JP4570993B2

JP4570993B2 - Acceleration sensor and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4570993B2
Application number: JP2005074519A
Authority: JP
Inventors: 克美橋本; 滋郎竹居
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: JP2006258528A

Description

本発明は、加速度を検出する加速度センサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an acceleration sensor for detecting acceleration and a method for manufacturing the same.

半導体からなるトランスデューサ構造体をガラス基板に接合して構成される加速度センサの技術が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００３−３２９７０２号公報、第００４２段落、および図９ A technique of an acceleration sensor configured by bonding a transducer structure made of a semiconductor to a glass substrate is disclosed (see Patent Document 1).
JP2003-329702, paragraph 0042, and FIG.

しかしながら、前記技術では加速度センサの小型化と生産容易性との両立が必ずしも容易ではない。即ち、トランスデューサ構造体をガラス基板に接合した状態で加速度センサを製造すると、ガラス基板の厚さから、加速度センサの厚さ方向の小型化が困難となる。一方、トランスデューサ構造体をガラス基板と接合しないで加速度センサを製造すると、製造中にトランスデューサ構造体が破壊される可能性が大きくなる。また、トランスデューサ構造体を大きくしてその取り扱いの容易化を図ると、加速度センサの小型化の要請に反することになる。
上記に鑑み、本発明は小型化と生産容易性の両立を図った加速度センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。 However, in the above technique, it is not always easy to make the acceleration sensor compact and easy to produce. That is, if the acceleration sensor is manufactured with the transducer structure bonded to the glass substrate, it is difficult to reduce the size of the acceleration sensor in the thickness direction due to the thickness of the glass substrate. On the other hand, if the acceleration sensor is manufactured without bonding the transducer structure to the glass substrate, the possibility that the transducer structure is destroyed during the manufacturing increases. Further, if the transducer structure is enlarged and easy to handle, it is against the demand for miniaturization of the acceleration sensor.
In view of the above, it is an object of the present invention to provide an acceleration sensor and a method for manufacturing the same that are both compact and easy to produce.

本発明に係る加速度センサは、開口を有する固定部と、この開口内に配置され、かつ前記固定部に対して変位する変位部と、前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と、を有し、かつ第１の半導体材料からなる第１の構造体と、前記変位部に接合される重量部と、前記重量部を囲んで配置され、かつ前記固定部に接合される台座と、を有し、前記第１の構造体に積層して配置され、かつ第２の半導体材料からなる第２の構造体と、前記台座に接続され、前記第２の構造体に積層して配置され、かつ金属材料からなる基体と、前記変位部の変位を検出する変位検出部と、を具備することを特徴とする。 The acceleration sensor according to the present invention includes a fixed portion having an opening, a displacement portion that is disposed in the opening and is displaced with respect to the fixed portion, a connection portion that connects the fixed portion and the displacement portion, And a first structure made of a first semiconductor material, a weight part joined to the displacement part, a pedestal arranged to surround the weight part and joined to the fixing part, A second structure made of a second semiconductor material and connected to the pedestal and stacked on the second structure. And a base made of a metal material, and a displacement detection unit for detecting the displacement of the displacement unit.

本発明によれば、小型化と生産容易性の両立を図った加速度センサおよびその製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the acceleration sensor which aimed at coexistence of size reduction and ease of production, and its manufacturing method can be provided.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る加速度センサ１００を表す斜視図である。また、図２は加速度センサ１００を分解した状態を表す分解斜視図である。図３、図４はそれぞれ、加速度センサ１００を図１のＡ１−Ａ２およびＢ１−Ｂ２に沿って切断した状態を表す一部断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an acceleration sensor 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state where the acceleration sensor 100 is disassembled. 3 and 4 are partial cross-sectional views showing a state in which the acceleration sensor 100 is cut along A1-A2 and B1-B2 in FIG.

加速度センサ１００は、互いに積層して配置される第１の構造体１１０，接合部１２０，第２の構造体１３０，接合部１４０、および基体１５０を有する。なお、図２では、見やすさのために、接合部１２０，１４０の記載を省略している。
第１の構造体１１０，接合部１２０，第２の構造体１３０，接合部１４０、基体１５０は、その外周が例えば、１ｍｍの辺の略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ、例えば、３〜１２μｍ、０．５〜３μｍ、６００〜７２５μｍ、０．１〜１μｍ、３０〜１５０μｍである。
第１の構造体１１０，接合部１２０，第２の構造体１３０はそれぞれ、シリコン、酸化シリコン、シリコンから構成可能であり、シリコン／酸化シリコン／シリコンの３層構造をなすＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて製造可能である。また、基体１５０は金属、例えば、ステンレス材料、インバーで構成できる。接合部１４０は、金属合金で構成できる。 The acceleration sensor 100 includes a first structure 110, a joint 120, a second structure 130, a joint 140, and a base body 150 that are stacked on each other. In FIG. 2, the description of the joints 120 and 140 is omitted for the sake of easy viewing.
The outer periphery of the first structure 110, the joint 120, the second structure 130, the joint 140, and the base body 150 is, for example, a substantially square shape with a side of 1 mm. They are 3-12 micrometers, 0.5-3 micrometers, 600-725 micrometers, 0.1-1 micrometers, and 30-150 micrometers.
Each of the first structure 110, the joint 120, and the second structure 130 can be made of silicon, silicon oxide, or silicon, and has an SOI (Silicon On Insulator) having a three-layer structure of silicon / silicon oxide / silicon. It can be manufactured using a substrate. The base 150 can be made of a metal such as a stainless material or invar. The joint 140 can be made of a metal alloy.

第１の構造体１１０は、外径が略正方形であり、固定部１１１，変位部１１２，接続部１１３（１１３a〜１１３ｄ）から構成される。第１の構造体１１０は、半導体材料の膜をエッチングして開口１１４ａ〜１１４ｄを形成することで、作成できる。 The first structure 110 has a substantially square outer diameter and includes a fixed portion 111, a displacement portion 112, and connection portions 113 (113a to 113d). The first structure 110 can be formed by etching the semiconductor material film to form the openings 114a to 114d.

固定部１１１は、外周、内周（開口）が共に略正方形の枠形状の基板である。
変位部１１２は、外周が略正方形の基板であり、固定部１１１の開口の中央近傍に配置される。
接続部１１３a〜１１３ｄは略長方形の基板であり、固定部１１１と変位部１１２とを４方向（Ｘ正方向、Ｘ負方向、Ｙ正方向、Ｙ負方向）で接続する。 The fixed portion 111 is a frame-shaped substrate whose outer periphery and inner periphery (opening) are both substantially square.
The displacement part 112 is a substrate having a substantially square outer periphery, and is disposed in the vicinity of the center of the opening of the fixed part 111.
The connection portions 113a to 113d are substantially rectangular substrates, and connect the fixed portion 111 and the displacement portion 112 in four directions (X positive direction, X negative direction, Y positive direction, and Y negative direction).

