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JP5309652B2 - Acceleration sensor - Google Patents
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JP5309652B2 - Acceleration sensor - Google Patents

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Description

本発明は、ピエゾ抵抗素子を検出素子としたタイプの加速度センサに関する。   The present invention relates to an acceleration sensor of a type using a piezoresistive element as a detection element.

近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて小型で単純な構造を有するセンサとして、ピエゾ抵抗を検出素子としたセンサ(いわゆるピエゾ抵抗型加速度センサ)が実用化されている(特許文献1)。特許文献1に開示された従来の加速度センサでは、加わった加速度に応じて重錘体部が変位し、この変位に応じて可撓部が撓む。可撓部に形成したピエゾ抵抗素子は、可撓部の撓み量(応力)に応じて抵抗値を変化させる。そしてピエゾ抵抗素子に電圧を印加し、抵抗変化に伴う電圧値を参照することで加速度を検出している。
特開2003−92413号公報
In recent years, a sensor using a piezoresistor as a detection element (so-called piezoresistive acceleration sensor) has been put into practical use as a sensor having a small and simple structure using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology (Patent Document 1). . In the conventional acceleration sensor disclosed in Patent Document 1, the weight body portion is displaced according to the applied acceleration, and the flexible portion is bent according to the displacement. The piezoresistive element formed in the flexible part changes the resistance value according to the amount of bending (stress) of the flexible part. Then, a voltage is applied to the piezoresistive element, and the acceleration is detected by referring to the voltage value accompanying the resistance change.
JP 2003-92413 A

可撓部に生じる応力は、枠部および錘部の接続箇所に集中しており、当該接続箇所から離れるに従い急激に低下し、可撓部の中央では応力が零となっている。ピエゾ抵抗素子に生じる抵抗変化はピエゾ抵抗素子の長さ全体の平均応力変化によるため、センサの高感度化のためにはピエゾ抵抗素子の長さを短くして、当該接続箇所の応力集中部に選択的に配置するのが効率的である。また、ピエゾ抵抗素子と配線とを接続するコンタクトホールは、ピエゾ抵抗素子の両端部分にのみ配置されている。
上記の構成によれば、応力集中部にピエゾ抵抗素子を配置した場合、その物理的ストレスからコンタクト部分の配線に剥がれなどが生じ、電気的なコンタクト不良が起こる可能性がある。さらにピエゾ抵抗素子と配線とのコンタクトが1箇所であるため、いずれか1つのコンタクト箇所で不良が発生するとセンサ全体の不良に繋がる。
The stress generated in the flexible portion is concentrated at the connection portion of the frame portion and the weight portion, and rapidly decreases as the distance from the connection portion increases, and the stress is zero at the center of the flexible portion. The resistance change that occurs in the piezoresistive element is due to the average stress change of the entire length of the piezoresistive element, so to increase the sensitivity of the sensor, the length of the piezoresistive element is shortened, and the stress is concentrated at the connection location. It is efficient to arrange them selectively. Further, contact holes for connecting the piezoresistive element and the wiring are disposed only at both end portions of the piezoresistive element.
According to the above configuration, when the piezoresistive element is arranged in the stress concentration portion, the wiring in the contact portion may be peeled off due to the physical stress, and an electrical contact failure may occur. Further, since there is one contact between the piezoresistive element and the wiring, if a failure occurs at any one contact location, it leads to a failure of the entire sensor.

そこで上記に鑑み、本発明の目的は、配線とピエゾ抵抗素子間における電気的なコンタクト不良を低減した小型の加速度センサを提供することにある。   Therefore, in view of the above, an object of the present invention is to provide a small-sized acceleration sensor that reduces electrical contact failure between a wiring and a piezoresistive element.

本発明に係る加速度センサは、開口を有するフレーム部と、前記フレーム部の開口内に配置された錘部と、前記フレーム部と前記錘部とを接続する少なくとも一対の梁部と、前記梁部に形成され、かつ前記梁部の一端が前記フレーム部と接続する領域と、前記梁部の他端が前記錘部と接続する領域のそれぞれに配置された不純物が拡散されてなる検出部と、
前記梁部に作用する応力が集中する応力集中部から離れるように、前記検出部の少なくとも一方の端部から前記フレーム部又は前記錘部に延伸し形成された、不純物が拡散されてなる複数の端子部と、少なくとも前記検出部と前記端子部とを覆う絶縁層と、前記検出部の少なくとも一方の端部及び前記検出部の一方の端部から延伸する複数の前記端子部の形成領域内の前記絶縁層を開孔して形成され、かつ、前記梁部に作用する応力が集中する応力集中部から離れた位置に配置された複数のコンタクトホールと、前記絶縁層上に形成され、複数の前記コンタクトホールを介して前記検出部の一端部及び前記検出部の一端部から延伸する複数の前記端子部と電気的に接続する配線と、を具備することを特徴とする。
The acceleration sensor according to the present invention includes a frame part having an opening, a weight part disposed in the opening of the frame part, at least a pair of beam parts connecting the frame part and the weight part, and the beam part And a detection portion formed by diffusing impurities disposed in each of a region where one end of the beam portion is connected to the frame portion and a region where the other end of the beam portion is connected to the weight portion,
Away from the stress concentration portion of the stress acting on the beam portion is concentrated, is formed to extend in the frame portion or the weight portion from at least one end portion of the detecting portion, a plurality of impurity is formed by diffusion A plurality of terminal portions extending from at least one end portion of the detection portion and one end portion of the detection portion; an insulating layer covering at least the detection portion and the terminal portion; A plurality of contact holes formed on the insulating layer, and formed on the insulating layer, wherein the plurality of contact holes are disposed away from the stress concentration portion where the stress acting on the beam portion is concentrated. And a wiring electrically connected to the terminal portions extending from the one end portion of the detection portion and the one end portion of the detection portion through the contact hole.

