction perpendicular to the paper surface. That is, a region 3029 (3029-1, 2, 3, 4) from which the conductor film 3023 is removed by etching is formed. Needless to say, part of the conductor film 3023 is removed by etching so as not to be connected even in a flat portion. Also, when there are two or more capacitive elements, electrodes that exhibit similar capacitance changes may be connected, but electrodes that exhibit different capacitance changes need not be connected.

次にこの導電体膜3023を保護するためにSiOx等の絶縁膜3027を形成する。尚、図31(a)、(b)ではこの絶縁膜3027は記載していないが図31(d)、(e)で示している。この絶縁膜3027は対向電極である導電体膜3015との接触による短絡防止も兼ねている。既に凹部側電極部3001で導電体膜3015の保護膜および短絡防止膜として絶縁膜3016を形成している場合で、短絡や保護する必要がない場合にはこの絶縁膜3027は省略しても良い。尚、この絶縁膜3027を省略しても、凹部側電極部3001と凸部側電極部3002と結合させたときにその結合部となる凹部側電極部3001の平坦部3018と凸部側電極部3002の平坦部3025の間には接着剤等が介在するので、この接着剤等に保護膜や短絡防止用の材料(たとえば、絶縁性接着剤等)を用いれば、導電体膜3023の保護や短絡防止を行なうことができる。凸部側電極部3002の膜構成は凹部側電極部3001とほぼ同じであり(上述のように、一部の絶縁膜は省略して良い場合もある。)、同じ生成条件で形成しても良いので、プロセスコストを大幅に低減できる。たとえば、枚葉処理の装置では連続して処理可能であり、バッチ処理では一緒にプロセスが可能である。凸部側電極部3002の凸部3024は、凹部3017よりも小さな形状で、凹部3017の側面に対して凸部3024の側面が平行になることが望ましい。従って、凹部3017が矩形形状であれば、凸部3024もその凹部3017に入り込み、側面同士が平行(略平行)となるような矩形形状となるようにするのが良い。 Next, in order to protect the conductor film 3023, an insulating film 3027 such as SiOx is formed. In FIGS. 31A and 31B, the insulating film 3027 is not shown but is shown in FIGS. 31D and 31E. This insulating film 3027 also serves to prevent a short circuit due to contact with the conductor film 3015 which is a counter electrode. In the case where the insulating film 3016 has already been formed as the protective film for the conductor film 3015 and the short-circuit prevention film in the recess-side electrode portion 3001, this insulating film 3027 may be omitted when there is no need for short-circuiting or protection. . Even if the insulating film 3027 is omitted, the flat portion 3018 and the convex portion side electrode portion of the concave portion side electrode portion 3001 which becomes a coupling portion when the concave portion side electrode portion 3001 and the convex portion side electrode portion 3002 are combined. Since an adhesive or the like is interposed between the flat portions 3025 of 3002, if a protective film or a material for preventing a short circuit (such as an insulating adhesive) is used for the adhesive or the like, the conductor film 3023 can be protected. Short circuit prevention can be performed. The film configuration of the convex portion side electrode portion 3002 is substantially the same as that of the concave portion side electrode portion 3001 (some of the insulating films may be omitted as described above), and may be formed under the same generation conditions. Since it is good, the process cost can be greatly reduced. For example, a single wafer processing apparatus can process continuously, and a batch process can process together. The convex part 3024 of the convex part side electrode part 3002 has a shape smaller than that of the concave part 3017, and the side surface of the convex part 3024 is preferably parallel to the side surface of the concave part 3017. Therefore, if the concave portion 3017 has a rectangular shape, it is preferable that the convex portion 3024 also enters the concave portion 3017 so that the side surfaces are parallel (substantially parallel).

尚、凹部は矩形形状(矩形柱形状、これは側面が平面となっている)、すなわち凹部の内側面は矩形柱形状の側面である他に種々の形状を有することができ、これに対向する凸部もこの凹部の中に離間して挿入されるとともに矩形柱形状の側面である他に種々の形状を有することができる。(凹部の内側面とこの中に挿入される凸部の外側面が平行に対向する。)たとえば、凹部は多角形形状(多角形柱形状、これは側面が平面となっている)、すなわち凹部の内側面は多角形柱形状の側面でも良く、これに対向する凸部もこの凹部の中に離間して挿入されるとともに、多角形形状(多角形柱形状)、すなわち多角形形状(多角形柱形状)の側面でも良い。あるいはたとえば、凹部は曲面形状(曲面柱形状、これは側面が曲面となっている)、すなわち凹部の内側面は曲面柱形状の側面でも良く、これに対向する凸部もこの凹部の中に離間して挿入されるとともに、凹部は曲面形状(曲面柱形状、これは側面が曲面となっている)、すなわち曲面形状(曲面柱形状)の側面でも良い。たとえば、この曲面は円柱側面や楕円柱側面である。(凹部の内側面とこの中に挿入される凸部の外側面が平行に対向する。) The concave portion has a rectangular shape (rectangular column shape, which has a flat side surface), that is, the inner side surface of the concave portion has a rectangular column shape side surface and can have various shapes, and is opposed to this. The convex portion can be inserted into the concave portion while being spaced apart and can have various shapes other than the side surface of the rectangular column shape. (The inner surface of the concave portion and the outer surface of the convex portion inserted therein face in parallel.) For example, the concave portion has a polygonal shape (polygonal column shape, which has a flat side surface), that is, the concave portion. The inner side surface of the can be a polygonal columnar side surface, and the convex portion facing it is inserted into the concave portion at a distance, and the polygonal shape (polygonal columnar shape), that is, the polygonal shape (polygonal shape) The side of the column shape may be used. Or, for example, the concave portion may have a curved surface shape (curved column shape, which has a curved side surface), that is, the inner side surface of the concave portion may be a curved columnar side surface, and the convex portion that faces the concave portion is also spaced apart in the concave portion. In addition, the concave portion may have a curved surface shape (curved column shape, which has a curved side surface), that is, a curved surface (curved column shape) side surface. For example, the curved surface is a cylinder side surface or an elliptic cylinder side surface. (The inner surface of the concave portion and the outer surface of the convex portion inserted therein face in parallel.)

次に、図31(b)に示すように、凹部側電極部3001と凸部側電極部3002を結合する。凹部側電極部3001の凹部3017は、凸部側電極部3002の凸部3024の大きさより大きく、凹部側電極部3001の凹部3017の数は、凸部側電極部3002の凸部3024の数以上に存在し、凹部側電極部3001と凸部側電極部3002を結合したときに、凸部側電極部3002のすべての凸部3024は凹部側電極部3001の凹部3017に入るような位置関係になっている。凹部側電極部3001の凹部3017の所定位置に凸部側電極部3002の凸部3024が配置されるように、凹部側電極部3001と凸部側電極部3002を合わせる。たとえば、凹部側電極部3001の合わせマーク(凹部パターンでも良い)を凸部側電極部3002の合わせマーク(凸部パターンでも良い)に合わせながら、凹部側電極部3001と凸部側電極部3002を接近させて、凸部側電極部3002の凸部3024(3024−1、2、3、4)を凹部側電極部3001の凹部3017(3017−1、2、3、4)内に入れて、凸部側電極部3002の平坦部3025と凹部側電極部3001の平坦部3018を付着させる。 Next, as shown in FIG. 31B, the concave portion side electrode portion 3001 and the convex portion side electrode portion 3002 are coupled. The number of concave portions 3017 of the concave portion side electrode portion 3001 is larger than the size of the convex portions 3024 of the convex portion side electrode portion 3002, and the number of concave portions 3017 of the concave portion side electrode portion 3001 is equal to or greater than the number of convex portions 3024 of the convex portion side electrode portion 3002. When the concave portion side electrode portion 3001 and the convex portion side electrode portion 3002 are combined, all the convex portions 3024 of the convex portion side electrode portion 3002 have a positional relationship such that they enter the concave portion 3017 of the concave portion side electrode portion 3001. It has become. The concave portion side electrode portion 3001 and the convex portion side electrode portion 3002 are aligned so that the convex portion 3024 of the convex portion side electrode portion 3002 is disposed at a predetermined position of the concave portion 3017 of the concave portion side electrode portion 3001. For example, the concave portion side electrode portion 3001 and the convex portion side electrode portion 3002 are aligned while matching the alignment mark (may be a concave portion pattern) of the concave portion side electrode portion 3001 with the alignment mark (may be a convex portion pattern) of the convex portion side electrode portion 3002. The convex portion 3024 (3024-1, 2, 3, 4) of the convex portion side electrode portion 3002 is put in the concave portion 3017 (3017-1, 3, 3, 4) of the concave portion side electrode portion 3001, The flat part 3025 of the convex part side electrode part 3002 and the flat part 3018 of the concave part side electrode part 3001 are attached.

合わせマークのアライメントは、たとえば凹部側電極部3001および/または凸部側電極部3002を通る透過光により合わせることにより非常に精度の良い合わせができる。(合わせ精度を0.3μm以下にすることもできるので、本加速度センサーでは問題ないレベルである。)従って、このような直接的合わせを行なう場合は、基板3011や基板3021をこの合わせを行なう透過光に対して透過率の高い材料を選定する。たとえば、これらの基板3011や基板3021にガラス基板や石英基板、あるいはプラスチック基板を使用すれば良い。さらに、導電体膜3015や3023は一般には光の透過率が低いので、ダミーの凹部パターン(凹部側電極部3001側)や凸部パターン(凸部側電極部3002側)を形成しておき、これらのパターンの周囲の導電体膜を、導電体膜エッチングプロセスのときに同時に除去しておき、この領域を使用して光を透過させてアライメントをすれば良い。アライメントに透過光を使用できないときは、間接的アライメント(たとえば、凹部側電極部3002のパターンを記憶しておき、その情報に基づいて凸部側電極部3002を合わせる)を行なうか、反射波を用いてアライメントを行なえば良い。 The alignment of the alignment marks can be performed with very high accuracy by alignment with, for example, transmitted light passing through the concave portion side electrode portion 3001 and / or the convex portion side electrode portion 3002. (Since the alignment accuracy can be reduced to 0.3 μm or less, this acceleration sensor has no problem.) Therefore, when such direct alignment is performed, the substrate 3011 and the substrate 3021 are transmitted to perform this alignment. Select a material with high light transmittance. For example, a glass substrate, a quartz substrate, or a plastic substrate may be used as the substrate 3011 or the substrate 3021. Furthermore, since the conductor films 3015 and 3023 generally have low light transmittance, a dummy concave pattern (the concave part side electrode part 3001 side) or convex part pattern (the convex part side electrode part 3002 side) is formed, The conductor film around these patterns may be removed at the same time during the conductor film etching process, and alignment may be performed by transmitting light using this region. When transmitted light cannot be used for alignment, indirect alignment (for example, storing the pattern of the concave side electrode part 3002 and aligning the convex side electrode part 3002 based on the information) or performing reflected wave It is only necessary to perform alignment using them.

これらの平坦部の付着は、図31(b)に示すように接着剤3026を介して付着させることができる。たとえば、凹部側電極部3001の平坦部3018(あるいは、凸部側電極部3002の平坦部3025)に接着剤を塗布法、スクリーン印刷法(マスクを用いて所定部分だけに接着剤を塗布する方法も含む)、ディップ法(接着剤液に凹部側電極部3001の平坦部3018をディップする方法で、凹部側電極部3001の平坦部3018を下側にして平坦部3018の必要な部分に接着剤をつける)、接着剤シートを付着させる方法{凹部領域をあらかじめ抜いた接着剤シートを凹部側電極部3001の平坦部3018(あるいは、凸部側電極部3002の平坦部3025)の所定部分だけに付着させる方法、接着剤シートを付着させて凹部側電極部3001の凹部領域(あるいは、凸部側電極部3002の凸部3024の領域)を含む凹部側電極部3001(あるいは、凸部側電極部3002)の所定部分を除去して凹部側電極部3001(あるいは、凸部側電極部3002)の接着したい部分だけに接着剤シートを形成する方法}などにより、これらの平坦部3018と3025の付着を行なう。接着剤の付着力を高めるために、この後熱処理を行なったりする。あるいは、他の接着法としてこれらの平坦部の付着は常温接合法や高温圧着法で行なうことができる。 These flat portions can be attached via an adhesive 3026 as shown in FIG. For example, an adhesive is applied to the flat portion 3018 of the concave-side electrode portion 3001 (or the flat portion 3025 of the convex-side electrode portion 3002), and a screen printing method (a method of applying an adhesive only to a predetermined portion using a mask) A dipping method (a method of dipping the flat portion 3018 of the concave portion side electrode portion 3001 in an adhesive solution, with the flat portion 3018 of the concave portion side electrode portion 3001 on the lower side, and an adhesive on the necessary portion of the flat portion 3018. And a method of attaching the adhesive sheet {adhesive sheet from which the concave region has been removed in advance is applied only to a predetermined portion of the flat portion 3018 of the concave portion side electrode portion 3001 (or the flat portion 3025 of the convex portion side electrode portion 3002). The method of making it adhere, the adhesive sheet is made to adhere, and the recessed part area | region (or area | region of the convex part 3024 of the convex part side electrode part 3002) of the recessed part side electrode part 3001 is included A method in which a predetermined portion of the part side electrode part 3001 (or the convex part side electrode part 3002) is removed and an adhesive sheet is formed only on a part to be bonded to the concave part side electrode part 3001 (or the convex part side electrode part 3002). } To attach these flat portions 3018 and 3025. In order to increase the adhesive strength of the adhesive, a heat treatment is performed thereafter. Alternatively, as another bonding method, these flat portions can be attached by a room temperature bonding method or a high temperature pressure bonding method.

図31(d)、(e)は、図31(a)、(b)に示す本発明の加速度センサーの一部を拡大して示した図である。図31(d)、(e)に示す構造で本発明の加速度センサーの基本構造が構成される。図31(a)、(b)では凸部側電極部3002の膜構造の絶縁膜は示していないが、図31(d)、(e)ではそれらの絶縁膜3027や3028を示している。図31(d)に示すように、本発明の加速度センサーは、凸部側電極部3002の凸部3024が凹部側電極部3001の凹部3017に入り込んだ構造であり、凹部側電極部3001の凹部3017の周囲の側壁3013の上面は凸部側電極部3002の凸部3024の周囲の底面と接着剤3026等により付着しているので、凹部3017の空間は密閉されている。この気密空間では、凹部側電極部3001と凸部側電極部3002を結合したときの雰囲気空間がほぼ維持される。たとえば真空中(超低圧中)で結合すれば、この気密空間はほぼ真空状態となる。大気圧中で結合すれば、この気密空間はほぼ1気圧となっている。または、不活性ガス(窒素中、アルゴン中など)中であれば、この気密空間は不活性ガス雰囲気となる。 31 (d) and 31 (e) are enlarged views of a part of the acceleration sensor of the present invention shown in FIGS. 31 (a) and 31 (b). The basic structure of the acceleration sensor of the present invention is configured by the structure shown in FIGS. 31 (d) and 31 (e). 31A and 31B do not show the insulating film having the film structure of the convex portion side electrode portion 3002, but FIGS. 31D and 31E show these insulating films 3027 and 3028. As shown in FIG. 31D, the acceleration sensor of the present invention has a structure in which the convex portion 3024 of the convex portion side electrode portion 3002 enters the concave portion 3017 of the concave portion side electrode portion 3001, and the concave portion of the concave portion side electrode portion 3001. Since the upper surface of the side wall 3013 around 3017 is attached to the bottom surface around the convex portion 3024 of the convex portion side electrode portion 3002 by the adhesive 3026 or the like, the space of the concave portion 3017 is sealed. In this airtight space, the atmosphere space when the concave portion side electrode portion 3001 and the convex portion side electrode portion 3002 are coupled is substantially maintained. For example, if the bonding is performed in a vacuum (in an ultra-low pressure), this hermetic space is almost in a vacuum state. If combined in atmospheric pressure, this airtight space is approximately 1 atm. Or if it is in inert gas (in nitrogen, argon, etc.), this airtight space will become inert gas atmosphere.

図31(c)は、図31(b)、(d)、(e)の状態を平面的に見た図である。凸部3024は、直方体形状(長辺方向Ly、短辺方向Wx、高さHz)で、直方体形状の凹部3017に入りこんでいて、力が働いていないときは、直方体形状の長辺側は凹部3017の長辺側と略平行であり、距離x1(左側)、x2(右側)だけ離間している。また、直方体形状の短辺側は凹部3017の短辺側と略平行であり、距離y1(上側)、y2(下側)だけ離間している。また、直方体形状の底面側は凹部3017の底面側と略平行であり、距離z1(下側)だけ離間している。 FIG. 31C is a plan view of the states of FIGS. 31B, 31D, and 31E. The convex portion 3024 has a rectangular parallelepiped shape (long side direction Ly, short side direction Wx, height Hz) and enters a rectangular parallelepiped concave portion 3017. When no force is applied, the long side of the rectangular parallelepiped shape is a concave portion. It is substantially parallel to the long side of 3017 and is separated by a distance x1 (left side) and x2 (right side). Further, the short side of the rectangular parallelepiped shape is substantially parallel to the short side of the recess 3017 and is separated by distances y1 (upper side) and y2 (lower side). Further, the bottom surface side of the rectangular parallelepiped shape is substantially parallel to the bottom surface side of the recess 3017, and is separated by a distance z1 (lower side).

導電体膜3015が凹部3017内および凹部3017間で連続(接続)している場合、並びに導電体膜3023が凸部3024および凸部3024巻で連続(接続)している場合を検討する。すなわち、導電体膜のエッチング除去部分3029、3030、3031、3032がない場合である。このときは、凹部3017の側壁側および底面側の厚膜3013上に形成された導電体膜3015を一方の電極とし、凸部3024の側面および底面に形成された導電体膜3023を他方の電極として、これらの電極に挟まれた空間3017を容量空間として、容量が形成されている。 Consider the case where the conductor film 3015 is continuous (connected) in the recess 3017 and between the recesses 3017, and the case where the conductor film 3023 is continuous (connected) between the convex portion 3024 and the convex portion 3024. In other words, this is a case where there are no etched portions 3029, 3030, 3031 and 3032 of the conductor film. At this time, the conductive film 3015 formed on the thick film 3013 on the side wall side and the bottom surface side of the concave portion 3017 is used as one electrode, and the conductive film 3023 formed on the side surface and the bottom surface of the convex portion 3024 is used as the other electrode. As a result, a capacitor 30 is formed with a space 3017 sandwiched between these electrodes as a capacitor space.

距離x1(=dx1)で離間している容量空間を3041、この間の容量をCx1とすると、Cx1=εSx1/dx1{εは誘電率、Sx1は容量空間3041の電極面積(Sx1=Ly*Hz)}である。距離x2(=dx2)で離間している容量空間を3042、この間の容量をCx2とすると、Cx2=εSx2/dx2{εは誘電率、Sx2は容量空間3042の電極面積(Sx2=Ly*Hz)}である。距離y1(=dy1)で離間している容量空間を3044、この間の容量をCy1とすると、Cy1=εSy1/dy1{εは誘電率、Sy1は容量空間3044の電極面積(Sy1=Wx*Hz)}である。距離y2(=dy2)で離間している容量空間を3045、この間の容量をCy2とすると、Cy2=εSy2/dy2{εは誘電率、Sy2は容量空間3045の電極面積(Sy2=Wx*Hz)}である。距離z1(=dz1)で離間している容量空間を3043、この間の容量をCz1とすると、Cz1=εSz1/dz1{εは誘電率、Sz1は容量空間3043の電極面積(Sz1=Wx*Ly)}である。これらの容量は並列に接続しているので、凹部3017の側壁および底部に形成された電極3015と凸部3024の側面および底面に形成された電極3023との間の空間容量C3017は、C3017=Cx1+Cx2+Cy1+Cy2+Cz1となる。 When a capacitive space separated by a distance x1 (= dx1) is 3041, and a capacitance between them is Cx1, Cx1 = εSx1 / dx1 {ε is a dielectric constant, Sx1 is an electrode area of the capacitive space 3041 (Sx1 = Ly * Hz) }. Assuming that the capacitance space separated by the distance x2 (= dx2) is 3042, and the capacitance between them is Cx2, Cx2 = εSx2 / dx2 {ε is the dielectric constant, Sx2 is the electrode area of the capacitance space 3042 (Sx2 = Ly * Hz) }. Assuming that the capacitive space separated by the distance y1 (= dy1) is 3044 and the capacitance between them is Cy1, Cy1 = εSy1 / dy1 {ε is the dielectric constant, Sy1 is the electrode area of the capacitive space 3044 (Sy1 = Wx * Hz) }. Assuming that the capacity space separated by the distance y2 (= dy2) is 3045 and the capacity between them is Cy2, Cy2 = εSy2 / dy2 {ε is the dielectric constant, Sy2 is the electrode area of the capacity space 3045 (Sy2 = Wx * Hz) }. Assuming that the capacitive space separated by the distance z1 (= dz1) is 3043 and the capacitance between them is Cz1, Cz1 = εSz1 / dz1 {ε is the dielectric constant, Sz1 is the electrode area of the capacitive space 3043 (Sz1 = Wx * Ly) }. Since these capacitors are connected in parallel, the space capacitance C3017 between the electrode 3015 formed on the side wall and bottom of the concave portion 3017 and the electrode 3023 formed on the side surface and bottom surface of the convex portion 3024 is C3017 = Cx1 + Cx2 + Cy1 + Cy2 + Cz1 It becomes.

本発明の加速度センサーはこの容量の変化により検出される。凸部3024がx方向(短辺方向)の力を受けた時、凸部3024はx方向(凸部3024の厚み、すなわちカンチレバーの厚み方向)へ変化するが、y方向(長辺方向)には変化しない。また、凸部3024がy方向(長辺方向)の力を受けた時も、凸部3024はy方向へ変化しにくい。すなわち、凸部3024は長辺方向(凸部3024の幅、すなわちカンチレバーの幅方向)には変化しにくいので、凸部3024はx方向(短辺方向)への変化量によって加速度(力)の大きさを判定できる。本発明の加速度センサーでは凹部3017の容量変化を検出して加速度の大きさを測定する。すなわち、凸部3024のカンチレバーが力を受けると凸部3024はx方向に変位するので、Cx1とCx2が変化し、他の容量Cy1、Cy2、Cz1は殆ど変化しない。つまりC3017=Cx1+Cx2+C0(C0は定数)と考えて良い。凸部3024が力を受けていないとき、すなわち凸部3024が鉛直下方に静止しているときがC3017は最も小さく、左右に(図31(c)において)変位すると静電容量C3017が増加するので、この容量増加から力または変位量を知ることができる。容量変化が小さくても図31(d)、(e)で示す1個の直方体形状の加速度センサーを多数並べていけば容量変化が大きくなるので精度良く検出できる。ただし、凸部3024の変位量が小さいときはCx1の変化量(ΔCx1)とCx2の変化量(ΔCx1)は同程度の大きさで符号が逆(増える場合と減る場合)になるので、C3017は殆ど変化しない。 The acceleration sensor of the present invention is detected by this change in capacitance. When the convex portion 3024 receives a force in the x direction (short side direction), the convex portion 3024 changes in the x direction (thickness of the convex portion 3024, that is, the thickness direction of the cantilever), but in the y direction (long side direction). Does not change. Further, when the convex portion 3024 receives a force in the y direction (long side direction), the convex portion 3024 hardly changes in the y direction. That is, since the convex portion 3024 hardly changes in the long side direction (the width of the convex portion 3024, that is, the width direction of the cantilever), the convex portion 3024 has an acceleration (force) depending on the amount of change in the x direction (short side direction). The size can be determined. In the acceleration sensor according to the present invention, the change in capacitance of the recess 3017 is detected to measure the magnitude of acceleration. That is, when the cantilever of the convex portion 3024 receives a force, the convex portion 3024 is displaced in the x direction, so that Cx1 and Cx2 change, and other capacitances Cy1, Cy2, and Cz1 hardly change. That is, it can be considered that C3017 = Cx1 + Cx2 + C0 (C0 is a constant). When the convex portion 3024 is not receiving force, that is, when the convex portion 3024 is stationary vertically downward, C3017 is the smallest, and when it is displaced to the left and right (in FIG. 31C), the capacitance C3017 increases. From this increase in capacity, the force or displacement can be known. Even if the change in capacitance is small, if a large number of single rectangular parallelepiped acceleration sensors shown in FIGS. 31 (d) and 31 (e) are arranged, the change in capacitance becomes large and can be detected accurately. However, when the amount of displacement of the convex portion 3024 is small, the amount of change of Cx1 (ΔCx1) and the amount of change of Cx2 (ΔCx1) are of the same magnitude and opposite in sign (increase and decrease). Almost no change.

しかも本発明の加速度センサーの優れている所は、この領域内で薄膜、特に導電体膜(3015や3024)のパターニングは必要がなく、すべてそのまま積層した状態にすれば良いということである。図31(c)で示したコンタクトや引き出し電極も平坦な部分に形成すれば良い(この領域外でも良い)のでプロセス上で困難な問題は発生しない。従来法の場合には下側の電極の引き出しが難しくプロセスが複雑になるので、従来に比較してプロセスが格段に簡単になる。また、本発明では、凹部側電極部3001と凸部側電極部3002の形成を平行して別々に行なうことができると同時に、基板および薄膜(厚膜も含む)構成が同じくできるので、プロセススピードが速くプロセスもシンプルとなっているので、プロセスコストも大幅に下げることができる。 In addition, the acceleration sensor of the present invention is excellent in that there is no need to pattern a thin film, particularly a conductor film (3015 or 3024) in this region, and it is sufficient that all layers are laminated as they are. The contacts and lead electrodes shown in FIG. 31 (c) may be formed on a flat portion (may be outside this region), so that a difficult problem in the process does not occur. In the case of the conventional method, it is difficult to pull out the lower electrode, and the process becomes complicated. Therefore, the process becomes much simpler than the conventional method. Further, in the present invention, the concave portion side electrode portion 3001 and the convex portion side electrode portion 3002 can be separately formed in parallel, and at the same time, since the substrate and the thin film (including thick film) configuration can be made the same, the process speed can be increased. However, since the process is fast and simple, the process cost can be greatly reduced.

以上のように、導電体膜3015が凹部3017内および凹部3017間で連続(接続)している場合、並びに導電体膜3023が凸部3024および凸部3024巻で連続(接続)している場合、すなわち、導電体膜のエッチング除去部分3029、3030、3031、3032がない場合は、凹部や凸部でのパターニングが必要はないのでプロセスが簡単になる。しかし、凸部3024の変位量が小さいときはC3017は殆ど変化しないから、小さな加速度の場合は検出が困難である。また、加速度の向き(x方向のプラス側か、マイナス側か)を検出できないという問題もある。そこで、導電体膜3015が凹部3017内および凹部3017間で分離している場合、並びに導電体膜3023が凸部3024および凸部3024巻で分離している場合、すなわち、図31で示した導電体膜のエッチング除去部分3029、3030、3031、3032を設ける。図31(c)で言えば、y方向の側面容量空間3044側および3045側の導電体膜は除去され、また底面容量空間3043のの導電体膜も除去されているので、容量として検出できるのはx方向の側面容量空間3041および3042の容量Cx1およびCx2だけである。これらの容量Cx1およびCx2は一方が増えれば他方は減るという逆の関係になっている。これらは接続していないので、個別に容量を検出できる。Cx1が増大しCx2が減少するということは凸部3024がX方向のマイナス側(図31(d)、(e)において左側)への力(加速度)が働いているということである。逆に、Cx1が減少しCx2が増大するということは凸部3024がX方向のプラス側(図31(d)、(e)において右側)への力(加速度)が働いているということである。このようにCx1の増減、Cx2の増減を検知すれば加速度の向きも分かる。また。小さな加速度でも(凸部3024の変位が小さくても)Cx1またはCx2は変化するので、小さな加速度も検出できる。Cx1の変化量が小さくても多数のCx1を接続すれば大きな変化量となり、同様にCx2の変化量が小さくても多数のCx2を接続すれば大きな変化量となるので、より小さな加速度でも検出できる。 As described above, when the conductor film 3015 is continuous (connected) in the concave portion 3017 and between the concave portions 3017, and when the conductive film 3023 is continuous (connected) by the convex portion 3024 and the convex portion 3024 winding That is, in the case where there are no etched portions 3029, 3030, 3031, and 3032 of the conductor film, patterning at the concave portions and the convex portions is not necessary, and the process becomes simple. However, since C3017 hardly changes when the amount of displacement of the convex portion 3024 is small, it is difficult to detect when the acceleration is small. There is also a problem that the direction of acceleration (positive side or negative side in the x direction) cannot be detected. Therefore, when the conductor film 3015 is separated in the recess 3017 and between the recesses 3017, and when the conductor film 3023 is separated by the protrusion 3024 and the protrusion 3024, that is, the conductivity shown in FIG. Etching removed portions 3029, 3030, 3031 and 3032 of the body film are provided. In FIG. 31 (c), the conductor films on the side capacitor space 3044 side and 3045 side in the y direction are removed, and the conductor film in the bottom capacitor space 3043 is also removed, so that it can be detected as a capacitor. Are only the capacitances Cx1 and Cx2 of the side capacitance spaces 3041 and 3042 in the x direction. These capacitors Cx1 and Cx2 have the reverse relationship that when one increases, the other decreases. Since these are not connected, the capacity can be detected individually. The increase in Cx1 and the decrease in Cx2 means that a force (acceleration) is exerted on the convex portion 3024 on the minus side in the X direction (left side in FIGS. 31D and 31E). On the contrary, when Cx1 decreases and Cx2 increases, the force (acceleration) is acting on the convex portion 3024 on the positive side in the X direction (right side in FIGS. 31D and 31E). . Thus, if the increase / decrease of Cx1 and the increase / decrease of Cx2 are detected, the direction of acceleration can also be known. Also. Even if the acceleration is small (even if the displacement of the convex portion 3024 is small), Cx1 or Cx2 changes, so that even a small acceleration can be detected. Even if the change amount of Cx1 is small, if a large number of Cx1s are connected, a large change amount is obtained. Similarly, even if the change amount of Cx2 is small, if a large number of Cx2s are connected, a large change amount is obtained. .

本発明の加速度センサーを同じ方向に並べればその方向(図31(c)〜(d))ではx方向)の加速度に対しては感度が高まるが、別の方向、特に直角方向(図31(c)〜(d)ではy方向)に対する加速度は測定できない。そこで、本発明の加速度センサーの向きを90度変化させたもの、45度傾けたもの、あるいは一定角度傾けたものも一緒に配置させることによって、あるいは、矩形状ではなく、多角形状に凹部と凸部を作製し、対向する各面における静電容量の変化を独立して(電極を独立して配線)測定すれば、種々の方向に関して加速度を検出できる。 If the acceleration sensors of the present invention are arranged in the same direction, sensitivity to acceleration in that direction (x direction in FIGS. 31 (c) to (d)) increases, but in another direction, particularly in a right angle direction (FIG. 31 ( In c) to (d), the acceleration in the y direction) cannot be measured. Therefore, the accelerometer of the present invention whose orientation is changed by 90 degrees, tilted by 45 degrees, or tilted by a certain angle is also placed together, or the concave and convex portions are not polygonal but polygonal. The acceleration can be detected with respect to various directions by manufacturing the section and measuring the change in capacitance on each facing surface independently (wiring the electrodes independently).

図31(e)に示すように、カンチレバーとなる凸部3024が加速度に対する感度を上げるために凸部3024の先端部(底面部)に、凸部3024より比重の大きい錘3051または3052を付着させれば良い。錘3051は厚膜3022の凸部3024の先端部に付着しており、錘3052は厚膜3051の凸部3024の先端部上に積層した絶縁膜3027の上に付着している。これらの錘3051、3052は、インプリント法、フォトリソ法+エッチング法などにより厚膜3022に凸部3024を形成した後で、接着剤等を用いてこの凸部3024に錘3051の錘基板を付着する。たとえば、この接着剤を予め錘基板に塗布するか接着剤シート材を貼りつけておき、凸部側電極部3002の厚膜3022の凸部3024をこの錘基板に付着し、その後で接着剤を硬化させて、錘基板と凸部3024を強固に接着する方法がある。あるいは、凸部側電極部3002の厚膜3022の凸部3024の先端を接着液につけたり、シート材をつけたりしてこの先端部のみにつけた接着剤または接着剤シート材を介して錘基板を接着し、その後接着剤を硬化させて、錘基板と凸部3024を強固に接着する方法がある。次にフォトロソ法およびエッチング法により凸部3024の先端部に付着した錘3051以外の領域における錘基板をエッチングする。 As shown in FIG. 31E, a weight 3051 or 3052 having a specific gravity larger than that of the convex portion 3024 is attached to the tip portion (bottom surface portion) of the convex portion 3024 so that the convex portion 3024 serving as a cantilever increases sensitivity to acceleration. Just do it. The weight 3051 is attached to the tip of the convex portion 3024 of the thick film 3022, and the weight 3052 is attached to the insulating film 3027 stacked on the tip of the convex portion 3024 of the thick film 3051. These weights 3051 and 3052 are formed by forming a convex portion 3024 on the thick film 3022 by imprint method, photolithography method + etching method, etc., and then attaching a weight substrate of the weight 3051 to the convex portion 3024 using an adhesive or the like. To do. For example, the adhesive is previously applied to the weight substrate or an adhesive sheet material is pasted, and the convex portion 3024 of the thick film 3022 of the convex portion side electrode portion 3002 is attached to the weight substrate, and then the adhesive is applied. There is a method in which the weight substrate and the convex portion 3024 are firmly bonded by curing. Alternatively, the tip of the convex portion 3024 of the thick film 3022 of the convex portion side electrode portion 3002 is attached to the adhesive liquid, or a sheet material is attached, and the weight substrate is bonded via the adhesive or the adhesive sheet material attached only to the tip portion. Then, there is a method in which the adhesive is cured and the weight substrate and the convex portion 3024 are firmly bonded. Next, the weight substrate in the region other than the weight 3051 attached to the tip of the convex portion 3024 is etched by a photolitho method and an etching method.

あるいは、あらかじめ別基板に接着層3054を挟んで錘3051のパターンを形成したものに対して、凸部3024が形成された厚膜3022を形成した凸部側電極部3002をアライメントして、凸部3024の先端部に錘3051を付着させる。このとき、凸部3024の先端部または錘部3051の上部に接着剤をつけて凸部3024の先端部に錘3051を付着させる。その後、接着層と錘部3051の接着を外せば、凸部3024の先端部に錘3051を形成できる。たとえば、錘部3051と凸部3024の間の接着剤を熱硬化性接着剤として、その硬化温度をT1とする。接着層を熱可塑性接着剤としその軟化温度、すなわちガラス転移点TgがT1より高いもの(T1<Tg)を使用する。T1とTgの間で熱処理すると錘部3051と凸部3024が完全に固着する。その後、Tg以上で熱処理すると接着層が軟化するので、錘部3051が接着層から離れる。この後、絶縁膜3028、導電体膜3023等を形成すれば良い。 Alternatively, the convex part electrode part 3002 on which the thick film 3022 on which the convex part 3024 is formed is aligned with the convex part 3024 formed on the substrate having the adhesive layer 3054 sandwiched in advance. A weight 3051 is attached to the tip of 3024. At this time, an adhesive is applied to the tip of the convex part 3024 or the upper part of the weight part 3051 to attach the weight 3051 to the tip part of the convex part 3024. Thereafter, the weight 3051 can be formed at the tip of the convex portion 3024 by removing the adhesion between the adhesive layer and the weight portion 3051. For example, the adhesive between the weight part 3051 and the convex part 3024 is a thermosetting adhesive, and its curing temperature is T1. The adhesive layer is a thermoplastic adhesive, and the softening temperature thereof, that is, the glass transition point Tg is higher than T1 (T1 <Tg). When heat treatment is performed between T1 and Tg, the weight portion 3051 and the convex portion 3024 are completely fixed. Thereafter, when the heat treatment is performed at Tg or more, the adhesive layer is softened, so that the weight portion 3051 is separated from the adhesive layer. After that, an insulating film 3028, a conductor film 3023, and the like may be formed.

あるいは、凸部3024の先端部を溶融金属液体(たとえば、半田)にディップして付着させる方法、あるいはメッキ液(たとえば、銀、半田、銅用のメッキ液)に凸部3024の先端部を浸漬して金属をメッキする方法でも良い。また、錘3052を凸部3024の先端部の絶縁膜3027上に付着する場合も上述した方法と同様の方法で行なうことができる。これらの錘3051や3053052はカンチレバーとなる厚膜3022の材料より比重が重い材料であれば良く、たとえば、厚膜がPMMAやPC等である場合(比重は1〜2)は、錘3051や3052は鉄(比重7.9)、白金(比重21.4)等の金属であれば十分な錘となる。この後、凸部側、凹部側の引き出し電極を作製する。 Alternatively, the tip of the projection 3024 is dipped in a molten metal liquid (for example, solder) and attached, or the tip of the projection 3024 is immersed in a plating solution (for example, a plating solution for silver, solder, or copper). Then, a method of plating metal may be used. Further, when the weight 3052 is attached to the insulating film 3027 at the tip of the convex portion 3024, the same method as described above can be used. These weights 3051 and 305302 may be any material having a specific gravity heavier than that of the thick film 3022 serving as a cantilever. If it is a metal such as iron (specific gravity 7.9), platinum (specific gravity 21.4), etc., it will be a sufficient weight. Thereafter, extraction electrodes on the convex side and the concave side are prepared.

凹部側電極部3001の引き出し電極は、たとえば凹部を形成以内領域において、フォトリソ法および絶縁膜3016のエッチング法を用いて、絶縁膜3016を除去すれば下地の導電体膜3015が露出するので、この上に電極・配線を形成すれば良い。この絶縁膜3016をエッチングする順番として、凸部側電極部3002を凹部側電極部3001に付着してから、凸部側電極部3002の基板3021や厚膜3022やその上の各種膜を除去しても良い。(この場合、この領域における厚膜3022上の導電体膜3015は、導電体膜3015のパターニング時に除去しておくことが望ましい。)あるいは、凸部側電極部3002を凹部側電極部3001に付着する前に、この領域における基板3021や厚膜3022やその上の各種膜を除去しておいても良い。 The lead electrode of the recess-side electrode portion 3001 is exposed to the underlying conductor film 3015 if the insulating film 3016 is removed using, for example, a photolithography method and an etching method of the insulating film 3016 in the region where the recess is not formed. An electrode / wiring may be formed thereon. In order to etch the insulating film 3016, the convex portion side electrode portion 3002 is attached to the concave portion side electrode portion 3001, and then the substrate 3021 and the thick film 3022 of the convex portion side electrode portion 3002 and various films thereon are removed. May be. (In this case, it is desirable to remove the conductor film 3015 on the thick film 3022 in this region during patterning of the conductor film 3015.) Alternatively, the convex part electrode part 3002 is attached to the concave part electrode part 3001. Prior to this, the substrate 3021 and the thick film 3022 in this region and various films thereon may be removed.

凸部側電極部3002の引き出し電極は、凹部側電極部3001の引き出し電極と同様にして形成することができる。ただし、このようにすると、凹部側電極部3002の引き出し電極と凸部側引き出し電極は互いに反対側に形成されることに注意する。一方側だけに引き出し電極を形成するには、たとえば次のようにする。凸部側電極部3002を凹部側電極部3001に付着させて、加速度センサーを形成した後(すなわち、凹部3017に凸部3024を入れて凹部周囲または凸部周囲を密着して凹部空間を気密にした後)、電極部形成領域において、基板3021をウエットエッチングまたはドライエッチングで除去する。次に厚膜3022を除去する。さらにその上に積層している絶縁膜3028を除去する(ある場合)。次にその上に積層している導電体膜3023をエッチング除去し、その上の絶縁膜3027や接着剤層3026も除去する(ある場合)。次にフォトリソ法および絶縁膜3016のエッチング法を用いて絶縁膜3016を除去するとコンタクト孔が形成され導電体膜3015が露出する。ここをパッド領域としてワイヤボンディングすることもできるし、このコンタクト孔にさらに電極・配線層を形成することができる。尚、コンタクトパターン形成用のフォトリソ法は、導電体膜3023を除去した後で行なっても良い。また、凸部側電極部3002を形成するときに、既に導電体膜3023をエッチング除去してあれば、基板3021をエッチングする前にコンタクト孔形成用のパターニングを行なうこともできるし、その後の厚膜3022のエッチングする前でも可能である。 The lead electrode of the convex portion side electrode portion 3002 can be formed in the same manner as the lead electrode of the concave portion side electrode portion 3001. However, it should be noted that in this case, the lead-out electrode and the convex-side lead-out electrode of the concave-side electrode portion 3002 are formed on opposite sides. In order to form the extraction electrode only on one side, for example, the following is performed. After the convex portion side electrode portion 3002 is attached to the concave portion side electrode portion 3001 and the acceleration sensor is formed (that is, the convex portion 3024 is put in the concave portion 3017 and the concave portion or the convex portion is in close contact to make the concave space airtight. After that, the substrate 3021 is removed by wet etching or dry etching in the electrode portion formation region. Next, the thick film 3022 is removed. Further, the insulating film 3028 stacked thereon is removed (if any). Next, the conductor film 3023 stacked thereon is removed by etching, and the insulating film 3027 and the adhesive layer 3026 thereon are also removed (if any). Next, when the insulating film 3016 is removed by using a photolithography method and an etching method of the insulating film 3016, a contact hole is formed and the conductor film 3015 is exposed. This can be used as a pad region for wire bonding, and an electrode / wiring layer can be further formed in the contact hole. Note that the photolithographic method for forming the contact pattern may be performed after the conductor film 3023 is removed. Further, if the conductor film 3023 has already been removed by etching when forming the convex portion side electrode portion 3002, patterning for forming a contact hole can be performed before the substrate 3021 is etched. This is possible even before the film 3022 is etched.

一方、凸部側電極部3002の導電体膜3023からの引き出し電極は、まずこの領域における基板3021をウエットエッチングまたはドライエッチングで除去する。次に厚膜3022を除去する。その後で、フォトリソ法および絶縁膜3028のエッチング法を用いて絶縁膜3028を除去するとコンタクト孔が形成されて導電体膜3023が露出する。ここをパッド領域としてワイヤボンディングすることもできるし、このコンタクト孔にさらに電極・配線層を形成することができる。尚、基板3021をエッチングする前にコンタクト孔形成用のパターニングを行なうこともできるし、その後の厚膜3022のエッチングする前でも可能である。以上のようにして、凸部側電極部3002側に両方の引き出し電極を形成することができる。同様にして、凹部電極部3001側に両方の引き出し電極を形成することもできる。 On the other hand, the lead electrode from the conductor film 3023 of the convex portion side electrode portion 3002 first removes the substrate 3021 in this region by wet etching or dry etching. Next, the thick film 3022 is removed. After that, when the insulating film 3028 is removed using a photolithography method and an etching method of the insulating film 3028, a contact hole is formed and the conductor film 3023 is exposed. This can be used as a pad region for wire bonding, and an electrode / wiring layer can be further formed in the contact hole. Note that patterning for forming a contact hole can be performed before the substrate 3021 is etched, and can be performed before the subsequent thick film 3022 is etched. As described above, both lead-out electrodes can be formed on the convex portion side electrode portion 3002 side. Similarly, both extraction electrodes can be formed on the concave electrode portion 3001 side.

次に、インプリント法を用いた凸部電極の作製方法について説明する。図32(a)に示すように、凸部電極パターンを形成する凹部3132を有するモールド3131と、錘材料3133を付着した基板3141を用意する。基板3141には、モールド3131の凹部3122の内部に入ることができる凸状パターン3142が形成され、この凸状パターン3142の先端に接着層3143を介して錘材料3133が付着している。錘材料は凸部電極部を構成する材料より比重の大きい上述したような材料であるが、モールド3131の材料より融点(あるいは軟化点)が低い材料が望ましい。たとえば、モールド材料が石英(融点約1600℃)やシリコン(融点約1410℃)で、錘材料が鉛(融点約330℃)、アルミニウム(融点約660℃)、銀(約962℃)、亜鉛(約420℃)、スズ(約232℃)、や各種半田や各種合金である。基板3142や凸状パターン3142は石英やシリコン基板やステンレス、各種金属材料である。あるいは高分子材料やセラミック材料でも良い。接着層3143は各種接着剤でも良いが、熱軟化性接着剤が望ましい。この熱軟化性接着剤の軟化点は、基板3141および凸状部材3142より融点が低いものが望ましい。エネルギーや作業性の観点から軟化点は低い方が良い。あるいは接着層3143を介在せずに錘材料3133を溶かして凸状パターン3142の上面に直接付着させても良い。あるいは、錘材料3133が磁性体の場合には、基板3141や凸状部材3142に電磁石を備えて錘材料3133を付着させても良い。あるいは、凸状パターン3142の先端部に静電気を発生させて錘材料3133を静電的に吸着しても良い。あるいは、凸状パターン3142の先端部に真空ラインを設けて錘材料3133を真空吸着しても良い。 Next, a method for producing a convex electrode using an imprint method will be described. As shown in FIG. 32A, a mold 3131 having a concave portion 3132 for forming a convex electrode pattern and a substrate 3141 to which a weight material 3133 is attached are prepared. A convex pattern 3142 that can enter the concave portion 3122 of the mold 3131 is formed on the substrate 3141, and a weight material 3133 is attached to the tip of the convex pattern 3142 via an adhesive layer 3143. The weight material is a material as described above having a specific gravity larger than that of the material constituting the convex electrode portion, but a material having a lower melting point (or softening point) than the material of the mold 3131 is desirable. For example, the mold material is quartz (melting point about 1600 ° C.) or silicon (melting point about 1410 ° C.), and the weight material is lead (melting point about 330 ° C.), aluminum (melting point about 660 ° C.), silver (about 962 ° C.), zinc ( About 420 ° C.), tin (about 232 ° C.), various solders and various alloys. The substrate 3142 and the convex pattern 3142 are quartz, a silicon substrate, stainless steel, and various metal materials. Alternatively, a polymer material or a ceramic material may be used. The adhesive layer 3143 may be various adhesives, but is preferably a heat softening adhesive. The softening point of the thermosoftening adhesive is preferably lower than the substrate 3141 and the convex member 3142. A lower softening point is better from the viewpoint of energy and workability. Alternatively, the weight material 3133 may be melted without using the adhesive layer 3143 and directly attached to the upper surface of the convex pattern 3142. Alternatively, in the case where the weight material 3133 is a magnetic material, the substrate 3141 or the convex member 3142 may be provided with an electromagnet to attach the weight material 3133. Alternatively, the weight material 3133 may be electrostatically adsorbed by generating static electricity at the tip of the convex pattern 3142. Alternatively, the weight material 3133 may be vacuum-sucked by providing a vacuum line at the tip of the convex pattern 3142.

次に凸状パターン3142上面に付着した錘材料3133をモールド3131の凹部3132内へ挿入し、接着層3143の接着性を消失させて錘材料3133をモールド3131の凹部3132内へ配置する。従って、錘材料3133のサイズは凹部3132より小さくなければならない。モールド3131の凹部3132と凸状部材3142およびこれに付着した錘材料3133のアライメントは、モールド3131または基板3141がアライメント光を透過する材料である場合には、モールド3131または基板3141を通してアライメントすれば精度の良いアライメントが可能である。また、接着層3143の接着性を消失させる方法として、接着層3143が熱軟化性の接着剤である場合には、その軟化点よりも温度を高くして接着性を弱めれば良い。錘材料3133を融かして凹部3132内へ滴下しても良い。錘材料3133が凹部3132内へ配置された後、錘の融点以上の温度で錘材料3133を融かして、凹部3132の底部に錘材料を付着させる。{図32(c)} Next, the weight material 3133 adhering to the upper surface of the convex pattern 3142 is inserted into the recess 3132 of the mold 3131, the adhesiveness of the adhesive layer 3143 is lost, and the weight material 3133 is placed in the recess 3132 of the mold 3131. Therefore, the size of the weight material 3133 must be smaller than the recess 3132. The alignment of the concave portion 3132 and the convex member 3142 of the mold 3131 and the weight material 3133 attached thereto is accurate if the mold 3131 or the substrate 3141 is a material that transmits alignment light, and is aligned through the mold 3131 or the substrate 3141. Good alignment is possible. In addition, as a method for eliminating the adhesiveness of the adhesive layer 3143, when the adhesive layer 3143 is a heat softening adhesive, the temperature may be made higher than the softening point to weaken the adhesiveness. The weight material 3133 may be melted and dropped into the recess 3132. After the weight material 3133 is disposed in the recess 3132, the weight material 3133 is melted at a temperature equal to or higher than the melting point of the weight, and the weight material is attached to the bottom of the recess 3132. {FIG. 32 (c)}

次に基板3111上に形成された厚膜3112の液状膜あるいはゲル状膜にこのモールド3131を押しつける。{図32(c)、(d)}厚膜3112が熱硬化性材料の場合、厚膜3112が硬化する温度まで上昇させて、厚膜3112を硬化させる。あるいは、厚膜3112が熱可塑性材料の場合、厚膜3112が軟化する温度(軟化点)以上まで上昇させた後、(この状態でモールド3131を押しつけても良い)軟化点以下の温度に下げて厚膜3112を硬化させる。あるいは、厚膜3112が光硬化性材料である場合には、硬化する光(たとえば、紫外線やX線)を照射する。(このときは、モールド基板3131または基板3111は硬化する光を透過する材料で形成されている必要がある)厚膜3112が硬化した後、モールド3131を引き離すと、図32(e)に示すように錘材料3133が厚膜凸状部3112(3112−1、2)の上面に付着する。ここで、厚膜凸状部3112(3112−1、2)の下部をサイドエッチして加速度により変形しやすくすることもできる。あるいは、図32(f)に示すように、酸素プラズマによる異方性全面エッチングにより、厚膜3112の残膜をエッチング除去する。次に厚膜凸状部3112(3112−1、2)の下部にある基板3111をサイドエッチして加速度により変形しやすくすることもできる。以上のようにして非常に簡単なプロセスで錘材料3133を付着した凸状部3112(3112−1、2)を作製することができる。 Next, the mold 3131 is pressed against the liquid film or gel film of the thick film 3112 formed on the substrate 3111. {FIG. 32 (c), (d)} When the thick film 3112 is a thermosetting material, the thick film 3112 is cured by raising the temperature to a temperature at which the thick film 3112 is cured. Alternatively, in the case where the thick film 3112 is a thermoplastic material, after the temperature is increased to a temperature at which the thick film 3112 is softened (softening point) or higher, the mold 3131 may be pressed in this state. The thick film 3112 is cured. Alternatively, in the case where the thick film 3112 is a photocurable material, light to be cured (for example, ultraviolet rays or X-rays) is irradiated. (At this time, the mold substrate 3131 or the substrate 3111 needs to be formed of a material that transmits the light to be cured.) After the thick film 3112 is cured, the mold 3131 is pulled away, as shown in FIG. The weight material 3133 adheres to the upper surface of the thick film convex portion 3112 (3112-1, 2). Here, the lower part of the thick film convex part 3112 (3112-1, 2) can be side-etched to be easily deformed by acceleration. Alternatively, as shown in FIG. 32F, the remaining film of the thick film 3112 is removed by etching by anisotropic whole surface etching using oxygen plasma. Next, the substrate 3111 under the thick film convex portion 3112 (3112-1, 2) can be side-etched to be easily deformed by acceleration. As described above, the convex portion 3112 (3112-1, 2) to which the weight material 3133 is attached can be manufactured by a very simple process.

図33(a)は、凹部を用いた圧電体マイクの構造および製造方法を示す図である。圧電体基板4061内に凹部4062をフォトリソ法およびエッチング法、あるいはインプリント法などにより形成する。基板4061上に、またこの凹部4062内面に導電体膜4063を形成し、必要な導電体膜4063のパターニングを行なう。凹部4062の1つ4062(4062−2)は外部からの振動を受けられる凹部(振動受動凹部とも呼ぶ)で、その凹部4062(4062−2)に隣接して別の凹部4062(4062−1、4062−3)が配置されている。これらの凹部4062(4062−1、3)と振動受動凹部4062(4062−2)とで挟まれた基板側壁4061(4061−1、2)は、振動受動凹部4062(4062−2)に入ってきた振動波によって振動するダイヤフラムの役目を果たす。導電体膜4063は、この基板側壁4061(4061−1、2)の上面において、その一部4064(4064−1、2)がエッチング除去され、振動受動凹部4062(4062−2)側の導電体膜4063(4063−2)は隣接する凹部4062(4062−1、3)側の導電体膜4063(4063−1、3)と接続されていない。また基板4061の第1面(上面)の他の部分において、導電体膜4063は必要な配線や電極が形成されている。この導電体膜4063上に絶縁膜4064が形成される。導電体膜4063がエッチング除去された基板側壁4061(4061−1、2)上の4064(4064−1、2)にも絶縁膜4064が形成されている。この絶縁膜4064は導電体膜4063や凹部4062を保護している。 FIG. 33A is a diagram showing a structure of a piezoelectric microphone using a recess and a manufacturing method thereof. A recess 4062 is formed in the piezoelectric substrate 4061 by a photolithography method, an etching method, an imprint method, or the like. A conductor film 4063 is formed on the substrate 4061 and on the inner surface of the recess 4062, and necessary conductor film 4063 is patterned. One of the recesses 4062 (4062-2) is a recess that can receive external vibration (also referred to as a vibration passive recess) and is adjacent to the recess 4062 (4062-2). 4062-3) is arranged. The substrate side wall 4061 (4061-1, 2) sandwiched between the recess 4062 (4062-1, 3) and the vibration passive recess 4062 (4062-2) enters the vibration passive recess 4062 (4062-2). It plays the role of a diaphragm that vibrates due to vibration waves. The conductor film 4063 has a part 4064 (4064-1, 2) removed by etching on the upper surface of the substrate side wall 4061 (4061-1, 2), and the conductor on the vibration passive recess 4062 (4062-2) side. The film 4063 (4063-2) is not connected to the conductor film 4063 (4063-1, 3) on the adjacent recess 4062 (4062-1, 3) side. In the other portion of the first surface (upper surface) of the substrate 4061, the conductor film 4063 is formed with necessary wiring and electrodes. An insulating film 4064 is formed over the conductor film 4063. An insulating film 4064 is also formed on 4064 (4064-1, 2) on the substrate side wall 4061 (4061-1, 2) from which the conductor film 4063 has been removed by etching. This insulating film 4064 protects the conductor film 4063 and the recess 4062.

基板4061の第1面(上面)におけるこの絶縁膜4064上に薄板4066が付着し、必要な部分以外は除去されている。この薄板4066の除去は薄板4066を基板4061上に付着させてから行なっても良いし、予め除去した薄板4066を基板4061上に付着しても良い。振動受動凹部4062(4062−2)は外部から振動波が入るようにするために、薄板4066はカバーしていない。(ただし、振動波が入ればOKなので、一部だけカバーする部分があっても良い。たとえば、振動受動凹部4062(4062−2)の上も薄板4066でカバーして、一部だけに振動波を導入する振動導入孔を備える場合がある。)振動凹部4062(4062−2)に隣接する凹部4062(4062−1、3)は薄板4066(40661−、2)でカバーされている。これは、外部から振動波が入ることを防止する役目を果たす。従って、外部から振動波が入って来なければ薄板4066でカバーしなくても良いし、一部に外界との通気孔を設けることもできる。その後、導電体膜4063からの電位変化を取りだすために、必要な部分において絶縁膜4064にコンタクト孔をあけて電極パッドを設けるか、さらにそのコンタクト孔に導電体膜を形成して必要な電極・配線を形成することもできる。ここで、導電体膜4063(4063−1、2,3)からの電位変化取り出し端子を図33(a)に示すように、a、b、cとする。 A thin plate 4066 is attached on the insulating film 4064 on the first surface (upper surface) of the substrate 4061, and portions other than the necessary portions are removed. The thin plate 4066 may be removed after the thin plate 4066 is attached to the substrate 4061, or the thin plate 4066 removed in advance may be attached to the substrate 4061. The vibration passive recess 4062 (4062-2) does not cover the thin plate 4066 so that a vibration wave enters from the outside. (However, if a vibration wave enters, it is OK, so there may be a part that covers only a part. For example, the vibration passive recess 4062 (4062-2) is also covered with a thin plate 4066, and only a part of the vibration wave The recess 4062 (4062-1, 3) adjacent to the vibration recess 4062 (4062-2) is covered with a thin plate 4066 (40661-2). This serves to prevent vibration waves from entering from the outside. Therefore, if vibration waves do not enter from the outside, it is not necessary to cover with the thin plate 4066, and a vent hole with the outside can be provided in part. Thereafter, in order to take out the potential change from the conductor film 4063, a contact hole is formed in the insulating film 4064 at a necessary portion to provide an electrode pad, or a conductor film is further formed in the contact hole to form a necessary electrode / Wiring can also be formed. Here, potential change extraction terminals from the conductor film 4063 (4063-1, 2, 3) are a, b, and c as shown in FIG.

振動受動凹部4062(4062−2)へ入ってきた空気振動(他の気体振動や液体振動でも良い)によって、基板側壁4061(4061−1、2)が振動する。(基板側壁4061(4061−1、2)は薄く(基板材料にもよるが、1μm〜100μm程度)、その両側が空間凹部4062(4062−1、2、3)になっていて、基板側壁4061(4061−1、2)はダイヤフラムになっている。)この基板側壁4061(4061−1、2)が振動すると、基板側壁4061(4061−1、2)は圧電体であるから圧電効果によりその側面(表面)に電荷が分極する。従って、基板側壁4061(4061−1、2)の側面上に形成された導電体膜4063(4063−1)および4063(4063−2)、あるいは導電体膜4063(4063−3)および4063(4063−2)との間に電位差が生じる。その電位差を端子aおよび端子b、および/または電位差を端子aおよび端子で取り出す。振動の大きさによってこの電位差が変化し、また振動の向きによって電位差の符号が変化する。(すなわち、プラスとマイナス)すなわち、本発明の基板面に対して垂直方向に形成した凹部を用いたデバイスによって、振動波を電気信号に変換させることができ、いわゆる圧電体マイクを作製できる。 The substrate side wall 4061 (4061-1, 2) is vibrated by air vibration (other gas vibration or liquid vibration) that has entered the vibration passive recess 4062 (4062-2). (Substrate sidewall 4061 (4061-1, 2) is thin (depending on the substrate material, about 1 μm to 100 μm), and both sides thereof are space recesses 4062 (4062-1, 2, 3). (4061-1 and 2 are diaphragms.) When the substrate side wall 4061 (4061-1 and 2) vibrates, the substrate side wall 4061 (4061-1 and 2) is a piezoelectric body. Charge is polarized on the side (surface). Therefore, the conductor films 4063 (4063-1) and 4063 (4063-2), or the conductor films 4063 (4063-3) and 4063 (4063) formed on the side surfaces of the substrate side wall 4061 (4061-1, 2). -2). The potential difference is taken out by terminal a and terminal b, and / or the potential difference is taken out by terminal a and terminal. This potential difference changes depending on the magnitude of vibration, and the sign of the potential difference changes depending on the direction of vibration. That is, a device using a recess formed in a direction perpendicular to the substrate surface of the present invention can convert a vibration wave into an electric signal, and a so-called piezoelectric microphone can be manufactured.

図33(c)〜(e)は、図33(a)に示す圧電体マイクの断面図を平面的に示した図である。図33(c)は、矩形形状の凹部が平行に配列している。すなわち、立体的に見れば直方体形状の凹部が平行に配列している。これらの凹部4062(4062−1、2、3)の間の基板側壁4061(4061−1、2)がダイヤフラムとなっている。これらの基板側壁4061(4061−1、2)は直方体形状になっている。これらの凹部4062(4062−1、2、3)内および基板4061の上面に導電体膜4063が積層され、基板側壁4061(4061−1、2)の上部および基板4061の第1面(上面)上でパターニングされ、導電体膜4063(4063−1、2、3)に分割されていて、それぞれ端子a、b、cが接続している。基板側壁4061(4061−1、2)は同じ幅、同じ深さで形成されており、凹部4062(4062−1、3)は同じ圧力に保持されているので、4062(4062−2)内に導入された振動波によって同じように振動する。従って発生する電荷も同じであるから、端子aとcは接続しても良い。この図33(c)から分かるように凹部内では導電体膜4063のパターニングはないので、通常のフォトリソ法およびエッチング法でプロセスが可能である。 33 (c) to 33 (e) are plan views showing a cross-sectional view of the piezoelectric microphone shown in FIG. 33 (a). In FIG. 33 (c), rectangular recesses are arranged in parallel. That is, when viewed three-dimensionally, the rectangular parallelepiped concave portions are arranged in parallel. A substrate side wall 4061 (4061-1, 2) between the concave portions 4062 (4062-1, 2, 3) is a diaphragm. These substrate side walls 4061 (4061-1, 2) have a rectangular parallelepiped shape. A conductor film 4063 is stacked in the recesses 4062 (4062-1, 2 and 3) and on the upper surface of the substrate 4061. It is patterned above and divided into conductor films 4063 (4063-1, 2 and 3), and terminals a, b and c are connected to each other. The substrate side wall 4061 (4061-1, 2) is formed with the same width and the same depth, and the concave portion 4062 (4062-1, 3) is held at the same pressure. It vibrates in the same way with the introduced vibration wave. Therefore, since the generated charges are the same, the terminals a and c may be connected. As can be seen from FIG. 33 (c), since the conductive film 4063 is not patterned in the recess, the process can be performed by a normal photolithography method and etching method.

図33(e)は、別の平面形状を示す図で、円柱形状の振動受動凹部4062(4062−2)の周りを円筒形状の基板側壁4061(4061−1)が囲み、さらにこれらを円筒形状の凹部4062(4062−1)が囲んでいる。導電体膜4063(4063−1)は円筒形状の凹部4062(4062−1)をカバーし、導電体膜4063(4063−2)は円筒形状の凹部4062(4062−2)をカバーしている。これらの導電体膜4063(4063−1、2)は、凹部4062−1および4062−2によって挟まれた基板側壁4061(4061−1)の上部で切断されていて接続していない。これらの導電体膜4063(4063−1、2)に端子a、bが接続している。凹部4062−1は薄板でカバーされているが、凹部4062−2は薄板でカバーされていない。この実施形態では、振動波が振動受動凹部4062(4062−2)に入ると円筒形の基板側壁4061−1全体が振動し、その基板側壁4061−1の両側面にある導電体膜電極4063−1および4063−2の間(端子a−b間)に電位差が生じ、この電位差が振動波形に対応して変化する。このように円筒形型の凹部を持つマイクロホン(すなわち、振動波を電位変化に変換する装置)は、基板側壁全体が一様に変形するので、非常に効率的で、面積の小さなマイクロホン素子を作製できる。尚、同様な実施形態として楕円型凹部を有するマイクロホンも同様な特性を持つマイクロホン素子となる。さらに任意の曲面、特に振動波を忠実に基板側壁の振動へ伝達できる形状の曲面を有する凹部および基板側壁を持つマイクロホン素子でも良い。 FIG. 33 (e) is a diagram showing another planar shape. A cylindrical substrate side wall 4061 (4061-1) surrounds a cylindrical vibration passive recess 4062 (4062-2), and these are further cylindrically shaped. The concave portion 4062 (4062-1) is surrounded. The conductor film 4063 (4063-1) covers the cylindrical recess 4062 (4062-1), and the conductor film 4063 (4063-2) covers the cylindrical recess 4062 (4062-2). These conductor films 4063 (4063-1, 2) are cut at the upper part of the substrate side wall 4061 (4061-1) sandwiched between the recesses 4062-1 and 4062-2 and are not connected. Terminals a and b are connected to these conductor films 4063 (4063-1 and 2). The recess 4062-1 is covered with a thin plate, but the recess 4062-2 is not covered with a thin plate. In this embodiment, when the vibration wave enters the vibration passive recess 4062 (4062-2), the entire cylindrical substrate side wall 4061-1 vibrates, and the conductor film electrode 4063 on both side surfaces of the substrate side wall 4061-1. A potential difference is generated between 1 and 4063-2 (between terminals a and b), and this potential difference changes corresponding to the vibration waveform. In this way, a microphone with a cylindrical recess (that is, a device that converts vibration waves into potential changes) deforms the entire side wall of the substrate uniformly, so it is very efficient and produces a microphone element with a small area. it can. As a similar embodiment, a microphone having an elliptical recess is a microphone element having similar characteristics. Further, a microphone element having a concave portion and a substrate side wall having an arbitrary curved surface, particularly a curved surface capable of faithfully transmitting a vibration wave to the vibration of the substrate side wall may be used.

図33(d)は、別の形状を有するマイクロホン素子を示す図である。すなわち、矩形形状(正方形や長方形)を持つ振動受動凹部4062(4062−2)をさらに矩形形状(正方形や長方形)の凹部4062(4062−1)が囲んでいるタイプで、これらの凹部間の基板側壁4061が4か所4061(4061−1、2、3、4)存在する。これらの4つの基板側壁4061(4061−1、2、3、4)がダイヤフラムとなる。基板凹部4062(4062−2)の側面、すなわち基板側壁4061(4061−1、2、3、4)の基板凹部4062(4062−2)側の側面には導電体膜4063(4063−2)が連続して形成されている。一方、基板凹部4062(4062−1)の側面、基板側壁4061(4061−1、2、3、4)の基板凹部4062(4062−1)側の側面には導電体膜4063(4063−1)が連続して形成されている。これらの導電体膜4063(4063−1、2)は基板側壁4061(4061−1、2、3、4)の上部でせつだんされ、導電体膜4063(4063−1)および4063(4063−2)は接続していない。導電体膜4063(4063−1)および4063(4063−2)には、それぞれ端子aおよびbが接続している。振動受動凹部4062(4062−2)に振動波が入ると、基板側壁4061(4061−1、2、3、4)がそれぞれ同じように振動し、この振動に対応して、端子a−b間に電位差が生じて、この電位差が変化する。図33(d)に示す実施形態では、このような矩形形状の全部の基板側壁を使用しているので、効率的で面積の小さなマイクロホン素子を作製できる。図33(c)〜(e)に記載した形状以外にも、多角形形状等でも本発明のマイクロホン素子を作製できる。 FIG. 33 (d) is a diagram showing a microphone element having another shape. That is, the vibration passive concave portion 4062 (4062-2) having a rectangular shape (square or rectangular) is further surrounded by a rectangular shape (square or rectangular) concave portion 4062 (4062-1). There are four side walls 4061 4061 (4061-1, 2, 3, 4). These four substrate side walls 4061 (4061-1, 2, 3, 4) serve as diaphragms. A conductor film 4063 (4063-2) is formed on the side surface of the substrate recess 4062 (4062-2), that is, the side surface of the substrate side wall 4061 (4061-1, 2, 3, 4) on the substrate recess 4062 (4062-2) side. It is formed continuously. On the other hand, the conductor film 4063 (4063-1) is formed on the side surface of the substrate recess 4062 (4062-1) and the side surface of the substrate side wall 4061 (4061-1, 2, 3, 4) on the substrate recess 4062 (4062-1) side. Are formed continuously. These conductor films 4063 (4063-1, 2) are put on top of the substrate side wall 4061 (4061-1, 2, 3, 4), and the conductor films 4063 (4063-1) and 4063 (4063-2). ) Is not connected. Terminals a and b are connected to the conductor films 4063 (4063-1) and 4063 (4063-2), respectively. When a vibration wave enters the vibration passive recess 4062 (4062-2), the substrate side walls 4061 (4061-1, 2, 3, 4) vibrate in the same manner, and corresponding to this vibration, between the terminals a and b. A potential difference is generated in this, and this potential difference changes. In the embodiment shown in FIG. 33 (d), since all of the rectangular side walls of the substrate are used, an efficient and small microphone element can be manufactured. In addition to the shapes described in FIGS. 33 (c) to 33 (e), the microphone element of the present invention can also be manufactured in a polygonal shape or the like.

図33(b)は、圧電体基板ではない基板を用いて圧電体膜を形成したマイクロホン素子の構造および製造方法を示す図である。圧電体基板ではない基板4071内に凹部4072(4072−1、2、3)を形成する。凹部4072(4072−2)は振動受動凹部となる。凹部4072(4072−1、3)と振動受動凹部4072(4072−2)との間に基板側壁4071(4071−1、2)が形成されている。振動受動凹部4072(4072−2)に振動波が入ると基板側壁4071(4071−1、2)が振動する。次に基板4071の表面(第1面){凹部4072の内面を含む}に絶縁膜4073を形成する。基板4071が絶縁体の場合にはこの絶縁膜は形成しなくても良い。次に、絶縁膜4073上に導電体膜4074を形成し、基板側壁4071(4071−1、2)上の4075(4075−1、2)の部分で導電体膜4074を切断する。このとき、基板4071の第1面の平坦部分(凹部4072ではない部分)でも必要な配線パターニングを行なうことができる。導電体膜4074の切断は、凹部内のパターニングはないので、通常のフォトリソおよび導電体膜のエッチングで可能である。凹部内のパターニングを行なう場合には、電着レジスト法や、感光性膜プラズマ重合法、感光性ドライフィルム法、感光性膜スパッター法、その他の方法で行なうことができる。尚、導電体膜4074の切断はレーザーによっても可能である。 FIG. 33B is a diagram showing a structure and a manufacturing method of a microphone element in which a piezoelectric film is formed using a substrate that is not a piezoelectric substrate. Concave portions 4072 (4072-1, 2, 3) are formed in a substrate 4071 that is not a piezoelectric substrate. The recess 4072 (4072-2) is a vibration passive recess. Substrate side walls 4071 (4071-1, 2) are formed between the recesses 4072 (4072-1, 3) and the vibration passive recesses 4072 (4072-2). When a vibration wave enters the vibration passive recess 4072 (4072-2), the substrate side wall 4071 (4071-1, 2) vibrates. Next, an insulating film 4073 is formed on the surface (first surface) of the substrate 4071 (including the inner surface of the recess 4072). When the substrate 4071 is an insulator, this insulating film is not necessarily formed. Next, a conductor film 4074 is formed over the insulating film 4073, and the conductor film 4074 is cut at 4075 (4075-1, 2) on the substrate side wall 4071 (4071-1, 2). At this time, necessary wiring patterning can be performed even on a flat portion (a portion other than the concave portion 4072) of the first surface of the substrate 4071. The conductor film 4074 can be cut by ordinary photolithography and etching of the conductor film because there is no patterning in the recesses. When patterning in the recess, the electrodeposition resist method, the photosensitive film plasma polymerization method, the photosensitive dry film method, the photosensitive film sputtering method, and other methods can be used. Note that the conductor film 4074 can be cut by a laser.

次に、導電体膜4074上に圧電体膜4076を形成する。圧電体膜4076は導電体膜4074を除去した部分にも形成されるが、圧電体膜4076は基本的には絶縁性を有するので特に問題はない。絶縁膜4073、導電体膜4074、圧電体膜4076の材料や作製方法や作製条件などは既に記載した通りである。たとえば、導電体膜4074は、白金(Pt)、チタニウム(Ti)、銅(Cu)、金(Au)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)等の金属膜、これらの合金、あるいは酸化物導電体膜(ZnOx、InxOy、SnOx、GaxOy、CuAlxOy、CuGaxOy、CuInxOy、CuFexOy、NiOx、IrOx、SbSnxOy、InSnxOy等)、グラフェン導電膜や炭素系ナノチューブ導電膜等の炭素系導電膜、導電性ポリマー、導電性多結晶シリコンや導電性アモルファスシリコン等がある。圧電体膜4076としては、たとえばPZT、LiTaO3、LiNbO3、La3Ga5SiO14、Li2B4O7、ZnO、GaPO4、PbPO3、BaTiO3、GaTiO3、KNbO3、LiTaO3、NaxWO3、BaNaNb5O5、Pb2KNb5O15、GaPO4、La3Ga5SiO14、Al2SiO4(F,OH)2、AlPO4、KNaC4H4O6、Al2SiO4(F,OH)2、アパタイト系等の酸化物系圧電体膜、AlN、GaAs、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の圧電性ポリマーがある。 Next, a piezoelectric film 4076 is formed on the conductor film 4074. The piezoelectric film 4076 is also formed on the portion from which the conductor film 4074 is removed, but there is no particular problem because the piezoelectric film 4076 basically has insulating properties. The materials, manufacturing methods, manufacturing conditions, and the like of the insulating film 4073, the conductor film 4074, and the piezoelectric film 4076 are as described above. For example, the conductor film 4074 includes platinum (Pt), titanium (Ti), copper (Cu), gold (Au), nickel (Ni), chromium (Cr), iron (Fe), aluminum (Al), cobalt ( Co), palladium (Pd), tin (Sn), zinc (Zn), silver (Ag), and other metal films, alloys thereof, or oxide conductor films (ZnOx, InxOy, SnOx, GaxOy, CuAlxOy, CuGaxOy, CuInxOy, CuFexOy, NiOx, IrOx, SbSnxOy, InSnxOy, etc.), carbon-based conductive films such as graphene conductive films and carbon-based nanotube conductive films, conductive polymers, conductive polycrystalline silicon, conductive amorphous silicon, and the like. The piezoelectric film 4076, for example PZT, LiTaO3, LiNbO3, La3Ga5SiO14, Li2B4O7, ZnO, GaPO4, PbPO3, BaTiO3, GaTiO3, KNbO3, LiTaO3, NaxWO3, BaNaNb5O5, Pb2KNb5O15, GaPO4, La3Ga5SiO14, Al 2 SiO 4 (F, OH ) 2 , AlPO 4 , KNaC 4 H 4 O 6 , Al 2 SiO 4 (F, OH) 2 , oxide-based piezoelectric films such as apatite, and piezoelectric polymers such as AlN, GaAs, and PVDF (polyvinylidene fluoride) There is.

圧電体4076上に導電体膜4077を形成し、必要な部位をエッチング除去する。たとえば、基板側壁4071(4071−1、2)上の4078(4078−1、2)や、基板4071の第1面の平坦部(凹部4072ではない部分)でエッチング除去する。導電体膜4074の切断はレーザーによっても可能である。このように、導電体膜4071のパターニングは凹部内で行なう必要はないので、通常のフォトリソ法、およびエッチング法で行なうことができる。導電体膜4071のパターニングを凹部内で行なう場合は、電着レジスト法、感光性膜プラズマ重合法、感光性ドライフィルム法、感光性膜スパッター法、その他の方法で行なうことができる。次に絶縁膜4079を形成する。その後、薄板4081を基板4071の第1面上に付着する。薄板4081の不要な部分を除去した後、導電体膜4074および導電体膜4077から電圧を引き出すためのコンタクト孔を形成し、必要なら電極・配線層を形成する。導電体膜4074(4074−1、2、3)は圧電体膜4076の下部電極、導電体膜4077(4077−1、2、3)は圧電体膜4076の上部電極となる。 A conductor film 4077 is formed over the piezoelectric body 4076, and necessary portions are removed by etching. For example, etching is removed at 4078 (4078-1, 2) on the substrate side wall 4071 (4071-1, 2) or a flat portion (a portion other than the recess 4072) of the first surface of the substrate 4071. The conductor film 4074 can be cut by a laser. Thus, the patterning of the conductor film 4071 does not have to be performed in the recess, and can be performed by a normal photolithography method and an etching method. When patterning of the conductor film 4071 is performed in the recess, it can be performed by an electrodeposition resist method, a photosensitive film plasma polymerization method, a photosensitive dry film method, a photosensitive film sputtering method, or other methods. Next, an insulating film 4079 is formed. Thereafter, the thin plate 4081 is attached on the first surface of the substrate 4071. After removing unnecessary portions of the thin plate 4081, contact holes for extracting voltage from the conductor film 4074 and the conductor film 4077 are formed, and if necessary, electrode / wiring layers are formed. The conductor film 4074 (4074-1, 2, 3) serves as a lower electrode of the piezoelectric film 4076, and the conductor film 4077 (40777-1, 2, 3) serves as an upper electrode of the piezoelectric film 4076.

振動受動凹部4072(4072−2)には振動波を導入するので、薄板4081でカバーしない。(もちろん、振動波が入れば薄板4081で振動受動凹部4072(4072−2)の一部をカバーするのは問題ない。たとえば、振動導入通路を薄板へ設ける場合などである。)凹部4072(4072−1、3)は薄板4081(4081−1、2)でカバーされている。振動受動凹部4072(4072−2)に対して、凹部4072(4072−1、3)は基準となるので、振動波が凹部4072(4072−1、3)内に入らないようにするために、薄板4081(4081−1、2)で凹部4072(4072−1、3)をカバーしている。従って、振動波が凹部4072(4072−1、3)内に入らなければ、薄板4081(4081−1、2)はの一部はあいていても良いし、あるいは薄板4081(4081−1、2)で凹部4072(4072−1、3)をカバーしなくても良い。すなわち、凹部4072(4072−1、3)内の圧力は振動受動凹部4072(4072−2)内の圧力によってできるだけ変化しないようにする。 Since a vibration wave is introduced into the vibration passive recess 4072 (4072-2), it is not covered with the thin plate 4081. (Of course, if a vibration wave enters, there is no problem in covering a part of the vibration passive recess 4072 (4072-2) with the thin plate 4081. For example, a case where a vibration introducing passage is provided in the thin plate). -1, 3) is covered with a thin plate 4081 (4081-1, 408). Since the concave portion 4072 (4072-1, 3) is a reference for the vibration passive concave portion 4072 (4072-2), in order to prevent the vibration wave from entering the concave portion 4072 (4072-1, 3), The thin plate 4081 (4081-1, 2) covers the recess 4072 (4072-1, 3). Therefore, if the vibration wave does not enter the recess 4072 (4072-1, 3), the thin plate 4081 (4081-1, 2) may be partially open, or the thin plate 4081 (4081-1, 2). ) May not cover the recesses 4072 (4072-1, 3). That is, the pressure in the concave portion 4072 (4072-1, 3) is changed as little as possible by the pressure in the vibration passive concave portion 4072 (4072-2).