接続部１１３a〜１１３ｄは、撓みが可能な梁として機能する。接続部１１３a〜１１３ｄが撓むことで、変位部１１２が固定部１１１に対して変位可能である。具体的には、変位部１１２が固定部１１１に対して、Ｚ正方向、Ｚ負方向に直線的に変位する。また、変位部１１２は、固定部１１１に対してＸ軸およびＹ軸を回転軸とする正負の回転が可能である。即ち、ここでいう「変位」には、移動および回転（Ｚ軸方向での移動、Ｘ，Ｙ軸での回転）の双方を含めることができる。 The connecting portions 113a to 113d function as beams that can be bent. The displacement part 112 can be displaced with respect to the fixed part 111 by bending the connection parts 113a to 113d. Specifically, the displacement portion 112 is linearly displaced in the Z positive direction and the Z negative direction with respect to the fixed portion 111. Further, the displacement portion 112 can rotate positively and negatively with respect to the fixed portion 111 with the X axis and the Y axis as rotation axes. That is, the “displacement” mentioned here can include both movement and rotation (movement in the Z-axis direction, rotation in the X and Y axes).

変位部１１２の変位（移動および回転）を検知することで、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の加速度を測定することができる。
接続部１１３a〜１１３ｄ上に、１２個のピエゾ抵抗素子Ｒ（Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４）が配置されている。このピエゾ抵抗素子Ｒは、抵抗の変化として接続部１１３の撓み（あるいは、歪み）、ひいては変位部１１２の変位を検出するためのものである。なお、この詳細は後述する。 By detecting the displacement (movement and rotation) of the displacement part 112, it is possible to measure the acceleration in the X, Y, and Z directions.
Twelve piezoresistive elements R (Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4) are arranged on the connecting portions 113a to 113d. This piezoresistive element R is for detecting the bending (or distortion) of the connecting portion 113 as a change in resistance, and consequently the displacement of the displacing portion 112. Details of this will be described later.

第２の構造体１３０は、外径が略正方形であり、台座１３１および重量部１３２（１３２a〜１３２ｅ）から構成される。第２の構造体１３０は、半導体材料の基板をエッチングして開口１３３を形成することで、作成可能である。なお、台座１３１と，重量部１３２とは、互いに高さがほぼ等しく、また開口１３３によって分離され、相対的に移動可能である。 The second structure 130 has a substantially square outer diameter, and includes a pedestal 131 and weight parts 132 (132a to 132e). The second structure body 130 can be formed by etching the substrate of a semiconductor material to form the opening 133. The pedestal 131 and the weight portion 132 are substantially equal in height to each other, are separated by the opening 133, and are relatively movable.

台座１３１は、外周、内周（開口１３３）が共に略正方形の枠形状の基板である。台座１３１は固定部１１１と対応した形状を有し、接合部１４０によって固定部１１１に接続される。
重量部１３２は、質量を有し、加速度によって力を受ける重錘、あるいは作用体として機能する。即ち、加速度が印加されると、重量部１３２の重心に力が作用する。
重量部１３２は、略直方体形状の重量部１３２a〜１３３ｅに区分される。中心に配置された重量部１３２aに４方向から重量部１３２ｂ〜１３３ｅが接続され、全体として一体的に変位（移動、回転）が可能となっている。即ち、重量部１３２aは、重量部１３２ｂ〜１３３ｅを接続する接続部として機能する。 The pedestal 131 is a frame-shaped substrate whose outer periphery and inner periphery (opening 133) are both substantially square. The pedestal 131 has a shape corresponding to the fixed portion 111 and is connected to the fixed portion 111 by the joint portion 140.
The weight part 132 has a mass and functions as a weight that receives a force due to acceleration or an action body. That is, when acceleration is applied, a force acts on the center of gravity of the weight portion 132.
The weight part 132 is divided into substantially rectangular parallelepiped weight parts 132a to 133e. The weight parts 132b to 133e are connected to the weight part 132a disposed at the center from four directions, and can be displaced (moved or rotated) integrally as a whole. That is, the weight part 132a functions as a connection part for connecting the weight parts 132b to 133e.

重量部１３２ａは、変位部１１２と対応する略正方形の断面形状を有し、接合部１２０によって変位部１１２と接合される。この結果、重量部１３２に加わった加速度に応じて変位部１１２が変位し、その結果、加速度の測定が可能となる。 The weight part 132 a has a substantially square cross-sectional shape corresponding to the displacement part 112, and is joined to the displacement part 112 by the joining part 120. As a result, the displacement portion 112 is displaced according to the acceleration applied to the weight portion 132, and as a result, the acceleration can be measured.

重量部１３２ｂ〜１３３ｅはそれぞれ、第１の構造体１１０の開口１１４ａ〜１１４ｄに対応して配置される。重量部１３２が変位したときに重量部１３２ｂ〜１３３ｅが接続部１１３に接触しないようにするためである（重量部１３２ｂ〜１３３ｅが接続部１１３に接触すると、加速度の検出が阻害される）。 The weight parts 132b to 133e are arranged corresponding to the openings 114a to 114d of the first structure 110, respectively. This is to prevent the weight parts 132b to 133e from coming into contact with the connection part 113 when the weight part 132 is displaced (when the weight parts 132b to 133e come into contact with the connection part 113, detection of acceleration is hindered).

重量部１３２ａ〜１３３ｅによって、重量部１３２を構成しているのは、加速度センサ１００の小型化と高感度化の両立を図るためである。加速度センサ１００を小型化（小容量化）すると、重量部１３２の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、加速度に対する感度も低下する。接続部１１３a〜１１３ｄの撓みを阻害しないように重量部１３２ｂ〜１３３ｅを分散配置することで、重量部１３２の質量を確保している。この結果、加速度センサ１００の小型化と高感度化の両立が図られる。 The reason why the weight part 132 is configured by the weight parts 132a to 133e is to achieve both miniaturization and high sensitivity of the acceleration sensor 100. When the acceleration sensor 100 is reduced in size (capacity reduction), the capacity of the weight part 132 is reduced and the mass thereof is reduced, so that sensitivity to acceleration is also reduced. The weight parts 132b to 133e are distributed and arranged so as not to hinder the bending of the connection parts 113a to 113d, thereby securing the mass of the weight part 132. As a result, the acceleration sensor 100 can be both downsized and highly sensitive.

接合部１２０は、既述のように、第１、第２の構造体１１０，１３０を接続するものである。接合部１２０は、固定部１１１と台座１３１を接続する接合部１２１と，変位部１１２と重量部１３２ａを接続する接合部１２２に区分される。接合部１２０は、これ以外の部分では、第１、第２の構造体１１０，１３０を接続していない。接続部１１３a〜１１３ｄの撓み、および重量部１３２ｂ〜１３３ｅの変位を可能とするためである。
なお、接合部１２１，１２２は、シリコン酸化膜をエッチングすることで構成可能である。 The joint 120 connects the first and second structures 110 and 130 as described above. The joint 120 is divided into a joint 121 connecting the fixed part 111 and the pedestal 131 and a joint 122 connecting the displacement part 112 and the weight part 132a. The joint 120 is not connected to the first and second structures 110 and 130 at other portions. This is because the connecting portions 113a to 113d can be bent and the weight portions 132b to 133e can be displaced.
The junctions 121 and 122 can be configured by etching a silicon oxide film.