本発明よれば、配線とピエゾ抵抗素子間における電気的なコンタクト不良を低減した小型の加速度センサを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the small acceleration sensor which reduced the electrical contact defect between wiring and a piezoresistive element can be provided.

以下、図面を参照して本発明に係る半導体3軸加速度センサに関して説明する。図1は本発明に係る加速度センサの全体斜視図である。
図1に示すように加速度センサ1は略直方体であり、半導体基板からなるセンサ本体2と、ガラスからなる支持基板3により構成されている。説明のため、図では加速度センサの面内に直交する2軸(X軸とY軸)を設定し、この2軸に垂直な方向をZ軸と定めている。センサ本体2はSOI(Silicon On Insulator)基板110からなり、シリコン膜120、シリコン酸化膜130、シリコン基板140が順に積層して構成されている。そして開口を有するフレーム(フレーム部121およびフレーム部141)内に重錘体(錘部142)が配置され、この重錘体を可撓性の梁(梁部123)によって支持して構成されている。支持基板3はセンサ本体2を支持する台座としての機能と、重錘体の下方(Z軸負方向)への過剰な変位を規制するストッパ基板としての機能を併せもっている。なお、センサ本体2をパッケージ基板(図示しない)へ直接実装する場合には、支持基板3を必ずしも必要としない。
Hereinafter, a semiconductor triaxial acceleration sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall perspective view of an acceleration sensor according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the acceleration sensor 1 is a substantially rectangular parallelepiped, and includes a sensor main body 2 made of a semiconductor substrate and a support substrate 3 made of glass. For the sake of explanation, in the figure, two axes (X axis and Y axis) perpendicular to the plane of the acceleration sensor are set, and a direction perpendicular to the two axes is defined as the Z axis. The sensor body 2 is composed of an SOI (Silicon On Insulator) substrate 110, and is formed by sequentially laminating a silicon film 120, a silicon oxide film 130, and a silicon substrate 140. A weight body (weight part 142) is arranged in a frame (frame part 121 and frame part 141) having an opening, and the weight body is supported by a flexible beam (beam part 123). Yes. The support substrate 3 has a function as a pedestal for supporting the sensor body 2 and a function as a stopper substrate for restricting excessive displacement of the weight body in the downward direction (Z-axis negative direction). Note that when the sensor body 2 is directly mounted on a package substrate (not shown), the support substrate 3 is not necessarily required.

図2は加速度センサの分解斜視図である。シリコン膜120は、固定されたフレーム部121(フレーム上部)と、フレーム部121内に配置された錘接合部122と、フレーム部121と錘接合部122とを接続する2対(計4本)の梁部123を備えている。フレーム部121、錘接合部122、梁部123は開口124によって画定されている。フレーム部121はシリコン酸化膜130を介してフレーム部141(フレーム下部)と接合されている。また、錘接合部122はシリコン酸化膜130を介して鉛直視略クローバー状の錘部142と接合されている。錘部142はフレーム部141内に離間して配置されている。
支持基板3は例えば、ガラス基板からなりセンサ本体2と陽極接合により接合されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the acceleration sensor. The silicon film 120 includes a fixed frame part 121 (the upper part of the frame), a weight joint part 122 disposed in the frame part 121, and two pairs (four in total) that connect the frame part 121 and the weight joint part 122. The beam part 123 is provided. The frame portion 121, the weight joint portion 122, and the beam portion 123 are defined by the opening 124. The frame part 121 is joined to the frame part 141 (the lower part of the frame) via the silicon oxide film 130. Further, the weight joint portion 122 is joined to the weight portion 142 having a substantially crowbar shape in the vertical view through the silicon oxide film 130. The weight part 142 is disposed in the frame part 141 so as to be separated.
The support substrate 3 is made of, for example, a glass substrate and is bonded to the sensor body 2 by anodic bonding.