振動受動凹部4072(4072−2)内に振動波が入ると振動受動凹部4072(4072−2)内の気圧(または振動受動凹部4072(4072−2)内に液体が入っているときは液圧)が変動するので、基板側壁4071(4071−1、3)が変位する。基板側壁4071(4071−1、3)が変位すると、基板側壁4071(4071−1、3)上に形成された圧電体膜4076も変位する。圧電体膜4076が変位すると圧電体膜4076の表面に電荷が分極する。この結果、圧電体膜4076の両側に形成されている導電体膜4074(下部電極)と導電体膜4077(上部電極)との間に電位差(電圧)が生じる。たとえば、導電体膜4074(4074−1)に接続している端子a1と導電体膜4077(4077−1)に接続している端子a2との間に、あるいは導電体膜4074(4074−2)に接続している端子b1と導電体膜4077(4077−2)に接続している端子b2との間に、あるいは導電体膜4074(4074−3)に接続している端c1と導電体膜4077(4077−3)に接続している端子c2との間に、電位差(電圧)が生じる。発生する電荷の向きはa1、b2、c1が同じであり、a2、b1、b2が同じ向きであるからこれらを総合した電位差(電圧)を検出できるので、検出感度を向上できる。 When a vibration wave enters the vibration passive recess 4072 (4072-2), the pressure in the vibration passive recess 4072 (4072-2) (or the liquid pressure when the liquid is in the vibration passive recess 4072 (4072-2)). ) Varies, the substrate side wall 4071 (4071-1, 3) is displaced. When the substrate side wall 4071 (4071-1, 3) is displaced, the piezoelectric film 4076 formed on the substrate side wall 4071 (4071-1, 3) is also displaced. When the piezoelectric film 4076 is displaced, charges are polarized on the surface of the piezoelectric film 4076. As a result, a potential difference (voltage) is generated between the conductor film 4074 (lower electrode) and the conductor film 4077 (upper electrode) formed on both sides of the piezoelectric film 4076. For example, between the terminal a1 connected to the conductor film 4074 (4074-1) and the terminal a2 connected to the conductor film 4077 (4077-1), or the conductor film 4074 (4074-2). Between the terminal b1 connected to the terminal b2 and the terminal b2 connected to the conductor film 4077 (4077-2) or the end c1 connected to the conductor film 4074 (4074-3) and the conductor film A potential difference (voltage) is generated between the terminal c2 connected to 4077 (4077-3). The directions of the generated charges are the same in a1, b2, and c1, and a2, b1, and b2 are in the same direction. Therefore, the potential difference (voltage) that combines them can be detected, so that the detection sensitivity can be improved.

このように、圧電基板を用いなくても種々の基板を用いてその基板上に圧電体膜を形成することによりマイクロホンデバイスを作製できる。たとえば、基板がシリコン基板である場合、IC、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等の素子と一緒に搭載できる。この結果、たとえば1チップ内に本発明のマイクロホンデバイスとこのマイクロホンデバイスで発生した電位を波形に演算処理したり音声に変換したりする演算用ICとを搭載できる。従って、従来はこれらのデバイスを別々の2チップで実装しなければならないものが1チップで実装できるから、実装面積が大幅に減少すること、2チップをワイヤボンディング等で接続する必要がなくなること、ICに使用する導電体膜とマイクロホン素子に使用する導電体膜とを兼用できるか接続が容易になること、さらに1チップ内の配線接続により信頼性が向上することなど、大きな利点を獲得できる。また、この場合の平面的形状も図33(c)〜(e)に示すような種々の形状を用いることができる。 Thus, a microphone device can be manufactured by using various substrates and forming a piezoelectric film on the substrate without using a piezoelectric substrate. For example, when the substrate is a silicon substrate, it can be mounted together with elements such as an IC, a transistor, a resistor, and a capacitor. As a result, for example, the microphone device of the present invention and a calculation IC for calculating the potential generated by the microphone device into a waveform or converting it into sound can be mounted in one chip. Therefore, in the past, those devices that had to be mounted on two separate chips can be mounted on one chip, so the mounting area is greatly reduced, and it is not necessary to connect the two chips by wire bonding, A great advantage can be obtained, for example, that the conductor film used for the IC and the conductor film used for the microphone element can be used together, or that the connection is facilitated, and that the reliability is improved by wiring connection within one chip. Also, in this case, various shapes as shown in FIGS. 33C to 33E can be used as the planar shape.

尚、これまで説明したように、図33に示す振動受動凹部は裏面(第2面)に、その周りを囲む凹部は表面(第1面)に形成することもできる。この場合、第2面側だけに振動波を導入でき、第1面側には振動波が導入できないようにすれば、薄板を設ける必要がないし、また凹部と振動受動凹部との間で導電体膜を切断する必要がないので、パターニングが非常に簡単になる。また、図33に示すマイクロホンデバイスは、これまでに説明した様に、基板第1面から第2面に貫通する凹部(すなわち貫通溝)を用いて作製することもできる。たとえば、基板の裏面に第2の薄板を付着し、貫通溝を作製して、その後図33に示すプロセスでマイクロホン素子を作製すれば良い。あるいは、基板に貫通溝を作製した後で、第2の薄板を付着させてから図33に示すプロセスでマイクロホン素子を作製すれば良い。また、基板上にポリマーを形成して、このポリマー内に凹部(または貫通溝)を作製してマイクロホンデバイスを作製することもできる。この方法は、たとえば上述したように、別デバイスと本発明のマイクロホン素子を一緒の基板で作製するときに有用な方法である。この場合、ポリマーを軟化させたり、液状、ゲル状の状態にしてインプリント法を用いて凹部を形成し、マイクロホン素子を作製することができる。この場合基板内にマイクロホン素子を配置する凹部を形成し、その凹部にポリマーで埋め込んでその中にマイクロホン素子用の凹部を形成すれば、マイクロホン素子の表面と基板表面のレベルをほぼ同程度にできるので、マイクロホン素子に使用する導電体膜とそれ以外の基板内の導電体膜と兼用もできるし、兼用しない場合でも接続が容易となる(接続配線の段差が小さくなる。あるいはワイヤボンディングで接続する場合も段差が小さくなる)。 As described above, the vibration passive recess shown in FIG. 33 can be formed on the back surface (second surface), and the recess surrounding the periphery can be formed on the front surface (first surface). In this case, if the vibration wave can be introduced only on the second surface side and the vibration wave cannot be introduced on the first surface side, there is no need to provide a thin plate, and a conductor is provided between the recess and the vibration passive recess. Since there is no need to cut the film, patterning becomes very simple. In addition, as described above, the microphone device shown in FIG. 33 can also be manufactured using a recess (that is, a through groove) penetrating from the first surface of the substrate to the second surface. For example, a second thin plate is attached to the back surface of the substrate, a through groove is formed, and then a microphone element is manufactured by the process shown in FIG. Alternatively, after the through groove is formed on the substrate, the second thin plate is attached, and then the microphone element is manufactured by the process shown in FIG. In addition, a microphone can be manufactured by forming a polymer on a substrate and forming a recess (or a through groove) in the polymer. This method is useful when, for example, as described above, another device and the microphone element of the present invention are manufactured on the same substrate. In this case, the microphone element can be manufactured by softening the polymer or forming a recess using an imprint method in a liquid or gel state. In this case, if the concave portion for arranging the microphone element is formed in the substrate, and the concave portion for the microphone element is formed in the concave portion by embedding with the polymer, the level of the surface of the microphone element and the surface of the substrate can be substantially the same. Therefore, the conductor film used for the microphone element can be used also as the conductor film in the other substrate, and connection is facilitated even when not used (the step of the connection wiring is reduced or the connection is made by wire bonding). In this case, the step becomes smaller).

上記に示したマイクロホンデバイスは、基板の第1面から第2面側に向かって形成した凹部または基板の第1面から第2面側に貫通した貫通溝によって挟まれた基板側壁を用いて、外部の振動波を電気信号に変換するものであるが、逆の見方をすればスピーカーとしても機能する。たとえば、電気信号を圧電体膜を挟む上下の電極(導電体膜)に、あるいは圧電体基板を挟む上下の電極(導電体膜)に印加すれば、圧電体膜が振動しそれに応じて基板側壁が振動し、あるいは圧電体基板が振動子、音等の振動波を振動受動凹部内で発生する。この振動波を外部へ出せばスピーカーとなる。従って、本発明は、マイクロホンにもなればスピーカーにもなるという、音響トランスデュサーとしても機能させることができる。また、スピーカー以外にも発音素子や発音ブザーとしても使用できる。特に非常に小型になり安く作製できる。 The microphone device shown above uses a substrate sidewall sandwiched by a recess formed from the first surface of the substrate toward the second surface side or a through groove penetrating from the first surface of the substrate to the second surface side, Although it converts external vibration waves into electrical signals, it can also function as a speaker if viewed in reverse. For example, if an electrical signal is applied to the upper and lower electrodes (conductor film) sandwiching the piezoelectric film, or the upper and lower electrodes (conductor film) sandwiching the piezoelectric substrate, the piezoelectric film vibrates and the substrate sidewalls accordingly. Vibrates, or the piezoelectric substrate generates vibration waves such as a vibrator and sound in the vibration passive recess. If this vibration wave is emitted outside, it becomes a speaker. Therefore, the present invention can function as an acoustic transducer that can be a microphone or a speaker. Moreover, it can be used as a sound generating element and a sound buzzer in addition to the speaker. In particular, it is very small and can be manufactured inexpensively.

図34は、本発明を適用した熱交換器を示す図である。図34(a)は基板4083の基板面に対して平行な平面図である。図34(a)に示すように基板4083内に熱媒体流路4088(4088−1、4088−2)が形成され、基板側壁4083(4083−2、3、4、5)を挟んで熱交換媒体流路4086(4086−1、4086−2、4086−3)が配置されている。熱媒体4095は熱媒体流路4088(4088−1、4088−2)の入り口である媒体口4091(4091−1、4091−3)から入り、熱媒体流路4088(4088−1、4088−2)の出口である媒体口4091(4091−4、4091−6)から出ていく。一方、熱交換媒体4096は熱交換媒体流路4086(4086−1、4086−2、4086−3)の入り口である媒体口4091(4091−2、4086−1および4086−3の入り口は記載せず)から入り、熱交換媒体流路4086(4086−1、4086−2、4086−3)の出口である媒体口4091(4091−5、4086−1および4086−3の入り口は記載せず)から出ていく。 FIG. 34 is a diagram showing a heat exchanger to which the present invention is applied. FIG. 34A is a plan view parallel to the substrate surface of the substrate 4083. As shown in FIG. 34A, a heat medium flow path 4088 (4088-1, 4088-2) is formed in the substrate 4083, and heat exchange is performed with the substrate side wall 4083 (40883-2, 3, 4, 5) interposed therebetween. A medium flow path 4086 (4086-1, 4086-2, 4086-3) is arranged. The heat medium 4095 enters from the medium port 4091 (4091-1, 4091-3) which is the entrance of the heat medium flow path 4088 (4088-1, 4088-2), and the heat medium flow path 4088 (4088-1, 4088-2). ) Exits from the medium port 4091 (4091-4, 4091-6) which is the exit of the above. On the other hand, in the heat exchange medium 4096, the entrance of the medium port 4091 (4091-2, 4086-1 and 4086-3) which is the entrance of the heat exchange medium flow path 4086 (4086-1, 4086-2, 4086-3) should not be described. Medium inlet 4091 (the inlets of 4091-5, 4086-1 and 4086-3 are not shown) which is the outlet of the heat exchange medium flow path 4086 (4086-1, 4086-2, 4086-3) Go out from.

平面図34(a)のA1−A2における基板面に対して垂直な断面図を図34(b)に示す。基板4083内に基板面に垂直方向に第1凹部(または、第1貫通溝)4088(4088−1、2)および第2凹部(または、第2貫通溝)4086(4086−1、2、3)が形成されている。第1凹部4088および第2凹部4086の間に基板側壁4083(2、3,4、5)が形成され、第1凹部4088および第2凹部4086を隔てている。第1凹部4088は熱媒体流路となり、第2凹部4086は熱交換媒体流路4086となっている。第1凹部4088および第2凹部4086の開口側である基板4083の第1面には薄板4084が付着し、第1凹部4088および第2凹部4086の開口部を被っている。第1凹部4088および第2凹部4086が基板4083の第2面に貫通している場合は、基板4083の第2面には薄板4084が付着し第1凹部4088および第2凹部4086の貫通口を塞いでいる。 FIG. 34B is a cross-sectional view perpendicular to the substrate surface at A1-A2 in the plan view 34A. A first recess (or first through groove) 4088 (4088-1, 2) and a second recess (or second through groove) 4086 (4086-1, 2, 3) in the substrate 4083 in a direction perpendicular to the substrate surface. ) Is formed. A substrate sidewall 4083 (2, 3, 4, 5) is formed between the first recess 4088 and the second recess 4086, and separates the first recess 4088 and the second recess 4086. The first recess 4088 is a heat medium flow path, and the second recess 4086 is a heat exchange medium flow path 4086. A thin plate 4084 is attached to the first surface of the substrate 4083, which is the opening side of the first recess 4088 and the second recess 4086, and covers the openings of the first recess 4088 and the second recess 4086. When the first recess 4088 and the second recess 4086 penetrate through the second surface of the substrate 4083, the thin plate 4084 adheres to the second surface of the substrate 4083, and the through holes of the first recess 4088 and the second recess 4086 pass through. It is blocking.

熱媒体流路4088および熱交換媒体流路4086を隔てている基板側壁4083(2、3,4、5)は非常に薄い(1μm〜100μm)ので、熱媒体流路4088を流れている熱媒体4095の熱は、基板側壁4083(2、3,4、5)を通して速やかに、熱交換媒体流路4086を流れている(に入っている)熱交換媒体4096へ伝達する。また、図34(a)から分かるように、熱媒体流路4088は細く曲がりくねり流れ、その周りを熱交換媒体4096が取り囲んでいて、熱媒体流路4088と熱交換媒体流路4086との接触面積は非常に大きいので、特に迅速に熱媒体4095の熱が熱交換媒体4096へ伝達する。基板4083が熱良導体の場合は、さらに素早く熱が移動する。たとえば、基板4083が、炭素(カーボンナノチューブ、フラーレン等も含む)、窒化アルミニウム(AlN)、金属(たとえば、銀、金、銅、アリミニウム)、半導体基板(たとえば、シリコン)である。 Since the substrate side wall 4083 (2, 3, 4, 5) separating the heat medium flow path 4088 and the heat exchange medium flow path 4086 is very thin (1 μm to 100 μm), the heat medium flowing through the heat medium flow path 4088 The heat of 4095 is quickly transferred to the heat exchange medium 4096 flowing (entering) through the heat exchange medium flow path 4086 through the substrate side wall 4083 (2, 3, 4, 5). As can be seen from FIG. 34 (a), the heat medium flow path 4088 flows in a thin and winding manner, the heat exchange medium 4096 surrounds the heat medium flow path 4088, and the contact area between the heat medium flow path 4088 and the heat exchange medium flow path 4086. Is very large, the heat of the heat medium 4095 is transferred to the heat exchange medium 4096 particularly quickly. When the substrate 4083 is a good thermal conductor, heat moves more quickly. For example, the substrate 4083 is carbon (including carbon nanotubes, fullerenes, and the like), aluminum nitride (AlN), metal (for example, silver, gold, copper, and aluminum), and a semiconductor substrate (for example, silicon).

熱媒体4095は薄板4084に開いた入り口(媒体口)4091−1や4091−3に接続した導管4089−1や4089−2から熱媒体流路4088へ入り、熱交換した後出口(媒体口)4091−4や4091−6から出ていき、この交換器の外部で熱を交換して再度導管4089−1や4089−2へ戻り循環している。(循環しないで、一方通行の場合もあり。)熱交換媒体4096は薄板4084に開いた入り口4091−2に接続した導管4087から熱交換媒体流路4086へ入り、熱交換した後出口4091−5から出ていき、この交換器の外部で熱を交換して再度導管4087へ戻り循環している。(循環しないで、一方通行の場合もあり。)熱媒体4095は気体や液体あるいは気体と液体の共存媒体であり、たとえばヒートパイプのように外部の熱源で媒体が蒸発して気体になり、その気体が熱媒体流路4088へ入り熱交換して凝縮して液体となって出口から出ていくという一連の相変化が連続的に生じさせて、熱移動を迅速に行なわせることもできる。熱交換媒体4096も気体や液体あるいは気体と液体の共存媒体であり、こちらもヒートパイプ方式を採用でき、冷却した液体で熱交換媒体流路4086へ入り、熱交換媒体流路4086内で熱媒体4095より熱をもらって蒸発して気体になって出口から外部へ出ていくという一連の相変化が連続的に生じさせて、熱移動を迅速に行なわせることもできる。このように本発明は、半導体プロセスを適用できるので非常に微細な毛細管のような流路を形成し、しかも自由な曲線流路を形成できるので、非常に効率の良い熱移動を行なうことができる。たとえば、体温調節が困難な患者の血液を本システムで循環させて体温を一定温度に保持することも可能となる。しかも本熱交換システムは非常に簡単なプロセスで作製できるし、非常に小さなチップにもできるので、大量にしかも安く作製することができる。その製造方法もこれまでと同様である。 The heat medium 4095 enters the heat medium flow path 4088 from the conduits 4089-1 and 4089-2 connected to the inlets (medium ports) 4091-1 and 4091-3 opened to the thin plate 4084, and after the heat exchange, the outlet (medium port) 4091-4 and 4091-6 are exited, heat is exchanged outside the exchanger, and then returned to the conduits 4089-1 and 4089-2 for circulation. (There is also a case of one-way without circulation.) The heat exchange medium 4096 enters the heat exchange medium flow path 4086 from the conduit 4087 connected to the inlet 4091-2 opened in the thin plate 4084, and after the heat exchange, the outlet 4091-5 The heat is exchanged outside the exchanger, and heat is exchanged outside the exchanger to be returned to the conduit 4087 for circulation. (There is a case of one-way without circulation.) The heat medium 4095 is a gas, liquid, or a coexistence medium of gas and liquid. For example, the medium evaporates from an external heat source such as a heat pipe to become a gas. A series of phase changes in which the gas enters the heat medium flow path 4088, exchanges heat, condenses, becomes a liquid, and exits from the outlet can be continuously generated, so that heat transfer can be performed quickly. The heat exchange medium 4096 is also a gas, liquid, or a coexistence medium of gas and liquid, which can also adopt the heat pipe method, enters the heat exchange medium flow path 4086 with the cooled liquid, and enters the heat exchange medium flow path 4086 with the heat medium. A series of phase changes in which heat is evaporated from 4095 to evaporate into a gas and exit from the outlet to the outside can be continuously generated, so that heat transfer can be performed quickly. As described above, since the present invention can be applied to a semiconductor process, a very fine capillary-like flow path can be formed, and a free curved flow path can be formed, so that highly efficient heat transfer can be performed. . For example, it is possible to maintain the body temperature at a constant temperature by circulating the blood of a patient whose body temperature is difficult to control using this system. In addition, this heat exchange system can be manufactured by a very simple process and can be manufactured by a very small chip, so that it can be manufactured in large quantities and at a low cost. The manufacturing method is the same as before.

図35は、インプリント法を用いて本発明の凹部パターンを形成する方法を示す図である。これまでの説明と重複する部分はできるだけ省略する。図35(a)に示すように、第1基板711上にポリマー層712を形成する。この実施形態におけるポリマーは熱軟化性(熱可塑性)である。ポリマー層712は、ポリマーを溶剤に溶解した溶液を第1基板711上に滴下して形成する方法(滴下法)やポリマーを溶剤に溶解した溶液を第1基板にスピンコートして形成する方法(スピンコート法)などの塗布法により第1基板711上に形成する。この後、図35(b)に示すように、凹部(第2凹部)パターンを有するモールド713をこのポリマー層712に挿入した後、軟化温度以上で熱処理して溶剤を完全に蒸発させてポリマーを軟化または溶融する。モールド713をポリマー層712に挿入する前に、ポリマー層712をプリベークしても良い。ポリマーが熱可塑性ポリマーである場合は、溶剤を完全に蒸発させて軟化温度以上で熱処理してポリマー層を軟化または溶融してモールド713を挿入しても良い。ポリマーがペースト状の場合にはスクリーン印刷法によってポリマー層712を第1基板711上に形成し、このペースト状のポリマー層712にモールド713を挿入しても良い。あるいは、第1基板711上にポリマーシートを付着して軟化温度以上に熱処理してポリマー層を軟化または溶融してポリマー層712を第1基板711上に形成し、この軟化または溶融したポリマー層712にモールド713を挿入しても良い。 FIG. 35 is a diagram showing a method of forming a concave pattern of the present invention using an imprint method. The part which overlaps with description so far is abbreviate | omitted as much as possible. As shown in FIG. 35A, a polymer layer 712 is formed on the first substrate 711. The polymer in this embodiment is heat softening (thermoplastic). The polymer layer 712 is formed by dropping a solution in which a polymer is dissolved in a solvent onto the first substrate 711 (drop method) or by spin-coating a solution in which the polymer is dissolved in a solvent on the first substrate ( It is formed on the first substrate 711 by a coating method such as a spin coating method. Thereafter, as shown in FIG. 35 (b), a mold 713 having a concave (second concave) pattern is inserted into the polymer layer 712, and then heat-treated at a temperature higher than the softening temperature to completely evaporate the solvent. Softens or melts. Prior to inserting the mold 713 into the polymer layer 712, the polymer layer 712 may be pre-baked. When the polymer is a thermoplastic polymer, the solvent may be completely evaporated, and the mold 713 may be inserted after the polymer layer is softened or melted by heat treatment at a softening temperature or higher. When the polymer is pasty, the polymer layer 712 may be formed on the first substrate 711 by a screen printing method, and the mold 713 may be inserted into the pasty polymer layer 712. Alternatively, a polymer sheet is attached on the first substrate 711 and heat-treated at a softening temperature or higher to soften or melt the polymer layer to form the polymer layer 712 on the first substrate 711, and the softened or melted polymer layer 712 A mold 713 may be inserted into the.

ポリマー層712にモールド713を挿入した後に軟化温度以上に熱処理してポリマー層を軟化または溶融した状態にし、第1基板711をポリマー層712から分離する。あるいは、ポリマー層を軟化または溶融した後に軟化温度以下の温度にしてポリマー層712を固化して後、第1基板711を分離する。次にポリマー層712の軟化温度以上に熱処理を行ない、モールド713に付着したポリマー層712を軟化または溶融して、第1凹部形成用のモールド715を上方から下方へ移動して{図35(c)}、ポリマー層712へモールド715を挿入する。このとき、図35(d)に示すように、モールド713の凹部714(714−1,2)へモールド715の凸部715(715−1、2)を挿入し、またモールド716の凹部716(716−1,2)へモールド713の凸部713(713−1、2)を挿入する。モールド713および716を所定位置で固定して軟化温度以下で保持してポリマー712を固化してポリマー612の形状を決める。この後、モールド713および715はポリマー層712から分離するので、モールド715の凸部715−1および715−2はポリマー層712の主面(第1面、表面)側の凹部(第1凹部)となり、モールド713の凸部713−1および713−2はポリマー層712の副面(第2面、裏面)側の凹部(第2凹部)となる。 After the mold 713 is inserted into the polymer layer 712, the first substrate 711 is separated from the polymer layer 712 by performing a heat treatment at a temperature higher than the softening temperature to soften or melt the polymer layer. Alternatively, after the polymer layer is softened or melted, the polymer layer 712 is solidified at a temperature equal to or lower than the softening temperature, and then the first substrate 711 is separated. Next, heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the polymer layer 712, the polymer layer 712 adhering to the mold 713 is softened or melted, and the mold 715 for forming the first recess is moved downward from above {FIG. )}, The mold 715 is inserted into the polymer layer 712. At this time, as shown in FIG. 35 (d), the convex portions 715 (715-1, 2) of the mold 715 are inserted into the concave portions 714 (714-1, 2) of the mold 713, and the concave portions 716 ( The convex part 713 (713-1, 2) of the mold 713 is inserted into 716-1, 2). The molds 713 and 716 are fixed at predetermined positions and held below the softening temperature to solidify the polymer 712 and determine the shape of the polymer 612. Thereafter, since the molds 713 and 715 are separated from the polymer layer 712, the convex portions 715-1 and 715-2 of the mold 715 are concave portions (first concave portions) on the main surface (first surface, surface) side of the polymer layer 712. Thus, the convex portions 713-1 and 713-2 of the mold 713 become concave portions (second concave portions) on the sub-surface (second surface, back surface) side of the polymer layer 712.

従って。モールド713の凸部713(713−1、2)およびモールド715の凸部715(715−1、2)の間の基板側壁712−S1、712−S2、712−S3はダイヤフラムとなるので、基板側壁の厚み(モールド713の凸部およびモールド715の凸部の距離)s1、s2等、基板側壁の深さ(長さ)(モールド713の凸部およびモールド715の凸部の深さ方向のオーバーラップ部)h1および基板側壁の幅(紙面と垂直方向におけるモールド713の凸部713およびモールド715の凸部715のオーバーラップ部で図示せず)をできるだけ一定にすることが望ましい。すなわち、モールド713のパターンに対してできるだけ正確にアライメントしてモールド715のパターンを挿入する必要がある。ポリマー層712およびモールド715に対して透過する光を用いてアライメントすることが望ましい。また、s1=S2とするようにアライメントすることも重要である。さらに、h1を一定にするために、モールド713の凸部(たとえば、713−1)とモールド715の凹部(たとえば、716−1)の距離t1やモールド715の凸部(たとえば、715−1)とモールド713の凹部(たとえば、714−1)の距離b1をできるだけ一定にする必要があるので、モールド713に対してモールド715の挿入深さを一定にする。尚、現状の合わせ精度は、s1やs2の精度はバラツキ3σで50nm〜300nmであり、t1やb1の精度はバラツキ3σ100nm〜500nmであるから、かなり精度の良いダイヤフラムを作製できる。(ポリマー層の厚みは、1μm〜2000μm程度であり、凹部の幅は1μm〜3000μm程度である。厚みおよび幅はもっと大きくても良い。) Therefore. Since the substrate side walls 712-S1, 712-S2, 712-S3 between the convex portions 713 (713-1, 2) of the mold 713 and the convex portions 715 (715-1, 2) of the mold 715 are diaphragms, Side wall thickness (distance between convex part of mold 713 and convex part of mold 715) s1, s2, etc. Depth (length) of substrate side wall (over-depth direction of convex part of mold 713 and convex part of mold 715) It is desirable to make the width of the wrap portion h1 and the substrate side wall (not shown in the overlapping portion of the convex portion 713 of the mold 713 and the convex portion 715 of the mold 715 in the direction perpendicular to the paper surface) as constant as possible. That is, it is necessary to insert the pattern of the mold 715 as accurately as possible with respect to the pattern of the mold 713. It is desirable to align using light that is transmitted through the polymer layer 712 and mold 715. It is also important to align so that s1 = S2. Further, in order to make h1 constant, the distance t1 between the convex portion (for example, 713-1) of the mold 713 and the concave portion (for example, 716-1) of the mold 715 or the convex portion (for example, 715-1) of the mold 715. Since the distance b1 between the recesses (for example, 714-1) of the mold 713 needs to be as constant as possible, the insertion depth of the mold 715 is made constant with respect to the mold 713. In addition, as for the current alignment accuracy, the accuracy of s1 and s2 is 50 nm to 300 nm with a variation 3σ, and the accuracy of t1 and b1 is 3σ 100 nm to 500 nm with a variation, so a highly accurate diaphragm can be manufactured. (The thickness of the polymer layer is about 1 μm to 2000 μm, and the width of the recess is about 1 μm to 3000 μm. The thickness and width may be larger.)

ポリマー層712の固化後、モールド715をポリマー層712から分離する。モールド715の表面に離型剤を塗布したりしてモールド715がポリマー層712から分離しやすくしても良い。モールド715を分離しても、ポリマー層712はモールド713に支持されているので変形することはない。この後は、これまでに種々説明したようなプロセスを用いて種々の膜を積層し、またエッチングするなどして所望の積層膜構造とすることができる。たとえば、繰り返しになるが、ポリマー層712が圧電体である場合は、モールド715の凸部715(715−1、2)の跡である第1凹部720(720−1、2)が形成されたポリマー層712の上に導電体膜717を積層し、導電体膜717の所望のパターニングを行ない、その次に絶縁膜718を積層して導電体膜717を保護し、さらに絶縁膜717の所望のパターニングを行なう。この後、第1の薄板719を付着させる。この薄板719によって、第1凹部720−1、2の形状を固定化することもできる。(図35(e)) After the polymer layer 712 is solidified, the mold 715 is separated from the polymer layer 712. A mold release agent may be applied to the surface of the mold 715 so that the mold 715 can be easily separated from the polymer layer 712. Even when the mold 715 is separated, the polymer layer 712 is supported by the mold 713 and thus does not deform. Thereafter, various films can be laminated using various processes described so far, and a desired laminated film structure can be obtained by etching. For example, again, when the polymer layer 712 is a piezoelectric body, the first concave portion 720 (720-1, 2) that is the trace of the convex portion 715 (715-1, 2) of the mold 715 is formed. A conductor film 717 is laminated on the polymer layer 712, and the desired patterning of the conductor film 717 is performed. Then, an insulating film 718 is laminated to protect the conductor film 717, and further, a desired film of the insulating film 717 is formed. Patterning is performed. Thereafter, a first thin plate 719 is attached. The shape of the first recesses 720-1 and 720-2 can be fixed by the thin plate 719. (Fig. 35 (e))

この後、モールド713を分離する。モールド713の分離をスムーズに行なうために、モールド713をポリマー層712に挿入する前に離型剤をモールド713の表面に塗布しても良い。モールド713を分離しても、ポリマー層712は第1の薄板719に支持されているので変形することはない。この後、モールド713の凸部713(713−1、2)の跡である第1凹部724(724−1、2)が形成されたポリマー層712の上に導電体膜721を積層し、導電体膜721の所望のパターニングを行ない、その次に絶縁膜722を積層して導電体膜721を保護し、さらに絶縁膜722の所望のパターニングを行なう。この後、第2の薄板725を付着させる。この薄板725によって、第2凹部724−1、2の形状を固定化することもできる。(図35(f))図35では記載していないが、他の所で説明した様に導電体膜からの引き出し電極や圧力伝達孔なども作製できる。以上のように、ポリマー層の両面からインプリント法を用いてポリマーを基板側壁とした圧力センサーを簡単なプロセスで作製でき、しかも小型化できる。この結果基板内に多数のセンサーを作製できるので、非常にコストの安いセンサーを実現できる。 Thereafter, the mold 713 is separated. In order to smoothly separate the mold 713, a mold release agent may be applied to the surface of the mold 713 before the mold 713 is inserted into the polymer layer 712. Even when the mold 713 is separated, the polymer layer 712 is supported by the first thin plate 719 and thus does not deform. Thereafter, a conductor film 721 is laminated on the polymer layer 712 on which the first recesses 724 (724-1, 2), which are traces of the projections 713 (713-1, 2) of the mold 713, are formed. The desired patterning of the body film 721 is performed, and then the insulating film 722 is stacked to protect the conductor film 721, and further the desired patterning of the insulating film 722 is performed. Thereafter, a second thin plate 725 is attached. The shape of the second recesses 724-1 and 724-2 can be fixed by the thin plate 725. (FIG. 35 (f)) Although not described in FIG. 35, an extraction electrode, a pressure transmission hole, and the like from the conductor film can be produced as described elsewhere. As described above, a pressure sensor using a polymer as a substrate side wall can be manufactured from both sides of a polymer layer by a simple process and can be miniaturized. As a result, a large number of sensors can be manufactured in the substrate, so that a sensor with a very low cost can be realized.

図35では、図35(e)以降について基板を圧電体基板として説明したが、これまでの色々な所で説明したように、圧電性ポリマー以外のポリマーの場合でも、第1凹部および/または第2凹部側のポリマー上に第1導電体膜、その上に圧電体膜、その上に第2導電体膜を積層することによって、圧力センサーを作製できる。また、図35(g)に示すように、ポリマー712内の第1凹部720(720−1、2)および/または第2凹部724(724−1、2)の側壁に対向電極導電体膜717(717−1、2、3)、721(721−1、2、3)を形成して、静電容量型圧力センサーを作製することもできる。すなわち、第1凹部720−1を容量空間とし、717−1および717−2をその対向電極とした静電容量型圧力センサー、第1凹部720−2を容量空間とし、717−2および717−3をその対向電極とした静電容量型圧力センサー、さらに第2凹部724−1を容量空間とし、721−1および721−2をその対向電極とした静電容量型圧力センサー、第2凹部724−2を容量空間とし、721−2および721−3をその対向電極とした静電容量型圧力センサーを作製できる。さらに、このようなインプリント法を用いて、圧力センサー以外にも、これまでに説明した音響トランスデューサー、ポンプデバイス、インクジェットデバイス、加速度センサー、圧電体マイクなども作製することができる。 In FIG. 35, the substrate has been described as the piezoelectric substrate for FIG. 35 (e) and thereafter, but as described in various places so far, even in the case of a polymer other than the piezoelectric polymer, the first recess and / or the first substrate is used. (2) A pressure sensor can be produced by laminating a first conductor film on a polymer on the concave side, a piezoelectric film thereon, and a second conductor film thereon. Further, as shown in FIG. 35G, the counter electrode conductor film 717 is formed on the side wall of the first recess 720 (720-1, 2) and / or the second recess 724 (724-1, 2) in the polymer 712. (717-1, 2, 3), 721 (721-1, 2, 3) can be formed to produce a capacitive pressure sensor. That is, a capacitive pressure sensor having the first recess 720-1 as a capacitive space and 717-1 and 717-2 as its counter electrode, and the first recess 720-2 as a capacitive space, 717-2 and 717- 3 is a capacitive pressure sensor using the counter electrode as a counter electrode, and the second concave portion 724-1 is a capacitive space, and the capacitive pressure sensor 721-1 and 721-2 is the counter electrode thereof. -2 is a capacitive space, and a capacitive pressure sensor having 721-2 and 721-3 as its counter electrode can be produced. Furthermore, using such an imprint method, in addition to the pressure sensor, the acoustic transducer, pump device, ink jet device, acceleration sensor, piezoelectric microphone, and the like described so far can be manufactured.

図35においては、出発基板を平坦な基板である第1基板711を用いたが、モールドを出発基板とすることもできる。すなわち、図35(c)に示す状態から開始することができる。凹凸パターンを有するモールド713上に、ディップ法、滴下法、塗布法、スピンコート法等を用いて溶液ポリマー712をコートして、そこにやはり凹凸パターンを有するモールド715を挿入することもできる。モールド713の凹部にポリマーが入らない場合は、真空状態で溶液ポリマー712をコートすることもできる。この状態でポリマーの軟化温度以上で熱処理を行ない溶剤を蒸発させるとともに軟化または溶融させてモールド713上にポリマーを形成後モールド715を挿入することもできる。尚、ポリマーシートを凹凸パターンを有するモールド上に配置し、ポリマーの軟化温度以上で熱処理を行なうと、ポリマーシートは軟化または溶融して、重力でモールド上の凹部に入り込みモールド上に充満して平坦に近く形成される。平坦になってから凹凸パターンを有するモールド715を挿入すれば、ポリマー側壁を形成することができる。あるいは、ポリマーシートを軟化または溶融させながらモールド715を挿入しても、同様にポリマー側壁を形成することができる。以上のように、第1基板711を用いずに、モールド713および715だけを用いてもポリマーパターンを形成できるので、プロセスがさらに簡単になる。 In FIG. 35, the first substrate 711 which is a flat substrate is used as a starting substrate, but a mold may be used as the starting substrate. That is, it can start from the state shown in FIG. A solution polymer 712 may be coated on a mold 713 having a concavo-convex pattern by a dipping method, a dropping method, a coating method, a spin coating method, or the like, and a mold 715 having a concavo-convex pattern may be inserted there. When the polymer does not enter the concave portion of the mold 713, the solution polymer 712 can be coated in a vacuum state. In this state, heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the polymer to evaporate the solvent and soften or melt the polymer to form the polymer on the mold 713, and then the mold 715 can be inserted. If the polymer sheet is placed on a mold having a concavo-convex pattern and heat treatment is performed at a temperature higher than the softening temperature of the polymer, the polymer sheet softens or melts and enters the concave portion on the mold by gravity and fills the mold and flattenes. Formed close to. If a mold 715 having a concavo-convex pattern is inserted after becoming flat, a polymer side wall can be formed. Alternatively, even when the mold 715 is inserted while the polymer sheet is softened or melted, the polymer side wall can be similarly formed. As described above, since the polymer pattern can be formed using only the molds 713 and 715 without using the first substrate 711, the process is further simplified.

熱可塑性ポリマーは、フッ素樹脂フィルム、ポリエチレンフィルム、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂、ABS樹脂、塩化ビニル、液晶ポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、N−メチルー2−ピロリドン(NMP)、アクリル樹脂(PMMA)、ポリ酢酸ビニル、ポリジメチルシロクサン(PDMS)、ポリ乳酸、各種ゴム(天然ゴムや合成ゴム)、あるいはポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン(VDF/TrFE)共重合体等の強誘電性高分子、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、ナイロン−11等の極性高分子等の圧電性高分子など種々の高分子材料である。また、これらの熱可塑性ポリマーを複数混合させたものでも良い。さらに圧電性の熱可塑性ポリマーとしては、前記ポリマーの他に圧電性セラミック(たとえば、PZT、チタン酸バリウム(BaTiO3)、ニオブ酸リチウム(LiNO3)、水晶、メタニオブ酸鉛(PbNb2O6)、酸化亜鉛、これらの混合物)の微小粒子をこれらの熱可塑性ポリマーと混合したものも使用できる。 Thermoplastic polymers are fluororesin film, polyethylene film, PMMA (polymethyl methacrylate), polycarbonate, polystyrene, acrylic resin, ABS resin, vinyl chloride, liquid crystal polymer, polyvinyl alcohol (PVA), polypropylene (PP), polyethylene (PE) , N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), acrylic resin (PMMA), polyvinyl acetate, polydimethylsiloxane (PDMS), polylactic acid, various rubbers (natural rubber and synthetic rubber), or polyvinylidene fluoride (PVDF), Various types such as ferroelectric polymers such as vinylidene fluoride-trifluoroethylene (VDF / TrFE) copolymer, piezoelectric polymers such as vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer, polar polymer such as nylon-11, etc. It is a polymer material. Further, a mixture of a plurality of these thermoplastic polymers may be used. In addition to the above polymers, piezoelectric thermoplastic polymers include piezoelectric ceramics (eg, PZT, barium titanate (BaTiO3), lithium niobate (LiNO3), quartz, lead metaniobate (PbNb2O6), zinc oxide, and the like. A mixture of these fine particles of these thermoplastic polymers can also be used.

マイクロホンデバイスおよび静電容量型力量センサについて、さらに詳細に説明する。尚、これまでの図(図1〜図44)において用いられる名称番号と、以下の図(図45〜図89)において用いられる名称番号と同じ番号が使用されている場合は、当該番号における当該名称が正しいということに注意して欲しい。
図68は半導体基板を用いた従来のマイクロホンを示す図である。図68に示す従来のマイクロホン100はシリコン基板101内に凹部を形成してダイヤフラム102、空隙109、バックプレート103を形成し、バックプレート102に音響ホール104、下部配線105、上部配線106、下部パッド107、上部パッド108、接地用パッド110を配置している。図68から分かるように、従来のマイクロホン100のダイヤフラム102は基板面と略平行に形成されているので、マクロホン100の面積は非常に大きな面積となる。たとえば、1辺2mmの正方形程度の面積が必要となる。(特許公開2002−095093)
The microphone device and the capacitive force sensor will be described in more detail. In addition, when the same number as the name number used in the previous figures (FIGS. 1-44) and the name numbers used in the following figures (FIGS. 45-89) is used, Please note that the name is correct.
FIG. 68 shows a conventional microphone using a semiconductor substrate. A conventional microphone 100 shown in FIG. 68 forms a recess 102 in a silicon substrate 101 to form a diaphragm 102, a gap 109, and a back plate 103, and an acoustic hole 104, a lower wiring 105, an upper wiring 106, and a lower pad are formed in the back plate 102. 107, an upper pad 108, and a grounding pad 110 are disposed. As can be seen from FIG. 68, since the diaphragm 102 of the conventional microphone 100 is formed substantially parallel to the substrate surface, the area of the microphone 100 is very large. For example, an area of about 2 mm square is required. (Patent Publication 2002-095093)

本発明は、繰り返しになるが、平面的な基板(たとえば、円板状、矩形形状の板状)の厚み方向に深い溝(凹部)または貫通溝を複数作り、隣接する貫通溝によって挟まれる側壁がその両側の圧力差により変形することにより静電容量が変化することを利用した静電容量型センサに関するものである。具体的には以下のような手段を取る。 Although the present invention is repeated, the side walls sandwiched between adjacent through grooves by forming a plurality of deep grooves (recesses) or through grooves in the thickness direction of a planar substrate (for example, a disk shape or a rectangular plate shape). The present invention relates to a capacitance type sensor that utilizes the fact that the capacitance changes due to deformation due to the pressure difference between the two sides. Specifically, the following measures are taken.

(1)本発明は、上面および下面の一方の面、或いは両方の面に貫通する少なくとも2つの溝(貫通溝)空間を有する導電体基板、前記導電体基板の上面(第1面)に付着した絶縁体基板(第1面絶縁体基板)および前記導電体基板の下面(第2面)に付着した絶縁体基板(第2面絶縁体基板)から構成されることを特徴とする静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサであって、
隣接する2つの貫通溝(第1貫通溝および第2貫通溝)を横方向(導電体基板の厚さ方向に対して略直角方向)に隔てる導電体基板を一方の電極(第1基板側壁容量電極)とし、
前記第1基板側壁容量電極と前記隣接する貫通溝のうちの1つ(第1貫通溝)を挟んで対向し、前記第1基板側壁容量電極と電気的に導通しない導電体基板の側壁を他方の対向電極(第2基板側壁容量電極)とし、これらの第1基板側壁容量電極および第2基板側壁容量電極の間の第1貫通溝空間を静電容量空間とし、(第2貫通溝に音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入し)前記第1基板側壁容量電極が(当該)音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)により振動し変位することにより前記第1貫通溝空間の静電容量が変化することを用いて音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を検出することを特徴とし、さらに
第1基板側壁容量電極は、その上面が第1面絶縁体基板に付着、および/またはその下面が第2面絶縁体基板に付着していること、および/または
第2基板側壁容量電極は、その上面が第1面絶縁体基板に付着、および/またはその下面が第2面絶縁体基板に付着していること、を特徴とする、静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサである。
(1) The present invention attaches to a conductor substrate having at least two groove (penetrating groove) spaces penetrating one or both of the upper surface and the lower surface, and the upper surface (first surface) of the conductor substrate. And an insulating substrate (second surface insulating substrate) attached to a lower surface (second surface) of the conductive substrate. Type microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor,
The conductive substrate that separates two adjacent through grooves (first through groove and second through groove) in the lateral direction (substantially perpendicular to the thickness direction of the conductive substrate) is one electrode (first substrate side wall capacitance). Electrode),
The first substrate side wall capacitor electrode is opposed to one of the adjacent through grooves (first through groove), and the other side wall of the conductive substrate that is not electrically connected to the first substrate side wall capacitor electrode is the other side. Counter electrode (second substrate side wall capacitor electrode), and the first through groove space between the first substrate side wall capacitor electrode and the second substrate side wall capacitor electrode is set as a capacitance space (in the second through groove, the sound wave Alternatively, force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) is introduced) and the first substrate side wall capacitive electrode vibrates and displaces due to the sound wave or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.). It is characterized by detecting sound waves or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) using a change in capacitance of space, and the upper surface of the first substrate side wall capacitor electrode is a first surface insulator substrate. Adhere to and / or The lower surface of the second substrate side wall capacitor electrode is attached to the second surface insulator substrate and / or the upper surface of the second substrate side wall capacitor electrode is adhered to the first surface insulator substrate, and / or the lower surface thereof is the second surface insulator. A capacitive microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor characterized by being attached to a substrate.

(2)本発明は、上面および下面の一方の面、或いは両方の面に貫通する少なくとも2つの溝(貫通溝)空間を有する主基板、前記主基板の上面(第1面)に付着した薄板基板(第1面薄板)および前記主基板の下面(第2面)に付着した薄板基板(第2面薄板)から構成されることを特徴とする静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサであって、
隣接する2つの貫通溝(第1貫通溝および第2貫通溝)を横方向(主基板の厚さ方向に対して略直角方向)に隔てる主基板側壁(第1基板側壁)上に形成した導電体膜を一方の電極(第1基板側壁容量電極)とし、
前記第1側壁容量電極と前記隣接する貫通溝のうちの1つ(第1貫通溝)を挟んで対向し、前記第1側壁容量電極と電気的に導通しない主基板側壁(第2基板側壁)上に形成した導電体膜を他方の対向電極(第2基板側壁容量電極)とし、これらの第1基板側壁容量電極および第2基板側壁容量電極の間の第1貫通溝空間を静電容量空間とし、
前記第1基板側壁容量電極が音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)により振動し変位することにより前記第1貫通溝空間の静電容量が変化することを用いて音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を検出することを特徴とし、さらに
第1基板側壁容量電極は、その上面が第1面絶縁体基板に付着、および/またはその下面が第2面絶縁体基板に付着していること、および/または
第2基板側壁容量電極は、その上面が第1面絶縁体基板に付着、および/またはその下面が第2面絶縁体基板に付着していること、を特徴とする、静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサである。
(2) The present invention provides a main substrate having at least two groove (penetrating groove) spaces penetrating one or both of the upper surface and the lower surface, and a thin plate attached to the upper surface (first surface) of the main substrate. Capacitance type microphone or force quantity (acceleration, angular velocity, and the like), characterized by comprising a substrate (first surface thin plate) and a thin substrate (second surface thin plate) attached to the lower surface (second surface) of the main substrate Or pressure etc.) sensor,
Conductivity formed on the main substrate side wall (first substrate side wall) that separates two adjacent through grooves (first through groove and second through groove) in the lateral direction (substantially perpendicular to the thickness direction of the main substrate). The body film is one electrode (first substrate side wall capacitor electrode),
A main substrate side wall (second substrate side wall) that faces the first side wall capacitor electrode across one of the adjacent through grooves (first through groove) and is not electrically connected to the first side wall capacitor electrode. The conductive film formed above is used as the other counter electrode (second substrate side wall capacitor electrode), and the first through-groove space between these first substrate side wall capacitor electrode and second substrate side wall capacitor electrode is the capacitance space. age,
The first substrate side wall capacitive electrode is oscillated and displaced by sound waves or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) to change the capacitance of the first through-groove space, thereby using sound waves or force (acceleration, The first substrate side wall capacitor electrode has an upper surface attached to the first surface insulator substrate and / or a lower surface attached to the second surface insulator substrate. And / or the second substrate side wall capacitor electrode has an upper surface attached to the first surface insulator substrate and / or a lower surface attached to the second surface insulator substrate. A capacitive microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor.

(3)本発明は、(1)または(2)に加えて、導電体基板または主基板の厚みは2.0mm以下であり、好適には1.0mm以下であり、第1面絶縁体基板または第1面薄板の厚みは1.0mm以下であり、好適には0.5mm以下であり、第2面絶縁体基板または第2面薄板の厚みは1.0mm以下であることを特徴とする。 (3) In the present invention, in addition to (1) or (2), the thickness of the conductor substrate or the main substrate is 2.0 mm or less, preferably 1.0 mm or less. Alternatively, the thickness of the first surface thin plate is 1.0 mm or less, preferably 0.5 mm or less, and the thickness of the second surface insulator substrate or the second surface thin plate is 1.0 mm or less. .

(4)本発明は、(2)または(3)に加えて、主基板は半導体基板または絶縁体基板であることを特徴とし、また第1面薄板および/または第2面薄板は絶縁体基板であることを特徴とする。 (4) In addition to (2) or (3), the present invention is characterized in that the main substrate is a semiconductor substrate or an insulator substrate, and the first surface thin plate and / or the second surface thin plate is an insulator substrate. It is characterized by being.

(5)本発明は、上記に加えて、第2貫通溝は断面が略矩形状の略角柱形状であり、第2貫通溝の4つの側面に隣接する貫通溝が4つ配置され、当該4つの貫通溝は断面が略矩形状の略角柱形状であり、当該4つの貫通溝のうちの1つが第1貫通溝であり、残りの貫通溝を第3貫通溝、第4貫通溝、および第5貫通溝とし、
第3貫通溝と第2貫通溝を隔てる導電体基板を一方の電極(第3−1基板側壁容量電極)とし、第3−1基板側壁容量電極と第3貫通溝を挟んで対向し、前記第3−1基板側壁容量電極と電気的に導通しない導電体基板の側壁を他方の対向電極(第3−2基板側壁容量電極)とし、これらの第3−1基板側壁容量電極および第3−2基板側壁容量電極の間の第3貫通溝空間を静電容量空間とし、
第4貫通溝と第2貫通溝を隔てる導電体基板を一方の電極(第4−1基板側壁容量電極)とし、第4−1基板側壁容量電極と第4貫通溝を挟んで対向し、前記第4−1基板側壁容量電極と電気的に導通しない導電体基板の側壁を他方の対向電極(第4−2基板側壁容量電極)とし、これらの第4−1基板側壁容量電極および第4−2基板側壁容量電極の間の第4貫通溝空間を静電容量空間とし、
第5貫通溝と第2貫通溝を隔てる導電体基板を一方の電極(第5−1基板側壁容量電極)とし、第5−1基板側壁容量電極と第5貫通溝を挟んで対向し、前記第5−1基板側壁容量電極と電気的に導通しない導電体基板の側壁を他方の対向電極(第5−2基板側壁容量電極)とし、これらの第5−1基板側壁容量電極および第4−2基板側壁容量電極の間の第4貫通溝空間を静電容量空間とし、
(第2貫通溝に音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入し)前記第3−1基板側壁容量電極、前記第4−1基板側壁容量電極、および前記第5−1基板側壁容量電極が(当該)音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)により振動し変位することにより前記第3貫通溝空間、前記第4貫通溝空間、および前記第5貫通溝空間の静電容量が変化することを用いて音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を検出することを特徴とし、さらに
第3−1基板側壁容量電極、第4−1基板側壁容量電極、および第5−1基板側壁容量電極は、その上面が第1面絶縁体基板に付着、および/またはその下面が第2面絶縁体基板に付着していること、および/または
第3−2基板側壁容量電極、第4−2基板側壁容量電極、および第5−2基板側壁容量電極は、その上面が第1面絶縁体基板に付着、および/またはその下面が第2面絶縁体基板に付着していること、を特徴とする、静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサである。
(5) In addition to the above, in the present invention, the second through groove has a substantially rectangular column shape in cross section, and four through grooves adjacent to the four side surfaces of the second through groove are arranged. The two through grooves have a substantially rectangular column shape in cross section, and one of the four through grooves is the first through groove, and the remaining through grooves are the third through groove, the fourth through groove, and the first through groove. 5 through-grooves
The conductive substrate separating the third through-groove and the second through-groove is used as one electrode (3-1 substrate side wall capacitor electrode), and is opposed to the 3-1 substrate side wall capacitor electrode with the third through groove interposed therebetween, The side wall of the conductive substrate that is not electrically connected to the 3-1 substrate side wall capacitor electrode is used as the other counter electrode (third-2 substrate side wall capacitor electrode). The third through groove space between the two substrate side wall capacitor electrodes is defined as a capacitance space,
The conductor substrate that separates the fourth through-groove and the second through-groove is used as one electrode (4-1 substrate side wall capacitor electrode), and is opposed to the 4-1 substrate side wall capacitor electrode across the fourth through groove, The side wall of the conductor substrate that is not electrically connected to the 4-1 substrate side wall capacitor electrode is used as the other counter electrode (4-2 substrate side wall capacitor electrode). The fourth through groove space between the two substrate side wall capacitor electrodes is defined as a capacitance space,
The conductor substrate that separates the fifth through-groove and the second through-groove is used as one electrode (5-1 substrate side wall capacitor electrode), and is opposed to the 5-1 substrate side wall capacitor electrode across the fifth through groove, The side wall of the conductor substrate that is not electrically connected to the 5-1 substrate side wall capacitor electrode is used as the other counter electrode (5-2 substrate side wall capacitor electrode). The fourth through groove space between the two substrate side wall capacitor electrodes is defined as a capacitance space,
(Sound wave or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) is introduced into the second through groove) The 3-1 substrate side wall capacitor electrode, the 4-1 substrate side wall capacitor electrode, and the 5-1 substrate side wall Capacitance of the third through-groove space, the fourth through-groove space, and the fifth through-groove space when the capacitive electrode is vibrated and displaced by the sound wave or force (acceleration, angular velocity, or pressure). Is used to detect a sound wave or an amount of force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.), and further, a 3-1 substrate side wall capacitive electrode, a 4-1 substrate side wall capacitive electrode, and a fifth The one-substrate side wall capacitor electrode has an upper surface attached to the first surface insulator substrate and / or a lower surface attached to the second surface insulator substrate, and / or a third to second substrate side wall capacitor electrode, 4-2 Substrate side wall capacitance electricity And the 5-2 substrate side wall capacitive electrode has an upper surface attached to the first surface insulator substrate and / or a lower surface attached to the second surface insulator substrate. Capacitive microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor.

(6)本発明は、(5)において、第1貫通溝、第3貫通溝、第4貫通溝、および第5貫通溝は接続しており、第1基板側壁容量電極、第3−1基板側壁容量電極、第4−1基板側壁容量電極、および第5−1基板側壁容量電極は接続しており、さらに第2基板側壁容量電極、第3−2基板側壁容量電極、第4−2基板側壁容量電極、および第5−2基板側壁容量電極は接続していることを特徴とする。 (6) In the present invention, in (5), the first through groove, the third through groove, the fourth through groove, and the fifth through groove are connected, and the first substrate side wall capacitor electrode and the 3-1 substrate The sidewall capacitor electrode, the 4-1 substrate sidewall capacitor electrode, and the 5-1 substrate sidewall capacitor electrode are connected, and further the second substrate sidewall capacitor electrode, the 3-2 substrate sidewall capacitor electrode, and the 4-2 substrate. The sidewall capacitor electrode and the 5-2 substrate sidewall capacitor electrode are connected.

(7)本発明は、上記に加えて、第2貫通溝が第1絶縁体基板または第2絶縁体基板によってカバーされている場合、第1絶縁体基板および/または第2絶縁体基板に音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)導入用の音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)導入孔および/または音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)抜け孔が存在することを特徴とする。 (7) In addition to the above, according to the present invention, in the case where the second through groove is covered by the first insulator substrate or the second insulator substrate, the first insulator substrate and / or the second insulator substrate is subjected to sound waves. Or, there must be a sound wave or force (such as acceleration, angular velocity, or pressure) introduction hole and / or a sound wave or force (acceleration, angular velocity, or pressure) introduction hole for introduction of force (acceleration, angular velocity, or pressure). Features.

(8)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁の上面に付着した第1面絶縁体基板に形成したコンタクト孔を通じて第1面絶縁体基板上に形成した電極・配線と第1基板側壁とを電気的に接続し、第2基板側壁の上面に付着した第1面絶縁体基板に形成したコンタクト孔を通じて第1面絶縁体基板上に形成した電極・配線と第2基板側壁とを電気的に接続することを特徴とし、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状はn角形形状であり、ここでnは3以上の整数とし、各側面に対応して複数の第2基板側壁を有し、前記複数の第2基板側壁同士は電気的に接続していないとともに、第2貫通溝へ音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入し、あるいは、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は少なくとも1部が曲線形状であり、第2基板側壁の内側断面形状は前記第1基板側壁の外側断面形状と相似形状であり、あるいは、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は円形形状または楕円形状であり、第2基板側壁の内側断面形状は前記第1基板側壁の外側断面形状と相似形状であることを特徴とする。 (8) In addition to the above, the present invention provides an electrode / wiring and a first substrate formed on the first surface insulator substrate through contact holes formed in the first surface insulator substrate attached to the upper surface of the first substrate side wall. The electrode / wiring formed on the first surface insulator substrate through the contact hole formed in the first surface insulator substrate attached to the upper surface of the second substrate side wall and the second substrate side wall are electrically connected to the side wall. It is electrically connected and has a through groove (second through groove) surrounded by the first substrate side wall, and the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is an n-square shape, where n is 3 The plurality of second substrate side walls corresponding to each side surface, and the plurality of second substrate side walls are not electrically connected to each other, and sound waves or force (acceleration, Angular velocity, pressure, etc.) or by the first substrate sidewall. It has an enclosed through groove (second through groove), and at least a part of the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is a curved shape, and the inner cross-sectional shape of the second substrate side wall is the outer cross section of the first substrate side wall. Or a through groove (second through groove) surrounded by the first substrate side wall, and the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is a circular shape or an elliptical shape. The inner cross-sectional shape of the first substrate is similar to the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall.

(9)本発明は、第1基板側壁および第2基板側壁を囲む第3基板側壁を有し、第3基板側壁の上面は第1面絶縁体基板に付着し、第3基板側壁の下面は第2面絶縁体基板に付着し、第3基板側壁は第1基板側壁および第2基板側壁のどちらか一方または両方と電気的に接続していないとともに、第3基板側壁は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの外側側面となり、第1面絶縁体基板は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの上面または下面となり、第2面絶縁体基板は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの下面または上面となっていることを特徴とする。 (9) The present invention has a third substrate sidewall that surrounds the first substrate sidewall and the second substrate sidewall, the upper surface of the third substrate sidewall is attached to the first surface insulator substrate, and the lower surface of the third substrate sidewall is The third substrate side wall adheres to the second surface insulator substrate, and the third substrate side wall is not electrically connected to one or both of the first substrate side wall and the second substrate side wall, and the third substrate side wall is a capacitive microphone. Alternatively, force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) is the outer side surface of the sensor device chip package, and the first insulating substrate is a capacitive microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor device chip package. The upper surface or the lower surface, and the second surface insulator substrate is the lower surface or the upper surface of the capacitive microphone or the chip package of the force sensor (acceleration, angular velocity, pressure, etc.). And wherein the are.

(10)本発明は、上面および下面に貫通する少なくとも2つの溝(貫通溝または貫通孔)空間を有する主基板、前記主基板の上面(第1面)に付着した薄板基板(第1面薄板)および前記主基板の下面(第2面)に付着した薄板基板(第2面薄板)から構成されることを特徴とする静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサであって、
隣接する2つの貫通溝(第1貫通溝および第2貫通溝)を横方向(主基板の厚さ方向に対して略直角方向)に隔てる主基板側壁(第1基板側壁)(の側面)上に形成した導電体膜を一方の電極(第1基板側壁容量電極)とし、
前記第1基板側壁容量電極と前記隣接する貫通溝のうちの1つ(第1貫通溝)を挟んで対向し、前記第1基板側壁容量電極と電気的に導通しない主基板側壁(第2基板側壁)の側面上に形成した導電体膜を他方の対向電極(第2基板側壁容量電極)とし、これらの第1基板側壁容量電極および第2基板側壁容量電極の間の第1貫通溝空間を静電容量空間とし、
前記第1基板側壁容量電極が音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)により振動し変位することにより前記第1貫通溝空間の静電容量が変化することを用いて音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を検出することを特徴とし、さらに
第1基板側壁は、その上面が第1面薄板に付着、その下面が第2面薄板に付着していること、および/または
第2基板側壁は、その上面が第1面薄板に付着、その下面が第2面薄板に付着していること、
を特徴とする静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサである。
(10) The present invention provides a main substrate having at least two grooves (through grooves or through holes) penetrating the upper surface and the lower surface, and a thin plate substrate (first surface thin plate) attached to the upper surface (first surface) of the main substrate. ) And a thin plate substrate (second surface thin plate) attached to the lower surface (second surface) of the main substrate, and a capacitance type microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor There,
On the main substrate side wall (first substrate side wall) (side surface) that separates two adjacent through grooves (first through groove and second through groove) in the lateral direction (substantially perpendicular to the thickness direction of the main substrate) The conductive film formed on the electrode is one electrode (first substrate side wall capacitor electrode),
A main substrate side wall (second substrate) that faces the first substrate side wall capacitor electrode across one of the adjacent through grooves (first through groove) and is not electrically connected to the first substrate side wall capacitor electrode. The conductive film formed on the side surface of the side wall is used as the other counter electrode (second substrate side wall capacitor electrode), and a first through groove space between the first substrate side wall capacitor electrode and the second substrate side wall capacitor electrode is formed. Capacitance space,
The first substrate side wall capacitive electrode is oscillated and displaced by sound waves or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) to change the capacitance of the first through-groove space, thereby using sound waves or force (acceleration, The first substrate side wall is attached to the first surface thin plate, the lower surface is attached to the second surface thin plate, and / or the second substrate side wall. The substrate side wall has an upper surface attached to the first surface thin plate, and a lower surface attached to the second surface thin plate,
A capacitive microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor.

(11)本発明は、上記に加えて、主基板は、導電体基板、半導体基板、絶縁体基板、またはこれらの複合基板であり、さらに、第1面薄板は絶縁体基板であり、および/または第2面薄板は絶縁体基板であり、さらに、主基板の厚みは2.0mm以下であり、好適には1.0mm以下であり、第1面第1面薄板の厚みは1.0mm以下であり、好適には0.5mm以下であり、第2面薄板の厚みは1.0mm以下であり、さらに、第1基板側壁の上面に付着した第1面絶縁体基板に形成したコンタクト孔を通じて第1面絶縁体基板上に形成した電極・配線と第1基板側壁とを電気的に接続し、
第2基板側壁の上面に付着した第1面絶縁体基板に形成したコンタクト孔を通じて第1面絶縁体基板上に形成した電極・配線と第2基板側壁とを電気的に接続することを特徴とする。
(11) In the present invention, in addition to the above, the main substrate is a conductor substrate, a semiconductor substrate, an insulator substrate, or a composite substrate thereof, and further, the first thin plate is an insulator substrate, and / or Alternatively, the second surface thin plate is an insulator substrate, and the thickness of the main substrate is 2.0 mm or less, preferably 1.0 mm or less, and the thickness of the first surface first surface thin plate is 1.0 mm or less. Preferably, it is 0.5 mm or less, the thickness of the second thin plate is 1.0 mm or less, and further through a contact hole formed in the first surface insulator substrate attached to the upper surface of the first substrate side wall. Electrically connecting electrodes / wirings formed on the first surface insulator substrate and the first substrate side wall;
The electrode / wiring formed on the first surface insulator substrate is electrically connected to the second substrate side wall through a contact hole formed in the first surface insulator substrate attached to the upper surface of the second substrate side wall. To do.

(12)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状はn角形形状であり、ここでnは3以上の整数とし、各側面に対応して複数の第2基板側壁を有し、前記複数の第2基板側壁同士は電気的に接続していないとともに、第2貫通溝へ音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入することを特徴とし、あるいは、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は少なくとも1部が曲線形状であり、第2基板側壁の内側断面形状は前記第1基板側壁の外側断面形状と相似形状であり、あるいは、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は円形形状または楕円形状であり、第2基板側壁の内側断面形状は前記第1基板側壁の外側断面形状と相似形状であることを特徴とする。 (12) In addition to the above, the present invention has a through groove (second through groove) surrounded by the first substrate side wall, and the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is an n-square shape, where n Is an integer of 3 or more, and has a plurality of second substrate side walls corresponding to each side surface, the plurality of second substrate side walls are not electrically connected to each other, and a sound wave or force ( Acceleration, angular velocity, pressure, etc.), or has a through groove (second through groove) surrounded by the first substrate side wall, and the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is at least one part. Is a curved shape, and the inner cross-sectional shape of the second substrate side wall is similar to the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall, or has a through groove (second through groove) surrounded by the first substrate side wall. The outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is circular or elliptical. There, the inner cross-sectional shape of the second substrate sidewall is characterized by a shape similar to the outer cross-sectional shape of the first substrate sidewall.

(13)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁および第2基板側壁を囲む第3基板側壁を有し、第3基板側壁の上面は第1面絶縁体基板に付着し、第3基板側壁の下面は第2面絶縁体基板に付着し、第3基板側壁は第1基板側壁および第2基板側壁のどちらか一方または両方と電気的に接続していないとともに、第3基板側壁は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの外側側面となり、第1面絶縁体基板は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの上面または下面となり、第2面絶縁体基板は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの下面または上面となっていることを特徴とする。 (13) In addition to the above, the present invention has a third substrate side wall surrounding the first substrate side wall and the second substrate side wall, and the upper surface of the third substrate side wall adheres to the first surface insulator substrate, The lower surface of the substrate side wall is attached to the second surface insulator substrate, the third substrate side wall is not electrically connected to one or both of the first substrate side wall and the second substrate side wall, and the third substrate side wall is Capacitance microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor device becomes the outer side surface of the chip package, and the first insulating substrate is a capacitance microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor It becomes the upper or lower surface of the chip package of the device, and the second surface insulating substrate is a capacitive microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) under the chip package of the sensor device Or characterized in that it is the upper surface.

(14)本発明は、主基板の第1面(表面または上面)に開口し、第1面と反対の第2面(裏面または下面)に開口しない、少なくとも2つの隣接する凹部(第1凹部および第2凹部)を有し、前記主基板の上面(第1面)に付着した薄板基板を有する静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサであって、
隣接する2つの凹部を横方向(主基板の厚さ方向に対して略直角方向)に隔てる主基板側壁(第1基板側壁)(の側面)上に形成した導電体膜を一方の電極(第1基板側壁容量電極)とし、
前記第1基板側壁容量電極と前記隣接する凹部のうちの1つ(第1凹部)を挟んで対向し、前記第1基板側壁容量電極と電気的に導通しない主基板側壁(第2基板側壁)の側面上に形成した導電体膜を他方の対向電極(第2基板側壁容量電極)とし、これらの第1基板側壁容量電極および第2基板側壁容量電極の間の第1凹部空間を静電容量空間とし、
前記第1基板側壁容量電極が音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)により振動し変位することにより前記第1凹部空間の静電容量が変化することを用いて音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を検出することを特徴とし、
さらに
第1基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、および/または
第2基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、
を特徴とする静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサである。
(14) The present invention provides at least two adjacent recesses (first recesses) that open on the first surface (front surface or top surface) of the main substrate and do not open on the second surface (back surface or bottom surface) opposite to the first surface. A capacitive microphone having a thin plate substrate attached to the upper surface (first surface) of the main substrate, or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor,
A conductive film formed on the side wall of the main substrate (side surface of the first substrate) that separates two adjacent concave portions in the horizontal direction (substantially perpendicular to the thickness direction of the main substrate) is formed on one electrode (first side). 1 substrate side wall capacitive electrode)
A main substrate side wall (second substrate side wall) that faces the first substrate side wall capacitor electrode across one of the adjacent recesses (first recess) and is not electrically connected to the first substrate side wall capacitor electrode. The conductive film formed on the side surface of the first electrode is used as the other counter electrode (second substrate side wall capacitor electrode), and the first recess space between the first substrate side wall capacitor electrode and the second substrate side wall capacitor electrode is electrostatic capacitance. Space,
The first substrate side wall capacitive electrode vibrates and displaces due to sound waves or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.), and changes in the capacitance of the first recess space make use of sound waves or force (acceleration, angular velocity). , Or pressure, etc.)
Further, the upper surface of the first substrate side wall is attached to the thin plate substrate, and / or the upper surface of the second substrate side wall is attached to the thin plate substrate,
A capacitive microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor.

(15)本発明は、上記に加えて、主基板は、導電体基板、半導体基板、絶縁体基板、またはこれらの複合基板であり、さらに、主基板の厚みは2.0mm以下であり、好適には1.0mm以下であり、第1面第1面薄板の厚みは1.0mm以下であり、好適には0.5mm以下であり、第2面薄板の厚みは1.0mm以下であり、さらに、第1基板側壁の上面に付着した第1面絶縁体基板に形成したコンタクト孔を通じて第1面絶縁体基板上に形成した電極・配線と第1基板側壁とを電気的に接続し、
第2基板側壁の上面に付着した第1面絶縁体基板に形成したコンタクト孔を通じて第1面絶縁体基板上に形成した電極・配線と第2基板側壁とを電気的に接続することを特徴とする。
(15) In the present invention, in addition to the above, the main substrate is a conductor substrate, a semiconductor substrate, an insulator substrate, or a composite substrate thereof, and the thickness of the main substrate is 2.0 mm or less, which is preferable. Is 1.0 mm or less, the thickness of the first surface thin plate is 1.0 mm or less, preferably 0.5 mm or less, and the thickness of the second surface thin plate is 1.0 mm or less, Furthermore, the electrode / wiring formed on the first surface insulator substrate is electrically connected to the first substrate side wall through a contact hole formed in the first surface insulator substrate attached to the upper surface of the first substrate sidewall,
The electrode / wiring formed on the first surface insulator substrate is electrically connected to the second substrate side wall through a contact hole formed in the first surface insulator substrate attached to the upper surface of the second substrate side wall. To do.

(16)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状はn角形形状であり、ここでnは3以上の整数とし、各側面に対応して複数の第2基板側壁を有し、前記複数の第2基板側壁同士は電気的に接続していないとともに、第2貫通溝へ音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入することを特徴とし、または、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は少なくとも1部が曲線形状であり、第2基板側壁の内側断面形状は前記第1基板側壁の外側断面形状と相似形状であることを特徴とし、または、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は円形形状または楕円形状であり、第2基板側壁の内側断面形状は前記第1基板側壁の外側断面形状と相似形状であることを特徴とする。 (16) In addition to the above, the present invention has a through groove (second through groove) surrounded by the first substrate side wall, and the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is an n-square shape, where n Is an integer of 3 or more, and has a plurality of second substrate side walls corresponding to each side surface, the plurality of second substrate side walls are not electrically connected to each other, and a sound wave or force ( Acceleration, angular velocity, pressure, etc.) or a through groove (second through groove) surrounded by the first substrate side wall, and the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is at least one part. Is a curved shape, and the inner cross-sectional shape of the second substrate side wall is similar to the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall, or a through groove (second through-hole) surrounded by the first substrate side wall The outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is circular or An elliptical shape, the inner cross-sectional shape of the second substrate sidewall is characterized by a shape similar to the outer cross-sectional shape of the first substrate sidewall.

(17)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁および第2基板側壁を囲む第3基板側壁を有し、第3基板側壁の上面は第1面絶縁体基板に付着し、第3基板側壁の下面は第2面絶縁体基板に付着し、第3基板側壁は第1基板側壁および第2基板側壁のどちらか一方または両方と電気的に接続していないとともに、第3基板側壁は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの外側側面となり、第1面絶縁体基板は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの上面または下面となり、第2面絶縁体基板は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの下面または上面となっていることを特徴とする。 (17) In addition to the above, the present invention includes a third substrate side wall surrounding the first substrate side wall and the second substrate side wall, and the upper surface of the third substrate side wall is attached to the first surface insulator substrate, The lower surface of the substrate side wall is attached to the second surface insulator substrate, the third substrate side wall is not electrically connected to one or both of the first substrate side wall and the second substrate side wall, and the third substrate side wall is Capacitance microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor device becomes the outer side surface of the chip package, and the first insulating substrate is a capacitance microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor It becomes the upper or lower surface of the chip package of the device, and the second surface insulating substrate is a capacitive microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) under the chip package of the sensor device Or characterized in that it is the upper surface.

(18)本発明は、主基板上に形成した絶縁性ポリマーの上面に開口した少なくとも2つの隣接する凹部(第1凹部および第2凹部)を有し、前記主基板の上面に付着した薄板基板を有する静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサであって、
隣接する2つの凹部を横方向(絶縁性ポリマーの厚さ方向に対して略直角方向)に隔てる絶縁性ポリマーの基板側壁(第1基板側壁)(の側面)上に形成した導電体膜を一方の電極(第1基板側壁容量電極)とし、
前記第1基板側壁容量電極と前記隣接する凹部のうちの1つ(第1凹部)を挟んで対向し、前記第1基板側壁容量電極と電気的に導通しない絶縁性ポリマーの基板側壁(第2基板側壁)の側面上に形成した導電体膜を他方の対向電極(第2基板側壁容量電極)とし、これらの第1基板側壁容量電極および第2基板側壁容量電極の間の第1凹部空間を静電容量空間とし、
前記第1基板側壁容量電極が音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)により振動し変位することにより前記第1凹部空間の静電容量が変化することを用いて音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を検出することを特徴とし、
さらに
第1基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、および/または
第2基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、
を特徴とする静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサである。
(18) The present invention provides a thin plate substrate having at least two adjacent recesses (first recess and second recess) opened on the upper surface of an insulating polymer formed on the main substrate, and attached to the upper surface of the main substrate. A capacitive microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor having
A conductor film formed on the substrate side wall (side surface of the first substrate) of the insulating polymer that separates two adjacent concave portions in the lateral direction (substantially perpendicular to the thickness direction of the insulating polymer) Electrode (first substrate side wall capacitor electrode),
An insulating polymer substrate sidewall (second) that faces the first substrate sidewall capacitor electrode across one of the adjacent recesses (first recess) and is not electrically connected to the first substrate sidewall capacitor electrode. The conductive film formed on the side surface of the substrate side wall is used as the other counter electrode (second substrate side wall capacitor electrode), and the first recess space between the first substrate side wall capacitor electrode and the second substrate side wall capacitor electrode is defined as Capacitance space,
The first substrate side wall capacitive electrode vibrates and displaces due to sound waves or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.), and changes in the capacitance of the first recess space make use of sound waves or force (acceleration, angular velocity). , Or pressure, etc.)
Further, the upper surface of the first substrate side wall is attached to the thin plate substrate, and / or the upper surface of the second substrate side wall is attached to the thin plate substrate,
A capacitive microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor.

(19)本発明は、上記に加えて、主基板は、導電体基板、半導体基板、絶縁体基板、またはこれらの複合基板であり、さらに、薄板基板は、導電体基板、半導体基板、絶縁体基板、またはこれらの複合基板であり、さらに、主基板の厚みは2.0mm以下であり、好適には1.0mm以下であり、薄板基板の厚みは1.0mm以下であり、好適には0.5mm以下であることを特徴とし、さらに、絶縁性ポリマーの厚さは1.0mm以下であり、好適には0.5mm以下であることを特徴とする。 (19) In the present invention, in addition to the above, the main substrate is a conductor substrate, a semiconductor substrate, an insulator substrate, or a composite substrate thereof, and further, the thin plate substrate is a conductor substrate, a semiconductor substrate, or an insulator. A substrate or a composite substrate thereof, and the thickness of the main substrate is 2.0 mm or less, preferably 1.0 mm or less, and the thickness of the thin plate substrate is 1.0 mm or less, preferably 0. Further, the thickness of the insulating polymer is 1.0 mm or less, and preferably 0.5 mm or less.

(20)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁の上面に付着した薄板基板に形成したコンタクト孔を通じて薄板基板上に形成した電極・配線と第1基板側壁の上面に形成した第1上面導電体膜配線と接続し、さらに前記第1上面導電体膜配線は第1基板側壁容量電極と電気的に接続し、
第2基板側壁の上面に付着した薄板基板に形成したコンタクト孔を通じて薄板基板上に形成した電極・配線と第2基板側壁の上面に形成した第2上面導電体膜配線と接続し、さらに前記第2上面導電体膜配線は第2基板側壁容量電極と電気的に接続していることを特徴とし、さらに、第1基板側壁によって囲まれた凹部(第2凹部)を有し、第1基板側壁の外側断面形状はn角形形状であり、ここでnは3以上の整数とし、各側面に対応して複数の第2基板側壁を有し、前記複数の第2基板側壁同士は電気的に接続していないとともに、第2凹部へ音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入することを特徴とし、あるいは、第1基板側壁によって囲まれた凹部(第2凹部)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は少なくとも1部が曲線形状であり、第2基板側壁の内側断面形状は前記第1基板側壁の外側断面形状と相似形状であり、第2凹部へ音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入することを特徴とし、あるいは、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は円形形状または楕円形状であることを特徴とする。
(20) In addition to the above, according to the present invention, the electrodes / wirings formed on the thin plate substrate through the contact holes formed in the thin plate substrate attached to the upper surface of the first substrate side wall and the first surface formed on the upper surface of the first substrate side wall. Connected to the upper surface conductor film wiring, and further, the first upper surface conductor film wiring is electrically connected to the first substrate side wall capacitor electrode,
The electrode / wiring formed on the thin plate substrate and the second upper surface conductor film wiring formed on the upper surface of the second substrate side wall are connected through contact holes formed on the thin plate substrate attached to the upper surface of the second substrate side wall, and The second upper surface conductive film wiring is electrically connected to the second substrate sidewall capacitor electrode, and further has a recess (second recess) surrounded by the first substrate sidewall, The outer cross-sectional shape of this is an n-square shape, where n is an integer greater than or equal to 3, has a plurality of second substrate side walls corresponding to each side surface, and the plurality of second substrate side walls are electrically connected to each other. And is characterized by introducing sound waves or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) into the second recess, or having a recess (second recess) surrounded by the first substrate side wall, The outer cross-sectional shape of one substrate side wall is at least 1 Is a curved shape, the inner cross-sectional shape of the second substrate side wall is similar to the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall, and a sound wave or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) is introduced into the second recess. Or a through groove (second through groove) surrounded by the first substrate side wall, and the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is a circular shape or an elliptical shape.