基体１５０は、略直方体の外形を有し、枠部１５１と底板部１５２とを有する。金属基板に略直方体状（例えば、縦横８００μｍ、深さ１０μｍ）の凹部１５３を形成することで基体１５０を作成できる。凹部１５３の作成には、種々の加工手段（例えば、エッチング、プレス加工、切削加工）を利用可能である。 The base 150 has a substantially rectangular parallelepiped outer shape and includes a frame portion 151 and a bottom plate portion 152. The base 150 can be formed by forming a recess 153 having a substantially rectangular parallelepiped shape (for example, 800 μm in length and width and 10 μm in depth) on the metal substrate. Various processing means (for example, etching, pressing, cutting) can be used to create the recess 153.

枠部１５１は、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板形状である。枠部１５１は台座１３１と対応した形状を有し、接合部１４０によって台座１３１に接合される。
底板部１５２は、外周が枠部１５１と略同一の略正方形の基板形状である。
基体１５０に凹部１５３が形成されているのは、重量部１３２が変位するための空間を確保するためである。但し、基体１５０に凹部１５３を形成するのに替えて、あるいはこれと共に、台座１３１および重量部１３２の高さ（厚さ）を異ならせることも可能である。重量部１３２の厚さを台座１３１の厚さより薄くすることで、重量部１３２が変位する空間を確保できる。 The frame portion 151 has a frame-like substrate shape in which the outer periphery and the inner periphery are both substantially square. The frame portion 151 has a shape corresponding to the pedestal 131 and is joined to the pedestal 131 by the joining portion 140.
The bottom plate portion 152 has a substantially square substrate shape whose outer periphery is substantially the same as the frame portion 151.
The reason why the concave portion 153 is formed in the base 150 is to secure a space for the weight portion 132 to be displaced. However, the height (thickness) of the pedestal 131 and the weight portion 132 can be made different from or in addition to the formation of the recess 153 in the base 150. By making the thickness of the weight portion 132 thinner than the thickness of the pedestal 131, a space in which the weight portion 132 is displaced can be secured.

基体１５０には、金属、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、より具体的には、ステンレス、インバーを用いることができる。基体１５０に金属材料を用いることで、例えば、ガラス材料を用いた場合と比較して、基体１５０の高さの低減、ひいては加速度センサ１００の薄型化を図ることができる。具体的には、基体１５０の高さ（厚さ）をガラス材料の場合での６００μｍ程度に対して、５０μｍ程度とすることができる。ガラス材料よりも金属材料の方が破壊に強いからである。
また、後述するように、作成された加速度センサ１００を半導体基板からのダイシングにより取り出す際に、基体１５０の底面の任意の箇所を押圧することが可能である。このため、生産時の取り扱いが容易となる。
なお、インバーは熱膨張率が小さいことから、基体１５０にインバーを用いることで、加速度センサ１００の温度特性の向上を図れる。 For the substrate 150, a metal, for example, an Fe—Ni alloy, an Fe—Ni—Co alloy, more specifically, stainless steel or Invar can be used. By using a metal material for the base 150, for example, the height of the base 150 can be reduced and, as a result, the acceleration sensor 100 can be made thinner than when a glass material is used. Specifically, the height (thickness) of the base 150 can be about 50 μm, compared to about 600 μm in the case of a glass material. This is because metallic materials are more resistant to destruction than glass materials.
Further, as will be described later, when taking out the created acceleration sensor 100 by dicing from the semiconductor substrate, it is possible to press an arbitrary portion of the bottom surface of the base 150. For this reason, handling at the time of production becomes easy.
Since invar has a low coefficient of thermal expansion, the use of invar for the base 150 can improve the temperature characteristics of the acceleration sensor 100.

接合部１４０は、既述のように、第２の構造体１３０と基体１５０（より具体的には台座１３１と枠部１５１）を接続するものである。
図５は、接合部１４０を拡大した状態を表す拡大断面図である。本実施形態では接合部１４０は、第１接合層１４１と，第２接合層１４２とに区分されている。 As described above, the joint 140 connects the second structure 130 and the base 150 (more specifically, the base 131 and the frame 151).
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a state where the joint 140 is enlarged. In the present embodiment, the bonding portion 140 is divided into a first bonding layer 141 and a second bonding layer 142.

第１接合層１４１は、例えば、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒのいずれかを用いることができる。第１接合層１４１は、第２構造体１３０と第２接合層１４２との間のバリア層として機能し、第２接合層１４２の構成材料（例えば、金）が第２構造体１３０内に拡散して、加速度センサ１００の特性が劣化するのを防止する。また、第１接合層１４１は第２構造体１３０上に後述する膜（例えば、金の膜）を形成するに際して、第２構造体１３０とこの膜とを接着させるためのいわば接着剤としても機能する（金は反応性が低いため、例えば、シリコンへの付着強度が小さい）。 For the first bonding layer 141, for example, any of Ni, Ti, and Cr can be used. The first bonding layer 141 functions as a barrier layer between the second structure 130 and the second bonding layer 142, and the constituent material (for example, gold) of the second bonding layer 142 diffuses into the second structure 130. Thus, deterioration of the characteristics of the acceleration sensor 100 is prevented. The first bonding layer 141 also functions as a so-called adhesive for bonding the second structure 130 and the film when a film (for example, a gold film) described later is formed on the second structure 130. (Since gold has low reactivity, for example, adhesion strength to silicon is small).

第２接合層１４２には、例えば、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）の合金（金スズ共晶合金）を用いることができる。第２構造体１３０に金の膜を形成し、基体１５０にスズの膜を形成し、第２構造体１３０と基体１５０それぞれの膜を接触した状態で加熱する。この結果、金と錫とが合金化されて第２接合層１４２が形成され、第２構造体１３０と基体１５０が接合される。 For the second bonding layer 142, for example, an alloy of gold (Au) and tin (Sn) (gold-tin eutectic alloy) can be used. A gold film is formed on the second structure 130, a tin film is formed on the base 150, and the second structure 130 and the base 150 are heated in contact with each other. As a result, gold and tin are alloyed to form the second bonding layer 142, and the second structure 130 and the base 150 are bonded.

（加速度センサ１００の動作）
加速度センサ１００による加速度の検出の原理を説明する。既述のように、接続部１１３ａ〜１１３ｄには、合計１２個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４が配置されている。
これら各ピエゾ抵抗素子は、シリコンからなる接続部１１３ａ〜１１３ｄの上面付近に形成されたＰ型もしくはＮ型の不純物ドープ領域によって構成できる。 (Operation of the acceleration sensor 100)
The principle of acceleration detection by the acceleration sensor 100 will be described. As described above, a total of twelve piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 are arranged in the connection portions 113a to 113d.
Each of these piezoresistive elements can be constituted by a P-type or N-type impurity doped region formed in the vicinity of the upper surface of the connection portions 113a to 113d made of silicon.