図3はセンサ本体の平面図及び断面図である。図3(A)はセンサ本体の平面図であり、4本の梁部123上には3軸(XYZ)方向の加速度を検出するための検出部Rx〜Rzが配設されている。検出部は、梁部123がフレーム部121および錘接合部122と接続する領域近傍に配置されている。図面ではX軸に沿った方向に配置した1対の梁部には、X方向およびZ方向の加速度を検出するために検出部Rx1〜Rx4およびRz1〜Rz4が配置される。一方、Y軸に沿った方向に配置した1対の梁部にはY方向の加速度を検出するための検出部Ry1〜Ry4が配置されている。なお、Y軸に沿った方向に配置した1対の梁部に検出部Rz1〜Rz4を配置してもよい。
図3(B)はセンサ本体をX−Xに沿った断面図であり、錘部142の下面はフレーム部141の下端よりも高くされており、ガラス基板3との間にギャップによりZ負方向に一定量の変位可能なように設定されている。図3(C)はセンサ本体をY−Yに沿った断面図であり、梁部123は可撓性をもった自立薄膜である。
FIG. 3 is a plan view and a sectional view of the sensor body. FIG. 3A is a plan view of the sensor main body, and detection units Rx to Rz for detecting acceleration in three axis (XYZ) directions are arranged on the four beam portions 123. The detection unit is disposed in the vicinity of a region where the beam unit 123 is connected to the frame unit 121 and the weight joint unit 122. In the drawing, detectors Rx1 to Rx4 and Rz1 to Rz4 are arranged on a pair of beam portions arranged in a direction along the X axis in order to detect acceleration in the X direction and the Z direction. On the other hand, detection units Ry1 to Ry4 for detecting acceleration in the Y direction are arranged in a pair of beam portions arranged in the direction along the Y axis. In addition, you may arrange | position the detection parts Rz1-Rz4 to a pair of beam part arrange | positioned in the direction along the Y-axis.
FIG. 3B is a cross-sectional view of the sensor main body along X-X. The lower surface of the weight portion 142 is made higher than the lower end of the frame portion 141, and the Z-negative direction is caused by a gap between the sensor substrate 142 and the glass substrate 3. It is set so that a certain amount of displacement is possible. FIG. 3C is a cross-sectional view of the sensor main body along YY, and the beam portion 123 is a self-supporting thin film having flexibility.

図4は検出部の詳細を説明する図面であり、平面図と断面図(A−A断面)を示している。検出部Rは、シリコン膜120にB(ボロン)やP(リン)などの不純物を拡散して形成したピエゾ抵抗素子であり、梁部123とフレーム部121の境界、および梁部123と錘接合部122の境界近傍に配置されている。検出部Rは、両端に複数の端子部Cを備えている。端子部Cは検出部Rと一体的なピエゾ抵抗素子として構成してもよいし、別途不純物を拡散した層として形成してもよく、検出部Rから延伸されて電気的に接続していればよい。
検出部Rは絶縁層150に覆われており、端子部Cの形成領域内及び/又は検出部Rの両端の絶縁層150は開孔したコンタクトホール151を有している。接続抵抗を下げるために端子部Cは高濃度不純物拡散層であってもよい(その場合、検出部Rに対して2桁〜3桁程度不純物濃度が高い層であればよい)。なお、図4では示していない梁部123に配設された分とあわせてRx1〜Rx4、Ry1〜Ry4、Rz1〜Rz4の計12個の検出部Rは検出方向ごとに接続されてブリッジ回路を形成している。なお、ブリッジ回路接続に関しては本出願人の特許出願である、特開2007−322297号を参考にできる。フレーム部121上には、外部回路と接続するための電極パッド(図示しない)を有し、配線152が当該電極パッドと接続して、加速度に伴う電気信号を外部回路へ取り出している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the details of the detection unit, and shows a plan view and a cross-sectional view (cross section AA). The detection portion R is a piezoresistive element formed by diffusing impurities such as B (boron) and P (phosphorus) in the silicon film 120, and the boundary between the beam portion 123 and the frame portion 121, and the beam portion 123 and the weight junction. It is arranged near the boundary of the part 122. The detection unit R includes a plurality of terminal units C at both ends. The terminal portion C may be configured as a piezoresistive element integrated with the detection portion R, or may be formed as a layer in which impurities are separately diffused, as long as it is extended from the detection portion R and electrically connected. Good.
The detection part R is covered with an insulating layer 150, and the insulating layer 150 in the region where the terminal part C is formed and / or at both ends of the detection part R has a contact hole 151 opened. In order to reduce the connection resistance, the terminal portion C may be a high-concentration impurity diffusion layer (in this case, it may be a layer having a high impurity concentration by about two to three digits with respect to the detection portion R). In addition, a total of twelve detectors R including Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 are connected for each detection direction together with the portion arranged in the beam part 123 not shown in FIG. Forming. Regarding the bridge circuit connection, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-322297, which is a patent application of the present applicant, can be referred to. An electrode pad (not shown) for connecting to an external circuit is provided on the frame portion 121, and a wiring 152 is connected to the electrode pad to take out an electrical signal accompanying acceleration to the external circuit.