(21)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁および第2基板側壁を囲む第3基板側壁を有し、第3基板側壁の上面は薄板基板に付着し、第3基板側壁は第1基板側壁および第2基板側壁のどちらか一方または両方と電気的に接続していないとともに、第3基板側壁は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの外側側面となり、薄板基板は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの上面または下面となっていることを特徴とし、さらに、主基板は半導体基板であり、主基板に形成された凹部(主凹部)に絶縁性ポリマーが形成されていることを特徴とし、凹部はインプリント法で形成されることを特徴とする。 (21) In addition to the above, the present invention has a third substrate side wall surrounding the first substrate side wall and the second substrate side wall, the upper surface of the third substrate side wall adheres to the thin plate substrate, and the third substrate side wall The third substrate side wall is not electrically connected to one or both of the first substrate side wall and the second substrate side wall, and the third substrate side wall is a capacitive microphone or a force package (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor device chip package The thin plate substrate is the upper surface or the lower surface of the capacitive microphone or the chip package of the force sensor (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor device, and the main substrate is a semiconductor substrate. In addition, an insulating polymer is formed in a recess (main recess) formed in the main substrate, and the recess is formed by an imprint method. .

(22)本発明は、主基板上に形成した導電性ポリマーの上面に開口した少なくとも2つの隣接する凹部(第1凹部および第2凹部)を有し、前記主基板の上面に付着した薄板基板を有する静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサであって、
隣接する2つの凹部を横方向(導電性ポリマーの厚さ方向に対して略直角方向)に隔てる導電性ポリマーの基板側壁(第1基板側壁)(の側面)を一方の電極(第1基板側壁容量電極)とし、
前記第1基板側壁容量電極と前記隣接する凹部のうちの1つ(第1凹部)を挟んで対向し、前記第1基板側壁容量電極と電気的に導通しない導電性ポリマーの基板側壁(第2基板側壁)(の側面)を他方の対向電極(第2基板側壁容量電極)とし、これらの第1基板側壁容量電極および第2基板側壁容量電極の間の第1凹部空間を静電容量空間とし、
前記第1基板側壁容量電極が音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)により振動し変位することにより前記第1凹部空間の静電容量が変化することを用いて音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を検出することを特徴とし、
さらに
第1基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、および/または
第2基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、
を特徴とする静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサである。
(22) The present invention provides a thin plate substrate having at least two adjacent concave portions (first concave portion and second concave portion) opened on the upper surface of the conductive polymer formed on the main substrate, and attached to the upper surface of the main substrate. A capacitive microphone or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor having
A conductive polymer substrate side wall (first substrate side wall) (side surface thereof) separating two adjacent concave portions in the lateral direction (a direction substantially perpendicular to the thickness direction of the conductive polymer) is one electrode (first substrate side wall). Capacitive electrode)
A substrate side wall (second layer) of a conductive polymer that faces the first substrate side wall capacitor electrode across one of the adjacent recesses (first recess) and is not electrically conductive with the first substrate side wall capacitor electrode. (Side wall of the substrate) is used as the other counter electrode (second substrate side wall capacitor electrode), and the first recess space between the first substrate side wall capacitor electrode and the second substrate side wall capacitor electrode is used as the capacitance space. ,
The first substrate side wall capacitive electrode vibrates and displaces due to sound waves or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.), and changes in the capacitance of the first recess space make use of sound waves or force (acceleration, angular velocity). , Or pressure, etc.)
Further, the upper surface of the first substrate side wall is attached to the thin plate substrate, and / or the upper surface of the second substrate side wall is attached to the thin plate substrate,
A capacitive microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor.

(23)本発明は、上記に加えて、主基板は、導電体基板、半導体基板、絶縁体基板、またはこれらの複合基板であり、さらに、薄板基板は、導電体基板、半導体基板、絶縁体基板、またはこれらの複合基板であり、主基板の厚みは2.0mm以下であり、好適には1.0mm以下であり、薄板基板の厚みは1.0mm以下であり、好適には0.5mm以下であり、さらに、導電性ポリマーの厚さは1.0mm以下であり、好適には0.5mm以下であることを特徴とする。 (23) In addition to the above, in the present invention, the main substrate is a conductor substrate, a semiconductor substrate, an insulator substrate, or a composite substrate thereof, and further, the thin plate substrate is a conductor substrate, a semiconductor substrate, or an insulator. A substrate or a composite substrate thereof, the thickness of the main substrate is 2.0 mm or less, preferably 1.0 mm or less, and the thickness of the thin plate substrate is 1.0 mm or less, preferably 0.5 mm Further, the thickness of the conductive polymer is 1.0 mm or less, preferably 0.5 mm or less.

(24)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁の上面に付着した薄板基板に形成したコンタクト孔を通じて薄板基板上に形成した電極・配線と第1基板側壁の上面と接続し、
第2基板側壁の上面に付着した薄板基板に形成したコンタクト孔を通じて薄板基板上に形成した電極・配線と第2基板側壁の上面と接続しており、さらに、第1基板側壁によって囲まれた凹部(第2凹部)を有し、第1基板側壁の外側断面形状はn角形形状であり、ここでnは3以上の整数とし、各側面に対応して複数の第2基板側壁を有し、前記複数の第2基板側壁同士は電気的に接続していないとともに、第2凹部へ音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入することを特徴とし、あるいは、第1基板側壁によって囲まれた凹部(第2凹部)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は少なくとも1部が曲線形状であり、第2基板側壁の内側断面形状は前記第1基板側壁の外側断面形状と相似形状であり、第2凹部へ音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入することを特徴とし、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2貫通溝)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は円形形状または楕円形状であることを特徴とする。
(24) In addition to the above, the present invention connects the electrode / wiring formed on the thin substrate through the contact hole formed on the thin substrate attached to the upper surface of the first substrate sidewall and the upper surface of the first substrate sidewall,
The electrode / wiring formed on the thin plate substrate is connected to the upper surface of the second substrate side wall through a contact hole formed on the thin plate substrate attached to the upper surface of the second substrate side wall, and the recess is surrounded by the first substrate side wall (Second concave portion), the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is an n-gonal shape, where n is an integer of 3 or more, and has a plurality of second substrate side walls corresponding to each side surface, The plurality of second substrate side walls are not electrically connected to each other, and a sound wave or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) is introduced into the second recess, or is surrounded by the first substrate side walls. And at least one part of the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is curved, and the inner cross-sectional shape of the second substrate side wall is similar to the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall. Shape, and the sound wave or Introducing force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.), having a through groove (second through groove) surrounded by the first substrate side wall, and the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is circular or It has an elliptical shape.

(25)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁および第2基板側壁を囲む第3基板側壁を有し、第3基板側壁の上面は薄板基板に付着し、第3基板側壁は第1基板側壁および第2基板側壁のどちらか一方または両方と電気的に接続していないとともに、第3基板側壁は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの外側側面となり、薄板基板は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの上面または下面となっていることを特徴とし、さらに、凹部はインプリント法で形成されることを特徴とする。 (25) In addition to the above, the present invention has a third substrate side wall surrounding the first substrate side wall and the second substrate side wall, the upper surface of the third substrate side wall is attached to the thin plate substrate, and the third substrate side wall is the first side wall. The third substrate side wall is not electrically connected to one or both of the first substrate side wall and the second substrate side wall, and the third substrate side wall is a capacitive microphone or a force package (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor device chip package The thin plate substrate is the upper surface or lower surface of the capacitive microphone or the chip package of the force sensor (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor device, and the recess is imprinted It is formed.

(26)本発明は、導電体基板および低濃度基板が接合された接合基板において、前記接合基板は導電体基板側の表面に開口した少なくとも2つの隣接する凹部(第1凹部および第2凹部)を有し、
前記凹部は接合基板の表面に対して略垂直方向(表面に垂直方向に対して±10度以下、好適には±5度以下、最適には±1度以下)に形成されており、
前記凹部の底部は導電体基板および低濃度基板の接合部を超えて低濃度基板側に存在し、
前記接合基板の上面に付着した薄板基板を有する静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサであって、
隣接する2つの凹部を横方向(接合基板の厚さ方向に対して略直角方向)に隔てる接合基板側壁(第1基板側壁)(の側面)を一方の電極(第1基板側壁容量電極)とし、
前記第1基板側壁容量電極と前記隣接する凹部のうちの1つ(第1凹部)を挟んで対向し、前記第1基板側壁容量電極と電気的に導通しない接合基板側壁(第2基板側壁)(の側面)を他方の対向電極(第2基板側壁容量電極)とし、これらの第1基板側壁容量電極および第2基板側壁容量電極の間の第1凹部空間を静電容量空間とし、
前記第1基板側壁容量電極が音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)により振動し変位することにより前記第1凹部空間の静電容量が変化することを用いて音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を検出することを特徴とし、
さらに、第1基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、および/または
第2基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、
を特徴とする静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサである。
(26) The present invention provides a bonded substrate in which a conductor substrate and a low concentration substrate are bonded, and the bonded substrate has at least two adjacent recesses (first recess and second recess) opened on the surface on the conductor substrate side. Have
The recess is formed in a direction substantially perpendicular to the surface of the bonding substrate (± 10 degrees or less, preferably ± 5 degrees or less, optimally ± 1 degree or less with respect to the direction perpendicular to the surface),
The bottom of the recess exists on the low concentration substrate side beyond the junction of the conductor substrate and the low concentration substrate,
A capacitive microphone having a thin plate attached to the upper surface of the bonding substrate or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor,
A bonding substrate side wall (first substrate side wall) (side surface thereof) separating two adjacent concave portions in the lateral direction (substantially perpendicular to the thickness direction of the bonding substrate) is defined as one electrode (first substrate side wall capacitor electrode). ,
A junction substrate side wall (second substrate side wall) that faces the first substrate side wall capacitor electrode across one of the adjacent recesses (first recess) and is not electrically connected to the first substrate side wall capacitor electrode. (Side surface) is the other counter electrode (second substrate sidewall capacitor electrode), and the first recess space between the first substrate sidewall capacitor electrode and the second substrate sidewall capacitor electrode is the capacitance space,
The first substrate side wall capacitive electrode vibrates and displaces due to sound waves or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.), and changes in the capacitance of the first recess space make use of sound waves or force (acceleration, angular velocity). , Or pressure, etc.)
Furthermore, the upper surface of the first substrate side wall is attached to the thin plate substrate, and / or the upper surface of the second substrate side wall is attached to the thin plate substrate,
A capacitive microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor.

(27)本発明は、上記に加えて、前記導電体基板は高濃度シリコン半導体基板(不純物濃度が1019/cm以上)であり、前記低濃度半導体基板は低濃度シリコン半導体基板(不純物濃度が1017/cm以下)であり、高濃度シリコン半導体基板の導電体型と低濃度シリコン半導体基板の導電体型は逆であることを特徴とし、さらに、前記接合基板はエピタキシャル基板であり、低濃度シリコン半導体基板は高濃度シリコン半導体基板上にエピタキシャル成長して形成したエピ層であることを特徴とする。 (27) In the present invention, in addition to the above, the conductor substrate is a high concentration silicon semiconductor substrate (impurity concentration is 10 19 / cm 3 or more), and the low concentration semiconductor substrate is a low concentration silicon semiconductor substrate (impurity concentration). 10 17 / cm 3 or less), the conductor type of the high-concentration silicon semiconductor substrate and the conductor type of the low-concentration silicon semiconductor substrate are opposite, and the junction substrate is an epitaxial substrate, The silicon semiconductor substrate is an epitaxial layer formed by epitaxial growth on a high concentration silicon semiconductor substrate.

(28)本発明は、接合された導電体基板および低濃度基板が接合された接合基板において、導電体基板および低濃度基板の間に絶縁体膜が介在し、前記接合基板は導電体基板側の表面に開口した少なくとも2つの隣接する凹部(第1凹部および第2凹部)を有し、
前記凹部は接合基板の表面に対して略垂直方向(表面に垂直方向に対して±10度以下、好適には±5度以下、最適には±1度以下)に形成されており、
前記凹部の底部は導電体基板を超えて絶縁体膜または低濃度基板側に存在し、
前記接合基板の上面に付着した薄板基板を有する静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサであって、
隣接する2つの凹部を横方向(接合基板の厚さ方向に対して略垂直方向)に隔てる接合基板側壁(第1基板側壁)(の側面)を一方の電極(第1基板側壁容量電極)とし、
前記第1基板側壁容量電極と前記隣接する凹部のうちの1つ(第1凹部)を挟んで対向し、前記第1基板側壁容量電極と電気的に導通しない接合基板側壁(第2基板側壁)(の側面)を他方の対向電極(第2基板側壁容量電極)とし、これらの第1基板側壁容量電極および第2基板側壁容量電極の間の第1凹部空間を静電容量空間とし、
前記第1基板側壁容量電極が音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)により振動し変位することにより前記第1凹部空間の静電容量が変化することを用いて音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を検出することを特徴とし、
さらに、第1基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、および/または
第2基板側壁は、その上面が薄板基板に付着していること、
を特徴とする静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサである。
(28) According to the present invention, in the bonded substrate in which the bonded conductor substrate and the low concentration substrate are bonded, an insulator film is interposed between the conductive substrate and the low concentration substrate, and the bonded substrate is on the conductor substrate side. Having at least two adjacent recesses (first recess and second recess) opened on the surface of
The recess is formed in a direction substantially perpendicular to the surface of the bonding substrate (± 10 degrees or less, preferably ± 5 degrees or less, optimally ± 1 degree or less with respect to the direction perpendicular to the surface),
The bottom of the recess exists on the insulator film or low concentration substrate side beyond the conductor substrate,
A capacitive microphone having a thin plate attached to the upper surface of the bonding substrate or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor,
A bonding substrate side wall (first substrate side wall) that separates two adjacent concave portions in the lateral direction (substantially perpendicular to the thickness direction of the bonding substrate) is defined as one electrode (first substrate side wall capacitor electrode). ,
A junction substrate side wall (second substrate side wall) that faces the first substrate side wall capacitor electrode across one of the adjacent recesses (first recess) and is not electrically connected to the first substrate side wall capacitor electrode. (Side surface) is the other counter electrode (second substrate sidewall capacitor electrode), and the first recess space between the first substrate sidewall capacitor electrode and the second substrate sidewall capacitor electrode is the capacitance space,
The first substrate side wall capacitive electrode vibrates and displaces due to sound waves or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.), and changes in the capacitance of the first recess space make use of sound waves or force (acceleration, angular velocity). , Or pressure, etc.)
Furthermore, the upper surface of the first substrate side wall is attached to the thin plate substrate, and / or the upper surface of the second substrate side wall is attached to the thin plate substrate,
A capacitive microphone or a force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor.

(29)本発明は、上記に加えて、接合基板の厚みは2.0mm以下であり、好適には1.0mm以下であり、薄板基板の厚みは1.0mm以下であり、好適には0.5mm以下であり、さらに、導電体基板の厚さは1.0mm以下であり、好適には0.5mm以下であり、第1基板側壁の上面に付着した薄板基板に形成したコンタクト孔を通じて薄板基板上に形成した電極・配線と第1基板側壁の上面と接続し、
第2基板側壁の上面に付着した薄板基板に形成したコンタクト孔を通じて薄板基板上に形成した電極・配線と第2基板側壁の上面と接続していることを特徴とする。
(29) In addition to the above, in the present invention, the thickness of the bonding substrate is 2.0 mm or less, preferably 1.0 mm or less, and the thickness of the thin plate substrate is 1.0 mm or less, preferably 0. The thickness of the conductor substrate is 1.0 mm or less, and preferably 0.5 mm or less, and the thin plate is formed through the contact hole formed in the thin plate substrate attached to the upper surface of the first substrate side wall. Connect the electrode / wiring formed on the substrate and the upper surface of the first substrate side wall,
The electrode / wiring formed on the thin plate substrate is connected to the upper surface of the second substrate side wall through contact holes formed in the thin plate substrate attached to the upper surface of the second substrate side wall.

(30)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁によって囲まれた凹部(第2凹部)を有し、第1基板側壁の外側断面形状はn角形形状であり、ここでnは3以上の整数とし、各側面に対応して複数の第2基板側壁を有し、前記複数の第2基板側壁同士は電気的に接続していないとともに、第2凹部へ音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入することを特徴とし、あるいは、第1基板側壁によって囲まれた凹部(第2凹部)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は少なくとも1部が曲線形状であり、第2基板側壁の内側断面形状は前記第1基板側壁の外側断面形状と相似形状であり、第2凹部へ音波または力量(加速度、角速度、または圧力等)を導入することを特徴とし、あるいは、第1基板側壁によって囲まれた貫通溝(第2凹部)を有し、第1基板側壁の外側断面形状は円形形状または楕円形状であることを特徴とする。
(31)本発明は、上記に加えて、第1基板側壁および第2基板側壁を囲む第3基板側壁を有し、第3基板側壁の上面は薄板基板に付着し、第3基板側壁は第1基板側壁および第2基板側壁のどちらか一方または両方と電気的に接続していないとともに、第3基板側壁は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの外側側面となり、薄板基板は静電容量型マイクロホンまたは力量(加速度、角速度、または圧力等)センサデバイスのチップパッケージの上面または下面となっていることを特徴とする。
(30) In addition to the above, the present invention has a recess (second recess) surrounded by the first substrate side wall, and the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is an n-gonal shape, where n is 3 The plurality of second substrate side walls corresponding to the respective side surfaces are provided, the plurality of second substrate side walls are not electrically connected to each other, and sound waves or force (acceleration, angular velocity) are supplied to the second recess. Or a pressure or the like, or has a concave portion (second concave portion) surrounded by the first substrate side wall, and at least one part of the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall is a curved shape. The inner cross-sectional shape of the second substrate side wall is similar to the outer cross-sectional shape of the first substrate side wall, and a sound wave or force (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) is introduced into the second recess, or A through-groove surrounded by the first substrate side wall A second recess), the outer cross-sectional shape of the first substrate sidewall is characterized by a circular shape or an elliptical shape.
(31) In addition to the above, the present invention has a third substrate side wall surrounding the first substrate side wall and the second substrate side wall, the upper surface of the third substrate side wall is attached to the thin plate substrate, and the third substrate side wall is the first side wall. The third substrate side wall is not electrically connected to one or both of the first substrate side wall and the second substrate side wall, and the third substrate side wall is a capacitive microphone or a chip package of a force sensor (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) The thin plate substrate is an upper surface or a lower surface of a capacitive microphone or a chip package of a force sensor (acceleration, angular velocity, pressure, etc.) sensor device.

(32)本発明は、基板の第1面(表面)から第2面(裏面)に向かい、基板面(第1面および第2面)に対して略垂直に形成された凹部または貫通孔を用いることを特徴とする電気二重層キャパシタであって、前記凹部または貫通孔の対向する2つの側面を電極(対向電極)とし、前記対向電極間の前記凹部または貫通孔内に電解質を有することを特徴とする電気二重層キャパシタであり、あるいは、基板の第1面(表面)から第2面(裏面)に向かい形成された凹部または貫通孔を用いることを特徴とする電気二重層キャパシタであって、前記凹部または貫通孔内に挿入された突状の対向電極と、挿入された前記凹部または貫通孔内において前記対向電極の間に電解質を有することを特徴とする電気二重層キャパシタであり、基板の第1面(表面)から第2面(裏面)に向かい、基板面(第1面および第2面)に対して略垂直に形成された凹部または貫通孔を用いることを特徴とする電気二重層キャパシタであって、隣接する凹部の間に形成される基板側壁と、前記凹部または貫通孔のうちの少なくとも1つの凹部において前記基板側壁と対向する他の基板側壁とを対向電極とする電気二重層キャパシタであり、前記対向する基板側壁電極間の前記凹部または貫通孔内に電解質を有することを特徴とする電気二重層キャパシタである。
(33)本発明は、圧電体基板の第1面(表面)から第2面(裏面)に向かい、基板面(第1面および第2面)に対して略垂直に形成された凹部または貫通孔を用いることを特徴とする微小発電機であって、隣接する凹部によって形成される基板側壁の両側面に形成した導電体膜・電極を2つの電極とし、前記基板側壁が変形することによって基板側壁の両側面に発生する電荷を前記導電体膜・電極で集めて発電することを特徴とし、あるいは、基板の第1面(表面)から第2面(裏面)に向かい、基板面(第1面および第2面)に対して略垂直に形成された凹部または貫通孔を用いることを特徴とする微小発電機であって、隣接する凹部によって形成される基板側壁の側面に第1導電体膜、その上に圧電体膜、その上に第2導電体膜を形成し、前記基板側壁が変形することによって前記圧電体膜の両面に発生する電荷を第1導電体膜および/または第2導電体膜で集めて発電することを特徴とし、あるいは、基板内に形成された凹部へ充填された圧電性ポリマー内に形成された凹部(ポリマー内凹部)を用いることを特徴とする微小発電機であって、隣接するポリマー内凹部によって形成されるポリマー基板側壁の両側面に形成した導電体膜・電極を2つの電極とし、前記ポリマー基板側壁が変形することによってポリマー基板側壁の両側面に発生する電荷を前記導電体膜・電極で集めて発電することを特徴とし、あるいは、基板内に形成された凹部へ充填されたポリマー内に形成された凹部(ポリマー内凹部)を用いることを特徴とする微小発電機であって、隣接するポリマー内凹部によって形成されるポリマー基板側壁の両側面に第1導電体膜、その上に圧電体膜、その上に第2導電体膜を形成し、前記ポリマー基板側壁が変形することによって前記圧電体膜の両面に発生する電荷を第1導電体膜および/または第2導電体膜で集めて発電することを特徴とする微小発電機である。
(32) The present invention provides a recess or a through-hole formed from the first surface (front surface) to the second surface (back surface) of the substrate and substantially perpendicular to the substrate surface (first surface and second surface). It is an electric double layer capacitor characterized in that two opposing side surfaces of the recess or the through hole are electrodes (counter electrodes), and an electrolyte is provided in the recess or the through hole between the counter electrodes. An electric double layer capacitor characterized by using a recess or a through hole formed from the first surface (front surface) to the second surface (back surface) of the substrate. An electric double layer capacitor comprising a protruding counter electrode inserted into the recess or the through hole and an electrolyte between the counter electrode in the inserted recess or the through hole, and a substrate The first of An electric double layer capacitor using a recess or a through-hole formed from a (front surface) to a second surface (back surface) and substantially perpendicular to a substrate surface (first surface and second surface). An electric double layer capacitor having a substrate side wall formed between adjacent recesses and another substrate side wall opposite to the substrate side wall in at least one of the recesses or through holes as a counter electrode. An electric double layer capacitor having an electrolyte in the recess or through hole between the opposing substrate side wall electrodes.
(33) According to the present invention, a recess or a through hole is formed substantially perpendicular to the substrate surface (first surface and second surface) from the first surface (front surface) to the second surface (back surface) of the piezoelectric substrate. A micro-generator using holes, wherein two electrodes are conductive film / electrodes formed on both side surfaces of a substrate side wall formed by adjacent recesses, and the substrate side wall is deformed to deform the substrate Electricity generated on both side surfaces of the side wall is collected by the conductive film / electrode to generate electric power, or the substrate surface (first surface) is directed from the first surface (front surface) to the second surface (back surface). A micro-generator using a recess or a through-hole formed substantially perpendicular to the first and second surfaces), wherein the first conductor film is formed on the side surface of the substrate side wall formed by the adjacent recess. Form a piezoelectric film on it and a second conductor film on it The electric charges generated on both surfaces of the piezoelectric film due to the deformation of the substrate side wall are collected by the first conductor film and / or the second conductor film to generate electric power, or formed in the substrate. A micro-generator using recesses (inside polymer recesses) formed in a piezoelectric polymer filled in the recesses, on both sides of a polymer substrate side wall formed by adjacent recesses in the polymer The formed conductive film / electrode is two electrodes, and the electric charges generated on both side surfaces of the polymer substrate side wall due to deformation of the polymer substrate side wall are collected by the conductive film / electrode to generate electric power, or , A micro-generator using a recess formed in a polymer filled in a recess formed in a substrate (inside polymer recess), and adjacent polymer A first conductor film is formed on both side surfaces of the polymer substrate side wall formed by the recess, a piezoelectric film is formed thereon, and a second conductor film is formed thereon, and the polymer substrate side wall is deformed to deform the piezoelectric film. The micro-generator is characterized in that the electric charges generated on both sides are collected by the first conductor film and / or the second conductor film to generate electric power.

本発明は、半導体基板等の基板の厚み方向に深い溝を形成する。隣接する複数の溝の間の基板側壁(隔壁)の上面および/または下面に薄板を付着する。以上のような特徴を持つ本発明は、基板の厚み方向にセンサが形成されるので、半導体基板の平面におけるマイクロホン(音響トランスデューサ)や力量センサ(加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ等)や微小発電機などの大きさを極めて小さくできる。しかもリソグラフィー等やインプリント法のLSI技術を用いて形成できるので、極めて精密で安価なセンサを作成できる。また、基板側壁(隔壁)に圧力や加速度や角速度や音波等の力量をかけると、溝同士の間の基板側壁(隔壁)(ダイヤフラムに相当)が湾曲して溝部の容量が変化する。この変化量を検出することにより、圧力や加速度や角速度や音波等の力量を検知できる。溝を深くすることにより、容量が増大するので、より面積の小さいセンサを作成できる。また、基板側壁(隔壁)を薄くすることにより、基板側壁(隔壁)の変形量を増大できるので、センサの感度も高まる。 In the present invention, deep grooves are formed in the thickness direction of a substrate such as a semiconductor substrate. A thin plate is attached to the upper surface and / or the lower surface of the substrate side wall (partition wall) between adjacent grooves. In the present invention having the above-described features, since the sensor is formed in the thickness direction of the substrate, a microphone (acoustic transducer), a force sensor (acceleration sensor, angular velocity sensor, pressure sensor, etc.) and micro power generation in the plane of the semiconductor substrate. The size of the machine can be made extremely small. Moreover, since it can be formed by using LSI technology such as lithography or imprint method, an extremely precise and inexpensive sensor can be created. Further, when a force such as pressure, acceleration, angular velocity, or sound wave is applied to the substrate side wall (partition wall), the substrate side wall (partition wall) (corresponding to the diaphragm) between the grooves is curved, and the capacity of the groove portion changes. By detecting this amount of change, it is possible to detect the amount of force such as pressure, acceleration, angular velocity, and sound waves. Since the capacity is increased by deepening the groove, a sensor with a smaller area can be created. Further, since the deformation amount of the substrate side wall (partition wall) can be increased by making the substrate side wall (partition wall) thinner, the sensitivity of the sensor also increases.

図45は、本発明の音響トランスデューサー(たとえば、マイクロホン、スピーカー、イアホン等、以下はマイクロホンと記載)の第1の実施形態(第1の構造)を示す図で、その構造を半導体基板111の断面図で示す。半導体基板111の第1面111−S1から第2面111−S2へ形成された凹部(図45では、貫通孔)112(112−1、112−2、112−3)の側面に絶縁膜113が形成されている。半導体基板111は、たとえばシリコン(Si)、炭素(C)、ゲルマニウム(Ge)等の単元素半導体基板、或いは、ガリウムヒ素(GaAs)、インジウムリン(InP)、窒化ガリウム(GaN)、炭化ケイ素(SiC)等の二元素半導体基板、或いは多元素半導体基板である。或いは、半導体基板ではなく、絶縁基板や導電体基板でも良い。たとえば、絶縁体基板として、ガラス、プラスチック等の高分子、セラミック、ゴム等の絶縁体基板である。絶縁体基板の場合には、絶縁膜113は形成しなくても良い場合がある。導電体基板として、たとえば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、各種合金(ステンレス等)、導電性ゴム、導電性プラスチックである。以下の説明では、主に半導体基板として説明する。 FIG. 45 is a diagram showing a first embodiment (first structure) of an acoustic transducer according to the present invention (for example, a microphone, a speaker, an earphone, etc., hereinafter referred to as a microphone). Shown in cross section. The insulating film 113 is formed on the side surface of the recess (through-hole in FIG. 45) 112 (112-1, 112-2, 112-3) formed from the first surface 111-S1 to the second surface 111-S2 of the semiconductor substrate 111. Is formed. The semiconductor substrate 111 is a single element semiconductor substrate such as silicon (Si), carbon (C), germanium (Ge), or the like, or gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), gallium nitride (GaN), silicon carbide ( A two-element semiconductor substrate such as SiC) or a multi-element semiconductor substrate. Alternatively, instead of a semiconductor substrate, an insulating substrate or a conductor substrate may be used. For example, the insulator substrate is an insulator substrate such as a polymer such as glass or plastic, ceramic, or rubber. In the case of an insulating substrate, the insulating film 113 may not be formed. For example, copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe), nickel (Ni), titanium (Ti), zinc (Zn), various alloys (stainless steel, etc.), conductive rubber, conductive It is plastic. In the following description, description will be made mainly on a semiconductor substrate.

凹部112は、半導体基板111の第1面111−S1および/または第2面111−S2に対し略垂直に形成されており、第1面111−S1および第2面111−S2で完全に貫通した貫通孔であっても良い。図45では貫通孔として説明する。半導体基板111の第2面111−S2側は薄板110が付着しており、貫通孔112(112−1、2、3)は半導体基板111の第2面111−S2で閉じている。この薄板110は貫通孔112を形成する前に付着しても良いし、貫通孔112を形成した後に付着しても良い。薄板110を貫通孔112を形成した後に付着する場合は、絶縁膜113を形成した後、或いはその後のプロセスで薄板110を付着させることもできる。 The recess 112 is formed substantially perpendicular to the first surface 111-S1 and / or the second surface 111-S2 of the semiconductor substrate 111, and completely penetrates the first surface 111-S1 and the second surface 111-S2. It may be a through hole. In FIG. 45, description will be made as a through hole. The thin plate 110 is attached to the second surface 111-S2 side of the semiconductor substrate 111, and the through holes 112 (112-1, 2, 3) are closed by the second surface 111-S2 of the semiconductor substrate 111. The thin plate 110 may be attached before the through hole 112 is formed, or may be attached after the through hole 112 is formed. In the case where the thin plate 110 is attached after the through-hole 112 is formed, the thin plate 110 can be attached after the insulating film 113 is formed or in a subsequent process.

貫通孔112(112−1、3)の側面には導電体膜115(115−1、2、3、4)が形成される。貫通孔112−1において、導電体膜115−1および115−2は対向しており、接続していない。すなわち、紙面に垂直方向において、導電体膜115−1および115−2は接続していない。さらに貫通孔112−1以外の領域においても導電体膜115−1および115−2は接続していないので、導電体膜115−1および115−2は、貫通孔112−1において、貫通孔112−1内空間を容量成分とするコンデンサの対向電極となっている。
また、貫通孔112−3において、導電体膜115−3および115−4は対向しており、接続していない。すなわち、紙面に垂直方向において、導電体膜115−3および115−4は接続していない。さらに貫通孔112−3以外の領域においても導電体膜115−3および115−4は接続していないので、導電体膜115−3および115−4は、貫通孔112−1において、貫通孔112−1内空間を容量成分とするコンデンサの対向電極となっている。
Conductor films 115 (115-1, 2, 3, 4) are formed on the side surfaces of the through holes 112 (112-1, 3). In the through hole 112-1, the conductor films 115-1 and 115-2 face each other and are not connected. That is, the conductor films 115-1 and 115-2 are not connected in the direction perpendicular to the paper surface. Further, since the conductor films 115-1 and 115-2 are not connected in the region other than the through hole 112-1, the conductor films 115-1 and 115-2 are connected to the through hole 112 in the through hole 112-1. -1 is a counter electrode of a capacitor having the internal space as a capacitive component.
Further, in the through hole 112-3, the conductor films 115-3 and 115-4 face each other and are not connected. That is, the conductor films 115-3 and 115-4 are not connected in the direction perpendicular to the paper surface. Further, since the conductor films 115-3 and 115-4 are not connected in the region other than the through hole 112-3, the conductor films 115-3 and 115-4 are connected to the through hole 112 in the through hole 112-1. -1 is a counter electrode of a capacitor having the internal space as a capacitive component.

貫通孔112−2は外部からの音波を受信し導入する部分であり、その音波により貫通孔112−1および貫通孔112−2、並びに貫通孔112−3および貫通孔112−2によって挟まれた基板(これを基板側壁と呼ぶ)111(111−1、111−2)が振動する。いわば、これらの基板側壁111(111−1、111−2)はダイヤフラムの役割を果たす。このダイヤフラムが振動板に相当する。
導電体膜115−1および115−2の間に一定電圧Vをかけておけば、この基板側壁111(111−1)の振動によって、貫通孔112(112−1)における対向する導電体膜(コンデンサの電極ともなっているので、電極と呼ぶこともある)115−1および115−2の間の静電容量が変化する。また、導電体膜115−3および115−4の間に一定電圧Vをかけておけば、貫通孔112(112−3)における対向する導電体膜(コンデンサの電極ともなっているので、電極と呼ぶこともある)115−3および115−4の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化量を電圧の変化へ変換することにより、音波の音圧レベルを得ることができる。
The through hole 112-2 is a part that receives and introduces sound waves from the outside, and is sandwiched between the through hole 112-1 and the through hole 112-2, and the through hole 112-3 and the through hole 112-2 by the sound wave. The substrate (referred to as a substrate side wall) 111 (111-1, 111-2) vibrates. In other words, these substrate side walls 111 (111-1, 111-2) serve as diaphragms. This diaphragm corresponds to a diaphragm.
If a constant voltage V is applied between the conductor films 115-1 and 115-2, the opposing conductor film (in the through hole 112 (112-1)) (by the vibration of the substrate side wall 111 (111-1)) ( The capacitance between 115-1 and 115-2 is changed because it is also an electrode of the capacitor (sometimes called an electrode). Also, if a constant voltage V is applied between the conductor films 115-3 and 115-4, the opposing conductor film (capacitor electrode in the through hole 112 (112-3) is also called an electrode. The capacitance between 115-3 and 115-4 may change. The sound pressure level of the sound wave can be obtained by converting the amount of change in capacitance into a change in voltage.

半導体基板111の第2面111−S2側は薄板110が付着しているが、第1面111−S1側に薄板119を付着しても良い。貫通孔112(112−1、2、3)の表面および裏面は薄板110および119でカバーされているので、本発明のマイクロホンは機械的衝撃に強く、外界の変化(耐環境性)等にも強い。図45にも示すように、音源126からの音波127を受ける貫通孔112(112−2)をカバーする薄板119には音波127を導入する音波導入孔(開口)122が一つまたは複数設けられ、音波127が効率的に貫通孔112(112−2)内に導入される。あるいは、貫通孔112(112−2)の第1面111−S1側に音波導入孔(開口)122が大きく一つだけ開けられたり、または貫通孔全体に音波導入孔(開口)122が開けられていても良い。 The thin plate 110 is attached to the second surface 111-S2 side of the semiconductor substrate 111, but the thin plate 119 may be attached to the first surface 111-S1 side. Since the front and back surfaces of the through-holes 112 (112-1, 2, 3) are covered with the thin plates 110 and 119, the microphone of the present invention is resistant to mechanical shock and is also resistant to changes in the external environment (environment resistance). strong. As shown in FIG. 45, the thin plate 119 that covers the through-hole 112 (112-2) that receives the sound wave 127 from the sound source 126 is provided with one or a plurality of sound wave introduction holes (openings) 122 that introduce the sound wave 127. The sound wave 127 is efficiently introduced into the through hole 112 (112-2). Alternatively, only one sonic wave introduction hole (opening) 122 is opened on the first surface 111-S1 side of the through hole 112 (112-2), or the sonic wave introduction hole (opening) 122 is opened in the entire through hole. May be.

貫通孔112(112−2)内に導入された音波が貫通孔内で留まるのを防止するために、半導体基板111の第2面111−S2側をカバーしている薄板110の貫通孔112(112−2)の部分における一部に音波抜け孔127を設けても良い。音波とは空気の振動であるから、空気振動は速やかに音波抜け孔127から抜けていく。尚、当然貫通孔112(112−2)内に導入された音波は、音波導入孔(開口)122からも抜けてゆく。従って、半導体基板111の第2面111−S2側をカバーしている薄板110の音波抜け孔127を音波導入孔とすることもでき、その場合には、半導体基板111の第2面111−S2側からの音も検知することができる。 In order to prevent the sound wave introduced into the through-hole 112 (112-2) from staying in the through-hole, the through-hole 112 (in the thin plate 110 covering the second surface 111-S2 side of the semiconductor substrate 111). A sound wave hole 127 may be provided in a part of the portion 112-2). Since sound waves are vibrations of air, air vibrations quickly escape from the sound wave holes 127. Of course, the sound wave introduced into the through-hole 112 (112-2) also escapes from the sound wave introduction hole (opening) 122. Therefore, the sound wave introduction hole 127 of the thin plate 110 covering the second surface 111-S2 side of the semiconductor substrate 111 can be used as a sound wave introduction hole. In this case, the second surface 111-S2 of the semiconductor substrate 111 is used. Sound from the side can also be detected.

音波を受けて基板側壁111(111−1、111−2)が振動し、その振動によって容量空間である112(112−1、112−2)の静電容量が変化する。このとき容量空間である貫通孔112(112−1、112−2)内にエアー等の気体が入っていて、かつ薄板110および119で貫通孔112(112−1、112−2)が密閉されていると、貫通孔112(112−1、112−2)内の圧力が変化する。この圧力変化が基板側壁111(111−1、111−2)の振動に影響を与える可能性があるので、貫通孔112(112−1、112−2)内の圧力が変化しないようにするために、貫通孔112(112−1、112−2)をカバーしている薄板110にガス抜き孔128(128−1、128−2)を空けておく。これは薄板119側にあけても良いし、両方に開けておいても良い。ただし、このガス抜き孔128(128−1、128−2)から音波が入らないようにする必要がある。ガス抜き孔128(128−1、128−2)から音波が入ると、こちらの方からも側壁111(111−1、111−2)が振動してしまうからである。尚、貫通孔112(112−1、112−2)内が真空(に近い)状態で密閉されていれば、圧力変動はない。 The substrate side wall 111 (111-1, 111-2) vibrates in response to the sound wave, and the electrostatic capacity of the capacitance space 112 (112-1, 112-2) changes due to the vibration. At this time, a gas such as air is contained in the through holes 112 (112-1, 112-2) which are the capacity spaces, and the through holes 112 (112-1, 112-2) are sealed with the thin plates 110 and 119. If it is, the pressure in the through-hole 112 (112-1, 112-2) will change. Since this pressure change may affect the vibration of the substrate side wall 111 (111-1, 111-2), in order to prevent the pressure in the through hole 112 (112-1, 112-2) from changing. In addition, the gas vent holes 128 (128-1, 128-2) are opened in the thin plate 110 covering the through holes 112 (112-1, 112-2). This may be opened on the thin plate 119 side, or may be opened on both sides. However, it is necessary to prevent sound waves from entering from the gas vent holes 128 (128-1, 128-2). This is because when sound waves enter from the gas vent holes 128 (128-1, 128-2), the side walls 111 (111-1, 111-2) also vibrate from here. In addition, if the inside of the through-hole 112 (112-1, 112-2) is sealed in a vacuum (close to) state, there is no pressure fluctuation.

貫通孔112(112−1、112−2)の電極・配線(導電体膜)115(115−1、2、3、4)上は絶縁膜117が形成され保護されている。絶縁膜113、導電体膜115、および絶縁膜117は貫通孔内だけでなく、半導体基板111の第1面111−S1(または第2面111−S2)上にも形成される。図45から分かるように、導電体膜115は貫通孔112(112−1、112−2)内でコンデンサの電極・配線となるようにパターニングされ、半導体基板111の第1面111−S1(または第2面111−S2でも良い)上まで引き出される。半導体基板111の第1面111−S1上の所定部分で、絶縁膜117はコンタクト孔123が開口され、このコンタクト孔123から電圧Vが供給される。また、薄板119においても、コンタクト孔123を電源供給部領域(電源供給開口部)121は開口される。 An insulating film 117 is formed and protected on the electrode / wiring (conductor film) 115 (115-1, 2, 3, 4) of the through hole 112 (112-1, 112-2). The insulating film 113, the conductor film 115, and the insulating film 117 are formed not only in the through hole but also on the first surface 111-S1 (or the second surface 111-S2) of the semiconductor substrate 111. As can be seen from FIG. 45, the conductor film 115 is patterned so as to be the electrode / wiring of the capacitor in the through hole 112 (112-1, 112-2), and the first surface 111-S1 (or the semiconductor substrate 111) (or The second surface 111-S2 may be used). A contact hole 123 is opened in the insulating film 117 at a predetermined portion on the first surface 111 -S 1 of the semiconductor substrate 111, and a voltage V is supplied from the contact hole 123. Also in the thin plate 119, the contact hole 123 is opened in the power supply part region (power supply opening part) 121.

図46は、本発明のマイクロホンを平面的に見たものである。矩形状の貫通孔112(112−1、112−2、112−3)が並行に配置されている。貫通孔112−1および112−2の間に基板側壁111−1、貫通孔112−2および112−3の間に基板側壁111−2があり、これらの基板側壁111−1および111−2はダイヤフラムとなり、貫通孔112−2に導入された音波によって振動する。図45および図46から分かるように、基板側壁111−1および111−2は矩形状(長方形形状)であり、立体的に言えば直方体形状である。基板側壁111−1および111−2の厚みをa、幅をb、深さをhとすれば、基板側壁の大きさ(体積)はabhとなる。貫通孔112−1の幅をe、貫通孔112−2の幅をd、貫通孔112−3の幅をfとすると、貫通孔112−1の大きさ(体積)はbhe、貫通孔112−2の大きさ(体積)はbhd、貫通孔112−3の大きさ(体積)はbhfとなる。通常は貫通孔112−1と貫通孔112−3は同じサイズとするので、e=fとなる。貫通孔の場合には、hは基板111の厚みとほぼ等しい。凹部の場合には、hは基板111の厚みより小さい。 FIG. 46 is a plan view of the microphone of the present invention. Rectangular through holes 112 (112-1, 112-2, 112-3) are arranged in parallel. There is a substrate side wall 111-1 between the through holes 112-1 and 112-2, and a substrate side wall 111-2 between the through holes 112-2 and 112-3, and these substrate side walls 111-1 and 111-2 are It becomes a diaphragm and vibrates by the sound wave introduced into the through hole 112-2. As can be seen from FIGS. 45 and 46, the substrate side walls 111-1 and 111-2 have a rectangular shape (rectangular shape), which is a rectangular parallelepiped shape in three dimensions. If the thickness of the substrate sidewalls 111-1 and 111-2 is a, the width is b, and the depth is h, the size (volume) of the substrate sidewall is abh. When the width of the through hole 112-1 is e, the width of the through hole 112-2 is d, and the width of the through hole 112-3 is f, the size (volume) of the through hole 112-1 is bhe, and the through hole 112- The size (volume) of 2 is bhd, and the size (volume) of the through hole 112-3 is bhf. Normally, since the through hole 112-1 and the through hole 112-3 have the same size, e = f. In the case of a through hole, h is approximately equal to the thickness of the substrate 111. In the case of a recess, h is smaller than the thickness of the substrate 111.

図46では、基板111上に形成した薄膜の状態が分かるように一部の薄膜のみ示しているが、薄膜の構成は図45と同じである。容量空間となる貫通孔112−1および112−3においては、貫通孔の側面に絶縁膜113が形成され、その上に導電体膜115が形成されている。導電体膜115は必要なパターニングがなされる。貫通孔112−1において、導電体膜115−1および115−2は互いに対向する電極・配線となるので、導通していない。それら(導電体膜115−1および115−2の側面電極)の大きさ(面積)は貫通孔112−1の側面とほぼ同じであるから、bhである。導電体膜115−1および115−2の側面電極間距離はeである(厳密には、絶縁膜113および導電体膜115の厚みを考慮する必要がある)から、導電体膜115−1および115−2の側面電極間に発生する静電容量C1は、C1=ε・ε0・e/bhとなる。ここで、ε0は真空中の誘電率、εは誘電係数である。
貫通孔112−3において、導電体膜115−3および115−4は互いに対向する電極・配線となるので、導通していない。それら(導電体膜115−3および115−4の側面電極)の大きさ(面積)は貫通孔112−3の側面とほぼ同じであるから、bhである。導電体膜115−3および115−4の側面電極間距離はfである(厳密には、絶縁膜113および導電体膜115の厚みを考慮する必要がある)から、導電体膜115−3および115−4の側面電極間に発生する静電容量C2は、C1=ε・ε0・f/bhとなる。
In FIG. 46, only a part of the thin film is shown so that the state of the thin film formed on the substrate 111 can be understood, but the structure of the thin film is the same as that in FIG. In the through holes 112-1 and 112-3 serving as the capacitor space, the insulating film 113 is formed on the side surface of the through hole, and the conductor film 115 is formed thereon. The conductor film 115 is subjected to necessary patterning. In the through-hole 112-1, the conductor films 115-1 and 115-2 are not conductive because they are electrodes / wirings facing each other. Since the size (area) of them (side electrodes of the conductor films 115-1 and 115-2) is substantially the same as the side surface of the through hole 112-1, it is bh. The distance between the side electrodes of the conductor films 115-1 and 115-2 is e (strictly, it is necessary to consider the thickness of the insulating film 113 and the conductor film 115). The capacitance C1 generated between the side electrodes 115-2 is C1 = ε · ε0 · e / bh. Here, ε0 is a dielectric constant in vacuum, and ε is a dielectric coefficient.
In the through-hole 112-3, the conductor films 115-3 and 115-4 become electrodes / wirings facing each other and are not conductive. Since the size (area) of these (side electrodes of the conductor films 115-3 and 115-4) is substantially the same as the side surface of the through hole 112-3, it is bh. Since the distance between the side electrodes of the conductor films 115-3 and 115-4 is f (strictly, it is necessary to consider the thickness of the insulating film 113 and the conductor film 115), the conductor films 115-3 and 115-4 The capacitance C2 generated between the side electrodes 115-4 is C1 = ε · ε0 · f / bh.

基板側壁111−1および111−2が振動するとe、fが変化するので、静電容量C1およびC2が変化する。この変化を検出すれば音波に対応する容量変化(これに対応する電圧変化)の信号を得ることができるから、音波に再び戻すことができる。パターニングされた導電体膜115上に絶縁膜117が形成される。図46では記載していないが、基板111上には絶縁膜113や117が形成され、導電体膜117は電極・配線引き出し用にパターニングされている。貫通孔112−2においては、導電体膜115は必要がないのでエッチング除去しておくことが望ましいが、音波を受け取る上で問題なければ残しておいても良い。従って、貫通孔112−2においては、絶縁膜113や117が積層された状態となっている。また、図46では記載していないが、貫通孔112−1、112−2、112−3の底部は、図45から分かるように薄板110が存在するが、貫通孔を形成した後に絶縁膜113等を形成するので、これらの膜を残しておいても良い。ただし、容量空間を構成する貫通孔112−1および112−3においては、導電体膜115は除去しておく必要があることは当然である。(コンデンサの電極が導通しないようにする。)
図45および図46においては、音波導入用貫通孔112−3の両側に容量空間を構成する貫通孔112−1および112−3を形成しているが、片側だけに貫通孔を形成するだけでも音波による容量変化を検出することができる。両側に貫通孔を形成することによって、片側だけの場合よりも容量変化量が約2倍になるので、検出感度を増大することができる。
When the substrate side walls 111-1 and 111-2 vibrate, e and f change, so that the capacitances C1 and C2 change. If this change is detected, a capacitance change signal corresponding to the sound wave (a voltage change corresponding thereto) can be obtained, so that it can be returned to the sound wave again. An insulating film 117 is formed on the patterned conductor film 115. Although not shown in FIG. 46, insulating films 113 and 117 are formed on the substrate 111, and the conductor film 117 is patterned for electrode / wiring extraction. In the through hole 112-2, the conductor film 115 is not necessary and is preferably removed by etching, but may be left if there is no problem in receiving the sound wave. Therefore, in the through hole 112-2, the insulating films 113 and 117 are laminated. Although not shown in FIG. 46, the thin plate 110 is present at the bottom of the through holes 112-1, 112-2, 112-3 as can be seen from FIG. 45, but the insulating film 113 is formed after the through holes are formed. Etc., these films may be left. However, it is a matter of course that the conductor film 115 needs to be removed in the through holes 112-1 and 112-3 constituting the capacitance space. (Prevent the capacitor electrode from conducting.)
In FIGS. 45 and 46, the through holes 112-1 and 112-3 constituting the capacity space are formed on both sides of the sound wave introducing through hole 112-3, but it is also possible to form the through hole only on one side. Capacitance change due to sound waves can be detected. By forming the through-holes on both sides, the amount of change in capacitance is about twice that in the case of only one side, so that the detection sensitivity can be increased.

図47は、さらに容量空間を構成する貫通孔112−4、112−5を貫通孔112−2の側面に設けた構造を示す図である。従って、矩形形状の音波導入用貫通孔112−2の4つの側面全部に容量空間を構成する貫通孔が形成されているので、これらの貫通孔同士の間に4つの基板側壁111−1、111−2、111−3、111−4が存在する。音波導入用貫通孔112−2に導入された音波によってこれらの4つの基板側壁111−1、111−2、111−3、111−4が振動し、これに伴い貫通孔112−1、112−3、112−4、112−5における静電容量が変化するので、音波を検出することができ、しかも静電容量の変化量が増幅されているので、音波の検出感度が増大する。尚、図47では、基板111上に形成した薄膜の状態が分かるように一部の薄膜のみ示しているが、薄膜の構成は図45と同じである。
基板側壁111−3の幅をj、貫通孔112−4の幅をgとすれば、貫通孔112−4の大きさは、dhgである。基板側壁111−4の幅をk、貫通孔112−5の幅をmとすれば、貫通孔112−5の大きさは、dhmである。音波導入用貫通孔112−2の平面形状を正方形に形成し(すなわち、b=d)、それぞれの基板側壁111−1、111−2、111−3、111−4の幅を同じにすれば(すなわち、a=j=k)、基板側壁111−1、111−2、111−3、111−4の振動モードは同じとなる。(半導体基板がシリコンの単結晶基板であるとき、基板側壁111−1、111−2、111−3、111−4の各面は、基板面に垂直でありかつ互いに垂直であるから、結晶面が同系の結晶方向である。)また、貫通孔貫通孔112−1、112−3、112−4、112−5の大きさも同じくすれば(すなわち、e=f=j=m)、貫通孔貫通孔112−1、112−3、112−4、112−5におけるコンデンサの容量変化が同じとなる。このようにすることによって、静電容量の変化量が約4倍に増幅され、音波の検出感度が増大する。
FIG. 47 is a diagram showing a structure in which through holes 112-4 and 112-5 constituting a capacity space are further provided on the side surface of the through hole 112-2. Accordingly, since the through holes constituting the capacitive space are formed on all four side surfaces of the rectangular sound wave introducing through hole 112-2, the four substrate side walls 111-1 and 111 are formed between these through holes. -2, 111-3, and 111-4. These four substrate side walls 111-1, 111-2, 111-3, 111-4 vibrate by the sound wave introduced into the sound wave introducing through hole 112-2, and accordingly, the through holes 112-1, 112- Since the capacitances at 3, 112-4, and 112-5 change, sound waves can be detected, and the change amount of the capacitance is amplified, so that the detection sensitivity of the sound waves increases. In FIG. 47, only a part of the thin film is shown so that the state of the thin film formed on the substrate 111 can be seen, but the structure of the thin film is the same as that in FIG.
If the width of the substrate side wall 111-3 is j and the width of the through hole 112-4 is g, the size of the through hole 112-4 is dhg. If the width of the substrate side wall 111-4 is k and the width of the through hole 112-5 is m, the size of the through hole 112-5 is dhm. If the plane shape of the sound wave introducing through hole 112-2 is formed in a square shape (that is, b = d) and the widths of the substrate side walls 111-1, 111-2, 111-3, 111-4 are made the same. (That is, a = j = k), the vibration modes of the substrate side walls 111-1, 111-2, 111-3, and 111-4 are the same. (When the semiconductor substrate is a single crystal substrate of silicon, each surface of the substrate sidewalls 111-1, 111-2, 111-3, 111-4 is perpendicular to the substrate surface and perpendicular to each other. And the through-hole through-holes 112-1, 112-3, 112-4, and 112-5 have the same size (ie, e = f = j = m). The capacitance changes of the capacitors in the through holes 112-1, 112-3, 112-4, and 112-5 are the same. By doing so, the amount of change in capacitance is amplified about four times, and the detection sensitivity of sound waves increases.

図48は、平面形状(基板面に平行な断面)が円形状(立体的に見れば、円柱形状)であるマイクロホンを示す図である。音波導入用の貫通孔132(132−1)は半径r1の円形状であり、その周囲に半径r2で、幅(厚み)がr2−r1の基板側壁131(131−1)が取り囲んでいる。さらに、その周囲に半径r3で、幅がr3−r2の容量空間となる貫通孔132(132−2)が取り囲んでいる。すなわち、この貫通孔132(132−2)はドーナツ形状となっている。また、貫通孔132(132−1)、基板側壁131(131−1)および貫通孔132(132−2)は同心円状となっている。図48では、絶縁膜等を記載していないが、実際には断面構造は図45と同様であり、絶縁膜や導電体膜の構成も図45〜図47と同様である。図48では、基板111上に形成した薄膜の状態が分かるように一部の薄膜のみ示しているが、薄膜の構成は図45と同じである。 FIG. 48 is a diagram showing a microphone whose planar shape (cross section parallel to the substrate surface) is circular (cylindrical when viewed three-dimensionally). The through hole 132 (132-1) for introducing a sound wave has a circular shape with a radius r1, and a substrate side wall 131 (131-1) with a radius r2 and a width (thickness) r2-r1 surrounds the periphery. Further, a through-hole 132 (132-2) serving as a capacity space having a radius r3 and a width r3-r2 is surrounded by the periphery. That is, the through hole 132 (132-2) has a donut shape. Moreover, the through-hole 132 (132-1), the board | substrate side wall 131 (131-1), and the through-hole 132 (132-2) are concentric. In FIG. 48, although an insulating film or the like is not shown, the cross-sectional structure is actually the same as that in FIG. 45, and the configurations of the insulating film and the conductor film are also the same as those in FIGS. In FIG. 48, only a part of the thin film is shown so that the state of the thin film formed on the substrate 111 can be understood, but the structure of the thin film is the same as that in FIG.

基板側壁131(131−1)の外周には導電体膜135(135−1)が積層され、また貫通孔貫通孔132(132−2)の外周にも導電体膜135(135−2)が積層されている。導電体膜135(135−1)および導電体膜135(135−2)は導通せず、距離r3−r2を有するコンデンサの電極を構成する。(実際には、導電体膜の厚みや他の絶縁膜の厚みも考慮する必要がある。)貫通孔132(132−1)に音波が導入されると、基板側壁131(131−1)は音波の振動に合わせて振動する。この基板側壁131(131−1)の振動に合わせて導電体膜135(135−1)および導電体膜135(135−2)間の静電容量が変化するので、これらの電極間に一定電圧Vを印加すれば、静電容量の変化を検出することができる。すなわち、音波信号を検出することができる。 A conductor film 135 (135-1) is laminated on the outer periphery of the substrate side wall 131 (131-1), and the conductor film 135 (135-2) is also formed on the outer periphery of the through hole through hole 132 (132-2). Are stacked. The conductor film 135 (135-1) and the conductor film 135 (135-2) do not conduct and constitute an electrode of a capacitor having a distance r3-r2. (In actuality, it is necessary to consider the thickness of the conductor film and the thickness of other insulating films.) When sound waves are introduced into the through holes 132 (132-1), the substrate sidewall 131 (131-1) Vibrates according to the vibration of the sound wave. Since the electrostatic capacitance between the conductor film 135 (135-1) and the conductor film 135 (135-2) changes in accordance with the vibration of the substrate side wall 131 (131-1), a constant voltage is applied between these electrodes. If V is applied, a change in capacitance can be detected. That is, a sound wave signal can be detected.

図48に示すような同心円形状のマイクロホンでは、コンデンサを構成する電極は2つであり、図46や図47に比較すると少なくてすみ、しかもコンデンサを構成する対向電極の面積を大きくできる(単位面積当たり)ので、マイクロホンの感度を高めることができ、非常に効率の良いマイクロホンデバイスを作製できる。図48に示す円形形状の場合には、基板面において等方的であるから、音波信号の検出には好適である。図49は矩形(正方形または長方形)形状のマイクロホンで、コンデンサを構成する電極は2つの場合を示す図である。図46や図47のように電極を分割しても良いが、図49のようにコンデンサを結合して対向電極を2つにすることによって、電極・配線を少なくすることができるとともに、全体の面積を小さくすることができ、さらに全体の静電容量を増大させることができる。従って、単位面積当たりの検出感度を増大することが可能となる。尚、図50では、基板111上に形成した薄膜の状態が分かるように一部の薄膜のみ示しているが、薄膜の構成は図45と同じである。 In the concentric microphone as shown in FIG. 48, the number of electrodes constituting the capacitor is two, which is smaller than that of FIGS. 46 and 47, and the area of the counter electrode constituting the capacitor can be increased (unit area). Therefore, the sensitivity of the microphone can be increased, and a highly efficient microphone device can be manufactured. The circular shape shown in FIG. 48 is isotropic on the substrate surface, which is suitable for detecting a sound wave signal. FIG. 49 is a diagram showing a case where a microphone having a rectangular shape (square or rectangular shape) has two electrodes constituting a capacitor. The electrodes may be divided as shown in FIG. 46 and FIG. 47, but the number of electrodes / wirings can be reduced by connecting the capacitor to two counter electrodes as shown in FIG. The area can be reduced, and the overall capacitance can be increased. Therefore, the detection sensitivity per unit area can be increased. In FIG. 50, only a part of the thin film is shown so that the state of the thin film formed on the substrate 111 can be understood, but the configuration of the thin film is the same as that in FIG.

図45〜図49から分かるように、平面形状(基板面に平行な断面)が他の形状でも良い。たとえば、三角形状、5角形以上の多角形状、あるいは楕円形状でも良い。三角形以上の多角形の場合、正多角形がそれぞれの面における振動による変形が同じまたは類似するので望ましい。図46〜図49では電極取り出し口を記載していないが、図45の断面形状に示すように、基板側壁の上面に付着した薄板にコンタクト孔をあけて、このコンタクト孔に基板側壁の上面にも積層した導電体膜を露出させて電極取り出し口とする。基板側壁上面に積層した導電体膜は基板側壁の側面に積層された導電体膜(たとえば、図48における135−1や135−2)と連続した薄膜である。また、基板側壁の側面、上面、貫通孔底部に積層した導電体膜は必要なパターニングが行なわれる。 As can be seen from FIGS. 45 to 49, the planar shape (cross section parallel to the substrate surface) may be other shapes. For example, it may be triangular, pentagonal or more polygonal, or elliptical. In the case of a polygon more than a triangle, a regular polygon is desirable because the deformation due to vibration in each face is the same or similar. 46 to 49, the electrode outlet is not shown. However, as shown in the cross-sectional shape of FIG. Also, the laminated conductor film is exposed to form an electrode outlet. The conductor film laminated on the upper surface of the substrate side wall is a thin film continuous with the conductor film (for example, 135-1 and 135-2 in FIG. 48) laminated on the side surface of the substrate side wall. Further, necessary patterning is performed on the conductor film laminated on the side surface, top surface, and bottom of the through hole of the substrate side wall.

図50は、本発明の加速度センサを示す平面図である。基板面に平行な断面図または上面または下面を見た図と考えれば良い。薄膜構造は図45と同様であるが、必要な薄膜のみ示している。図50に示すように、略矩形形状(立体的には略直方体形状)の貫通孔211を中心において、直方体の4つの各側面に平行に基板側壁201(201−1、201−2、201−3、201−4)を挟んで4つの貫通孔213、214、215、216が配置されている。これらの4つの貫通孔213、214、215、216は、幅がp、長さがq、深さがsの略直方体形状の空間であり、中央の貫通孔211は長さがqの正方形で、深さがsの略直方体形状の空間である。また、基板側壁201(201−1、201−2、201−3、201−4)の幅(厚み)はtである。p、q、s、tは各貫通孔や各基板側壁で変えても良いが、その場合は各貫通孔で検出する加速度の大きさを比較するために容量変換回路を用いて換算比較回路を設ける必要があるので、各貫通孔(中央の貫通孔211を除く)や各基板側壁は同じ大きさとした方が良く、p、q、s、tは同じ値とした方が望ましい。 FIG. 50 is a plan view showing the acceleration sensor of the present invention. A cross-sectional view parallel to the substrate surface or a view of the upper surface or the lower surface may be considered. The thin film structure is the same as in FIG. 45, but only the necessary thin films are shown. As shown in FIG. 50, the substrate side wall 201 (201-1, 201-2, 201-is parallel to each of the four side surfaces of the rectangular parallelepiped, with the through-hole 211 having a substantially rectangular shape (three-dimensionally substantially rectangular parallelepiped shape) as the center. 3, 201-4), four through holes 213, 214, 215, 216 are arranged. These four through holes 213, 214, 215, and 216 are substantially rectangular parallelepiped spaces having a width of p, a length of q, and a depth of s, and the central through hole 211 is a square having a length of q. A space having a substantially rectangular parallelepiped shape with a depth of s. Further, the width (thickness) of the substrate side wall 201 (201-1, 201-2, 201-3, 201-4) is t. p, q, s, and t may be changed for each through-hole and each substrate side wall. In that case, a conversion comparison circuit is used by using a capacitance conversion circuit in order to compare the magnitude of acceleration detected by each through-hole. Since it is necessary to provide each through-hole (except for the central through-hole 211) and each substrate side wall, it is better to have the same size, and it is desirable that p, q, s, and t have the same value.

容量空間となるコンダンサ用貫通孔213において、基板側壁側面に形成された導電体膜221はコンデンサ213の一方の電極となり、これと対向する他方の電極である導電体膜222はコンダンサ用貫通孔213の他方の内側面に形成される。これらの2つの電極の間の距離はpであるから、(実際には、貫通孔213内に形成された絶縁膜や導電体膜等の厚みを考慮する必要がある。)2つの電極の間の静電容量Cは、C=ε・ε0・p/(qs)となる。 In the capacitor through-hole 213 serving as a capacitor space, the conductor film 221 formed on the side wall of the substrate is one electrode of the capacitor 213, and the conductor film 222, which is the other electrode opposite to the electrode, is the capacitor through-hole 213. Is formed on the other inner surface of the. Since the distance between these two electrodes is p (actually, it is necessary to consider the thickness of the insulating film, conductor film, etc. formed in the through hole 213). The electrostatic capacity C of C = ε · ε0 · p / (qs).

同様に、容量空間となるコンダンサ用貫通孔214において、基板側壁側面に形成された導電体膜223はコンデンサ214の一方の電極となり、これと対向する他方の電極である導電体膜224はコンダンサ用貫通孔214の他方の内側面に形成される。これらの2つの電極の間の距離はpであるから、(実際には、貫通孔214内に形成された絶縁膜や導電体膜等の厚みを考慮する必要がある。)2つの電極の間の静電容量Cは、C=ε・ε0・p/(qs)となる。 Similarly, in the capacitor through-hole 214 serving as a capacitor space, the conductor film 223 formed on the side wall of the substrate serves as one electrode of the capacitor 214, and the conductor film 224, which is the other electrode opposite to the capacitor 214, serves as a capacitor. It is formed on the other inner surface of the through hole 214. Since the distance between these two electrodes is p (actually, it is necessary to consider the thickness of the insulating film, conductor film, etc. formed in the through-hole 214). The electrostatic capacity C of C = ε · ε0 · p / (qs).

同様に、容量空間となるコンダンサ用貫通孔215において、基板側壁側面に形成された導電体膜225はコンデンサ215の一方の電極となり、これと対向する他方の電極である導電体膜226はコンダンサ用貫通孔215の他方の内側面に形成される。これらの2つの電極の間の距離はpであるから、(実際には、貫通孔215内に形成された絶縁膜や導電体膜等の厚みを考慮する必要がある。)2つの電極の間の静電容量Cは、C=ε・ε0・p/(qs)となる。 Similarly, in the capacitor through-hole 215 serving as a capacitor space, the conductor film 225 formed on the side wall of the substrate serves as one electrode of the capacitor 215, and the conductor film 226, which is the other electrode facing the capacitor film 225, serves as a capacitor. It is formed on the other inner surface of the through hole 215. Since the distance between these two electrodes is p (actually, it is necessary to consider the thickness of the insulating film, conductor film, etc. formed in the through hole 215). The electrostatic capacity C of C = ε · ε0 · p / (qs).

同様に、容量空間となるコンダンサ用貫通孔216において、基板側壁側面に形成された導電体膜218はコンデンサ216の一方の電極となり、これと対向する他方の電極である導電体膜219はコンダンサ用貫通孔216の他方の内側面に形成される。これらの2つの電極の間の距離はpであるから、(実際には、貫通孔216内に形成された絶縁膜や導電体膜等の厚みを考慮する必要がある。)2つの電極の間の静電容量Cは、C=ε・ε0・p/(qs)となる。 Similarly, in the capacitor through-hole 216 serving as a capacitor space, the conductor film 218 formed on the side wall of the substrate becomes one electrode of the capacitor 216, and the conductor film 219, which is the other electrode facing the capacitor film 216, is used for the capacitor. It is formed on the other inner surface of the through hole 216. Since the distance between these two electrodes is p (actually, it is necessary to consider the thickness of the insulating film, conductor film, etc. formed in the through hole 216). The electrostatic capacity C of C = ε · ε0 · p / (qs).

図51は加速度による基板側壁の変形状態を示す模式図である。横方向をX、縦方向をYとし、加速度αがY方向に働くとする。基板側壁201−4にはこの加速度αによる力F(=mα、mは基板の質量)が働く。基板側壁201−4は周囲がその変形を規制されているが、その内側は規制されていないので、基板側壁201−4が貫通孔216の内部に膨らんだ湾曲形状に変形する。加速度αによる力Fは基板基板側壁201−4の側面においてY方向に均一に作用するので、基板側壁201−4の中心部付近が最も湾曲している。基板側壁201−4のX方向における変位をyとすれば、x=0、qでy=0で、x=q/2でy=y0(最大値)となる。y0はおおよそ以下の関係式で求められる。
y0=β*F*s/(Et
(Eは基板側壁(ダイヤフラム)のヤング率、βはダイヤフラムの縦横比により変化する定数)
FIG. 51 is a schematic diagram showing a deformed state of the substrate side wall due to acceleration. Assume that the horizontal direction is X, the vertical direction is Y, and the acceleration α works in the Y direction. A force F (= mα, m is the mass of the substrate) due to the acceleration α acts on the substrate side wall 201-4. The deformation of the substrate side wall 201-4 is restricted at the periphery, but the inside thereof is not restricted. Therefore, the substrate side wall 201-4 is deformed into a curved shape swelled inside the through hole 216. Since the force F caused by the acceleration α acts uniformly in the Y direction on the side surface of the substrate substrate side wall 201-4, the vicinity of the center portion of the substrate side wall 201-4 is most curved. If the displacement of the substrate side wall 201-4 in the X direction is y, x = 0, q and y = 0, and x = q / 2 and y = y0 (maximum value). y0 is approximately obtained by the following relational expression.
y0 = β * F * s 4 / (Et 3 )
(E is the Young's modulus of the substrate side wall (diaphragm), β is a constant that varies depending on the aspect ratio of the diaphragm)

従って、貫通孔216の電極218と219の間の電極間距離が変化するので、電極218と219の間の静電容量が変化する(静電容量が増加する)。逆にこの静電容量を測定して、電極間距離を求めて、加速度による力を求め加速度を計算できる。 Accordingly, since the interelectrode distance between the electrodes 218 and 219 of the through hole 216 changes, the capacitance between the electrodes 218 and 219 changes (the capacitance increases). Conversely, by measuring this capacitance, the distance between the electrodes can be obtained, the force due to the acceleration can be obtained, and the acceleration can be calculated.

基板側壁201−4と反対側の基板側壁201−2も加速度αによる力Fが働き、基板側壁201−2も基板側壁201−4と同じ方向に変形する。すなわち、基板側壁201−2は中央の貫通孔211の内部側に変形し、貫通孔214の外側へ変形する。従って、貫通孔214の電極223と224の間の電極間距離が変化するので、電極223と224の間の静電容量が変化する(静電容量が減少する)。逆にこの静電容量を測定して、電極間距離を求めて、加速度による力を求め加速度を計算できる。また、静電容量が、貫通孔214では減少し、貫通孔216では増加する場合、加速度はY方向(図51において、下側から上側)であるということも分かる。すなわち、加速度の向きも分かる。 The substrate sidewall 201-2 opposite to the substrate sidewall 201-4 is also subjected to the force F due to the acceleration α, and the substrate sidewall 201-2 is also deformed in the same direction as the substrate sidewall 201-4. That is, the substrate side wall 201-2 is deformed to the inner side of the central through hole 211 and is deformed to the outer side of the through hole 214. Accordingly, since the interelectrode distance between the electrodes 223 and 224 of the through hole 214 changes, the capacitance between the electrodes 223 and 224 changes (the capacitance decreases). Conversely, by measuring this capacitance, the distance between the electrodes can be obtained, the force due to the acceleration can be obtained, and the acceleration can be calculated. It can also be seen that when the capacitance decreases in the through-hole 214 and increases in the through-hole 216, the acceleration is in the Y direction (from the lower side to the upper side in FIG. 51). That is, the direction of acceleration is also known.

Y方向の加速度に対して、基板側壁201−1や201−3は変形しないので、貫通孔213や215における静電容量の変化はない。X方向の加速度に対しては、基板側壁201−1や201−3は変形するので、貫通孔213や215における静電容量の変化が起こり、X方向の加速度の大きさや向きを知ることができる。 Since the substrate side walls 201-1 and 201-3 are not deformed with respect to the acceleration in the Y direction, there is no change in capacitance in the through holes 213 and 215. Since the substrate side walls 201-1 and 201-3 are deformed with respect to the acceleration in the X direction, the capacitance of the through holes 213 and 215 changes, and the magnitude and direction of the acceleration in the X direction can be known. .

X方向やY方向に対して一定方向の角度を有する加速度に対しては、4つの基板側壁201−1、201−2、201−3、201−4のすべてが変形するので、貫通孔213、214、215、216の静電容量が変化する。隣接する貫通孔2個だけの静電容量変化を検出すれば加速度(大きさ、向き)を検出できる。たとえば、貫通孔213と214における静電容量を検出すれば良い。もう2つの貫通孔215と216における静電容量は検出精度を上げるために用いれば良い。 All of the four substrate side walls 201-1, 201-2, 201-3, 201-4 are deformed with respect to acceleration having an angle in a certain direction with respect to the X direction and the Y direction. The capacitances 214, 215, and 216 change. The acceleration (size, direction) can be detected by detecting the capacitance change of only two adjacent through holes. For example, the capacitances in the through holes 213 and 214 may be detected. The capacitances in the other two through holes 215 and 216 may be used to increase detection accuracy.

図52は、本発明の加速度センサの断面図である。薄膜構造は図45と同様であるから、一部を省略している。図52は、たとえば、図50におけるC−Dにおける断面図である。基板201の基板面の第1面201−S2および第2面201−S2に垂直な貫通孔211と隣接する貫通孔213または215を隔てる基板側壁201−1または201−3が存在し、基板側壁201−1または201−3は加速度による力によって変形する。貫通孔213には基板側壁201−1上に導電体膜221が形成されている。貫通孔213は容量空間となっており、導電体膜221はコンデンサの一方の電極となる。この導電体膜221に対向するコンデンサの他方の電極となる導電体膜222は、貫通孔213において基板側壁201−1と対向する基板211の内側面に形成されている。導電体膜222が形成された基板201−5は加速度による力では殆ど変形しない。 FIG. 52 is a cross-sectional view of the acceleration sensor of the present invention. Since the thin film structure is the same as that of FIG. 45, a part of it is omitted. FIG. 52 is a cross-sectional view taken along CD in FIG. 50, for example. There is a substrate side wall 201-1 or 201-3 that separates the through hole 211 perpendicular to the first surface 201-S2 and the second surface 201-S2 of the substrate 201 and the adjacent through hole 213 or 215, and the substrate side wall 201-1 or 201-3 is deformed by a force due to acceleration. A conductor film 221 is formed in the through hole 213 on the substrate side wall 201-1. The through hole 213 is a capacity space, and the conductor film 221 is one electrode of the capacitor. The conductor film 222 which is the other electrode of the capacitor facing this conductor film 221 is formed on the inner surface of the substrate 211 facing the substrate side wall 201-1 in the through hole 213. The substrate 201-5 on which the conductor film 222 is formed is hardly deformed by a force due to acceleration.

貫通孔215は容量空間となっており、導電体膜225はコンデンサの一方の電極となる。この導電体膜225に対向するコンデンサの他方の電極となる導電体膜226は、貫通孔215において基板側壁201−3と対向する基板211の内側面に形成されている。導電体膜226が形成された基板201−7は加速度による力では殆ど変形しない。基板201の第1面201−S1上には薄板232が付着し、基板201の第2面201−S2上には薄板231が付着しており、貫通孔211、213、215をカバーしている。貫通孔211、213、215は完全に密閉していても良いし、外部との通気孔234、235、236−1、236−2を設けても良い。完全密閉の場合には、貫通孔内部を真空にしたり、あるいは空気、窒素等を充填しても良い。完全密閉の場合の方が外部環境の変化によって貫通孔内部の変化が小さい。尚、通気孔234、235、236−1、236−2は薄板231や232に形成することができる。 The through hole 215 serves as a capacity space, and the conductor film 225 serves as one electrode of the capacitor. The conductor film 226 which is the other electrode of the capacitor facing this conductor film 225 is formed on the inner surface of the substrate 211 facing the substrate side wall 201-3 in the through hole 215. The substrate 201-7 on which the conductor film 226 is formed is hardly deformed by a force due to acceleration. A thin plate 232 is attached on the first surface 201-S1 of the substrate 201, and a thin plate 231 is attached on the second surface 201-S2 of the substrate 201, covering the through holes 211, 213, and 215. . The through holes 211, 213, and 215 may be completely sealed, or vent holes 234, 235, 236-1, and 236-2 with the outside may be provided. In the case of complete sealing, the inside of the through hole may be evacuated or filled with air, nitrogen or the like. In the case of complete sealing, the change inside the through hole is smaller due to the change in the external environment. The vent holes 234, 235, 236-1 and 236-2 can be formed in the thin plates 231 and 232.

さて、基板側壁201−1、201−2、201−3、201−4は加速度による力によって変形するが、その力は基板側壁201−1、201−2、201−3、201−4の質量に依存する。(F=mα)基板側壁201−1、201−2、201−3、201−4は余り厚くできないので質量を大きくできない。そこで、貫通孔211内へ液体229を入れて、この液体にかかる加速度による力を用いて基板側壁201−1、201−2、201−3、201−4を大きく変形させることができる。すなわち、基板側壁201−1、201−2、201−3、201−4を重くしなくても大きく変形させることができる。基板側壁201−1、201−2、201−3、201−4はできるだけ薄くして変形しやすくして、加速度による力は貫通孔211に入れた液体229によって発生させる。液体は加速度によって加速度方向に配置されている基板側壁を液体に加わる加速度力で押すので、それに対応して基板側壁が変形し、この変形による貫通孔における静電容量が変化する。基板側壁は基板側壁自体に加わる加速度力に加えて液体による力が加わることになる。 Now, the substrate side walls 201-1, 201-2, 201-3, 201-4 are deformed by the force due to acceleration, and the force is the mass of the substrate side walls 201-1, 201-2, 201-3, 201-4. Depends on. (F = mα) Since the substrate side walls 201-1, 201-2, 201-3, 201-4 cannot be made too thick, the mass cannot be increased. Thus, the liquid 229 can be put into the through-hole 211, and the substrate side walls 201-1, 201-2, 201-3, 201-4 can be greatly deformed by using the force due to the acceleration applied to the liquid. That is, the substrate side walls 201-1, 201-2, 201-3, 201-4 can be greatly deformed without making them heavy. The substrate side walls 201-1, 201-2, 201-3 and 201-4 are made as thin as possible to be easily deformed, and the force due to acceleration is generated by the liquid 229 placed in the through hole 211. Since the liquid pushes the substrate side wall arranged in the acceleration direction by the acceleration by the acceleration force applied to the liquid, the substrate side wall is deformed correspondingly, and the capacitance in the through hole due to this deformation changes. The substrate side wall is subjected to a force by the liquid in addition to the acceleration force applied to the substrate side wall itself.

液体の質量は大きいほど加速度力が発生する。たとえば、水銀(Hg)は比重が約13.8であり、本発明には最適の液体である。他にポリタングステンナトリウム(比重は、約3〜5)、四臭化アセチレン(比重は、約3)等も使用できる。比重は余り大きくないが水や重油等、種々の液体を使用できる。貫通孔211の薄板232に複数の孔236−1、236−2を空けて、一方の孔236−1から入れて他方の孔236−2から出せば貫通孔211へ液体229を入れることができる。液体229を入れた後で孔236−1、236−2を塞げば、液体229が漏れる心配もない。薄板232を基板201−S1上に付着する前に液体229を貫通孔211に入れても良い。この場合は、貫通孔211の通気孔236−1、236−2を設けなくても良い。液体229は貫通孔211全体に充填しても良いし、一部だけ入れても良い。基板側壁を変形する量と加速度力の大きさに合わせて貫通孔211に入れる量を調整すれば良い。 As the mass of the liquid increases, an acceleration force is generated. For example, mercury (Hg) has a specific gravity of about 13.8 and is an optimal liquid for the present invention. In addition, sodium polytungsten (specific gravity is about 3 to 5), acetylene tetrabromide (specific gravity is about 3), etc. can be used. Although the specific gravity is not so large, various liquids such as water and heavy oil can be used. The liquid 229 can be put into the through hole 211 by opening a plurality of holes 236-1 and 236-2 in the thin plate 232 of the through hole 211 and putting it in from one hole 236-1 and exiting from the other hole 236-2. . If the holes 236-1 and 236-2 are closed after the liquid 229 is added, there is no fear that the liquid 229 leaks. The liquid 229 may be put into the through-hole 211 before the thin plate 232 is attached on the substrate 201-S1. In this case, the ventilation holes 236-1 and 236-2 of the through hole 211 may not be provided. The liquid 229 may be filled in the entire through-hole 211 or only a part thereof. What is necessary is just to adjust the amount put into the through-hole 211 according to the amount of deformation of the substrate side wall and the magnitude of the acceleration force.