３組のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向に一直線に並ぶように配置される。ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４はそれぞれ、接続部１１３ｄの外周近傍、内周近傍、接続部１１３ｂの内周近傍、外周近傍に配置される。ピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４はそれぞれ、接続部１１３ｃの外周近傍、内周近傍、接続部１１３ａの内周近傍、外周近傍に配置される。ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４はそれぞれ、接続部１１３ｄの外周近傍、内周近傍、接続部１１３ｂの内周近傍、外周近傍に配置される。
なお、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、接続部１１３ｄ、１１３ｂとで配置が異なっている。これはピエゾ抵抗素子Ｒによる接続部１１３の撓みの検出をより高精度化するためである。 Three sets of piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 are arranged to be aligned in a straight line in the X axis direction, the Y axis direction, and the X axis direction. The piezoresistive elements Rx1 to Rx4 are arranged in the vicinity of the outer periphery, the vicinity of the inner periphery, the vicinity of the inner periphery of the connection portion 113b, and the vicinity of the outer periphery, respectively. The piezoresistive elements Ry1 to Ry4 are arranged near the outer periphery, the inner periphery, the inner periphery, and the outer periphery of the connection portion 113c, respectively. The piezoresistive elements Rz1 to Rz4 are arranged in the vicinity of the outer periphery, the vicinity of the inner periphery, the vicinity of the inner periphery of the connection portion 113b, and the vicinity of the outer periphery, respectively.
Note that the piezoresistive elements Rx1 to Rx4 and Rz1 to Rz4 are arranged differently in the connection portions 113d and 113b. This is to make the detection of the bending of the connecting portion 113 by the piezoresistive element R more accurate.

３組のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４はそれぞれ、重量部１３２のＸ、Ｙ，Ｚ軸方向成分の変位を検出するＸ、Ｙ，Ｚ軸方向成分変位検出部として機能する。なお、４つのピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、必ずしもＸ軸方向に配置する必要はなく、Ｙ軸方向に配置してもよい。 The three sets of piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 function as X, Y, and Z axis direction component displacement detectors that detect the displacement of the X direction, Y, and Z axis direction components of the weight portion 132, respectively. To do. Note that the four piezoresistive elements Rz1 to Rz4 are not necessarily arranged in the X-axis direction, and may be arranged in the Y-axis direction.

図６は、図３に対応し、重量部１３２（質量ｍ）にＸ軸正方向の加速度（＋αｘ）による力（＋Ｆｘ＝＋ｍ・αｘ）が印加されたときの加速度センサ１００の状態を表す断面図である。
重量部１３２がＹ軸に対して正方向に回転する結果、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１、Ｒｘ３はＸ軸方向に伸び（（＋）として表現）、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ２、Ｒｘ４はＸ軸方向に縮んでいる（（−）として表現）。 FIG. 6 corresponds to FIG. 3 and is a cross section showing a state of the acceleration sensor 100 when a force (+ Fx = + m · αx) due to acceleration (+ αx) in the X-axis positive direction is applied to the weight part 132 (mass m). FIG.
As a result of the weight portion 132 rotating in the positive direction with respect to the Y axis, the piezoresistive elements Rx1 and Rx3 are extended in the X axis direction (expressed as (+)), and the piezoresistive elements Rx2 and Rx4 are contracted in the X axis direction. (Expressed as (-)).

図７は、図３に対応し、重量部１３２（質量ｍ）にＸ軸負方向の加速度（−αｘ）による力（−Ｆｘ＝−ｍ・αｘ）が印加されたときの加速度センサ１００の状態を表す断面図である。
重量部１３２がＹ軸に対して負方向に回転する結果、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１、Ｒｘ３はＸ軸方向に縮み（（−）として表現）、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ２、Ｒｘ４はＸ軸方向に伸びている（（＋）として表現）。 FIG. 7 corresponds to FIG. 3 and shows the state of the acceleration sensor 100 when a force (−Fx = −m · αx) due to acceleration (−αx) in the negative direction of the X-axis is applied to the weight part 132 (mass m). It is sectional drawing showing.
As a result of the weight portion 132 rotating in the negative direction with respect to the Y axis, the piezoresistive elements Rx1 and Rx3 are contracted in the X axis direction (expressed as (-)), and the piezoresistive elements Rx2 and Rx4 are extended in the X axis direction. (Expressed as (+)).

図８は、図３に対応し、重量部１３２（質量ｍ）にＺ軸正方向の加速度（＋αｚ）による力（＋Ｆｚ＝＋ｍ・αｚ）が印加されたときの加速度センサ１００の状態を表す断面図である。
重量部１３２がＺ軸に対して正方向に移動する結果、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１、Ｒｚ４はＸ軸方向に縮み（（−）として表現）、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ２、Ｒｚ３はＸ軸方向に伸びている（（＋）として表現）。 FIG. 8 corresponds to FIG. 3 and is a cross section showing a state of the acceleration sensor 100 when a force (+ Fz = + m · αz) due to acceleration (+ αz) in the Z-axis positive direction is applied to the weight part 132 (mass m). FIG.
As a result of the weight part 132 moving in the positive direction with respect to the Z axis, the piezoresistive elements Rz1 and Rz4 are contracted in the X axis direction (expressed as (−)), and the piezoresistive elements Rz2 and Rz3 are extended in the X axis direction. (Expressed as (+)).

図９は、図３に対応し、重量部１３２（質量ｍ）にＺ軸負方向の加速度（−αｚ）による力（−Ｆｚ＝−ｍ・αｚ）が印加されたときの加速度センサ１００の状態を表す断面図である。
重量部１３２がＺ軸に対して負方向に移動する結果、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１、Ｒｚ４はＸ軸方向に伸び（（＋）として表現）、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ２、Ｒｚ３はＸ軸方向に縮んでいる（（−）として表現）。 FIG. 9 corresponds to FIG. 3 and shows the state of the acceleration sensor 100 when a force (−Fz = −m · αz) due to the acceleration (−αz) in the negative Z-axis direction is applied to the weight part 132 (mass m). It is sectional drawing showing.
As a result of the weight part 132 moving in the negative direction with respect to the Z axis, the piezoresistive elements Rz1 and Rz4 are extended in the X axis direction (expressed as (+)), and the piezoresistive elements Rz2 and Rz3 are contracted in the X axis direction. (Expressed as (-)).

以上から判るように、ピエゾ抵抗素子Ｒの伸び（＋）、縮み（−）の組み合わせと、その伸び縮みの量それぞれから、加速度の方向および量を検出することができる。ピエゾ抵抗素子Ｒの伸び、縮みは、ピエゾ抵抗素子Ｒの抵抗の変化として検出できる。
各ピエゾ抵抗素子ＲがシリコンへのＰ型不純物ドープによって構成されているとする。この場合には、ピエゾ抵抗素子Ｒの長手方向での抵抗値は、伸び方向の応力が作用したときには増加し、縮み方向の応力が作用した場合には減少する。
なお、ピエゾ抵抗素子ＲをシリコンへのＮ型不純物ドープによって構成した場合には、抵抗値の増減が逆になる。 As can be seen from the above, the direction and amount of acceleration can be detected from the combination of the expansion (+) and contraction (−) of the piezoresistive element R and the amount of expansion / contraction. The expansion and contraction of the piezoresistive element R can be detected as a change in the resistance of the piezoresistive element R.
Assume that each piezoresistive element R is configured by doping P-type impurities into silicon. In this case, the resistance value in the longitudinal direction of the piezoresistive element R increases when a stress in the expansion direction is applied, and decreases when a stress in the contraction direction is applied.
Note that when the piezoresistive element R is configured by doping N-type impurities into silicon, the increase and decrease of the resistance value is reversed.

