JP2010238921A - Mems sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン基板を微細加工して形成されたＭＥＭＳセンサに関する。 The present invention relates to a MEMS sensor formed by finely processing a silicon substrate.
ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）センサは、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を構成するＳＯＩ層を微細加工することで、可動電極部と固定電極部が形成される。この微細なセンサは、可動電極部の動作により、加速度センサ、圧力センサ、振動型ジャイロ、またはマイクロリレーなどとして使用される。 In a MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) sensor, for example, a movable electrode portion and a fixed electrode portion are formed by finely processing an SOI layer constituting an SOI (Silicon on Insulator) substrate. This fine sensor is used as an acceleration sensor, a pressure sensor, a vibration gyro, a micro relay, or the like depending on the operation of the movable electrode portion.
ところで下記の特許文献にはセンサ部材にキャップ部材を接合して成るＭＥＭＳセンサの構造が開示されている。 Incidentally, the following patent document discloses a structure of a MEMS sensor formed by joining a cap member to a sensor member.
しかしながら、センサ部材とキャップ部材との材料構成が異なることで、センサ部材とキャップ部材間に熱膨張差等に起因する応力が作用し、基板の反りや破損、検出制度の低下の問題が生じた。 However, due to the difference in material configuration between the sensor member and the cap member, stress caused by a difference in thermal expansion acts between the sensor member and the cap member, causing problems of warping or breakage of the substrate, and a deterioration of the detection system. .
またセンサ部材からの配線を外部に引き出す際、センサ部材側に配線構造を設けると、構造が複雑化し、また微細加工が施されたセンサ部材側では配線を自由に引き回すことが難しかった。 Further, when a wiring structure is provided on the sensor member side when the wiring from the sensor member is drawn to the outside, the structure becomes complicated, and it is difficult to freely route the wiring on the sensor member side that has been finely processed.
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、センサ部材とキャップ部材間の応力を効果的に緩和できるＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and in particular, an object of the present invention is to provide a MEMS sensor that can effectively relieve stress between the sensor member and the cap member.
本発明におけるＭＥＭＳセンサは、センサ部材とキャップ部材とが接合層を介して接合されており、
前記センサ部材は、前記接合層側からセンサ領域を備える第１シリコン部材、第１酸化絶縁層及び第２シリコン部材の順に積層されており、
前記キャップ部材は、前記接合層側から第３シリコン部材、第２酸化絶縁層及び第４シリコン部材の順に積層されていることを特徴とするものである。
In the MEMS sensor of the present invention, the sensor member and the cap member are bonded via a bonding layer,
The sensor member is laminated in the order of a first silicon member, a first oxide insulating layer, and a second silicon member having a sensor region from the bonding layer side,
The cap member is formed by laminating a third silicon member, a second oxide insulating layer, and a fourth silicon member in this order from the bonding layer side.
本発明によれば、センサ部材及びキャップ部材を共にシリコン部材／酸化絶縁層／シリコン部材の積層構造としているので、センサ部材とキャップ部材間に作用する応力を効果的に緩和できる。 According to the present invention, since both the sensor member and the cap member have a laminated structure of silicon member / oxide insulating layer / silicon member, the stress acting between the sensor member and the cap member can be effectively relieved.
本発明では、前記酸化絶縁層は熱酸化によるシリコン酸化層であることが好ましい。
例えば、ＳｉＯ2層をＣＶＤ法等でシリコン部材表面に成膜すると成膜応力が非常に大きくなるのに対して熱酸化によりシリコン酸化層を形成することでシリコン部材に作用する応力をより効果的に低減でき、センサ部材とキャップ部材間に作用する応力をより効果的に緩和できる。
In the present invention, the oxide insulating layer is preferably a silicon oxide layer formed by thermal oxidation.
For example, when a SiO 2 layer is formed on the surface of a silicon member by the CVD method or the like, the film formation stress becomes very large, whereas the stress acting on the silicon member is more effectively formed by forming a silicon oxide layer by thermal oxidation The stress acting between the sensor member and the cap member can be alleviated more effectively.
また本発明では、前記第３シリコン部材には前記センサ領域と高さ方向にて対向する位置に凹状のキャビティ部が形成されていることが好ましい。このように本発明ではセンサ部材側でなくキャップ部材の第３シリコン部材を加工することでキャビティ部を簡単且つ適切に形成することができる。 In the present invention, it is preferable that a concave cavity portion is formed in the third silicon member at a position facing the sensor region in the height direction. As described above, in the present invention, the cavity portion can be easily and appropriately formed by processing the third silicon member of the cap member instead of the sensor member side.
また本発明では、前記第３シリコン部材には前記接合層を介して前記センサ領域と電気的に接続され、前記第２酸化絶縁層の表面に延出するシリコン配線部が形成されていることが好ましい。このように本発明ではキャップ部材の第３シリコン部材を加工することでシリコン配線部を簡単且つ適切に形成することができる。 In the present invention, the third silicon member may be formed with a silicon wiring portion that is electrically connected to the sensor region via the bonding layer and extends to the surface of the second oxide insulating layer. preferable. As described above, in the present invention, the silicon wiring portion can be easily and appropriately formed by processing the third silicon member of the cap member.