図5、図6は本願発明の第1、第2の実施形態を示す図である。以下、第1の実施形態から順に説明していく。
(第1の実施形態)
図5を参照して第1の実施形態について説明する。検出部Rが、梁部123がフレーム部121および錘接合部122と接続する領域にそれぞれ配置されている。検出部Rの両端に端子部Cを備えている。検出部Rと端子部Cは実質的に一体のピエゾ抵抗素子である。なお、端子部Cは検出部Rのどちらか一端のみにあってもよい。
図5(A)に示すように端子部Cの幅L1は、検出部Rの幅L2よりも大きく設計され、端子部Cの形成領域の絶縁層150を開孔してコンタクトホール151を形成している。なお、端子部Cの形状は図示した矩形のものに限られず、円形、その他の形状であってもよく、その場合最も広い幅を有する部分の幅を「端子部Cの幅L1」とみなす。設計的な要求から検出部Rの幅L2は、梁部123の幅であるL0の1/10以下であることが好ましい。検出部Rの幅L2がL0の1/10以上であると、梁部123の捻れを検出しやすくなり他軸感度が大きくなるため、センサ特性上好ましくない。
5 and 6 are diagrams showing the first and second embodiments of the present invention. Hereinafter, the first embodiment will be described in order.
(First embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIG. The detection part R is arrange | positioned in the area | region where the beam part 123 connects with the frame part 121 and the weight junction part 122, respectively. Terminal portions C are provided at both ends of the detection unit R. The detection part R and the terminal part C are substantially integrated piezoresistive elements. In addition, the terminal part C may exist only in one end of the detection part R.
As shown in FIG. 5A, the width L 1 of the terminal portion C is designed to be larger than the width L 2 of the detection portion R, and the contact hole 151 is formed by opening the insulating layer 150 in the region where the terminal portion C is formed. Forming. Note that the shape of the terminal portion C is not limited to the illustrated rectangular shape, and may be circular or other shapes. In this case, the width of the portion having the widest width is regarded as “the width L 1 of the terminal portion C”. . In view of design requirements, the width L 2 of the detection unit R is preferably 1/10 or less of L 0 which is the width of the beam unit 123. If the width L 2 of the detection portion R is 1/10 or more of L 0 , it is easy to detect the twist of the beam portion 123 and the other-axis sensitivity is increased.

図5の(B)における(a)及び(b)にコンタクトホール151と配線152の形態を例示した。
(a)コンタクトホール151の形態
検出部Rの両端と、端子部Cの形成領域内にコンタクトホール151が形成されている。これにより、検出部Rと配線152とのコンタクトの数が増え、信頼性が向上する。
(b)配線152の形態
コンタクトホール151に配線152を配設し、検出部Rからの電気信号を取り出す。上述したように検出部Rと配線152のコンタクトの数を増やすことで、コンタクトホール151のいずれか1個に不良が発生しても、残りのコンタクトホール151において電気的なコンタクトが確保できているため、製品として正常に機能する。端子部Cはそれぞれ直列に接続され、検出部Rからの電気信号の検出に有利である。
5A and 5B illustrate the form of the contact hole 151 and the wiring 152. FIG.
(A) Form of the contact hole 151 The contact hole 151 is formed in both ends of the detection part R and in the formation region of the terminal part C. Thereby, the number of contacts between the detection unit R and the wiring 152 is increased, and the reliability is improved.
(B) Form of wiring 152 The wiring 152 is disposed in the contact hole 151, and an electric signal from the detection unit R is taken out. As described above, by increasing the number of contacts between the detection unit R and the wiring 152, even if a failure occurs in any one of the contact holes 151, electrical contact can be secured in the remaining contact holes 151. Therefore, it functions normally as a product. The terminal portions C are respectively connected in series, which is advantageous for detecting an electric signal from the detection portion R.

次に図7を参照して、第1の実施形態に係る加速度センサの製造方法について述べる。図7は本発明に係る第1の実施形態の製造方法を示す図面である。
第1の実施形態に係る加速度センサの製造方法
(1)SOI基板の準備(図7(A)参照)
シリコン膜120、酸化シリコン膜130、シリコン基板140を積層してなるSOI基板110を用意する。上述したように、シリコン膜120はフレーム部121、錘接合部122、梁部123を構成する層である。酸化シリコン膜130は、シリコン膜120とシリコン基板140とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板140はフレーム部141、錘部142を構成する層である。SOI基板110は、SIMOXないし、貼り合せ法等により作成される。SOI基板110は、シリコン膜120、シリコン酸化膜130、シリコン基板140の厚みがそれぞれ、10μm、2μm、600μmである。なお、外周が約1〜2mm正方の小型の加速度センサ1が直径150mm〜200mmのウエハに多面付けで複数個配置されている。1枚のウエハ処理で104個単位のセンサを一括製造できる。
Next, a method for manufacturing the acceleration sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a drawing showing the manufacturing method of the first embodiment according to the present invention.
Acceleration sensor manufacturing method according to first embodiment (1) Preparation of SOI substrate (see FIG. 7A)
An SOI substrate 110 in which a silicon film 120, a silicon oxide film 130, and a silicon substrate 140 are stacked is prepared. As described above, the silicon film 120 is a layer constituting the frame part 121, the weight joint part 122, and the beam part 123. The silicon oxide film 130 is a layer that joins the silicon film 120 and the silicon substrate 140 and functions as an etching stopper layer. The silicon substrate 140 is a layer constituting the frame part 141 and the weight part 142. The SOI substrate 110 is produced by SIMOX or a bonding method. In the SOI substrate 110, the silicon film 120, the silicon oxide film 130, and the silicon substrate 140 have thicknesses of 10 μm, 2 μm, and 600 μm, respectively. Note that a plurality of small acceleration sensors 1 each having a square outer circumference of about 1 to 2 mm are arranged in a multifaceted manner on a wafer having a diameter of 150 mm to 200 mm. A single unit of 10 4 sensors can be manufactured in one batch.