図１０〜図１２はそれぞれ、ピエゾ抵抗素子Ｒの抵抗からＸ，Ｙ，Ｚの軸方向それぞれでの加速度を検出するための検出回路の構成例を示す回路図である。この検出回路では、Ｘ，Ｙ，Ｚの軸方向の加速度成分それぞれを検出するために、４組のピエゾ抵抗素子からなるブリッジ回路を構成し、そのブリッジ電圧を検出している。
これらのブリッジ回路では入力電圧Ｖｉｎ（Ｖｘ_ｉｎ、Ｖｙ_ｉｎ、Ｖｚ_ｉｎ）それぞれに対する出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｘ_ｏｕｔ、Ｖｙ_ｏｕｔ、Ｖｚ_ｏｕｔ）の関係は以下の式（１）〜（３）で表される。
Ｖｘ_ｏｕｔ／Ｖｘ_ｉｎ＝
［Ｒｘ４／（Ｒｘ１＋Ｒｘ４）−Ｒｘ３／（Ｒｘ２＋Ｒｘ３）］ ……式（１）
Ｖｙ_ｏｕｔ／Ｖｙ_ｉｎ＝
［Ｒｙ４／（Ｒｙ１＋Ｒｙ４）−Ｒｙ３／（Ｒｙ２＋Ｒｙ３）］ ……式（２）
Ｖｚ_ｏｕｔ／Ｖｚ_ｉｎ＝
［Ｒｚ３／（Ｒｚ１＋Ｒｚ３）−Ｒｚ４／（Ｒｚ２＋Ｒｚ４）］ ……式（３） 10 to 12 are circuit diagrams showing configuration examples of detection circuits for detecting accelerations in the X, Y, and Z axial directions from the resistance of the piezoresistive element R, respectively. In this detection circuit, in order to detect the acceleration components in the X, Y, and Z axial directions, a bridge circuit composed of four sets of piezoresistive elements is formed, and the bridge voltage is detected.
In these bridge circuits, the relationship of the output voltage Vout (Vx_out, Vy_out, Vz_out) to each of the input voltages Vin (Vx_in, Vy_in, Vz_in) is expressed by the following equations (1) to (3).
Vx_out / Vx_in =
[Rx4 / (Rx1 + Rx4) −Rx3 / (Rx2 + Rx3)] (1)
Vy_out / Vy_in =
[Ry4 / (Ry1 + Ry4) −Ry3 / (Ry2 + Ry3)] (2)
Vz_out / Vz_in =
[Rz3 / (Rz1 + Rz3) −Rz4 / (Rz2 + Rz4)] (3)

ピエゾ抵抗素子Ｒの伸び縮の量と抵抗値Ｒの変化とが比例することから、入力電圧に対する出力電圧の比（Ｖｘｏｕｔ／Ｖｘｉｎ、Ｖｙｏｕｔ／Ｖｙｉｎ、Ｖｚｏｕｔ／Ｖｚｉｎ）は加速度と比例し、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸それぞれでの加速度を分離して測定することが可能となる。 Since the amount of expansion and contraction of the piezoresistive element R and the change in the resistance value R are proportional, the ratio of the output voltage to the input voltage (Vxout / Vxin, Vyout / Vyin, Vzout / Vzin) is proportional to the acceleration, It becomes possible to measure the acceleration separately on the Y and Z axes.

（加速度センサ１００の作成）
加速度センサ１００の作成工程につき説明する。
図１３は、加速度センサ１００の作成手順の一例を表すフロー図である。また、図１４〜図２３は、図４に対応し、図１３の作成手順における加速度センサ１００の状態を表す断面図である（図１に示す加速度センサ１００をＢ１−Ｂ２で切断した断面に相当する）。 (Creation of acceleration sensor 100)
The production process of the acceleration sensor 100 will be described.
FIG. 13 is a flowchart showing an example of a procedure for creating the acceleration sensor 100. 14 to 23 correspond to FIG. 4 and are sectional views showing the state of the acceleration sensor 100 in the creation procedure of FIG. 13 (corresponding to a section obtained by cutting the acceleration sensor 100 shown in FIG. To do).

（１）半導体基板Ｗの用意（ステップＳ１１，および図１４、図２４）
図１４に示すように、第１、第２、第３の層１１、１２、１３の３層を積層してなる半導体基板Ｗを用意する。
図２４は、半導体基板Ｗの模式図である。ここでは第１、第２、第３の層１１、１２、１３の記載を省略している。本図に示すように、半導体基板Ｗは複数の領域Ａに区分され、これらの領域Ａそれぞれに加速度センサ１００を作成する。即ち、加速度センサ１００は、一枚の半導体基板Ｗ上に複数（例えば、数千個、数万個）纏めて作成される。
図１４には、図２４の一つの領域Ａが表されているものとし、他の図１５〜図２３も同様とする。 (1) Preparation of semiconductor substrate W (step S11, and FIGS. 14 and 24)
As shown in FIG. 14, a semiconductor substrate W formed by stacking three layers of first, second, and third layers 11, 12, and 13 is prepared.
FIG. 24 is a schematic diagram of the semiconductor substrate W. Here, the description of the first, second, and third layers 11, 12, and 13 is omitted. As shown in the figure, the semiconductor substrate W is divided into a plurality of regions A, and the acceleration sensor 100 is formed in each of these regions A. In other words, a plurality of acceleration sensors 100 (for example, thousands or tens of thousands) are collectively formed on one semiconductor substrate W.
FIG. 14 shows one area A of FIG. 24, and the same applies to the other FIGS.

第１、第２、第３の層１１、１２、１３はそれぞれ、第１の構造体１１０，接合部１２０，第２の構造体１３０を構成するための層であり、ここでは、シリコン、酸化シリコン、シリコンからなる層とする。
シリコン／酸化シリコン／シリコンという３層の積層構造をもった半導体基板Ｗは、シリコン基板上に、シリコン酸化膜、シリコン膜を順に積層することで作成できる（いわゆるＳＯＩ基板）。 The first, second, and third layers 11, 12, and 13 are layers for forming the first structure 110, the joint 120, and the second structure 130, respectively. A layer made of silicon or silicon is used.
The semiconductor substrate W having a three-layer structure of silicon / silicon oxide / silicon can be formed by sequentially stacking a silicon oxide film and a silicon film on a silicon substrate (so-called SOI substrate).

第２の層１２を第１、第３の層１１，１３とは異なる材料から構成しているのは、第１、第３の層１１，１３とエッチング特性を異ならせ、エッチングのストッパ層として利用するためである。第１の層１１に対する上面からのエッチング、および第３の層１３に対する下面からのエッチングの双方で、第２の層１２がエッチングのストッパ層として機能する。
なお、ここでは第１の層１１と第３の層１３とを同一材料（シリコン）によって構成するものとするが、第１、第２、第３の層１１、１２、１３のすべてを異なる材料によって構成しても良い。 The reason why the second layer 12 is made of a material different from that of the first and third layers 11 and 13 is that the etching characteristics are different from those of the first and third layers 11 and 13 and the etching stopper layer is used. It is for use. The second layer 12 functions as an etching stopper layer in both etching from the upper surface of the first layer 11 and etching from the lower surface of the third layer 13.
Here, the first layer 11 and the third layer 13 are made of the same material (silicon), but the first, second, and third layers 11, 12, and 13 are all made of different materials. You may comprise by.