また本発明では、前記接合層には、前記センサ領域と電気的に接続される電気接合層と、前記センサ領域の周囲を囲む封止接合層とが設けられ、
前記第３シリコン部材には、前記電気接合層と前記第２酸化絶縁層との間に位置するシリコン接続部と、前記封止接合層と前記第２酸化絶縁層との間に位置し、前記シリコン接続部と同じ高さで形成されるシリコン封止部が設けられており、
金属配線層が、前記第２酸化絶縁層の表面に形成された凹部内に埋め込まれ、平面視にて、前記金属配線層は前記センサ領域側から前記シリコン封止部に交差して外部にまで延びており、前記金属配線層の一方の端部が前記センサ領域側にて前記第２酸化絶縁層の表面から露出し、前記金属配線層の他方の端部が前記外部にて前記第２酸化絶縁層の表面から露出しており、前記金属配線層の一方の端部は、前記シリコン接続部と電気的に接続されている構造にできる。
In the present invention, the bonding layer is provided with an electric bonding layer electrically connected to the sensor region and a sealing bonding layer surrounding the sensor region,
The third silicon member is located between the electrical junction layer and the second oxide insulating layer, between the silicon connection portion, between the sealing junction layer and the second oxide insulating layer, A silicon sealing part formed at the same height as the silicon connection part is provided,
A metal wiring layer is embedded in a recess formed on the surface of the second oxide insulating layer, and the metal wiring layer crosses the silicon sealing portion from the sensor region side to the outside in a plan view. One end of the metal wiring layer is exposed from the surface of the second oxide insulating layer on the sensor region side, and the other end of the metal wiring layer is exposed to the second oxidation on the outside. The structure is exposed from the surface of the insulating layer, and one end of the metal wiring layer is electrically connected to the silicon connection portion.
上記構成により、キャップ部材に、センサ部材に対する封止の役割と配線構造を備えることができる。そして、センサ部材とキャップ部材とを接合層を介して接合することで、センサ部材に対する封止と同時に、センサ領域からの配線をキャップ部材側を通して外部にまで引き出した構造にできる。 With the above configuration, the cap member can be provided with a sealing role and a wiring structure for the sensor member. Then, by joining the sensor member and the cap member via the joining layer, it is possible to make a structure in which the wiring from the sensor region is drawn to the outside through the cap member side simultaneously with the sealing of the sensor member.
上記において、前記第３シリコン部材には、前記シリコン接続部と一体であって前記シリコン接続部よりも薄い膜厚で形成されたシリコン配線部が前記第２酸化絶縁層の表面に延出して形成されており、
前記金属配線層の一方の端部は前記シリコン配線部に接続される構造にできる。
In the above, the third silicon member is formed with a silicon wiring portion formed integrally with the silicon connection portion and having a thickness smaller than that of the silicon connection portion, extending to the surface of the second oxide insulating layer. Has been
One end portion of the metal wiring layer may be connected to the silicon wiring portion.
あるいは本発明では、前記接合層には、前記センサ領域と電気的に接続される電気接合層と、前記センサ領域の周囲を囲む封止接合層とが設けられ、
前記第３シリコン部材には、前記シリコン配線部と、前記シリコン配線部と一体に形成され前記シリコン配線部より厚膜で形成された前記電気接合層と前記第２酸化絶縁層との間に位置するシリコン接続部とが設けられ、
平面視にて前記シリコン配線部は、前記センサ領域側から前記封止接合層に交差して外部にまで延出しており、
前記配線延出部と前記封止接合層との間、及び、前記第２酸化絶縁層と前記封止接合層との間には、前記シリコン接続部と同一高さで形成された第３絶縁層が設けられている構造にできる。
Alternatively, in the present invention, the bonding layer is provided with an electric bonding layer electrically connected to the sensor region and a sealing bonding layer surrounding the sensor region,
The third silicon member is positioned between the silicon wiring portion and the electrical junction layer formed integrally with the silicon wiring portion and having a thicker film than the silicon wiring portion and the second oxide insulating layer. And a silicon connection to be provided,
In plan view, the silicon wiring portion extends from the sensor region side to the outside across the sealing bonding layer,
Third insulation formed at the same height as the silicon connection portion between the wiring extension portion and the sealing bonding layer and between the second oxide insulating layer and the sealing bonding layer. A structure in which a layer is provided can be formed.