(2)検出部及び端子部の形成(図7(B)参照)
SOI基板110のシリコン膜120側に不純物拡散用のマスク(図示せず)を形成する。このマスク材としては、例えばシリコン窒化膜(Si34)やシリコン酸化膜(SiO2)を用いることができる。シリコン窒化膜をシリコン膜120全面にLP−CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により成膜した後、シリコン窒化膜上にレジストパターン(図示せず)を形成し、シリコン窒化膜に検出部R及び端子部Cに対応する開口をRIE(Reactive Ion Etching)により形成する。
(2) Formation of detection part and terminal part (see FIG. 7B)
An impurity diffusion mask (not shown) is formed on the SOI film 110 on the silicon film 120 side. As this mask material, for example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) or a silicon oxide film (SiO 2 ) can be used. After the silicon nitride film is formed on the entire surface of the silicon film 120 by LP-CVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method, a resist pattern (not shown) is formed on the silicon nitride film, and the detection portion R and the silicon nitride film are formed on the silicon nitride film. An opening corresponding to the terminal portion C is formed by RIE (Reactive Ion Etching).

レジストパターンを除去後、B(ボロン)などを含む拡散剤を塗布する。そして熱処理(約1000℃)を施して、シリコン膜120内にドライブインさせ、検出部R及び端子部Cを形成する。不要な拡散剤は、フッ酸などを用いて除去する。なお、熱拡散法以外にイオン打ち込みによって検出部R及び端子部Cを形成してもよい。その後、シリコン窒化膜(Si34)は熱リン酸によって、エッチング除去する。なお、端子部Cは検出部Rとは別の工程で形成してもよく、その場合低抵抗層とすべく検出部Rよりも高濃度に不純物を拡散することが好ましい。 After removing the resist pattern, a diffusing agent containing B (boron) or the like is applied. Then, heat treatment (about 1000 ° C.) is performed to drive in the silicon film 120 to form the detection portion R and the terminal portion C. Unnecessary diffusing agent is removed using hydrofluoric acid or the like. In addition, you may form the detection part R and the terminal part C by ion implantation other than a thermal diffusion method. Thereafter, the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is removed by etching with hot phosphoric acid. The terminal portion C may be formed in a step different from that of the detection portion R. In that case, it is preferable to diffuse impurities at a higher concentration than the detection portion R so as to be a low resistance layer.

(3)絶縁層およびコンタクトホールの形成(図7(C)参照)
シリコン膜120上に絶縁層150を形成する。例えば、シリコン膜120の表面を熱酸化することで、絶縁層としてSiO2の層を形成できる。絶縁層150上にレジストをマスクとしたRIEによって所定位置にコンタクトホール151を形成する。開孔したコンタクトホール151に対してさらに不純物を注入し、高濃度不純物拡散層を形成することもできる。
(3) Formation of insulating layer and contact hole (see FIG. 7C)
An insulating layer 150 is formed on the silicon film 120. For example, by thermally oxidizing the surface of the silicon film 120, a SiO 2 layer can be formed as an insulating layer. A contact hole 151 is formed on the insulating layer 150 at a predetermined position by RIE using a resist as a mask. Impurities may be further injected into the opened contact hole 151 to form a high concentration impurity diffusion layer.

(4)ギャップ形成(図7(D)参照)
フレーム部141の内枠に沿った開口を有するマスクを用いて、シリコン基板140をエッチングしてギャップ160を形成する。ギャップ160は、錘部142が下方(ガラス基板3側)へ変位するために必要な間隔であり、例えば、5〜10μmである。
(4) Gap formation (see FIG. 7D)
The gap 160 is formed by etching the silicon substrate 140 using a mask having an opening along the inner frame of the frame portion 141. The gap 160 is an interval necessary for the weight portion 142 to be displaced downward (on the glass substrate 3 side), and is, for example, 5 to 10 μm.

(5)シリコン基板の加工(図7(E)参照)
次に、フレーム部141、錘部142に画定するためのマスクをシリコン基板140の下面に形成する。このマスクを用いてシリコン基板140をシリコン酸化膜130の下面が露出するまでエッチングを行なう。エッチングにはDRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いるのが好適である。
(5) Processing of silicon substrate (see FIG. 7E)
Next, a mask for defining the frame part 141 and the weight part 142 is formed on the lower surface of the silicon substrate 140. Using this mask, the silicon substrate 140 is etched until the lower surface of the silicon oxide film 130 is exposed. It is preferable to use DRIE (Deep Reactive Ion Etching) for the etching.

DRIEでは材料層を厚み方向に侵食しながら掘り進むエッチングステップと、彫った穴の側壁にポリマーの壁を形成するデポジションステップと、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側壁は、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侵食を進ませることが可能である。エッチングガスとしてSF6等のイオン・ラジカル供給ガスを用い、デポジションガスとしてC48等を用いることができる。 In DRIE, 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 wall of the carved hole are alternately repeated. Since the side wall of the hole that has been dug is protected by forming a polymer wall in sequence, it is possible to advance erosion almost only in the thickness direction. An ion / radical supply gas such as SF 6 can be used as an etching gas, and C 4 F 8 or the like can be used as a deposition gas.