図53は、中央の貫通孔211の周囲のコンデンサ用貫通孔213、214、215、216がつながった構造を有する加速度センサを示す図である。中央の矩形状の貫通孔211の周囲に基板側壁201−1、201−2、201−3、201−4が取り巻き、その周囲を容量空間となる217(貫通孔213、214、215、216がつながった容量空間を217とする)が取り囲んでいる。容量空間217の内側側面と外側側面は、矩形の各辺において距離pだけ離間している。(基板側壁の厚みはtである。)容量空間217の内側側面と外側側面には電極となる導電体膜218、221、223、225、および216、222、224、226が積層され、コンデンサを形成している。このように容量空間となる貫通孔をつなげることによって、平面的な面積を小さくすることができる。さらに、貫通孔の内側側面上の導電体膜(218、221、223、225)または貫通孔の外側側面上の導電体膜(216、222、224、226)のどちらかは接続することができるので、パターニングが必要がなく電極配線を減らすことができる。すなわち、プロセスを簡略できる。 FIG. 53 is a diagram showing an acceleration sensor having a structure in which capacitor through holes 213, 214, 215, and 216 around a central through hole 211 are connected. The substrate side walls 201-1, 201-2, 201-3, 201-4 are surrounded around the central rectangular through-hole 211, and 217 (through-holes 213, 214, 215, 216 are formed as capacity spaces around the periphery. The connected capacity space is denoted by 217). The inner side surface and the outer side surface of the capacity space 217 are separated by a distance p on each side of the rectangle. (The thickness of the substrate side wall is t.) Conductor films 218, 221, 223, and 225 and 216, 222, 224, and 226 serving as electrodes are laminated on the inner side surface and the outer side surface of the capacitor space 217, and the capacitor is formed. Forming. Thus, by connecting the through holes serving as the capacity spaces, the planar area can be reduced. Furthermore, either the conductor film (218, 221, 223, 225) on the inner side surface of the through hole or the conductor film (216, 222, 224, 226) on the outer side surface of the through hole can be connected. Therefore, patterning is not necessary and electrode wiring can be reduced. That is, the process can be simplified.

図53において、基板をシリコンウエハとし、基板面を(100)面としたとき、X方向を<01−1>方向とすれば、Y方向は<011>方向となるから、基板側壁201−1〜4は(011)面となり結晶軸が等価となっている。従って、同じ厚みであれば、同じ加速度に対して各基板側壁の変形量は同じとなるので、計算で換算することなく容易に比較することができる。尚、貫通孔217の外側は厚い基板201(201−5〜8)で囲まれているので、加速度によってこれらの基板は殆ど変化しないので、各容量空間(213、214、215、216)の静電容量変化は、基板側壁201−1〜4の変形によって起こると考えて良い。尚、図53においても絶縁膜等は記載していないが、その構造は図45等に示す場合と同様である。 In FIG. 53, when the substrate is a silicon wafer and the substrate surface is the (100) plane, if the X direction is the <01-1> direction, the Y direction is the <011> direction. ˜4 is the (011) plane and the crystal axes are equivalent. Therefore, if the thickness is the same, the deformation amount of each substrate side wall is the same for the same acceleration, so that the comparison can be easily made without conversion by calculation. Since the outside of the through-hole 217 is surrounded by thick substrates 201 (201-5 to 8), these substrates hardly change due to acceleration, so that the static capacity of each capacitance space (213, 214, 215, 216) can be reduced. It can be considered that the capacitance change is caused by the deformation of the substrate side walls 201-1 to 201-4. 53 does not show an insulating film or the like, the structure is the same as that shown in FIG.

図54は、断面(基板面に平行な面)が円形状(立体的には円柱状となる)の貫通孔および基板側壁を有する本発明の加速度センサを示す図である。基板301内に中央に円形状(立体的には円柱状)の貫通孔311(半径r5)があり、その周りを半径r6の円形状の基板側壁301(301−2)が取り囲んでいる。さらにその周囲を半径r7の円形状の貫通孔313が取り囲んでいる。貫通孔313は基板301(301−1)で囲まれている。従って、基板側壁301(301−2)は厚みr6−r5のドーナツ形状となっている。また、貫通孔313も幅r7−r6のドーナツ形状の空洞となっている。貫通孔311、基板側壁301−2、貫通孔313は同心円状に配置されている。 FIG. 54 is a view showing an acceleration sensor of the present invention having a through-hole and a substrate side wall whose cross section (a surface parallel to the substrate surface) is circular (three-dimensionally cylindrical). A circular (three-dimensionally cylindrical) through-hole 311 (radius r5) is provided in the center of the substrate 301, and a circular substrate sidewall 301 (301-2) having a radius r6 surrounds the through hole 311. Further, a circular through hole 313 having a radius r7 surrounds the periphery. The through hole 313 is surrounded by the substrate 301 (301-1). Accordingly, the substrate side wall 301 (301-2) has a donut shape with a thickness of r6-r5. The through hole 313 is also a donut-shaped cavity having a width r7-r6. The through hole 311, the substrate side wall 301-2, and the through hole 313 are arranged concentrically.

容量空間となる貫通孔313の内側側面(すなわち基板側壁301(301−2)の外側面)に導電体膜315が積層され、貫通孔213の外側側面(すなわち基板301(301−1)の内側面)に導電体膜317が積層されている。(尚、薄膜構造は図45等に示す場合と同様で、絶縁膜等も積層されているが、図54では省略する。) A conductor film 315 is laminated on the inner side surface of the through hole 313 serving as a capacity space (that is, the outer surface of the substrate side wall 301 (301-2)), and the outer side surface of the through hole 213 (that is, the inner side of the substrate 301 (301-1)). A conductor film 317 is laminated on the side surface. (The thin film structure is the same as that shown in FIG. 45 and the like, and an insulating film and the like are also laminated, but are omitted in FIG.

導電体膜317は円周上でほぼ等分の長さで分割されている。たとえば、円周上で長さu1の電極と電極間距離u2でn個に分割されているとすれば、n(u1+u2)=2πr7が成り立つ。導電体膜317の1つの電極を317−1、その隣(時計の周る方向)の電極を317−2、、その隣(時計の周る方向)の電極を317−3とする。導電体膜315および導電体膜317の間でコンデンサを形成している。すなわち、電極317−1や317−2等と導電体膜315の間で容量を測定できる。加速度がないときは、これらの電極間距離wはどのコンデンサでも等しく、w=r7−r6=w0であり(実際は、導電体膜の厚みを考慮する必要がある)、どのコンデンサにおいても容量は等しい(この容量をC0とする)。今加速度を受けて基板側壁301−2が変形したとする。加速度方向が電極317−2の方向であれば、電極317−2に面している側の基板側壁301−2が変形して、電極317−2と導電体膜317との距離がw0より小さくなり、容量がC0より大きくなる。電極317−2に隣接する電極317−1や317−3における静電容量もC0より小さくなるが、電極317−2における静電容量が最も大きくなる。この静電容量の変化量から加速度の大きさを計算できる。すなわち、n個の電極317(317−1〜n)のそれぞれの静電容量を見て、容量が最も大きい箇所の電極の方向が加速度の向きであり、その容量の変化量から加速度の大きさを計算できる。 The conductor film 317 is divided into substantially equal lengths on the circumference. For example, if it is divided into n pieces by the distance u2 between the electrode having a length u1 on the circumference, n (u1 + u2) = 2πr7 holds. One electrode of the conductive film 317 is 317-1, an electrode next to it (the direction around the clock) is 317-2, and an electrode next to it (the direction around the clock) is 317-3. A capacitor is formed between the conductor film 315 and the conductor film 317. That is, the capacitance can be measured between the electrodes 317-1 and 317-2 and the conductor film 315. When there is no acceleration, the distance w between these electrodes is the same for any capacitor, and w = r7−r6 = w0 (in fact, it is necessary to consider the thickness of the conductor film), and the capacitance is the same for any capacitor. (This capacity is C0). Assume that the substrate side wall 301-2 is deformed due to the acceleration. If the acceleration direction is the direction of the electrode 317-2, the substrate side wall 301-2 facing the electrode 317-2 is deformed, and the distance between the electrode 317-2 and the conductor film 317 is smaller than w0. Therefore, the capacity becomes larger than C0. The capacitance of the electrodes 317-1 and 317-3 adjacent to the electrode 317-2 is also smaller than C0, but the capacitance of the electrode 317-2 is the largest. The magnitude of acceleration can be calculated from the amount of change in capacitance. That is, looking at the capacitance of each of the n electrodes 317 (317-1 to n), the direction of the electrode having the largest capacitance is the direction of acceleration, and the magnitude of acceleration is determined from the amount of change in the capacitance. Can be calculated.

導電体膜317の分割個数を増やすことによって加速度の向きおよび加速度の大きさをより精度良く検出することができる。貫通孔313の内側側面の導電体膜315を分割して、導電体膜317を分割せずつないでも同様に加速度の向きと大きさを測定できる。あるいは両方の導電体膜315および317を分割しても良い。さらに、貫通孔311内に液体を入れて基板側壁301−2の変形量を増大させても良い。 By increasing the number of divided conductive films 317, the direction of acceleration and the magnitude of acceleration can be detected with higher accuracy. Even if the conductor film 315 on the inner side surface of the through hole 313 is divided and the conductor film 317 is not divided, the direction and magnitude of acceleration can be measured in the same manner. Alternatively, both conductor films 315 and 317 may be divided. Furthermore, the amount of deformation of the substrate side wall 301-2 may be increased by putting a liquid in the through hole 311.

図55は断面が8角形形状である貫通孔および基板側壁を有する本発明の加速度センサを示す図である。中央の8角形形状の空洞を有する貫通孔333の周囲に8角形形状(立体的には六角柱状)の基板側壁331−2が取り囲み、さらにその周囲を、容量空間となる8角形状の空洞を有する貫通孔334が取り囲み、その周囲は厚い基板331−1が囲んでいる。基板側壁331−2は加速度による力によって変形する。基板側壁331−2の各辺(面)上には導電体膜336が形成され、一方の電極(たとえば、336−1、2)にパターニングされている。容量空間となる貫通孔334の外側側面上に歯導電体膜338が形成され、他方の電極(たとえば、338−1、2)にパターニングされている。 FIG. 55 is a view showing an acceleration sensor of the present invention having a through-hole having a octagonal cross section and a substrate side wall. An octagonal (three-dimensionally hexagonal columnar) substrate side wall 331-2 surrounds a through hole 333 having a central octagonal cavity, and an octagonal cavity serving as a capacity space is surrounded by the substrate sidewall 331-2. The through-hole 334 which has has, and the circumference | surroundings surround the thick board | substrate 331-1. The substrate side wall 331-2 is deformed by a force due to acceleration. A conductor film 336 is formed on each side (surface) of the substrate side wall 331-2 and patterned into one electrode (for example, 336-1, 2). A tooth conductor film 338 is formed on the outer side surface of the through-hole 334 serving as a capacity space, and is patterned on the other electrode (for example, 338-1, 2).

貫通孔334において、内側側面上の電極と外側側面上の電極との間でコンデンサが形成され静電容量を測定できる。たとえば、電極336−1とこれと対向する電極338−1で静電容量を測定できる。尚、どちらかの電極336または338はつながっていても、各領域(各辺(面)に対応する)における静電容量を測定可能である。各辺における変形を直接比較するために、8角形形状は正8角形形状が望ましい。ただし、基板が各方向に対して等方的でない場合には、加速度による力の大きさによって各辺の変形の大きさが異なるので、その相違量を補正して加速度の大きさを計算する必要がある。たとえば、基板が単結晶シリコン(シリコンウエハ)の場合において、基板面が(100)面で、基板側壁331−2の1つの辺(面)(たとえば、331−2−1)が{110}面系であるとき、隣接する面は{111}面系となりヤング率が異なるので、同じ力が加わっても変形量が異なる。従って、コンデンサの容量変化から変形量を求め、さらに変形量から力の大きさを計算するときにこの結晶方位を考慮する必要がある。 In the through hole 334, a capacitor is formed between the electrode on the inner side surface and the electrode on the outer side surface, and the capacitance can be measured. For example, the capacitance can be measured by the electrode 336-1 and the electrode 338-1 facing the electrode 336-1. Even if either electrode 336 or 338 is connected, the capacitance in each region (corresponding to each side (surface)) can be measured. In order to directly compare the deformation at each side, the octagonal shape is preferably a regular octagonal shape. However, if the substrate is not isotropic in each direction, the magnitude of the deformation on each side differs depending on the magnitude of the force due to acceleration, so it is necessary to correct the difference and calculate the magnitude of acceleration. There is. For example, when the substrate is single crystal silicon (silicon wafer), the substrate surface is the (100) surface, and one side (surface) of the substrate side wall 331-2 (for example, 331-2-1) is the {110} surface. When it is a system, the adjacent surfaces are {111} plane systems and have different Young's moduli, so that the amount of deformation differs even when the same force is applied. Accordingly, it is necessary to take this crystal orientation into consideration when obtaining the deformation amount from the capacitance change of the capacitor and further calculating the magnitude of the force from the deformation amount.

このような8角形形状である基板側壁および貫通孔を有する加速度センサを用いれば、8方向の加速度方向を正確に検出することができる。すなわち、最も変形量の大きい(静電容量が大きい)コンデンサを検出すれば(これは極めて簡単である)、その基板方向が加速度の向きとなる。さらに各コンデンサの変形量を精密に分析することにより、方向をもっと細かく検出することもできる。ただし、この加速度の向きをより正確に求めるには、さらに辺を増やしていけば良い。本発明は貫通孔333や334を形成するときのマスクを変更することによって、種々の多角形状の貫通孔および基板側壁を形成できる。正多角形の作製も容易である。たとえば、貫通孔333の外接円の半径を100μmである正100面体の1辺は約6、3μmになるので、問題なくパターニングできる。従って、360°全方位に対して、3.6°の間隔で加速度の向きを正確に検出可能である。さらに他の辺(面)の加速度量もそれぞれ比較することによって、さらに細かい方向を計算することができる。これは、図54に示す円形形状の加速度センサでも同様である。また、中央の貫通孔333に液体を入れて、基板側壁の加速度による変形量を増大することもできる。 If an acceleration sensor having a substrate side wall and a through hole having such an octagonal shape is used, eight acceleration directions can be accurately detected. That is, if a capacitor having the largest deformation amount (large capacitance) is detected (this is extremely simple), the direction of the substrate becomes the direction of acceleration. Furthermore, the direction can be detected more finely by precisely analyzing the deformation amount of each capacitor. However, in order to obtain the direction of acceleration more accurately, the number of sides may be increased. According to the present invention, various polygonal through holes and substrate side walls can be formed by changing a mask when forming the through holes 333 and 334. A regular polygon can be easily produced. For example, one side of a regular icosahedron whose radius of the circumscribed circle of the through hole 333 is 100 μm is about 6, 3 μm, so that patterning can be performed without any problem. Therefore, the direction of acceleration can be accurately detected at intervals of 3.6 ° with respect to all 360 ° directions. Furthermore, a finer direction can be calculated by comparing the acceleration amounts of the other sides (surfaces). The same applies to the circular acceleration sensor shown in FIG. In addition, the amount of deformation due to the acceleration of the substrate side wall can be increased by putting a liquid in the central through hole 333.

次に本発明のマイクロホンデバイスまたは加速度センサデバイスの製造プロセスを示す。本発明のマイクロホンデバイスおよび加速度センサデバイスの基本構造はこれまでに説明したように類似しているので、まとめて説明する。 Next, a manufacturing process of the microphone device or the acceleration sensor device of the present invention will be described. Since the basic structures of the microphone device and the acceleration sensor device of the present invention are similar as described above, they will be described together.

図56は、本発明のマイクロホンデバイスまたは加速度センサデバイスの製造プロセスを示す図である。図56(a)に示すように、基板401の第1面(表面、または主面と呼んでも良い)401−S1上に絶縁膜402を形成する。基板401は、シリコン(Si)、ゲルマニウム、炭素(或いはダイヤモンド)等の単元素半導体基板、炭化ケイ素(SiC)、ガリウムヒ素(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)、インジウムリン(InP)等の二元素半導体基板、三元系以上の多元系半導体基板、ガラス、セラミック、(絶縁性)プラスチック、(絶縁性)コム、(絶縁性)高分子樹脂等の絶縁性基板、あるいは、金属(鉄、銅、亜鉛、チタン、タングステン、モリブデン、ニッケル、クロウム、アルミニウム、各種合金)、導電性プラスチック、導電性ゴム、導電性高分子樹脂等の導電体基板である。或いは、これらの基板を重ねた基板、たとえば貼り合わせ基板でも良い。SOI(Silicon On Insulator)基板でも良い。 FIG. 56 is a diagram showing a manufacturing process of the microphone device or the acceleration sensor device of the present invention. As shown in FIG. 56A, an insulating film 402 is formed on a first surface (also referred to as a front surface or a main surface) 401-S1 of a substrate 401. The substrate 401 is a single element semiconductor substrate such as silicon (Si), germanium, or carbon (or diamond), or two elements such as silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), or indium phosphide (InP). Insulating substrates such as semiconductor substrates, multi-component semiconductor substrates of ternary or higher, glass, ceramic, (insulating) plastic, (insulating) combs, (insulating) polymer resins, or metals (iron, copper, Zinc, titanium, tungsten, molybdenum, nickel, chromium, aluminum, various alloys), conductive plastics, conductive rubber, conductive polymer resins, and other conductive substrates. Alternatively, a substrate in which these substrates are stacked, for example, a bonded substrate may be used. An SOI (Silicon On Insulator) substrate may be used.

基板は円形状、矩形状等の形状で、円形状であれば1インチ直径以上、矩形状であれば1インチ□以上であれば実用的であるが、大きいサイズほど取れ個数(チップ)が増える。また他のデバイス、たとえばICやLSIと同じ基板であれば、基板は半導体基板となる。基板の厚みは、0.1mm〜1.0mm程度が扱いやすいが、特に限定されず、0.1mmより薄い基板でも良いし、1.0mmより厚い基板でも良い。 The substrate has a circular shape, a rectangular shape, etc. If the circular shape is 1 inch diameter or more, if the rectangular shape is 1 inch □ or more, it is practical, but the larger the number, the larger the number of chips (chips). . In addition, if the substrate is the same as that of other devices such as ICs and LSIs, the substrate is a semiconductor substrate. The thickness of the substrate is easy to handle in the range of about 0.1 mm to 1.0 mm, but is not particularly limited, and may be a substrate thinner than 0.1 mm or a substrate thicker than 1.0 mm.

絶縁膜402上に感光性膜404を形成し、露光法を用いて必要な窓開けを行なう。絶縁膜402は、感光性膜404の窓開けをしやすくする目的や、この後の基板401のエッチング時のマスクとなる目的や、あるいは基板401を保護する目的であるが、絶縁膜402がなくてもこれらの目的を実現できれば形成しなくても良い。絶縁膜は、CVDやPVD等で積層するシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNy)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)等である。基板がシリコンである場合には熱酸化膜や熱窒化膜でも良い。絶縁膜402の厚みは、上記の目的によって異なるが、約0.1μm〜2μmである。もちろん、上記の目的を達成できれば、これよりも薄くても良いし、厚くても良い。尚、基板401の第2面(裏面または副面とも言う)401−S2上にも絶縁膜403を積層しても良い。特に基板401の反り防止には、第1面と同程度の絶縁膜を形成すると良い。 A photosensitive film 404 is formed on the insulating film 402 and necessary windows are opened using an exposure method. The insulating film 402 has a purpose of facilitating opening of the window of the photosensitive film 404, a purpose of becoming a mask when the substrate 401 is etched thereafter, or a purpose of protecting the substrate 401. However, the insulating film 402 is not provided. However, it may not be formed if these purposes can be realized. The insulating film is a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNy), a silicon oxynitride film (SiOxNy) or the like that is laminated by CVD, PVD, or the like. When the substrate is silicon, a thermal oxide film or a thermal nitride film may be used. The thickness of the insulating film 402 is about 0.1 μm to 2 μm, although it varies depending on the purpose. Of course, it may be thinner or thicker as long as the above object can be achieved. Note that the insulating film 403 may be stacked over a second surface (also referred to as a back surface or a sub surface) 401 -S 2 of the substrate 401. In particular, in order to prevent the substrate 401 from warping, an insulating film having the same degree as that of the first surface is preferably formed.

感光性膜404は、たとえばフォトレジスト膜や感光性シートである。感光性膜404の厚みは、基板401をどの程度の深さまでエッチングするかということや、基板401のエッチング時のエッチング選択比(すなわち、基板401のエッチング速度と感光性膜404のエッチング速度の比)、エッチング速度のバラツキ等によって決定する。たとえば、基板401のエッチング量(貫通孔の深さ、あるいは凹部(貫通孔ではなく、途中で止める場合)の深さで、貫通孔の場合は基板の厚みに相当する)が400μm、基板401と感光性膜404のエッチング選択比が50、絶縁膜402の厚みが1μm、絶縁膜402と感光性膜404のエッチング選択比が10であるとき、まず絶縁膜1μmを完全にエッチングするときに感光性膜404は約0.1μmエッチングされ、基板を400μmエッチングするときに感光性膜404は約8μmエッチングされる。バラツキを10%とすれば、感光性膜404は約10μmの厚みがあれば良い。以上から、基板401と感光性膜404とのエッチング選択比を大きくすることが重要である。 The photosensitive film 404 is, for example, a photoresist film or a photosensitive sheet. The thickness of the photosensitive film 404 refers to the depth to which the substrate 401 is etched, and the etching selectivity when etching the substrate 401 (that is, the ratio of the etching rate of the substrate 401 to the etching rate of the photosensitive film 404). ), Determined by variations in etching rate, and the like. For example, the etching amount of the substrate 401 (the depth of the through-hole or the depth of the concave portion (not the through-hole but when stopped in the middle), which corresponds to the thickness of the substrate in the case of the through-hole) is 400 μm, When the etching selectivity of the photosensitive film 404 is 50, the thickness of the insulating film 402 is 1 μm, and the etching selectivity of the insulating film 402 and the photosensitive film 404 is 10, the first photosensitive film is photosensitive when the insulating film 1 μm is completely etched. The film 404 is etched by about 0.1 μm, and the photosensitive film 404 is etched by about 8 μm when the substrate is etched by 400 μm. If the variation is 10%, the photosensitive film 404 may have a thickness of about 10 μm. From the above, it is important to increase the etching selectivity between the substrate 401 and the photosensitive film 404.

感光性膜404の窓開けは、中央の貫通孔(マイクロホンデバイスでは音波導入用貫通孔)405−1およびコンデンサ用の貫通孔405−2や405−3を形成ずる領域における感光性膜を除去する。感光性膜がポジ型の場合にはこの領域には光をあてて、感光性膜を残す部分に光を当てない。感光性膜がネガ型の場合にはこの逆である。このためのマスクやレチクルを使用して露光する。光には、X線、γ線等の電磁波、紫外線、可視光等を言う。また電子線も含むものとする。感光性膜を露光後、現像液により必要な部分を残し不要な部分を除去して、感光性膜404のパターニングを行なう。感光性膜の形状は、下地のエッチングを感光性膜のパターンにできるだけ忠実に行なうために、垂直形状が望ましい。 Opening of the photosensitive film 404 removes the photosensitive film in the region where the central through hole (through hole for sound wave introduction in the microphone device) 405-1 and the through holes 405-2 and 405-3 for the capacitor are formed. . When the photosensitive film is a positive type, light is applied to this region, and light is not applied to a portion where the photosensitive film is left. The opposite is true when the photosensitive film is negative. Exposure is performed using a mask or reticle for this purpose. Light refers to electromagnetic waves such as X-rays and γ-rays, ultraviolet rays, visible light, and the like. It also includes electron beams. After the photosensitive film is exposed, the photosensitive film 404 is patterned by leaving a necessary part with a developer and removing an unnecessary part. The shape of the photosensitive film is desirably a vertical shape in order to perform etching of the base as faithfully as possible to the pattern of the photosensitive film.

次に図56(b)に示すように、感光性膜404をマスクにして窓開けされた領域405−1、2、3等における絶縁膜402のエッチングを行なう。この絶縁膜のエッチングも感光性膜404にできるだけ忠実に垂直なエッチングを行なうことが望ましい。たとえば、シリコン酸化膜(SiOx)のエッチングでは、CHF3ガスや、C2F6+H2ガス等を用いたRIE(反応性ドライエッチング)により垂直パターンに近い異方性エッチングを行なうことができる。 Next, as shown in FIG. 56B, the insulating film 402 is etched in the regions 405-1, 2, 3, etc. opened by using the photosensitive film 404 as a mask. It is desirable to etch the insulating film as faithfully as possible to the photosensitive film 404 as well. For example, when etching a silicon oxide film (SiOx), anisotropic etching close to a vertical pattern can be performed by RIE (reactive dry etching) using CHF3 gas, C2F6 + H2 gas, or the like.

絶縁膜402をエッチングした後、感光性膜404の開口部405−1、2、3等において、露出した基板401をエッチングし、貫通孔406(406−1、406−2、406−3)を作製する。貫通孔406(406−1、406−2、406−3)および基板側壁401−1、401−2はできるだけ正確に形成する必要があるので、略垂直感光性膜パターンに忠実に形成することが望ましい。(サイドエッチングする場合も、サイドエッチング量ができるだけ正確にコントロールされることが望ましい。)基板が単結晶シリコンの場合(いわゆる、シリコンウエハ)、基板側壁401−1および401−2の幅w1は、約1μm〜20μm、貫通孔(または凹部)の深さは約50μm〜1000μmであるから、可能な限りサイドエッチングの少ない垂直エッチングが望ましい。 After the insulating film 402 is etched, the exposed substrate 401 is etched in the openings 405-1, 2, 3 and the like of the photosensitive film 404, and the through holes 406 (406-1, 406-2, 406-3) are formed. Make it. The through holes 406 (406-1, 406-2, 406-3) and the substrate side walls 401-1, 401-2 need to be formed as accurately as possible, and can be formed faithfully to the substantially vertical photosensitive film pattern. desirable. (In the case of side etching, it is desirable to control the amount of side etching as accurately as possible.) When the substrate is single crystal silicon (so-called silicon wafer), the width w1 of the substrate side walls 401-1 and 401-2 is: Since about 1 μm to 20 μm and the depth of the through hole (or recess) is about 50 μm to 1000 μm, vertical etching with as little side etching as possible is desirable.

このようなエッチングとしてたとえば深堀りRIE(DEEP RIE)がある。たとえば高密度プラズマを使い、低温に冷やしてエッチングする方法や、ボッシュプロセス法がある。その他種々の方法も本プロセスに採用できる。基板401をすべてエッチングして貫通孔を形成する場合、オーバーエッチングを10%程度行なうので、絶縁膜403も除去される可能性が大きい。(図56(b)では残している。)従って、貫通孔を形成する場合は、絶縁膜403も含めて完全にエッチングするプロセスが望ましい。この場合、十分なオーバーエッチングを行なうことができるので、基板401の第2面401−S2まで完全に貫通した貫通孔を形成することができる。 An example of such etching is deep RIE (DEEP RIE). For example, there are a method of etching by using high-density plasma, cooling to a low temperature, and a Bosch process method. Various other methods can also be employed in this process. When the through-hole is formed by etching all of the substrate 401, the over-etching is performed about 10%, so that the insulating film 403 is also likely to be removed. (It remains in FIG. 56B.) Therefore, when forming the through hole, a process of completely etching including the insulating film 403 is desirable. In this case, since sufficient over-etching can be performed, a through-hole that completely penetrates to the second surface 401-S2 of the substrate 401 can be formed.

貫通孔を形成する場合、基板側壁404−2や404−3はアスペクト比が大きいので、不安定になる場合もあるので、あらかじめ第2面側に薄板410を付着させておくこともできる。この薄板410は、ガラス、セラミック、プラスチック、高分子材料等の絶縁体基板が望ましいが、構造やプロセスを工夫すれば導電体基板や半導体基板でも使用できる。基板401の第2面401−S2に絶縁膜403を形成後に薄板410を付着させても良い。基板401の深堀りエッチングのときに、基板401と薄板410とのエッチング選択比を大きくする条件を用いれば、薄板410をエッチングする量を小さくすることができるので、薄板410にも貫通孔が開くこともない。 When the through holes are formed, the substrate sidewalls 404-2 and 404-3 have a large aspect ratio and may become unstable. Therefore, the thin plate 410 can be attached to the second surface side in advance. The thin plate 410 is preferably an insulating substrate made of glass, ceramic, plastic, polymer material or the like, but can also be used as a conductive substrate or a semiconductor substrate if the structure or process is devised. The thin plate 410 may be attached after the insulating film 403 is formed on the second surface 401 -S 2 of the substrate 401. When deep etching is performed on the substrate 401, if the conditions for increasing the etching selectivity between the substrate 401 and the thin plate 410 are used, the amount of etching the thin plate 410 can be reduced, so that a through-hole is also opened in the thin plate 410. There is nothing.

基板401に薄板410を付着させる方法として、たとえば接着剤を用いる方法、常温接合や高温融着法、あるいは静電接合など種々の付着方法を使用できる。たとえば、基板がシリコン基板の場合、薄板410としてガラス基板を用いて陽極接合方式で静電接合をすることができる。基板401をエッチングしたときに、感光性膜404がなくならないようにすることが望ましい。ただし、絶縁膜402を形成しておけば、基板401にダメッジが入ることもない。 As a method for attaching the thin plate 410 to the substrate 401, for example, various methods such as a method using an adhesive, a room temperature bonding, a high temperature fusion method, or an electrostatic bonding can be used. For example, when the substrate is a silicon substrate, electrostatic bonding can be performed by an anodic bonding method using a glass substrate as the thin plate 410. It is desirable that the photosensitive film 404 is not lost when the substrate 401 is etched. However, if the insulating film 402 is formed, the substrate 401 is not damaged.

次にアッシングや感光性膜剥離液等を用いて感光性膜404を除去する。その後、絶縁膜407を形成する。この絶縁膜は、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNy)やシリコン酸窒化膜(SiOxNy)等で、CVD法やPVD法で積層する。熱酸化法を用いても良い。絶縁膜407は貫通孔406(406−1、2、3)の内部にも積層される。次に、導電体膜408を積層する。絶縁膜407は貫通孔406(406−1、2、3)の内部、基板側壁401(401−1,2)や基板401の表面を保護したり、導電体膜408と基板401との電気的接触を防止することなどを目的として積層される。絶縁膜407の膜厚は約0.1〜2.0μmである。上記の目的が達成できれば積層する必要はない。たとえば、基板401が絶縁基板であるときは、貫通孔406(406−1,2,3)を形成した後に、絶縁膜407を形成せずに導電体膜408を積層できる。導電体膜の厚みは約0.1μm〜2.0μmである。貫通孔406の内部まで積層する必要があるので、基板401の表面上はある程度厚く積層する必要がある。 Next, the photosensitive film 404 is removed using ashing, a photosensitive film peeling solution, or the like. Thereafter, an insulating film 407 is formed. This insulating film is a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNy), a silicon oxynitride film (SiOxNy), or the like, and is laminated by a CVD method or a PVD method. A thermal oxidation method may be used. The insulating film 407 is also laminated inside the through hole 406 (406-1, 2, 3). Next, a conductor film 408 is stacked. The insulating film 407 protects the insides of the through holes 406 (406-1, 2, 3), the substrate side walls 401 (401-1, 2) and the surface of the substrate 401, and electrically connects the conductor film 408 and the substrate 401. Laminated for the purpose of preventing contact. The film thickness of the insulating film 407 is about 0.1 to 2.0 μm. If the above purpose can be achieved, there is no need to laminate. For example, when the substrate 401 is an insulating substrate, the conductor film 408 can be stacked without forming the insulating film 407 after forming the through holes 406 (406-1, 2, 3). The thickness of the conductor film is about 0.1 μm to 2.0 μm. Since it is necessary to laminate the inside of the through hole 406, it is necessary to laminate the surface of the substrate 401 to be thick to some extent.

導電体膜408は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、クロウム、金、銀、亜鉛、鉛、スズ等の金属や合金、あるいは窒化チタン、窒化タンタル、導電性多結晶シリコン膜、導電性アモルファスシリコン膜、導電性高分子、導電性ゴム等である。貫通孔406(406−1,2、3)の内部にも積層する必要があるので、CVDやPVD、イオンプレーテイング、メッキ等によって積層することができる。次に感光性膜409を形成し、必要な窓開けを行なう。容量空間となる貫通孔406(406−2、3)において、基板側壁401(401−1、2)側の導電体膜はコンデンサの一方の電極となり、基板側壁401(401−1、2)と対向する貫通孔406(406−2、3)を囲む基板401側の導電体膜はコンデンサの他方の電極となるので、これらの電極間を分離する必要がある。貫通孔406(406−2、3)の底部406−2B、406−3B等に形成された感光性膜409は除去する。また、基板側壁401(401−1、2)側とこれと対向する基板401をつなぐ基板401があるときは、この部分にも導電体膜膜408が積層されているので、この部分における感光性膜409を除去する。コンデンサの電極となる部分や電極を引き出すための配線部分や、その他必要な配線を形成する部分の感光性膜は残しておく。感光性膜409の厚みは約0.1μm〜3μmであるが、貫通孔底部はこれらの値よりも厚くなる場合がある。露光用の光が入る厚みがあれば良い。 The conductor film 408 is made of a metal or alloy such as aluminum, copper, tungsten, nickel, titanium, chromium, gold, silver, zinc, lead, tin, or titanium nitride, tantalum nitride, conductive polycrystalline silicon film, conductive amorphous A silicon film, a conductive polymer, a conductive rubber, or the like. Since it is necessary to laminate also inside the through-hole 406 (406-1, 2, 3), it can laminate | stack by CVD, PVD, ion plating, plating, etc. Next, a photosensitive film 409 is formed and necessary windows are opened. In the through hole 406 (406-2, 3) serving as a capacitor space, the conductor film on the substrate side wall 401 (401-1, 2) side becomes one electrode of the capacitor, and the substrate side wall 401 (401-1, 2) and Since the conductive film on the substrate 401 side that surrounds the opposing through-holes 406 (406-2 and 3) serves as the other electrode of the capacitor, it is necessary to separate these electrodes. The photosensitive film 409 formed on the bottom portions 406-2B and 406-3B of the through holes 406 (406-2 and 3) is removed. In addition, when there is a substrate 401 that connects the substrate side wall 401 (401-1, 2) side and the substrate 401 opposite to the substrate 401, the conductive film 408 is also laminated on this portion. The film 409 is removed. The photosensitive film of the part which becomes the electrode of the capacitor, the wiring part for drawing out the electrode, and the part where other necessary wiring is formed is left. The thickness of the photosensitive film 409 is about 0.1 μm to 3 μm, but the bottom of the through hole may be thicker than these values. It only needs to have a thickness that allows exposure light to enter.

また、中央の貫通孔406−1内の導電体膜408は本デバイスでは必要がないので、残しておいても良いし、除去しても良い。中央の貫通孔406−1内の導電体膜408を残す場合には、コンデンサの特性に影響を与えないようにする。加速度センサデバイスの場合には、基板側壁401−1や401−2を重くした方が良いので、コンデンサの特性に影響を与えないように残しておいても良い。感光性膜408を貫通孔内部にパターニングできるように形成するには、たとえば電着法を用いる。あるいは、ドライフィルムを基板表面に付着させてドライフィルムを軟化させて貫通孔内部に入れることができる。あるいは感光性膜をCVD法やPVD法で積層して貫通孔内部の基板側面に形成することもできる。 Further, the conductor film 408 in the central through-hole 406-1 is not necessary in this device, so it may be left or removed. When the conductor film 408 in the central through-hole 406-1 is left, the capacitor characteristics are not affected. In the case of an acceleration sensor device, it is better to make the substrate side walls 401-1 and 401-2 heavy, so that they may be left so as not to affect the characteristics of the capacitor. In order to form the photosensitive film 408 so as to be patterned inside the through hole, for example, an electrodeposition method is used. Alternatively, the dry film can be attached to the substrate surface to soften the dry film and put into the through hole. Or a photosensitive film | membrane can also be laminated | stacked by CVD method or PVD method, and can also be formed in the board | substrate side surface inside a through-hole.

感光性膜を形成した後、必要な熱処理または環境処理を行なって感光性の感度を高めておき、その後で露光する。貫通孔底部および貫通孔側面(側面がある場合、貫通孔が周囲でつながっている場合には側面はない)の感光性膜を除去すれば良いので、たとえば感光性膜がネガ型であれば、基板側壁401−1および401−2の側に形成された感光性膜、並びに基板側壁401−1および401−2と対向する基板401の側に形成された感光性膜に光を照射する。その他感光性膜を残したい部分に光を当てる。この後現像処理を行なえば、光を照射した部分の感光性膜を残すことができる。ポジ型の場合にはこの逆である。現像処理後必要なベークを行なう。露光は斜め露光法によって行なうことができる。(図56(c))次に、パターニングされた感光性膜をベークする。 After the formation of the photosensitive film, necessary heat treatment or environmental treatment is performed to increase the sensitivity of the photosensitivity, and then exposure is performed. Since it is only necessary to remove the photosensitive film on the bottom of the through hole and the side surface of the through hole (if there is a side surface, there is no side surface if the through hole is connected around), for example, if the photosensitive film is a negative type, Light is irradiated to the photosensitive film formed on the substrate side walls 401-1 and 401-2 and the photosensitive film formed on the side of the substrate 401 facing the substrate side walls 401-1 and 401-2. Light is applied to other areas where the photosensitive film is to be left. If development processing is performed thereafter, the photosensitive film in the portion irradiated with light can be left. The opposite is true for the positive type. Bake necessary after development. The exposure can be performed by an oblique exposure method. (FIG. 56C) Next, the patterned photosensitive film is baked.

次にパターニングされた感光性膜409をマスクにして導電体膜408をエッチングする。エッチングはウエットまたはドライエッチングを行なう。図56(d)は導電体膜408をエッチングし、感光性膜409をリムーブ後の状態を示す図である。貫通孔406−2において、コンデンサの一方の電極となる408−1および他方の電極となる408−2が形成される。また、貫通孔406−3において、コンデンサの一方の電極となる408−3および他方の電極となる408−4が形成される。また、中央の貫通孔406−1内の導電体膜は除去されている。各導電体膜電極はそれぞれ必要な配線が接続されている。 Next, the conductor film 408 is etched using the patterned photosensitive film 409 as a mask. Etching is wet or dry etching. FIG. 56D is a view showing a state after the conductive film 408 is etched and the photosensitive film 409 is removed. In the through hole 406-2, 408-1 serving as one electrode of the capacitor and 408-2 serving as the other electrode are formed. In addition, in the through hole 406-3, 408-3 serving as one electrode of the capacitor and 408-4 serving as the other electrode are formed. Further, the conductor film in the central through hole 406-1 is removed. Necessary wiring is connected to each conductor film electrode.

次に、図56(e)に示すように、導電体膜408上に絶縁膜411が積層される。この絶縁膜411は導電体膜408を保護したり、水分等が付着して分離している導電体膜の間が短絡することを防止したりする役目を果たす。絶縁膜411は、たとえばシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiNy)、シリコン酸窒化膜(SiOxNy)等であり、CVD法やPVD法で積層する。絶縁膜411の厚みは約0.5μm〜2μmである。 Next, as shown in FIG. 56E, an insulating film 411 is stacked on the conductor film 408. The insulating film 411 functions to protect the conductor film 408 and prevent a short circuit between the conductor films separated by moisture or the like. The insulating film 411 is, for example, a silicon oxide film (SiOx), a silicon nitride film (SiNy), a silicon oxynitride film (SiOxNy), etc., and is laminated by a CVD method or a PVD method. The thickness of the insulating film 411 is about 0.5 μm to 2 μm.

次に、図56(f)に示すように薄板413を貫通孔406を塞ぐように基板401上に付着させる。この付着は、たとえば接着剤や常温接合等で行なう。特に基板側壁401−1および401−2はこの薄板413で上部を規制される。この結果、基板側壁401−1および401−2は周囲を規制されたダイヤフラムとなり、音波振動や加速度によってこのダイヤフラムが変形する。薄板413は絶縁体基板が望ましいが、導電体膜や半導体基板でも使用できる。絶縁基板として、たとえばガラス基板を用いれば貫通孔内も観察できる。絶縁基板の厚みは約100μm〜1000μmであり、研磨やエッチング等でさらに薄くしても良い。貼り合わせ基板を薄板413として付着した後で、貼り合わせた厚い基板を取り除いて薄い基板を残しても良い。この場合は、上記の100μmよりさらに薄くでき、約10μm程度にすることも可能である。この薄板413は貫通孔を保護する役目も果たす。 Next, as shown in FIG. 56F, a thin plate 413 is attached on the substrate 401 so as to close the through hole 406. This adhesion is performed by, for example, an adhesive or normal temperature bonding. In particular, the upper sides of the substrate side walls 401-1 and 401-2 are restricted by the thin plate 413. As a result, the substrate side walls 401-1 and 401-2 become diaphragms whose surroundings are restricted, and the diaphragm is deformed by sound wave vibration and acceleration. The thin plate 413 is preferably an insulating substrate, but a conductive film or a semiconductor substrate can also be used. If, for example, a glass substrate is used as the insulating substrate, the inside of the through hole can be observed. The thickness of the insulating substrate is about 100 μm to 1000 μm, and may be further reduced by polishing or etching. After the bonded substrate is attached as the thin plate 413, the bonded thick substrate may be removed to leave a thin substrate. In this case, it can be made thinner than the above 100 μm, and can be about 10 μm. The thin plate 413 also serves to protect the through hole.

薄板413において必要な部分を除去する。たとえば、貫通孔406−1上をカバーしている薄板413には通気孔415(415−1、2)をあける。これらの通気孔415は、内部の圧力が変動しないようにすることが一つの目的である。あるいはこの通気孔415を通して内部に液体を入れることもできる。通気孔415のサイズは約1μm〜10μmであるが、貫通孔406−1の大きさや最適の液体導入口サイズ、最適の音波導入口サイズ、最適の通気口サイズにすれば良い。1つの通気孔415−1から貫通孔406−1内のエアー等を抜きながら、別の通気孔415−2から液体を入れると簡単に貫通孔406−1内へ液体を入れることができる。必要な量だけ液体を入れた後、通気孔415を塞げば、その後に液体が外へ漏れることもない。また音波を貫通孔406−1内へ導入する場合にも最適の通気孔の大きさを選定すれば良い。 A necessary portion of the thin plate 413 is removed. For example, vent holes 415 (415-1, 2) are formed in the thin plate 413 covering the through hole 406-1. The purpose of these vent holes 415 is to prevent the internal pressure from fluctuating. Alternatively, liquid can be put inside through the vent hole 415. The size of the vent hole 415 is about 1 μm to 10 μm, but the size of the through hole 406-1, the optimum liquid inlet size, the optimum sound wave inlet size, and the optimum vent size may be used. Liquid can be easily put into the through-hole 406-1 by putting liquid from another vent 415-2 while removing air or the like in the through-hole 406-1 from one vent 415-1. After filling the necessary amount of liquid, if the vent hole 415 is closed, then the liquid will not leak outside. Moreover, what is necessary is just to select the optimal magnitude | size of a vent hole also when introduce | transducing a sound wave into the through-hole 406-1.

貫通孔406−2、406−3をカバーする薄板413にも通気口416(416−1、2)を空けることが望ましい。これらの通気口によって、基板側壁401−1や401−2の変形によって貫通孔406−2、3内の気圧を一定に保持することができる。通気口416(416−1,2)のサイズは約1μm〜10μmであるが、貫通孔406−2、3のサイズに合わせて適宜選択すれば良い。 It is desirable that vent holes 416 (416-1, 2) are also opened in the thin plate 413 covering the through holes 406-2, 406-3. With these vents, the atmospheric pressure in the through holes 406-2 and 3 can be kept constant by the deformation of the substrate side walls 401-1 and 401-2. The size of the vent 416 (416-1, 2) is about 1 μm to 10 μm, but may be appropriately selected according to the size of the through holes 406-2, 3.

さらに、外部への電極取り出し領域417(417−1、2)の薄板413も除去しておく。その後、絶縁膜411の必要な部分を除去して導電体膜408のコンタクト部分418(418−1、2)を形成する。このコンタクト418にさらに必要な配線を接続したり、ワイヤボンディングしたり、バンプを接続したりすることができる。薄板413の除去部分415、416、417は薄板413を付着した後、フォトリソ法を用いてパターニングして薄板413の必要な部分をエッチング(ドライまたはウエット)したり、レーザー除去したり、液体ジェット除去などによって除去できる。或いは、あらかじめ必要な部分を窓開けした薄板413を付着させても良い。あるいは、通気孔等は薄板410に設けることもできる。 Further, the thin plate 413 in the electrode extraction region 417 (417-1, 2) to the outside is also removed. Thereafter, necessary portions of the insulating film 411 are removed, and contact portions 418 (418-1, 2) of the conductor film 408 are formed. Necessary wiring can be connected to the contact 418, wire bonding, or bumps can be connected. The removed portions 415, 416, and 417 of the thin plate 413 are attached to the thin plate 413 and then patterned using a photolithographic method to etch (dry or wet) necessary portions of the thin plate 413, remove the laser, or remove the liquid jet. It can be removed by etc. Alternatively, a thin plate 413 in which necessary windows are opened in advance may be attached. Alternatively, a vent hole or the like can be provided in the thin plate 410.

上記した本発明のデバイスのプロセスから容易に分かるように、基板401がシリコン基板等の半導体基板であるときは、ICやトランジスタ等と一緒に搭載することができる。従って、加速度検出用回路や音波検出用回路などを有するICに本発明のデバイスを直接接続することによって、簡単に加速度や音波を検出できる。しかも、上記した絶縁膜や導電体膜はICやトランジスタに用いられるものと兼用できるので、同じプロセスを採用できプロセス上の負荷も少なく、安価なセンサを作製できる。さらに、貫通孔ではなくシリコン基板内に設けた凹部にすれば、第2面401−S2に付着した薄板410も必要がなくなる。 As can be easily understood from the above-described device process of the present invention, when the substrate 401 is a semiconductor substrate such as a silicon substrate, it can be mounted together with an IC, a transistor, or the like. Therefore, acceleration and sound waves can be easily detected by directly connecting the device of the present invention to an IC having an acceleration detection circuit, a sound wave detection circuit, and the like. In addition, since the above-described insulating film and conductor film can also be used for those used in ICs and transistors, the same process can be employed, and the load on the process can be reduced, so that an inexpensive sensor can be manufactured. Furthermore, if the concave portion provided in the silicon substrate is used instead of the through hole, the thin plate 410 attached to the second surface 401-S2 is not necessary.

図57は、コンデンサの電極を形成する別の方法を示す図である。図57に示す実施例では、基板はシリコン等の半導体基板とする。図57に示すセンサの構造は、中央に矩形状(断面が正方形状、立体的には直方体形状)の貫通孔431−1、その周囲に基板側壁421−1、2,3、4を挟んで4つの貫通孔431−2、3、4、5が配置された構造を有する。基板421に貫通孔431(431−1〜5)を形成した後、基板421上に絶縁膜432を形成する。この後絶縁膜上に感光性膜433を形成し、感光性膜433を露光し現像しパターニングする。この状態を示した図が図57である。この後にパターニングされた感光性膜433をマスクにした開口された部分の絶縁膜432をエッチング除去し基板421を露出させ、さらに露出した部分から拡散層を形成するプロセスとなる。 FIG. 57 is a diagram showing another method of forming the electrode of the capacitor. In the embodiment shown in FIG. 57, the substrate is a semiconductor substrate such as silicon. The sensor structure shown in FIG. 57 has a through-hole 431-1 having a rectangular shape (square in cross section, three-dimensionally rectangular parallelepiped) in the center, and substrate side walls 421-1, 2, 3, 4 sandwiched around it. It has a structure in which four through holes 431-2, 3, 4, and 5 are arranged. After the through holes 431 (431-1 to 5-1) are formed in the substrate 421, an insulating film 432 is formed on the substrate 421. Thereafter, a photosensitive film 433 is formed on the insulating film, and the photosensitive film 433 is exposed, developed, and patterned. FIG. 57 shows this state. Thereafter, the insulating film 432 in the opened portion using the patterned photosensitive film 433 as a mask is removed by etching, the substrate 421 is exposed, and a diffusion layer is formed from the exposed portion.

感光性膜433の開口部は容量空間となる貫通孔431(431−2〜5)の周りと、必要な拡散層を形成する部分である。図57は平面図(基板面に平行な上部から見た図)である。貫通孔431−5において、基板側壁421−4の側面431−5−1、これと対面する基板421の側面431−5−2、これらの側面と直交する側面431−5−3、431−5−4の4つの基板側面がある。これらの側面は絶縁膜で被覆されているが、電極となる基板側面431−5−1および431−5−2側の絶縁膜をエッチング除去するためにこの部分の感光性膜を開口する。また、残りの2つの基板側面431−5−3および431−5−4側の絶縁膜はエッチング除去しないので、感光性膜433(433−5−1、433−5−2)でカバーする。貫通孔431−5の底部431−5−5には基板421は存在しない。 The opening of the photosensitive film 433 is a portion around the through-hole 431 (431-2 to 5) serving as a capacity space and a necessary diffusion layer. FIG. 57 is a plan view (viewed from above parallel to the substrate surface). In the through hole 431-5, the side surface 431-5-1 of the substrate side wall 421-4, the side surface 431-5-2 of the substrate 421 facing this, the side surfaces 431-5-3, 431-5 orthogonal to these side surfaces. There are four substrate sides of -4. Although these side surfaces are covered with an insulating film, the photosensitive film in this portion is opened in order to etch away the insulating films on the side surfaces 431-5-1 and 431-5-2 serving as electrodes. The remaining two substrate side surfaces 431-5-3 and 431-5-4 are not removed by etching, and are therefore covered with photosensitive films 433 (433-5-1 and 433-5-2). There is no substrate 421 at the bottom 431-5-5 of the through hole 431-5.

薄板を付着させているときは薄板が存在し、その上に絶縁膜432が形成されている。薄板が絶縁体である場合には、絶縁膜432がなくなっても拡散層は形成されたとしても導電性はないので特に問題はない。薄板が半導体の場合は、薄板と基板421との間に絶縁膜を挟んでおけばコンデンサ電極が導通することはない。貫通孔ではなく凹部である場合には、基板421が半導体基板であるから、絶縁膜432がなくなり拡散層が形成されるとコンデンサの電極間が導通するので、凹部431−5の底部431−5−5上の絶縁膜432を残す必要がある。従って、凹部431−5の底部431−5−5上においても感光性膜を形成しておく。 When the thin plate is adhered, the thin plate exists and the insulating film 432 is formed thereon. In the case where the thin plate is an insulator, even if the insulating film 432 is eliminated, there is no particular problem because the diffusion layer is not conductive even if it is formed. When the thin plate is a semiconductor, the capacitor electrode does not conduct when an insulating film is sandwiched between the thin plate and the substrate 421. When the substrate is not a through-hole but a recess, the substrate 421 is a semiconductor substrate. Therefore, when the insulating film 432 is removed and a diffusion layer is formed, conduction between the electrodes of the capacitor is established, so the bottom 431-5 of the recess 431-5 It is necessary to leave the insulating film 432 on −5. Therefore, a photosensitive film is also formed on the bottom 431-5-5 of the recess 431-5.

基板421の表面において、基板側壁421−4における貫通孔431−5の側面側の平面421−4−1、これと対向する基板421−8における貫通孔431−5の側面側の平面421−8−1の部分を、図57に示すように開口する。また、これらと接続し配線領域となる部分435、436も感光性膜433は開口しておく。貫通孔431−2〜4においても同様である。 On the surface of the substrate 421, the flat surface 421-4-1 on the side surface side of the through hole 431-5 in the substrate side wall 421-4, and the flat surface 421-8 on the side surface side of the through hole 431-5 in the substrate 421-8 opposite thereto. The portion -1 is opened as shown in FIG. Further, the photosensitive film 433 is also opened in the portions 435 and 436 that are connected to these and become wiring regions. The same applies to the through holes 431-2 to 431-4.

次に、感光性膜433をマスクにして、感光性膜433のない部分における絶縁膜432をエッチング除去する。この絶縁膜432のエッチングはウエットエッチングや等方性ドライエッチングで行なう。絶縁膜432がシリコン酸化膜(SiOx)の場合は、緩衝フッ酸溶液(BHF)や希釈フッ酸溶液等のウエットエッチング、あるいはCF4やC2F6ガス等を用いたプラズマエッチングを使用する。このエッチングによって、感光性膜433のない部分において、半導体基板(たとえば、シリコン基板)が露出する。 Next, using the photosensitive film 433 as a mask, the insulating film 432 in the portion where the photosensitive film 433 is not present is removed by etching. The insulating film 432 is etched by wet etching or isotropic dry etching. When the insulating film 432 is a silicon oxide film (SiOx), wet etching such as buffered hydrofluoric acid solution (BHF) or diluted hydrofluoric acid solution, or plasma etching using CF4, C2F6 gas, or the like is used. By this etching, a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) is exposed in a portion where the photosensitive film 433 is not present.

次に感光性膜433をリムーブして、半導体基板の導電型と逆の導電型の不純物元素を拡散する。たとえば、シリコン基板がP型の場合は、N型のリン、アンチモン、ヒ素などを拡散する。シリコン基板がN型の場合は、P型のホウ素(B)などを拡散する。これらの拡散方法として、まずプリデポを行なってから拡散用熱処理を行なう方法、不純物元素を含む絶縁膜(たとえば、PSGやBSG)を積層してから拡散熱処理を行なう方法、あるいはイオン注入してから活性および拡散熱処理を行なう方法がある。これらの不純物元素の拡散処理によって、絶縁膜432のない基板が露出している領域(イオン注入拡散法の場合は、絶縁膜432が全部またはある程度残っていても良い。)において、不純物拡散層が形成される。 Next, the photosensitive film 433 is removed, and an impurity element having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is diffused. For example, when the silicon substrate is P-type, N-type phosphorus, antimony, arsenic, etc. are diffused. When the silicon substrate is N-type, P-type boron (B) or the like is diffused. As these diffusion methods, first, after pre-deposition, a diffusion heat treatment is performed, an insulating film containing an impurity element (for example, PSG or BSG) is stacked, a diffusion heat treatment is performed, or ions are implanted and activated. And a method of performing diffusion heat treatment. In the region where the substrate without the insulating film 432 is exposed by the diffusion treatment of these impurity elements (in the case of the ion implantation diffusion method, the insulating film 432 may be left entirely or to some extent). It is formed.

この不純物拡散層の不純物濃度は、10×1019/cm3〜10×1022/cm3程度であり、抵抗率も約0.02Ωcm以下と小さくなるので、配線や電極として使用できる。この結果、導電体膜を形成しなくても、貫通孔431(431−2〜5)において、基板側壁421(421−1〜4)の側面およびこれらと対面する基板側面が電極となりコンデンサを形成できる。たとえば、貫通孔431−5において、側面領域421−4−1と421−8−1でコンデンサを形成し、拡散配線層435および436に電圧を印加すれば静電容量を測定できる。図57に示す構造では、コンデンサ電極としての導電体膜の積層は不要である。 The impurity concentration of this impurity diffusion layer is about 10 × 10 19 / cm 3 to 10 × 10 22 / cm 3 and the resistivity is as small as about 0.02 Ωcm or less, so that it can be used as a wiring or an electrode. As a result, even if no conductor film is formed, in the through holes 431 (431-2 to 5), the side surfaces of the substrate side walls 421 (421-1 to 4) and the side surfaces of the substrate facing these serve as electrodes to form capacitors. it can. For example, the capacitance can be measured by forming capacitors in the side holes 421-4-1 and 421-8-1 in the through hole 431-5 and applying a voltage to the diffusion wiring layers 435 and 436. In the structure shown in FIG. 57, it is not necessary to stack a conductor film as a capacitor electrode.

図58は、円環状の構造を有する本発明のセンサにおいて、拡散層をコンデンサ電極に用いる場合の構造および製造方法を示す図である。本センサは、中央の円形状貫通孔452−1、これを囲む基板側壁451−1、さらにそれを囲む円環状の貫通孔452−2、これを囲む厚い基板を有する。貫通孔452を形成後、絶縁膜455を形成し、さらに絶縁膜455上に感光性膜457を形成している。絶縁膜455は基板451の表面および貫通孔452内部など全面に積層している。感光性膜457は必要なパターニングをしている。 FIG. 58 is a diagram showing a structure and a manufacturing method when a diffusion layer is used for a capacitor electrode in the sensor of the present invention having an annular structure. This sensor has a central circular through-hole 452-1, a substrate side wall 451-1 surrounding the circular through-hole 452-1, an annular through-hole 452-2 surrounding it, and a thick substrate surrounding it. After the through hole 452 is formed, an insulating film 455 is formed, and a photosensitive film 457 is formed on the insulating film 455. The insulating film 455 is stacked over the entire surface such as the surface of the substrate 451 and the inside of the through hole 452. The photosensitive film 457 is subjected to necessary patterning.

基板側壁451−1は、本実施形態では感光性膜457を形成していない。(現像して除去している。)(尚、基板側壁451−1は、感光性膜457でパターニングする方法もある。)貫通孔452−2の外側を取り囲んでいる基板451−2の側面および表面上に形成された絶縁膜455において感光性膜457をパターニングしている。すなわち、この部分には電極を分割して形成する必要があるので、それに対応した感光性膜457のパターニングを行なっている。また基板451の表面においても配線等を形成するために感光性膜457のパターニングをしている。貫通孔452−2の外側の基板側面およびそれにつながる基板451−2の表面部分451−2−1、2、3、・・・において感光性膜457を除去し、これらの間に感光性膜457のパターン457−1、2、3、4、・・・を形成する。451−2−1、2,3、・・・は互いにつながらないようにする必要がある。この部分が個々のコンデンサの電極となるからである。 In the present embodiment, the photosensitive film 457 is not formed on the substrate side wall 451-1. (Developed and removed.) (There is also a method of patterning the substrate side wall 451-1 with the photosensitive film 457.) The side surface of the substrate 451-2 surrounding the outside of the through hole 452-2 In the insulating film 455 formed on the surface, the photosensitive film 457 is patterned. That is, since it is necessary to divide and form an electrode in this part, the photosensitive film 457 corresponding to it is patterned. The photosensitive film 457 is also patterned on the surface of the substrate 451 in order to form wirings and the like. The photosensitive film 457 is removed from the side surface of the substrate outside the through-hole 452-2 and the surface portions 451-2-1, 2, 3,. Pattern 457-1, 2, 3, 4,... 451-2, 1, 2, 3,. This is because this portion becomes an electrode of each capacitor.

感光性膜457をパターニングした後で、絶縁膜455をエッチング除去する。図58に示す実施形態では、基板側壁451−1に形成された絶縁膜もエッチング除去される。図58に示す場合も基板は半導体(たとえばシリコン)であり、基板451の裏面に付着した薄板はガラス基板やセラミック基板等の絶縁体であるから、貫通孔452の底部については絶縁膜455が除去されても特に問題はない。(尚、薄板を付着せずにこのプロセスを行なうこともできる。)感光性膜457がない部分における絶縁膜は除去され半導体基板が露出される。この後の不純物拡散プロセスで、これらの感光性膜457がない部分に不純物拡散層が形成される。尚、イオン注入で不純物元素を半導体基板中に導入する場合は、絶縁膜を一部または全部残しておいても良い。たとえば、451−2−1、2、3、・・・等に不純物拡散層が形成され、これらがコンデンサの一方の電極となる。またこれらの個々の電極・配線は互いに接続しないようにパターニングされている。コンデンサの他方の電極は基板側壁451−1である。多角形形状のセンサ等も同様の構造および方法で不純物拡散層を電極・配線とすることができる。 After patterning the photosensitive film 457, the insulating film 455 is removed by etching. In the embodiment shown in FIG. 58, the insulating film formed on the substrate side wall 451-1 is also removed by etching. 58, the substrate is a semiconductor (for example, silicon), and the thin plate attached to the back surface of the substrate 451 is an insulator such as a glass substrate or a ceramic substrate. Therefore, the insulating film 455 is removed from the bottom of the through hole 452. There is no particular problem. (Note that this process can also be performed without attaching a thin plate.) The insulating film in the portion where the photosensitive film 457 is not present is removed, and the semiconductor substrate is exposed. In the subsequent impurity diffusion process, an impurity diffusion layer is formed in a portion where the photosensitive film 457 is absent. Note that when the impurity element is introduced into the semiconductor substrate by ion implantation, part or all of the insulating film may be left. For example, an impurity diffusion layer is formed in 451-2-1, 2, 3,..., And these serve as one electrode of the capacitor. These individual electrodes / wirings are patterned so as not to be connected to each other. The other electrode of the capacitor is the substrate side wall 451-1. A polygonal sensor or the like can also use the impurity diffusion layer as an electrode / wiring with the same structure and method.

図59は、本発明の電荷蓄積型センサの構造を示す図である。この電荷蓄積型センサはたとえばマイクロホンに用いることができる。中央の貫通孔511(511−1)の周囲を基板側壁501(501−1、501−2)を囲んでいる。さらにその周囲を貫通孔511(511−2、511−3)が囲んでいる。その貫通孔を厚い基板501(501−3、4)が囲んでいる。貫通孔511(511−2,3)は容量空間となるコンデンサを形成し、その電極は、図57および図58に示した基板501内に形成した拡散層である。たとえば、貫通孔511(511−2)において、基板501(501−3)に形成した拡散層503(503−1)および基板側壁501(501−1)に形成した拡散層503が2つの電極となる。また、貫通孔511(511−3)において、基板501(501−4)に形成した拡散層503(503−2)および基板側壁501(501−2)に形成した拡散層503が2つの電極となる。 FIG. 59 is a diagram showing the structure of the charge storage type sensor of the present invention. This charge storage type sensor can be used for a microphone, for example. The substrate side wall 501 (501-1, 501-2) is surrounded around the central through hole 511 (511-1). Further, a through hole 511 (511-2, 511-3) surrounds the periphery. A thick substrate 501 (501-3, 4) surrounds the through hole. The through holes 511 (511-2, 3) form a capacitor serving as a capacity space, and the electrode is a diffusion layer formed in the substrate 501 shown in FIGS. For example, in the through hole 511 (511-2), the diffusion layer 503 (503-1) formed on the substrate 501 (501-3) and the diffusion layer 503 formed on the substrate side wall 501 (501-1) are two electrodes. Become. In addition, in the through hole 511 (511-3), the diffusion layer 503 (503-2) formed on the substrate 501 (501-4) and the diffusion layer 503 formed on the substrate side wall 501 (501-2) include two electrodes. Become.

拡散層503上に2層の絶縁膜513および絶縁膜515が形成されている。絶縁膜513はシリコン酸化膜(SiOx)で、絶縁膜515はシリコン窒化膜(SiNx)またはシリコン酸窒化膜(SiNyOx)である。さらにこのシリコン窒化(SiNy)膜の上にシリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜(SiNyOx)を積層しても良い。このように二層膜または三層膜にすることによって、これらの膜中に電荷(マイナスまたはプラス)をトラップさせて(520で示す)、コンデンサ間に印加する電圧を下げることができる。たとえば、音波による基板側壁501(501−1、2)の変化量が小さい場合には、コンデンサの容量変化が小さくなるので検出が困難であるが、電圧レベルを上げることによって微小な変化量が検出可能となる。しかし、高電圧を外部から供給することは困難であるが、誘電体膜(エレクトレット)中に電荷を蓄積しておけば外部からの高電圧供給は不要となり、1〜5V程度の低電圧で本発明のマイクロホンデバイスを動作させることができる。 Two insulating films 513 and 515 are formed on the diffusion layer 503. The insulating film 513 is a silicon oxide film (SiOx), and the insulating film 515 is a silicon nitride film (SiNx) or a silicon oxynitride film (SiNyOx). Further, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film (SiNyOx) may be laminated on the silicon nitride (SiNy) film. By forming a two-layer film or a three-layer film in this way, charges (minus or plus) can be trapped in these films (indicated by 520), and the voltage applied between the capacitors can be lowered. For example, when the change amount of the substrate side wall 501 (501-1, 2) due to the sound wave is small, it is difficult to detect because the capacitance change of the capacitor is small. However, a minute change amount is detected by increasing the voltage level. It becomes possible. However, it is difficult to supply a high voltage from the outside. However, if charges are accumulated in the dielectric film (electret), it is not necessary to supply a high voltage from the outside. The inventive microphone device can be operated.

コンデンサ電極である拡散層503への電圧供給は、図59に示す拡散層配線を基板表面まで引き出して、絶縁膜513および515にコンタクト孔517を形成してアルミニウム膜やポリシリコン膜等の導電体膜518で接続する。この後、これまでに説明した様に、保護膜となる絶縁膜を積層して、貫通孔511上に薄板をカバーする。シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の誘電体膜(絶縁体膜)513や515に電荷をトラップさせる方法として、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を形成後のプロセスにおいて、X線照射法やコロナ放電法等を用いる方法がある。尚、絶縁膜513をシリコン窒化膜(SiNx)やシリコン酸窒化膜(SiNyOx)とし、絶縁膜515をシリコン酸化膜(SiOx)としても電荷蓄積が可能である。これらの絶縁膜は熱酸化や熱窒化で形成することもできるし、CVD法やPVD法によって積層することもできる。これらの絶縁膜の厚みは、好適には、シリコン酸化膜(SiOx)は50nm〜1000nm、シリコン窒化膜(SiNx)やシリコン酸窒化膜(SiNyOx)は10nm〜1000nmである。 The voltage is supplied to the diffusion layer 503, which is a capacitor electrode, by pulling out the diffusion layer wiring shown in FIG. 59 to the substrate surface and forming a contact hole 517 in the insulating films 513 and 515 to form a conductor such as an aluminum film or polysilicon film Connect with membrane 518. Thereafter, as described above, an insulating film serving as a protective film is laminated, and a thin plate is covered on the through hole 511. As a method of trapping charges in dielectric films (insulator films) 513 and 515 such as a silicon oxide film and a silicon nitride film, an X-ray irradiation method or a corona discharge is used in a process after the formation of the silicon oxide film or the silicon nitride film. There is a method using a method. It is to be noted that charge storage is possible even when the insulating film 513 is a silicon nitride film (SiNx) or a silicon oxynitride film (SiNyOx) and the insulating film 515 is a silicon oxide film (SiOx). These insulating films can be formed by thermal oxidation or thermal nitridation, or can be stacked by a CVD method or a PVD method. The thicknesses of these insulating films are preferably 50 nm to 1000 nm for silicon oxide films (SiOx) and 10 nm to 1000 nm for silicon nitride films (SiNx) and silicon oxynitride films (SiNyOx).

本発明のセンサは、基板としてシリコン等の半導体基板を用いることによって、ICやトランジスタと一緒の基板に搭載することができる。また、貫通孔形成や薄板付着プロセス以外の絶縁膜や導電体膜形成プロセスはICやトランジスタ製造プロセスと同時に行なうこともできる。貫通孔形成プロセスや薄板付着プロセスもICにも兼用することもできる。従って、本発明のセンサの特性(コンデンサの容量特性)を直接ICの演算処理回路へ接続し、音波信号や加速度を算出することもできる。このことは、センサとICを別個に作製し、実装基板にそれらを搭載し、それぞれの電極をワイヤボンディング等で接続する従来の手段と比較すれば、全体のコストを大幅に低減することができる。たとえば、それぞれのチップを作製するコストを低減することができ、実装面積を大幅に縮小でき、良品の判定を2つまとめて行なうことができ歩留まりを大幅に向上することができる。 The sensor of the present invention can be mounted on a substrate together with an IC and a transistor by using a semiconductor substrate such as silicon as a substrate. Further, the insulating film and conductor film forming process other than the through hole forming process and the thin plate attaching process can be performed simultaneously with the IC and transistor manufacturing process. The through hole forming process and the thin plate attaching process can also be used for the IC. Therefore, the characteristics of the sensor of the present invention (capacitance characteristics of the capacitor) can be directly connected to the arithmetic processing circuit of the IC to calculate a sound wave signal and acceleration. This can greatly reduce the overall cost as compared with the conventional means in which the sensor and the IC are separately manufactured, mounted on the mounting substrate, and the respective electrodes are connected by wire bonding or the like. . For example, the cost of manufacturing each chip can be reduced, the mounting area can be greatly reduced, and two good products can be determined together, and the yield can be greatly improved.

本発明のセンサは、インプリントプロセスを用いて製造することができる。図60は本発明のセンサのインプリントプロセスによる製造方法を示す図である。これまでに述べた本発明のセンサはICやトランジスタ等の能動デバイスと一緒に基板内に製造するときは、シリコン基板等の半導体基板を基板側壁として用いている。これに対して本実施形態では、半導体基板内に凹部を形成し、その凹部にポリマーを充填して、インプリント法によってポリマー内に凹部(第2凹部)を形成する。この第2凹部がこれまでに述べた加速度センサやマイクロホンデバイスの貫通孔(凹部)に相当する。 The sensor of the present invention can be manufactured using an imprint process. FIG. 60 is a diagram showing a manufacturing method of the sensor according to the present invention by an imprint process. The sensor of the present invention described so far uses a semiconductor substrate such as a silicon substrate as a substrate side wall when manufactured in a substrate together with an active device such as an IC or a transistor. In contrast, in this embodiment, a recess is formed in the semiconductor substrate, the recess is filled with a polymer, and a recess (second recess) is formed in the polymer by an imprint method. This second recess corresponds to the through hole (recess) of the acceleration sensor or microphone device described so far.

図60(a)において、半導体基板611においてIC等の能動デバイスを作製する領域をA、本発明のセンサを作製する領域をBとする。領域Bにおいて、センサを形成する領域において基板611をエッチングして薄くする。これは、本発明のセンサ領域とA領域を同じレベルにすることと、ポリマーを厚く形成しやすくすることが目的である。 In FIG. 60A, a region for manufacturing an active device such as an IC in the semiconductor substrate 611 is A, and a region for manufacturing the sensor of the present invention is B. In the region B, the substrate 611 is etched and thinned in the region where the sensor is to be formed. The purpose of this is to make the sensor region and the A region of the present invention at the same level and to easily form a thick polymer.

図60(a)に示すように基板内の圧電デバイスを形成する領域611のB内に凹部614を形成する。フォトリソ法やインプリント法を用いてレジストパターンを形成して、ウエットエッチングまたはドライエッチングで凹部614を形成する。ポリマーが凹部614内に入りやすくするために凹部に斜面616(破線で示す)を形成しても良い。たとえば基板611が(100)シリコン基板の場合において、KOH溶液でエッチングすると傾斜した斜面{(111)面}を得ることができる。あるいはフッ硝酸系エッチング液によって等方性エッチングが可能であり、またドライエッチングでも等方性エッチングが可能である。 As shown in FIG. 60A, a recess 614 is formed in B of a region 611 in the substrate where a piezoelectric device is to be formed. A resist pattern is formed by using a photolithography method or an imprint method, and the concave portion 614 is formed by wet etching or dry etching. An inclined surface 616 (shown by a broken line) may be formed in the concave portion so that the polymer can easily enter the concave portion 614. For example, when the substrate 611 is a (100) silicon substrate, an inclined slope {(111) plane} can be obtained by etching with a KOH solution. Alternatively, isotropic etching is possible with a hydrofluoric acid-based etching solution, and isotropic etching is also possible by dry etching.

次に図60(b)に示すようにポリマー615を塗布等して凹部614に厚く積層する。ポリマー615を塗布前に基板611上に絶縁膜を形成しても良い。この後熱処理を行ない軟化させて、図60(d)に示すようにこのポリマー615にモールド617の凸状パターン619を押しつける。ポリマー615を硬化させた後モールド617を引き抜くと、基板611内の凹部領域614内の厚く積層したポリマー615内に凹部621が形成される。{図61(e)}このように基板611に凹部(第1凹部)614を形成して、この部分に塗布されたポリマー615内に凹部(第2凹部)621を形成することにより、半導体基板611内にセンサを形成することができる。 Next, as shown in FIG. 60B, a polymer 615 is applied and the like is thickly laminated in the recess 614. An insulating film may be formed over the substrate 611 before the polymer 615 is applied. Thereafter, heat treatment is performed to soften, and the convex pattern 619 of the mold 617 is pressed against the polymer 615 as shown in FIG. When the mold 617 is pulled out after the polymer 615 is cured, a recess 621 is formed in the thickly laminated polymer 615 in the recess region 614 in the substrate 611. {FIG. 61 (e)} In this way, a recess (first recess) 614 is formed in the substrate 611, and a recess (second recess) 621 is formed in the polymer 615 applied to this portion, thereby providing a semiconductor substrate. A sensor can be formed in 611.

図60(b)においてポリマー塗布前に絶縁膜を形成してポリマー615との密着性等を改良しても良い。ポリマー615はシート状のポリマーを付着させて軟化させて基板611内の凹部614へポリマーを入れても良い。凹部(第1凹部)614の深さは、センサの容量空間(第2凹部)の深さまたは中央の空洞(第2凹部)の深さによって決定する。これらの第2凹部の深さをH1としたとき、第1凹部の深さH0はH1より約1〜50μm深くするのが良い。(厳密には、H1には基板表面からの厚み分が加わる。)
ポリマー615は、硬化系から分類すれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、または紫外線硬化性樹脂である。たとえば、フッ素樹脂フィルム、ポリエチレンフィルム、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂、ABS樹脂、塩化ビニル、液晶ポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、N−メチルー2−ピロリドン(NMP)、アクリル樹脂(PMMA)、ポリジメチルシロクサン(PDMS)、ポリイミド樹脂、ポリ乳酸、各種ゴム(天然ゴムや合成ゴム)、あるいはポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン(VDF/TrFE)共重合体、フッ化ビニリデンテトラフルオロエチレン(VDF−TeFE)等の強誘電性高分子、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、ナイロン−11等の極性高分子等の圧電性高分子など種々の高分子材料である。
In FIG. 60B, an insulating film may be formed before polymer application to improve adhesion with the polymer 615 and the like. The polymer 615 may be softened by attaching a sheet-like polymer, and the polymer may be put into the recess 614 in the substrate 611. The depth of the recess (first recess) 614 is determined by the depth of the sensor capacitive space (second recess) or the depth of the central cavity (second recess). When the depth of these second recesses is H1, the depth H0 of the first recess is preferably about 1 to 50 μm deeper than H1. (Strictly speaking, the thickness from the substrate surface is added to H1.)
The polymer 615 is a thermoplastic resin, a thermosetting resin, or an ultraviolet curable resin if classified from the curing system. For example, fluororesin film, polyethylene film, PMMA (polymethyl methacrylate), polycarbonate, polystyrene, acrylic resin, ABS resin, vinyl chloride, liquid crystal polymer, polyvinyl alcohol (PVA), polypropylene (PP), polyethylene (PE), N- Methyl-2-pyrrolidone (NMP), acrylic resin (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide resin, polylactic acid, various rubbers (natural rubber and synthetic rubber), or polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride Ferroelectric polymers such as trifluoroethylene (VDF / TrFE) copolymer, vinylidene fluoride tetrafluoroethylene (VDF-TeFE), vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer, polar polymers such as nylon-11, etc. of A variety of polymeric materials such as conductive polymers.

これらの材料を溶剤等で溶解した溶液を塗布・滴下してポリマー膜層を作り、必要ならプリベーク等した後にモールドをこのポリマー膜層615に押し入れる。その後、光硬化性樹脂であれば紫外線等の光照射を行ないポリマーを硬化させたり、熱硬化性樹脂であれば硬化温度以上の熱処理でポリマーを硬化させたり、熱軟化性(熱可塑性)樹脂であれば一度軟化温度以上にしてポリマーを軟化させた後軟化温度以下に温度を下げてポリマーを硬化させたりする。あるいは、熱軟化性樹脂シートの場合は、軟化温度以上にしてポリマーを軟化した後モールドを押し入れた後軟化温度以下でポリマーを硬化させる。 A solution in which these materials are dissolved with a solvent or the like is applied and dropped to form a polymer film layer. If necessary, after prebaking or the like, the mold is pushed into the polymer film layer 615. Then, if it is a photocurable resin, it is irradiated with light such as ultraviolet rays to cure the polymer. If there is, the polymer is softened once at the softening temperature or higher, and then the polymer is cured by lowering the temperature below the softening temperature. Alternatively, in the case of a heat-softening resin sheet, the polymer is softened at a softening temperature or higher, and then the polymer is hardened at a softening temperature or lower after the mold is pressed.