上記構成により、キャップ部材に、センサ部材に対する封止の役割と配線構造を備えることができる。そして、センサ部材とキャップ部材とを接合層を介して接合することで、センサ部材に対する封止と同時に、センサ領域からの配線をキャップ部材側を通して外部にまで引き出した構造にできる。特にこの構造では先に挙げた構造の金属配線層の形成が必要なく、配線を全て第３シリコン部材から形成できる。 With the above configuration, the cap member can be provided with a sealing role and a wiring structure for the sensor member. Then, by joining the sensor member and the cap member via the joining layer, it is possible to make a structure in which the wiring from the sensor region is drawn to the outside through the cap member side simultaneously with the sealing of the sensor member. In particular, in this structure, it is not necessary to form the metal wiring layer having the structure described above, and all the wiring can be formed from the third silicon member.
上記において、前記第３絶縁層はガラスで形成されることが好ましい。これにより第３絶縁層の表面をシリコン接続部の表面と同一平面に形成しやすく、また、センサ部材とキャップ部材間に作用する応力を抑制できる。 In the above, the third insulating layer is preferably formed of glass. Accordingly, the surface of the third insulating layer can be easily formed on the same plane as the surface of the silicon connection portion, and stress acting between the sensor member and the cap member can be suppressed.
また本発明では、前記封止接合層と前記第４シリコン部材間が貫通配線層により接続されていることが好ましい。これにより、第１シリコン部材と第４シリコン部材間を同電位にでき、寄生容量を低減でき、ノイズ等を抑制でき電気的安定性を向上させることができる。 Moreover, in this invention, it is preferable that the said sealing joining layer and the said 4th silicon member are connected by the penetration wiring layer. Thereby, between the 1st silicon member and the 4th silicon member can be made into the same electric potential, a parasitic capacitance can be reduced, noise etc. can be controlled and electrical stability can be improved.
また本発明では、前記第１シリコン部材と前記第３シリコン部材との最大厚さ寸法が略同一で、前記第１酸化絶縁層と前記第２酸化絶縁層との最大厚さ寸法が略同一で、前記第２シリコン部材と前記第４シリコン部材との最大厚さ寸法が略同一で形成されていることが、より効果的にセンサ部材とキャップ部材間の応力を低減できて好ましい。 In the present invention, the maximum thickness dimension of the first silicon member and the third silicon member is substantially the same, and the maximum thickness dimension of the first oxide insulating layer and the second oxide insulating layer is approximately the same. It is preferable that the maximum thickness dimensions of the second silicon member and the fourth silicon member are substantially the same because the stress between the sensor member and the cap member can be reduced more effectively.
本発明のＭＥＭＳセンサによれば、センサ部材とキャップ部材間に作用する応力を効果的に緩和できる。 According to the MEMS sensor of the present invention, the stress acting between the sensor member and the cap member can be effectively relaxed.
図１は本実施の形態のＭＥＭＳセンサを示すものであり、可動電極部と固定電極部および枠体層を示す平面図である。図１では第２シリコン部材（支持基板）及びキャップ部材の図示は省略している。図２は、ＭＥＭＳセンサの全体構造を示す断面図であり、図１をＡ−Ａ線で切断し矢印方向から見た縦断面図に相当している。図３は、第２実施形態のＭＥＭＳセンサの縦断面図、図４は第３実施形態のＭＥＭＳセンサの縦断面図である。 FIG. 1 shows a MEMS sensor according to the present embodiment, and is a plan view showing a movable electrode portion, a fixed electrode portion, and a frame layer. In FIG. 1, the second silicon member (support substrate) and the cap member are not shown. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the entire structure of the MEMS sensor, and corresponds to a vertical cross-sectional view of FIG. 1 taken along the line AA and viewed from the arrow direction. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the MEMS sensor according to the second embodiment, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the MEMS sensor according to the third embodiment.