(6)配線の作成(図7(F)参照)
配線152を形成する。配線152はAl,Al−Si,Al−Ndなどの金属材料をスパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることで得られる。なお、配線152と端子部Cとの間でオーミックコンタクトを形成するために、熱処理(380℃〜400℃)を施す。なお、配線152上に保護膜としてシリコン窒化膜(Si34)などの膜を設けてもよい。
(6) Creation of wiring (see FIG. 7F)
A wiring 152 is formed. The wiring 152 is obtained by forming a metal material such as Al, Al—Si, or Al—Nd by sputtering or the like and patterning it. In order to form an ohmic contact between the wiring 152 and the terminal portion C, heat treatment (380 ° C. to 400 ° C.) is performed. Note that a film such as a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) may be provided over the wiring 152 as a protective film.

(7)シリコン膜の加工(図7(G)参照)
シリコン膜120をシリコン酸化膜130の上面が露出するまでRIEによりエッチングして開口124を形成して、フレーム部121、錘接合部122、梁部123を画定する。
(7) Processing of silicon film (see FIG. 7G)
The silicon film 120 is etched by RIE until the upper surface of the silicon oxide film 130 is exposed to form an opening 124, thereby defining the frame portion 121, the weight joint portion 122, and the beam portion 123.

(8)不要なシリコン酸化膜の除去(図7(H)参照)
エッチングストッパとして用いた部分の不要なシリコン酸化膜をRIEあるいはウェットエッチングにより除去する。これにより、シリコン酸化膜130は、フレーム121とフレーム141、錘接合部122と錘部142の間に存在している。
(8) Removal of unnecessary silicon oxide film (see FIG. 7H)
The unnecessary silicon oxide film used as an etching stopper is removed by RIE or wet etching. As a result, the silicon oxide film 130 exists between the frame 121 and the frame 141, and the weight joint portion 122 and the weight portion 142.

(9)ガラス基板の接合(図7(I)参照)
センサ本体2とガラス基板3とを接合する。ガラス基板3は、Naイオンなどの可動イオンを含む、いわゆるパイレックス(登録商標)ガラスであって、SOI基板110との接合には陽極接合を用いる。なお、陽極接合時の静電引力により錘部142がガラス基板3の上面にスティッキングするのを防ぐために、ガラス基板3の上面にスパッタ法によりCrなどのスティッキング防止膜(図示せず)を形成しておいてもよい。これによりセンサ本体2とガラス基板3が接合され、加速度センサ1が構成される。
(9) Bonding of glass substrates (see FIG. 7 (I))
The sensor body 2 and the glass substrate 3 are joined. The glass substrate 3 is so-called Pyrex (registered trademark) glass containing movable ions such as Na ions, and anodic bonding is used for bonding to the SOI substrate 110. In order to prevent the weight 142 from sticking to the upper surface of the glass substrate 3 due to electrostatic attraction during anodic bonding, a sticking prevention film (not shown) such as Cr is formed on the upper surface of the glass substrate 3 by sputtering. You may keep it. Thereby, the sensor main body 2 and the glass substrate 3 are joined, and the acceleration sensor 1 is comprised.

(10)個片化
加速度センサ1をダイシングソー等でダイシングし、個々の加速度センサ1に個片化する。本明細書ではウエハに多面付け配置された「加速度センサ」と、個片化された「加速度センサ」とを特に区別せず加速度センサ1と呼んでいる。上記の製造工程は例示であり、順序は適宜変更可能である。
(10) Individualization The acceleration sensor 1 is diced with a dicing saw or the like, and is divided into individual acceleration sensors 1. In the present specification, the “acceleration sensor” arranged in a multi-face manner on the wafer and the “acceleration sensor” separated into pieces are referred to as the acceleration sensor 1 without any particular distinction. The above manufacturing process is an example, and the order can be changed as appropriate.

(第2の実施形態)
次に、図6を参照して第2の実施形態について説明する。検出部Rを配置する位置が異なる点を除けば、第1の実施形態と略同一である。重複する説明については省略する。
検出部Rが、梁部123がフレーム部121および錘接合部122と接続する領域の境界線を跨ぐように配置されている。そしてコンタクトホール151が、当該境界線から離れた位置に形成されている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. Except for the fact that the position where the detector R is arranged is different, it is substantially the same as the first embodiment. A duplicate description is omitted.
The detection part R is arranged so as to straddle the boundary line of the region where the beam part 123 is connected to the frame part 121 and the weight joint part 122. A contact hole 151 is formed at a position away from the boundary line.