すなわち、図60(c)に示すように、凹部形成用のモールドパターン619が形成されたモールド617を基板611の凹部614に形成されたポリマー615にプレスする。たとえば、ポリマー615は熱可塑性樹脂(ガラス転移温度Tg)であり、Tgより高い温度でポリマー615内に押し込む。モールド全体617をポリマー615中に全部入れて押し込んでも良いし、少しの隙間をあけてポリマー615中に入れても良い。隙間をあける場合には、ポリマー615は硬化後体積変化するので、その体積変化を考慮して隙間の間隔を選定する。熱可塑性樹脂として、具体的にはポリカーボネート(PC)、アクリル(PMMA)、ポリ乳酸(PLA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、液晶ポリマー(LCP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアセタール(PCM)、ポリプロピレン(PP)各種ゴム(天然ゴムや合成ゴム)、等が挙げられるが、これらに限定されない。ポリマー615は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂でも良いが、一度硬化した後は熱を加えても軟化できないことに注意する必要がある。熱可塑性樹脂の場合は、何度でも軟化できるので、たとえばパターン崩れが発生しても再度軟化させてモールを押し込めば良い。 That is, as shown in FIG. 60C, a mold 617 in which a mold pattern 619 for forming a recess is formed is pressed onto a polymer 615 formed in a recess 614 of a substrate 611. For example, the polymer 615 is a thermoplastic resin (glass transition temperature Tg) and is pushed into the polymer 615 at a temperature higher than Tg. The entire mold 617 may be put into the polymer 615 and pushed in, or may be put into the polymer 615 with a slight gap. In the case of opening a gap, the volume of the polymer 615 changes after curing, and therefore the gap interval is selected in consideration of the volume change. Specific examples of thermoplastic resins include polycarbonate (PC), acrylic (PMMA), polylactic acid (PLA), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), liquid crystal polymer (LCP), polyvinyl chloride (PVC), and polyacetal. (PCM), polypropylene (PP), various rubbers (natural rubber and synthetic rubber), and the like, but are not limited thereto. The polymer 615 may be a thermosetting resin such as a phenol resin, an epoxy resin, a melamine resin, or a polyimide, but it should be noted that once it is cured, it cannot be softened even when heat is applied. In the case of a thermoplastic resin, it can be softened any number of times. For example, even if pattern collapse occurs, it may be softened again and the molding may be pushed in.

モールド617のパターン619をポリマー615に押し込んだ後、冷却しTgより低くするとポリマー615が硬化する。その後、モールド617を引き上げると、図60(e)に示すように、ポリマー615内にモールド617のパターン619が転写され、凹部621(621−1、2、3)が形成される。モールドをポリマーに挿入前にモールド表面に離型剤を塗布等しておけばポリマーを硬化後に硬化したポリマーからモールドを分離することが容易となる。 After the pattern 619 of the mold 617 is pushed into the polymer 615, the polymer 615 is cured when cooled and lower than Tg. Thereafter, when the mold 617 is pulled up, as shown in FIG. 60E, the pattern 619 of the mold 617 is transferred into the polymer 615 to form the recesses 621 (621-1, 2, 3). If a mold release agent is applied to the mold surface before inserting the mold into the polymer, it becomes easy to separate the mold from the cured polymer after the polymer is cured.

紫外線硬化型のポリマーを用いれば常温でもポリマー615を硬化させることができる。紫外線を照射すると硬化するUVポリマー615を用いて、モールド617および619をポリマー615内に押し込んだ後で、モールド617、619を通して、および/または基板611、絶縁膜613を通してポリマー615を硬化できる波長の光を照射する。この波長の光は紫外線やγ線やX線等が多い。従って、モールド617、619や基板611、絶縁膜613はこれらの光が透過できる材料を用いる。たとえば、ガラス製や石英製である。紫外線照射によりポリマー615が硬化した後で、モールド617および619を引き抜くと、凹部621が形成される。モールド617および619にポリマー615が付着してパターン崩れが発生しないように、モールド617および619をポリマー615に入れる前にモールド617および619の表面に離型剤を塗布しても良い。あるいはモールド617および619の表面にフッ素樹脂等をコーティングしても良い。この後、さらに硬化を確実にするために熱処理を行なう場合もある。 If an ultraviolet curable polymer is used, the polymer 615 can be cured even at room temperature. A UV polymer 615 that cures when irradiated with ultraviolet light is used to push the molds 617 and 619 into the polymer 615 and then cure the polymer 615 through the molds 617 and 619 and / or through the substrate 611 and the insulating film 613. Irradiate light. The light of this wavelength is mostly ultraviolet rays, γ rays, X rays and the like. Therefore, the molds 617 and 619, the substrate 611, and the insulating film 613 are made of materials that can transmit these lights. For example, it is made of glass or quartz. After the polymer 615 is cured by ultraviolet irradiation, when the molds 617 and 619 are pulled out, the recess 621 is formed. A mold release agent may be applied to the surfaces of the molds 617 and 619 before the molds 617 and 619 are put into the polymer 615 so that the polymer 615 does not adhere to the molds 617 and 619 and pattern collapse occurs. Alternatively, the surfaces of the molds 617 and 619 may be coated with a fluororesin or the like. Thereafter, heat treatment may be performed to further ensure the curing.

この後、基板611の表面に形成されたポリマー615Sや凹部615の底部に形成されたポリマー615Bを除去しても良い。たとえば、酸素プラズマによる異方性エッチングを基板全面(ポリマー615上面から全面)で行なえば良い。全面異方性エッチングであるから、凹部底部のポリマー615Bだけでなく、ポリマー615Sもエッチングされるので、全体のポリマー615の厚みが減少するが、凹部621の形状やポリマー側壁615(615−1〜3)の形状は維持される。ただし、凹部底部のポリマー615Bを基板内全体で除去するには、オーバーエッチングが必要となる。先にポリマー615Bがエッチングされた所は、下地の絶縁膜613(絶縁膜613がない場合は基板611)が露出するが、絶縁膜613や基板611がシリコン酸化膜系であれば酸素プラズマでは殆どエッチングされないし、シリコン窒化膜系でも余りエッチングされない。一方ポリマー上面はエッチングされるので、余りオーバーエッチングを行なうと凹部深さH1が減少する。従って、オーバーエッチング量を小さくするために、酸素プラズマによるポリマーの異方性エッチング量のバラツキを小さくすると同時に凹部底部のポリマー615Bの厚みをできるだけ小さくする必要がある。モールドパターン619の深さバラツキを小さくするとともに、モールド本体617の平坦度のバラツキも小さくし、さらにモールドのプレス圧力が基板全体で均一になるようにする。モールドのプレス圧力が基板全体で均一にするには、モールドパターン619を基板全体で均一に配置しておくと良い。さらに、凹部底部のポリマー615Bがエッチングされ下地が露出し始めると、CO等の反応種が少なくなるので、その量をセンシングしてエンドポイントを決めることもできる。 Thereafter, the polymer 615S formed on the surface of the substrate 611 or the polymer 615B formed on the bottom of the recess 615 may be removed. For example, anisotropic etching using oxygen plasma may be performed on the entire surface of the substrate (the entire surface from the upper surface of the polymer 615). Since the entire surface is anisotropic etching, not only the polymer 615B at the bottom of the recess but also the polymer 615S is etched, so that the overall thickness of the polymer 615 is reduced. However, the shape of the recess 621 and the polymer side wall 615 (615-1 to 615-1) are reduced. The shape of 3) is maintained. However, over-etching is required to remove the polymer 615B at the bottom of the recess throughout the substrate. When the polymer 615B is etched first, the underlying insulating film 613 (the substrate 611 in the absence of the insulating film 613) is exposed. It is not etched and is not so etched even in the silicon nitride film system. On the other hand, since the upper surface of the polymer is etched, if the over-etching is performed excessively, the recess depth H1 decreases. Therefore, in order to reduce the over-etching amount, it is necessary to reduce the variation in the anisotropic etching amount of the polymer caused by oxygen plasma and at the same time reduce the thickness of the polymer 615B at the bottom of the recess as much as possible. The variation in the depth of the mold pattern 619 is reduced, the variation in the flatness of the mold body 617 is also reduced, and the mold pressing pressure is made uniform over the entire substrate. In order to make the press pressure of the mold uniform over the entire substrate, the mold pattern 619 is preferably disposed uniformly over the entire substrate. Further, when the polymer 615B at the bottom of the concave portion is etched and the base begins to be exposed, reactive species such as CO are reduced, and the end point can be determined by sensing the amount thereof.

中央に形成された凹部621−1は、マイクロホンであれば音波導入用であり、加速度センサであれば加速度を受ける部分または液体を入れる部分である。この中央の凹部621−1を囲んでポリマー基板側壁615−1、615−2が配置される。このポリマー基板側壁615−1、615−2が音波や加速度によって変形するダイヤフラムとなる。その外側に容量空間となる凹部621−2、621−3があり、この容量空間を囲んでポリマー基板615−3、615−4が存在する。これらのポリマー基板615−3、615−4は半導体基板611に規制されているので、加速度や音波によっても殆ど変形しない。このように基板凹部(第1凹部)内に形成されたポリマー中へ形成された凹部(第2凹部)を用いた本発明のセンサは、これまでに説明した基板内に形成した貫通孔や凹部を用いた本発明のセンサと構造は同じである。尚、ポリマー内の凹部はインプリント法で形成したが、通常のフォトリソ法およびエッチング法でも形成できることは言うまでもない。 The concave portion 621-1 formed in the center is for introducing sound waves if it is a microphone, and is a portion that receives acceleration or a portion that contains liquid if it is an acceleration sensor. The polymer substrate side walls 615-1 and 615-2 are disposed so as to surround the central recess 621-1. The polymer substrate side walls 615-1 and 615-2 become diaphragms that are deformed by sound waves or acceleration. There are recesses 621-2 and 621-3 serving as capacity spaces on the outside, and polymer substrates 615-3 and 615-4 exist surrounding the capacity space. Since these polymer substrates 615-3 and 615-4 are regulated by the semiconductor substrate 611, they are hardly deformed even by acceleration or sound waves. Thus, the sensor of the present invention using the recess (second recess) formed in the polymer formed in the substrate recess (first recess) has the through holes and recesses formed in the substrate described above. The structure of the sensor of the present invention using the same is the same. In addition, although the recessed part in a polymer was formed by the imprint method, it cannot be overemphasized that it can also form with the normal photolitho method and an etching method.

この後のプロセスはこれまでに説明した本発明のセンサ製造プロセスと同様である。すなわち、図60(f)に示すように凹部621および基板上に絶縁膜623を形成する。この絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等でCVD法やPVD法で積層する。絶縁膜の厚みは約0.1μm〜1.0μmである。次に導電体膜625を積層し、所望のパターニングを行ない、電極・配線625(625−1、2、3、4)を形成する。導電体膜625は、アルミニウム、銅、鉄、亜鉛、金、白金、チタン、タングステン、モリブデン、クロウム、タンタル、鉛、スズ等の金属、またはこれらの合金、その他の各種合金、あるいは導電性ポリマー等であり、PVD法やCVD法、イオンプレーティング法、メッキ法等で形成する。絶縁膜623は導電体膜625との密着性向上や絶縁性確保の目的であるが、ポリマー615は絶縁体であるため、これらの目的が達成できれば、絶縁膜623は不要である。導電体膜の厚みは約0.1μm〜2.0μmである。導電体膜のパターニングはこれまでに説明したように、電着法や、感光性シートを用いる方法、感光性膜をCVD法やPVD法で形成する方法、あるいは通常の塗布法などで行なうことができる。 The subsequent process is the same as the sensor manufacturing process of the present invention described so far. That is, as shown in FIG. 60F, the insulating film 623 is formed over the recess 621 and the substrate. This insulating film is formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film or the like by a CVD method or a PVD method. The thickness of the insulating film is about 0.1 μm to 1.0 μm. Next, a conductor film 625 is laminated and subjected to desired patterning to form electrodes / wirings 625 (625-1, 2, 3, 4). The conductor film 625 is made of metal such as aluminum, copper, iron, zinc, gold, platinum, titanium, tungsten, molybdenum, chromium, tantalum, lead, tin, or an alloy thereof, other various alloys, or a conductive polymer. It is formed by PVD method, CVD method, ion plating method, plating method or the like. The insulating film 623 is for the purpose of improving the adhesion with the conductor film 625 and ensuring the insulating property. However, since the polymer 615 is an insulator, the insulating film 623 is unnecessary if these purposes can be achieved. The thickness of the conductor film is about 0.1 μm to 2.0 μm. As described above, the patterning of the conductor film can be performed by an electrodeposition method, a method using a photosensitive sheet, a method of forming a photosensitive film by a CVD method or a PVD method, or a normal coating method. it can.

凹部621−2において、電極・配線625−1と625−2でコンデンサを形成する。また凹部621−3において、電極・配線625−3と625−4でコンデンサを形成する。次に絶縁膜627を積層する。この絶縁膜は導電体膜625を保護するためで、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等でCVD法やPVD法で積層する。この絶縁膜の厚みは約0.1μm〜2μmである。次に薄板629を付着させ、凹部621をカバーする。必要な開口部および通気孔631、632を形成する。あらかじめ開口部および通気孔631、632を形成した薄板629を付着しても良い。薄板の厚みは、付着前は好適には約0.05mm〜1mmであるが、付着後に研磨や貼り合わせ基板を用いた方法でもっと薄くすることもできる。 In the recess 621-2, a capacitor is formed by the electrodes / wirings 625-1 and 625-2. In the recess 621-3, a capacitor is formed by the electrodes / wirings 625-3 and 625-4. Next, an insulating film 627 is stacked. This insulating film is used to protect the conductor film 625, and is deposited by a CVD method or a PVD method using a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like. The insulating film has a thickness of about 0.1 μm to 2 μm. Next, a thin plate 629 is attached to cover the recess 621. Necessary openings and vent holes 631 and 632 are formed. A thin plate 629 in which openings and vent holes 631 and 632 are formed in advance may be attached. The thickness of the thin plate is preferably about 0.05 mm to 1 mm before adhesion, but can be further reduced by polishing or a method using a bonded substrate after adhesion.

基板611の表面の薄板の開口部632の領域で、必要な場合には絶縁膜627に窓開けを行ないコンタクト孔633を形成する。このコンタクト孔に再配線をしても良いし、ワイヤボンドやバンプを形成して、他のデバイスと接続することもできる。また導電体膜625は、半導体基板に作製した他のデバイス(トランジスタ、IC、抵抗等)と兼用も可能なので、本発明のセンサ電極・配線とこれらのデバイスの配線と直接接続することも可能である。 In the region of the thin plate opening 632 on the surface of the substrate 611, if necessary, a window is opened in the insulating film 627 to form a contact hole 633. Rewiring may be performed in the contact hole, or a wire bond or bump may be formed to connect to another device. The conductor film 625 can also be used with other devices (transistors, ICs, resistors, etc.) fabricated on a semiconductor substrate, so that the sensor electrode / wiring of the present invention can be directly connected to the wiring of these devices. is there.

ポリマー内に形成した本発明のコンデンサにおいて、(ポリマー)基板側壁615−1や615−2はポリマーであるから、シリコン等の半導体基板と比較するとヤング率が非常に小さい。(シリコンのヤング率約130GPa、ポリマー約0.1〜5GPa、ゴム約0.01〜0.1GPa)前述した式{y0=β*F*s/(Et)}から分かるように、基板側壁の変形量はヤング率に反比例するので、ヤング率の小さな材料を使用すれば、コンデンサ容量の変化量を大きくすることができる。あるいは同じ変化量にするためにサイズを小さくできる。たとえば、PETではヤング率が約3GPaであるから、シリコンのヤング率(約130GPa)の1/40である。 In the capacitor of the present invention formed in a polymer, the (polymer) substrate sidewalls 615-1 and 615-2 are a polymer, and therefore the Young's modulus is very small compared to a semiconductor substrate such as silicon. (Young's modulus of silicon is about 130 GPa, polymer is about 0.1 to 5 GPa, rubber is about 0.01 to 0.1 GPa) As can be seen from the above-described formula {y0 = β * F * s 4 / (Et 3 )}, the substrate Since the amount of deformation of the side wall is inversely proportional to the Young's modulus, the amount of change in the capacitor capacity can be increased by using a material having a small Young's modulus. Alternatively, the size can be reduced to achieve the same amount of change. For example, since the Young's modulus of PET is about 3 GPa, it is 1/40 of the Young's modulus of silicon (about 130 GPa).

図60に示すインプリント法を用いた本発明のセンサの製造方法は、基板内に作製した凹部内のポリマーだけでなく、基板上に作製したポリマーにも使用できることは言うまでもない。 It goes without saying that the sensor manufacturing method of the present invention using the imprint method shown in FIG. 60 can be used not only for the polymer in the recess made in the substrate but also for the polymer made on the substrate.

図61は、本発明の加速度センサの別の実施形態を示す図である。本実施形態は、基板に導電体基板を用いて、導電体基板内に貫通孔を形成し、その貫通孔を上下の絶縁体基板(薄板)でカバーするものである。導電体基板711に平行な平面図である図61(a)に示すように、導電体基板の基板側壁711(711−2)と導電体基板の基板側壁711(711−3)が平行に配置され、これらの基板側壁の間の貫通孔712(712−1)が容量空間となり、これを挟んで対向する基板側壁711(711−2)と711(711−3)が電極となり、コンデンサを形成する。 FIG. 61 is a diagram showing another embodiment of the acceleration sensor of the present invention. In this embodiment, a conductive substrate is used as a substrate, a through hole is formed in the conductive substrate, and the through hole is covered with upper and lower insulator substrates (thin plates). As shown in FIG. 61A, which is a plan view parallel to the conductor substrate 711, the substrate side wall 711 (711-2) of the conductor substrate and the substrate side wall 711 (711-3) of the conductor substrate are arranged in parallel. The through-holes 712 (712-1) between the substrate side walls serve as a capacitance space, and the substrate side walls 711 (711-2) and 711 (711-3) opposed to each other across the space serve as electrodes to form a capacitor. To do.

図61(b)は、図61(a)における基板側壁711(711−2)と711(711−3)に垂直な方向717の断面図を示す図である。これらの基板側壁711(711−2)と711(711−3)の下面は絶縁体基板713が付着しており、上面は絶縁体基板714が付着している。絶縁体基板714には各基板側壁711(711−2)と711(711−3)と付着している領域の一部にそれぞれコンタクト孔716、718が形成され、コンタクト孔内およびその上にそれぞれ導電体膜717、719が形成され電極・配線を形成している。(図61(a)では、コンタクト孔7、導電体膜は破線で示す。)各基板側壁711(711−2)と711(711−3)は貫通孔712を挟んでセンサパッケージ(センサPKG)の枠基板711(711−1)に囲まれている。 FIG. 61B is a diagram showing a cross-sectional view in a direction 717 perpendicular to the substrate side walls 711 (711-2) and 711 (711-3) in FIG. An insulating substrate 713 is attached to the lower surface of the substrate side walls 711 (711-2) and 711 (711-3), and an insulating substrate 714 is attached to the upper surface. Insulator substrate 714 has contact holes 716 and 718 formed in part of the region adhering to each of substrate side walls 711 (711-2) and 711 (711-3), and in and on the contact holes, respectively. Conductor films 717 and 719 are formed to form electrodes and wirings. (In FIG. 61 (a), the contact hole 7 and the conductor film are indicated by broken lines.) Each of the substrate side walls 711 (711-2) and 711 (711-3) has a sensor package (sensor PKG) with the through hole 712 interposed therebetween. Frame substrate 711 (711-1).

図61から分かるように、基板側壁711(711−2)、711(711−3)、および枠基板711(711−1)は基板711内では完全に分離していて、上下面が絶縁体基板714、713に付着した構造となっている。従って、これらの基板側壁711(711−2)、711(711−3)、および枠基板711(711−1)は電気的に接続していない。加速度を受けないとき、基板側壁711(711−2)および基板側壁711(711−3)の対向面は平行になっているので、基板側壁711(711−2)および基板側壁711(711−3)は電極間距離dがd1の平行平板型のコンデンサ電極となっている。一方の電極となる基板側壁711(711−2)はコンタクト孔716を通じて導電体膜電極・配線717と接続し、他方の電極となる基板側壁711(711−3)はコンタクト孔718を通じて導電体膜電極・配線718と接続しているから、導電体膜電極・配線717および導電体膜電極・配線718に一定電圧を印加すれば、静電容量Cを測定できる。電極間距離dがd1のときの静電容量C0は、電極面積をS0とすれば、C0=ε・ε0・S0/dとなる。(基板側壁の長さをkとすれば、S0=keである。) As can be seen from FIG. 61, the substrate side walls 711 (711-2), 711 (711-3), and the frame substrate 711 (711-1) are completely separated in the substrate 711, and the upper and lower surfaces are insulator substrates. 714 and 713 are attached. Therefore, these board | substrate side walls 711 (711-2), 711 (711-3), and the frame board | substrate 711 (711-1) are not electrically connected. When no acceleration is applied, since the opposing surfaces of the substrate side wall 711 (711-2) and the substrate side wall 711 (711-3) are parallel, the substrate side wall 711 (711-2) and the substrate side wall 711 (711-3). ) Is a parallel plate type capacitor electrode having an inter-electrode distance d of d1. The substrate side wall 711 (711-2) serving as one electrode is connected to the conductor film electrode / wiring 717 through the contact hole 716, and the substrate side wall 711 (711-3) serving as the other electrode is connected to the conductor film through the contact hole 718. Since the electrode / wiring 718 is connected, the capacitance C can be measured by applying a constant voltage to the conductor film electrode / wiring 717 and the conductor film electrode / wiring 718. The capacitance C0 when the inter-electrode distance d is d1 is C0 = ε · ε0 · S0 / d, where the electrode area is S0. (If the length of the substrate side wall is k, S0 = ke.)

基板側壁711(711−2)の側面に垂直方向(717の方向)の加速度を受けて基板側壁711(711−2)に力が加わると、基板側壁711(711−2)は上下面だけが絶縁体基板714および713に規制され(他の規制はない)、かつ、基板側壁711(711−2)の厚み(幅)n(n1)が薄い(基板厚みeに対して薄い。たとえば、基板がシリコン基板であり、e=500μmであるときは約100μm以下)ので、基板側壁711(711−2)は湾曲する。この基板側壁711(711−2)と対向する基板側壁711(711−3)の厚み(幅)m(m1)は厚い(基板厚みeに対して厚い。たとえば、基板がシリコン基板であり、e=500μmであるときは約100μm以上)ので、基板側壁711(711−2)の変形量に対して殆ど変化がない。従って、電極間距離dはd1から変化し、たとえば図61において左向きの加速度ならばd<d1となるから、コンデンサ容量が大きくなり、右向きの加速度ならばd>d1となるから、コンデンサ容量が小さくなる。(尚、基板側壁711(711−2)は湾曲しているので、dは一定ではなく、容量計算では積分して計算した値と、実測値から加速度の大きさを求める。) When a force is applied to the substrate side wall 711 (711-2) by receiving acceleration in a direction perpendicular to the side surface of the substrate side wall 711 (711-2) (direction 717), only the upper and lower surfaces of the substrate side wall 711 (711-2) are applied. Restricted by the insulating substrates 714 and 713 (there are no other restrictions), and the thickness (width) n (n1) of the substrate side wall 711 (711-2) is thin (thinner than the substrate thickness e). Is a silicon substrate, and when e = 500 μm, about 100 μm or less), the substrate side wall 711 (711-2) is curved. The thickness (width) m (m1) of the substrate sidewall 711 (711-3) facing the substrate sidewall 711 (711-2) is thick (thick with respect to the substrate thickness e. For example, the substrate is a silicon substrate, e = 100 μm or more when 500 μm), there is almost no change with respect to the deformation amount of the substrate side wall 711 (711-2). Therefore, the inter-electrode distance d changes from d1, and for example, in FIG. 61, if the acceleration is to the left, d <d1 is satisfied, so that the capacitor capacity is large, and if the acceleration is to the right, d> d1 is satisfied. Become. (Note that since the substrate side wall 711 (711-2) is curved, d is not constant, and the capacitance is calculated by integrating and calculating the acceleration magnitude from the actual measurement value.)

導電体基板711はたとえば、不純物濃度が高いシリコン基板である。N型シリコン基板では不純物濃度が1019/cm3以上になると抵抗率が0.01Ωcm以下となるので導電体基板と考えて良い。また、P型シリコン基板では不純物濃度が2×1019/cm3以上になると抵抗率が0.01Ωcm以下となるので導電体基板と考えて良い。あるいは、他の半導体基板でも抵抗率が低いものを使用することができる。導電体基板711はあるいは、銅、アルミニウム、鉄、チタン、ニッケル、亜鉛、鉛、スズ、銀、金、タングステン、モリブデン、タンタル、コバルト等の金属や合金である。導電体基板711はあるいは、導電性ポリマー等や、グラフェンやカーボンナノチューブ等も使用できる。導電体基板でない場合でも、貫通溝を形成後、貫通溝の周りに導電体膜を積層することによって、同様の構造の圧力センサを作製できる。 The conductor substrate 711 is, for example, a silicon substrate having a high impurity concentration. In an N-type silicon substrate, when the impurity concentration is 10 19 / cm 3 or more, the resistivity becomes 0.01 Ωcm or less, so that it can be considered as a conductor substrate. In addition, when the impurity concentration is 2 × 10 19 / cm 3 or more in the P-type silicon substrate, the resistivity becomes 0.01 Ωcm or less, so that it can be considered as a conductor substrate. Alternatively, other semiconductor substrates having low resistivity can be used. Alternatively, the conductor substrate 711 is a metal or alloy such as copper, aluminum, iron, titanium, nickel, zinc, lead, tin, silver, gold, tungsten, molybdenum, tantalum, or cobalt. Alternatively, the conductive substrate 711 can be made of conductive polymer, graphene, carbon nanotube, or the like. Even when the substrate is not a conductor substrate, a pressure sensor having a similar structure can be manufactured by forming a through groove and then laminating a conductor film around the through groove.

図61に示す加速度センサでは、一方向の加速度しか検出できないが、このような構造のセンサを種々の方向へ合わせて作成すれば、種々の方向の加速度を検出できる。たとえば、基板側壁711−2および711−3のコンデンサを一組として、これらを種々の方向を有するように配置し、それら全体を枠基板711−1のような枠で囲めば、種々の方向の加速度を検出する加速度センサPKGを作製できる。尚、図61(b)に示すように通気孔721をあけておけば外界との圧力差をなくすことができる。たとえば、加速度によって内部の気圧が変化する場合があるが、これらの変化を小さくすることができる。しかし、水分等の浸入が予想される場合には、このような通気孔721をあけずに完全密閉した貫通孔空間712を作製できるので、耐環境性に優れた加速度センサPKGを実現できる。内部の気圧変化をなくすために、貫通孔空間712を真空に完全密閉すれば良い。これは、薄板713および714を基板711に付着して密閉するときに、真空中でプロセス(付着工程)を行なうことによって実現できる。 The acceleration sensor shown in FIG. 61 can detect only acceleration in one direction. However, if a sensor having such a structure is formed in various directions, acceleration in various directions can be detected. For example, if the capacitors on the substrate side walls 711-2 and 711-3 are arranged in a variety of directions as a set and surrounded by a frame such as the frame substrate 711-1, the capacitors in various directions are arranged. An acceleration sensor PKG that detects acceleration can be manufactured. In addition, if the vent hole 721 is opened as shown in FIG. 61 (b), the pressure difference from the outside can be eliminated. For example, the internal atmospheric pressure may change due to acceleration, but these changes can be reduced. However, when the intrusion of moisture or the like is expected, a completely sealed through-hole space 712 can be produced without opening such a vent hole 721, so that an acceleration sensor PKG having excellent environmental resistance can be realized. In order to eliminate the internal pressure change, the through-hole space 712 may be completely sealed in a vacuum. This can be realized by performing a process (attachment step) in a vacuum when the thin plates 713 and 714 are attached to the substrate 711 and sealed.

破線で示す715はスクライブラインであり、たとえばシリコンウエハに本発明の加速度センサPKGを多数(図61に示すパターンをつなげてゆく)作製し、このスクライブライン715に沿ってたとえばダイシングソーやダイサーでチップ化すれば良い。 Reference numeral 715 shown by a broken line denotes a scribe line. For example, a number of acceleration sensors PKG of the present invention are connected to a silicon wafer (the pattern shown in FIG. It should be.

図62は、導電体基板を使用した加速度センサの別の実施形態を示す図である。本実施形態は、図53で説明した実施形態と類似するが、導電体基板を使用するため基板側壁上に導電体膜を形成しなくても良い。従って、図61で説明した場合と同様にプロセスが非常に簡単である。図62に示すように、中央に断面が矩形状(好適には断面形状が正方形形状)の角柱形状の貫通孔732(732−1)が存在し、その貫通孔732(732−1)の周りに相似形の基板側壁731(731−2)が囲み、さらにその周りに貫通孔732が取り囲んでいる。断面が矩形形状の基板側壁731(731−2)の4つの各面731−2(731−2−1、2、3、4)に対して、貫通孔732を挟んで、厚い基板側壁731(3、4、5、6)が配置されている。これらの基板側壁731−2(731−2−1、2、3、4)と厚い基板側壁731(3、4、5、6)は対向電極となり、貫通孔732(732−2、3、4、5)を容量空間とするコンデンサを形成する。 FIG. 62 is a diagram showing another embodiment of an acceleration sensor using a conductor substrate. Although this embodiment is similar to the embodiment described with reference to FIG. 53, a conductor film need not be formed on the substrate side wall because a conductor substrate is used. Therefore, the process is very simple as in the case described in FIG. As shown in FIG. 62, there is a prismatic through hole 732 (732-1) having a rectangular cross section (preferably a square cross section) at the center, and around the through hole 732 (732-1). A substrate side wall 731 (731-2) having a similar shape is surrounded, and a through hole 732 is surrounded around the substrate side wall 731 (731-2). A thick substrate sidewall 731 (with a through hole 732 sandwiched between each of the four surfaces 731-2 (731-2-1, 2, 3, 4) of the substrate sidewall 731 (731-2) having a rectangular cross section. 3, 4, 5, 6) are arranged. These substrate side walls 731-2 (731-2-1, 2, 3, 4) and thick substrate side walls 731 (3, 4, 5, 6) serve as counter electrodes, and through holes 732 (732-2, 3, 4). 5) is formed.

基板側壁731−2(731−2−1、2、3、4)は厚み(幅)が薄いので加速度に伴う力によって変形するが、これらの基板側壁731−2(731−2−1、2、3、4)と対向する基板側壁731(731−3、5、4、6)は厚み(幅)が厚いので加速度に伴う力によって殆ど変形しないので、これらのコンデンサの容量が変化する。基板731の上下に絶縁体基板(薄板)739、738が付着しており、基板側壁731(731−3、5、4、6)上に付着した絶縁基板(薄板)739に開けられたコンタクト孔736(736−2,3等)に積層されパターニングされた導電体膜・電極・配線737(737−2,3等)と、基板側壁731−2上に付着した絶縁基板(薄板)739に開けられたコンタクト孔736(736−1)に積層されパターニングされた導電体膜・電極・配線737(737−1)との間に一定電圧を印加すれば、これらのコンデンサの個々の容量変化を測定できる。 Since the substrate side wall 731-2 (731-2-1, 2, 3, 4) has a small thickness (width), the substrate side wall 731-2 (731-2-1, 2) is deformed by a force accompanying acceleration. 3, 4) and the substrate side wall 731 (731-3, 5, 4, 6) opposed to each other have a large thickness (width) and are hardly deformed by a force accompanying acceleration, so that the capacitances of these capacitors change. Insulator substrates (thin plates) 739 and 738 are attached to the top and bottom of the substrate 731, and contact holes opened in the insulating substrate (thin plates) 739 attached on the substrate side walls 731 (731-3, 5, 4, and 6). 736 (736-2, 3 etc.) laminated and patterned conductor film / electrode / wiring 737 (737-2, 3 etc.) and insulating substrate (thin plate) 739 attached on the substrate side wall 731-2. When a constant voltage is applied between the conductive film / electrode / wiring 737 (737-1) stacked and patterned in the contact hole 736 (736-1), the individual capacitance changes of these capacitors are measured. it can.

図62に示すコンデンサは90度間隔で4つ配置されているので、これらの4つの方向は確実に加速度を検出することができる。その他の方向についても、それぞれのコンデンサの容量の大きさを比較することによって、ある程度まで正確に加速度の向きを検出することができる。その向きをさらに正確に求めるには、矩形形状よりも多角形形状としていけば良い。尚、加速度によって、厚い側壁を有する基板側壁731(731−3、4、5、6)をできるだけ変形させないようにするために、図62(a)に示すように、コンデンサ電極面積に関与しない部分をたとえば破線で示すような領域まで広げて、基板側壁と絶縁基板738および739との付着面積を増大させると良い。これらの厚い側壁を有する基板側壁731(731−3、4、5、6)の外側に貫通孔732をはさんで枠基板731(731−1)が取り囲んでいる。尚、必要な場合には、図62(b)に示すように、貫通孔に通気孔741、742を形成することもできる。(図62(b)は、図62(a)における一点鎖線735に沿った断面図である。ただし、図62(a)では、通気孔、コンタクト孔、導電体膜・電極・配線は記載していない。) Since four capacitors shown in FIG. 62 are arranged at intervals of 90 degrees, acceleration can be reliably detected in these four directions. In other directions, the direction of acceleration can be accurately detected to some extent by comparing the capacitances of the capacitors. In order to obtain the orientation more accurately, the polygonal shape may be used instead of the rectangular shape. In order to prevent the substrate side wall 731 (731-3, 4, 5, 6) having a thick side wall from being deformed as much as possible by acceleration, as shown in FIG. For example, it is preferable to increase the adhesion area between the substrate side wall and the insulating substrates 738 and 739 by expanding the region to the region shown by a broken line. The frame substrate 731 (731-1) surrounds the through hole 732 outside the substrate side wall 731 (731-3, 4, 5, 6) having these thick side walls. If necessary, vent holes 741 and 742 can be formed in the through holes as shown in FIG. (FIG. 62 (b) is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 735 in FIG. 62 (a). However, in FIG. Not.)

中央の貫通孔732−1に重い液体を入れることによって、前述したように、加速度の検出感度を大きくすることができる。基板側壁731−2(731−2−1、2、3、4)は全体が同電位となっているので、液体が導電性を有するものでも問題ない。液体の重さに対する力(F=mα)が基板側壁731−2(731−2−1、2、3、4)に作用するので、加速度による変形量が大きくなる。
尚、図62においては4つの厚い基板側壁を使用しているが、これらのうちの1つ、または2つ、または3つでも加速度を検出できることは当然である。
By putting a heavy liquid in the central through-hole 732-1, the acceleration detection sensitivity can be increased as described above. Since the substrate side wall 731-2 (731-2-1, 2, 3, 4) is entirely at the same potential, there is no problem even if the liquid has conductivity. Since the force (F = mα) against the weight of the liquid acts on the substrate side wall 731-2 (731-2-1, 2, 3, 4), the amount of deformation due to acceleration increases.
In FIG. 62, four thick substrate side walls are used, but it is natural that acceleration can be detected by one, two, or three of them.

図62に示す構造は、図45に類似する構造とすることによってマイクロホンデバイスにも使用することができる。すなわち、中央の貫通孔732へ音波を導入することによって、基板側壁731−2(731−2−1、2、3、4)を振動させ、その振動に伴い基板側壁731−2(731−2−1、2、3、4)と、これと対向する基板側壁731−3、5、4、6)との間のコンデンサの容量が変化する。この信号変化を測定して音波を検出することができる。すなわちマイクロホンデバイスとなる。中央の貫通孔732−1をカバーする絶縁体基板738、または739の一部または全部に音波導入用の開口部を設けて音波が貫通孔732−1に効果的に導入されるようにする。また基板側壁732の外側の貫通孔732(732−2、3、4,5、6)にも振動した空気が抜けやすいような空気抜け孔を設けることが望ましい。ただし、貫通孔732(732−2、3、4,5、6)が真空の場合には空気振動はないので、(当然だが)このような孔は必要はない。尚、マイクロホンデバイスの場合も、厚い基板側壁731(3、4、5,6)は1つでも、2つでも、3つでも良い。また、これらの基板側壁は接続していても音波検出は可能である。さらに枠基板731−1とこれらの基板側壁とは接続しても良い。また、マイクオホンデバイスでは加速度の力はかからないので、余り厚くする必要がないので、これらの基板側壁および枠基板を小さくできる。 The structure shown in FIG. 62 can be used for a microphone device by adopting a structure similar to that shown in FIG. That is, by introducing a sound wave into the central through hole 732, the substrate side wall 731-2 (731-2-1, 2, 3, 4) is vibrated, and the substrate side wall 731-2 (731-2) is accompanied by the vibration. The capacitance of the capacitor changes between −1, 2, 3, 4) and the substrate side wall 731-3, 5, 4, 6) facing this. Sound waves can be detected by measuring this signal change. That is, it becomes a microphone device. An opening for introducing a sound wave is provided in part or all of the insulating substrate 738 or 739 covering the central through hole 732-1 so that the sound wave is effectively introduced into the through hole 732-1. In addition, it is desirable to provide an air vent hole in the through hole 732 (732-2, 3, 4, 5, 6) outside the substrate side wall 732 so that the oscillated air can easily escape. However, when the through-hole 732 (732-2, 3, 4, 5, 6) is vacuum, there is no air vibration, so (naturally) such a hole is not necessary. In the case of the microphone device, the thick substrate side wall 731 (3, 4, 5, 6) may be one, two, or three. Further, even when these substrate side walls are connected, sound wave detection is possible. Further, the frame substrate 731-1 may be connected to these substrate side walls. In addition, since the acceleration force is not applied to the microphone ohon device, it is not necessary to make it too thick, so that the substrate side wall and the frame substrate can be made small.

図63は、本発明の加速度センサの別の実施形態を示す図である。本実施形態では、中央の貫通孔は断面が円形形状の円柱形状であり、その半径はr1である。その周りを断面が半径r2の円形形状の円柱形状を有する基板側壁751(751−2)が囲んでいる。従って基板側壁751(751−2)の厚み(幅)はr2−r1である。そのまわりを断面が半径r3の円形形状の円柱形状を有する貫通孔752(752−2)が囲んでいる。この貫通孔752を内側面の断面形状が円形の円柱形状であって、幾つかに分割された厚い基板側壁751(751−3、4、5、6、7、8、9、10)が取り囲んでいる。これらの基板側壁751(751−3、4、5、6、7、8、9、10を貫通孔752が取り囲んでいて、その周りを枠基板751(751−1)が囲んでいる。図63は平面構造であるが、断面構造は図61や図62と同様である。基板751は導電体基板であり、円環状の一方の電極751−2とこれと対向する半径r3の円形状の側面電極である基板側壁751(751−3、4、5、6、7、8、9、10)とは容量空間を752−2とするコンデンサを形成している。 FIG. 63 is a diagram showing another embodiment of the acceleration sensor of the present invention. In the present embodiment, the central through hole has a cylindrical shape with a circular cross section, and its radius is r1. A substrate side wall 751 (751-2) having a circular cylindrical shape with a radius r2 in cross section surrounds the periphery. Therefore, the thickness (width) of the substrate side wall 751 (751-2) is r2-r1. A through hole 752 (752-2) having a circular cylindrical shape with a radius r3 in cross section surrounds the periphery. The through hole 752 has a cylindrical shape with a circular cross section on the inner surface, and is surrounded by a thick substrate side wall 751 (751-3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) divided into several parts. It is out. A through-hole 752 surrounds these substrate side walls 751 (751-3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10), and a frame substrate 751 (751-1) surrounds them. Is a planar structure, but the cross-sectional structure is the same as that of Fig. 61 and Fig. 62. The substrate 751 is a conductive substrate and has one annular electrode 751-2 and a circular side surface having a radius r3 facing the electrode 751-2. The substrate side wall 751 (751-3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) which is an electrode forms a capacitor having a capacitance space of 752-2.

加速度がないときは、基板側壁751−2は変形しないので、コンデンサ電極間距離はr3−r2となる。加速度を受けると円環状の基板側壁751−2が変形する。加速度方向にある基板側壁751−2の変形が大きくなるので、その変形の大きい部分と対向する厚い基板側壁751(751−3、4、5、6、7、8、9、10)のうちのどれかのコンデンサ容量が大きく変化する。この変化方向が加速度の方向であり、コンデンサ容量の変化量から加速度の大きさが分かる。ただし、これだけでは加速度の方向は、分割した基板側壁751(751−3、4、5、6、7、8、9、10)のどれかの方向であり、一定の幅がある。そこでもっと正確な方向を知るには、隣接する基板側壁電極におけるコンデンサ容量を比較して求めることができる。もっと正確に知るには、円環状の電極751−2に対向する外側の電極をもっと細かく分割すれば良い。図63では8分割している。また、前述したように、中央の貫通孔に重い液体を入れておけば、基板側壁751−2の変形量が大きくなるので、加速度に対する検出感度を高めることができる。 When there is no acceleration, the substrate side wall 751-2 is not deformed, and the distance between the capacitor electrodes is r3-r2. When the acceleration is received, the annular substrate side wall 751-2 is deformed. Since the deformation of the substrate side wall 751-2 in the acceleration direction becomes large, of the thick substrate side walls 751 (751-3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) facing the large deformation portion. The capacitance of one of the capacitors changes greatly. This direction of change is the direction of acceleration, and the magnitude of acceleration can be found from the amount of change in the capacitance of the capacitor. However, with this alone, the direction of acceleration is one of the divided substrate side walls 751 (751-3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10), and has a certain width. Therefore, in order to know a more accurate direction, it is possible to obtain the capacitance by comparing the capacitance of the adjacent substrate side wall electrodes. In order to know more accurately, the outer electrode facing the annular electrode 751-2 may be divided more finely. In FIG. 63, it is divided into eight. Further, as described above, if a heavy liquid is put in the central through hole, the deformation amount of the substrate side wall 751-2 becomes large, so that the detection sensitivity to acceleration can be increased.

r1=100μm、r2=20μm、r3=150μmとして、全体のパッケージサイズ(枠基板のサイズ)を0.5mm×0.5mm×0.4mm(厚み)とすれば、約6万個の加速度センサのチップパッケージを得ることができる。
尚図63に示す構造もマイクロホンデバイスに使用できる。すなわち、円柱形状の貫通孔752−1を音波導入孔とすれば良い。外側の対向電極は分割しなくても良い。さらには枠基板と接続することもできるし、加速度による変形を考慮する必要はないので、外側の対向電極をもっと小さくできるので、枠基板の大きさ、すなわちチップPKGももっと小さくすることができる。
If r1 = 100 μm, r2 = 20 μm, r3 = 150 μm, and the overall package size (frame substrate size) is 0.5 mm × 0.5 mm × 0.4 mm (thickness), about 60,000 acceleration sensors A chip package can be obtained.
The structure shown in FIG. 63 can also be used for a microphone device. That is, the cylindrical through hole 752-1 may be a sound wave introduction hole. The outer counter electrode may not be divided. Furthermore, since it can be connected to a frame substrate and there is no need to consider deformation due to acceleration, the outer counter electrode can be made smaller, so that the size of the frame substrate, that is, the chip PKG can be further reduced.

次に導電体基板を用いた本発明の力量センサを作製するプロセスを説明する。図64は導電体基板を用いた本発明の力量センサを作製するプロセスの製造方法である。図64(a)に示すように導電体基板811は上面(第1面)811−Sおよび下面(第2面)811−Bを有する。導電体基板811の下面811−Bに絶縁体基板813を付着する。導電体基板811に直接付着できない場合(たとえば、接着剤と基板との密着性が不十分な場合)には、たとえば絶縁膜812を積層した後に絶縁体基板813を付着する。この付着方法は接着剤を用いる方法、常温接合方法、高温(融着)接合方法、あるいは静電接合(陽極接合)などがある。導電体基板811の厚みは、力量センサの特性(基板側壁の変形量)などによって決定されるが、たとえば0.1mm〜2.0mmの厚みである。絶縁膜812はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜などである。 Next, a process for producing a force sensor of the present invention using a conductive substrate will be described. FIG. 64 shows a manufacturing method of a process for manufacturing a force sensor of the present invention using a conductor substrate. As shown in FIG. 64A, the conductor substrate 811 has an upper surface (first surface) 811-S and a lower surface (second surface) 811-B. An insulator substrate 813 is attached to the lower surface 811 -B of the conductor substrate 811. In the case where it is not possible to adhere directly to the conductor substrate 811 (for example, when the adhesiveness between the adhesive and the substrate is insufficient), the insulator substrate 813 is attached after the insulating film 812 is laminated, for example. This adhesion method includes a method using an adhesive, a room temperature bonding method, a high temperature (fusion) bonding method, or an electrostatic bonding (anodic bonding). The thickness of the conductor substrate 811 is determined by the characteristics of the force sensor (the amount of deformation of the substrate side wall) and the like, for example, a thickness of 0.1 mm to 2.0 mm. The insulating film 812 is a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like.

この絶縁体基板813は貫通孔を形成したときに基板側壁を保持する役割を果たす。また貫通孔をエッチングして形成した時のエッチングストッパーとなる。次に導電体基板811の上面811−S上に貫通孔形成用の感光性膜815をパターニングする。導電体基板811上に感光性膜815を形成し、フォトリソ法によって貫通孔を形成する領域を開口する。基板側壁を形成する領域は感光性膜を残す。感光性膜815を直接導電体基板811に形成できない場合(たとえば、感光性膜815と導電体基板811との密着性が悪い場合や感光性膜815が貫通孔を形成時にエッチングされなくなるかパターン形状が悪くなる場合)、導電体基板811上に絶縁膜814を形成しても良い。感光性膜815の厚みは、貫通孔形成時の導電体基板811と感光性膜815のエッチング選択比によっても決定されるが、エッチング選択比がmの場合導電体基板811の厚みの1/m以上の厚みが必要となる。たとえば、導電体基板811の厚みが500μm、m=50の場合、感光性膜の厚み(感光性膜815をパターニング後の熱処理した後、すなわちエッチング直前の厚み)は10μm以上必要である。 The insulator substrate 813 serves to hold the substrate side wall when the through hole is formed. It also serves as an etching stopper when the through hole is formed by etching. Next, a photosensitive film 815 for forming a through hole is patterned on the upper surface 811-S of the conductor substrate 811. A photosensitive film 815 is formed on the conductor substrate 811 and a region for forming a through hole is opened by a photolithography method. The photosensitive film is left in the region where the substrate side wall is formed. When the photosensitive film 815 cannot be directly formed on the conductor substrate 811 (for example, when the adhesion between the photosensitive film 815 and the conductor substrate 811 is poor, or when the photosensitive film 815 is not etched when the through-hole is formed, the pattern shape An insulating film 814 may be formed over the conductor substrate 811. The thickness of the photosensitive film 815 is also determined by the etching selection ratio between the conductive substrate 811 and the photosensitive film 815 at the time of forming the through hole. However, when the etching selection ratio is m, the thickness of the conductive substrate 811 is 1 / m. The above thickness is required. For example, when the thickness of the conductor substrate 811 is 500 μm and m = 50, the thickness of the photosensitive film (the thickness of the photosensitive film 815 after the heat treatment after patterning, that is, the thickness immediately before etching) needs to be 10 μm or more.

感光性膜815をパターニング後熱処理して感光性膜815を硬化した後、感光性膜815のない開口部にある導電体基板811をエッチングする。このエッチングは異方性エッチングで最初の感光性膜815のパターン通りに形成することが望ましい。感光性膜815のパターンも垂直か垂直に近い形状が望ましく、導電体基板811を垂直か垂直に近い形状にエッチングする。絶縁体膜814が存在する場合は絶縁体膜814も垂直パターン形状にエッチングすることが望ましい。導電体基板811がシリコン基板(低抵抗)であるときは、ボッシュ法や誘導結合プラズマRIE法(ICP−RIE)、電子サイクロトロン共鳴RIE(ECR−RIE)法などを使用することができる。エッチング後の断面形状模式図が図64(b)である。 After the photosensitive film 815 is patterned and heat-treated to cure the photosensitive film 815, the conductor substrate 811 in the opening without the photosensitive film 815 is etched. This etching is desirably anisotropic etching and is formed according to the pattern of the first photosensitive film 815. The pattern of the photosensitive film 815 is also desirably vertical or nearly vertical, and the conductor substrate 811 is etched to be vertical or nearly vertical. When the insulator film 814 exists, the insulator film 814 is also preferably etched into a vertical pattern shape. When the conductor substrate 811 is a silicon substrate (low resistance), a Bosch method, an inductively coupled plasma RIE method (ICP-RIE), an electron cyclotron resonance RIE (ECR-RIE) method, or the like can be used. FIG. 64B is a schematic cross-sectional view after etching.

導電体基板811が深さ方向(基板面に垂直方向)に全部エッチングされると、絶縁体基板813が露出する。(絶縁膜812が介在する場合は、絶縁膜812が露出し、オーバーエッチングによって絶縁膜812が深さ方向に全部エッチングされると絶縁体基板813が露出する。)導電体基板811と絶縁体基板813(または絶縁膜812)は異なる材質であるから、エッチングガス等の条件を的確に選定すれば、導電体基板811と絶縁体基板813とのエッチング選択比(これをnとする)を充分大きく取れる。通常貫通孔を完全に形成(基板内の貫通孔を全部)するには、オーバーエッチングとして基板厚みの5%〜20%は必要であるから、たとえば基板厚みを500μmとすれば、25μm〜100μmの基板811がエッチングされる計算となる。n=50とすれば、オーバーエッチングによって、絶縁体基板は0.5μm〜2μmエッチングされる計算となる。絶縁体基板813の厚みは10μm〜500μm、好適には50μm〜200μmであるから、絶縁体基板に孔が開くことはない。また絶縁膜812がある場合、絶縁体膜812の厚みは0.1μm〜2μm程度であるから、絶縁体膜812は全部エッチングされる場合もある。 When the conductor substrate 811 is completely etched in the depth direction (perpendicular to the substrate surface), the insulator substrate 813 is exposed. (When the insulating film 812 is interposed, the insulating film 812 is exposed, and when the insulating film 812 is etched in the depth direction by over-etching, the insulating substrate 813 is exposed.) The conductive substrate 811 and the insulating substrate Since 813 (or the insulating film 812) is a different material, if the conditions such as the etching gas are appropriately selected, the etching selection ratio between the conductor substrate 811 and the insulator substrate 813 (this is n) is sufficiently large. I can take it. Usually, to completely form through holes (all through holes in the substrate), 5% to 20% of the substrate thickness is necessary as overetching. For example, if the substrate thickness is 500 μm, the thickness is 25 μm to 100 μm. It is calculated that the substrate 811 is etched. If n = 50, it is calculated that the insulating substrate is etched by 0.5 μm to 2 μm by over-etching. Since the thickness of the insulator substrate 813 is 10 μm to 500 μm, preferably 50 μm to 200 μm, no hole is opened in the insulator substrate. In the case where the insulating film 812 is provided, the thickness of the insulating film 812 is approximately 0.1 μm to 2 μm, and thus the insulating film 812 may be entirely etched.

この導電体基板811のエッチングによって、貫通孔816(816−1、2、3、4)は形成される。これらの貫通孔816(816−1、2、3、4)は、たとえば図62における貫通孔732(732−1、2、3)、732などに対応する。また、基板側壁811(831−1、2、3、4)は、たとえば図62における基板側壁731−2、731−3、731−5、731−1などに対応する。貫通孔816が形成された後感光性膜815をリムーブし、必要なら絶縁膜814をエッチングする。その後、図64(c)に示すように、必要な場合は導電体基板811の表面(貫通孔内の露出した基板面を含む)を保護するために絶縁膜818を積層し、絶縁体基板821を基板811の上面に付着させる。この付着方法も絶縁体基板813の付着方法と同じ方法で行なうことができる。絶縁膜818の厚みは0.1μm〜2.0μm程度である。絶縁膜814をエッチング除去し、絶縁膜818を積層せず、直接導電体基板811に絶縁体基板818を付着させても良い。たとえば、導電体基板811がシリコン基板で絶縁体基板がガラス基板であるときは、陽極接合法によって、強固に付着することができる。 Through holes 816 (816-1, 2, 3, 4) are formed by etching the conductive substrate 811. These through holes 816 (816-1, 2, 3, 4) correspond to, for example, the through holes 732 (732-1, 2, 3) and 732 in FIG. Further, the substrate side walls 811 (831-1, 2, 3, 4) correspond to, for example, the substrate side walls 731-2, 731-3, 731-5, 731-1 in FIG. After the through hole 816 is formed, the photosensitive film 815 is removed, and the insulating film 814 is etched if necessary. Thereafter, as shown in FIG. 64 (c), an insulating film 818 is laminated to protect the surface of the conductor substrate 811 (including the exposed substrate surface in the through hole), if necessary, and the insulator substrate 821 Is attached to the upper surface of the substrate 811. This attachment method can also be performed in the same manner as the attachment method of the insulator substrate 813. The thickness of the insulating film 818 is about 0.1 μm to 2.0 μm. The insulating film 814 may be removed by etching, and the insulating substrate 818 may be directly attached to the conductor substrate 811 without stacking the insulating film 818. For example, when the conductor substrate 811 is a silicon substrate and the insulator substrate is a glass substrate, it can be firmly attached by anodic bonding.

次に、図64(d)に示すように、絶縁体基板821や絶縁膜818、814にコンタクト孔823(823−1、2)を空けて、導電体基板811の上面を露出させた後、これらのコンタクト孔823に導電体膜を積層し、導電体膜・電極・配線パターン824(824−1、2)を形成する。これらの2つの導電体膜・電極・配線パターン824(824−1、2)の間で、容量空間を貫通孔816(816−2)とするコンデンサが形成される。また、貫通孔816への通気孔822(822−1、2)を絶縁体基板に開けることもできる。絶縁体基板821にコンタクト孔や通気孔を形成する方法として、フォトリソ法を用いてドライエッチングやウエットエッチングで形成する方法がある。絶縁体基板821がガラス基板である場合、ドライエッチングではCF4やC2F6等のガスを用いたプラズマエッチングがある。ウエットエッチングではHF系のエッチング液を用いてエッチングすることができる。あるいは、レーザーや高圧水流を用いて絶縁体基板に窓開けを行なう方法もある。尚、事前にコンタクト孔や通気孔を形成した絶縁体基板を付着しても良い。この方法によれば、絶縁体基板にコンタクト孔や通気孔を形成するプロセスは別工程となるので、プロセス時間を短縮できるというメリットもある。さらに通気孔825を絶縁体基板813に形成することもできる。
以上のようなプロセスで本発明の導電体基板を用いたセンサ(たとえば、加速度センサやマイクロホンデバイス)を作製できる。このプロセスは非常に短いのでプロセスコストも非常に小さくなる。
Next, as shown in FIG. 64D, contact holes 823 (823-1, 2) are opened in the insulating substrate 821 and the insulating films 818, 814, and the upper surface of the conductive substrate 811 is exposed. A conductor film is laminated in these contact holes 823 to form a conductor film / electrode / wiring pattern 824 (824-1, 2). A capacitor having a capacitance space as a through hole 816 (816-2) is formed between these two conductor films / electrodes / wiring patterns 824 (824-1, 2). In addition, vent holes 822 (822-1, 2) to the through holes 816 can be formed in the insulator substrate. As a method for forming a contact hole or a vent hole in the insulator substrate 821, there is a method of forming by dry etching or wet etching using a photolithography method. When the insulator substrate 821 is a glass substrate, dry etching includes plasma etching using a gas such as CF4 or C2F6. In wet etching, etching can be performed using an HF-based etchant. Alternatively, there is a method of opening a window on the insulator substrate using a laser or high-pressure water flow. An insulator substrate in which contact holes and vent holes are formed in advance may be attached. According to this method, the process of forming the contact hole and the vent hole in the insulator substrate is a separate process, so there is an advantage that the process time can be shortened. Further, the air hole 825 can be formed in the insulator substrate 813.
A sensor (for example, an acceleration sensor or a microphone device) using the conductor substrate of the present invention can be manufactured by the process as described above. Since this process is very short, the process cost is also very low.

図65は絶縁体基板または半導体基板を用いた本発明のセンサを形成する方法を示す図である。図64と異なるのはコンデンサ電極・配線となる導電体膜を形成するプロセスを使用することであるが、プロセスは非常に簡単である。図64と類似するプロセスが多いので詳細なプロセスの説明は省略するが、図64で説明した内容から簡単に類推できる。図65(a)に示すように、基板911の下面911−Bにサポート基板913を付着させる。必要な場合には絶縁膜912を介在させる。基板911の下面911−Sに感光性膜915を形成し、貫通孔形成用のパターニングをフォトリソ法により行なう。必要な場合には絶縁膜914を介在させる。感光性膜914は感光性シート膜(ドライフィルム)を付着したり、あるいは感光性膜を塗布した後、熱処理(プリベーク)して形成する。基板911は絶縁体基板または半導体基板である。(導電体基板でも良いが、導電体基板の場合は図64で例示した方法でプロセスできる。)絶縁体基板として、たとえば、ガラス基板、石英基板、セラミック基板、高分子樹脂基板、プラスチック基板、ゴム基板などである。半導体基板として、たとえば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、炭素(ダイヤモンド、グラフェン、カーボンナノチューブ等を含む)基板等の単元素基板、炭化ケイ素(SiC)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、ガリウムヒ素(GaAs)、インジウムリン(InP)、窒化ガリウム(GaN)等の二元元素基板、その他三元系以上の多元素基板等である。 FIG. 65 is a diagram showing a method for forming a sensor of the present invention using an insulator substrate or a semiconductor substrate. The difference from FIG. 64 is that a process of forming a conductor film to be a capacitor electrode / wiring is used, but the process is very simple. Since there are many processes similar to FIG. 64, a detailed description of the process is omitted, but can be easily inferred from the contents described in FIG. As shown in FIG. 65A, a support substrate 913 is attached to the lower surface 911-B of the substrate 911. If necessary, an insulating film 912 is interposed. A photosensitive film 915 is formed on the lower surface 911-S of the substrate 911, and patterning for forming a through hole is performed by a photolithography method. If necessary, an insulating film 914 is interposed. The photosensitive film 914 is formed by attaching a photosensitive sheet film (dry film) or applying a photosensitive film and then heat-treating (pre-baking). The substrate 911 is an insulator substrate or a semiconductor substrate. (A conductor substrate may be used, but in the case of a conductor substrate, it can be processed by the method illustrated in FIG. 64.) As an insulator substrate, for example, a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, a polymer resin substrate, a plastic substrate, rubber Such as a substrate. As a semiconductor substrate, for example, a silicon substrate, a germanium substrate, a single element substrate such as a carbon (including diamond, graphene, carbon nanotube, etc.) substrate, silicon carbide (SiC), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (GaAs), indium Binary element substrates such as phosphorus (InP) and gallium nitride (GaN), and other ternary or higher multi-element substrates.

次に図65(b)に示すように、基板911をエッチングして貫通孔916(916−1、2、3、4)を形成する。これによって基板側壁911(911−1、2、3、4)を形成できる。次に感光性膜915をリムーブした後、図65(c)に示すように、基板911上に絶縁膜918を積層する。絶縁膜914は除去しても良いし、残しておいても良い。絶縁膜918はシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜等であり、CVD法やPVD法、あるいは熱酸化法や熱窒化法で形成する。基板911が絶縁体基板であり、この後で形成する導電体膜との密着性が良い場合には、この絶縁膜918を形成しなくても良い。絶縁膜918の厚みは、100nm〜2000nmである。貫通孔916内にも絶縁膜が形成される。次に導電体膜919を積層する。導電体膜919は、たとえば低抵抗多結晶シリコン(PolySi)、各種シリサイド膜、各種金属膜、各種合金膜、導電性ポリマー、導電性ゴム、導電性炭素(導電性カーボンナノチューブやグラフェンを含む)であり、CVD法、PVD法、イオンプレーティング、メッキ等で形成する。導電体膜919の厚みは、100nm〜2000nmである。導電体膜919は貫通孔916の内部にも積層するが、貫通孔916の側面全体に積層されることが望ましい。 Next, as shown in FIG. 65B, the substrate 911 is etched to form through holes 916 (916-1, 2, 3, 4). Thereby, the substrate side walls 911 (911-1, 2, 3, 4) can be formed. Next, after removing the photosensitive film 915, an insulating film 918 is laminated on the substrate 911 as shown in FIG. The insulating film 914 may be removed or may be left. The insulating film 918 is a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or the like, and is formed by a CVD method, a PVD method, a thermal oxidation method, or a thermal nitridation method. In the case where the substrate 911 is an insulator substrate and adhesion with a conductor film to be formed later is good, this insulating film 918 may not be formed. The thickness of the insulating film 918 is 100 nm to 2000 nm. An insulating film is also formed in the through hole 916. Next, a conductor film 919 is stacked. The conductor film 919 is made of, for example, low resistance polycrystalline silicon (PolySi), various silicide films, various metal films, various alloy films, conductive polymers, conductive rubber, conductive carbon (including conductive carbon nanotubes and graphene). Yes, by CVD, PVD, ion plating, plating, etc. The thickness of the conductor film 919 is 100 nm to 2000 nm. The conductor film 919 is also laminated inside the through hole 916, but it is desirable to be laminated on the entire side surface of the through hole 916.

導電体膜919は貫通孔916の底部932にも積層するが、この部分の導電体膜919をエッチング除去する必要がある。その方法として、図65(c)に示すように感光性膜930を形成し、貫通孔916の部分に感光性膜930が存在しないように感光性膜をパターニングする。この方法として、たとえば感光性ドライフィルム930を基板911上の導電体膜918上に付着させて、フォトリソ法によって貫通孔916の部分に感光性膜930が存在しないようにする。感光性ドライフィルム930がネガタイプの場合、感光性膜930を残す部分、すなわち基板側壁上面(基板上面)に光を照射すれば良い。感光性ドライフィルム930がポジタイプの場合は、感光性膜930を除去する部分、すなわち貫通孔上部を覆っている感光性膜930に光を照射すれば良い。ドライフィルムの場合は、貫通孔上部でも膜厚が余り厚くならず、プリベーク(感光性膜を露光する前に行なう熱処理)しても貫通孔内部に余り入っていかない。 The conductor film 919 is also stacked on the bottom portion 932 of the through hole 916, but the conductor film 919 in this portion needs to be removed by etching. As the method, a photosensitive film 930 is formed as shown in FIG. 65C, and the photosensitive film is patterned so that the photosensitive film 930 does not exist in the through hole 916 portion. As this method, for example, a photosensitive dry film 930 is attached on the conductor film 918 on the substrate 911 so that the photosensitive film 930 does not exist in the through hole 916 portion by photolithography. In the case where the photosensitive dry film 930 is a negative type, light may be irradiated to the portion where the photosensitive film 930 is left, that is, the upper surface of the substrate side wall (the upper surface of the substrate). In the case where the photosensitive dry film 930 is a positive type, light may be irradiated to a portion where the photosensitive film 930 is removed, that is, the photosensitive film 930 covering the upper portion of the through hole. In the case of a dry film, the film thickness does not become too thick even at the upper part of the through hole, and does not enter the through hole so much even if prebaked (heat treatment performed before exposing the photosensitive film).

感光性膜930が塗布膜やディップ膜の場合は、貫通孔916内部にも感光性膜が入り貫通孔916で厚くなっている。従って、ネガタイプの感光性膜(レジスト)が良く、厚みの安定している基板上面において露光するだけで良く、厚みの厚い感光性膜を有する貫通孔916内には露光する必要がないので、簡単に所望のパターンを形成できる。基板上面では導電体膜919を電極、配線としてのパターニングも必要であるから、そのためのパターンも形成する。尚、ポジタイプの感光性膜(レジスト)の場合は、貫通孔916内の厚いレジスト内にも露光する必要があるので焦点深度の大きい光を照射することによって、貫通孔内の感光性膜を除去することができる。 In the case where the photosensitive film 930 is a coating film or a dip film, the photosensitive film also enters the through hole 916 and is thick at the through hole 916. Therefore, the negative type photosensitive film (resist) is good, and it is only necessary to expose the upper surface of the substrate having a stable thickness, and it is not necessary to expose the through hole 916 having the thick photosensitive film. A desired pattern can be formed. Since the conductor film 919 needs to be patterned as an electrode and wiring on the upper surface of the substrate, a pattern for that purpose is also formed. In the case of a positive type photosensitive film (resist), it is necessary to expose the thick resist in the through hole 916, so that the photosensitive film in the through hole is removed by irradiating light with a large depth of focus. can do.

次に図65(d)に示すように、感光性膜930のエッジを垂れさせる熱処理を行なう。この熱処理によって基板側壁911(911−1、2、3、4)等の上面をカバーする感光性膜930が軟化して、感光性膜930のエッジが垂れて貫通孔916(916―1、2、3、4)の内側面側の上部に積層している導電体膜919を覆う(垂れた感光性膜931で示す)。レジストの軟化温度は、たとえば150℃〜200℃であり、この温度以上で熱処理することによって感光性膜930のエッジを垂れさせることができる。この後基板911の上面側から基板面に対して垂直に導電体膜を異方性エッチングする。たとえば、導電体膜がアルミニウムの場合、反応性イオンエッチング(RIE)装置を用いて塩tatoeba素系ガス(たとえば、Cl2やBCl3)によって垂直エッチング(異方性エッチング)できる。たとえば、導電体膜がタングステンシリサイドや低抵抗PolySiの場合、反応性イオンエッチング(RIE)装置を用いてたとえばハロゲン系ガス(たとえば、Cl2、SF6、HBr)によって垂直エッチング(異方性エッチング)できる。 Next, as shown in FIG. 65 (d), heat treatment for dripping the edge of the photosensitive film 930 is performed. By this heat treatment, the photosensitive film 930 that covers the upper surface of the substrate side wall 911 (911-1, 2, 3, 4) or the like is softened, and the edge of the photosensitive film 930 hangs down to pass through holes 916 (916-1, 2). 3, 4) to cover the conductive film 919 stacked on the inner surface side (indicated by a hanging photosensitive film 931). The softening temperature of the resist is, for example, 150 ° C. to 200 ° C., and the edge of the photosensitive film 930 can be dripped by heat treatment at a temperature higher than this temperature. Thereafter, the conductive film is anisotropically etched perpendicularly to the substrate surface from the upper surface side of the substrate 911. For example, when the conductor film is aluminum, vertical etching (anisotropic etching) can be performed with a salt taeba base gas (for example, Cl 2 or BCl 3) using a reactive ion etching (RIE) apparatus. For example, when the conductor film is tungsten silicide or low resistance PolySi, vertical etching (anisotropic etching) can be performed by using a reactive ion etching (RIE) apparatus, for example, with a halogen-based gas (for example, Cl2, SF6, HBr).

この導電体膜の垂直エッチングによって、貫通孔916内の底部932に積層している導電体膜919がエッチング除去される。感光性膜930でカバーしている導電体膜の部分は当然にエッチングされない。貫通孔916の内側面に積層している導電体膜は、感光性膜で被覆されていないが、基板面に対して垂直になっているので、横方向からはエッチングされないから、エッチング後もエッチングされずに残っている。貫通孔内側面の上部に存在する導電体膜919は感光性膜がなければ当然エッチングされるが、感光性膜930のエッジ付近は垂れていて、この部分にある導電体膜919は、この垂れた感光性膜919に被覆されているので、この部分もエッチングされない。垂直方向にエッチングイオン種が貫通孔916内に突入してきても、この垂れた部分931がマスクとなり、貫通孔916の側面に被覆した導電体膜919はエッチングされない。尚、基板側壁911の上面に形成する感光性膜パターンを少し大き目に形成すれば、貫通孔916の内側面の廂領域が増えるので、貫通孔916の内側面上に積層した導電体膜919はやはりエッチングされにくくなる。この場合も感光性膜を垂れさせる熱処理を行なえば、確実に貫通孔916の内側面上部の導電体膜919を感光性膜で確実に覆うことができる。 By this vertical etching of the conductive film, the conductive film 919 stacked on the bottom 932 in the through hole 916 is removed by etching. Of course, the portion of the conductor film covered by the photosensitive film 930 is not etched. The conductor film laminated on the inner surface of the through-hole 916 is not coated with a photosensitive film, but is perpendicular to the substrate surface, so it is not etched from the lateral direction. It remains without being. The conductive film 919 existing on the inner side surface of the through hole is naturally etched if there is no photosensitive film. Since this is covered with the photosensitive film 919, this portion is not etched either. Even if etching ion species enter the through-hole 916 in the vertical direction, the drooped portion 931 serves as a mask, and the conductor film 919 covering the side surface of the through-hole 916 is not etched. If the photosensitive film pattern formed on the upper surface of the substrate side wall 911 is formed slightly larger, the wrinkle region on the inner side surface of the through hole 916 increases. After all it becomes difficult to be etched. Also in this case, if the heat treatment for dripping the photosensitive film is performed, the conductive film 919 on the upper inner surface of the through hole 916 can be reliably covered with the photosensitive film.

導電体基板ではない場合でも平面的パターンは図61(a)、図62(a)、図63に示す形状と同じであるから、導電体膜919を積層後は、コンデンサ電極となる基板側壁(たとえば、911−1と911−3)上の導電体膜919は貫通孔916の底部のみで接続しているだけである。従って、上述した導電体膜の異方性エッチングによって貫通孔916の底部の導電体膜919は除去されるので、コンデンサ電極となる基板側壁(たとえば、911−1と911−3)上の導電体膜919は分離する。 Even if it is not a conductor substrate, the planar pattern is the same as the shape shown in FIGS. 61 (a), 62 (a), and 63. Therefore, after laminating the conductor film 919, the substrate sidewall (capacitor electrode) For example, the conductor film 919 on 911-1 and 911-3) is connected only at the bottom of the through hole 916. Therefore, since the conductive film 919 at the bottom of the through hole 916 is removed by the anisotropic etching of the conductive film described above, the conductive material on the substrate side walls (for example, 911-1 and 911-3) to be the capacitor electrodes The membrane 919 separates.

この後、感光性膜930を除去して、絶縁体膜920を積層する。(絶縁膜920を形成する前に選択CVD法やメッキ法によって導電体膜を積層すれば、エッチング中に受けた導電体膜の小さな隙間を導電体膜で埋めることができ、エッチング中に導電体膜が受けたダメッジを回復することができる。(大きな隙間には選択CVDやメッキによる導電体膜は積層しないので、導通していないパターンが導通することはない。)この絶縁膜920は、SiOx、SiOxNy,SiNyであり、CVD法やPVD法で積層し、膜厚が0.1μm〜2μmであり、導電体膜919を化学的および物理的および環境的に保護する。その後、薄板921を付着させて、(図65(e))必要なコンタクト孔924(924−1、2)や導電体膜・電極・配線923(923−1、2)や通気孔922を形成する。このような構造のセンサが基板911内に多数作製されるので、ダイサー等を用いてチップ化(個片化)すれば、多数のセンサチップPKGを作製することができる。(図65(f)) Thereafter, the photosensitive film 930 is removed, and the insulator film 920 is stacked. (If a conductor film is laminated by selective CVD or plating before forming the insulating film 920, a small gap in the conductor film received during etching can be filled with the conductor film. The damage received by the film can be recovered (a conductive film formed by selective CVD or plating is not laminated in a large gap so that a non-conductive pattern does not conduct). SiOxNy, SiNy, which are laminated by CVD or PVD, have a film thickness of 0.1 μm to 2 μm, and protect the conductor film 919 chemically, physically and environmentally. (FIG. 65 (e)), necessary contact holes 924 (924-1, 2), conductor films / electrodes / wirings 923 (923-1, 2), and vent holes 922 are formed. The sensor UNA structure is fabricated a number in the substrate 911, if chip the dicer (dicing), can be prepared a number of sensor chips PKG. (FIG. 65 (f))

このように本プロセスを用いることによって、絶縁体基板や半導体基板を用いても簡単なプロセスで本発明のセンサを作製できる。このプロセスではシリコン等の半導体基板を用いているので、ICやトランジスタと一緒のプロセスでセンサを作製することができる。 By using this process as described above, the sensor of the present invention can be manufactured by a simple process even if an insulator substrate or a semiconductor substrate is used. Since a semiconductor substrate such as silicon is used in this process, the sensor can be manufactured by a process together with an IC and a transistor.

図66は、シリコン等の半導体基板を用いた本発明のセンサを作製する方法を示す図である。以下は半導体基板がシリコン基板であるとして説明する。図66(a)に示すように、シリコン基板951の両面に拡散層952を形成する。シリコン基板がP型ウエハの場合は拡散層はN型でもP型どちらでも良く、シリコン基板がN型ウエハの場合は拡散層はP型でもN型でもどちらでも良い。拡散層952の不純物濃度は1019/cm以上であることが望ましい。拡散層952の形成方法は、たとえばイオン注入をした後に熱処理を行なう方法、あるいはプリデポして拡散熱処理を行なう方法がある。尚、裏面の拡散層952は特に必要がないので形成しなくても良い。 FIG. 66 is a diagram showing a method for manufacturing a sensor of the present invention using a semiconductor substrate such as silicon. In the following description, it is assumed that the semiconductor substrate is a silicon substrate. As shown in FIG. 66A, diffusion layers 952 are formed on both sides of the silicon substrate 951. When the silicon substrate is a P-type wafer, the diffusion layer may be either N-type or P-type, and when the silicon substrate is an N-type wafer, the diffusion layer may be either P-type or N-type. The impurity concentration of the diffusion layer 952 is desirably 10 19 / cm 3 or more. The diffusion layer 952 can be formed by, for example, a method of performing heat treatment after ion implantation or a method of performing diffusion heat treatment by pre-deposition. Note that the diffusion layer 952 on the back surface is not particularly necessary and may not be formed.

次に図66(b)に示すように、シリコン基板951の裏面にサポート基板954を付着する。必要な場合には、絶縁膜953を介在しても良い。シリコン基板951の上面に感光性膜956を形成し、貫通孔形成用の窓開けを行なう。必要な場合には、絶縁膜955を介在しても良い。感光性膜956のパターンにより貫通孔965(965−1、2、3)を形成する。貫通孔965を形成後感光性膜956をリムーブした後の断面図を図66(c)に示す。貫通孔965の上部に拡散層952が露出している。次に絶縁膜955をエッチング除去する。これによって、シリコン基板951の上面および貫通孔956の上部で拡散層952が全部露出する。この露出した状態で導電体膜957を積層する。導電体膜957は、シリコン基板の上面および貫通孔内部に積層され、シリコン基板951の上面および貫通孔956の上部に露出した拡散層952と接触する。 Next, as shown in FIG. 66B, a support substrate 954 is attached to the back surface of the silicon substrate 951. If necessary, an insulating film 953 may be interposed. A photosensitive film 956 is formed on the upper surface of the silicon substrate 951, and a window for forming a through hole is opened. If necessary, an insulating film 955 may be interposed. Through holes 965 (965-1, 2, 3) are formed by the pattern of the photosensitive film 956. FIG. 66C shows a cross-sectional view after the photosensitive film 956 is removed after the through-hole 965 is formed. A diffusion layer 952 is exposed above the through hole 965. Next, the insulating film 955 is removed by etching. As a result, the entire diffusion layer 952 is exposed on the upper surface of the silicon substrate 951 and the upper portion of the through hole 956. A conductor film 957 is laminated in this exposed state. The conductor film 957 is laminated on the upper surface of the silicon substrate and inside the through hole, and comes into contact with the diffusion layer 952 exposed on the upper surface of the silicon substrate 951 and the upper portion of the through hole 956.

次に導電体膜957を所望のパターンに形成するために感光性膜958をパターニングし、このパターン958に従って導電体膜957をエッチングする。{図66(e)}図65では、感光性膜は基板側壁の上面をカバーし、貫通孔の側面上部を覆うようにパターニングされたが、本実施形態でも同様のパターニングも採用できるが、必ずしもそのようなパターニングをしなくても良い。すなわち、シリコン基板951の上面の拡散層952の領域内でパターニングすれば良く、シビアなマスク合わせが必要である(図65では、貫通孔のエッジと感光性膜のエッジ合わせが必要である。)が、本実施形態ではシビアなマスク合わせは必要がない。感光性膜958パターンに従い導電体膜952をエッチングすると、図66(e)に示すように、シリコン基板上面で感光性膜958の存在しない領域Aでは導電体膜957がエッチングされ、拡散層952が露出する。導電体膜957のエッチングは異方性(垂直)エッチングであるから、貫通孔965の側面に積層した導電体膜957は垂直方向(シリコン基板951面に対して)には厚いので、貫通孔側面の上部C領域では導電体膜957がエッチングされずに残る。すなわち、貫通孔965の側面に露出している拡散層952に導電体膜が接触した状態になっている。また、垂直エッチングであるから、貫通孔965の底部B領域に存在する導電体膜957はエッチング除去される。 Next, in order to form the conductor film 957 in a desired pattern, the photosensitive film 958 is patterned, and the conductor film 957 is etched according to this pattern 958. {FIG. 66 (e)} In FIG. 65, the photosensitive film is patterned so as to cover the upper surface of the substrate side wall and cover the upper part of the side surface of the through-hole. Such patterning may not be performed. That is, patterning may be performed within the region of the diffusion layer 952 on the upper surface of the silicon substrate 951, and severe mask alignment is necessary (in FIG. 65, alignment of the edge of the through hole and the edge of the photosensitive film is necessary). However, severe mask alignment is not necessary in this embodiment. When the conductive film 952 is etched according to the photosensitive film 958 pattern, as shown in FIG. 66E, the conductive film 957 is etched in the region A where the photosensitive film 958 does not exist on the upper surface of the silicon substrate, and the diffusion layer 952 is formed. Exposed. Since the etching of the conductor film 957 is anisotropic (vertical) etching, the conductor film 957 laminated on the side surface of the through hole 965 is thick in the vertical direction (relative to the surface of the silicon substrate 951). In the upper C region, the conductive film 957 remains without being etched. That is, the conductor film is in contact with the diffusion layer 952 exposed on the side surface of the through hole 965. Further, since the vertical etching is performed, the conductor film 957 existing in the bottom B region of the through hole 965 is removed by etching.