（２）第１の構造体１１０の作成（第１の層１０のエッチング、ステップＳ１２，および図１５）
第１の層１１をエッチングすることにより、開口部１１４を形成し、第１の構造体１１０を形成する。即ち、第１の層１１に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法を用いて、第１の層１１の所定領域（開口１１４ａ〜１１４ｄ）に対して、第２の層１２の上面が露出するまで厚み方向にエッチングする。 (2) Creation of first structure 110 (etching of first layer 10, step S12, and FIG. 15)
By etching the first layer 11, the opening 114 is formed, and the first structure 110 is formed. That is, an etching method that has erosion with respect to the first layer 11 and does not have erosion with respect to the second layer 12 is used to form predetermined regions (openings 114 a to 114 d) of the first layer 11. On the other hand, etching is performed in the thickness direction until the upper surface of the second layer 12 is exposed.

第１の層１１の上面に、第１の構造体１１０に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直下方に浸食する。このエッチング工程では、第２の層１２に対する浸食は行われないので、第１の層１１の所定領域（開口１１４ａ〜１１４ｄ）のみが除去される。
図１５は、第１の層１１に対して、上述のようなエッチングを行い、第１の構造体１１０を形成した状態を示す。 A resist layer having a pattern corresponding to the first structure 110 is formed on the upper surface of the first layer 11, and the exposed portion not covered with the resist layer is eroded vertically downward. In this etching process, the second layer 12 is not eroded, so that only predetermined regions (openings 114a to 114d) of the first layer 11 are removed.
FIG. 15 shows a state in which the first structure 110 is formed by etching the first layer 11 as described above.

（３）第２の構造体１３０の作成（第３の層１３のエッチング、ステップＳ１３，および図１６）
第３の層１３をエッチングすることにより、開口部１３３を形成し、第２の構造体１３０を形成する。即ち、第３の層１３に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法により、第３の層１３の所定領域（開口部１３３）に対して、第２の層１２の下面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行う。 (3) Creation of second structure 130 (etching of third layer 13, step S13, and FIG. 16)
By etching the third layer 13, the opening 133 is formed, and the second structure 130 is formed. That is, with respect to a predetermined region (opening 133) of the third layer 13 by an etching method that has erosion with respect to the third layer 13 and does not have erosion with respect to the second layer 12. Etching in the thickness direction is performed until the lower surface of the second layer 12 is exposed.

第３の層１３の下面に、第２の構造体１３０に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直上方へと浸食させる。このエッチング工程では、第２の層１２に対する浸食は行われないので、第３の層１３の所定領域（開口部１３３）のみが除去される。
図１６は、第３の層１３に対して、上述のようなエッチングを行い、第２の構造体１３０を形成した状態を示す。 A resist layer having a pattern corresponding to the second structure 130 is formed on the lower surface of the third layer 13, and the exposed portion not covered with the resist layer is eroded vertically upward. In this etching process, since the second layer 12 is not eroded, only a predetermined region (opening 133) of the third layer 13 is removed.
FIG. 16 shows a state in which the second structure 130 is formed by performing etching as described above on the third layer 13.

なお、上述した第１の層１１に対するエッチング工程（ステップＳ１２）と、第３の層１３に対するエッチング工程（ステップＳ１３）の順序は入れ替えることができる。いずれのエッチング工程を先に行ってもかまわないし、同時に行っても差し支えない。 The order of the etching process (step S12) for the first layer 11 and the etching process (step S13) for the third layer 13 described above can be interchanged. Any of the etching steps may be performed first or at the same time.

（４）第１、第２の構造体１１０，１３０間の接合部１２０の作成（第２の層１２のエッチング、ステップＳ１４，および図１７）
第２の層１２をエッチングすることにより、接合部１２０を形成する。即ち、第２の層１２に対しては浸食性を有し、第１の層１１および第３の層１３に対しては浸食性を有しないエッチング方法により、第２の層１２に対して、その露出部分から厚み方向および層方向にエッチングする。 (4) Creation of the joint 120 between the first and second structures 110 and 130 (etching of the second layer 12, step S14, and FIG. 17)
The joint 120 is formed by etching the second layer 12. That is, the second layer 12 is erodible with respect to the second layer 12 by an etching method that is not erodible with respect to the first layer 11 and the third layer 13. Etching is performed in the thickness direction and the layer direction from the exposed portion.

このエッチング工程では、別途、レジスト層を形成する必要はない。即ち、図１７に示すように、第１の層１１の残存部分である第１の構造体１１０と、第３の層１３の残存部分である第２の構造体１３０とが、それぞれ第２の層１２に対するレジスト層として機能する。エッチングは、第２の層１２の露出部分、すなわち、開口部１３３の形成領域に対してなされる。 In this etching step, it is not necessary to separately form a resist layer. That is, as shown in FIG. 17, the first structure 110 that is the remaining portion of the first layer 11 and the second structure 130 that is the remaining portion of the third layer 13 are each of the second structure. It functions as a resist layer for the layer 12. Etching is performed on the exposed portion of the second layer 12, that is, the region where the opening 133 is formed.

以上の製造プロセスにおいて、第１の構造体１１０を形成する工程（ステップＳ１２）と、第２の構造体１３０を形成する工程（ステップＳ１３）では、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。
第１の条件は、各層の厚み方向への方向性を持つことである、第２の条件は、シリコン層に対しては浸食性を有するが、酸化シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。第１の条件は、所定寸法をもった開口部や溝を形成するために必要な条件であり、第２の条件は、酸化シリコンからなる第２の層１２を、エッチングストッパ層として利用するために必要な条件である。 In the above manufacturing process, it is necessary to perform an etching method that satisfies the following two conditions in the step of forming the first structure 110 (step S12) and the step of forming the second structure 130 (step S13). There is.
The first condition is to have directionality in the thickness direction of each layer. The second condition is erosive to the silicon layer but not erodible to the silicon oxide layer. That is. The first condition is a condition necessary for forming an opening or a groove having a predetermined dimension, and the second condition is for using the second layer 12 made of silicon oxide as an etching stopper layer. This is a necessary condition.

第１の条件を満たすエッチング方法として、誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：Induced Coupling Plasma Etching Method ）を挙げることができる。このエッチング法は、垂直方向に深い溝を掘る際に効果的な方法であり、一般に、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching ）と呼ばれているエッチング方法の一種である。
この方法では、材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング段階と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション段階と、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側面は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。 As an etching method that satisfies the first condition, an inductively coupled plasma etching method (ICP etching method) can be given. This etching method is effective when digging deep grooves in the vertical direction, and is a kind of etching method generally called DRIE (Deep Reactive Ion Etching).
In this method, an etching step of digging while eroding the material layer in the thickness direction and a deposition step of forming a polymer wall on the side surface of the dug hole are alternately repeated. Since the side walls of the holes that have been dug are protected by the formation of polymer walls, it is possible to advance erosion almost only in the thickness direction.

一方、第２の条件を満たすエッチングを行うには、酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、ＳＦ６ガス、およびＯ２ガスの混合ガスを、デポジション段階では、Ｃ４Ｆ８ガスを用いることが考えられる。 On the other hand, in order to perform etching that satisfies the second condition, an etching material having etching selectivity between silicon oxide and silicon may be used. For example, it is conceivable to use a mixed gas of SF6 gas and O2 gas in the etching stage and C4F8 gas in the deposition stage.