図6に梁部123に作用する応力分布の概略図を示した。境界線上をピークとして、境界線から離れるにしがって検出部Rに作用する応力は急激に減少する。上述したよう検出部Rに生じる抵抗変化はピエゾ抵抗素子の長さ全体の平均応力変化によるため、センサの高感度化のためには検出部Rの長さを短くして、当該境界線近傍の応力集中部に選択的に配置するのが効率的である。しかしながら、コンタクトホール151を当該境界線近傍に形成すると、配線152と端子部Cの接続部分に過度の物理的なストレスが加わる。配線152の剥がれなどを防ぐ点で、コンタクトホール151が境界線から離れていることが好ましい。したがって、端子部Cを境界から離れた位置に置くことにより、端子部Cに印加する物理的なストレスを軽減できる。したがって、長期安定性に優れたセンサを提供できる。また、上記のような構成とすることで、発熱体である端子部Cを堅固なフレーム部や錘部上に配置することで梁部123へ与える影響を小さくできる。   FIG. 6 shows a schematic diagram of the stress distribution acting on the beam portion 123. With the peak on the boundary line, the stress acting on the detector R decreases rapidly as the distance from the boundary line increases. As described above, the resistance change that occurs in the detection unit R is due to the average stress change of the entire length of the piezoresistive element. Therefore, in order to increase the sensitivity of the sensor, the length of the detection unit R is shortened and It is efficient to selectively dispose in the stress concentration part. However, if the contact hole 151 is formed in the vicinity of the boundary line, excessive physical stress is applied to the connection portion between the wiring 152 and the terminal portion C. The contact hole 151 is preferably separated from the boundary line in order to prevent the wiring 152 from peeling off. Therefore, by placing the terminal part C at a position away from the boundary, physical stress applied to the terminal part C can be reduced. Therefore, a sensor having excellent long-term stability can be provided. Further, with the above-described configuration, the influence on the beam portion 123 can be reduced by arranging the terminal portion C, which is a heating element, on a solid frame portion or weight portion.

第2の実施形態に係る加速度センサの製造方法
検出部Rを、当該境界線を跨ぐように配置し、かつコンタクトホール151を当該境界線から離れた位置に形成する点を除き、第1の実施形態に係る加速度センサの製造方法と略同一であり、説明は省略する。
The first embodiment , except that the acceleration sensor manufacturing method detection unit R according to the second embodiment is arranged so as to straddle the boundary line and the contact hole 151 is formed at a position away from the boundary line. This is substantially the same as the method of manufacturing the acceleration sensor according to the embodiment, and the description is omitted.

以上述べた本願の第1、第2の実施形態における、従来技術と比べた利点として以下の1)〜3)が挙げられる。
1)コンタクト箇所の増加
従来、検出部(ピエゾ抵抗素子)の両端にのみ設けていた電気的なコンタクト箇所を、検出部の両端から延伸して存在する複数の端子部にも設けることでコンタクト箇所を増加させている。これにより、一部のコンタクト箇所での接続不良によりセンサ全体の不良を招くことがない。
The following 1) -3) are mentioned as advantages compared with the prior art in the first and second embodiments of the present application described above.
1) Increase in number of contact points Conventionally, electrical contact points provided only at both ends of the detection unit (piezoresistive element) are also provided at a plurality of terminal portions extending from both ends of the detection unit. Is increasing. Thereby, the defect of the whole sensor is not caused by the connection defect in a part of contact.

2)小型センサへの適用
加速度センサの小型化にあたって、錘部とフレーム部の寸法を縮小化する。そこで、検出感度を維持するために梁部の幅L0を縮小化する試みをする。そのため検出部及びコンタクトホールも縮小化せざるを得ない。しかし、安定して加工できるコンタクトホールの寸法に限界があるため、従来の加速度センサでは歩留り良く、製造することが困難であることが判る。例えば、2μm以下の寸法精度を有するリソグラフィを安定して行なうことは難しく、コンタクトホールを2μm以下の寸法とする場合、加工不良により開孔しない可能性がある。
また、コンタクトホールの寸法が小さくなると、コンタクト部での接続抵抗が大きくなり、所望の特性が得られない。検出部の両端にコンタクトホールを複数設けることではなく、検出部から延伸する端子部を配置することでセンサ小型化した際の寸法の制約を受けにくく、リソグラフィと接続抵抗の双方の観点から好ましい態様である。
2) Application to small sensors To reduce the size of an acceleration sensor, the dimensions of the weight part and the frame part are reduced. Therefore, an attempt is made to reduce the beam width L 0 in order to maintain the detection sensitivity. Therefore, the detection part and the contact hole must be reduced. However, since there is a limit to the size of the contact hole that can be stably processed, it can be seen that the conventional acceleration sensor has a high yield and is difficult to manufacture. For example, it is difficult to stably perform lithography having a dimensional accuracy of 2 μm or less, and when the contact hole has a size of 2 μm or less, there is a possibility that the hole is not opened due to processing defects.
Further, when the size of the contact hole is reduced, the connection resistance at the contact portion is increased, and desired characteristics cannot be obtained. Rather than providing a plurality of contact holes at both ends of the detection unit, it is difficult to be restricted by the size of the sensor by arranging a terminal portion extending from the detection unit, which is preferable from the viewpoints of both lithography and connection resistance. It is.