この後、感光性膜958をリムーブして、熱処理を行なうことによって、導電体膜957と拡散層952とオーミックコンタクトを得ることができる。たとえば、導電体膜957がアルミニウムであるときは、約350℃〜450℃で熱処理(アロイ)を行なう。この後で、絶縁膜959を積層する。この絶縁膜959は導電体膜957や貫通孔965を保護し、さらに絶縁性を確保する。次に薄板960を付着させる。この薄板960はガラス基板等の透明基板を用いれば、光が通るのでマスク合わせしやすく、パターン異常などの品質検査が容易となる。薄板960にコンタクト孔961(961−1、2)を形成し導電体膜を積層して電極・配線962(962−1、2)を形成する。これによって、962−1および962−2が対向する2つの電極となり、貫通孔965−2を容量空間とするコンデンサを構成する。薄板960に通気孔963を形成して貫通孔965内の気圧を一定に保持できるようにしても良い。
このようにシリコン基板中に拡散層を形成することによって、簡単なプロセスで本発明のセンサを安価に作製することができる。
Thereafter, the photosensitive film 958 is removed and heat treatment is performed, so that an ohmic contact with the conductor film 957 and the diffusion layer 952 can be obtained. For example, when the conductor film 957 is aluminum, heat treatment (alloy) is performed at about 350 ° C. to 450 ° C. Thereafter, an insulating film 959 is stacked. This insulating film 959 protects the conductor film 957 and the through hole 965 and further ensures insulation. Next, a thin plate 960 is attached. If a transparent substrate such as a glass substrate is used for the thin plate 960, light passes through, so that mask alignment is easy, and quality inspection such as pattern abnormality is facilitated. Contact holes 961 (961-1, 2) are formed in the thin plate 960, and a conductor film is laminated to form electrodes / wirings 962 (962-1, 2). Thereby, 962-1 and 962-2 become two electrodes which oppose, and the capacitor | condenser which makes the through-hole 965-2 capacitive space is comprised. A ventilation hole 963 may be formed in the thin plate 960 so that the atmospheric pressure in the through hole 965 can be kept constant.
By forming the diffusion layer in the silicon substrate in this way, the sensor of the present invention can be manufactured at a low cost by a simple process.

図67は貫通孔の内側面および基板上面に拡散層を形成する別の実施形態を示す図である。これまでの説明したプロセスと重複するプロセスの説明は省略する。図67(a)はシリコン基板971の下面にサポート基板973を付着し基板971内に貫通孔974(974−1、2)を形成した状態を示している。必要な場合は絶縁膜972を介在する。貫通孔974内側面および基板上面、基板側壁971(971−1、2、3)の上面を露出させる。次に図67(b)に示すように、基板側壁の側面(貫通孔内側面)および基板上面のシリコン基板が露出した部分に拡散層975を形成する。この拡散層975は、たとえば、イオン注入法の後で拡散熱処理を行なって作製することができる。あるいは、たとえば、プリデポの後で拡散熱処理を行なって作製することができる。この拡散層はP型でもN型の高濃度領域のどちらでも良い。貫通孔974(974−1、2)の底部は絶縁膜972または絶縁体であるサポート基板973であるから、拡散層は形成されない。すなわち、隣接する基板側壁に形成された拡散層975の間では接続していないから、この後にこれらの拡散層975にコンタクト孔および電極・配線を形成しても、これらの電極・配線の間では電気的に導通しない。 FIG. 67 is a diagram showing another embodiment in which a diffusion layer is formed on the inner surface of the through hole and the upper surface of the substrate. A description of processes overlapping with the processes described so far will be omitted. FIG. 67A shows a state where a support substrate 973 is attached to the lower surface of the silicon substrate 971 and through holes 974 (974-1, 2) are formed in the substrate 971. FIG. If necessary, an insulating film 972 is interposed. The inner surface of the through hole 974, the upper surface of the substrate, and the upper surfaces of the substrate side walls 971 (971-1, 2, 3) are exposed. Next, as shown in FIG. 67B, a diffusion layer 975 is formed on the side surface of the substrate side wall (the inner surface of the through hole) and the portion of the upper surface of the substrate where the silicon substrate is exposed. This diffusion layer 975 can be manufactured by performing diffusion heat treatment after ion implantation, for example. Alternatively, for example, it can be manufactured by performing diffusion heat treatment after pre-deposition. This diffusion layer may be either P-type or N-type high concentration region. Since the bottom of the through hole 974 (974-1, 2) is the insulating film 972 or the support substrate 973 which is an insulator, the diffusion layer is not formed. That is, since there is no connection between the diffusion layers 975 formed on the side walls of adjacent substrates, even if contact holes and electrodes / wirings are formed in these diffusion layers 975 after that, there is no gap between these electrodes / wirings. Not electrically conductive.

次に基板上面および貫通孔内側面および貫通孔底部に絶縁膜976を積層する。次に薄板977を基板上面に付着させる。その後コンタクト孔977を形成した後導電体膜を積層し、コンタクト孔内およびその上に電極・配線978をパターニングする。この後適度な熱処理を行なうことによって、電極・配線978と拡散層975との接続(オーミックコンタクト)を行なう。この結果、電極・配線978と貫通孔内側面の拡散層975と接続する。この結果、貫通孔974を容量空間として、貫通孔内の対向する2つの拡散層975を電極とするコンデンサが形成される。 Next, an insulating film 976 is stacked on the upper surface of the substrate, the inner side surface of the through hole, and the bottom of the through hole. Next, a thin plate 977 is attached to the upper surface of the substrate. Then, after forming a contact hole 977, a conductor film is laminated, and electrodes / wirings 978 are patterned in and on the contact hole. Thereafter, the electrode / wiring 978 and the diffusion layer 975 are connected (ohmic contact) by performing an appropriate heat treatment. As a result, the electrode / wiring 978 is connected to the diffusion layer 975 on the inner surface of the through hole. As a result, a capacitor is formed using the through hole 974 as a capacitance space and two opposing diffusion layers 975 in the through hole as electrodes.

図69は、本発明のセンサの別の製造方法を示す図である。基板にヤング率の大きい材料を使用するときには、基板側壁の厚み(基板面に対して平行な方向、すなわち幅と言った方が分かりやすい)を薄く(小さく)するほど加速度や音波に対して変形量が大きくなるので、コンデンサ容量の変化量も大きくなり、感度が増大する。たとえば、シリコン基板の場合には基板側壁の厚み(幅)は、50μm以下、場合によっては20μm以下や10μm以下となる場合もある。基板の厚みを500μm〜1000μmとすれば、貫通孔形成後の基板側壁のアウペクト比(基板側壁と基板との厚み比)は50以上となる場合もある。基板側壁を一回で形成するとこのような細長いビルディングが形成されるので、プロセス中にわずかの力で変形する可能性がある。そこで、本製造方法では、このような高アスペクト比の基板側壁を形成するときは、サポート基板(薄板、あるいは絶縁体基板)で基板側壁の上下面を押さえた状態で形成するものである。 FIG. 69 is a diagram showing another method for manufacturing the sensor of the present invention. When a material with a high Young's modulus is used for the substrate, the thickness of the substrate sidewall (direction parallel to the substrate surface, that is, the width is easier to understand) is reduced (decreased) so that it deforms with respect to acceleration and sound waves. Since the amount increases, the amount of change in the capacitor capacitance also increases, and the sensitivity increases. For example, in the case of a silicon substrate, the thickness (width) of the substrate side wall may be 50 μm or less, and in some cases, 20 μm or less or 10 μm or less. If the thickness of the substrate is 500 μm to 1000 μm, the output ratio (thickness ratio between the substrate sidewall and the substrate) of the substrate sidewall after forming the through hole may be 50 or more. Forming the substrate sidewalls in one time forms such an elongated building and can be deformed with a slight force during the process. Therefore, in the present manufacturing method, when forming such a high-aspect-ratio substrate sidewall, it is formed in a state where the upper and lower surfaces of the substrate sidewall are pressed by a support substrate (thin plate or insulator substrate).

図69(a)に示すように、基板1011の第1面に第1のサポート基板1013を付着させる。絶縁膜1012を介在しても良い。次に基板1011の第2面に感光性膜1015を形成して貫通孔形成用の窓開けを行なう。この時絶縁膜1014を介在しても良い。この貫通孔形成用の窓開けでは、細い基板側壁を形成するような感光性膜のパターンは形成しない。すなわち、結果として形成される貫通孔のうち、隣接するような貫通孔形成用のパターンは形成しない。たとえば、パターンの開口部間のスペース(ここの部分が基板側壁となる)はアスペクト比が10以上にならないようにする。たとえば、基板1011の厚みが500μmの場合は、50μm以下のスペースにならないようにする。たとえば、図62で説明したセンサでは中央の貫通孔732−1を開けて、その周りの貫通孔732−2、3,4、5はここでは開けないようにする。図61で示したセンサでは712−1を開け、712−2はここでは開けないようにする。図63で示したセンサでは752−1を開けて、その周りの752−2はここでは開けないようにする。次に感光性膜1015の開口部1016で露出した基板側壁1011を垂直エッチングし、基板1011の第2面に貫通する貫通溝(貫通孔)1017を形成する。絶縁膜1014が基板1011の第1面上に存在する場合には、この絶縁膜も異方性エッチングし、その後で基板1011を異方性エッチングする。 As shown in FIG. 69A, the first support substrate 1013 is attached to the first surface of the substrate 1011. An insulating film 1012 may be interposed. Next, a photosensitive film 1015 is formed on the second surface of the substrate 1011 to open a window for forming a through hole. At this time, an insulating film 1014 may be interposed. The opening of the through-hole forming window does not form a photosensitive film pattern that forms a thin substrate side wall. That is, among the resulting through holes, adjacent patterns for forming through holes are not formed. For example, the space between the openings of the pattern (this portion becomes the substrate side wall) should not have an aspect ratio of 10 or more. For example, when the thickness of the substrate 1011 is 500 μm, a space of 50 μm or less is avoided. For example, in the sensor described in FIG. 62, the central through hole 732-1 is opened, and the surrounding through holes 732-2, 3, 4, and 5 are not opened here. In the sensor shown in FIG. 61, 712-1 is opened and 712-2 is not opened here. In the sensor shown in FIG. 63, 752-1 is opened, and the surrounding 752-2 is not opened here. Next, the substrate side wall 1011 exposed at the opening 1016 of the photosensitive film 1015 is vertically etched to form a through groove (through hole) 1017 penetrating the second surface of the substrate 1011. When the insulating film 1014 exists on the first surface of the substrate 1011, this insulating film is also anisotropically etched, and then the substrate 1011 is anisotropically etched.

次に感光性膜1015をリムーブした後、(主)基板1011の第1面上に第2のサポート基板1021を付着する。この付着方法はこれまでに述べた方法と同じである。第2のサポート基板1021も第1のサポート基板1013同様に絶縁体基板であることが望ましい。第2のサポート基板1021や第1のサポート基板1013が絶縁体基板以外の基板の場合には、表面に絶縁膜を積層しておく方法がある。あるいは、主基板1011が絶縁体基板である場合には、直接付着させることもできる。第2のサポート基板1021は主基板1011に直接付着させることもできる。その場合は絶縁膜1014が介在している場合にはこれを除去しておく。たとえば、主基板1011がシリコン基板である場合、第2のサポート基板1021をガラス基板(絶縁体基板)とすれば、静電接着法(陽極接合法)を用いて強固に接着することができる。この第2のサポート基板1021はセンサーパッケージの外側下面となるので、厚みは50μm以上、好適には100μm以上が望ましく、300μm以上とさらに厚くし頑丈なパッケージにすることもでき、センサパッケージを使用する環境によって選択すれば良い。場合によっては厚みを50μm以下にしても良い場合もある。 Next, after removing the photosensitive film 1015, a second support substrate 1021 is attached on the first surface of the (main) substrate 1011. This deposition method is the same as the method described so far. The second support substrate 1021 is also preferably an insulator substrate like the first support substrate 1013. In the case where the second support substrate 1021 or the first support substrate 1013 is a substrate other than an insulator substrate, an insulating film is stacked on the surface. Alternatively, when the main substrate 1011 is an insulator substrate, it can be directly attached. The second support substrate 1021 can be directly attached to the main substrate 1011. In that case, if the insulating film 1014 is interposed, it is removed. For example, when the main substrate 1011 is a silicon substrate, if the second support substrate 1021 is a glass substrate (insulator substrate), it can be firmly bonded using an electrostatic bonding method (anodic bonding method). Since the second support substrate 1021 is the outer lower surface of the sensor package, the thickness is preferably 50 μm or more, and preferably 100 μm or more. Select according to the environment. In some cases, the thickness may be 50 μm or less.

次に主基板1011の第2面側に付着した第1サポート基板1013を薄くして50μm以下、好適には30μm以下、もっと好適には20μm以下、さらに好適には10μm以下の厚みとする。薄くする方法として、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いる方法、ドライエッチング法、ウエットエッチング法等がある。あるいは、薄い絶縁基板との貼り合せ基板を第1サポート基板として、貼り合わせた基板を取り外して薄い絶縁基板だけを残す方法もある。この後、図69(c)に示すように、第1サポート基板1013上に感光性膜1022を形成し、所望のパターニングを行なう。このパターニングは、隣接する貫通孔の間に挟まれる薄い厚み(幅)を有する基板側壁の第2面側から第1サポート基板1013で押さえて、(第1面側は第2サポート基板1021で押さえられている)基板側壁の変形を最小限とし、所望の厚みの基板を得ることを目的とする。 Next, the first support substrate 1013 attached to the second surface side of the main substrate 1011 is thinned to have a thickness of 50 μm or less, preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, and even more preferably 10 μm or less. As a thinning method, there are a method using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, a dry etching method, a wet etching method and the like. Alternatively, there is a method in which a bonded substrate with a thin insulating substrate is used as a first support substrate, and the bonded substrate is removed to leave only the thin insulating substrate. Thereafter, as shown in FIG. 69C, a photosensitive film 1022 is formed on the first support substrate 1013, and desired patterning is performed. This patterning is performed by pressing the first support substrate 1013 from the second surface side of the substrate side wall having a thin thickness (width) sandwiched between adjacent through holes (the first surface side is pressed by the second support substrate 1021). An object of the present invention is to obtain a substrate having a desired thickness by minimizing the deformation of the substrate side wall.

薄い厚み(幅)を有する基板側壁となる領域の第2面側にパターンエッジが来るようにし、エッチング後に薄い厚み(幅)を有する基板側壁の第2面側の領域が第1サポート基板1013に付着しているようにパターニングする。たとえば、第1サポート基板1013のエッチング後のエッジ位置が点線の位置、すなわち薄い厚み(幅)を有する基板側壁となる領域の第2面側上に第1サポート基板1013のエッチング後のエッジが来るようにする。感光性膜1022の露光時のマスク合わせは、第1貫通孔1017を形成したときのパターンに合わせることによって非常に精密なマスク合わせを行なうことができる。第1サポート基板1013がガラス基板であれば、合わせ時の光線が透過するので、より正確なマスク合わせを行なうことができる。感光性膜のない窓開けされた開口部1023から第1サポート基板1013のエッチングを行なう。第1サポート基板1013がガラス基板であるときは、CF4ガスやC2F6ガスを用いたドライエッチング、HF系水溶液を用いたウエットエッチング等でエッチングする。下地がシリコン酸化膜等の絶縁膜1012がある場合は一緒にエッチングしても良い。エッチング形状は点線で示すようにエッジがテーパー状であった方がこの後に形成する絶縁膜や導電体膜のステップカバレッジが良くなるので望ましいが、これらの膜のカバレッジが良ければ(感光性膜パターンとの寸法差が少ない)垂直エッチングでも良い。(図70(c)) The pattern edge comes to the second surface side of the region that becomes the substrate side wall having a small thickness (width), and the region on the second surface side of the substrate side wall that has a thin thickness (width) after the etching becomes the first support substrate 1013. Pattern so as to adhere. For example, the edge after the etching of the first support substrate 1013 comes on the second surface side of the region where the edge position after the etching of the first support substrate 1013 is a dotted line, that is, the substrate sidewall having a small thickness (width). Like that. The mask alignment at the time of exposure of the photosensitive film 1022 can be performed with very precise mask alignment by matching with the pattern when the first through-hole 1017 is formed. If the first support substrate 1013 is a glass substrate, the light beam at the time of alignment is transmitted, so that more accurate mask alignment can be performed. The first support substrate 1013 is etched from the opening 1023 having a window without a photosensitive film. When the first support substrate 1013 is a glass substrate, etching is performed by dry etching using CF4 gas or C2F6 gas, wet etching using an HF-based aqueous solution, or the like. If the base is an insulating film 1012 such as a silicon oxide film, it may be etched together. As shown by the dotted line, it is desirable that the etching shape has a tapered edge because the step coverage of the insulating film or conductor film to be formed later is improved, but if the coverage of these films is good (photosensitive film pattern) Vertical etching may be used. (FIG. 70 (c))

第1サポート基板1013をエッチングした後に、感光性膜1022をリムーブした後、第2貫通孔を形成するために感光性膜1025を形成しフォトリソ法を用いて所望のパターニングを行なう。このときのマスク合わせも第1貫通孔1017のパターンと合わせれば、基板側壁の薄い厚み(幅)を正確にコントロールできる。第1貫通孔1017のパターンは第1サポート基板1013の下にあるので、第1サポート基板1013を透過する波長の光を用いることによってより精度の高いマスク合わせができる。また、既にパターニングした第1サポート基板1013は絶縁膜1025にカバーされる。パターニングされた感光性膜1025の開口部1026から主基板1011を垂直エッチングし貫通孔(第2貫通孔)1027を形成する。第2貫通孔1027は主基板1011の第1面側までエッチングされる。絶縁膜1012が存在する場合にはまず絶縁膜をエッチング(好適には垂直エッチング)した後に主基板1011がエッチングされる。 After the first support substrate 1013 is etched, the photosensitive film 1022 is removed, and then a photosensitive film 1025 is formed to form a second through hole, and desired patterning is performed using a photolithography method. If the mask alignment at this time is also matched with the pattern of the first through hole 1017, the thin thickness (width) of the substrate side wall can be accurately controlled. Since the pattern of the first through-hole 1017 is under the first support substrate 1013, mask alignment with higher accuracy can be performed by using light having a wavelength that transmits the first support substrate 1013. The already patterned first support substrate 1013 is covered with an insulating film 1025. The main substrate 1011 is vertically etched from the opening 1026 of the patterned photosensitive film 1025 to form a through hole (second through hole) 1027. The second through hole 1027 is etched to the first surface side of the main substrate 1011. When the insulating film 1012 exists, the main substrate 1011 is etched after the insulating film is first etched (preferably vertical etching).

第2貫通孔1027が形成されると、第1貫通孔と第2貫通孔の間の基板側壁1011(1011−1、2)の厚み(幅)は非常に薄く(3μm〜50μm)、アスペクト比が大きいが、図69(d)に示されるように、第1面側が第2サポート基板1021で、第2面側が第1サポート基板1013で規制されて(押さえられて)いるので、基板側壁1011(1011−1、2)の変形は非常に小さくなる。尚、感光性膜1022を第2貫通孔用形成用パターンと同じくして、第1サポート基板1013をエッチングし、さらに第2貫通孔1027を形成しても良い。この場合には感光性膜1025を形成しなくても良い。 When the second through hole 1027 is formed, the thickness (width) of the substrate side wall 1011 (1011-1, 2) between the first through hole and the second through hole is very thin (3 μm to 50 μm), and the aspect ratio However, as shown in FIG. 69 (d), the first surface side is regulated (pressed) by the second support substrate 1021 and the second surface side is regulated (pressed) by the first support substrate 1013. The deformation of (1011-1, 2) is very small. Note that the first support substrate 1013 may be etched and the second through hole 1027 may be formed by using the photosensitive film 1022 in the same manner as the second through hole forming pattern. In this case, the photosensitive film 1025 may not be formed.

次に感光性膜1025をリムーブした後、絶縁膜1031を形成する。この絶縁膜はCVD法またはPVD法で形成し、貫通孔1027の内部にも積層する。この絶縁膜1027は貫通孔内部の露出した基板1011を被覆し保護し、この後で形成する導電体膜の密着性を確保し、さらに基板と導電体膜との絶縁性を確実にする。従って、主基板1011が導電体膜や半導体基板の場合は必要であるが、主基板1011が絶縁体基板であるときは必要がない場合もある。絶縁膜1031を形成後導電体膜1032をCVD法、PVD法、イオンプレーティング法、メッキ法、あるいはこれらの組合せで形成する。 Next, after the photosensitive film 1025 is removed, an insulating film 1031 is formed. This insulating film is formed by a CVD method or a PVD method, and is also laminated inside the through hole 1027. This insulating film 1027 covers and protects the exposed substrate 1011 inside the through hole, ensures the adhesion of the conductor film to be formed later, and further ensures the insulation between the substrate and the conductor film. Therefore, it is necessary when the main substrate 1011 is a conductor film or a semiconductor substrate, but may not be necessary when the main substrate 1011 is an insulator substrate. After the insulating film 1031 is formed, the conductor film 1032 is formed by a CVD method, a PVD method, an ion plating method, a plating method, or a combination thereof.

貫通孔1027内に形成された互いに対向する導電体膜1032はコンデンサの電極となる。従って、貫通孔底部Bに形成された導電体膜1032を除去する必要がある。そのために、感光性膜1033を形成し、貫通孔1027に合わせたパターニングを行なう。すなわち貫通孔1027に形成された導電体膜1032の上部をカバーすると同時に貫通孔1027の開口部1034が形成されるようにする。感光性膜1033として感光性ドライフィルムが良い。あるいは、塗布用またはディップ用感光性膜であれば、前述したように、露光された部分が硬化し、露光されない部分が現像されるネガ型のフォトレジストが良い。また、主基板1011の第2面側で導電体膜1032を配線パターンとして使用する場合は、必要なパターニングを行ない、開口部1035を形成する。(図69(e)) The conductor films 1032 facing each other formed in the through hole 1027 serve as electrodes of the capacitor. Therefore, it is necessary to remove the conductor film 1032 formed on the bottom B of the through hole. For this purpose, a photosensitive film 1033 is formed and patterned according to the through hole 1027. That is, the upper portion of the conductor film 1032 formed in the through hole 1027 is covered, and at the same time, the opening 1034 of the through hole 1027 is formed. A photosensitive dry film is preferable as the photosensitive film 1033. Alternatively, in the case of a photosensitive film for coating or dipping, as described above, a negative photoresist in which an exposed portion is cured and an unexposed portion is developed is preferable. Further, in the case where the conductor film 1032 is used as a wiring pattern on the second surface side of the main substrate 1011, necessary patterning is performed to form the opening 1035. (Fig. 69 (e))

次に、パターニングされた感光性膜1033により導電体膜1032を異方性エッチングする。感光性膜1033が開口された1034や1035部分の導電体膜1032がエッチングされる。貫通孔1027の開口部1034から垂直に入射したエッチング種は貫通孔底部Bに積層する導電体膜1032をエッチング除去する。この結果貫通孔1027の外側側面の基板側壁の側面に積層された対向する導電体膜1032(1032−1と2、および1032−3と4)は分離される。第1サポート基板1013のエッジがテーパー化されている場合には、このエッジでの段差において絶縁膜1013や導電体膜1032のステップカバレッジが良くなる。 Next, the conductive film 1032 is anisotropically etched by the patterned photosensitive film 1033. The conductor film 1032 in the portions 1034 and 1035 where the photosensitive film 1033 is opened is etched. Etching species vertically incident from the opening 1034 of the through hole 1027 etch away the conductor film 1032 stacked on the bottom B of the through hole. As a result, the opposing conductor films 1032 (1032-1 and 2, and 1032-3 and 4) stacked on the side surface of the substrate side wall on the outer side surface of the through hole 1027 are separated. When the edge of the first support substrate 1013 is tapered, the step coverage of the insulating film 1013 and the conductor film 1032 is improved at the level difference at the edge.

次に感光性膜1033をリムーブした後、絶縁膜である保護膜1036を導電体膜1032上に積層する。次に第3のサポート基板1037をその保護膜1036上に付着させる。このとき接着剤塗布はサポート基板上の必要な部分にのみコートした後にマスク合わせしながら主基板1011上の導電体膜1032や貫通孔1032、1017に合わせながら精度良く付着させることもできる。第3サポート基板は絶縁体基板が望ましい。第3サポート基板は、センサパッケージの上面または下面の外側部材となるので、基板厚みを100μm以上とすることが望ましい。使用環境によってはもっと薄くても良い。あるいは500μm以上と厚くする必要がある場合もある。次に第3サポート基板にコンタクト孔1038を開けて、導電体膜をコンタクト孔内に積層するとともに第3サポート基板上に導電体膜電極・配線1039(1039−1、2、3,4)をパターニングする。さらに、第1貫通孔1017に対して、第3サポート基板1037および第1サポート基板1013に通気孔1043、あるいは第2サポート基板1021に通気孔1041などを形成する。また、第2貫通孔1027に対して、第3サポート基板1037に通気孔1044を形成したり、あるいは第2サポート基板1021に通気孔1042などを形成する。 Next, after removing the photosensitive film 1033, a protective film 1036 that is an insulating film is stacked over the conductor film 1032. Next, a third support substrate 1037 is attached onto the protective film 1036. At this time, the adhesive can be applied with high accuracy while being applied to the conductive film 1032 and the through holes 1032 and 1017 on the main substrate 1011 while coating the mask after coating only necessary portions on the support substrate. The third support substrate is preferably an insulator substrate. Since the third support substrate serves as an outer member on the upper surface or the lower surface of the sensor package, it is desirable that the substrate thickness is 100 μm or more. It may be thinner depending on the usage environment. Alternatively, it may be necessary to increase the thickness to 500 μm or more. Next, a contact hole 1038 is formed in the third support substrate, and a conductor film is stacked in the contact hole, and conductor film electrodes / wirings 1039 (1039-1, 2, 3, 4) are formed on the third support substrate. Pattern. Further, with respect to the first through hole 1017, a vent hole 1043 is formed in the third support substrate 1037 and the first support substrate 1013, or a vent hole 1041 is formed in the second support substrate 1021. In addition, with respect to the second through hole 1027, a vent hole 1044 is formed in the third support substrate 1037, or a vent hole 1042 is formed in the second support substrate 1021.

図69に基づいて説明した本発明の製造プロセスを用いることによって、プロセス中に厚み(幅)の薄い(小さい)基板側壁が変形することを確実に抑えることができ、基板側壁が変形する可能性について特別な注意をする必要がなくなる。しかもプロセスも極めて単純であるからプロセス負荷やコスト増は小さい。図69に示すプロセスは種々の基板(導電体基板、絶縁体基板、または半導体基板)に使用できるが、導電体基板であればさらにプロセスが簡単になる。 By using the manufacturing process of the present invention described with reference to FIG. 69, it is possible to reliably suppress the deformation of the substrate sidewall having a small thickness (width) during the process, and the substrate sidewall may be deformed. No need to take special care about. Moreover, since the process is very simple, the process load and cost increase are small. The process shown in FIG. 69 can be used for various substrates (a conductor substrate, an insulator substrate, or a semiconductor substrate), but the process is further simplified with a conductor substrate.

図70は、導電体基板を種基板として用いた本発明の製造方法を示す別の実施形態を示す図である。図70において、主基板1011は導電体基板であり、図70(b)に示すプロセスまでは図69(b)し示したプロセスまでと同じである。説明が同様であり、または類似している部分は説明を省略するか簡単に述べているが、図69で説明した内容を適用できる。図69(c)に示すように、第1サポート基板1013を薄くした後、感光性膜1025を形成し、フォトリソ法により第2貫通孔形成用のパターニングを行なう。この後、感光性膜1025の開口部1026に露出した第1サポート基板1013をエッチングする。このエッチングは感光性膜1025のパターンに忠実にエッチングする垂直エッチング(異方性エッチング)が望ましい。第1サポート基板1013をサイドエッチさせてテーパーエッチングすることもできるが、この場合は第1貫通孔とつながらないように注意する。またサイドエッチングした後は感光性膜1025のエッジの下側は廂になり、主基板のエッチング種が入り込む可能性がある場合には、再ベークを行ないこの廂を感光性膜で覆っても良い。 FIG. 70 is a diagram showing another embodiment showing the manufacturing method of the present invention using a conductor substrate as a seed substrate. 70, the main substrate 1011 is a conductive substrate, and the process up to the process shown in FIG. 70B is the same as the process shown in FIG. 69B. Description of parts that are the same or similar are omitted or briefly described, but the contents described in FIG. 69 can be applied. As shown in FIG. 69C, after the first support substrate 1013 is thinned, a photosensitive film 1025 is formed, and patterning for forming a second through hole is performed by a photolithography method. Thereafter, the first support substrate 1013 exposed in the opening 1026 of the photosensitive film 1025 is etched. This etching is desirably vertical etching (anisotropic etching) that faithfully etches the pattern of the photosensitive film 1025. The first support substrate 1013 may be side-etched and taper-etched, but in this case, care is taken not to connect to the first through hole. After side etching, the lower side of the edge of the photosensitive film 1025 becomes wrinkles, and if there is a possibility that the etching species of the main substrate may enter, rebaking may be performed to cover the wrinkles with the photosensitive film. .

第1サポート基板1013の下に絶縁膜1012が介在する場合には、この絶縁膜も垂直エッチングすることが望ましい。導電体膜1011が露出した後は、導電体膜1011の垂直エッチング(異方性エッチング)を行ない、第2貫通孔1027を形成する。(図70(d))次に感光性膜1025をリムーブ(除去)した後、絶縁膜1050をCVD法やPVD法で積層する。この絶縁膜1050によって、第2貫通孔1027の内部、すなわち基板側壁の側面が保護される。また第1サポート基板上にも積層する。この絶縁体膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等であり、その膜厚は100nm〜2000nmである。尚、第2貫通孔1027はこの後第3サポート基板1051でカバーされるので、この絶縁膜1050を省略することもできる。次に第3サポート基板1051を基板1011の上面(図70(e)における)側、絶縁膜1050上(または第1サポート基板1013上)に付着させる。その後、コンタクト孔1052を形成し、導電体膜を積層して電極・配線1053(1053−1、2、3、4)を形成する。コンタクト孔の形成は、第3サポート基板1051のエッチングの他に、絶縁膜1050や1012をエッチングしたり、さらには第1サポート基板1013のエッチングも必要である。 When the insulating film 1012 is interposed under the first support substrate 1013, it is desirable that this insulating film is also vertically etched. After the conductor film 1011 is exposed, vertical etching (anisotropic etching) of the conductor film 1011 is performed to form the second through hole 1027. (FIG. 70 (d)) Next, the photosensitive film 1025 is removed (removed), and then the insulating film 1050 is laminated by a CVD method or a PVD method. The insulating film 1050 protects the inside of the second through hole 1027, that is, the side surface of the substrate side wall. It is also laminated on the first support substrate. The insulator film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like, and has a film thickness of 100 nm to 2000 nm. Since the second through hole 1027 is covered with the third support substrate 1051 thereafter, the insulating film 1050 can be omitted. Next, the third support substrate 1051 is attached to the upper surface (in FIG. 70E) side of the substrate 1011, on the insulating film 1050 (or on the first support substrate 1013). Thereafter, contact holes 1052 are formed, and conductor films are stacked to form electrodes / wirings 1053 (1053-1, 2, 3, 4). The formation of the contact holes requires etching of the insulating films 1050 and 1012 as well as the etching of the first support substrate 1013 in addition to the etching of the third support substrate 1051.

さらに、第3サポート基板に通気孔1056や1057を形成することもできる。これらの通気孔の形成は、コンタクト孔形成と同時に作製することもできる。また第2サポート基板1021に通気孔1054を形成することもできる。尚、第3サポート基板1051のコンタクト孔や通気孔は第3サポート基板1051を基板1011の上面に付着する前に形成することもできる。前もって形成しておけばプロセス時間を短縮することができる。本プロセスでは、図69で説明したような導電体膜1032を積層する必要はなく、従ってそのパターニングも必要がないので、プロセスが非常に単純となる。すなわち、貫通孔(貫通溝)1027を形成すれば導電体基板1011(たとえば、基板側壁1011−1と1011−2、あるいは基板側壁1011−3と1011−4)は電気的に接続しないように分離される。この結果、基板側壁1011−1および1011−2は貫通孔1027(1027−1)を容量空間とするコンデンサの対向電極となり、導電体電極1053−1および1053−2に電圧を印加すればコンデンサの容量を測定できる。同様に、基板側壁1011−3および1011−4は貫通孔1027(1027−2)を容量空間とするコンデンサの対向電極となり、導電体電極1053−3および1053−4に電圧を印加すればコンデンサの容量を測定できる。 Further, vent holes 1056 and 1057 can be formed in the third support substrate. These vent holes can be formed simultaneously with the formation of the contact holes. In addition, a vent hole 1054 can be formed in the second support substrate 1021. The contact holes and vent holes of the third support substrate 1051 can also be formed before the third support substrate 1051 is attached to the upper surface of the substrate 1011. If formed in advance, the process time can be shortened. In this process, it is not necessary to laminate the conductor film 1032 as described with reference to FIG. 69, and therefore, the patterning is not necessary, so that the process becomes very simple. That is, if the through hole (through groove) 1027 is formed, the conductive substrate 1011 (for example, the substrate side walls 1011-1 and 1011-2, or the substrate side walls 1011-3 and 1011-4) is separated so as not to be electrically connected. Is done. As a result, the substrate side walls 1011-1 and 1011-2 serve as counter electrodes of the capacitor having the through hole 1027 (1027-1) as a capacity space, and if a voltage is applied to the conductor electrodes 1053-1 and 1053-2, Capacitance can be measured. Similarly, the substrate side walls 1011-3 and 1011-4 serve as counter electrodes of a capacitor having a through hole 1027 (1027-2) as a capacitance space, and if a voltage is applied to the conductor electrodes 1053-3 and 1053-4, Capacitance can be measured.

図60で説明した本発明を除いて、これまでに貫通孔または貫通溝、すなわち基板面、、第1面(表面と呼んでも良い)および第2面(裏面と呼んでも良い)の両方に開口してこれらの基板面に対して垂直方向に形成された孔、または溝であり、貫通孔(貫通溝)を囲む(規定する)基板(側壁)側面が基板面に対して垂直である場合を取り扱ってきたが、これまでに記載したことは一方だけに開口した垂直凹部(以下単に凹部という)に対しても適用できる。凹部を用いた場合には、凹部の底が極端に薄くならない限り、凹部の底側に近い基板面にサポート基板(あるいは、薄板、あるいは絶縁体基板と言っても良い)を付着させる必要がないので、プロセスが簡単となる。しかも半導体基板であれば、ICやトランジスタや他の素子と一緒に同じ基板に本発明のセンサを搭載できるというメリットがある。 Except for the present invention described with reference to FIG. 60, openings have been made in through holes or through grooves, that is, both the substrate surface, the first surface (may be referred to as the front surface) and the second surface (may be referred to as the back surface). And a hole or groove formed in a direction perpendicular to the substrate surface, and the side surface of the substrate (side wall) surrounding (defining) the through hole (through groove) is perpendicular to the substrate surface. Although it has been handled, what has been described so far is also applicable to a vertical recess (hereinafter simply referred to as a recess) that is open to only one side. When the recess is used, it is not necessary to attach a support substrate (or a thin plate or an insulator substrate) to the substrate surface near the bottom of the recess unless the bottom of the recess becomes extremely thin. So the process becomes simple. Moreover, a semiconductor substrate has the advantage that the sensor of the present invention can be mounted on the same substrate together with ICs, transistors and other elements.

図71は図45において凹部を形成した場合を示す図である。同じ膜については同じ符号を用いている。凹部116(116−1、2、3)は貫通孔(貫通溝)ではなく、凹部である。すなわち、基板111の第1面(表面)111−S1から基板111の第2面(裏面面)111−S2に向かって垂直にエッチングして形成するが、基板111の第2面(裏面面)111−S2に達しないで貫通する前に基板111の途中でエッチングをやめて、所謂凹部とする。凹部116(116−1、2、3)の下部には基板111の下部111−Bが存在する。凹部の116の深さをh、基板111の厚みをh0としたとき、h0>hである。(貫通孔の場合は、h0≦hである。)基板111が導電体膜や半導体基板の場合は、絶縁膜113を積層し凹部内部にも積層し、この上に積層する導電体膜115と基板111が導通しないようにする。基板111が絶縁体であるときは、絶縁膜113は必要がない場合がある。導電体膜115との密着性を向上させる目的などで有る場合は、絶縁膜113を積層しても良い。 FIG. 71 is a diagram showing a case where a recess is formed in FIG. The same reference numerals are used for the same films. The recess 116 (116-1, 2, 3) is not a through hole (through groove) but a recess. That is, it is formed by etching vertically from the first surface (front surface) 111-S1 of the substrate 111 toward the second surface (back surface) 111-S2 of the substrate 111, but the second surface (back surface) of the substrate 111. Etching is stopped in the middle of the substrate 111 before penetrating without reaching 111-S2 to form a so-called recess. A lower portion 111-B of the substrate 111 exists below the concave portion 116 (116-1, 2, 3). When the depth of the recess 116 is h and the thickness of the substrate 111 is h0, h0> h. (In the case of a through-hole, h0 ≦ h.) When the substrate 111 is a conductor film or a semiconductor substrate, an insulating film 113 is laminated and laminated inside the recess, and the conductor film 115 laminated thereon The substrate 111 is prevented from conducting. When the substrate 111 is an insulator, the insulating film 113 may not be necessary. For the purpose of improving the adhesion with the conductor film 115, the insulating film 113 may be stacked.

絶縁膜113を積層後導電体膜115を積層する。凹部底部領域Bにも導電体膜115が積層されるので、この部分の導電体膜115をエッチング除去する。このエッチングは凹部上部の開口部を感光性膜で窓開けした状態で導電体膜の異方性エッチングをすれば良い。尚、他の領域、すなわち基板111の第1面(表面、または上面)111−S1側の導電体膜115のパターニングも行なうことができる。この結果、凹部116−1において、凹部116−1を容量空間とし、貫通孔116−1を挟む基板側壁の側面上に形成された導電体膜・電極115−1および115−2が対向電極となるコンデンサを形成している。また、凹部116−3において、凹部116−3を容量空間とし、貫通孔116−3を挟む基板側壁の側面上に形成された導電体膜・電極115−3および115−4が対向電極となるコンデンサを形成している。 After the insulating film 113 is stacked, the conductor film 115 is stacked. Since the conductor film 115 is also laminated on the bottom area B of the recess, the conductor film 115 in this portion is removed by etching. For this etching, the conductive film may be anisotropically etched with the opening at the top of the recess opened with a photosensitive film. Note that the conductive film 115 on the other region, that is, the first surface (front surface or upper surface) 111-S1 side of the substrate 111 can also be patterned. As a result, in the concave portion 116-1, the conductive film / electrodes 115-1 and 115-2 formed on the side surface of the substrate side wall sandwiching the through hole 116-1 with the concave portion 116-1 as the capacitive space are Forming a capacitor. Further, in the concave portion 116-3, the conductive film / electrodes 115-3 and 115-4 formed on the side surface of the substrate side wall sandwiching the through hole 116-3 with the concave portion 116-3 serving as a capacitor space serve as counter electrodes. A capacitor is formed.

音波は第2凹部116−2へ導入され、凹部116−2と凹部116−1に挟まれた基板側壁111−1が振動する。また、凹部116−2と凹部116−3に挟まれた基板側壁111−2が振動する。このように凹部を形成することによって、マイクロホンを形成することができる。基板111を半導体基板とすることによって、マイクロホンをICやトランジスタなどの能動素子と一緒に作製することができ、コンデンサの容量変化を変換回路を有するICに接続することによって音波に変換することができる。 The sound wave is introduced into the second recess 116-2, and the substrate side wall 111-1 sandwiched between the recess 116-2 and the recess 116-1 vibrates. In addition, the substrate side wall 111-2 sandwiched between the recess 116-2 and the recess 116-3 vibrates. A microphone can be formed by forming a recess in this way. By using the substrate 111 as a semiconductor substrate, a microphone can be manufactured together with an active element such as an IC or a transistor, and a change in the capacitance of the capacitor can be converted into a sound wave by connecting to an IC having a conversion circuit. .

図71に示す構造は、図52の所で説明した様に、加速度センサとしても使用できる。図72は図71と類似構造を加速度センサに適用した場合を示す図である。すなわち、凹部および凹部同士に挟まれた基板側壁の変形を加速線センサとして用いた実施形態である。説明は図と同様である。すなわち、基板側壁111−1および/または111−2が加速度によって変形すると、凹部116−1および/または116−3を空間容量とするコンデンサ容量が変化するこの変化量を大きくするために中央の閉空間となっている凹部へ水銀等の重い液体118を入れる。加速度によって液体が基板側壁を押すので、基板側壁の変形量が大きくなり、コンデンサ容量の変化量も大きくなる。液体は通気口122から入れて通気口127から出すようにすれば凹部116−2内を充填させることもできるし、凹部116−2内空間のX%の容積だけ入れることもできる。Xは0〜100%の間で調整して、加速度の検出感度に合わせて決定すれば良い。 The structure shown in FIG. 71 can also be used as an acceleration sensor as described in FIG. FIG. 72 is a diagram showing a case where a similar structure to FIG. 71 is applied to the acceleration sensor. That is, in this embodiment, the concave portion and the deformation of the substrate side wall sandwiched between the concave portions are used as the acceleration line sensor. The explanation is the same as the figure. In other words, when the substrate side wall 111-1 and / or 111-2 is deformed by acceleration, the center capacitance is increased in order to increase the amount of change in the capacitance of the concave portion 116-1 and / or 116-3. A heavy liquid 118 such as mercury is put into the recessed portion that is a space. Since the liquid pushes the substrate side wall due to the acceleration, the deformation amount of the substrate side wall increases, and the change amount of the capacitor capacitance also increases. If the liquid enters from the vent 122 and exits from the vent 127, the recess 116-2 can be filled, or the volume of X% of the inner space of the recess 116-2 can be filled. X may be adjusted between 0 and 100% and determined in accordance with the acceleration detection sensitivity.

図73は、エピウエハを用いたセンサの製造方法を示す図である。このエピウエハ(エピタキシャルウエハ)1100は高濃度シリコン基板1101上に低濃度不純物層のエピ層1102を形成したウエハである。高濃度シリコン基板1101の不純物濃度は、N型またはP型の不純物元素濃度が約1019/cm以上である。また、低濃度不純物層のエピ層1102の不純物濃度は、このエピ層内に形成するデバイスの特性によるが、N型またはP型の不純物元素濃度が約1013/cm〜1017/cmである。エピウエハのサイズは、処理する装置の大きさやセンサチップやセンサを含むICチップのサイズ・取れ個数にもよるが、4インチ(直径100mmφ)以上が良い。一般には6インチ(150mmφ)、8インチ(200mmφ)、250mm(250mmφ)、300mm(300mmφ)等が使用される。高濃度シリコン基板1101の厚みは約100μm以上であり、エピ層1102の厚みは、搭載デバイスやデバイス特性やデバイス作製時のプロセスにもよるが、約5μm以上である。 FIG. 73 is a diagram showing a method for manufacturing a sensor using an epi-wafer. This epi wafer (epitaxial wafer) 1100 is a wafer in which an epi layer 1102 of a low concentration impurity layer is formed on a high concentration silicon substrate 1101. The impurity concentration of the high-concentration silicon substrate 1101 is an N-type or P-type impurity element concentration of about 10 19 / cm 3 or more. The impurity concentration of the epilayer 1102 of the low-concentration impurity layer depends on the characteristics of the device formed in the epilayer, but the N-type or P-type impurity element concentration is about 10 13 / cm 3 to 10 17 / cm 3. It is. The epi-wafer size is preferably 4 inches (diameter: 100 mmφ) or more, although it depends on the size of the processing apparatus and the size and number of IC chips including the sensor chip and sensor. Generally, 6 inches (150 mmφ), 8 inches (200 mmφ), 250 mm (250 mmφ), 300 mm (300 mmφ), and the like are used. The thickness of the high-concentration silicon substrate 1101 is about 100 μm or more, and the thickness of the epi layer 1102 is about 5 μm or more, although it depends on the mounted device, device characteristics, and device fabrication process.

このエピウエハ1100には本発明のセンサを搭載する領域1108およびICやトランジスタ等のデバイスを形成する領域(デバイス搭載領域)1107がある。感光性膜1103をパターニングしセンサ搭載領域1108となるべき部分を開口し、その開口された領域の低濃度不純物層1102を除去し、高濃度不純物層1101を露出させる。低濃度不純物層1102のエッチングは、ウエットエッチングとしてKOHやEDP(EthyleneDiamine+Pyrocatechol+水)などの異方性エッチング、フッ硝酸系(HF+NHNO3+CH3COOH(or水))などの等方性エッチングがあり、ドライエッチングとしてCF4、CHF3、C2F6等のプラズマエッチングがある。エッチング面1105は傾斜(またはテーパ化)させても良いし、垂直エッチングでも良い。テーパー化すれば配線形成時のカバレッジを改善できる。傾斜エッチングはドライまたはウエットエッチングで等方性エッチングを行なえば良い。KOH等の異方性エッチングでも基板面が(100)であるときは、エッチング面が(111)となり、傾斜角は約54.7°となる。感光性膜1103とエピウエハ1102の間にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜を積層して、これらをマスクとしてエピ層1102をエッチングすることもできる。 The epi-wafer 1100 includes a region 1108 for mounting the sensor of the present invention and a region (device mounting region) 1107 for forming devices such as ICs and transistors. The photosensitive film 1103 is patterned to open a portion to be the sensor mounting region 1108, the low concentration impurity layer 1102 in the opened region is removed, and the high concentration impurity layer 1101 is exposed. Etching of the low-concentration impurity layer 1102 includes wet etching, anisotropic etching such as KOH and EDP (EthyleneDiamine + Pyrocatechol + water), isotropic etching such as hydrofluoric acid (HF + NHNO3 + CH3COOH (or water)), and dry etching is CF4, Plasma etching such as CHF3 and C2F6. The etching surface 1105 may be inclined (or tapered), or may be vertical etching. If taper is used, coverage during wiring formation can be improved. Inclined etching may be performed by dry or wet etching. Even in anisotropic etching such as KOH, when the substrate surface is (100), the etching surface is (111), and the tilt angle is about 54.7 °. It is also possible to stack a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film between the photosensitive film 1103 and the epi wafer 1102 and to etch the epi layer 1102 using these as a mask.

以上のようにしてセンサ搭載領域1108が凹部1104になり、高濃度基板1101が露出する。この後のプロセスはこれまで説明したセンサ形成プロセスと同様であるから、重複する部分の詳細説明は省略する。基本は、高濃度基板内に貫通孔および基板側壁を形成し、貫通孔および基板側壁の上面および下面に絶縁基板を付着させて貫通孔を容量空間とし、その貫通孔を挟んで対向する基板側壁を電極としたコンデンサを形成する。図73(b)に示すように、エピウエハ1100の第2面(エピ層1102のない面、高濃度基板面が露出した裏面)に絶縁基板を付着させる。必要ならシリコン酸化膜等の絶縁膜を介在しても良い。次に表面に感光性膜1111を形成し、貫通孔形成用の開口部1112をパターニングする。必要ならシリコン酸化膜等を介在しても良い。この開口部1112に露出した高濃度シリコン基板1101を垂直エッチングし、貫通孔1114(1114−1、2、3)を形成する。貫通孔1114は高濃度シリコン基板1101の第1面(表面)側から第2面(裏面)側へ完全に貫通し、貫通孔1114の底は絶縁基板1110となる。
絶縁基板1110は、ガラス、石製、セラミック、プラスチック、高分子樹脂などである。絶縁基板1110の厚みは50μm程度あれば良いが、センサの使用条件やエッチング条件などのよってもっと薄くしても良い。センサの強度を大きくするためにこれより厚くしても良い。貫通孔1114の形成により、基板側壁1101(1101−1、2、3、4)が形成される。容量空間となる1114−2を挟んで対向する基板側壁1101−1および1101−2は電気的に接続しないように分離されている。同様に、容量空間となる1114−3を挟んで対向する基板側壁1101−13よび1101−4は電気的に接続しないように分離されている。(図73(c))
As described above, the sensor mounting region 1108 becomes the recess 1104, and the high concentration substrate 1101 is exposed. Since the subsequent process is the same as the sensor formation process described so far, the detailed description of the overlapping parts is omitted. Basically, through holes and substrate side walls are formed in a high-concentration substrate, and an insulating substrate is attached to the upper and lower surfaces of the through holes and substrate side walls to make the through holes a capacitive space. To form a capacitor. As shown in FIG. 73B, an insulating substrate is attached to the second surface of the epi-wafer 1100 (the surface without the epi layer 1102 and the back surface where the high-concentration substrate surface is exposed). If necessary, an insulating film such as a silicon oxide film may be interposed. Next, a photosensitive film 1111 is formed on the surface, and an opening 1112 for forming a through hole is patterned. If necessary, a silicon oxide film or the like may be interposed. The high-concentration silicon substrate 1101 exposed in the opening 1112 is vertically etched to form through holes 1114 (1114-1, 2, 3). The through hole 1114 completely penetrates from the first surface (front surface) side to the second surface (back surface) side of the high-concentration silicon substrate 1101, and the bottom of the through hole 1114 becomes the insulating substrate 1110.
The insulating substrate 1110 is made of glass, stone, ceramic, plastic, polymer resin, or the like. The thickness of the insulating substrate 1110 may be about 50 μm, but it may be made thinner depending on the use condition of the sensor and the etching condition. In order to increase the strength of the sensor, it may be thicker than this. By forming the through holes 1114, substrate side walls 1101 (1101-1, 2, 3, 4) are formed. Substrate sidewalls 1101-1 and 1101-2 that face each other with the capacitance space 1114-2 interposed therebetween are separated so as not to be electrically connected. Similarly, the substrate side walls 1101-13 and 1101-4 that face each other with the capacitor space 1114-3 interposed therebetween are separated so as not to be electrically connected. (FIG. 73 (c))

次に、感光性膜1111をリムーブし絶縁膜1116を積層し(場合によっては形成しなくても良い。)、絶縁基板1117を基板側壁1101(1101−1、2、3、4)の上面に付着させる。センサ搭載領域は凹部1104となっているので、エピウエハ1100の中で低くなっている。この領域にのみ絶縁基板1117を付着させるので、たとえばこの凹部1104内の基板側壁1101(1101−1、2、3、4)に付着させることができる大きさの絶縁基板1117を別基板にあらかじめ付着させておき、マスク合わせしてこの領域に絶縁基板1117を付着させる。この結果、ダイヤフラムとなる基板側壁1101−2、1101−3は上面が絶縁基板1117に、下面が絶縁基板1110に規制される。(図73(d))絶縁基板1110は、ガラス、石製、セラミック、プラスチック、高分子樹脂などである。絶縁基板1117の厚みは、基板に付着させた絶縁基板1117をアライメントして転写してエピウエハの凹部1104に入れるので、凹部1104の深さより少し厚くする。 Next, the photosensitive film 1111 is removed and an insulating film 1116 is laminated (may not be formed in some cases), and the insulating substrate 1117 is placed on the upper surface of the substrate side wall 1101 (1101-1, 2, 3, 4). Adhere. Since the sensor mounting area is a recess 1104, it is lower in the epi-wafer 1100. Since the insulating substrate 1117 is attached only to this region, for example, an insulating substrate 1117 of a size that can be attached to the substrate side wall 1101 (1101-1, 2, 3, 4) in the recess 1104 is attached to another substrate in advance. In addition, the insulating substrate 1117 is attached to this region by aligning the mask. As a result, the substrate side walls 1101-2 and 1101-3 serving as diaphragms are restricted to the insulating substrate 1117 on the upper surface and to the insulating substrate 1110 on the lower surface. (FIG. 73D) The insulating substrate 1110 is made of glass, stone, ceramic, plastic, polymer resin, or the like. The insulating substrate 1117 is made slightly thicker than the depth of the recess 1104 because the insulating substrate 1117 attached to the substrate is aligned, transferred, and placed in the recess 1104 of the epi-wafer.

次に、絶縁基板1117にコンタクト孔1118を開け導電体膜1119を形成し、導電体膜・電極・配線1119を形成する。この結果、電極・配線1119は導電体基板である基板側壁1101(1101−1、2、3、4)と接続する。必要なら、絶縁基板1117に開口部(通気口)1121、絶縁基板1110に開口部(通気口)1122をあけても良い。また、これらのコンタクト孔1118、開口部1121、1122は絶縁基板にあらかじめ形成しておき、その後で絶縁基板をエピウエハに付着させても良い。 Next, a contact hole 1118 is formed in the insulating substrate 1117 to form a conductor film 1119, and a conductor film / electrode / wiring 1119 is formed. As a result, the electrode / wiring 1119 is connected to the substrate side wall 1101 (1101-1, 2, 3, 4) which is a conductor substrate. If necessary, an opening (vent hole) 1121 may be formed in the insulating substrate 1117 and an opening (vent hole) 1122 may be formed in the insulating substrate 1110. The contact holes 1118 and the openings 1121 and 1122 may be formed in advance on the insulating substrate, and then the insulating substrate may be attached to the epiwafer.

以上のようにして、非常に簡単なプロセスでエピウエハ内の一部の領域にセンサを形成できる。センサ搭載領域以外のデバイス搭載領域には、ICやトランジスタ等のデバイスを形成できるので、たとえば、センサの信号を処理する回路や演算回路を1つのチップ内に入れることができる。しかも絶縁膜や導電体膜はデバイス作製時のプロセスと兼用することができるので、プロセスコストも低くすることができる。 As described above, the sensor can be formed in a partial region in the epi-wafer by a very simple process. Since devices such as ICs and transistors can be formed in the device mounting area other than the sensor mounting area, for example, a circuit for processing sensor signals and an arithmetic circuit can be included in one chip. In addition, since the insulating film and the conductor film can be used in combination with the process for manufacturing the device, the process cost can be reduced.

高エネルギー・高電流イオン注入装置を用いて、エピウエハの低濃度エピ層に高濃度領域を作製して、その部分にセンサを作製することによって、ICやトランジスタ等の能動デバイスと一緒のチップにセンサを作製できる。図74はエピウエハを用いたセンサの製造方法の別の実施形態を示す図である。高濃度基板1131と低濃度エピ(エピタキシャル)層1132を有するエピウエハ1130において、感光性膜1136を形成し、センサ搭載領域1134となるべき領域を窓開けし、デバイス搭載領域となるべき領域を感光性膜1136で覆い、ウエハ全面にイオン注入を行なう。このイオン注入1137のイオンは高濃度基板1131の導電体型と同じであることが望ましい。エピ層の全体の濃度がイオン注入後の熱処理において、1019/cm以上となるように、イオン注入の加速エネルギーおよびドーズ量を選択する。また、このイオン注入時にデバイス搭載領域1133におけるエピ層1132にはイオン注入されないように、十分な厚みを有する感光性膜を形成する。 Using a high-energy / high-current ion implantation system, a high-concentration region is produced in a low-concentration epilayer of an epi-wafer, and a sensor is produced in that portion, thereby providing a sensor on a chip together with an active device such as an IC or transistor. Can be produced. FIG. 74 is a diagram showing another embodiment of a sensor manufacturing method using an epi-wafer. In an epi-wafer 1130 having a high-concentration substrate 1131 and a low-concentration epi (epitaxial) layer 1132, a photosensitive film 1136 is formed, a region to be a sensor mounting region 1134 is opened, and a region to be a device mounting region is photosensitive. Covering with a film 1136, ion implantation is performed on the entire wafer surface. The ions of the ion implantation 1137 are preferably the same as the conductor type of the high concentration substrate 1131. The acceleration energy and dose of ion implantation are selected so that the total concentration of the epi layer is 10 19 / cm 3 or more in the heat treatment after ion implantation. In addition, a photosensitive film having a sufficient thickness is formed so that ions are not implanted into the epi layer 1132 in the device mounting region 1133 during this ion implantation.

イオン注入後イオン注入層の活性化および拡散の熱処理を行ない、エピ層1132に高濃度イオン注入層1141を形成する。この高濃度イオン注入層1141は高濃度基板1131と接続し、電気的に完全に導通したものとなる。尚、高濃度イオン注入層1141はプリデポ等で作製しても良い。その後、感光性膜1143をパターニングし、貫通孔形成用の窓開けを行なう。この貫通孔形成用窓開けはセンサ搭載領域に開けられる。感光性膜1143とエピウエハ1130との間にシリコン酸化膜等の絶縁膜を介在しても良い。(図74(b)) After ion implantation, activation and diffusion heat treatment of the ion implantation layer are performed, and a high concentration ion implantation layer 1141 is formed in the epi layer 1132. This high concentration ion implantation layer 1141 is connected to the high concentration substrate 1131 and becomes electrically completely conductive. Note that the high-concentration ion implantation layer 1141 may be formed by predeposition or the like. Thereafter, the photosensitive film 1143 is patterned to open a window for forming a through hole. This through-hole forming window is opened in the sensor mounting area. An insulating film such as a silicon oxide film may be interposed between the photosensitive film 1143 and the epitaxial wafer 1130. (Fig. 74 (b))

次に貫通孔1145を形成し、基板側壁1146を形成する。次に感光性膜1143をリムーブし、必要な場合に絶縁膜1147を積層し、貫通孔1145等で露出したエピウエハ1130を保護する。その後、絶縁基板1148をエピウエハ1130の上面に付着させ、コンタクト孔1149、導電体膜・電極・配線1150を形成する。この結果、導電体膜・電極・配線1150はコンタクト孔1149内の導電体膜を通してエピ層1132の高濃度層1141に接続し、さらに高濃度の基板側壁1146へ接続する。この結果、貫通孔1145を空間容量とし、それを挟んだ対向電極1146のコンデンサが作製される。本実施形態では、デバイス搭載領域1133のエピ層1132には影響を与えないので、通常のICやトランジスタ等を形成できる。(図74(c)) Next, a through hole 1145 is formed, and a substrate side wall 1146 is formed. Next, the photosensitive film 1143 is removed, and if necessary, an insulating film 1147 is laminated to protect the epitaxial wafer 1130 exposed through the through holes 1145 and the like. Thereafter, an insulating substrate 1148 is attached to the upper surface of the epi-wafer 1130 to form a contact hole 1149 and a conductor film / electrode / wiring 1150. As a result, the conductor film / electrode / wiring 1150 is connected to the high concentration layer 1141 of the epi layer 1132 through the conductor film in the contact hole 1149 and further to the substrate sidewall 1146 having a high concentration. As a result, a capacitor of the counter electrode 1146 is produced with the through-hole 1145 as a space capacitance and sandwiching it. In this embodiment, since the epitaxial layer 1132 in the device mounting region 1133 is not affected, a normal IC, transistor, or the like can be formed. (Fig. 74 (c))

通常のシリコン半導体基板に高濃度拡散層を形成し、そこに本発明のセンサを形成することができる。図75は本発明のセンサの製造方法の一実施形態を示す図である。1017/cm以下の不純物濃度を有する低濃度シリコンウエハ1161に感光性膜1162を形成し、センサ搭載領域となる領域1164を窓開けして、デバイス搭載領域1163を感光性膜で覆う。シリコンウエハ1161と感光性膜の間に絶縁膜を形成しても良い。高エネルギーイオン注入装置を用いて高ドーズ量のイオン注入1165を行ない、熱処理後のイオン注入層の濃度が1019/cm以上になるようにする。注入するイオンはシリコンウエハ1161の導電型と逆導電体とする。イオン注入時にデバイス搭載領域1163にはイオン注入されないように、感光性膜1162の厚みを調整する。(図75(a)) A high concentration diffusion layer is formed on a normal silicon semiconductor substrate, and the sensor of the present invention can be formed there. FIG. 75 is a diagram showing an embodiment of a method for producing a sensor of the present invention. A photosensitive film 1162 is formed on a low-concentration silicon wafer 1161 having an impurity concentration of 10 17 / cm 3 or less, a region 1164 serving as a sensor mounting region is opened, and the device mounting region 1163 is covered with the photosensitive film. An insulating film may be formed between the silicon wafer 1161 and the photosensitive film. High dose ion implantation 1165 is performed using a high energy ion implantation apparatus so that the concentration of the ion implanted layer after the heat treatment is 10 19 / cm 3 or more. The ion to be implanted is a conductor opposite to the conductivity type of the silicon wafer 1161. The thickness of the photosensitive film 1162 is adjusted so that ions are not implanted into the device mounting region 1163 during ion implantation. (Fig. 75 (a))

感光性膜1162をリムーブ後熱処理を行ないイオン注入したイオン注入層を活性化し不純物層を拡散し、イオン注入拡散層1167を形成する。このイオン注入拡散層1167の不純物濃度は1019/cm以上が好ましい。このイオン注入拡散層1167がセンサ搭載領域に相当する。次に感光性膜1168を形成し、イオン注入拡散層1167の領域内に凹部を形成するための開口部を形成する。(図75(b))感光性膜1168とシリコンウエハ1161の間に絶縁膜を形成しても良い。 After removing the photosensitive film 1162, heat treatment is performed to activate the ion-implanted ion-implanted layer and diffuse the impurity layer to form an ion-implanted diffused layer 1167. The impurity concentration of the ion implantation diffusion layer 1167 is preferably 10 19 / cm 3 or more. This ion implantation diffusion layer 1167 corresponds to the sensor mounting region. Next, a photosensitive film 1168 is formed, and an opening for forming a recess is formed in the region of the ion implantation diffusion layer 1167. (FIG. 75B) An insulating film may be formed between the photosensitive film 1168 and the silicon wafer 1161.

次に、この感光性膜1168の開口部からシリコンウエハ1161を垂直エッチングし、凹部1169(1169−1、2,3)を形成する。この凹部1169の深さh12はイオン注入拡散層1167の深さh11より深くする。すなわち、h12>h11である。(図75(c)) Next, the silicon wafer 1161 is vertically etched from the opening of the photosensitive film 1168 to form concave portions 1169 (1169-1, 2, 3). The depth h12 of the recess 1169 is made deeper than the depth h11 of the ion implantation diffusion layer 1167. That is, h12> h11. (Fig. 75 (c))

次に感光性膜1168をリムーブし、必要な場合には凹部1169に露出したシリコン基板を保護するために、絶縁膜1170を形成し、絶縁基板1171をシリコンウエハ1161のイオン注入拡散層1167の上面に付着させる。次に、絶縁基板1171にコンタクト孔1172を形成し、導電体膜1173をコンタクト孔1172内および絶縁基板1171上に積層し、導電体膜・電極・配線1173を形成する。凹部1169(1169−1、2、3)はイオン注入拡散層1167より深いので、基板側壁1167−1および1167−2は電気的に接続していない。(シリコンウエハ1161とイオン注入拡散層1167は導電型が逆である。)従って、凹部1169―2を空間容量として、対向電極となる1167−1および1167−2はコンデンサの対向電極となっている。基板側壁1167−2は下部がシリコンウエハ1161につながり、基板側壁1167−2は上面が絶縁体基板1171と付着していて、たとえば加速度がかかったり、音波が凹部1169−1に入ったりすると基板側壁1167−2が変形し、貫通孔1169−2の容量が変化する。同様に、基板側壁1167−3および1167−4は電気的に接続していない。(シリコンウエハ1161とイオン注入拡散層1167は導電型が逆である。)従って、凹部1169―3を空間容量として、対向電極となる1167−3および1167−4はコンデンサの対向電極となっている。基板側壁1167−3は下部がシリコンウエハ1161につながり、基板側壁1167−3は上面が絶縁体基板1171と付着していて、たとえば加速度がかかったり、音波が凹部1169−1に入ったりすると基板側壁1167−3が変形し、貫通孔1169−3の容量が変化する。(図75(d)) Next, the photosensitive film 1168 is removed, and if necessary, an insulating film 1170 is formed to protect the silicon substrate exposed to the recess 1169, and the insulating substrate 1171 is formed on the upper surface of the ion implantation diffusion layer 1167 of the silicon wafer 1161. Adhere to. Next, a contact hole 1172 is formed in the insulating substrate 1171, and a conductor film 1173 is laminated in the contact hole 1172 and on the insulating substrate 1171 to form a conductor film / electrode / wiring 1173. Since the recess 1169 (1169-1, 2, 3) is deeper than the ion implantation diffusion layer 1167, the substrate side walls 1167-1 and 1167-2 are not electrically connected. (The silicon wafer 1161 and the ion implantation diffusion layer 1167 have opposite conductivity types.) Accordingly, the concave portions 1169-2 are used as space capacitors, and the counter electrodes 1167-1 and 1167-2 are counter electrodes of the capacitor. . The lower side of the substrate side wall 1167-2 is connected to the silicon wafer 1161, and the upper surface of the substrate side wall 1167-2 is attached to the insulator substrate 1171. For example, when acceleration is applied or sound waves enter the recess 1169-1, the substrate side wall 1167-2 1167-2 is deformed, and the capacity of the through hole 1169-2 is changed. Similarly, the substrate side walls 1167-3 and 1167-4 are not electrically connected. (The silicon wafer 1161 and the ion implantation diffusion layer 1167 have opposite conductivity types.) Therefore, with the recess 1169-3 as the space capacitance, 1167-3 and 1167-4 serving as counter electrodes are counter electrodes of the capacitor. . The lower side of the substrate side wall 1167-3 is connected to the silicon wafer 1161, and the upper side of the substrate side wall 1167-3 is attached to the insulator substrate 1171. For example, when acceleration is applied or sound waves enter the recess 1169-1, the substrate side wall 1167-3 1167-3 is deformed, and the capacity of the through hole 1169-3 is changed. (Fig. 75 (d))

図76は、エピウエハを用いたセンサの別の作製方法を示す図である。本実施形態では、エピウエハ1200の高濃度基板側に凹部を形成する。しかも高濃度基板1201の導電タイプと低濃度層のエピ層1202の導電タイプは逆とする。(あるいは、このような逆導電体タイプのウエハを貼り合わせても良い。)エピウエハ1200の裏面の高濃度基板1201側に感光性膜1205を形成し、凹部形成用の開口部を形成する。エピウエハ1200の表面側(低濃度領域側)には絶縁膜1203を形成して、表面側を保護しても良い。また、感光性膜1205とエピウエハ1200の裏面との間にシリコン酸化膜等の絶縁膜を形成しても良い。次に感光性膜1205のパターンを元に垂直エッチングして凹部1206(1206−1、2、3、4、5)を形成する。エピウエハ1200の高濃度基板1201の厚みをh13とし、凹部の深さをh14としたとき、凹部1206の深さは高濃度基板1201の厚みより深くし、凹部の底部はエピウエハ1200の低濃度領域1202に来るようにエッチングする。すなわち、h14>h13である。ただし、凹部1206は貫通孔にならないようにエッチング量を制御する。(図76(a)) FIG. 76 is a diagram showing another method for manufacturing a sensor using an epi-wafer. In the present embodiment, a recess is formed on the high concentration substrate side of the epi-wafer 1200. In addition, the conductivity type of the high-concentration substrate 1201 and the conductivity type of the low-concentration layer epilayer 1202 are reversed. (Alternatively, such a reverse conductor type wafer may be bonded.) A photosensitive film 1205 is formed on the high-concentration substrate 1201 side of the back surface of the epi-wafer 1200 to form an opening for forming a recess. An insulating film 1203 may be formed on the surface side (low concentration region side) of the epi wafer 1200 to protect the surface side. Further, an insulating film such as a silicon oxide film may be formed between the photosensitive film 1205 and the back surface of the epi wafer 1200. Next, the recess 1206 (1206-1, 2, 3, 4, 5) is formed by vertical etching based on the pattern of the photosensitive film 1205. When the thickness of the high concentration substrate 1201 of the epi wafer 1200 is h13 and the depth of the recess is h14, the depth of the recess 1206 is deeper than the thickness of the high concentration substrate 1201, and the bottom of the recess is the low concentration region 1202 of the epi wafer 1200. Etch to come in. That is, h14> h13. However, the etching amount is controlled so that the recess 1206 does not become a through hole. (Fig. 76 (a))

次に感光性膜1205をリムーブして、絶縁膜1208をエピウエハ1200の裏面側および凹部側に必要な場合には保護用の絶縁膜1208を積層する。次に絶縁基板1209をエピウエハ1200の裏面側に付着する。この後絶縁膜1211を形成し、導電体膜1212をコンタクト孔1212内および絶縁基板1209上に積層し、パターニングして導電体膜・電極・配線1212を形成する。この導電体膜・電極・配線1212は、高濃度基板1201の基板側壁1207(1207−1、2、3、4、5、6)は接続する。この結果、たとえば、凹部1206−2を空間容量として、凹部の対向電極1207−2および1207−3がコンデンサ電極となったコンデンサを形成する。従って、基板側壁1207−3が変形すると凹部1206−2を空間容量(コンデンサ容量)が変化する。 Next, the photosensitive film 1205 is removed, and a protective insulating film 1208 is laminated when the insulating film 1208 is required on the back side and the concave side of the epi-wafer 1200. Next, an insulating substrate 1209 is attached to the back side of the epi-wafer 1200. Thereafter, an insulating film 1211 is formed, and the conductor film 1212 is laminated in the contact hole 1212 and on the insulating substrate 1209 and patterned to form a conductor film / electrode / wiring 1212. The conductor film / electrode / wiring 1212 is connected to the substrate side wall 1207 (1207-1, 2, 3, 4, 5, 6) of the high concentration substrate 1201. As a result, a capacitor is formed in which, for example, the recess 1206-2 is used as a space capacity, and the counter electrodes 1207-2 and 1207-3 in the recess serve as capacitor electrodes. Accordingly, when the substrate side wall 1207-3 is deformed, the space capacity (capacitor capacity) of the recess 1206-2 changes.

本実施形態では、エピウエハまたは貼り合わせウエハ1200の表側の低濃度領域1202にICやトランジスタ等のデバイスを自由に作製できる。従って、センサを搭載したICチップを作製できるだけでなく、センサ搭載ICチップの大きさを大幅に小さくできる。貫通配線を使えば一方の面(表面または裏面)に電極・パッドを集めることができる。あるいは、エピウエハ1200の表面側からコンタクト孔1214を形成し、その側壁に絶縁膜1213を形成した後、導電体膜1215をコンタクト孔1214および表面側に積層し、パターニングして導電体膜・電極・配線1215を作製する。この結果、高濃度基板1201の基板側壁電極1207と接続でき、エピウエハ1200の表面側のデバイスからセンサを動かすこともできる。尚、本実施形態ではコンデンサの深さ方向の電極長さは凹部1206の深さh14ではなく、高濃度基板1201の基板厚さで決まるので、エッチングバラツキの影響を受けない。 In this embodiment, a device such as an IC or a transistor can be freely manufactured in the low concentration region 1202 on the front side of the epi wafer or the bonded wafer 1200. Accordingly, not only can an IC chip mounted with a sensor be produced, but also the size of the sensor mounted IC chip can be greatly reduced. If through wiring is used, electrodes and pads can be collected on one surface (front surface or back surface). Alternatively, the contact hole 1214 is formed from the surface side of the epi-wafer 1200, the insulating film 1213 is formed on the side wall thereof, the conductor film 1215 is laminated on the contact hole 1214 and the surface side, and patterned to form a conductor film / electrode / A wiring 1215 is produced. As a result, the substrate can be connected to the substrate side wall electrode 1207 of the high concentration substrate 1201, and the sensor can be moved from the device on the surface side of the epi-wafer 1200. In the present embodiment, the electrode length in the depth direction of the capacitor is determined not by the depth h14 of the recess 1206 but by the substrate thickness of the high-concentration substrate 1201, and thus is not affected by variations in etching.

図77はエピウエハを貼り合わせた基板を用いたセンサおよびその製造方法の一実施形態を示す図である。厚みh21の低濃度エピ層1232および厚みh22の高濃度基板1231からなるエピウエハ1230と、厚みh23の低濃度エピ層1242および厚みh24の高濃度基板1241からなるエピウエハ1240を高濃度基板1231および1241同士を貼り合わせる。(貼り合わせ面1245)高濃度基板1231および1241の導電タイプは同じタイプとし、エピ層1232および1242の導電タイプと異なるタイプとする。 FIG. 77 is a diagram showing an embodiment of a sensor using a substrate on which an epi-wafer is bonded and a manufacturing method thereof. An epi-wafer 1230 comprising a low-concentration epi layer 1232 having a thickness h21 and a high-concentration substrate 1231 having a thickness h22, and an epi-wafer 1240 comprising a low-concentration epi-layer 1242 having a thickness h23 and a high-concentration substrate 1241 having a thickness h24 are combined with the high-concentration substrates 1231 and 1241. Paste together. (Lamination surface 1245) The conductivity type of the high-concentration substrates 1231 and 1241 is the same type, and is different from the conductivity type of the epi layers 1232 and 1242.

この貼り合わせは、常温接合や高温接合や接着剤を用いて付着させる。接着剤を用いる場合には高濃度基板1231および1241が電気的に接続するように導電接着剤を用いる。この貼り合わせた貼り合わせ基板1249の一方のエピ層1232側の面に感光性膜1235を形成し、センサ搭載領域1233を窓開けし、デバイス搭載領域1234を感光性膜1235で被覆する。この感光性膜1235の開口部へ高エネルギーイオン注入装置を用いて高エネルギーで高ドーズ量でイオン注入1236を行ない、熱処理後にイオン注入拡散層1237の濃度が1019/cm以上となり、かつ高濃度基板1231と電気的に接続できるようにする。従って、イオン注入のイオンの導電タイプは高濃度基板1231および1241と同じ導電タイプである。貼り合わせ前またはイオン注入前にエピ層1242を保護するために絶縁膜1243を形成しても良い。同様にエピ層1232と感光性膜1235の間に絶縁膜を形成しても良い。(図77(a)) This bonding is performed using normal temperature bonding, high temperature bonding, or an adhesive. When an adhesive is used, a conductive adhesive is used so that the high concentration substrates 1231 and 1241 are electrically connected. A photosensitive film 1235 is formed on one surface of the bonded substrate 1249 on the side of the epi layer 1232, the sensor mounting area 1233 is opened, and the device mounting area 1234 is covered with the photosensitive film 1235. An ion implantation 1236 is performed at a high energy and a high dose using a high energy ion implantation apparatus into the opening of the photosensitive film 1235, and the concentration of the ion implantation diffusion layer 1237 becomes 10 19 / cm 3 or more after heat treatment, It can be electrically connected to the concentration substrate 1231. Therefore, the ion conductivity type of the ion implantation is the same as that of the high concentration substrates 1231 and 1241. An insulating film 1243 may be formed to protect the epi layer 1242 before bonding or ion implantation. Similarly, an insulating film may be formed between the epi layer 1232 and the photosensitive film 1235. (Fig. 77 (a))

感光性膜1235をリムーブした後、イオン注入層の活性化および拡散用の熱処理を行ない、イオン注入拡散層1237を形成する。このイオン注入拡散層1237は高濃度基板1231と電気的に接続する。次に感光性膜1238を形成して、センサ搭載領域1233に凹部形成用の窓開けを行なう。必要ならエピ層1232と感光性膜1238との間に絶縁膜を形成しても良い。この窓開けした部分よりエピ層1232(1237)、高濃度基板1231、高濃度基板1241を完全に垂直エッチングし、エピ層1242に達するように凹部1239(1239−1、2、3)を形成する。凹部1239はエピ層1242を貫通しないようにする。凹部の厚みをh25とすれば、h21+h22+h24+h23>h25>h21+h22+h24となる。(ただし、接着剤の厚みは無視している。) After the photosensitive film 1235 is removed, the ion implantation layer is activated and diffusion heat treatment is performed to form an ion implantation diffusion layer 1237. This ion implantation diffusion layer 1237 is electrically connected to the high concentration substrate 1231. Next, a photosensitive film 1238 is formed, and a window for forming a recess is formed in the sensor mounting region 1233. If necessary, an insulating film may be formed between the epi layer 1232 and the photosensitive film 1238. The epitaxial layer 1232 (1237), the high-concentration substrate 1231, and the high-concentration substrate 1241 are completely vertically etched from the opened portion to form the recesses 1239 (1239-1, 2, 3) so as to reach the epi layer 1242. . The concave portion 1239 does not penetrate the epi layer 1242. If the thickness of the recess is h25, h21 + h22 + h24 + h23> h25> h21 + h22 + h24. (However, the thickness of the adhesive is ignored.)

この結果、貼り合わせ基板側壁1240−1および1240−2、あるいは貼り合わせ基板側壁1240−3および1240−4は電気的に接続しないようになる。そして、凹部1239−2は空間容量となり、貼り合わせ基板側壁1240−1および1240−2は対向するコンデンサ電極となる。同様に、凹部1239−3は空間容量となり、貼り合わせ基板側壁1240−3および1240−4は対向するコンデンサ電極となる。また、コンデンサの深さ方向電極の長さは、h21+h22+h24となり、凹部1239の深さh25に依存しない。この後のプロセスは、図76と同様で、絶縁体基板やコンタクト孔や電極などを形成する。このようにエピウエハの貼り合わせ基板を用いて本発明のセンサを形成でき、この場合エピウエハの低濃度エピ層1232や1242にICやトランジスタ等のデバイスを形成できるので、非常に高密度で小さなサイズのセンサ搭載IC(トランジスタ)を作製できる。尚、イオン注入を行なわずに、図73と同様にエピ層1232をエッチングして高濃度基板1231を露出させる方法でも本実施形態を使用してセンサを作製できる。 As a result, the bonded substrate sidewalls 1240-1 and 1240-2 or the bonded substrate sidewalls 1240-3 and 1240-4 are not electrically connected. Then, the recess 1239-2 becomes a space capacity, and the bonded substrate side walls 1240-1 and 1240-2 become opposing capacitor electrodes. Similarly, the concave portion 1239-3 serves as a space capacity, and the bonded substrate side walls 1240-3 and 1240-4 serve as opposing capacitor electrodes. The length of the capacitor in the depth direction of the capacitor is h21 + h22 + h24, and does not depend on the depth h25 of the recess 1239. The subsequent processes are the same as those in FIG. 76, and an insulating substrate, contact holes, electrodes, and the like are formed. As described above, the sensor of the present invention can be formed using the bonded substrate of the epi wafer, and in this case, devices such as ICs and transistors can be formed on the low concentration epi layers 1232 and 1242 of the epi wafer. A sensor-mounted IC (transistor) can be manufactured. It should be noted that the sensor can be manufactured using this embodiment even by a method in which the epi layer 1232 is etched and the high concentration substrate 1231 is exposed as in FIG. 73 without performing ion implantation.