図２に示すように、ＭＥＭＳセンサは、センサ部材４とキャップ部材５と、センサ部材４とキャップ部材５との間を接合する接合層６とを有して構成される。
As shown in FIG. 2, the MEMS sensor includes a
図２に示すようにセンサ部材４は、第１シリコン部材（ＳＯＩ層）１と、第２シリコン部材（支持基板）２の間に第１酸化絶縁層３を介して接合された構成される。
As shown in FIG. 2, the
例えば、センサ部材４は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を微細加工して形成されたものである。
For example, the
図１に示すように、第１シリコン部材１には、第１の固定電極部１１、第２の固定電極部１３、可動電極部１５および枠体層２５が分離して形成されている。また第１酸化絶縁層３は互いに分離して形成されている。
As shown in FIG. 1, a first fixed
図１に示すように、第１の固定電極部１１では、四角形の支持導通部（アンカ部）１２が一体に形成されている。図２に示すように、支持導通部１２は第１酸化絶縁層３によって第２シリコン部材２の表面に固定されている。
As shown in FIG. 1, in the first
図１に示すように、第１の固定電極部１１は、支持導通部１２から直線的に延びる電極支持部１１ａを有している。電極支持部１１ａの一方の側面には、複数の対向電極１１ｂが櫛歯状に形成されており、電極支持部１１ａの他方の側面には、複数の対向電極１１ｃが櫛歯状に形成されている。
As shown in FIG. 1, the first
図１に示すように、第２の固定電極部１３は、四角形の支持導通部（アンカ部）１４と、この支持導通部１４から直線的に延びる電極支持部１３ａを有している。電極支持部１３ａの一方の側面には、複数の対向電極１３ｂが櫛歯状に形成され、電極支持部１３ａの他方の側面には、電極支持部１３ａから複数の対向電極１３ｃが櫛歯状に形成されている。
As shown in FIG. 1, the second
第２の固定電極部１３も、支持導通部１４のみが第１酸化絶縁層３を介して第２シリコン部材２の表面に固定されている。
Also in the second
図１に示す第１シリコン部材１は、四角形の枠体層２５の内側がセンサ領域であり、センサ領域では、第１の固定電極部１１と第２の固定電極部１３を除く部分が可動電極部１５となっている。
The first silicon member 1 shown in FIG. 1 has a sensor region inside the rectangular
図１に示すように、可動電極部１５は、四角形の支持導通部（アンカ部）１７と、支持導通部１７と一体に形成された第１の支持腕部１６とを有している。また、可動電極部１５は、四角形の支持導通部（アンカ部）１９と、支持導通部１９と一体に形成された第２の支持腕部１８とを有している。
As shown in FIG. 1, the
第１の支持腕部１６と第２の支持腕部１８とで挟まれた領域で、且つ第１の固定電極部１１と第２の固定電極部１３を除く部分が、錘部２０となっている。錘部２０の一方の縁部は、弾性支持部２１を介して第１の支持腕部１６に支持されているとともに弾性支持部２３を介して第２の支持腕部１８に支持されている。また、錘部２０の他方の縁部は、弾性支持部２２を介して第１の支持腕部１６に支持されているとともに、弾性支持部２４を介して第２の支持腕部１８に支持されている。
The portion sandwiched between the first
図１に示すように、錘部２０から櫛歯状に複数の可動対向電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが形成されている。可動対向電極２０ｂは、第１の固定電極部１１の対向電極１１ｃと対向している。また、可動対向電極２０ａは、第１の固定電極部１１の対向電極１１ｂと対向している。また、可動対向電極２０ｄは、第２の固定電極部１３の対向電極１３ｃと対向している。また、可動対向電極２０ｃは、第２の固定電極部１３の対向電極１３ｂと対向している。
As shown in FIG. 1, a plurality of
図２に示すように、支持導通部１７と第２シリコン部材２の表面とが第１酸化絶縁層３を介して固定されている。支持導通部１９も同様である。
As shown in FIG. 2, the support
弾性支持部２１，２２，２３，２４は、薄い板バネ部でミアンダパターンとなるように形成されている。弾性支持部２１，２２，２３，２４が変形することで、錘部２０が移動可能となっている。
The
図１に示すように、枠体層２５は、例えば、第１シリコン部材１を四角い枠状に切り出すことで形成されている。この枠体層２５と第２シリコン部材２の表面との間には、第１酸化絶縁層３が形成されている。この第１酸化絶縁層３は、可動電極部１５のセンサ領域の外側の全周を囲むように設けられている。
As shown in FIG. 1, the
図２に示すように、キャップ部材５は、センサ部材４の第１シリコン部材（ＳＯＩ層）１側を向く第３シリコン部材７と、第２酸化絶縁層８を介して第３シリコン部材７と接合された第４シリコン部材９との積層構造で形成される。
As shown in FIG. 2, the
第２酸化絶縁層８は第４シリコン部材９の表面を熱酸化したことによるシリコン酸化層であることが好適である。
The second