3)長期安定性の向上
端子部が梁部の応力集中部からずれて配置されるため、配線が端子部とコンタクトする位置に過度な物理的ストレスが加わりにくく、当該箇所での配線の剥がれが軽減できる。したがって、加速度センサを長期使用に供する場合、コンタクト部での不良を防ぐことができる。
3) Improvement of long-term stability Since the terminal part is arranged out of the stress concentration part of the beam part, it is difficult for excessive physical stress to be applied to the position where the wiring contacts the terminal part, and the wiring is not peeled off at that point. Can be reduced. Therefore, when the acceleration sensor is used for a long period of time, it is possible to prevent defects in the contact portion.

以上、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。   As described above, the 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.

本発明に係る加速度センサの全体斜視図である。1 is an overall perspective view of an acceleration sensor according to the present invention. 加速度センサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an acceleration sensor. センサ本体の平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of a sensor main body. 検出部の詳細を説明する図面である。It is drawing explaining the detail of a detection part. 本発明に係る第1の実施形態を表す図面である。1 is a diagram illustrating a first embodiment according to the present invention. 本発明に係る第2の実施形態を表す図面である。It is drawing showing 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第1の実施形態の製造方法を表す図面である。It is drawing showing the manufacturing method of 1st Embodiment which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:加速度センサ
2:センサ本体
3:支持基板
110:SOI基板
120:シリコン膜
121:フレーム部
122:錘接合部
123:梁部
124:開口
130:シリコン酸化膜
140:シリコン基板
141:フレーム部
142:錘部
150:絶縁層
151:コンタクトホール
152:配線
160:ギャップ
R:検出部(ピエゾ抵抗素子)
Rx1〜Rx4:(X軸方向の加速度を検出するための)検出部
Ry2〜Ry4:(Y軸方向の加速度を検出するための)検出部
Rz1〜Rz4:(Z軸方向の加速度を検出するための)検出部
C:端子部
1: Acceleration sensor 2: Sensor body 3: Support substrate 110: SOI substrate 120: Silicon film 121: Frame portion 122: Weight joint portion 123: Beam portion 124: Opening 130: Silicon oxide film 140: Silicon substrate 141: Frame portion 142 : Weight 150: insulating layer 151: contact hole 152: wiring 160: gap R: detection part (piezoresistive element)
Rx1 to Rx4: detecting units Ry2 to Ry4 (for detecting acceleration in the X-axis direction): detecting units Rz1 to Rz4 (for detecting acceleration in the Y-axis direction): (for detecting acceleration in the Z-axis direction) ) Detection part C: Terminal part

Claims (4)

開口を有するフレーム部と、
前記フレーム部の開口内に配置された錘部と、
前記フレーム部と前記錘部とを接続する少なくとも一対の梁部と、
前記梁部に形成され、かつ前記梁部の一端が前記フレーム部と接続する領域と、前記梁部の他端が前記錘部と接続する領域のそれぞれに配置された不純物が拡散されてなる検出部と、
前記梁部に作用する応力が集中する応力集中部から離れるように、前記検出部の少なくとも一方の端部から前記フレーム部又は前記錘部に延伸し形成された、不純物が拡散されてなる複数の端子部と、
少なくとも前記検出部と前記端子部とを覆う絶縁層と、
前記検出部の少なくとも一方の端部及び前記検出部の一方の端部から延伸する複数の前記端子部の形成領域内の前記絶縁層を開孔して形成され、かつ、前記梁部に作用する応力が集中する応力集中部から離れた位置に配置された複数のコンタクトホールと、
前記絶縁層上に形成され、複数の前記コンタクトホールを介して前記検出部の一端部及び前記検出部の一端部から延伸する複数の前記端子部と電気的に接続する配線と、
を具備することを特徴とする加速度センサ。
A frame portion having an opening;
A weight portion disposed in the opening of the frame portion;
At least a pair of beam portions connecting the frame portion and the weight portion;
Detected by diffusing impurities formed in each of the region where one end of the beam portion is connected to the frame portion and the region where the other end of the beam portion is connected to the weight portion. And
Away from the stress concentration portion of the stress acting on the beam portion is concentrated, is formed to extend in the frame portion or the weight portion from at least one end portion of the detecting portion, a plurality of impurity is formed by diffusion The terminal part of
An insulating layer covering at least the detection part and the terminal part;
The insulating layer is formed by opening a hole in at least one end of the detection portion and a plurality of terminal portions extending from one end of the detection portion , and acts on the beam portion. A plurality of contact holes arranged at positions away from the stress concentration part where stress is concentrated ;
A wiring formed on the insulating layer and electrically connected to the one end portion of the detection portion and the plurality of terminal portions extending from the one end portion of the detection portion via the plurality of contact holes;
An acceleration sensor comprising:
前記検出部の両端に前記コンタクトホールが形成されていることを特徴とする請求項1記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 1, wherein the contact holes are formed at both ends of the detection unit. 前記端子部の最も幅広い箇所の幅が、前記検出部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項1または2記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 1 or 2, wherein a width of the widest portion of the terminal portion is larger than a width of the detection portion. 前記検出部は、前記梁部の一端と前記フレーム部の境界、あるいは前記梁部の他端と前記錘部の境界を跨いで配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の加速度センサ。   The said detection part is arrange | positioned ranging over the boundary of the one end of the said beam part, and the said frame part, or the other end of the said beam part, and the said weight part, The one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The acceleration sensor according to item 1.
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