また、貼り合わせる基板を高濃度基板ではなく、低濃度基板を用いても凹部を作製できる。この場合、図77において、エピ層1242と高濃度基板1241からなるエピウエハ1240が低濃度基板(低濃度シリコンウエハ)と考えれば良い。h24とh23はひとまとめでか投げれば良く、低濃度シリコンウエハに到達するまで凹部を形成し、h25>h21+h22となるように凹部のエッチングを行なう。この場合もエピ層1232側にも低濃度シリコンウエハ側にもデバイスを形成できる。さらにエピウエハ1230を全部高濃度基板として、高濃度基板と低濃度基板を貼り合わせて高濃度基板側から凹部を形成し、凹部の底を低濃度基板側にすれば、本発明のセンサを高濃度基板側の面に、IC等のデバイスを低濃度基板側の面に形成することができる。低濃度シリコンウエハと高濃度基板の間に絶縁膜や絶縁体を挟んでも良い。この場合は、凹部の底を絶縁膜や絶縁体で止まるようにすれば良く、この場合低濃度シリコンウエハと高濃度基板の導電タイプは同じでも良い。(直接貼り合わせる場合は、これらの間で電気的に接続しないように異なる導電タイプとする)あるいは、凹部は低濃度領域側まで入り込んでも良い。いずれにしても凹部のコンデンサの深さ側長さは高濃度基板の厚さで決まるので、エッチングバラツキは関係しないというメリットもある。 In addition, the concave portion can be formed even when the substrate to be bonded is not a high concentration substrate but a low concentration substrate. In this case, in FIG. 77, the epi wafer 1240 composed of the epi layer 1242 and the high concentration substrate 1241 may be considered as a low concentration substrate (low concentration silicon wafer). h24 and h23 may be thrown together, forming a recess until reaching the low-concentration silicon wafer, and etching the recess so that h25> h21 + h22. In this case as well, devices can be formed on both the epi layer 1232 side and the low concentration silicon wafer side. Further, if the epi-wafer 1230 is entirely a high-concentration substrate, the high-concentration substrate and the low-concentration substrate are bonded together to form a concave portion from the high-concentration substrate side, and the bottom of the concave portion is made the low-concentration substrate side, the sensor of the present invention A device such as an IC can be formed on the surface on the low concentration substrate side on the surface on the substrate side. An insulating film or an insulator may be sandwiched between the low concentration silicon wafer and the high concentration substrate. In this case, the bottom of the recess may be stopped by an insulating film or an insulator. In this case, the conductivity type of the low concentration silicon wafer and the high concentration substrate may be the same. (In the case of direct bonding, different conductive types are used so that they are not electrically connected), or the recess may enter the low concentration region side. In any case, since the length of the concave portion on the depth side of the capacitor is determined by the thickness of the high concentration substrate, there is an advantage that etching variation is not related.

図78は、導電体基板および半導体基板を接着させた複合基板を用いたセンサおよびその製造方法を示す図である。導電体基板は、たとえば高濃度のシリコン半導体基板等の導電体基板、金属や合金等の導電体基板、導電性高分子、導電性プラスチック、導電性ゴム等の導電体基板である。以下では導電体基板は高濃度シリコン半導体基板として説明する。半導体基板はシリコン、ゲルマニウム、炭素(ダイヤモンド)等の単元素半導体基板、ガリウムヒ素、炭化ケイ素、窒化ガリウム等の二元系半導体基板、それ以上の多元系半導体基板である。以下では半導体基板はシリコン半導体基板として説明する。導電体基板1251および半導体基板1252を接着した複合基板1250の導電体基板1250側に感光性膜1255を形成し、凹部形成用のパターニングを行なう。導電体基板1251および半導体基板1252の間に絶縁膜1254を介在しても良い。絶縁膜1254はシリコン酸化膜(SiOx)等で、CVDやPVD法、あるいは塗布+熱処理、あるいは酸化や窒化等で形成する。接着方法は、接着剤を用いる方法、常温接合法、静電接着法、陽極接合、拡散接合、陽極接合などがある。導電体基板1251および感光性膜1255の間に絶縁膜を介在しても良い。また、半導体基板側の表面を保護するために、絶縁膜1253を形成しても良い。(図78(a)) FIG. 78 is a diagram showing a sensor using a composite substrate in which a conductor substrate and a semiconductor substrate are bonded, and a manufacturing method thereof. The conductor substrate is, for example, a conductor substrate such as a high concentration silicon semiconductor substrate, a conductor substrate such as a metal or an alloy, a conductor substrate such as a conductive polymer, a conductive plastic, or a conductive rubber. Hereinafter, the conductor substrate is described as a high-concentration silicon semiconductor substrate. The semiconductor substrate is a single element semiconductor substrate such as silicon, germanium, or carbon (diamond), a binary semiconductor substrate such as gallium arsenide, silicon carbide, or gallium nitride, or a multi-element semiconductor substrate higher than that. Hereinafter, the semiconductor substrate will be described as a silicon semiconductor substrate. A photosensitive film 1255 is formed on the conductor substrate 1250 side of the composite substrate 1250 to which the conductor substrate 1251 and the semiconductor substrate 1252 are bonded, and patterning for forming a recess is performed. An insulating film 1254 may be interposed between the conductor substrate 1251 and the semiconductor substrate 1252. The insulating film 1254 is a silicon oxide film (SiOx) or the like, and is formed by CVD, PVD, coating + heat treatment, oxidation, nitridation, or the like. Examples of the bonding method include a method using an adhesive, a room temperature bonding method, an electrostatic bonding method, anodic bonding, diffusion bonding, and anodic bonding. An insulating film may be interposed between the conductor substrate 1251 and the photosensitive film 1255. In addition, an insulating film 1253 may be formed to protect the surface on the semiconductor substrate side. (FIG. 78 (a))

感光性膜1255の開口部パターンを元にして導電体基板1251を垂直エッチングし(破線で示す)、凹部1256(1256−1、2、3、4)を形成する。凹部の深さは基板の厚みより深くするようにエッチングする。絶縁膜1254が存在するときは、絶縁膜1254をエッチングストッパーとして用いることによって、凹部1256を所定の垂直孔とすることができる。絶縁膜1254が存在するときは、導電体基板1251の導電タイプと半導体基板1252の導電タイプは同じでも異なっていても良く、互いに導通することはない。凹部1256が絶縁膜1254を全部エッチングして半導体基板1252へ達しても絶縁膜1254が存在するので、導通することはない。(導通する危険性がある場合には、この後で凹部内側面に絶縁膜を積層すれば良い。)絶縁膜1254がなく、導電体基板1251と半導体基板1252が直接付着する場合には、導電体基板1251と半導体基板1252の導電タイプを逆にする。 Based on the opening pattern of the photosensitive film 1255, the conductor substrate 1251 is vertically etched (shown by a broken line) to form recesses 1256 (1256-1, 2, 3, 4). Etching is performed so that the depth of the recess is deeper than the thickness of the substrate. When the insulating film 1254 is present, the recess 1256 can be formed into a predetermined vertical hole by using the insulating film 1254 as an etching stopper. When the insulating film 1254 is present, the conductivity type of the conductor substrate 1251 and the conductivity type of the semiconductor substrate 1252 may be the same or different and are not electrically connected to each other. Even if the recess 1256 etches the entire insulating film 1254 and reaches the semiconductor substrate 1252, the insulating film 1254 is present, so that it does not conduct. (If there is a risk of electrical conduction, an insulating film may be laminated on the inner surface of the recess after this.) When the insulating substrate 1254 is not present and the conductive substrate 1251 and the semiconductor substrate 1252 are directly attached, the conductive film The conductivity types of the body substrate 1251 and the semiconductor substrate 1252 are reversed.

凹部1256は深さ方向について導電体基板1251を完全にエッチングした垂直パターンにすることが望ましく、絶縁膜1254または半導体基板1252の途中まで達するようにする。ただし、半導体基板1252内にデバイスを形成する場合は、そのデバイスへ影響を与えないような深さで凹部1256を形成する。凹部1256(1256−1、2、3、4)の形成によって、基板側壁1257(1257−1、2、3、、4,5)が形成される。このようにすることによって、隣接する導電体基板の基板側壁(たとえば、容量空間1256−2を挟む対向電極1257−2および1257−3が電気的に導通しないようにすることができる。 The recess 1256 is preferably a vertical pattern in which the conductor substrate 1251 is completely etched in the depth direction, and reaches the middle of the insulating film 1254 or the semiconductor substrate 1252. However, when a device is formed in the semiconductor substrate 1252, the concave portion 1256 is formed with a depth that does not affect the device. Substrate sidewalls 1257 (1257-1, 2, 3, 4, 5) are formed by forming the recesses 1256 (1256-1, 2, 3, 4). By doing so, it is possible to prevent the substrate side walls (for example, the counter electrodes 1257-2 and 1257-3 sandwiching the capacitor space 1256-2 from being electrically connected) between adjacent conductor substrates.

次に感光性膜1255をリムーブし、必要な場合には、凹部1256の内側面および導電体基板の表面を保護するために絶縁膜を形成する。その後、絶縁基板1258を導電体基板1251の表面側に付着し、基板側壁1257(1257−1、2、3、4、5)の上面を絶縁体基板1258に付着固定する。絶縁基板1258にコンタクト孔1261を形成し、コンタクト孔1261内および絶縁体基板1258上に導電体膜を積層し、導電体膜電極・配線1259(1259−1、2、3、4、5)を形成する。および/または半導体基板1252側の表面にコンタクト孔1262を導電体基板1251側まで形成し、コンタクト孔1262内および半導体基板1252の表面側に積層し、導電体膜電極・配線1264(1264−1、2、3)を形成する。 Next, the photosensitive film 1255 is removed, and if necessary, an insulating film is formed to protect the inner surface of the recess 1256 and the surface of the conductor substrate. After that, the insulating substrate 1258 is attached to the surface side of the conductor substrate 1251, and the upper surface of the substrate side wall 1257 (1257-1, 2, 3, 4, 5) is attached and fixed to the insulating substrate 1258. A contact hole 1261 is formed in the insulating substrate 1258, a conductor film is laminated in the contact hole 1261 and on the insulator substrate 1258, and conductor film electrodes / wirings 1259 (1259-1, 2, 3, 4, 5) are formed. Form. And / or contact holes 1262 are formed in the surface on the semiconductor substrate 1252 side up to the conductor substrate 1251 side, laminated in the contact holes 1262 and on the surface side of the semiconductor substrate 1252, and conductor film electrodes / wirings 1264 (1264-1, 2, 3).

コンタクト孔1262を形成したときにコンタクト孔1262内側面は半導体基板1252が露出するので、コンタクト孔1262内側面に絶縁膜1263を形成して、半導体基板1252とコンタクト孔1262内に形成した導電体膜との電気的導通を防止する。絶縁膜1263をコンタクト孔1262内側面に形成する方法として、コンタクト孔1262を形成後に絶縁膜1263を積層し、全面(コンタクト孔を含む近傍領域だけでも良い)異方性エッチングすれば、導電体基板1251上に積層した絶縁膜1263はエッチング除去されてコンタクト孔1262の内側面に絶縁膜1263が残る。その後で導電体膜を積層すれば導電体基板1251と電気的に接続する。 Since the semiconductor substrate 1252 is exposed on the inner surface of the contact hole 1262 when the contact hole 1262 is formed, an insulating film 1263 is formed on the inner surface of the contact hole 1262, and the conductor film formed in the semiconductor substrate 1252 and the contact hole 1262. To prevent electrical continuity with. As a method of forming the insulating film 1263 on the inner surface of the contact hole 1262, the insulating substrate 1263 is stacked after the contact hole 1262 is formed, and the entire surface (or only a neighboring region including the contact hole) is anisotropically etched. The insulating film 1263 stacked on the 1251 is etched away, and the insulating film 1263 remains on the inner surface of the contact hole 1262. After that, if a conductor film is stacked, it is electrically connected to the conductor substrate 1251.

絶縁体基板1258は凹部1256をカバーするが、必要な場合には凹部1256部分に開口部1265(通気孔と呼んでも良い)を設けても良い。この開口部1265はコンタクト孔1261と一緒に形成しても良い。および/または半導体基板1252側に開口部(通気孔と呼んでも良い)1266を設けても良い。この開口部1266はコンタクト孔1262と一緒に形成しても良い。 The insulating substrate 1258 covers the recess 1256, but if necessary, an opening 1265 (may be referred to as a vent) may be provided in the recess 1256. The opening 1265 may be formed together with the contact hole 1261. An opening (which may be referred to as a vent) 1266 may be provided on the semiconductor substrate 1252 side. The opening 1266 may be formed together with the contact hole 1262.

以上のようにして形成された凹部1256によって、導電体基板1251の基板側壁1257(1257−1、2、3、4、5)は電気的に接続しないように形成できる。たとえば、凹部1256−2を空間容量とし、これを挟んで対向電極1257−2と1257−3はコンデンサの対向電極となる。導電膜・電極・配線1259−2は導電体基板1251の基板側壁1257−2に接続し、導電膜・電極・配線1259−3は導電体基板1251の基板側壁1257−3に接続する。および/または半導体基板1252側の導電体膜・電極・配線1264−2は導電体基板1251の基板側壁1257−2に接続し、半導体基板1252側の導電体膜・電極・配線1264−3は導電体基板1251の基板側壁1257−3に接続する。 By the recess 1256 formed as described above, the substrate side wall 1257 (1257-1, 2, 3, 4, 5) of the conductor substrate 1251 can be formed so as not to be electrically connected. For example, the recess 1256-2 is used as a space capacity, and the counter electrodes 1257-2 and 1257-3 serve as the counter electrodes of the capacitor with the space therebetween. The conductive film / electrode / wiring 1259-2 is connected to the substrate sidewall 1257-2 of the conductor substrate 1251, and the conductive film / electrode / wiring 1259-3 is connected to the substrate sidewall 1257-3 of the conductor substrate 1251. The conductor film / electrode / wiring 1264-2 on the semiconductor substrate 1252 side is connected to the substrate side wall 1257-2 of the conductor substrate 1251, and the conductor film / electrode / wiring 1264-3 on the semiconductor substrate 1252 side is conductive. It connects to the substrate side wall 1257-3 of the body substrate 1251.

図78に示す実施形態では、半導体基板1252側にトランジスタやIC等のデバイスを形成し、その下側の導電体基板1251側に凹部を形成したセンサを作製できるので、センサを含むICを作製できるだけでなく、ICチップを小さくすることができる。複合基板1250の両側に電極を形成できるので、どちらかからでも制御できる。あるいは片方の基板面だけに電極を形成することもできる。(たとえば、電極1259−1は導電体基板1251の基板側壁1257−1を通して電極1264−1へ導通する。)
図79は、インプリント法を用いて作成したセンサおよびセンサの製造方法を示す図である。半導体基板等の基板1611内に形成した深さH0の凹部1614を含む基板1611上に絶縁膜1613を形成する。トランジスタやIC等と一緒にセンサを搭載するチップを作製する場合は、基板はシリコン等の半導体基板である。凹部1614の深さH0はセンサを構成する材料やセンサの特性に依存するが、概ね10μm以上である。絶縁膜1613はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜であり、膜厚は約100nm〜2000nmである。この絶縁膜1613は基板1611と凹部内に形成する導電性ポリマーと電気的および物理的に分離することなどを目的とする。また、導電性ポリマー内部に形成する凹部をエッチングするときのエッチングストッパーの役割も果たす。次に凹部1614内に導電性ポリマー1615を充填する。液体状やゲル状の導電性ポリマー1615を塗布法、ディップ法、スクリーン印刷法等でコーティングしたり、シート状の導電性ポリマーを基板1611に貼り付け、導電性ポリマーシートを溶融軟化して凹部内に導電性ポリマー1615を入れ込む。{図79(a)}導電性ポリマーは、たとえばポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニレン、ポリピロール等など種々の導電性高分子、あるいはポリマーに金属等の導電性微粒子を混在して導電性を持たせたポリマーでも良い。あるいは導電性ゴムやゴムに金属等の導電性微粒子を混在して導電性を持たせたゴムでも良い。{図79(a)}
In the embodiment shown in FIG. 78, a sensor in which a device such as a transistor or IC is formed on the semiconductor substrate 1252 side and a recess is formed on the lower conductor substrate 1251 side can be manufactured. In addition, the IC chip can be made smaller. Since electrodes can be formed on both sides of the composite substrate 1250, control can be performed from either side. Alternatively, the electrodes can be formed only on one substrate surface. (For example, electrode 1259-1 is conducted to electrode 1264-1 through substrate side wall 1257-1 of conductor substrate 1251.)
FIG. 79 is a diagram showing a sensor created using the imprint method and a method for manufacturing the sensor. An insulating film 1613 is formed over a substrate 1611 including a recess 1614 having a depth H0 formed in a substrate 1611 such as a semiconductor substrate. When a chip on which a sensor is mounted together with a transistor, an IC, or the like is manufactured, the substrate is a semiconductor substrate such as silicon. The depth H0 of the recess 1614 depends on the material constituting the sensor and the characteristics of the sensor, but is approximately 10 μm or more. The insulating film 1613 is a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film, and has a thickness of about 100 nm to 2000 nm. This insulating film 1613 is intended to be electrically and physically separated from the substrate 1611 and the conductive polymer formed in the recess. In addition, it also serves as an etching stopper when etching the recess formed inside the conductive polymer. Next, the conductive polymer 1615 is filled into the recess 1614. Liquid or gel-like conductive polymer 1615 is coated by a coating method, dipping method, screen printing method, or the like, or a sheet-like conductive polymer is attached to substrate 1611 to melt and soften the conductive polymer sheet in the recess. Conductive polymer 1615 is placed in {FIG. 79 (a)} The conductive polymer may be various conductive polymers such as polyacetylene, polythiophene, polyanilene, polypyrrole, etc., or a polymer in which conductive fine particles such as metal are mixed to provide conductivity. good. Or the rubber | gum which mixed electroconductive fine particles, such as a metal, in conductive rubber or rubber | gum, and gave conductivity may be used. {FIG. 79 (a)}

次に、ポリマー内にセンサ用の凹部形成用のパターン1619を形成したモールド1617を凹部1614における液状やゲル状の導電体ポリマー1615内に挿入し、熱処理やUV照射等により硬化させた後、モールド1617およびモールドパターン1619をポリマー1615から引き抜いて、ポリマー1615内に凹部1621(1621−1、2、3)を形成する。凹部1621(1621−1、2、3)の底部にはポリマー1615Bが存在するので、この状態ではポリマー基板側壁1615(1、2,3,4)はポリマー底部1615Bでつながっている。そこで、ポリマー1615を異方性エッチングしてこのポリマー1615Bを除去する。ポリマー1615と絶縁膜1613とのエッチング選択比を大きく取れば、ポリマー1615をかなりオーバーエッチングしても、また絶縁膜1613を厚くしなくても、絶縁膜1613がエッチングストッパーとなり、凹部1621の底部に絶縁膜1613(1613−B)を残すことができる。このようにして凹部1621(1621−1、2,3)が形成され、これによって、ポリマー基板側壁1615(1615−1,2,3、4)が形成され、ポリマー基板側壁1615−1および1615−2は電気的に接続していない。またポリマー基板側壁1615−2および1615−3は電気的に接続していない。(図79(b)、(c)、(d)、(e)) Next, a mold 1617 having a sensor-forming recess-forming pattern 1619 formed in the polymer is inserted into the liquid or gel-like conductive polymer 1615 in the recess 1614 and cured by heat treatment or UV irradiation. 1617 and the mold pattern 1619 are pulled out from the polymer 1615 to form recesses 1621 (1621-1, 2, 3) in the polymer 1615. Since the polymer 1615B exists at the bottom of the recess 1621 (1621-1, 2, 3), the polymer substrate side wall 1615 (1, 2, 3, 4) is connected at the polymer bottom 1615B in this state. Therefore, the polymer 1615 is anisotropically etched to remove the polymer 1615B. If the etching selection ratio between the polymer 1615 and the insulating film 1613 is large, the insulating film 1613 serves as an etching stopper even if the polymer 1615 is over-etched considerably or the insulating film 1613 is not thickened. The insulating film 1613 (1613-B) can be left. In this way, recesses 1621 (1621-1, 2, 3) are formed, whereby polymer substrate side walls 1615 (1615-1, 2, 3, 4) are formed, and polymer substrate side walls 1615-1, 1615- 2 is not electrically connected. The polymer substrate side walls 1615-2 and 1615-3 are not electrically connected. (FIGS. 79 (b), (c), (d), (e))

次に、必要な場合には、導電性ポリマー1615の表面(1615S)や凹部1621内側面を保護するために絶縁膜1622を積層する。次に絶縁基板1623を付着し、コンタクト孔1624を形成し、さらに導電体膜をコンタクト孔内および絶縁滝基板1623の表面に積層し、導電体膜・電極・配線1625(1625−1、2、3、4)を作製する。こうして、凹部1621−2を容量空間として、その両側の対向するポリマー電極基板側壁1615−1および1615−3をコンデンサ電極とするコンデンサが形成される。ポリマー電極基板側壁1615−1は凹部1621−1へ導入された音波や加速度や角速度によって変形し、凹部1621−2のコンデンサ容量が変化する。導電体膜・電極・配線1625は基板側壁(1615−1,3)に電気的に接続しているので、コンデンサ容量の変化を検出することができる。同様に、凹部1621−3を容量空間として、その両側の対向するポリマー電極基板側壁1615−2および1615−4をコンデンサ電極とするコンデンサが形成される。ポリマー電極基板側壁1615−2は凹部1621−1へ導入された音波や加速度や角速度によって変形し、凹部1621−3のコンデンサ容量が変化する。導電体膜・電極・配線1625は基板側壁(1615−2,4)に電気的に接続しているので、コンデンサ容量の変化を検出することができる。(図79(f)) Next, if necessary, an insulating film 1622 is stacked in order to protect the surface (1615S) of the conductive polymer 1615 and the inner surface of the recess 1621. Next, an insulating substrate 1623 is attached, a contact hole 1624 is formed, and a conductor film is further laminated in the contact hole and on the surface of the insulating waterfall substrate 1623, and conductor films / electrodes / wirings 1625 (1625-1, 3, 4) is produced. In this way, a capacitor is formed with the concave portion 1621-2 as the capacitor space and the polymer electrode substrate side walls 1615-1 and 1615-3 facing each other on both sides thereof as capacitor electrodes. The polymer electrode substrate side wall 1615-1 is deformed by the sound wave, acceleration, or angular velocity introduced into the recess 1621-1, and the capacitor capacity of the recess 1621-2 changes. Since the conductor film / electrode / wiring 1625 is electrically connected to the substrate side wall (1615-1, 3), a change in the capacitor capacity can be detected. Similarly, a capacitor is formed using the concave portion 1621-3 as a capacitor space and the opposing polymer electrode substrate side walls 1615-2 and 1615-4 on both sides thereof as capacitor electrodes. The polymer electrode substrate side wall 1615-2 is deformed by the sound wave, acceleration or angular velocity introduced into the recess 1621-1, and the capacitor capacity of the recess 1621-3 changes. Since the conductor film / electrode / wiring 1625 is electrically connected to the substrate side wall (1615-2, 4), a change in the capacitor capacity can be detected. (Fig. 79 (f))

必要な場合(たとえば、凹部1621へ通気する場合や音波を導入する場合や、凹部内に重い液体を入れる場合)は、絶縁基板1623に開口孔1626を形成する。コンタクト孔1624や開口孔1626を同じプロセスで形成することもできるし、予めこれらを形成した絶縁基板1623をポリマー1615の表面1615Sやポリマー基板1615上面に付着しても良い。本実施形態では、基板1611の凹部1614を形成した面1611Sと反対側の面1611B側にもポリマー基板側壁へのコンタクト孔1627を形成できる。基板1611の表面1611B(この上に絶縁膜1630等が形成されている場合には、その上)に感光性膜を形成し、必要なパターンを形成し、(絶縁膜1630等をエッチングし、さらに)基板1611をエッチングし、さらに絶縁膜1613をエッチングして、ポリマー基板側壁1615へ接続するコンタクト孔1627を形成する。基板1611が半導体基板や導電体基板であるときは、コンタクト孔1627で露出した基板1611側面上に絶縁膜1628を積層する。その後、導電体膜をコンタクト孔1627内および基板1611B上(上の絶縁膜1613上)に積層し導電体膜・電極・配線1629を形成する。この結果、基板1611B側でもポリマー電極1515と接続する導電体膜・電極・配線1629を得ることができる。このことは、基板1611の両面(1611S、1611B)または片面から制御できることを意味する。必要な場合には、開口1631を基板面1611B側に備えることもできる。
以上のようにして、基板1611の基板面に凹部(第1凹部)形成し、それに導電性ポリマーを形成し、インプリント法を用いて、その基板内凹部(第1凹部)に凹部(第2凹部)を形成し、第2凹部を容量空間とし、導電体ポリマーの基板側壁をコンデンサ電極とするコンデンサを作成でき、それを用いて、マイクロホンセンサ、加速度センサ、各速度センサ、その他のセンサ(圧力センサ)を作製できる。基板1611がシリコン等の半導体基板であれば、トランジスタやIC等のデバイスと一緒にセンサを作製できる。センサの第1凹部と同じ基板面(1611S側)にIC等のデバイスを作製する場合は、第1凹部のない領域にIC等のデバイスを作製することができる。センサの第1凹部と反対の基板面(1611B側)にIC等のデバイスを作製する場合は、第1凹部の下側の領域にもIC等のデバイスを作製することができるので、高い密度のセンサ付きICを作製できる。
When necessary (for example, when venting into the concave portion 1621, introducing a sound wave, or putting a heavy liquid into the concave portion), the opening 1626 is formed in the insulating substrate 1623. The contact hole 1624 and the opening hole 1626 can be formed by the same process, or an insulating substrate 1623 on which these are formed in advance may be attached to the surface 1615S of the polymer 1615 or the upper surface of the polymer substrate 1615. In the present embodiment, a contact hole 1627 to the side wall of the polymer substrate can also be formed on the surface 1611B side opposite to the surface 1611S on which the recess 1614 of the substrate 1611 is formed. A photosensitive film is formed on the surface 1611B (if an insulating film 1630 or the like is formed thereon) of the substrate 1611, a necessary pattern is formed, the insulating film 1630 or the like is etched, ) The substrate 1611 is etched, and the insulating film 1613 is further etched to form a contact hole 1627 connected to the polymer substrate side wall 1615. When the substrate 1611 is a semiconductor substrate or a conductor substrate, an insulating film 1628 is stacked on the side surface of the substrate 1611 exposed through the contact hole 1627. Thereafter, a conductor film is laminated in the contact hole 1627 and on the substrate 1611B (on the upper insulating film 1613) to form a conductor film / electrode / wiring 1629. As a result, a conductor film / electrode / wiring 1629 connected to the polymer electrode 1515 can be obtained also on the substrate 1611B side. This means that it can be controlled from both sides (1611S, 1611B) or one side of the substrate 1611. If necessary, the opening 1631 can be provided on the substrate surface 1611B side.
As described above, a concave portion (first concave portion) is formed on the substrate surface of the substrate 1611, a conductive polymer is formed thereon, and the concave portion (second concave portion) is formed in the concave portion (first concave portion) in the substrate using the imprint method. A capacitor having a concave portion), a second concave portion as a capacitance space, and a conductive polymer substrate side wall as a capacitor electrode can be formed, and using this, a microphone sensor, an acceleration sensor, each speed sensor, and other sensors (pressure) Sensor). If the substrate 1611 is a semiconductor substrate such as silicon, a sensor can be manufactured together with a device such as a transistor or an IC. When a device such as an IC is manufactured on the same substrate surface (1611S side) as the first recess of the sensor, a device such as an IC can be manufactured in a region without the first recess. When a device such as an IC is fabricated on the substrate surface (1611B side) opposite to the first recess of the sensor, a device such as an IC can also be fabricated in the lower region of the first recess. An IC with a sensor can be manufactured.

モールドパターン1619のパターン深さをH10としたとき、ポリマー基板側壁の深さH11は、第2凹部1621の底部をエッチングする前はほぼH10と同じである(図79(d))が、(H11=H10)第2凹部1621の底部をエッチング後の第2凹部1621の深さH12は、第2凹部1621の底部の絶縁膜1613のエッチングレートがポリマー1615のエッチングレートより遅いので、H11より少し小さくなる。(H12<H11)また、コンデンサの電極の深さはポリマーの基板側壁(1615−1、2、3、4)の深さH13と同じであるが、このH13はH12より少し小さくなる。従って、第2凹部1621の底部をエッチングのバラツキやエッチング量を制御することが重要である。
図79に示す実施形態において、基板1611内に凹部1614を形成せずに平坦な基板面に(必要なら絶縁膜を形成した上に)導電性ポリマーを形成してインプリント法で図79と同様なセンサ構造(ただし、第1凹部1614はない)を作製できる。
When the pattern depth of the mold pattern 1619 is H10, the depth H11 of the side wall of the polymer substrate is substantially the same as H10 before the bottom of the second recess 1621 is etched (FIG. 79D), = H10) The depth H12 of the second recess 1621 after etching the bottom of the second recess 1621 is slightly smaller than H11 because the etching rate of the insulating film 1613 at the bottom of the second recess 1621 is slower than the etching rate of the polymer 1615. Become. (H12 <H11) The depth of the capacitor electrode is the same as the depth H13 of the polymer substrate side wall (1615-1, 2, 3, 4), but this H13 is slightly smaller than H12. Therefore, it is important to control the etching variation and the etching amount of the bottom of the second recess 1621.
79. In the embodiment shown in FIG. 79, a conductive polymer is formed on a flat substrate surface (with an insulating film formed if necessary) without forming the recess 1614 in the substrate 1611, and the imprint method is used as in FIG. A simple sensor structure (there is no first recess 1614).

図80は、インプリントモールドを用いてセンサを作製する別の実施形態を示す図である。基板1301上に絶縁性ポリマー1302を形成し、その上に導電性ポリマー1303を形成する。この製造方法として、たとえば液状の絶縁性ポリマー1302を塗布法やディップ法で作製する方法、ゲル状やペースト状の絶縁性ポリマー1302を塗布する方法、あるいはポリマーシート付着法がある。次に、液状の絶縁性ポリマー、ゲル状やペースト状の絶縁性ポリマー、あるいはポリマーシート1302の上に液状の導電性ポリマー1303を塗布法やディップ法で形成したり、あるいはゲル状やペースト状の導電性ポリマー1303を塗布したり、あるいは導電性ポリマーシート1303を付着させる。(図80(a))
次に凹部形成用パターン1306を有するモールド1305をポリマー1303および1302に挿入する。絶縁性ポリマー1302および導電性ポリマー1303が液状や、ゲル状やペースト状であるときは、そのまま押し込むことができる。絶縁性ポリマー1302または導電性ポリマー1303のどちらかが固体状である場合は、たとえば以下のようにインプリントする。絶縁性ポリマー1302が固体状である場合、導電性ポリマー1303が液状やゲル状やペースト状の場合は、まずモールド1305および1306を導電性ポリマー1303に押し入れる。絶縁性ポリマー1302にモールドパターン1306の先端部が近づいたときに絶縁性ポリマー1302が軟化する温度以上の温度にして、軟化した絶縁性ポリマー1302へモールド1305および1306を押し入れる。その後、絶縁性ポリマー1302の軟化温度(TM1302)以下へ下げて絶縁性ポリマー1302を硬化させる。導電性ポリマー1303の軟化温度(TM1303)が絶縁性ポリマー1302の軟化温度より低い材料(TM1303<TM1302)を用いることによって、さらに温度を下げて導電性ポリマー1303を硬化させる。絶縁性ポリマー1302および導電性ポリマー1303が硬化した後、モールド1305および1306を引き抜いて、凹部1307を形成する。
FIG. 80 is a diagram showing another embodiment in which a sensor is manufactured using an imprint mold. An insulating polymer 1302 is formed over the substrate 1301, and a conductive polymer 1303 is formed thereover. As this manufacturing method, for example, there are a method of producing a liquid insulating polymer 1302 by a coating method or a dip method, a method of applying a gel-like or paste-like insulating polymer 1302, or a polymer sheet adhesion method. Next, a liquid insulating polymer, a gel-like or paste-like insulating polymer, or a liquid conductive polymer 1303 is formed on the polymer sheet 1302 by a coating method or a dipping method, or a gel-like or paste-like one is formed. A conductive polymer 1303 is applied or a conductive polymer sheet 1303 is attached. (FIG. 80 (a))
Next, a mold 1305 having a recess forming pattern 1306 is inserted into the polymers 1303 and 1302. When the insulating polymer 1302 and the conductive polymer 1303 are liquid, gel, or paste, they can be pushed in as they are. When either the insulating polymer 1302 or the conductive polymer 1303 is solid, for example, imprinting is performed as follows. When the insulating polymer 1302 is solid, when the conductive polymer 1303 is liquid, gel, or paste, the molds 1305 and 1306 are first pushed into the conductive polymer 1303. The molds 1305 and 1306 are pushed into the softened insulating polymer 1302 at a temperature equal to or higher than the temperature at which the insulating polymer 1302 softens when the tip of the mold pattern 1306 approaches the insulating polymer 1302. Thereafter, the temperature is lowered below the softening temperature (TM1302) of the insulating polymer 1302, and the insulating polymer 1302 is cured. By using a material (TM1303 <TM1302) in which the softening temperature of the conductive polymer 1303 (TM1303) is lower than the softening temperature of the insulating polymer 1302, the temperature is further lowered to cure the conductive polymer 1303. After the insulating polymer 1302 and the conductive polymer 1303 are cured, the molds 1305 and 1306 are pulled out to form a recess 1307.

絶縁性ポリマー1302および導電性ポリマー1303が固体状である場合、たとえば、絶縁性ポリマー1302の軟化温度(TM1302)が導電性ポリマー1303の軟化温度(TM1303)より高い材料(TM1302>TM1303)を用いる。絶縁性ポリマー1302および導電性ポリマー1303を形成した基板1301をTM1302とTM1303との間に保持し、モールド1305および1306を導電性ポリマー1303内に挿入する。次にモールド1305および1306の先端部が絶縁性ポリマー1302に近づいたときに基板1301の温度をTM1302以上して軟化した絶縁性ポリマー1302中にモールド1305および1306を挿入する。所定位置にモールド1305および1306を押し入れたときに、基板1301の温度をTM1302とTM1303との間にして絶縁性ポリマー1302を硬化させ、次にTM1303以下にして導電性ポリマー1303を硬化させる。絶縁性ポリマー1302および導電性ポリマー1303の両方が硬化した後にモールド1305および1306を引き抜くと、ポリマー内に凹部1307が形成される。凹部1307の底部は絶縁性ポリマーとなるので、導電性ポリマーの基板側壁1303同士(たとえば、1303−1と1303−2、あるいは1303−3と1303−4)は電気的に接続しない。この後は、図79に示す方法と同様のプロセスでセンサを作製できる。(図80(a)、(b)、(c)、(d))
以上のように、凹部の底部を形成するモールドパターン1306の先端部が、絶縁性ポリマーの中に入るように、絶縁性ポリマーおよび導電性ポリマーの厚みを調整する。図80に示す実施形態では、インプリントモールドして作製した凹部の底部は絶縁性ポリマー(絶縁膜)であるから、図79に示した凹部底部の導電成ポリマーのエッチング除去プロセスは不要であり、プロセスが簡単になる。しかもエッチングプロセスがないので、導電性ポリマーの厚みがコンデンサの電極の深さと同じであるから、非常に精度の良いコンデンサを形成することができる。
When the insulating polymer 1302 and the conductive polymer 1303 are solid, for example, a material (TM1302> TM1303) in which the softening temperature (TM1302) of the insulating polymer 1302 is higher than the softening temperature (TM1303) of the conductive polymer 1303 is used. The substrate 1301 on which the insulating polymer 1302 and the conductive polymer 1303 are formed is held between TM1302 and TM1303, and the molds 1305 and 1306 are inserted into the conductive polymer 1303. Next, when the tips of the molds 1305 and 1306 approach the insulating polymer 1302, the molds 1305 and 1306 are inserted into the insulating polymer 1302 which has been softened by increasing the temperature of the substrate 1301 to TM1302. When the molds 1305 and 1306 are pushed in place, the insulating polymer 1302 is cured by setting the temperature of the substrate 1301 between TM1302 and TM1303, and then the conductive polymer 1303 is cured by setting the temperature to TM1303 or lower. When the molds 1305 and 1306 are drawn after both the insulating polymer 1302 and the conductive polymer 1303 are cured, a recess 1307 is formed in the polymer. Since the bottom of the recess 1307 is an insulating polymer, the conductive polymer substrate sidewalls 1303 (for example, 1303-1 and 1303-3, or 1303-3 and 1303-4) are not electrically connected. Thereafter, the sensor can be manufactured by a process similar to the method shown in FIG. (FIGS. 80 (a), (b), (c), (d))
As described above, the thicknesses of the insulating polymer and the conductive polymer are adjusted so that the tip portion of the mold pattern 1306 that forms the bottom of the concave portion enters the insulating polymer. In the embodiment shown in FIG. 80, since the bottom of the recess made by imprint molding is an insulating polymer (insulating film), the etching removal process of the conductive polymer at the bottom of the recess shown in FIG. 79 is unnecessary. Simplify the process. In addition, since there is no etching process, the thickness of the conductive polymer is the same as the depth of the electrode of the capacitor, so that a very accurate capacitor can be formed.

図81は、インプリント法を用いて本発明のセンサを製造する方法を示す別の実施形態を示す図である。図81では、インプリント法で用いるモールド(またはその一部)をそのままセンサの一部として使用する。絶縁性ポリマー1302および導電性ポリマーを形成した基板1301に、凹部形成用のモールドパターン1306を有するモールド1305を押し込み、凹部形成用モールドパターン1306の先端部は絶縁性ポリマー内に入り込むようにする。モールド1305は凹部形成用のモールドパターン1306を付着させ支持している基板であり、将来センサの基板側壁を支える基板である。モールド1305は絶縁基板であることがプロセス上扱いやすいが、電極間を電気的に分離するようにすれば半導体基板や導電体基板でも良い。以下はモールド1305が絶縁基板であるとして説明する。 FIG. 81 is a diagram showing another embodiment showing a method for producing a sensor of the present invention using an imprint method. In FIG. 81, the mold (or part thereof) used in the imprint method is used as it is as part of the sensor. A mold 1305 having a mold pattern 1306 for forming a recess is pushed into the substrate 1301 on which the insulating polymer 1302 and the conductive polymer are formed, so that the tip of the mold pattern 1306 for forming the recess enters the insulating polymer. The mold 1305 is a substrate on which a mold pattern 1306 for forming a recess is attached and supported, and is a substrate that supports the substrate side wall of the sensor in the future. Although it is easy to handle the mold 1305 as an insulating substrate in the process, a semiconductor substrate or a conductor substrate may be used as long as the electrodes are electrically separated. The following description will be made assuming that the mold 1305 is an insulating substrate.

モールドパターンを支持するモールド基板1305はセンサの一部として残すので、余り厚くできない場合には、モールド基板1305をさらに支えるモールド支持基板をモールド基板1305上に付着させても良い。こ接着剤を用いたり、静電的に付着したりして付着させるが、他の方法で付着させても良い。たとえば、モールド基板1305をフェライト等の磁性を有する絶縁基板とし、モールド支持基板側に電磁石を備えてモールド基板1305を付着させる。モールド基板1305はセンサ側に残すので、そのときは電磁石の機能をなくせば、モールド基板1305はモールド支持基板から分離できる。モールド基板1305の厚みは約10μm〜1000μmである。特性上問題なければこれよりも厚くても良いし薄くても良い。 Since the mold substrate 1305 that supports the mold pattern is left as a part of the sensor, a mold support substrate that further supports the mold substrate 1305 may be attached to the mold substrate 1305 if it cannot be made too thick. This adhesive is used or attached electrostatically, but it may be attached by other methods. For example, the mold substrate 1305 is an insulating substrate having magnetism such as ferrite, and an electromagnet is provided on the mold support substrate side to attach the mold substrate 1305. Since the mold substrate 1305 is left on the sensor side, the mold substrate 1305 can be separated from the mold support substrate if the function of the electromagnet is lost. The thickness of the mold substrate 1305 is about 10 μm to 1000 μm. If there is no problem in characteristics, it may be thicker or thinner.

モールド基板1305に凹部形成用のモールドパターン1306を形成する。このモールドパターン1306の形成方法は、たとえば以下のようにして作製することができる。軟化温度T1306を持つポリマー(樹脂)をモールド基板1305上に塗布、ディップ法、スプレー法、スクリーン印刷法で形成する。このポリマー1306は好適には熱可塑性樹脂である。次にモールドパターンを形成できるパターンを有するモールドを押しつけてインプリント法等でモールドパターン1306を形成する。適当な温度で熱処理して硬化させる。あるいはUV照射で硬化させても良い。 A mold pattern 1306 for forming a recess is formed on the mold substrate 1305. The mold pattern 1306 can be formed as follows, for example. A polymer (resin) having a softening temperature T1306 is applied on the mold substrate 1305, and formed by dipping, spraying, or screen printing. This polymer 1306 is preferably a thermoplastic resin. Next, a mold having a pattern capable of forming a mold pattern is pressed to form a mold pattern 1306 by an imprint method or the like. It is cured by heat treatment at an appropriate temperature. Alternatively, it may be cured by UV irradiation.

次に、硬化温度T1302持つ絶縁性ポリマー(樹脂)および硬化温度T1303を持つ導電性ポリマー(樹脂)をモールド基板1301上に塗布、ディップ法、スプレー法、スクリーン印刷法で形成する。これらのポリマーは好適には熱硬化性ポリマーである。モールドパターン1306を有するモールド1305をポリマー中に挿入し押しつけ、モールドパターン1306の先端部は絶縁性ポリマーになるようにする。次に温度を上げて、絶縁性ポリマー1302および導電性ポリマー1303を硬化させる。従って、好適にはT1302<T1303<T1306である。すなわち、まず、T1302とT1303との間の温度で絶縁性ポリマー1302を硬化させ、その後T1303とT1306の間の温度で導電性ポリマー1303を硬化させる。 Next, an insulating polymer (resin) having a curing temperature T1302 and a conductive polymer (resin) having a curing temperature T1303 are applied on the mold substrate 1301, and formed by dipping, spraying, or screen printing. These polymers are preferably thermosetting polymers. A mold 1305 having a mold pattern 1306 is inserted into the polymer and pressed so that the tip of the mold pattern 1306 becomes an insulating polymer. Next, the temperature is raised and the insulating polymer 1302 and the conductive polymer 1303 are cured. Therefore, T1302 <T1303 <T1306 is preferable. That is, first, the insulating polymer 1302 is cured at a temperature between T1302 and T1303, and then the conductive polymer 1303 is cured at a temperature between T1303 and T1306.

モールド基板1305のモールドパターン1306の上面の一部または全部には開口部1310が開いている。この開口部1310はプロセス上問題なければ開口した状態でも良いが、モールドパターン1306をポリマー1303および1302へ挿入するときの圧力伝達に問題等がある場合は、ポリマー(樹脂)、ゴム、金属等で充填しても良い。たとえば、モールドパターン1306と同じ材料でも良い。好適には、この材料は有る温度(T1310)以上で溶融する材料とする。T1302<T1303<T1310の関係があり、しかもT1310はT1306と近い方が良い。絶縁性ポリマー1302および導電性ポリマー1303が硬化した後、T1310かT1306のどちらか高い温度以上の温度にして、ポリマー1310および材料1306を溶融させる。(モールド基板の軟化温度はこの温度以上とする。)この溶融した材料を開口した開口1310から外側へ流出させ、凹部1307を形成する。開口からの流出が困難な場合は、外側を低圧にして吸い出すのが良い。或いは、モールドパターン1306の材料を昇華性を有する材料または沸点の低い材料(融点または軟化点より少し高い温度の沸点を有する材料)あるいは揮発性材料とし、気化させて取り出しても良い。あるいはポリマーを分解してその気体を外部へ排出しても良い。昇華性を有するポリマーとして、たとえば、メラミンや油溶性染料がある。 An opening 1310 is opened in part or all of the upper surface of the mold pattern 1306 of the mold substrate 1305. If there is no problem in the process, the opening 1310 may be open. However, if there is a problem in pressure transmission when the mold pattern 1306 is inserted into the polymers 1303 and 1302, the opening 1310 may be made of polymer (resin), rubber, metal, or the like. It may be filled. For example, the same material as the mold pattern 1306 may be used. Preferably, the material is a material that melts above a certain temperature (T1310). There is a relationship of T1302 <T1303 <T1310, and T1310 is preferably closer to T1306. After the insulating polymer 1302 and the conductive polymer 1303 are cured, the polymer 1310 and the material 1306 are melted at a temperature equal to or higher than T1310 or T1306. (The softening temperature of the mold substrate is equal to or higher than this temperature.) The melted material is allowed to flow outside through the opening 1310, thereby forming a recess 1307. If it is difficult to flow out of the opening, it is better to suck out the outside with a low pressure. Alternatively, the material of the mold pattern 1306 may be a material having a sublimation property, a material having a low boiling point (a material having a boiling point slightly higher than the melting point or softening point) or a volatile material, and may be vaporized and taken out. Alternatively, the polymer may be decomposed and the gas discharged to the outside. Examples of the polymer having sublimability include melamine and oil-soluble dyes.

次に、導電体ポリマーの基板側壁1303(1303−1、2、3)とコンタクトするコンタクト孔1311を絶縁体基板1305に設け(たとえば、絶縁体基板1305がガラス基板である場合は、感光性膜を形成しパターニングして、ドライエッチング(CF4ガス等)やウエットエッチング(フッ酸系エッチャント)で窓開けする。あるいは、モールド基板1305に1310と同じく予め備えておくこともできる。)、導電体膜をコンタクト孔1311および絶縁体基板1305上に積層し、パターニングして導電体膜・電極・配線1312(1312−1、2、3、4)を形成する。この結果、空間容量を凹部1307−2とし、これを挟む導電体ポリマーの基板側壁1303−1および1303−2を対向電極とするコンデンサが形成され、たとえば基板側壁1303−2が加速度や、凹部1307−1に導入された音波によって変形したとき、凹部1307−2の空間容量が変化しコンデンサ容量の変化を検出できる。同様に、空間容量を凹部1307−3とし、これを挟む導電体ポリマーの基板側壁1303−3および1303−4を対向電極とするコンデンサが形成され、たとえば基板側壁1303−3が加速度や、凹部1307−1に導入された音波によって変形したとき、凹部1307−3の空間容量が変化しコンデンサ容量の変化を検出できる。 Next, contact holes 1311 are formed in the insulating substrate 1305 to contact the conductive polymer substrate sidewalls 1303 (1303-1, 2, 3) (for example, when the insulating substrate 1305 is a glass substrate, a photosensitive film is formed). Then, a window is formed by dry etching (CF4 gas or the like) or wet etching (hydrofluoric acid-based etchant), or the mold substrate 1305 can be provided in advance as in 1310.) Are stacked on the contact hole 1311 and the insulating substrate 1305 and patterned to form conductor films / electrodes / wirings 1312 (1312-1, 2, 3, 4). As a result, a capacitor is formed in which the space capacity is the recess 1307-2 and the conductive polymer substrate sidewalls 1303-1 and 1303-2 sandwiching the space capacitor are used as counter electrodes. For example, the substrate sidewall 1303-2 is accelerated and the recess 1307 is formed. When the sound wave introduced into -1 is deformed, the space capacity of the recess 1307-2 changes, and the change in the capacitor capacity can be detected. Similarly, a capacitor is formed in which the space capacity is the recess 1307-3 and the conductive polymer substrate side walls 1303-3 and 1303-4 sandwiching the space capacitor are used as counter electrodes. For example, the substrate side wall 1303-3 has acceleration or recess 1307. When it is deformed by the sound wave introduced to -1, the space capacity of the recess 1307-3 changes, and a change in the capacitor capacity can be detected.

以上のようにすれば、モールド基板1305およびモールドパターン1306を引き抜かずに凹部1307(モールドパターン1306の跡)を形成することができ、しかもモールド基板1305がそのまま絶縁体基板になるので、プロセスが簡単であり、しかも厚み(幅)の薄いポリマーの基板側壁(たとえば、1303−2や1303−3)と付着しない(既に付着している)ので、技術的にも容易である。また本実施形態は、半導体基板等に凹部を形成して、その凹部内にセンサを形成できる。従って、センサ付きICを1チップで作製できる。 In this way, the recess 1307 (the trace of the mold pattern 1306) can be formed without pulling out the mold substrate 1305 and the mold pattern 1306, and the mold substrate 1305 becomes an insulator substrate as it is, so that the process is simple. In addition, it is technically easy because it does not adhere (already adhered) to the substrate side wall (for example, 1303-2 or 1303-3) of a thin polymer (thickness). In the present embodiment, a recess can be formed in a semiconductor substrate or the like, and a sensor can be formed in the recess. Therefore, an IC with a sensor can be manufactured with one chip.

図82は、絶縁性ポリマー内にインプリントモールド法により凹部を形成して、そのままモールド基板を凹部上の絶縁体基板として使用するセンサおよびその作製方法を示す図である。まず、モールドの構造について説明する。本実施形態のモールドは、センサの基板側壁の上面に付着する絶縁基板となるモールド基板1405、センサの凹部を形成するモールドパターン1406(1406−1、2、3)を含む。モールド基板1405は絶縁体基板が望ましいが、半導体基板や導電体基板でも使用できる。厚みは、センサの厚みにもよるが、10μm〜1000μmであるが、もっと薄くても良いし、厚くても良い。ただし、半導体基板や導電体基板の場合は、対向するコンデンサ電極が電気的に分離するようにそれぞれの電極と接触する領域間に絶縁性を持つ領域を作製する。以下では、モールド基板1405は絶縁体基板として説明する。絶縁基板は、たとえばガラス基板、石英基板、セラミック基板、絶縁性プラスチック基板、各種高分子絶縁性基板、絶縁性ゴムなどである。 FIG. 82 is a diagram showing a sensor in which a recess is formed in an insulating polymer by an imprint molding method, and the mold substrate is used as an insulator substrate on the recess as it is, and a manufacturing method thereof. First, the structure of the mold will be described. The mold of this embodiment includes a mold substrate 1405 that becomes an insulating substrate attached to the upper surface of the substrate side wall of the sensor, and a mold pattern 1406 (1406-1, 2, 3) that forms a recess of the sensor. The mold substrate 1405 is preferably an insulator substrate, but a semiconductor substrate or a conductor substrate can also be used. Although the thickness depends on the thickness of the sensor, it is 10 μm to 1000 μm, but it may be thinner or thicker. However, in the case of a semiconductor substrate or a conductor substrate, an insulating region is formed between regions in contact with each electrode so that the capacitor electrodes facing each other are electrically separated. Hereinafter, the mold substrate 1405 will be described as an insulator substrate. Examples of the insulating substrate include a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, an insulating plastic substrate, various polymer insulating substrates, and insulating rubber.

このモールド基板1405にセンサ凹部形成用のモールドパターン1406を付着させる。このモールドパターン材料は、たとえば、高分子(ポリマー)、ゴムであり、液状またはゲル状のポリマー1402へインプリント可能なモールド材料であり、液状またはゲル状のポリマー1402とプロセス中及び使用中に反応しない材料であり、凹部の容積の変化(バラツキ)が小さい材料であることが望ましい。モールドパターン1406(1406−1、2、3)には、図82(a)に示すように、導電体膜1407(1407−1、2、3、4)のパターンが形成されている。凹部形成用のモールドパターン1406(1406−1、2、3)が形成されているモールド基板1405の領域の一部または全部には開口部1410が形成されており、この開口部1410には充填材料で満たされ、モールド基板1405の基板面と同じレベルで平坦になっている。この充填材料は、たとえば軟化点(または融点)T1410を有する熱可塑性ポリマーである。あるいは、融点T1410を有する金属や無機材料でも良い。 A mold pattern 1406 for forming a sensor recess is attached to the mold substrate 1405. The mold pattern material is, for example, a polymer or rubber, and is a mold material that can be imprinted into the liquid or gel polymer 1402, and reacts with the liquid or gel polymer 1402 during the process and during use. It is desirable that the material is a material that does not change, and the volume change (variation) of the concave portion is small. As shown in FIG. 82A, the pattern of the conductor film 1407 (1407-1, 2, 3, 4) is formed on the mold pattern 1406 (1406-1, 2, 3). An opening 1410 is formed in a part or all of the region of the mold substrate 1405 where the mold pattern 1406 (1406-1, 2, 3) for forming the recesses is formed. The opening 1410 has a filling material. And is flat at the same level as the substrate surface of the mold substrate 1405. This filling material is, for example, a thermoplastic polymer having a softening point (or melting point) T1410. Alternatively, a metal or an inorganic material having a melting point T1410 may be used.

また、モールド基板1405には導電体膜1407とコンタクトするためのコンタクト孔1408(1408−1、2、3)が形成されている。このコンタクト孔1408も充填材料で満たされ、モールド基板1405の基板面と同じレベルで平坦になっている。この充填材料は、たとえば軟化点(または融点)T1408を有する熱可塑性ポリマーである。あるいは、融点T1408を有する金属や無機材料でも良い。 Further, contact holes 1408 (1408-1, 2, 3) for making contact with the conductor film 1407 are formed in the mold substrate 1405. This contact hole 1408 is also filled with a filling material, and is flat at the same level as the substrate surface of the mold substrate 1405. This filling material is, for example, a thermoplastic polymer having a softening point (or melting point) T1408. Alternatively, a metal or an inorganic material having a melting point T1408 may be used.

モールドパターン1406を構成する材料はたとえば軟化点(または融点)T1406を有する熱可塑性ポリマーである。あるいは、たとえば融点T1406を有する金属や無機材料でも良い。モールドパターン1406はモールド基板1405上に熱可塑性ポリマー1406を塗布法、ディップ法、スクリーン印刷法などで形成する。モールドパターン1406は、インプリントモールド法で形成しても良いし、スクリーン印刷法でパターニングしても良い。モールドパターン1406の深さH31は、凹部の深さによって決定される。 The material constituting the mold pattern 1406 is, for example, a thermoplastic polymer having a softening point (or melting point) T1406. Alternatively, for example, a metal or an inorganic material having a melting point T1406 may be used. The mold pattern 1406 is formed by forming a thermoplastic polymer 1406 on the mold substrate 1405 by a coating method, a dipping method, a screen printing method, or the like. The mold pattern 1406 may be formed by an imprint molding method or may be patterned by a screen printing method. The depth H31 of the mold pattern 1406 is determined by the depth of the recess.

モールドパターン1406を形成した後、モールドパターン1406上に導電体膜1407を積層する。さらに、導電体膜1407上に感光性膜を積層し、感光性膜の必要なパターニングをして導電体膜1407の必要な配線を行なう。ポリマーの基板側壁となる領域Aは幅が狭いが、加速度センサやマイクロホンでは、Aの部分(導電体膜1407−2や1407−3)では導電体膜407のパターニングは必要がないので、感光性膜がポジ型であれば露光しない部分が現像後に感光性膜が残るのでパターニングは問題ない。一方、モールド基板1405の基板面側が広いBの部分(導電体膜1407−1や1407−4)は広い領域であるから、ポジレジストの厚みが余り厚くならないので、(塗布法やディップ法の場合は少し厚くなるが、特に感光性ドライフィルムを使用するときは、厚くなることを抑えることができる。)露光を十分に行なうことができるし、焦点深度の深い露光を行なうことにより、感光性膜の十分なパターニングができ、そのパターンをもとにして導電性膜のエッチングを行なうことができる。また、図82(a)に示すように、モールドパターン1406の先端は導電体膜1407をエッチング除去する。モールドパターン1406の先端は感光性膜が薄い領域であるから、ポジ型感光性膜へ十分な露光ができ容易に感光性膜を除去できるから、モールドパターン1406の先端の導電体膜1407のエッチング除去は容易である。 After forming the mold pattern 1406, a conductor film 1407 is stacked on the mold pattern 1406. Further, a photosensitive film is stacked on the conductor film 1407, and necessary patterning of the photosensitive film is performed to perform necessary wiring of the conductor film 1407. The region A serving as the polymer substrate side wall is narrow, but in the case of an acceleration sensor or a microphone, patterning of the conductor film 407 is unnecessary in the portion A (conductor film 1407-2 or 1407-3). If the film is a positive type, there is no problem in patterning since the photosensitive film remains after development in the unexposed part. On the other hand, since the portion B of the mold substrate 1405 having a large substrate surface side (conductor films 1407-1 and 1407-4) is a wide region, the thickness of the positive resist does not become too thick (in the case of a coating method or a dip method). However, when a photosensitive dry film is used, it is possible to suppress the increase in thickness.) The photosensitive film can be sufficiently exposed and exposed with a deep focal depth. Thus, the conductive film can be sufficiently patterned, and the conductive film can be etched based on the pattern. Also, as shown in FIG. 82A, the conductive film 1407 is removed by etching at the tip of the mold pattern 1406. Since the tip of the mold pattern 1406 is a region where the photosensitive film is thin, the positive type photosensitive film can be sufficiently exposed and can be easily removed. Therefore, the conductive film 1407 at the tip of the mold pattern 1406 is removed by etching. Is easy.

モールド基板1405はセンサ側に残るので、モールド基板1405を支持してプレスで押し込むためのモールド支持基板1414にモールド基板1405をたとえば接着層1412を用いて付着させる。この接着層1412は軟化温度(融点)T1412を有する熱可塑性樹脂とする。あるいは、モールド基板1405を、磁性を有するフェライト等の絶縁基板とすれば、モールド支持基板1414に電磁石を備えて、電磁石でモールド基板1405をモールド支持基板1414に付着させることもでき、この場合は接着剤1412は非強がないので、プロセスが簡略化される。 Since the mold substrate 1405 remains on the sensor side, the mold substrate 1405 is attached to the mold support substrate 1414 for supporting and pressing the mold substrate 1405 with a press using, for example, an adhesive layer 1412. The adhesive layer 1412 is a thermoplastic resin having a softening temperature (melting point) T1412. Alternatively, if the mold substrate 1405 is an insulating substrate such as magnetic ferrite, the mold support substrate 1414 can be provided with an electromagnet, and the mold substrate 1405 can be attached to the mold support substrate 1414 with an electromagnet. Since the agent 1412 is not strong, the process is simplified.

一方、センサを形成する基板側は、基板1401上に絶縁性ポリマー1402を塗布法、ディップ法、スクリーン印刷法、ドライフィルム付着法、溶融法を用いて形成する。絶縁性ポリマー1402は熱硬化性ポリマーとし、その硬化温度をT1402とする。液状状態または軟化状態または溶融状態の絶縁性ポリマー1402にモールドパターン1406を有するモールド基板1405を押し込んでゆき、モールド基板1405とポリマー1402を接触させ、さらにモールド基板1405でポリマー1402を押圧する。ポリマー1402の温度をT1402以上に保持し(保持温度T39-1)、ポリマー1402を硬化させる。このとき、モールドパターン1406、充填材料1408、充填材料1410、接着剤1412は軟化しないようにする。すなわち、T1402<T39-1<T1406、T1408、T1410、T1412である。(図82(b)) On the other hand, on the substrate side on which the sensor is formed, the insulating polymer 1402 is formed on the substrate 1401 using a coating method, a dipping method, a screen printing method, a dry film adhesion method, or a melting method. The insulating polymer 1402 is a thermosetting polymer, and its curing temperature is T1402. A mold substrate 1405 having a mold pattern 1406 is pushed into an insulating polymer 1402 in a liquid state, a softened state, or a molten state, the mold substrate 1405 and the polymer 1402 are brought into contact with each other, and the polymer 1402 is pressed by the mold substrate 1405. The temperature of the polymer 1402 is held at T1402 or higher (holding temperature T39-1), and the polymer 1402 is cured. At this time, the mold pattern 1406, the filling material 1408, the filling material 1410, and the adhesive 1412 are not softened. That is, T1402 <T39-1 <T1406, T1408, T1410, and T1412. (Fig. 82 (b))

ポリマー1402が硬化した後、さらに温度を上げて(この温度をT39-2とする)モールドパターン1406、充填材料1408、充填材料1410、接着剤1412を軟化(または溶融)させる。すなわち、T39-2>T1406、T1408、T1410、T1412である。まず、接着剤1412を溶融させてモールド支持基板1414を取り外す。次に、溶融した充填材料1410を除去し、開口部1410から溶融したモールドパターン1406を除去する。(図82(c)の矢印で示す。)また、導電体膜1407(1407−1、2、3、4)と接続しているコンタクト孔1408(1408−1、2、3、4)を充填している材料を溶融除去する。尚、コンタクト孔1408の充填材料が導電体材料であれば、特に除去する必要がないので、溶融しなくても良い。すなわち、この場合はT1408>T39-2でも良い。この結果、凹部1416(1416−1、2、3)が形成され、導電体膜1407(1407−1、2、3、4)は凹部1416(1416−1、2、3)の内側面、すなわち絶縁性ポリマー1402の基板側壁1402(1402−1、2、3、4)の垂直な側壁側面および基板側壁1402(1402−1、2、3、4)の上面に自動的に残り、配線パターン1407(1407−1、2、3)が形成される。 After the polymer 1402 is cured, the temperature is further raised (this temperature is T39-2), and the mold pattern 1406, the filling material 1408, the filling material 1410, and the adhesive 1412 are softened (or melted). That is, T39-2> T1406, T1408, T1410, T1412. First, the adhesive 1412 is melted and the mold support substrate 1414 is removed. Next, the molten filling material 1410 is removed, and the melted mold pattern 1406 is removed from the opening 1410. (Indicated by the arrow in FIG. 82 (c)) Further, the contact hole 1408 (1408-1, 2, 3, 4) connected to the conductor film 1407 (1407-1, 2, 3, 4) is filled. The material being melted is removed. Note that if the filling material of the contact hole 1408 is a conductor material, it does not need to be removed, and thus it does not need to be melted. That is, in this case, T1408> T39-2 may be satisfied. As a result, recesses 1416 (1416-1, 2, 3) are formed, and the conductor film 1407 (1407-1, 2, 3, 4) is the inner surface of the recess 1416 (1416-1, 2, 3), that is, The insulating polymer 1402 automatically remains on the vertical side wall side of the substrate side wall 1402 (1402-1, 2, 3, 4) and the upper surface of the substrate side wall 1402 (1402-1, 2, 3, 4), and the wiring pattern 1407 (1407-1, 2, 3) is formed.

次に導電体膜を積層し、パターニングして絶縁体基板1405上に導電体膜・電極・配線1412(1412−1、2、3、4)を形成する。コンタクト孔1408内に充填した充填材料が導電体材料でないときは、この部分が開口されるので、コンタクト孔1408にも導電体膜を積層して、導電体膜配線1407と接続させることもできる。尚、導電体膜の積層は、CVD法やPVD法を用いる。導電体膜1407、1408、1412は、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、白金、クローム、タングステン、モリブデン、あるいはこれらの合金である。凹部1416(1416−1、2、3)内にも積層されるが、非常に薄いので、導電体膜・電極・配線1412(1412−1、2、3、4)の形成時のエッチング時に、開口部1410の感光性膜を除去して開口して開けておけば、簡単にエッチング除去できる。特に、エッチングのプロセス時に等方性エッチングプロセスを入れておけことによって凹部内に形成された導電体膜(1412)は簡単にエッチングされる。この後、凹部への開口をさらに増やしたり、あるいは開口を塞ぐプロセスを追加することもできる。(図82(d)) Next, a conductor film is laminated and patterned to form a conductor film / electrode / wiring 1412 (1412-1, 2, 3, 4) on the insulator substrate 1405. When the filling material filled in the contact hole 1408 is not a conductor material, this portion is opened. Therefore, a conductor film can also be laminated on the contact hole 1408 and connected to the conductor film wiring 1407. Note that the conductive film is stacked by a CVD method or a PVD method. The conductor films 1407, 1408, and 1412 are made of aluminum, copper, titanium, nickel, platinum, chrome, tungsten, molybdenum, or an alloy thereof. Although it is also laminated in the concave portion 1416 (1416-1, 2, 3), it is very thin. If the photosensitive film in the opening 1410 is removed and opened, the etching can be easily removed. In particular, the conductor film (1412) formed in the recess is easily etched by putting an isotropic etching process in the etching process. After this, the opening to the recess can be further increased, or a process for closing the opening can be added. (Fig. 82 (d))

このように図82に示すセンサの構造およびプロセスによって、非常に簡単なプロセスでセンサを作製できる。しかも幅が狭い基板側壁1402(1402−2、3)はモールド基板1405で上面を固定された後に形成されているので、極めて安全なプロセスで形成される。この結果、基板側壁1402(1402−1、2、3,4)は、上面がモールド(絶縁体)基板1405で固定され、下面は絶縁性ポリマー1402で固定されている。
尚、モールド基板1405にあらかじめ開口部1410やコンタクト孔1408を形成したが、ポリマー1402を硬化させ、モールド支持基板1414を取り外してから、感光性膜を形成して感光性膜をパターニングして開口部1410やコンタクト孔1408を形成することもできる。この開口部1410を形成した後にモールドパターン1406を溶融させて除去することができる。この場合は、予め開口部1410やコンタクト孔1408を充填材料で充填する必要がなく、これらを溶融し除去する必要もない。
As described above, the sensor can be manufactured by a very simple process by the structure and process of the sensor shown in FIG. In addition, since the substrate side wall 1402 (1402-2, 3) having a narrow width is formed after the upper surface is fixed by the mold substrate 1405, it is formed by an extremely safe process. As a result, the upper surface of the substrate side wall 1402 (1402-1, 2, 3, 4) is fixed by the mold (insulator) substrate 1405, and the lower surface is fixed by the insulating polymer 1402.
The opening 1410 and the contact hole 1408 are formed in the mold substrate 1405 in advance. However, after the polymer 1402 is cured and the mold support substrate 1414 is removed, a photosensitive film is formed and the photosensitive film is patterned to form the opening. 1410 and contact holes 1408 can also be formed. After the opening 1410 is formed, the mold pattern 1406 can be melted and removed. In this case, it is not necessary to fill the opening 1410 and the contact hole 1408 with a filling material in advance, and it is not necessary to melt and remove them.

尚、モールドパターン1406の材料、充填材料1408、1410、接着剤材料1412を昇華性材料や沸点が融点に近い材料にすれば、これらの材料を気化させて除去することができるので、除去プロセスが容易となる。尚、導電体膜1407の融点はプロセス温度より高くし、プロセス中に溶融したり、変形したりしないようにすることは言うまでもない。さらに図82に示すセンサは、半導体基板に凹部を形成することによって、トランジスタやICと同じチップ内に搭載することもできる。しかもIC等を形成する面と反対の面にセンサを形成すれば、センサ搭載ICチップのサイズを小さくすることもできる。 In addition, if the material of the mold pattern 1406, the filling materials 1408 and 1410, and the adhesive material 1412 are sublimable materials or materials whose boiling points are close to the melting point, these materials can be vaporized and removed, so that the removal process can be performed. It becomes easy. Needless to say, the melting point of the conductor film 1407 is higher than the process temperature so as not to be melted or deformed during the process. Further, the sensor shown in FIG. 82 can be mounted in the same chip as the transistor or IC by forming a recess in the semiconductor substrate. In addition, if the sensor is formed on the surface opposite to the surface on which the IC or the like is formed, the size of the sensor-mounted IC chip can be reduced.

本発明のセンサはジャイロセンサ(角速度センサ)にも適用できる。角速度ωによって質量mの物体はmrωの力を受ける。たとえば、図54に示す構造のセンサに回転力(角速度ω)が加わると、各コンデンサの容量変化が異なるので、最も容量変化の大きいコンデンサから回転中心方向が分かる。回転中心が図54に示す円形の中心になければ容量変化の大きいコンデンサの位置は変化するので、時間t秒後の回転中心方向から回転中心を求めることができる。このセンサを複数配置しておけば、直ちに回転中心が分かるし、精度も高まる。また、力の大きさから角速度ωも分かる。さらに、移動速度vも分かる。電極の分割個数を増やせば、角速度ω、移動速度v、回転中心の精度も高めることができる。3次元的に複数配置(種々の方向にして配置)すれば、3次元的な角速度センサとして使用できる。 The sensor of the present invention can also be applied to a gyro sensor (angular velocity sensor). An object of mass m receives a force of mrω 2 due to the angular velocity ω. For example, when a rotational force (angular velocity ω) is applied to the sensor having the structure shown in FIG. 54, the capacitance change of each capacitor is different, and therefore the rotation center direction can be determined from the capacitor having the largest capacitance change. If the rotation center is not located at the center of the circle shown in FIG. 54, the position of the capacitor having a large capacitance change changes, so that the rotation center can be obtained from the rotation center direction after time t seconds. If a plurality of sensors are arranged, the center of rotation can be immediately recognized and the accuracy can be improved. Also, the angular velocity ω can be determined from the magnitude of the force. Furthermore, the moving speed v is also known. If the number of divided electrodes is increased, the accuracy of the angular velocity ω, the moving velocity v, and the rotation center can be increased. A plurality of three-dimensional arrangements (arranged in various directions) can be used as a three-dimensional angular velocity sensor.

本発明のセンサ構造は加速度センサやマイクロホンや角速度センサだけでなく、他の種々のセンサに使用できる。たとえば、本発明者は、特願2012−016017において圧力センサをはじめとした種々のセンサの発明を示してきたが、本発明も特願2012−016017に示した種々のセンサに適用できることは言うまでもない。一例として、図82に示すセンサ構造およびその製造方法を圧力センサの構造およびその製造方法に適用した例を図83に示す。 The sensor structure of the present invention can be used not only for acceleration sensors, microphones and angular velocity sensors, but also for various other sensors. For example, the present inventor has shown various sensor inventions including a pressure sensor in Japanese Patent Application No. 2012-016017, but it goes without saying that the present invention can also be applied to various sensors shown in Japanese Patent Application No. 2012-016017. . As an example, FIG. 83 shows an example in which the sensor structure and the manufacturing method shown in FIG. 82 are applied to the structure of the pressure sensor and the manufacturing method thereof.

図83は、インプリント法を用いた本発明の圧力センサの構造およびその製造方法を示す図である。図82と類似または同じものは同じ符号を使用する。モールド基板1405はポリマー中へインプリント法を用いて凹部を形成するためのモールドパターン1406(1406−1、2、3、4)を有する。モールドパターン1406(1406−1、2、3、4)およびモールド基板1405上には導電体膜1407がパターニングされている。モールドパターン1406はインプリント法やフォトリソ法で形成する。モールドパターン1406はたとえば、軟化温度または融点T1406を有する高分子材料(ポリマー)であり、熱可塑性樹脂が望ましい。導電体膜はCVD法やPVD法やイオンプレーティング法などによって積層した多結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜、WSixやMoSixやTiSix等のシリサイド膜、各種金属膜、各種合金膜、導電性ナノチューブ、導電性グラフェン、導電性ポリマー等である。CVD法やPVD法やイオンプレーティング法などによる積層膜なので、モールドパターン1406の上面はもちろん、その側面や底部にも積層される。 FIG. 83 is a diagram showing a structure of a pressure sensor of the present invention using an imprint method and a manufacturing method thereof. Elements similar or identical to those in FIG. 82 use the same reference numerals. The mold substrate 1405 has a mold pattern 1406 (1406-1, 2, 3, 4) for forming a concave portion in the polymer using an imprint method. A conductor film 1407 is patterned on the mold pattern 1406 (1406-1, 2, 3, 4) and the mold substrate 1405. The mold pattern 1406 is formed by imprinting or photolithography. The mold pattern 1406 is, for example, a polymer material (polymer) having a softening temperature or a melting point T1406, and is preferably a thermoplastic resin. Conductor films are polycrystalline silicon films, amorphous silicon films, silicide films such as WSix, MoSix, TiSix, etc., various metal films, various alloy films, conductive nanotubes, conductive films, etc., laminated by CVD, PVD, ion plating, etc. Graphene, conductive polymer, and the like. Since it is a laminated film by a CVD method, a PVD method, an ion plating method, etc., it is laminated not only on the upper surface of the mold pattern 1406 but also on the side surface and the bottom thereof.

図83(a)に示すように、容量空間となる凹部1416−2および1416−3を形成するモールドパターンの凸状パターン1406−2および1406−3上(側面および上面)に形成された導電体膜1407のうち、凸状パターン1406−2および1406−3の天井部(矢印Cで示す)の導電体膜を除去する。導電体膜の除去方法として、たとえば、ポジ型の感光性膜を塗布法やスプレー法でコーティングした後、凸状パターン1406−2および1406−3の天井部(矢印Cで示す)の感光性膜は薄いので、容易に露光でき、この部分の感光性膜を除去できる。モールドパターン1406の底部、すなわちモールド基板1405上のB部分で導電体膜をパターニングする必要があるが、この領域は他の領域(A領域)に比べて広く取れるので、感光性膜も比較的薄くなること、また精度の高いパターニングは不要なことなどから、このB部分でのパターニングも問題ない。(露光時間を十分長く取れるので、感光性膜が厚くても露光可能である。)また、感光性膜が厚くなるモールドパターンの凹部(A領域、この部分は幅の狭い基板側壁(ダイヤフラム)となる部分)は、感光性膜が厚くなるので、露光が不十分となるが、このA領域は感光性膜を除去する必要はないので、ポジ型感光性膜であれば全く問題ない。感光性膜がドライフィルムの場合には、モールドパターン1406の底部でも余り厚くならないので、感光性膜は問題なくパターニングできる。さらに電着レジスト法を用いれば、パターニングはさらに問題ない。 As shown in FIG. 83 (a), the conductor formed on the convex patterns 1406-2 and 1406-3 (side surface and upper surface) of the mold pattern forming the concave portions 1416-2 and 1416-3 serving as the capacitive spaces. Of the film 1407, the conductor film on the ceiling (shown by arrow C) of the convex patterns 1406-2 and 1406-3 is removed. As a method for removing the conductor film, for example, a positive photosensitive film is coated by a coating method or a spray method, and then the photosensitive film on the ceiling portions (indicated by arrow C) of the convex patterns 1406-2 and 1406-3. Can be easily exposed, and the photosensitive film in this portion can be removed. It is necessary to pattern the conductor film at the bottom of the mold pattern 1406, that is, the portion B on the mold substrate 1405. Since this region can be made wider than the other region (A region), the photosensitive film is also relatively thin. In addition, since patterning with high accuracy is unnecessary, patterning at the B portion is not a problem. (Because the exposure time can be taken sufficiently long, exposure is possible even if the photosensitive film is thick.) Also, the concave part of the mold pattern (A region, this part is a narrow substrate side wall (diaphragm) and the photosensitive film is thick. Since the photosensitive film becomes thicker, the exposure becomes insufficient. However, since it is not necessary to remove the photosensitive film in the area A, there is no problem if it is a positive photosensitive film. In the case where the photosensitive film is a dry film, the bottom of the mold pattern 1406 does not become so thick that the photosensitive film can be patterned without any problem. Furthermore, if an electrodeposition resist method is used, there is no problem in patterning.

モールド基板1405において、モールドパターン1406が形成される領域の一部または全部を開口して開口部1410を形成して、その部分に充填材料で充填しても良い。また、導電体膜1407とコンタクトするためのコンタクト孔1408(1408−1、2、3、4、5)を形成し、その部分を充填しても良い。このコンタクト孔1408の充填材料に導電体膜を使用すればそのままコンタクト孔1408での導電体膜1407との接続材料として使用できる。コンタクト孔1408をポリマー等で充填して後で除去しても良い。開口部1410やコンタクト孔1408は、モールド基板1405にレーザー照射して形成することもできるし、感光性膜を形成パターニングしてドライエッチングやウエットエッチングで開けることができる。1408や1410の充填材料をモールドパターン1406と同じ材料(たとえば、熱可塑性ポリマー)にすれば、モールドパターン1406を形成時に同時に作製でき、プロセスを簡略にできる。 In the mold substrate 1405, a part or the whole of the region where the mold pattern 1406 is formed may be opened to form the opening 1410, and the part may be filled with a filling material. Further, contact holes 1408 (1408-1, 2, 3, 4, 5) for making contact with the conductor film 1407 may be formed and filled therewith. If a conductor film is used as the filling material of the contact hole 1408, it can be used as a connection material with the conductor film 1407 in the contact hole 1408 as it is. The contact hole 1408 may be filled with a polymer or the like and removed later. The opening 1410 and the contact hole 1408 can be formed by irradiating the mold substrate 1405 with a laser, or can be formed by dry etching or wet etching after forming and patterning a photosensitive film. If the filling material 1408 or 1410 is made of the same material as the mold pattern 1406 (for example, a thermoplastic polymer), the mold pattern 1406 can be formed simultaneously with the formation, and the process can be simplified.

モールドパターン1406付きモールド基板1405だけでプレスできないときは、モールド支持基板1414に接着剤1412等でモールドパターン1406付きモールド基板1405を付着させて、モールド支持基板1414をプレス装置にセットして、基板上に形成したポリマー1402へ押し込んでも良い。前述したように磁性体であるフェライト基板をモールド基板1405として使用すれば、電磁石を用いることによって接着剤1412を使用せずにモールド基板1405を直接モールド支持基板1414に付着できる。 When pressing is not possible only with the mold substrate 1405 with the mold pattern 1406, the mold substrate 1405 with the mold pattern 1406 is attached to the mold support substrate 1414 with an adhesive 1412 or the like, and the mold support substrate 1414 is set in a press device. It may be pushed into the polymer 1402 formed in the above. As described above, when a ferrite substrate which is a magnetic material is used as the mold substrate 1405, the mold substrate 1405 can be directly attached to the mold support substrate 1414 by using an electromagnet without using the adhesive 1412.