第３シリコン部材７には、ちょうど支持導通部（アンカ部）１２，１４，１７，１９の真下の接合層（電気接合層）６ａと第２酸化絶縁層８間に位置するシリコン接続部７ａと、シリコン接続部７ａよりも薄い膜厚で形成され、第２酸化絶縁層８の表面に延出するシリコン配線部７ｂと、枠体層２５の真下の接合層（封止接合層）６ｂと第２酸化絶縁層８との間に位置するシリコン封止部７ｃとが設けられる。図２に示すように、シリコン接続部７ａとシリコン封止部７ｃとは同じ高さで形成される。
The
図２に示すように第３シリコン部材７には、センサ部材４に形成された第１の固定電極部１１、第２の固定電極部１３、及び可動電極部１５を備えるセンサ領域と高さ方向で対向する位置に凹形状のキャビティ部２７が形成されている。これにより、センサ領域の移動空間を確保することができる。なおキャビティ部２７の位置に露出する第２酸化絶縁層８、さらには第４シリコン部材９の一部も削られてキャビティ部２７の深さ寸法を更に深くすることもできる。
As shown in FIG. 2, the
図２に示す実施形態では、第２酸化絶縁層８の表面に形成された凹部８ａ内に金属配線層３９が埋め込まれている。なお金属配線層３９と第２酸化絶縁層８間の凹凸は後述の製造方法で示すように絶縁層５６により平坦化される。金属配線層３９は例えば、Ａｌ（アルミニウム）で形成される。金属配線層３９は、平面視にて（図１参照）、センサ領域側からシリコン封止部７ｃと交差して枠体層２５よりも外側の外部にまで延びている。図２に示すように、金属配線層３９の一方の端部３９ａはセンサ領域側にて第２酸化絶縁層８の表面から露出してシリコン配線部７ｂと接続されている。また、金属配線層３９の他方の端部３９ｂは外部にて第２酸化絶縁層８の表面から露出して外部接続パッド４０に接続されている。外部接続パッド４０は、導電性材料であるＡｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）などで形成されている。
In the embodiment shown in FIG. 2, the
接合層６は、センサ部材４側の第１接続金属層４１と、キャップ部材５側の第２接続金属層４２とが、共晶接合あるいは拡散接合されたものである。共晶接合の好ましい一例としては、Ａｌ（アルミニウム）−Ｇｅ（ゲルマニウム）である。接合層６の構成は上記以外であってもよい。
The
図１，図２に示す本実施形態のＭＥＭＳセンサは、センサ部材４とキャップ部材５とが接合層６を介して接合された構造である。そして、センサ部材４は、第１シリコン部材１と第２シリコン部材２とが第１酸化絶縁層３を介して接合された構造で、キャップ部材５も、第３シリコン部材７と第４シリコン部材９とが第２酸化絶縁層８を介して接合された構造である。このようにセンサ部材４とキャップ部材５とは同じ積層構造であるため、センサ部材４とキャップ部材５間に作用する熱膨張差等に起因する応力を効果的に緩和できる。
The MEMS sensor of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 has a structure in which a
また、第１シリコン部材１と第３シリコン部材７との最大厚さが略同一で、第１酸化絶縁層３と第２酸化絶縁層８との最大厚さが略同一で、また、第２シリコン部材２と第４シリコン部材９との最大厚さが略同一であると、応力緩和をより効果的に促進できる。第１シリコン部材１と第３シリコン部材７の最大膜さ寸法は、１０〜３０μｍ程度、各酸化絶縁層３，８の最大厚さ寸法は１〜３μｍ程度、第２シリコン部材２と第４シリコン部材９の厚さ寸法は０．２〜０．７ｍｍ程度である。
The maximum thicknesses of the first silicon member 1 and the
また図２に示す酸化絶縁層３，８をＣＶＤ法等でシリコン部材表面に成膜すると成膜応力が非常に大きくなるが、本実施形態では、酸化絶縁層３，８をシリコン部材を熱酸化して形成したことで、シリコン部材に作用する応力をより効果的に低減できる。したがって、センサ部材４とキャップ部材５間に作用する応力をより効果的に緩和できる。
Further, when the
また図２に示すように、キャップ部材５を構成する第３シリコン部材７を加工することでキャビティ部２７やシリコン配線部７ｂを簡単且つ適切に形成することができる。
As shown in FIG. 2, the
さらに、図２に示す実施形態では、キャップ部材５に配線構造を形成しており、キャップ部材５とセンサ部材４とを接合層６を介して接合することで、センサ部材４に対する封止と同時に、センサ領域からの配線をキャップ部材５側を通して外部にまで引き出した構造にできる。このように本実施形態では、センサ部材４側に配線を施すことが必要でなく、例えばセンサ部材４をＳＯＩ基板から微細加工して形成することが可能である。また図２に示す実施形態では、第３シリコン部材７と第４シリコン部材９間に介在する第２酸化絶縁層８を利用し、この第２酸化絶縁層８の内部に金属配線層３９を這わせている。そして、キャップ部材５のセンサ部材４との接合表面を高精度に同一面で形成できるため、良好な封止性と電気的安定性を保つことが出来る。また、キャップ部材５側に配線構造を設けることで配線構造の自由度を上げることができる。
Further, in the embodiment shown in FIG. 2, a wiring structure is formed on the