第２の層１２に対するエッチング工程（ステップＳ１４）では、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。第１の条件は、厚み方向とともに層方向への方向性をもつことであり、第２の条件は、酸化シリコン層に対しては浸食性を有するが、シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。
第１の条件は、不要な部分に酸化シリコン層が残存して重量部１３２の変位の自由度を妨げることがないようにするために必要な条件である。第２の条件は、既に所定形状への加工が完了しているシリコンからなる第１の構造体１１０や第２の構造体１３０に浸食が及ばないようにするために必要な条件である。 In the etching process (step S14) for the second layer 12, it is necessary to perform an etching method that satisfies the following two conditions. The first condition is to have directionality in the layer direction as well as the thickness direction, and the second condition is erosive to the silicon oxide layer but erodible to the silicon layer. Is not to.
The first condition is a condition necessary for preventing the silicon oxide layer from remaining in an unnecessary portion and preventing the degree of freedom of displacement of the weight portion 132. The second condition is a condition necessary to prevent erosion of the first structure 110 and the second structure 130 made of silicon that has already been processed into a predetermined shape.

第１、第２の条件を満たすエッチング方法として、バッファド弗酸（ＨＦ：ＮＨ４Ｆ＝１：１０の混合液）をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングも適用可能である。 As an etching method that satisfies the first and second conditions, wet etching using buffered hydrofluoric acid (a mixed solution of HF: NH4F = 1: 10) as an etchant can be given. Further, dry etching by the RIE method using a mixed gas of CF4 gas and O2 gas is also applicable.

（５）基体１５０を形成した金属基板Ｍの接合（ステップＳ１５，および図１８〜図１９）
１）金属基板Ｍへの基体１５０の作成
金属基板Ｍに略直方体上の凹部１５３を形成することで基体１５０を作成できる。凹部１５３の作成には、種々の加工手段（例えば、エッチング、プレス加工、切削加工）を利用可能である。この段階では（後述のダイシング前）、基体１５０は金属基板Ｍ上に多数形成され、個々の基体１５０には分離されていない。
２）基体１５０の上面への金属皮膜の形成
基体１５０の上面に第１の金属、例えば、錫の皮膜を形成する。 (5) Joining of the metal substrate M on which the base 150 is formed (step S15 and FIGS. 18 to 19)
1) Creation of Base 150 on Metal Substrate M Base 150 can be created by forming a concave portion 153 on a substantially rectangular parallelepiped on metal substrate M. Various processing means (for example, etching, pressing, cutting) can be used to create the recess 153. At this stage (before dicing described later), a large number of bases 150 are formed on the metal substrate M and are not separated into individual bases 150.
2) Formation of metal film on upper surface of substrate 150 A first metal, for example, tin film is formed on the upper surface of substrate 150.

３）第３層の下面への金属皮膜の形成（メタライズ）
第２構造体１３０の下面に、第１の金属との間に合金をなす第２の金属、例えば、金の皮膜を形成する。第２構造体１３０の下面に金の膜を形成するに先んじて、バリア層として、例えば、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒのいずれかを成膜する。
図１８には、第１の金属膜１４３が形成された基体１５０と第２の金属膜１４４が形成された第２の構造体１３０とが対向して配置された状態を表している。 3) Formation of metal film on the lower surface of the third layer (metallization)
On the lower surface of the second structure 130, a film of a second metal, for example, gold, which forms an alloy with the first metal is formed. Prior to forming the gold film on the lower surface of the second structure 130, for example, any one of Ni, Ti, and Cr is formed as a barrier layer.
FIG. 18 shows a state in which the base body 150 on which the first metal film 143 is formed and the second structure body 130 on which the second metal film 144 is formed are arranged to face each other.

４）第２構造体１３０と基体１５０の接合
第２構造体１３０の下面の金層と基体１５０の上面の錫層とを接触させた状態で、例えば、２００〜２５０℃に加熱することで、金層と錫層とが合金化して金錫合金層が形成されることで、第２構造体１３０と基体１５０とが接合される。
図１９は、第１の金属膜１４３と第２の金属膜１４４とが合金化した接合層１４２で接合された第２の構造体１３０および基体１５０を表している。 4) Joining the second structure 130 and the base 150 In a state where the gold layer on the lower surface of the second structure 130 and the tin layer on the upper surface of the base 150 are brought into contact, for example, by heating to 200 to 250 ° C., The gold structure and the tin layer are alloyed to form a gold-tin alloy layer, whereby the second structure 130 and the base 150 are joined.
FIG. 19 shows the second structural body 130 and the base body 150 in which the first metal film 143 and the second metal film 144 are bonded by the bonding layer 142 that is alloyed.

（６）半導体基板Ｗのダイシング（ステップＳ１６および図２０〜図２３，図２５）
１）ダイシングパッド２１への接続
金属基板Ｍの底面にダイシングパッド２１を接続する（図２０）。ダイシングパッド２１は、粘着性を有するフィルムであり、半導体基板Ｗおよび金属基板Ｍをダイシングして加速度センサ１００を切り出すときに、加速度センサ１００を固定するためのものである。なお、ダイシングパッド２１の表面には、紫外線を照射することで、粘着性が低減される粘着材が塗布されている。
図２５は、加速度センサ１００が複数形成された半導体基板Ｗおよび金属基板Ｍにダイシングパッド２１を接続した状態を表す模式図である。 (6) Dicing of the semiconductor substrate W (Step S16 and FIGS. 20 to 23, FIG. 25)
1) Connection to dicing pad 21 The dicing pad 21 is connected to the bottom surface of the metal substrate M (FIG. 20). The dicing pad 21 is an adhesive film for fixing the acceleration sensor 100 when the semiconductor substrate W and the metal substrate M are diced to cut out the acceleration sensor 100. The surface of the dicing pad 21 is coated with an adhesive material whose adhesiveness is reduced by irradiating ultraviolet rays.
FIG. 25 is a schematic diagram showing a state in which the dicing pad 21 is connected to the semiconductor substrate W and the metal substrate M on which a plurality of acceleration sensors 100 are formed.

２）半導体基板Ｗおよび金属基板Ｍにダイシングソー等で切れ込みを形成する。このとき冷却液を用い、切断箇所の加熱を制限する（図２１）。 2) A cut is formed in the semiconductor substrate W and the metal substrate M with a dicing saw or the like. At this time, the coolant is used to limit the heating of the cut portion (FIG. 21).

３）加速度センサ１００の取り出し
突き出しピン２２で基体１５０の下面を押して、加速度センサ１００を基板Ｗから持ち上げ、真空チャック２３の吸引口２４で吸引する（図２２，図２３）。このとき、ダイシングパッド２１の粘着剤に紫外線（ＵＶ）を照射して、その粘着性を低減し、加速度センサ１００がダイシングパッド２１から容易に離間されるようにする。 3) Taking out the acceleration sensor 100 The lower surface of the base 150 is pushed by the protruding pin 22 to lift the acceleration sensor 100 from the substrate W and sucked by the suction port 24 of the vacuum chuck 23 (FIGS. 22 and 23). At this time, the adhesive of the dicing pad 21 is irradiated with ultraviolet rays (UV) to reduce its adhesiveness so that the acceleration sensor 100 can be easily separated from the dicing pad 21.