次にモールド基板1405等を絶縁性ポリマー1402中にインプリントし、絶縁性ポリマー1402を硬化させる。(図83(b))絶縁性ポリマー1402は液状ポリマーを滴下、スプレー、スピンコート、ディップなどにより基板1401上に付着させ、この後必要な場合にはプリベークして軟化状態またはゲル状態にした後、モールドパターン1406付きモールド基板1405を絶縁性ポリマー1402中に押し込む(インプリントする)。あるいは、絶縁性ポリマーフィルムを基板1401上に付着させ、ベークして軟化または溶融させてモールドパターン1406付きモールド基板1405を絶縁性ポリマー中に押し込む(インプリントする)。絶縁性ポリマー1402は熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂が望ましい。この絶縁性ポリマー1402の硬化温度をT1402としたとき、T1402はモールドパターン1406を構成するポリマー等の軟化温度T1406より低くなる材料を選定する。モールドパターン1406付きモールド基板1405を絶縁性ポリマー1402中に押し込んで、(モールド基板1405は絶縁性ポリマー1402と接触し、さらに押し込む(圧接する)。T1402とT1406の間の温度で絶縁性ポリマー1402を硬化させる。
絶縁性ポリマーは、たとえば、フッ素樹脂フィルム、ポリエチレンフィルム、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂、ABS樹脂、塩化ビニル、液晶ポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、N−メチルー2−ピロリドン(NMP)、アクリル樹脂(PMMA)、ポリジメチルシロクサン(PDMS)、ポリイミド樹脂、ポリ乳酸、各種ゴム(天然ゴムや合成ゴム)、あるいはポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン(VDF/TrFE)共重合体、フッ化ビニリデンテトラフルオロエチレン(VDF−TeFE)等の強誘電性高分子、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、ナイロン−11等の極性高分子等の圧電性高分子など種々の高分子材料である。
絶縁性ポリマーは、あるいは、有機または無機のシリケートガラスでも良く、この場合液状またはゲル状のシリケートガラス中へインプリントし、その後シリケートガラスを硬化(固化)させる。尚、ポリマーの場合硬化させる方法として紫外線等の電磁波を用いる方法でも良い。
Next, the mold substrate 1405 and the like are imprinted in the insulating polymer 1402 to cure the insulating polymer 1402. (FIG. 83 (b)) The insulating polymer 1402 is a liquid polymer deposited on the substrate 1401 by dropping, spraying, spin coating, dipping, etc., and then pre-baked to make it soft or gelled if necessary. Then, the mold substrate 1405 with the mold pattern 1406 is pressed (imprinted) into the insulating polymer 1402. Alternatively, an insulating polymer film is attached onto the substrate 1401 and baked to be softened or melted to push the mold substrate 1405 with the mold pattern 1406 into the insulating polymer (imprint). The insulating polymer 1402 is preferably a thermosetting resin or a photocurable resin. When the curing temperature of the insulating polymer 1402 is T1402, a material that lowers the softening temperature T1406 of the polymer or the like constituting the mold pattern 1406 is selected as T1402. The mold substrate 1405 with the mold pattern 1406 is pressed into the insulating polymer 1402 (the mold substrate 1405 is in contact with the insulating polymer 1402 and further pressed (pressed). The insulating polymer 1402 is pressed at a temperature between T1402 and T1406. Harden.
Insulating polymers include, for example, fluororesin film, polyethylene film, PMMA (polymethyl methacrylate), polycarbonate, polystyrene, acrylic resin, ABS resin, vinyl chloride, liquid crystal polymer, polyvinyl alcohol (PVA), polypropylene (PP), polyethylene ( PE), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), acrylic resin (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide resin, polylactic acid, various rubbers (natural rubber and synthetic rubber), or polyvinylidene fluoride (PVDF) , Ferroelectric polymers such as vinylidene fluoride-trifluoroethylene (VDF / TrFE) copolymer, vinylidene fluoride tetrafluoroethylene (VDF-TeFE), vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer, nylon-11 A variety of polymeric materials such as piezoelectric polymer such as a polar polymer.
Alternatively, the insulating polymer may be an organic or inorganic silicate glass, in which case it is imprinted into a liquid or gel silicate glass, and then the silicate glass is cured (solidified). In the case of a polymer, a method of using electromagnetic waves such as ultraviolet rays may be used as a method of curing.

絶縁性ポリマー1402が硬化した後、モールド支持基板1414を取り外す。磁性体1405の場合は、接着層1412がなく、電磁石機能をなくせば容易に分離できる。接着層1412を用いている場合は、接着層1412を熱可塑性樹脂としその軟化(溶融)温度T1412より高い温度にすれば容易にモールド支持基板1414をモールド基板1405から取り外すことができる。次にプロセス温度をT1406以上の温度に保持し、モールドパターン1406を溶融(軟化)させる。このとき開口部1410の充填材料も軟化溶融させる。溶融・軟化したポリマー1406は開口部1410から外部へ取りだす。外側を減圧状態にして吸い出せば容易にポリマー1406を取りだすことができる。導電体膜1407の融点T1407としてプロセス温度よりも高い材料を使用すれば、導電体膜1407は融けることはない。 After the insulating polymer 1402 is cured, the mold support substrate 1414 is removed. In the case of the magnetic body 1405, the adhesive layer 1412 is not provided and can be easily separated if the electromagnet function is lost. In the case where the adhesive layer 1412 is used, the mold support substrate 1414 can be easily detached from the mold substrate 1405 if the adhesive layer 1412 is made of a thermoplastic resin and has a temperature higher than its softening (melting) temperature T1412. Next, the process temperature is maintained at a temperature equal to or higher than T1406, and the mold pattern 1406 is melted (softened). At this time, the filling material of the opening 1410 is also softened and melted. The melted / softened polymer 1406 is taken out from the opening 1410. If the outside is decompressed and sucked out, the polymer 1406 can be easily taken out. If a material higher than the process temperature is used as the melting point T1407 of the conductor film 1407, the conductor film 1407 will not melt.

この結果、図83(c)に示すように、絶縁性ポリマー基板1402内に凹部1416(1416−1、2、3、4)を形成でき、これらの凹部1416によって基板側壁1402(1402−1、2、3、、4,5)が形成され、これらの基板側壁1402(1402−1、2、3、、4,5)の上面や側面(凹部1416の内側面でもある)、凹部1416の底部に導電体膜・配線1407(1407−1、2、3)が形成される。モールドパターン1406の外側面および上(底)面、モールド基板上に付着していた導電体膜・配線1407(1407−1、2、3)は、絶縁性ポリマー1402が硬化するときに、絶縁性ポリマー1402の表面(基板側壁1402−1、2、3、4、5の内側面や絶縁性ポリマー1402の上面や底面に付着し、モールドパターン1406が軟化・溶融されて外側へ取りだされた後にも残る。 As a result, as shown in FIG. 83 (c), recesses 1416 (1416-1, 2, 3, 4) can be formed in the insulating polymer substrate 1402, and the substrate sidewalls 1402 (1402-1, 1402,. 2, 3, 4, 5), and the upper and side surfaces of these substrate side walls 1402 (1402-1, 2, 3, 4, 5) (also the inner surface of the recess 1416) and the bottom of the recess 1416 The conductor film / wiring 1407 (1407-1, 2, 3) is formed. The conductor film / wiring 1407 (1407-1, 2, 3) adhering to the outer surface and upper (bottom) surface of the mold pattern 1406 and the mold substrate is insulative when the insulating polymer 1402 is cured. The surface of the polymer 1402 (after adhering to the inner surfaces of the substrate side walls 1402-1, 2, 3, 4, 5 and the top and bottom surfaces of the insulating polymer 1402 is softened and melted and taken out to the outside) Also remains.

この後、導電体膜1412をモールド基板上に積層し、所望の導電膜・電極・配線1412(1412−1、2、3、4、5)としてパターニングする。既に絶縁体基板1405にコンタクト孔1408が形成され、そのコンタクト孔1408を導電体膜で充填している場合には、この上に導電体膜1412を積層すれば良い。コンタクト孔1408内をポリマー等で充填していた場合にはポリマー等を軟化溶融して取り出せば良い。その後で導電体膜をコンタクト孔1408内に積層して、導電体膜・電極・配線1407と接続する。モールド基板1405にあらかじめ開口部1410やコンタクト孔1408を形成していない場合は、感光性膜を絶縁基板1405上に形成しパターニングして。その後、絶縁体基板1405をエッチング(ウエットまたはドライ)して開口部1410やコンタクト孔1408を形成する。 Thereafter, a conductor film 1412 is laminated on the mold substrate and patterned as a desired conductive film / electrode / wiring 1412 (1412-1, 2, 3, 4, 5). When the contact hole 1408 is already formed in the insulator substrate 1405 and the contact hole 1408 is filled with the conductor film, the conductor film 1412 may be laminated thereon. When the contact hole 1408 is filled with a polymer or the like, the polymer or the like may be softened and melted and taken out. Thereafter, a conductor film is stacked in the contact hole 1408 and connected to the conductor film / electrode / wiring 1407. When the opening 1410 and the contact hole 1408 are not formed in the mold substrate 1405 in advance, a photosensitive film is formed on the insulating substrate 1405 and patterned. After that, the insulating substrate 1405 is etched (wet or dry) to form an opening 1410 and a contact hole 1408.

以上のようにして静電容量型の圧力センサを作製することができる。絶縁性ポリマーの基板側壁1402(1402−2、3、4)はその両側を凹部1416(1416−1、2、3、4)によって挟まれたダイヤフラムとなり、これらの隣接する凹部1416の圧力差によってダイヤフラムである絶縁性ポリマーの基板側壁1402が変形する。すなわち、基板側壁1402の上面を絶縁体(モールド)基板1405で、基板側壁1402の下面を絶縁性ポリマー1402の底部(1402B)によって規制されているが、その他の部分は規制されていないので、ダイヤフラムである絶縁性ポリマーの基板側壁1402が変形する。たとえば、基板側壁1402−2は、凹部1416−1の圧力P2(開口部1410を通じて圧力P2をかけることができる)と、凹部1416−2の圧力P1(開口部1410を通じて圧力P1をかけることができる)との圧力差によって変形する。基板側壁1402−3はその両側の凹部1416(1416−2と1416−3)の圧力はP1と同じなので変形しないが、凹部1416−2の電極間距離(凹部1416−2の幅W1)が変化するので、対向する電極1407−1および1407−2で測定されるコンデンサ容量が変化するので、圧力差P2−P1を演算できる。 As described above, a capacitance-type pressure sensor can be manufactured. Insulating polymer substrate side wall 1402 (1402-2, 3, 4) becomes a diaphragm sandwiched by recesses 1416 (1416-1, 2, 3, 4) on both sides, and due to the pressure difference between these adjacent recesses 1416 The substrate side wall 1402 of the insulating polymer that is a diaphragm is deformed. That is, the upper surface of the substrate side wall 1402 is regulated by the insulator (mold) substrate 1405 and the lower surface of the substrate side wall 1402 is regulated by the bottom portion (1402B) of the insulating polymer 1402, but the other portions are not regulated. The insulating polymer substrate side wall 1402 is deformed. For example, the substrate side wall 1402-2 can apply the pressure P2 of the recess 1416-1 (the pressure P2 can be applied through the opening 1410) and the pressure P1 of the recess 1416-2 (the pressure P1 through the opening 1410). Deformation due to pressure difference with The substrate side wall 1402-3 is not deformed because the pressure in the concave portions 1416 (1416-2 and 1416-3) on both sides is the same as P1, but the distance between the electrodes of the concave portion 1416-2 (the width W1 of the concave portion 1416-2) changes. Therefore, since the capacitor capacity measured by the opposing electrodes 1407-1 and 1407-2 changes, the pressure difference P2-P1 can be calculated.

同様に、基板側壁1402−4は、凹部1416−4の圧力P2(開口部1410を通じて圧力P2をかけることができる)と、凹部1416−3の圧力P1(開口部1410を通じて圧力P1をかけることができる)との圧力差によって変形する。基板側壁1402−4はその両側の凹部1416(1416−2と1416−3)の圧力はP1と同じなので変形しないが、凹部1416−3の電極間距離(凹部1416−3の幅W2)が変化するので、対向する電極1407−3および1407−4で測定されるコンデンサ容量が変化するので、圧力差P2−P1を演算できる。 Similarly, the substrate side wall 1402-4 can apply the pressure P2 of the recess 1416-4 (the pressure P2 can be applied through the opening 1410) and the pressure P1 of the recess 1416-3 (the pressure P1 through the opening 1410). Deformation) due to the pressure difference. The substrate side wall 1402-4 is not deformed because the pressure in the concave portions 1416 (1416-2 and 1416-3) on both sides is the same as P1, but the distance between the electrodes of the concave portion 1416-3 (the width W2 of the concave portion 1416-3) changes. Therefore, since the capacitor capacity measured by the opposing electrodes 1407-3 and 1407-4 changes, the pressure difference P2-P1 can be calculated.

あるいは、凹部1416−1および1416−3を圧力P2とすれば、基板側壁1402−2と1402−3は互いに逆方向に変更する。たとえば、P1>P2のときは、基板側壁1402−2と1402−3は凹部1416−2を膨らます方向へ変形し、P1<P2のときは、基板側壁1402−2と1402−3は凹部1416−2を窪ませる方向へ変形する。従って、対向する電極1407−1および1407−2で測定されるコンデンサ容量が上記よりも大きく変化するので、圧力差P2−P1を演算でき、しかも感度が高まる。 Or if the recessed parts 1416-1 and 1416-3 are made into the pressure P2, the board | substrate side wall 1402-2 and 1402-3 will change to a mutually reverse direction. For example, when P1> P2, the substrate side walls 1402-2 and 1402-3 are deformed in the direction in which the concave portion 1416-2 is expanded, and when P1 <P2, the substrate side walls 1402-2 and 1402-3 are the concave portion 1416-. It is deformed in the direction in which 2 is depressed. Therefore, since the capacitor capacity measured by the opposing electrodes 1407-1 and 1407-2 changes more greatly than the above, the pressure difference P2-P1 can be calculated and the sensitivity is increased.

このように本発明の構造を用いれば、圧力センサにも適用できる。基板側壁に抵抗を形成すればピエゾ抵抗を用いた圧力センサも作製できる。また、図83(d)で示すP1またはP2が印加されるどちらかの開口部1410を閉じれば(開口部にたとえばガラス基板を付着させる。)P1かP2の圧力を凹部内に閉じ込めることができるので、絶対圧センサも作製できる。尚、図83に示した圧力センサは、半導体基板に凹部を形成し、その凹部に図83で説明した絶縁性ポリマーを形成すれば、その凹部内に作製することができる。これまでに明細書の中で説明した内容(構造、プロセス等)は、圧力センサにも適用できることは言うまでもない。 Thus, if the structure of this invention is used, it can be applied also to a pressure sensor. If a resistor is formed on the side wall of the substrate, a pressure sensor using a piezoresistor can be manufactured. Further, if one of the openings 1410 to which P1 or P2 shown in FIG. 83 (d) is applied is closed (for example, a glass substrate is attached to the opening), the pressure of P1 or P2 can be confined in the recess. Therefore, an absolute pressure sensor can also be produced. Note that the pressure sensor shown in FIG. 83 can be fabricated in a recess if a recess is formed in the semiconductor substrate and the insulating polymer described in FIG. 83 is formed in the recess. Needless to say, the contents (structure, process, etc.) described so far in the specification can also be applied to the pressure sensor.

インプリントモールド法によって、ポリマー中に凹部または貫通孔(貫通溝)を形成する場合において、ポリマーに圧電性ポリマーを用いることによって、コンデンサの容量変化を検出できるだけでなく、ダイヤフラムとしての基板側壁の変形による電荷の分極による電圧変化を測定することができる。従って、これらの両方から音波や力量(加速度、角加速度、圧力)の大きさおよび向きを検出することができる。たとえば、図60において、ポリマー615は圧電性ポリマーであると考えれば良い。このとき、基板側壁615−1において、電極は片側625−2だけを形成しているが、凹部621−1側の基板側壁615−1の側面にも形成する(この電極を625−6とする)。625−2および625−6は圧電体膜である基板側壁625−2の側面に形成された電極であり、互いにつながってはいない。基板側壁625−2の変形によって圧電体膜625−2の側面に生じた電荷によって、導電体膜電極625−2および625−6の間で電位差が生じるので、その電位を検出することにより、音波や力量(加速度、角加速度、圧力)の大きさおよび向きを検出することができる。尚、基板側壁615−2においても、凹部621−1側の基板側壁615−2の側面にも形成する。このように、凹部621−2や621−3を容量空間としたコンデンサの容量変化だけでなく、圧電体膜基板側壁615−1や615−2の両側面に生じた電位差変化からも、音波や力量(加速度、角加速度、圧力)の大きさおよび向きを検出することができるので、感度や精度を高めることができる。
圧電性ポリマーは、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアミノ酸、キラル高分子系圧電性ポリマー、強誘電性液晶など種々の圧電性ポリマーである。図79〜図83に示した図や説明、その他の明細書で示したポリマーを圧電性ポリマーとすることによって、上記のような圧電性による効果を利用して、音波や力量(加速度、角加速度、圧力)の大きさおよび向きを検出することができるので、感度や精度を高めることができる。圧電性ポリマーを用いれば、本発明のデバイスをスピーカーとして使用することもできる。
When forming recesses or through-holes (through-grooves) in a polymer by imprint molding, not only can the capacitance change of the capacitor be detected by using a piezoelectric polymer for the polymer, but also the deformation of the substrate sidewall as a diaphragm. It is possible to measure the voltage change due to the polarization of the electric charge. Therefore, it is possible to detect the magnitude and direction of sound waves and force (acceleration, angular acceleration, pressure) from both of them. For example, in FIG. 60, the polymer 615 may be considered to be a piezoelectric polymer. At this time, in the substrate side wall 615-1, the electrode forms only one side 625-2, but is also formed on the side surface of the substrate side wall 615-1 on the recess 621-1 side (this electrode is referred to as 625-6). ). 625-2 and 625-6 are electrodes formed on the side surface of the substrate side wall 625-2 which is a piezoelectric film, and are not connected to each other. A potential difference is generated between the conductor film electrodes 625-2 and 625-6 due to the electric charge generated on the side surface of the piezoelectric film 625-2 due to the deformation of the substrate side wall 625-2. And the magnitude and direction of force (acceleration, angular acceleration, pressure) can be detected. The substrate side wall 615-2 is also formed on the side surface of the substrate side wall 615-2 on the recess 621-1 side. As described above, not only the capacitance change of the capacitor having the concave portions 621-2 and 621-3 as the capacity space, but also the potential difference between the piezoelectric film substrate side wall 615-1 and 615-2, the change in the sound wave and Since the magnitude and direction of force (acceleration, angular acceleration, pressure) can be detected, sensitivity and accuracy can be increased.
Examples of the piezoelectric polymer include various piezoelectric polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyamino acid, chiral polymer-based piezoelectric polymer, and ferroelectric liquid crystal. By making the polymer shown in FIG. 79 to FIG. 83 and the other specifications shown as a piezoelectric polymer into a piezoelectric polymer, the effects of piezoelectricity as described above can be used to generate sound waves and force (acceleration, angular acceleration). ), Pressure) can be detected and the sensitivity and accuracy can be increased. If a piezoelectric polymer is used, the device of the present invention can be used as a speaker.

以上説明したように、本発明の貫通孔または凹部を基板内に形成し、これらの間に挟まれた基板側壁の変形を用いた力量センサ(加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ等)またはマイクロホンまたはスピーカは、従来の基板面に平行に作製されたものに比較すればサイズを非常に小さくできる。だとえば、300μm×300μmのダイヤフラムが必要であれば、従来は、少なくとも0.5mm×0.5mmのチップサイズが必要であったが、ダイヤフラムを基板の厚み方向に作製する本発明の場合は、基板を平面的にみれば300μm×10μmのダイヤフラムを2つ並べ、中央の貫通孔の大きさ30μm、容量空間の貫通孔幅は20μm×2個となり、約0.4mm×0.1mmの大きさとなる。従って、基板平面の占有面積は、約1/6になる。同じ基板で作製すれば、6倍の取れ個数になるから、製造コストが約1/6になる。しかもチップサイズが小さくなるので、実装コストも下がる。面積も小さくなっているため、IC内に組み込んでもICのチップサイズは余り大きくならないから、損失コストも小さくなる。しかも、基板611としてシリコン基板等の半導体基板を用いると、同じ基板内またはチップ内に圧力センサーとそれをコントロールあるいは演算処理する機能やその他の種々の機能を持つICとを一緒に搭載することができる。さらに、従来法に比較すれば、実装面積を小さくできるので実装サイズを小型にでき、接続配線を少なくできるので、プロセスも極めて簡単になり、製造コストも大幅に低減でき、信頼性向上および歩留まり向上を実現できる。 As described above, the force sensor (acceleration sensor, angular velocity sensor, pressure sensor, etc.) or microphone using the deformation of the side wall of the substrate formed between the substrate and the through-hole or recess of the present invention is used. The size of the speaker can be made very small as compared with a speaker produced in parallel with the conventional substrate surface. For example, if a 300 μm × 300 μm diaphragm is required, conventionally, a chip size of at least 0.5 mm × 0.5 mm was required. In the case of the present invention in which the diaphragm is manufactured in the thickness direction of the substrate, When the substrate is viewed in plan, two 300 μm × 10 μm diaphragms are arranged, the size of the central through hole is 30 μm, and the through hole width of the capacity space is 20 μm × 2, which is about 0.4 mm × 0.1 mm It becomes. Accordingly, the area occupied by the substrate plane is about 1/6. If the same substrate is used, the number is 6 times, so the manufacturing cost is about 1/6. In addition, since the chip size is reduced, the mounting cost is also reduced. Since the area is also small, the chip size of the IC does not become too large even if it is incorporated in the IC, so the loss cost is also reduced. In addition, when a semiconductor substrate such as a silicon substrate is used as the substrate 611, it is possible to mount a pressure sensor and an IC having various functions on the same substrate or chip together with a function for controlling or calculating the pressure sensor. it can. Furthermore, compared to the conventional method, the mounting area can be reduced, the mounting size can be reduced, and the number of connection wirings can be reduced. This simplifies the process, greatly reduces manufacturing costs, improves reliability, and improves yield. Can be realized.

本発明は、電気二重層キャパシタにも使用できる。図84は、電気二重層キャパシタの構造を示す図である。基板2011に貫通孔または凹部2014(2014−1、2、3、4、5)を形成し、これらの間に基板側壁2011(2011−1、2、3、4、5、6)が形成される。基板2011が導電体基板の場合には、基板2011の第1面(表面)から第2面(裏面)に貫通する貫通孔として、隣接する基板側壁は導通しないようにする。基板2011が絶縁体基板の場合には、基板側壁2011(2011−1、2、3、4、5、6)の側面に導電体膜を形成し、貫通孔または凹部2014(2014−1、2、3、4、5)内で対向する側面の導電体膜は導通しないようにパターニングする。貫通孔の場合は、基板2011の両面(第1面および第2面)に薄板(絶縁基板)2012および2013を付着する。凹部の場合には、凹部が開口する面側に薄板(絶縁基板)(たとえば、2013)を付着する。貫通孔または凹部2014(2014−1、2、3、4、5)に電解液や電解質ゲルを入れるか、または固体電解質で封入する。電解液や電解質ゲルを入れる場合は、たとえば、電解液や電解質ゲルに浸漬しながら基板2011の両面(第1面および第2面)は薄板(絶縁基板)を付着する。あるいは、基板2011の両面(第1面および第2面)に薄板(絶縁基板)を付着した後、各貫通孔または凹部2014(2014−1、2、3、4、5)を覆う薄板(絶縁基板)に開口孔をあけて、その開口孔から電解液や電解質ゲルを入れ、各貫通孔または凹部2014(2014−1、2、3、4、5)が電解液で満たされた後に開口孔を塞げば、電解液や電解質ゲルが漏洩することはない。
固体電解質は、たとえば高分子(ポリマー)固体電解質である。貫通孔または凹部2014(2014−1、2、3、4、5)を形成した後、軟化したポリマーまたは溶融したポリマーを塗布やディップやディスペンスやスクリーン印刷などして貫通孔または凹部2014(2014−1、2、3、4、5)内にポリマーを充填し、熱処理してポリマーを固化する。その後基板2011の両面または片面に薄板(絶縁基板)を付着する。この結果、隣接する基板側壁は互いにコンデンサ(キャパシタ)を構成しており、電気二重層キャパシタとなる。1つおきの基板側壁を電気接続することによって、キャパシタ容量を増大することができる。たとえば、図84において、基板側壁2011−2と2011−4を接続し電極Aにまとめ、対向電極側は2011−3と2011−5を接続し電極Bにまとめる。図84に示すような電気二重層キャパシタは超小型のキャパシタを実現できる。
The present invention can also be used for an electric double layer capacitor. FIG. 84 is a diagram showing the structure of the electric double layer capacitor. Through holes or recesses 2014 (2014-1, 2, 3, 4, 5) are formed in the substrate 2011, and substrate side walls 2011 (2011-1, 2, 3, 4, 5, 6) are formed therebetween. The When the substrate 2011 is a conductor substrate, adjacent substrate sidewalls are prevented from conducting as through holes penetrating from the first surface (front surface) to the second surface (back surface) of the substrate 2011. When the substrate 2011 is an insulator substrate, a conductor film is formed on the side surface of the substrate side wall 2011 (2011-1, 2, 3, 4, 5, 6), and a through hole or a recess 2014 (2014-1, 2). The conductive films on the side surfaces facing each other in 3, 4, 5) are patterned so as not to conduct. In the case of the through hole, thin plates (insulating substrates) 2012 and 2013 are attached to both surfaces (first surface and second surface) of the substrate 2011. In the case of a recess, a thin plate (insulating substrate) (for example, 2013) is attached to the surface side where the recess opens. An electrolytic solution or an electrolyte gel is put into the through-hole or the recess 2014 (2014-1, 2, 3, 4, 5) or sealed with a solid electrolyte. In the case of putting an electrolytic solution or an electrolyte gel, for example, a thin plate (insulating substrate) adheres to both surfaces (first surface and second surface) of the substrate 2011 while being immersed in the electrolytic solution or the electrolyte gel. Alternatively, after attaching a thin plate (insulating substrate) to both surfaces (first surface and second surface) of the substrate 2011, a thin plate (insulating) covering each through hole or recess 2014 (2014-1, 2, 3, 4, 5). A hole is made in the substrate), an electrolytic solution or an electrolyte gel is put through the opening hole, and each through hole or recess 2014 (2014-1, 2, 3, 4, 5) is filled with the electrolytic solution. If the plug is closed, the electrolyte and electrolyte gel will not leak.
The solid electrolyte is, for example, a polymer (polymer) solid electrolyte. After forming the through-hole or recess 2014 (2014-1, 2, 3, 4, 5), the softened polymer or melted polymer is applied, dipped, dispensed, screen-printed, etc., and the through-hole or recess 2014 (2014- 1, 2, 3, 4, 5) are filled with a polymer and heat-treated to solidify the polymer. Thereafter, a thin plate (insulating substrate) is attached to both sides or one side of the substrate 2011. As a result, adjacent side walls of the substrate constitute a capacitor (capacitor) and become an electric double layer capacitor. Capacitance can be increased by electrically connecting every other substrate sidewall. For example, in FIG. 84, the substrate side walls 2011-2 and 2011-4 are connected to be combined with the electrode A, and the counter electrode side is connected to 2011-3 and 2011-5 to be combined with the electrode B. The electric double layer capacitor as shown in FIG. 84 can realize an ultra-small capacitor.

図85は、別の電気二重層キャパシタの構造を示す図である。図85において、シリコン基板等の半導体基板2021内に凹部2022を形成し、その凹部2022にポリマー2021を充填する。このポリマー2021内に凹部2024(2024−1、2、3)を形成し、さらに凹部2024(2024−1、2、3)の内側面に導電体膜電極2025を作成する。たとえば、凹部2024−1において、対向する内側面に導電体膜・電極2025−1−1および2025−1−2が形成される。この凹部内に電解液や電解質ゲルあるいは固体電解質2027を形成し、半導体基板2021の第1面(表面)に薄板(絶縁基板)2028を付着させて凹部2022を塞ぐ。この結果、凹部2022−1において、対向する内側面電極2025−1−1および2025−1−2と電解質2027で電気二重層キャパシタが構成される。多数の凹部2024が形成されるので、対向する電極同士を接続して電極AとBとにまとめることによって、キャパシタ容量を増大することができる。尚、ポリマー内に凹部を形成する場合は、インプリント法を用いて凹部を形成することもできる。図85に示す電気二重層キャパシタは半導体基板内に形成することができるので、電気二重層キャパシタからの放電電圧を用いて、半導体基板内に作成したICやトランジスタを動かすことができ、超小型の自立デバイス(1チップだけで動作するデバイス)を作製できる。 FIG. 85 is a diagram showing the structure of another electric double layer capacitor. In FIG. 85, a recess 2022 is formed in a semiconductor substrate 2021 such as a silicon substrate, and the recess 2022 is filled with a polymer 2021. A recess 2024 (2024-1, 2, 3) is formed in the polymer 2021, and a conductor film electrode 2025 is formed on the inner surface of the recess 2024 (2024-1, 2, 3). For example, conductor film / electrodes 2025-1-1 and 2025-1-2 are formed on the inner surfaces facing each other in the recess 2024-1. An electrolytic solution, an electrolyte gel, or a solid electrolyte 2027 is formed in the recess, and a thin plate (insulating substrate) 2028 is attached to the first surface (front surface) of the semiconductor substrate 2021 to close the recess 2022. As a result, an electric double layer capacitor is configured by the facing inner surface electrodes 2025-1-1 and 2025-1-2 and the electrolyte 2027 in the recess 2022-1. Since a large number of recesses 2024 are formed, the capacitance of the capacitor can be increased by connecting the opposing electrodes together into the electrodes A and B. In addition, when forming a recessed part in a polymer, a recessed part can also be formed using the imprint method. Since the electric double layer capacitor shown in FIG. 85 can be formed in a semiconductor substrate, an IC or a transistor formed in the semiconductor substrate can be moved using a discharge voltage from the electric double layer capacitor, and the ultra-small size can be achieved. Self-standing devices (devices that operate with only one chip) can be manufactured.

図86は、さらに別の電気二重層キャパシタの構造を示す図である。図86において、シリコン基板等の半導体基板2031内に凹部2032を形成し、凹部2032内に電解質2033を充填する。その凹部2032内に、別基板(絶縁体基板)2035に電極パターン2036(2036−1、2、3、4、5、6)を形成しておき、その別基板(絶縁体基板)2035を挿入する。半導体基板2031内には多数の凹部2032が形成されているので、それぞれの凹部に合わせてアライメントしながら、多数の電極パターン2036を形成した別基板(絶縁体基板)2035を挿入する。別基板(絶縁体基板)2035はそのまま半導体基板2031に付着させる。従って、電極パターン2036(2036−1、2、3、4、5、6)の長さは、凹部深さより短くする必要がある。電極パターン2036(2036−1、2、3、4、5、6)の先端側が自由端となり、凹部2032へ挿入時に変形する可能性がある場合は、電極パターン2036(2036−1、2、3、4、5、6)の先端側にも絶縁体基板2037を付着させても良い。その場合、電解質2033が電極パターン2036(2036−1、2、3、4、5、6)の間に入り込みにくい場合は、絶縁体基板2037に適度に開口部を設ければ良い。電解質2033が電解液や電解質ゲルでそのまま使用するときはこのまままで良いが、電解質として固体電解質を用いる場合は、電解質として高分子(ポリマー)材料を使用し、電解質2033を充填する場合には、液状にしたり溶融状態にして、別基板(絶縁体基板)2035を挿入し、その後熱処理して電解質2033を固化する。この結果、隣接する電極2036はそれらの間に電解質が入り込んだ電気二重層キャパシタを形成する。図86に示す電気二重層キャパシタは半導体基板内に形成することができるので、電気二重層キャパシタからの放電電圧を用いて、半導体基板内に作成したICやトランジスタを動かすことができ、超小型の自立デバイス(1チップだけで動作するデバイス)を作製できる。図86に示す二重層キャパシタは、基板2031として絶縁基板を使用すれば、単体の電気二重層キャパシタとして使用することもできる。 FIG. 86 is a diagram showing the structure of still another electric double layer capacitor. In FIG. 86, a recess 2032 is formed in a semiconductor substrate 2031 such as a silicon substrate, and an electrolyte 2033 is filled in the recess 2032. In the recess 2032, an electrode pattern 2036 (2036-1, 2, 3, 4, 5, 6) is formed on another substrate (insulator substrate) 2035, and the other substrate (insulator substrate) 2035 is inserted. To do. Since a large number of recesses 2032 are formed in the semiconductor substrate 2031, another substrate (insulator substrate) 2035 on which a large number of electrode patterns 2036 are formed is inserted while aligning with the respective recesses. Another substrate (insulator substrate) 2035 is attached to the semiconductor substrate 2031 as it is. Therefore, the length of the electrode pattern 2036 (2036-1, 2, 3, 4, 5, 6) needs to be shorter than the depth of the recess. If the distal end side of the electrode pattern 2036 (2036-1, 2, 3, 4, 5, 6) is a free end and may be deformed when inserted into the recess 2032, the electrode pattern 2036 (2036-1, 2, 3) 4, 5, 6), the insulator substrate 2037 may also be attached. In that case, when the electrolyte 2033 is difficult to enter between the electrode patterns 2036 (2036-1, 2, 3, 4, 5, 6), an appropriate opening may be provided in the insulator substrate 2037. When the electrolyte 2033 is used as it is in an electrolytic solution or an electrolyte gel, it may be left as it is. However, when a solid electrolyte is used as the electrolyte, a polymer (polymer) material is used as the electrolyte, and when the electrolyte 2033 is filled, the electrolyte 2033 is liquid. Then, another substrate (insulator substrate) 2035 is inserted and then heat treated to solidify the electrolyte 2033. As a result, the adjacent electrodes 2036 form an electric double layer capacitor in which an electrolyte enters between them. Since the electric double layer capacitor shown in FIG. 86 can be formed in a semiconductor substrate, an IC or a transistor formed in the semiconductor substrate can be moved using a discharge voltage from the electric double layer capacitor, and an ultra-small size can be obtained. Self-standing devices (devices that operate with only one chip) can be manufactured. The double layer capacitor shown in FIG. 86 can also be used as a single electric double layer capacitor if an insulating substrate is used as the substrate 2031.

電解液または電解質ゲルは、たとえば6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)などのリチウム塩等の無機塩水系電解、硫酸、水酸化カリウム溶液、あるいは、アセトニトリル、プロピレンカーボネート、テトラフルオロアンモニウムホウ酸塩、テトラエチルアンモニウムテトラフロロボレート(Et4NBF4)、テトラメチルアンモニウムテトラフロロボレート、テトラプロピルアンモニウムテトラフロロボレート、テトラブチルアンモニウムテトラフロロボレート、トリメチルエチルアンモニウムテトラフロロボレート(Et3MeNBF4)のような4級アンモニウム塩、トリエチルメチルアンモニウムテトラフロロボレート、ジエチルジメチルアンモニウムテトラフロロボレート、N−エチル−N−メチルピロリジニウムテトラフロロボレート、N,N−テトラメチレンピロリジニウムテトラフロロボレート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフロロボレートのようなアンモニウムテトラフロロボレート類、テトラエチルアンモニウムパークロレート、テトラメチルアンモニウムパークロレート、テトラプロピルアンモニウムパークロレート、テトラブチルアンモニウムパークロレート、トリメチルエチルパークロレート、トリエチルメチルアンモニウムパークロレート、ジエチルジメチルアンモニウムパークロレート、N−エチル−N−メチルピロリジニウムパークロレート、N,N−テトラメチレンピロリジニウムパークロレート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムパークロレートのようなアンモニウム過塩素酸塩類、テトラエチルアンモニウムヘキサフロロフォスフェートのようなホスホニウム塩、テトラメチルアンモニウムヘキサフロロホスフェート、テトラプロピルアンモニウムヘキサフロロホスフェート、テトラブチルアンモニウムヘキサフロロホスフェート、トリメチルエチルヘキサフロロホスフェート、トリエチルメチルアンモニウムヘキサフロロホスフェート、ジエチルジメチルアンモニウムヘキサフロロホスフェートのようなアンモニウムヘキサフロロホスフェート類、リチウムヘキサフロロホスフェート、リチウムテトラフロロボレート等の有機電解質である。 The electrolytic solution or the electrolyte gel is, for example, an inorganic brine electrolysis such as lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), sulfuric acid, potassium hydroxide solution, acetonitrile, propylene carbonate, tetrafluoroammonium borate, Quaternary such as tetraethylammonium tetrafluoroborate (Et 4 NBF 4 ), tetramethylammonium tetrafluoroborate, tetrapropylammonium tetrafluoroborate, tetrabutylammonium tetrafluoroborate, trimethylethylammonium tetrafluoroborate (Et 3 MeNBF 4 ) Ammonium salt, triethylmethylammonium tetrafluoroborate, diethyldimethylammonium tetrafluoroborate, N-ethyl-N-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate , Ammonium tetrafluoroborate such as N, N-tetramethylenepyrrolidinium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, tetraethylammonium perchlorate, tetramethylammonium perchlorate, tetrapropyl Ammonium perchlorate, tetrabutylammonium perchlorate, trimethylethyl perchlorate, triethylmethylammonium perchlorate, diethyldimethylammonium perchlorate, N-ethyl-N-methylpyrrolidinium perchlorate, N, N-tetramethylenepyrrolidinium park Lorate, ammonium perchlorates such as 1-ethyl-3-methylimidazolium perchlorate, tetraethylammonium hexaf Like phosphonium salts like lophosphate, tetramethylammonium hexafluorophosphate, tetrapropylammonium hexafluorophosphate, tetrabutylammonium hexafluorophosphate, trimethylethylhexafluorophosphate, triethylmethylammonium hexafluorophosphate, diethyldimethylammonium hexafluorophosphate Organic electrolytes such as ammonium hexafluorophosphates, lithium hexafluorophosphate, and lithium tetrafluoroborate.

これらの有機電解質の溶媒は、たとえば非プロトン性有機溶媒、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートのような鎖状カーボネート類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのような環状カーボネート類、アセトニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル類、γ−ブチロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン、β−メチル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、3−メチル−γ−バレロラクトンなどのラクトン類、ジメチルスルフォキシド、ジエチルスルフォキシドなどのスルフォキシド類、ジメチルフォルムアミド、ジエチルフォルムアミドなどのアミド類、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタンやジオキソランのような環状エーテル類、ジメチルスルホラン、スルホランであり、一種または二種以上の混合溶媒として用いることもできる。 These organic electrolyte solvents include, for example, aprotic organic solvents such as chain carbonates such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, acetonitrile and propionitrile. Nitriles, γ-butyrolactone, α-methyl-γ-butyrolactone, lactones such as β-methyl-γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 3-methyl-γ-valerolactone, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide Sulfoxides such as dimethylformamide, amides such as diethylformamide, cyclic ethers such as tetrahydrofuran, dimethoxyethane and dioxolane, dimethylsulfolane, sulfolane, and one or two It can also be used as a mixed solvent described above.

固体電解質は、たとえばポリエチレンオキサイド系重合体とアルカリ金属塩を複合した高分子固体電解質、ポリ酸化エチレンの架橋ネットワーク中に金属塩及び非プロトン性溶剤からなる電解液が含浸された高分子固体電解質、オキシアルキレン基を含有する(メタ)アクリレートプレポリマーから得られる重合体及び電解質からなる複合体を用いたイオン伝導性の高分子固体電解質、あるいはリン酸リチウム(LiPO)、リン酸鉄リチウム(LiFe(PO)、リン酸マンガンリチウム(LiMn(PO)、リン酸ニッケルリチウム(LiNi(PO)、リン酸クロムリチウム(LiCr(PO)などのリチウム酸化物又はリン酸塩、および硫化リンリチウム(LiPS)などの硫化リン化合物等の無機固体電解質などを用いることができる。 The solid electrolyte is, for example, a polymer solid electrolyte in which a polyethylene oxide polymer and an alkali metal salt are combined, a polymer solid electrolyte in which an electrolyte solution composed of a metal salt and an aprotic solvent is impregnated in a crosslinked network of polyethylene oxide, Ion-conducting polymer solid electrolyte, or lithium phosphate (Li x PO y ), lithium iron phosphate, using a composite comprising a polymer obtained from a (meth) acrylate prepolymer containing an oxyalkylene group and an electrolyte (Li x Fe y (PO 4 ) z), lithium manganese phosphate (Li x Mn y (PO 4 ) z), nickel phosphate lithium (Li x Ni y (PO 4 ) z), chromic lithium phosphate (Li x Cr y (PO 4) z ) lithium oxide or phosphate, such as, and phosphorus sulfide lithium ( i x PS y) can be used as the inorganic solid electrolyte such as phosphorus sulfide compounds, such as.

電極は、公知の材料を使用でき、たとえばアルミニウム、金、白金、銅、鉄、クロム、亜鉛、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニッケル等の金属、あるいはこれらの合金、金属とシリコンの化合物である各種シリサイド、炭素、カーボンナノチューブ、グラフェン、低抵抗シリコン、導電性高分子(導電性高分子は、たとえば、ポリアニリン、ポリアセチレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリチエニレン及びその誘導体、ポリピリジンジイル及びその誘導体、ポリイソチアナフテニレン及びその誘導体、ポリフリレン及びその誘導体、ポリセレノフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリフリレンビニレン、ポリナフテニレンビニレン、ポリセレノフェンビニレン、ポリピリジンジイルビニレン等のポリアリーレンビニレン及びそれらの誘導体等)を用いることができる。 A known material can be used for the electrode, for example, a metal such as aluminum, gold, platinum, copper, iron, chromium, zinc, tungsten, molybdenum, titanium, tantalum, nickel, or an alloy thereof, a compound of metal and silicon. Various silicides, carbon, carbon nanotubes, graphene, low-resistance silicon, conductive polymer (conductive polymers are, for example, polyaniline, polyacetylene and derivatives thereof, polyparaphenylene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, polythienylene and derivatives thereof , Polypyridinediyl and derivatives thereof, polyisothianaphthenylene and derivatives thereof, polyfurylene and derivatives thereof, polyselenophene and derivatives thereof, polyparaphenylene vinylene, polythienylene vinylene, polyfurylene vinylene, polynaphthenile Vinylene, polyselenophene vinylene, polyarylene vinylene and derivatives thereof, such as poly pyridinediyl vinylene) can be used.

図87は、電気二重層キャパシタの構造を平面的示した一実施例である。多数の平行平板型のキャパシタをそれぞれコンタクト孔を絶縁体基板(薄板)に形成してコンタクトして接続しても良いが。図87に示すように、キャパシタを構成する対向電極2042および2043を平行にしてスパイラル状に形成しておけば。コンタクトの取りだしは、AおよびBの2箇所だけとなる。スパイラル形状の対向電極2042および2043の間には電解液、ゲル状電解質、固体電解質等の電解質があり、これらで電気二重層キャパシタを構成する。スパイラル形状であるから非常に高密度のキャパシタを作製できる。そのスパイラル形状もチップ2041に合わせて、たとえば、図87に示すような矩形形状、あるいは円形形状、楕円形状、あるいは各種の曲線形状、あるいは適当な三角形以上の多角形状にすることもできる。従来の電気二重層キャパシタのように電極層や電解質を重ねて作製する必要がなく、電極(正極と負極)間の距離はほぼ一定に形成されるので短絡する危険性もなく信頼度の高い電気二重層キャパシタが作製される。従ってセパレータを配置する必要もないのでイオンのスムーズな移動が行なわれる。電解液やゲル状電解質だけでなく固体電解質の場合にも電極の周りを隙間なく電解質が覆うので、電極の周りに効率良く電気二重層が形成される。以上説明した様に、本発明を用いれば、非常に簡単なプロセスで超小型の電気二重層キャパシタを作製できる。さらに、本発明はこのような電気二重層キャパシタと同様の構造で二次電池にも使用できる。 FIG. 87 is an example showing a plan view of the structure of the electric double layer capacitor. A large number of parallel plate capacitors may be connected by forming contact holes in an insulating substrate (thin plate). As shown in FIG. 87, if the counter electrodes 2042 and 2043 constituting the capacitor are formed in parallel and spiral. There are only two contacts, A and B. Between the spiral-shaped counter electrodes 2042 and 2043, there are electrolytes such as an electrolytic solution, a gel electrolyte, and a solid electrolyte, and these constitute an electric double layer capacitor. Because of the spiral shape, a very high density capacitor can be produced. The spiral shape can also be made into a rectangular shape as shown in FIG. 87, a circular shape, an elliptical shape, various curved shapes, or a polygonal shape of an appropriate triangle or more according to the chip 2041. Unlike conventional electric double layer capacitors, there is no need to fabricate electrode layers and electrolytes, and the distance between the electrodes (positive and negative electrodes) is almost constant, so there is no risk of short circuiting and high reliability. A double layer capacitor is fabricated. Therefore, it is not necessary to arrange a separator, so that ions can be moved smoothly. In the case of a solid electrolyte as well as an electrolytic solution and a gel electrolyte, the electrolyte covers the electrode without any gap, so that an electric double layer is efficiently formed around the electrode. As described above, by using the present invention, an ultra-small electric double layer capacitor can be manufactured by a very simple process. Furthermore, the present invention can be used for a secondary battery with the same structure as such an electric double layer capacitor.

図88は、圧電体基板に形成した貫通孔または凹部の間に形成された基板側壁の振動によって発生する電荷を用いた発電機を示す図である。圧電体基板2111内に貫通孔または凹部2115(2115−1、2、3)を形成する。貫通孔または凹部2115(2115−1、2、3)同士の間に基板側壁2111(2111−2、3)が形成され、さらに基板側壁2111(2111−2、3)の側面に導電体膜・電極2116(2116−1、2、3、4)が形成されている。基板2111の第1面(表面、上面)および第2面(裏面、下面)には薄板(絶縁体基板)2112、2113が付着され、基板側壁2111(2111−2、3)の上下面はこれらの薄板(絶縁体基板)2112、2113によって規制されている。貫通孔または凹部2115(2115−1、2、3)をカバーしている薄板(絶縁体基板)2112、2113には、必要に応じて振動波等を導入・導出する開口部2114(2114−1、2、3)や開口部2118が形成されている。凹部の場合には開口側に薄板2113を付着させるが、反対側は基板があるので、必ずしも薄板2112は付着させなくても良い。振動波Waが貫通孔または凹部2115(2115−1、2、3)に入ると圧電体基板側壁2111(2111−2、3)は振動し、この振動による変形で圧電体基板側壁2111(2111−2、3)の両面(両側面)に電荷が分極する。この電荷を圧電体基板側壁2111(2111−2、3)の両面(両側面)に形成した導電体膜・電極2116(2116−1、2、3、4)で取りだし(端子A、B)、コンデンサ等に蓄えることによって、発電することができる。尚、基板2111が圧電体基板ではない基板、たとえばシリコン等の半導体基板の場合でも、基板側壁上に絶縁膜、第1導電体膜・電極、圧電体膜、第2導電体膜・電極、をこの順で積層しパターニング(必要な場合)することによって、圧電体膜が振動によってその両面(両側面)に電荷を分極するので、その電荷を第1導電体膜・電極および第2導電体膜・電極で取りだす。この結果、コンデンサ等に蓄えることによって、発電することができる。尚、振動だけでなく、加速度や角速度や風や圧力変化によっても圧電体基板や基板は振動するので、発電することができる。また、加速度や角速度の場合には、前述したように、たとえば、凹部2115−2へ重い液体を入れることによって、発電効率を高めることができる。半導体基板を用いる場合には、発電機付きICを作製できるので外部から電気供給が不要になるというメリットがあり、さらに、発電状況をICでモニタリングすることもでき、より効率的な発電を行なうことが可能となる。 FIG. 88 is a diagram showing a generator using electric charges generated by vibration of a substrate side wall formed between a through hole or a recess formed in a piezoelectric substrate. Through holes or recesses 2115 (2115-1, 2, 3) are formed in the piezoelectric substrate 2111. Substrate sidewalls 2111 (2111-2, 3) are formed between the through holes or recesses 2115 (2115-1, 2, 3), and further, a conductor film / film is formed on the side surface of the substrate sidewall 2111 (21111-2, 3). Electrodes 2116 (2116-1, 2, 3, 4) are formed. Thin plates (insulator substrates) 2112 and 2113 are attached to the first surface (front surface, upper surface) and the second surface (back surface and lower surface) of the substrate 2111, and the upper and lower surfaces of the substrate side wall 2111 (2111-2 and 3) are these. Are regulated by thin plates (insulator substrates) 2112 and 2113. The thin plate (insulator substrate) 2112 and 2113 covering the through-holes or the recesses 2115 (2115-1, 2, 3) has openings 2114 (2114-1) for introducing and deriving vibration waves and the like as necessary. 2, 3) and an opening 2118 are formed. In the case of the concave portion, the thin plate 2113 is attached to the opening side, but the thin plate 2112 is not necessarily attached because there is a substrate on the opposite side. When the vibration wave Wa enters the through-hole or the recess 2115 (2115-1, 2, 3), the piezoelectric substrate side wall 2111 (21111-2, 3) vibrates, and deformation due to this vibration causes the piezoelectric substrate side wall 2111 (2111- Charge is polarized on both sides (both sides) of (2, 3). This electric charge is taken out by the conductor film / electrodes 2116 (2116-1, 2, 3, 4) formed on both surfaces (both sides) of the piezoelectric substrate side wall 2111 (2111-2, 3) (terminals A, B), Electric power can be generated by storing in a capacitor or the like. Even when the substrate 2111 is a substrate that is not a piezoelectric substrate, for example, a semiconductor substrate such as silicon, an insulating film, a first conductor film / electrode, a piezoelectric film, and a second conductor film / electrode are formed on the substrate side wall. By laminating and patterning in this order (if necessary), the piezoelectric film polarizes charges on both surfaces (both sides) by vibration, so that the charges are converted into the first conductor film / electrode and the second conductor film.・ Take out with electrodes. As a result, power can be generated by storing in a capacitor or the like. Since the piezoelectric substrate and the substrate vibrate not only due to vibration but also due to acceleration, angular velocity, wind and pressure change, it is possible to generate electric power. In the case of acceleration or angular velocity, as described above, for example, by putting a heavy liquid into the recess 2115-2, the power generation efficiency can be increased. When using a semiconductor substrate, an IC with a generator can be manufactured, so there is a merit that electricity supply is not required from the outside. Furthermore, the power generation status can be monitored by the IC, and more efficient power generation can be performed. Is possible.

圧電体基板は、たとえば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、リチウムテトラボレート、チタン酸カルシウム、燐酸アルミニウム、石英、酒石酸カリウムナトリウム、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電性ポリマー、窒化アルミニウム、燐酸ガリウム、ガリウムヒ素などである。圧電体膜は、上記の材料をPVD法やCVD法で形成した膜である。圧電体基板やその他の基板の凹部や貫通孔は、フォトリソ法+エッチング法、あるいはインプリント法を用いて形成できる。たとえば、液状またはゲル状の圧電性ポリマーや、上記の圧電性材料の微粒子を含む液状またはゲル状の物質に凹部や貫通孔形成用のモールドパターンを押しつけて固化させた後モールドを離したり消滅させたりして、圧電体基板内に凹部または貫通孔パターンを形成する。その後、導電体膜を積層し必要なパターニングをした後、必要な場合には保護膜としての絶縁膜を積層し、薄板(絶縁体基板)を付着させる。 The piezoelectric substrate is, for example, PZT (lead zirconate titanate), barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, sodium tungstate, zinc oxide, lithium tetraborate, calcium titanate. , Piezoelectric polymers such as aluminum phosphate, quartz, potassium sodium tartrate, polyvinylidene fluoride (PVDF), aluminum nitride, gallium phosphate, gallium arsenide, and the like. The piezoelectric film is a film in which the above material is formed by a PVD method or a CVD method. The recesses and through holes of the piezoelectric substrate and other substrates can be formed by using a photolithographic method + etching method or an imprint method. For example, a mold pattern for forming recesses or through-holes is pressed against a liquid or gel-like substance containing liquid or gel-like piezoelectric polymer or fine particles of the above-mentioned piezoelectric material and then solidified, and then the mold is released or extinguished. As a result, a recess or a through hole pattern is formed in the piezoelectric substrate. Thereafter, a conductive film is stacked and necessary patterning is performed, and then an insulating film as a protective film is stacked if necessary, and a thin plate (insulator substrate) is attached.

図89は、基板内に形成した凹部に充填した圧電体ポリマー等内に凹部を形成し、その凹部間の圧電体ポリマー基板側壁を用いて作製した微小発電器を示す図である。基板2131内に凹部2132を形成する。基板はシリコン等の半導体基板、ガラス基板等の絶縁体基板、低抵抗シリコン基板やアルミ基板等金属基板等の導電体基板である。凹部2132内に圧電体ポリマー等2133を充填する。この充填は、圧電体ポリマーの塗布、スクリーン印刷、ディップ、スプレー等で形成できる。次にフォトリソ法+エッチング法あるいはインプリント法などで基板面に垂直(略垂直)な凹部2134(2134−1、2、3)を形成する。この凹部2134(2134−1、2、3)によって、ポリマー基板側壁2135(2135−1、2、3、4)が形成される。次に導電体膜を積層し、必要なパターニングを行ない、ポリマー基板側壁2135(2135−2、3)の側面に導電体膜・電極2136(2136−1、2、3、4)を形成する。これらの導電体膜・電極2136(2136−1、2、3、4)から同じ配線パターンで導電体膜・配線を引き出す。(端子をA,Bで示す)次に、薄板2137をポリマー基板2133の上面に付着させる。尚、この間に保護膜(絶縁膜)を積層し、導電体膜・電極2136を保護することもできる。ポリマー基板側壁2135(2135−2、3)の上面にも薄板(絶縁体基板)2137が付着しているので、ポリマー基板側壁2135(2135−2、3)は上面が薄板(絶縁体基板)2137によって、ポリマー基板側壁2135(2135−2、3)の下側はポリマー基板2133(凹部2134の底部のポリマー2133を全部除去したときには、基板2131)によって規制されている。凹部2134(2134−1、2、3)上をカバーしている薄板2137において、振動波を導入し、導出することなどの目的で、開口部2138を設けても良い。振動や加速度、各速度、圧力変動などによって、圧電体ポリマー基板側壁2136(2136−2、3)が振動し、その圧電体ポリマー基板側壁2136(2136−2、3)の変形によって、その圧電体ポリマー基板側壁2136(2136−2、3)の両側面に電荷が分極するので、その電荷を導電体膜・電極2136(2136−1、2、3、4)によって取り出し(端子A,Bへ導く)、コンデンサ等へ電荷を蓄えて発電できる。凹部内に充填する材料は圧電体ポリマーとして説明したが、圧電体材料を微粒子にして結合剤と溶剤を混ぜた液状またはゲル状にして凹部を充填しても良い。インプリント法の場合はこれにモールドを挿入して凹部を形成できる。 FIG. 89 is a diagram showing a micro power generator manufactured by forming recesses in a piezoelectric polymer or the like filled in the recesses formed in the substrate and using the side walls of the piezoelectric polymer substrate between the recesses. A recess 2132 is formed in the substrate 2131. The substrate is a semiconductor substrate such as silicon, an insulator substrate such as a glass substrate, or a conductor substrate such as a metal substrate such as a low resistance silicon substrate or an aluminum substrate. The recess 2132 is filled with a piezoelectric polymer 2133 or the like. This filling can be formed by applying a piezoelectric polymer, screen printing, dipping, spraying, or the like. Next, concave portions 2134 (2134-1, 2, 3) perpendicular to the substrate surface (substantially perpendicular) are formed by photolithography method + etching method or imprint method. The polymer substrate side wall 2135 (2135-1, 2, 3, 4) is formed by the recess 2134 (2134-1, 2, 3). Next, a conductive film is laminated and necessary patterning is performed to form a conductive film / electrode 2136 (2136-1, 2, 3, 4) on the side surface of the polymer substrate side wall 2135 (2135-2, 3). The conductor film / wiring is drawn out from these conductor films / electrodes 2136 (2136-1, 2, 3, 4) with the same wiring pattern. Next, a thin plate 2137 is attached to the upper surface of the polymer substrate 2133 (terminals are indicated by A and B). In addition, a protective film (insulating film) may be laminated between them to protect the conductor film / electrode 2136. Since the thin plate (insulator substrate) 2137 is also attached to the upper surface of the polymer substrate sidewall 2135 (2135-2, 3), the upper surface of the polymer substrate sidewall 2135 (2135-2, 3) is thin plate (insulator substrate) 2137. Thus, the lower side of the polymer substrate side wall 2135 (2135-2, 3) is regulated by the polymer substrate 2133 (the substrate 2131 when the polymer 2133 at the bottom of the recess 2134 is completely removed). In the thin plate 2137 covering the concave portion 2134 (2134-1, 2, 3), an opening 2138 may be provided for the purpose of introducing and deriving a vibration wave. The piezoelectric polymer substrate side wall 2136 (2136-2, 3) vibrates due to vibration, acceleration, each speed, pressure fluctuation, and the like, and the piezoelectric polymer substrate side wall 2136 (2136-2, 3) deforms to cause the piezoelectric body. Since charges are polarized on both side surfaces of the polymer substrate side wall 2136 (2136-2, 3), the charges are taken out by the conductive film / electrode 2136 (2136-1, 2, 3, 4) (guided to the terminals A and B). ), It can generate electricity by storing electric charge in a capacitor. Although the material filled in the recess has been described as a piezoelectric polymer, the recess may be filled in a liquid or gel form in which a piezoelectric material is made into fine particles and a binder and a solvent are mixed. In the case of the imprint method, a recess can be formed by inserting a mold therein.

尚、ポリマー2133が圧電体ポリマーでなくとも、上述した様に凹部2134および基板側壁2136を形成した後に、基板側壁2136上に(必要なら絶縁膜)、第1導電体膜・電極、圧電体膜、第2導電体膜・電極、をこの順で積層しパターニング(必要な場合)することによって、圧電体膜が振動によってその両面(両側面)に電荷を分極するので、その電荷を第1導電体膜・電極および第2導電体膜・電極で取りだす。この結果、コンデンサ等に蓄えることによって、発電することができる。また、図88や図89で説明した内容において、基板やポリマーが圧電体材料である場合でも、さらに上述したように圧電体膜等を積層して、両方から電荷を取り出して効率を向上することもできる。 Even if the polymer 2133 is not a piezoelectric polymer, the first conductor film / electrode, piezoelectric film is formed on the substrate side wall 2136 (insulating film if necessary) after forming the recess 2134 and the substrate side wall 2136 as described above. By stacking the second conductor film / electrode in this order and patterning (if necessary), the piezoelectric film polarizes charges on both sides (both sides) by vibration, so that the charges are transferred to the first conductive film. The body film / electrode and the second conductor film / electrode are taken out. As a result, power can be generated by storing in a capacitor or the like. Further, in the contents described in FIG. 88 and FIG. 89, even when the substrate or the polymer is a piezoelectric material, the piezoelectric film or the like is further laminated as described above, and the charge is taken out from both to improve the efficiency. You can also.

次に、ポリマーにインプリント法を用いて簡単に本発明の凹部パターンを形成する方法について説明する。液状またはゲル状のポリマーに凹部形成用のモールドを挿入し、熱処理を施しポリマーを固化させる。モールド材料をエッチングし、ポリマーをエッチングしない溶液またはエッチングガスを用いて、モールドをエッチングして消失させる。残った部分が凹部となる。この後、必要な薄膜形成と薄板付着を行なう。たとえば、ポリマーをポリテトラフルオロエチレン、モールド材料をガラスとして、フッ酸系溶液を用いればモールド材料だけをエッチングすることができる。また、モールドパターンに導電体膜を付着させたり、導電体膜の配線パターンを付着させておき、この導電体膜もエッチングしないがモールドをエッチングする溶液またはエッチングガスを用いれば、自動的に凹部内へ導電体膜や配線パターンを付着できる。たとえば、導電体膜を金膜とすれば良い。ここで、ポリマーの代わりに粒子状圧電体材料を結合剤および/または溶剤と混合した液状体やゲル状体を用いても良い。 Next, a method for simply forming the concave pattern of the present invention using an imprint method on a polymer will be described. A mold for forming recesses is inserted into a liquid or gel polymer, and heat treatment is performed to solidify the polymer. The mold material is etched and the mold is etched away using a solution or etching gas that does not etch the polymer. The remaining part becomes a recess. Thereafter, necessary thin film formation and thin plate adhesion are performed. For example, if the polymer is polytetrafluoroethylene, the mold material is glass, and a hydrofluoric acid solution is used, only the mold material can be etched. In addition, if a conductive film is attached to the mold pattern, or a conductive film wiring pattern is attached and the conductive film is not etched, a solution or etching gas for etching the mold is used, so that the inside of the recess is automatically A conductor film or wiring pattern can be attached to the substrate. For example, the conductor film may be a gold film. Here, instead of the polymer, a liquid material or a gel material in which a particulate piezoelectric material is mixed with a binder and / or a solvent may be used.

たとえば、基板2131の厚みは約0.1mm〜2mm、凹部2132の深さは約0.01mm〜1.5mm、ポリマー内凹部2134の深さは約0.005mm〜1.4mm、薄板の厚みは約0,05mm〜2mmであるから、非常に微小な発電機(器)が作製できる。また、基板2131をシリコン等の半導体基板とすればICやトランジスタと一緒のチップに搭載でき、電気供給がなくてもICやトランジスタを動かすことができるので、非常に小さな実装部品を作製できる。たとえば、心臓ペースメーカーに適用すれば、心臓や血液や他の臓器の振動によって発電しながらペースメーカーを動かすことができるので、患者に負担のないものを実現できる。尚、本発明では、振動波を作り出すこともできる(マイクロホンと逆の動作で)ので、ペースメーカーとしての機能を1チップに集約することが可能となり、極微小(たとえば、1mm以下)のペースメーカーを実現可能となる。以上説明した様に本発明は、簡単な構造とプロセスと材料を用いて、微小発電機を作製できる。 For example, the thickness of the substrate 2131 is about 0.1 mm to 2 mm, the depth of the recess 2132 is about 0.01 mm to 1.5 mm, the depth of the in-polymer recess 2134 is about 0.005 mm to 1.4 mm, and the thickness of the thin plate is Since it is about 0.05 mm to 2 mm, a very small generator (device) can be produced. Further, if the substrate 2131 is a semiconductor substrate such as silicon, it can be mounted on a chip together with an IC and a transistor, and the IC and the transistor can be moved without supplying electricity, so that a very small mounting component can be manufactured. For example, when applied to a cardiac pacemaker, the pacemaker can be moved while generating power by vibrations of the heart, blood, and other organs, so that a patient can be realized without burden. In the present invention, a vibration wave can also be created (with the reverse operation of the microphone), so that the functions as a pacemaker can be integrated into one chip, and an extremely small (for example, 1 mm or less) pacemaker can be realized. It becomes possible. As described above, the present invention can produce a micro-generator using a simple structure, process and material.

本発明の実施形態の説明において、説明をしなかったことで、他の部分で説明していることは、互いに矛盾しない限り他の部分でも適用できることは言うまでもない。 In the description of the embodiments of the present invention, it is needless to say that what has been described in other parts can be applied to other parts as long as they do not contradict each other.

本発明は、半導体圧力センサー、超小型圧力センサー、さらには加速度センサー、音響トランスデューサー、インクジェットデバイス、ポンプデバイス等各種センサーや各種デバイス、二次電池、燃料電池、電気二重層等の電池デバイス、微小発電機、さらにはそれらのセンサーやデバイスの小型化に利用できる。さらに発電素子にも適用できる。   The present invention relates to semiconductor pressure sensors, ultra-small pressure sensors, various sensors and devices such as acceleration sensors, acoustic transducers, ink jet devices, and pump devices, battery devices such as secondary batteries, fuel cells, and electric double layers, It can be used to reduce the size of generators and their sensors and devices. Furthermore, it can be applied to a power generation element.

11・・・半導体基板、12・・・絶縁膜、13・・・導電膜、14・・・キャップ、
15・・・気密空間、16、17、18、19、20・・・溝、
21、22、23、24・・・半導体基板、25・・・気密空間
2002・・・導電体基板、2004・・・第3基板、2006・・・第3基板、
2008・・・コンタクト孔、2009・・・導電体膜、2010・・・導電体膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Insulating film, 13 ... Conductive film, 14 ... Cap,
15 ... Airtight space, 16, 17, 18, 19, 20 ... groove,
21, 22, 23, 24 ... semiconductor substrate, 25 ... hermetic space 2002 ... conductor substrate, 2004 ... third substrate, 2006 ... third substrate,
2008 ... Contact hole, 2009 ... Conductor film, 2010 ... Conductor film

Claims (7)

圧電体基板の第1面(表面)から第2面(裏面)に向かい、基板面(第1面および第2面)に対して略垂直に形成された凹部または貫通孔を用いることを特徴とする微小発電機であって、隣接する凹部または貫通孔によって形成される基板側壁の両側面に形成した導電体膜・電極を2つの電極とし、隣接する前記凹部または貫通孔の少なくとも1つは前記基板の外側と開口部を通じて接続し、前記開口部から導入される振動波により、前記基板側壁が変形することによって基板側壁の両側面に発生する電荷を前記導電体膜・電極で集めて発電することを特徴とする微小発電機。
Using a recess or a through hole formed from the first surface (front surface) of the piezoelectric substrate to the second surface (back surface) and substantially perpendicular to the substrate surface (first surface and second surface). a small generator that, the adjacent concave portions or through holes of both sides two conductive film electrode formed on the substrate side walls formed by the electrodes, at least one adjacent the recess or through hole wherein Connected to the outside of the substrate through the opening, and the electric waves generated on both sides of the substrate sidewall due to the deformation of the substrate sidewall due to the vibration wave introduced from the opening are collected by the conductor film / electrode to generate electric power. A micro-generator characterized by that.
基板内に配置された凹部へ充填された圧電性ポリマー内に形成された凹部(ポリマー内凹部)を用いることを特徴とする微小発電機であって、隣接するポリマー内凹部によって形成されるポリマー基板側壁の両側面に形成した導電体膜・電極を2つの電極とし、隣接する前記ポリマー内凹部の少なくとも1つは基板の外側と開口部を通じて接続し、前記開口部から導入される振動波により、前記ポリマー基板側壁が変形することによって前記ポリマー基板側壁の両側面に発生する電荷を前記導電体膜・電極で集めて発電することを特徴とする微小発電機。A micro-generator using a recess (inner polymer recess) formed in a piezoelectric polymer filled in a recess disposed in a substrate, wherein the polymer substrate is formed by an adjacent in-polymer recess Conductor films / electrodes formed on both side surfaces of the side wall are two electrodes, and at least one of the adjacent concave portions in the polymer is connected to the outside of the substrate through the opening, and by the vibration wave introduced from the opening, A micro-generator that collects electric charges generated on both side surfaces of the polymer substrate side wall by deformation of the polymer substrate side wall by the conductive film / electrode to generate electric power.
基板内に配置された凹部へ充填されたポリマー内に形成された凹部(ポリマー内凹部)を用いることを特徴とする微小発電機であって、隣接するポリマー内凹部によって形成されるポリマー基板側壁の両側面に第1導電体膜、その上に圧電体膜、その上に第2導電体膜を形成し、隣接する前記ポリマー内凹部の少なくとも1つは基板の外側と開口部を通じて接続し、前記開口部から導入される振動波により、前記ポリマー基板側壁が変形することによって前記圧電体膜の両面に発生する電荷を第1導電体膜および/または第2導電体膜で集めて発電することを特徴とする微小発電機。A micro-generator using a recess (intra-polymer recess) formed in a polymer filled in a recess disposed in a substrate, wherein the side wall of the polymer substrate formed by the adjacent in-polymer recess is formed. Forming a first conductive film on both side surfaces, a piezoelectric film on the first conductive film, and a second conductive film on the first conductive film, and connecting at least one of the adjacent recesses in the polymer to the outside of the substrate through an opening; Electric charges generated on both surfaces of the piezoelectric film due to deformation of the polymer substrate side wall by the vibration wave introduced from the opening are collected by the first conductor film and / or the second conductor film to generate electric power. A featured micro-generator.
半導体基板内に形成された凹部へ充填されたポリマー内に形成された凹部(ポリマー内凹部)を用いることを特徴とする電気二重層キャパシタであって、前記ポリマー内凹部の対向する2つの側面に配置された導電体膜を電極(対向電極)とし、前記対向電極間の前記ポリマー内凹部内に電解質を有することを特徴とする電気二重層キャパシタ。An electric double layer capacitor using recesses (polymer recesses) formed in a polymer filled in recesses formed in a semiconductor substrate, on two opposing side surfaces of the polymer recesses An electric double layer capacitor comprising: a conductive film disposed as an electrode (counter electrode); and an electrolyte in the recess in the polymer between the counter electrodes.
半導体基板内には前記二重層キャパシタで発生した電荷を用いて駆動する集積回路(IC)を備えたことを特徴とする、請求項4に記載の電気二重層キャパシタ。5. The electric double layer capacitor according to claim 4, further comprising an integrated circuit (IC) that is driven by using electric charges generated by the double layer capacitor in a semiconductor substrate.
基板の第1面(表面)から第2面(裏面)に向かい、基板面(第1面および第2面)に対して略垂直に形成された凹部または貫通孔を用いることを特徴とする静電容量型音響トランスデューサーであって、隣接する凹部または貫通孔(第1凹部または第1貫通孔、および第2凹部または第2貫通孔)の間に基板側壁を有し、前記隣接する凹部または貫通孔のうちの1つ(第1凹部または第1貫通孔)は基板の外側と開口部を通じて接続し、Using a recess or a through-hole formed from the first surface (front surface) to the second surface (back surface) of the substrate and substantially perpendicular to the substrate surfaces (first surface and second surface). A capacitive acoustic transducer having a substrate side wall between adjacent recesses or through-holes (first recess or first through-hole and second recess or second through-hole), the adjacent recess or One of the through holes (first recess or first through hole) is connected to the outside of the substrate through the opening,
前記開口部から導入される振動波(音波)により、前記基板側壁が変形して、前記隣接する凹部または貫通孔のうちの他方(第2凹部または第2貫通孔)の静電容量が変化することを用いた静電容量型音響トランスデューサー。The substrate side wall is deformed by the vibration wave (sound wave) introduced from the opening, and the capacitance of the other of the adjacent recesses or through holes (second recess or second through hole) changes. Capacitive acoustic transducer using this.
半導体基板内に配置された凹部へ充填されたポリマー内に形成された凹部(ポリマー内凹部)を用いることを特徴とする音響トランスデューサーであって、隣接するポリマー内凹部(ポリマー内第1凹部およびポリマー内第2凹部)の間にポリマー内基板側壁を有し、前記隣接するポリマー内凹部のうちの1つ(ポリマー内第1凹部)は基板の外側とポリマー内第1凹部の開口部を通じて接続し、An acoustic transducer using a recess (polymer recess) formed in a polymer filled in a recess disposed in a semiconductor substrate, wherein the acoustic transducer has an adjacent polymer recess (polymer first recess and polymer recess). A polymer inner substrate sidewall between the second polymer inner recesses, and one of the adjacent polymer inner recesses (the first polymer inner recess) is connected to the outside of the substrate through the opening of the first polymer inner recess. And
前記ポリマー内第1凹部の開口部から導入される振動波(音波)により、前記ポリマー内基板側壁が変形して、前記隣接するポリマー内凹部のうちの他方(ポリマー内第2凹部)の静電容量が変化することを用いた音響トランスデューサー。The side wall of the inner substrate of the polymer is deformed by the vibration wave (sound wave) introduced from the opening of the first concave portion in the polymer, and the other of the adjacent concave portions in the polymer (second concave portion in the polymer) is electrostatic. An acoustic transducer using changing capacity.
JP2013157230A 2013-07-30 2013-07-30 Semiconductor sensor device and manufacturing method thereof Active JP6432722B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013157230A JP6432722B2 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Semiconductor sensor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013157230A JP6432722B2 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Semiconductor sensor device and manufacturing method thereof

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2015028425A JP2015028425A (en) 2015-02-12
JP2015028425A5 JP2015028425A5 (en) 2016-09-29
JP6432722B2 true JP6432722B2 (en) 2018-12-05

Family

ID=52492198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013157230A Active JP6432722B2 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Semiconductor sensor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6432722B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7393155B2 (en) 2018-08-29 2023-12-06 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Sensor device and method of manufacturing the sensor device

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6665589B2 (en) * 2016-03-02 2020-03-13 オムロン株式会社 Pressure sensor chip and pressure sensor
JP6665588B2 (en) * 2016-03-02 2020-03-13 オムロン株式会社 Pressure sensor
PL3392633T3 (en) 2017-04-19 2020-06-01 Huba Control Ag Pressure transducer
JP7009857B2 (en) * 2017-09-13 2022-01-26 セイコーエプソン株式会社 Liquid injection head, liquid injection device, and piezoelectric device
CN117187746A (en) * 2017-11-14 2023-12-08 大日本印刷株式会社 Method for manufacturing metal plate and method for manufacturing vapor deposition mask
CN109026630B (en) * 2018-08-14 2024-01-26 青岛天工智造创新科技有限公司 Compression device and compression method thereof
CN112867913A (en) * 2018-10-10 2021-05-28 约阿内研究有限责任公司 Piezoelectric sensor
CN111627723B (en) * 2020-04-27 2021-08-17 清华大学 Self-sensing super capacitor with self-matched impact amplitude and manufacturing method thereof
CN113211997B (en) * 2021-04-21 2022-04-08 四川天邑康和通信股份有限公司 Intelligent jet printing production process control method for double parallel butterfly-shaped lead-in optical cable
CN113406147B (en) * 2021-05-08 2022-11-29 中北大学 Hydrogen sensitive element and preparation method thereof
CN114279599A (en) * 2021-12-27 2022-04-05 北京京东方技术开发有限公司 Flexible pressure sensor, flexible pressure strain sensing assembly and pressure detection method
CN114551641B (en) * 2022-02-10 2023-09-12 中国科学院上海技术物理研究所 Thermal layer structure of focal plane detector for physically isolating coupling stress
CN117722486A (en) * 2024-02-07 2024-03-19 江苏凯同威工业装备科技有限公司 Torque transmission device of torque sensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008505434A (en) * 2004-04-27 2008-02-21 テル アビブ ユニバーシティ フューチャー テクノロジー ディベロップメント リミティド パートナーシップ 3-D micro battery based on interlaced micro container structure
FR2880197B1 (en) * 2004-12-23 2007-02-02 Commissariat Energie Atomique ELECTROLYTE STRUCTURE FOR MICROBATTERY
JP5181413B2 (en) * 2005-09-13 2013-04-10 日立電線株式会社 Electrode for electrochemical device, solid electrolyte / electrode assembly and method for producing the same
JP2008078119A (en) * 2006-08-25 2008-04-03 Ngk Insulators Ltd Totally solid storage element
JP5452898B2 (en) * 2008-08-20 2014-03-26 積水化学工業株式会社 Electrode device and manufacturing method thereof
EP2410649B1 (en) * 2009-03-18 2017-05-17 Fujitsu Limited Piezoelectric power generating device
JP5572974B2 (en) * 2009-03-24 2014-08-20 セイコーエプソン株式会社 Manufacturing method of solid secondary battery
US8912522B2 (en) * 2009-08-26 2014-12-16 University Of Maryland Nanodevice arrays for electrical energy storage, capture and management and method for their formation
JP2011004598A (en) * 2010-09-03 2011-01-06 Seiko Epson Corp Piezoelectric generator and electronic apparatus using piezoelectric generator
JP2012104691A (en) * 2010-11-11 2012-05-31 Nec Corp Vibration power generating device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7393155B2 (en) 2018-08-29 2023-12-06 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Sensor device and method of manufacturing the sensor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015028425A (en) 2015-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6432722B2 (en) Semiconductor sensor device and manufacturing method thereof
JP6393930B2 (en) Semiconductor sensor device and manufacturing method thereof
US10107830B2 (en) Method of forming capacitive MEMS sensor devices
US8593036B2 (en) High-efficiency MEMS micro-vibrational energy harvester and process for manufacturing same
CN102015127B (en) Methods of manufacturing capacitive electromechanical transducer and capacitive electromechanical transducers
US8211751B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8199963B2 (en) Microphone arrangement and method for production thereof
CN103379392B (en) Condenser type sonac chip and preparation method thereof
CN110798788B (en) MEMS structure and forming method thereof
JP2011152010A (en) Power generation device
KR20160130381A (en) Symmetric dual piezoelectric stack microelectromechanical piezoelectric devices
JP6286636B2 (en) Sensor device and manufacturing method thereof
US20130020910A1 (en) Vibration power generation device and method of making the same
JP2018124275A (en) Semiconductor sensor-device and method of manufacturing the same
US9917243B2 (en) Method of fabricating piezoelectric MEMS devices
JP4567643B2 (en) Capacitor and manufacturing method thereof
JP6708597B2 (en) Sensor device and manufacturing method thereof
JP2020171007A (en) Sensor device and manufacturing method therefor
CN208429862U (en) MEMS structure, MEMS component
CN110460942B (en) MEMS structure and manufacturing method thereof
CN210609703U (en) MEMS structure
JP4601528B2 (en) Manufacturing method of micromachining switch using pull-up type contact pad
CN108408683A (en) A kind of manufacturing method of semiconductor devices

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160729

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160729

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171003

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20171201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180219

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180611

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: 20180807

R155 Notification before disposition of declining of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R155

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181023

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6432722

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250