なお図２に示す実施形態では、第３シリコン部材７にシリコン接続部７ａと一体に形成された薄い膜厚のシリコン配線部７ｂが延出して形成されているが、シリコン配線部７ｂは形成されていなくてもよい。かかる場合、金属配線層３９はシリコン接続部７ａの真下まで延び、シリコン接続部７ａと直接、接続される。
In the embodiment shown in FIG. 2, a thin
また、第１シリコン部材１０及び第３シリコン部材７はいずれもＰやＢがドーピングされた低抵抗シリコンで形成されることがセンサ領域、及び配線構造を低抵抗で形成でき好適である。この実施形態において、「シリコン部材」とは純粋なＳｉのみを意味せず、不純物元素が添加されていてもよい。
Further, it is preferable that the
図３に示す第２実施形態のＭＥＭＳセンサは、キャップ部材５を構成する第３シリコン部材７に、各支持導通部（アンカ部）１２，１４，１７，１９の真下の接合層（電気接合層）６ａと第２酸化絶縁層８間に位置するシリコン接続部７ａと、シリコン接続部７ａよりも薄い膜厚で形成され、第２酸化絶縁層８の表面に延出するシリコン配線部７ｂとが設けられる。
In the MEMS sensor according to the second embodiment shown in FIG. 3, the
平面視にてシリコン配線部７ｂは、図２の金属配線層３９と同様に、センサ領域側から封止接合層６ｂと交差して外部にまで延出している。
In plan view, the
また図３に示すように、シリコン配線部７ｂと封止接合層６ｂとの間や、第２酸化絶縁層８と封止接合層６ｂとの間には、シリコン接続部７ａと同一高さで形成された第３絶縁層４４が形成されている。よってシリコン配線部７ｂは封止接合層６ｂとの間で絶縁が保たれている。
Further, as shown in FIG. 3, the gap between the
図３に示すように、外部に引き出されたシリコン配線部７ｂの先端には第３絶縁層４４の表面に露出する突出部７ｄが一体に形成されて外部接続パッド４０に接続されている。
As shown in FIG. 3, a protruding
図３に示す実施形態におけるＭＥＭＳセンサも図２に示すＭＥＭＳセンサと同様に、センサ部材４とキャップ部材５とは同じ積層構造であるため、センサ部材４とキャップ部材５間に作用する熱膨張差等に起因する応力を効果的に緩和できる。図３に示す実施形態では、図２に示す構成と違って第３絶縁層４４が設けられるが、第３絶縁層４４はガラスであることが好適である。これにより、第３絶縁層４４の高さ位置を第３シリコン部材７のシリコン接続部７ａと同一面に形成し易く、また、センサ部材４とキャップ部材５間に作用する応力を抑制できる。
3, the
また図３に示す実施形態では、図２に示す実施形態と同様に、キャップ部材５に配線構造を形成しており、キャップ部材５とセンサ部材４とを接合層６を介して接合することで、センサ部材４に対する封止と同時に、センサ領域からの配線をキャップ部材５側を通して外部にまで引き出した構造にできる。しかも図３に示す実施形態では図２のように金属配線層３９の形成が必要でなく、配線を全て第３シリコン部材７から形成することが可能である。
In the embodiment shown in FIG. 3, as in the embodiment shown in FIG. 2, a wiring structure is formed on the
図４に示す実施形態は図３に示す実施形態の一部を変更したものである。すなわち図４に示す実施形態では、封止接合層６ｂと第４シリコン部材９間が貫通配線層４６により接続される。これにより、第１シリコン部材１に形成された枠体層２５と第４シリコン部材９間を同電位にできる。また、図４の点線で示す貫通配線層４７により第２シリコン部材２と枠体層２５とを接続することで、第２シリコン部材２、枠体層２５及び第４シリコン部材９を同電位にすることが出来る。これにより、寄生容量を低減でき、ノイズ等を抑制でき電気的安定性を向上させることができる。
The embodiment shown in FIG. 4 is obtained by changing a part of the embodiment shown in FIG. That is, in the embodiment shown in FIG. 4, the sealing
このＭＥＭＳセンサは、加速度を検知する加速度センサとして使用することができる。ＭＥＭＳセンサに加速度が作用すると、図１に示す可動対向電極と固定側の対向電極との対向距離が変化することで静電容量が変化する。この静電容量の変化を電気回路で検出し、加速度の変化や加速度の大きさを検知することができる。 This MEMS sensor can be used as an acceleration sensor for detecting acceleration. When acceleration acts on the MEMS sensor, the capacitance changes due to a change in the facing distance between the movable counter electrode and the fixed counter electrode shown in FIG. The change in capacitance can be detected by an electric circuit, and the change in acceleration and the magnitude of acceleration can be detected.