ここで、突き出しピン２２は基体１５０の下面の任意の位置（図２２の幅Ｄ）を押すことが可能である。基体１５０が金属で構成され、十分な強度を有する。このため、突き出しピン２２による押し出しによって加速度センサ１００が破損することがない。
基体１５０が接続されていない状態で加速度センサ１００を取り出そうとすれば、突き出しピン２２が押すことができるのは台座１３１の部分（図２２の幅Ｄ０）に限られ、突き出しピン２２の精密な制御を要することになる。突き出しピン２２が重量部１３２を押すと、接続部１１３が破損することになる。
また、基体１５０がガラス材料から構成されていると、基体１５０を薄くすることが困難であり、加速度センサ１００の薄型化が困難となる。 Here, the protruding pin 22 can push an arbitrary position (width D in FIG. 22) on the lower surface of the base 150. The substrate 150 is made of metal and has sufficient strength. For this reason, the acceleration sensor 100 is not damaged by the extrusion by the ejection pin 22.
If it is attempted to take out the acceleration sensor 100 in a state where the base 150 is not connected, the protruding pin 22 can be pushed only to the portion of the base 131 (width D0 in FIG. 22), and precise control of the protruding pin 22 is performed. Will be required. When the protruding pin 22 pushes the weight portion 132, the connecting portion 113 is damaged.
Further, when the base 150 is made of a glass material, it is difficult to make the base 150 thin, and it is difficult to make the acceleration sensor 100 thin.

（その他の実施形態）本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 Other Embodiments Embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be expanded and modified. The expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明の一実施形態に係る加速度センサを表す斜視図である。It is a perspective view showing the acceleration sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の加速度センサを分解した状態を表す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state where the acceleration sensor of FIG. 1 is disassembled. 図１の加速度センサを切断した状態を表す一部断面図である。It is a partial cross section figure showing the state which cut | disconnected the acceleration sensor of FIG. 図１の加速度センサを切断した状態を表す一部断面図である。It is a partial cross section figure showing the state which cut | disconnected the acceleration sensor of FIG. 接合部を拡大した状態を表す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the state where the joined part was expanded. 重量部にＸ軸正方向の加速度による力が印加されたときの加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of an acceleration sensor when the force by the acceleration of a X-axis positive direction is applied to the weight part. 重量部にＸ軸負方向の加速度による力が印加されたときの加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of an acceleration sensor when the force by the acceleration of an X-axis negative direction is applied to the weight part. 重量部にＺ軸正方向の加速度による力が印加されたときの加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of an acceleration sensor when the force by the acceleration of a Z-axis positive direction is applied to the weight part. 重量部にＺ軸負方向の加速度による力が印加されたときの加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of an acceleration sensor when the force by the acceleration of a Z-axis negative direction is applied to the weight part. ピエゾ抵抗素子の抵抗からＸ軸方向での加速度を検出するための検出回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the detection circuit for detecting the acceleration in a X-axis direction from the resistance of a piezoresistive element. ピエゾ抵抗素子の抵抗からＹ軸方向での加速度を検出するための検出回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the detection circuit for detecting the acceleration in a Y-axis direction from the resistance of a piezoresistive element. ピエゾ抵抗素子の抵抗からＺ軸方向での加速度を検出するための検出回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the detection circuit for detecting the acceleration in a Z-axis direction from the resistance of a piezoresistive element. 加速度センサの作成手順の一例を表すフロー図である。It is a flowchart showing an example of the preparation procedure of an acceleration sensor. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 図１３の作成手順における加速度センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the acceleration sensor in the preparation procedure of FIG. 半導体基板を表す斜視図である。It is a perspective view showing a semiconductor substrate. 半導体基板および金属基板の底面にダイシングパッドを貼り付けた状態を表す斜視図である。It is a perspective view showing the state which affixed the dicing pad on the bottom face of a semiconductor substrate and a metal substrate.

Explanation of symbols

１００加速度センサ
１１０第１の構造体
１１１固定部
１１２変位部
１１３ａ-１１３ｄ接続部
１１４ａ-１１４ｄ開口
１２０接合部
１２１接合部
１２２接合部
１３０第２の構造体
１３１台座
１３２ａ-１３３ｅ重量部
１３３開口
１４０接合部
１４１接合層
１４２接合層
１５０基体
１５１枠部
１５２底板部
１５３凹部
Ｒｘ１-Ｒｘ４，Ｒｙ１-Ｒｙ４，Ｒｚ１-Ｒｚ４ピエゾ抵抗素子 100 Acceleration sensor 110 First structure 111 Fixed part 112 Displacement part 113a-113d Connection part 114a-114d Opening 120 Joining part 121 Joining part 122 Joining part 130 Second structure 131 Pedestal 132a-133e Weight part 133 Opening 140 Joining Portion 141 bonding layer 142 bonding layer 150 base 151 frame portion 152 bottom plate portion 153 recess Rx1-Rx4, Ry1-Ry4, Rz1-Rz4 piezoresistive element

Claims

A fixed portion having an opening; a displacement portion disposed in the opening and displaced with respect to the fixed portion; a connection portion connecting the fixed portion and the displacement portion; and a first portion A first structure made of a semiconductor material;
A weight part that is joined to the displacement part, a pedestal that surrounds the weight part and is joined to the fixed part, and is stacked on the first structure; A second structure made of two semiconductor materials;
A base body connected to the pedestal, arranged in a stacked manner on the second structure, and made of a metal material having a thickness greater than 10 μm and less than 50 μm ;
A displacement detector for detecting the displacement of the displacement part;
An acceleration sensor comprising:

The acceleration sensor according to claim 1, wherein the base has a recess corresponding to the weight part.

The acceleration sensor according to claim 1, wherein the metal material is stainless steel or invar.

The acceleration sensor according to claim 1, further comprising a metal layer that joins the second structure and the base body.

The acceleration sensor according to claim 1, wherein the first and second semiconductor materials are both silicon.

The first and second layers of the semiconductor substrate in which a first layer made of a first semiconductor material, a second layer made of an oxide, and a third layer made of a second semiconductor material are laminated in order. A fixed portion having an opening, a displacement portion disposed in the opening and displaced with respect to the fixed portion, and a connection portion connecting the fixed portion and the displacement portion. Creating a second structure having a structure of 1, a weight part, and a pedestal arranged so as to surround the weight part, and being stacked on the first structure. When,
Etching the second layer of the semiconductor substrate on which the first and second structures are formed, and having a first joint part having an opening and joining the fixing part and the pedestal, Creating a joined body disposed in an opening and having a second joint part joining the displacement part and the weight part;
Bonding a metal substrate having a thickness greater than 10 μm and less than 50 μm to the bottom surface of the second structure;
Affixing an adhesive film to the bottom surface of the metal substrate;
Cutting the semiconductor substrate and the metal substrate to correspond to the regions where the first and second structures are created, and cutting out the acceleration sensor;
A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising:

Pressing the bottom surface of the film so as to correspond to the region, and extruding the cut out acceleration sensor;
Sucking the pushed acceleration sensor;
The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 6, further comprising:

The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 6, wherein the metal substrate has a recess corresponding to the weight part.

The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 6, wherein the constituent material of the metal substrate is stainless steel or invar.

The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 6, wherein, in the joining step, the second structure body and the metal substrate are joined with a metal.

The method for manufacturing an acceleration sensor according to claim 6, wherein the first and second semiconductor materials are both silicon.