また図５に示すように、Ｘ方向加速度センサ部５０、Ｙ方向加速度センサ部５１及びＺ方向加速度センサ部５２が一方向に並べられたＭＥＭＳセンサとすることもできる。なお、各センサ部は、図２ないし図４に示す構造で形成される。
Further, as shown in FIG. 5, a MEMS sensor in which an X-direction
続いて、図２に示す第１実施形態のＭＥＭＳセンサの製造方法について説明する。まずセンサ部材４については、ＳＯＩ基板を使用し、ＳＯＩ層（第１シリコン部材）の表面に、第１の固定電極部１１、第２の固定電極部１３、可動電極部１５および枠体層２５を深堀ＲＩＥなどのイオンエッチング手段で形成する。さらに不要な第１酸化絶縁層３を等方性エッチングにより除去する。また第１シリコン部材１の所定位置に第１接続金属層４１を形成する。
Then, the manufacturing method of the MEMS sensor of 1st Embodiment shown in FIG. 2 is demonstrated. First, for the
次にキャップ部材５の製造方法を説明する。
図６に示す工程では、基板状の第４シリコン部材９の表面９ａを熱酸化してシリコン酸化層よりなる第２酸化絶縁層８を形成する。
Next, a method for manufacturing the
In the step shown in FIG. 6, the
次に図７（図６の一部を拡大した図。図８、図９についても同様）に示す工程では、第２酸化絶縁層８の表面に有底の凹部８ａを形成する。凹部８ａを、金属配線層３９の形成位置に形成する。
Next, in the step shown in FIG. 7 (a partially enlarged view of FIG. 6; the same applies to FIGS. 8 and 9), a bottomed
次に図８に示す工程では、第２酸化絶縁層８の表面８ｂから凹部８ａ内にかけて例えばスパッタ法により金属配線層３９を形成する。さらに金属配線層３９上に例えばＳｉＯ2の絶縁層５６をスパッタ法等で形成する。そして、図８に示す一点鎖線Ｂ−Ｂの位置まで例えばＣＭＰ技術を用いて研磨し、図９に示すように、平坦化面を形成する。図９に示すように、金属配線層３９の両端は、第２酸化絶縁層８の表面８ｂから露出している。
Next, in the step shown in FIG. 8, a
次に図１０に示す工程では、第２酸化絶縁層８の平坦な表面８ｂに基板状の第３シリコン部材７を接合し、続いて、第３シリコン部材７の表面の所定位置に第２接続金属層４２を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 10, the substrate-like
次に図１１に示す工程では、第３シリコン部材７を深堀ＲＩＥ等で加工する。図１１に示すように第３シリコン部材７に、シリコン接続部７ａ、シリコン接続部７ａと一体に形成されシリコン接続部７ａより薄い膜厚のシリコン配線部７ｂ、及びシリコン封止部７ｃを夫々形成する。これにより、第３シリコン部材７にはセンサ部材４と接合したときに、センサ領域と対向する領域に凹状のキャビティ部２７が形成される。なお、このときの深堀ＲＩＥは選択性があり、第３シリコン部材７のみを削り取るので、キャビティ部２７の底面に現れる第２酸化絶縁層８はほとんど削られることなくそのまま残される。
Next, in the step shown in FIG. 11, the
そして、センサ部材４の第１接続金属層４１とキャップ部材５の第２接続金属層４２とを熱を加えて共晶接合あるいは拡散接合する。その後、不要部分を除去する等の工程を施す。
Then, the first
次に図３に示す第２実施形態のキャップ部材５の製造方法を説明する。
図１２に示す工程では例えば、第３シリコン部材７、第２酸化絶縁層８及び第４シリコン部材９が積層されたＳＯＩ基板を用意する。
Next, the manufacturing method of the
In the step shown in FIG. 12, for example, an SOI substrate in which the
次に図１３に示す工程では、第３シリコン部材７を深堀ＲＩＥ等で加工して、シリコン接続部７ａ、シリコン接続部７ａと一体に形成されたシリコン接続部７ａよりも薄い膜厚のシリコン配線部７ｂ、シリコン配線部７ｂのシリコン接続部７ａとは反対側の端部に形成されたシリコン接続部７ａと同高さの突出部７ｄ、及びシリコン接続部７ａ、突出部７ｄと同高さの外壁部７ｅを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 13, the
次に図１４に示す工程では、ガラスから成る第３絶縁層４４を露出する第２酸化絶縁層８上や第３シリコン部材７上に熱プレスにより埋め込む。
Next, in the step shown in FIG. 14, the third insulating
さらに図１５に示す工程では、研磨処理により、第３絶縁層４４の表面と第３シリコン部材７の表面を同一平坦面に形成する。図１５に示す工程では、シリコン接続部７ａ上や、第３絶縁層４４上の所定位置に第２接続金属層４２を形成し、さらに、シリコン配線部７ｂに接続される突出部７ｄの露出表面に外部接続パッド４０を形成する。
Further, in the step shown in FIG. 15, the surface of the third insulating
次に図１６に示す工程では、ガラスで形成された第３絶縁層４４の表面に凹部を形成してキャビティ部２７を形成する。なおこのキャビティ部２７は図１３工程で第３シリコン部材７に形成された凹部の位置に形成される。
Next, in the step shown in FIG. 16, a
そして、センサ部材４の第１接続金属層４１とキャップ部材５の第２接続金属層４２とを熱を加えて共晶接合あるいは拡散接合する。その後、不要部分を除去する等の工程を施す。
Then, the first
次に図４に示す第３実施形態のキャップ部材５の製造方法を説明する。
なお図４に示すキャップ部材５の製造方法は、図１５の工程にて、第３絶縁層４４、第３シリコン部材７の表面を同一の平坦化面に研磨処理するまで同じである。
Next, the manufacturing method of the
The manufacturing method of the
続いて、図１７に示すように、第３絶縁層４４に第４シリコン部材９にまで通じる貫通孔５７を形成し、この貫通孔５７内に貫通配線層４６を形成する。その後、図１７に示すように所定位置に第２接続金属層４２及び外部接続パッド４０を形成する。その後の工程は、図１６と同様である。
Subsequently, as shown in FIG. 17, a through
１ 第１シリコン部材
２ 第２シリコン部材
３ 第１酸化絶縁層
４ センサ部材
５ キャップ部材
６ 接合層
６ａ 電気接合層
６ｂ 封止接合層
７ 第３シリコン部材
７ａ シリコン接続部
７ｂ シリコン配線部
７ｃ シリコン封止部
８ 第２酸化絶縁層
９ 第４シリコン部材
２５ 枠体層
２７ キャビティ部
３９ 金属配線層
４０ 外部接続パッド
４１ 第１接続金属層
４２ 第２接続金属層
４４ 第３絶縁層
４６、４７ 貫通配線層
５６ 絶縁層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
前記センサ部材は、前記接合層側からセンサ領域を備える第１シリコン部材、第１酸化絶縁層及び第２シリコン部材の順に積層されており、
前記キャップ部材は、前記接合層側から第３シリコン部材、第２酸化絶縁層及び第４シリコン部材の順に積層されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。 The sensor member and the cap member are bonded via the bonding layer,
The sensor member is laminated in the order of a first silicon member, a first oxide insulating layer, and a second silicon member having a sensor region from the bonding layer side,
3. The MEMS sensor according to claim 1, wherein the cap member is laminated in order of a third silicon member, a second oxide insulating layer, and a fourth silicon member from the bonding layer side.
前記第３シリコン部材には、前記電気接合層と前記第２酸化絶縁層との間に位置するシリコン接続部と、前記封止接合層と前記第２酸化絶縁層との間に位置し、前記シリコン接続部と同じ高さで形成されるシリコン封止部が設けられており、
金属配線層が、前記第２酸化絶縁層の表面に形成された凹部に埋め込まれ、平面視にて、前記金属配線層は前記センサ領域側から前記シリコン封止部に交差して外部にまで延びており、前記金属配線層の一方の端部が前記センサ領域側にて前記第２酸化絶縁層の表面から露出し、前記金属配線層の他方の端部が前記外部にて前記第２酸化絶縁層の表面から露出しており、前記金属配線層の一方の端部は、前記シリコン接続部と電気的に接続されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。 The bonding layer is provided with an electric bonding layer electrically connected to the sensor region, and a sealing bonding layer surrounding the sensor region,
The third silicon member is located between the electrical junction layer and the second oxide insulating layer, between the silicon connection portion, between the sealing junction layer and the second oxide insulating layer, A silicon sealing part formed at the same height as the silicon connection part is provided,
A metal wiring layer is embedded in a recess formed on the surface of the second oxide insulating layer, and the metal wiring layer extends from the sensor region side to the outside by crossing the silicon sealing portion in plan view. One end portion of the metal wiring layer is exposed from the surface of the second oxide insulating layer on the sensor region side, and the other end portion of the metal wiring layer is exposed to the second oxide insulating layer on the outside. 4. The MEMS sensor according to claim 1, wherein the MEMS sensor is exposed from a surface of the layer, and one end portion of the metal wiring layer is electrically connected to the silicon connection portion. 5.
前記金属配線層の一方の端部は前記シリコン配線部に接続される請求項５記載のＭＥＭＳセンサ。 The third silicon member is formed with a silicon wiring portion that is integral with the silicon connection portion and formed with a thickness smaller than that of the silicon connection portion, extending to the surface of the second oxide insulating layer. ,
The MEMS sensor according to claim 5, wherein one end portion of the metal wiring layer is connected to the silicon wiring portion.
前記第３シリコン部材には、前記シリコン配線部と、前記シリコン配線部と一体に形成され前記シリコン配線部より厚膜で形成された前記電気接合層と前記第２酸化絶縁層との間に位置するシリコン接続部とが設けられ、
平面視にて前記シリコン配線部は、前記センサ領域側から前記封止接合層に交差して外部にまで延出しており、
前記配線延出部と前記封止接合層との間、及び、前記第２酸化絶縁層と前記封止接合層との間には、前記シリコン接続部と同一高さで形成された第３絶縁層が設けられている請求項４記載のＭＥＭＳセンサ。 The bonding layer is provided with an electric bonding layer electrically connected to the sensor region, and a sealing bonding layer surrounding the sensor region,
The third silicon member is positioned between the silicon wiring portion and the electrical junction layer formed integrally with the silicon wiring portion and having a thicker film than the silicon wiring portion and the second oxide insulating layer. And a silicon connection to be provided,
In plan view, the silicon wiring portion extends from the sensor region side to the outside across the sealing bonding layer,
Third insulation formed at the same height as the silicon connection portion between the wiring extension portion and the sealing bonding layer and between the second oxide insulating layer and the sealing bonding layer. The MEMS sensor according to claim 4, wherein a layer is provided.
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