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JP6947710B2 - Surface stress sensor and its manufacturing method - Google Patents
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JP6947710B2 - Surface stress sensor and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、表面応力センサ、特に、ピエゾ抵抗カンチレバー型センサと比較して高い感度を有する膜型の表面応力センサ(MSS)と、表面応力センサの製造方法に関する。 The present invention relates to a surface stress sensor, particularly a film-type surface stress sensor (MSS) having higher sensitivity than a piezoresistive cantilever type sensor, and a method for manufacturing the surface stress sensor.

人間の五感に相当する情報を収集するセンサ、特に、人間が化学物質を受容して感じる味覚や嗅覚のセンサに用いる技術として、例えば、特許文献1に開示されているピエゾ抵抗カンチレバー型センサがある。
特許文献1に開示されているピエゾ抵抗カンチレバー型センサは、膜型の表面応力センサであり、平坦部材に印可される表面応力を、平坦部材の周囲に配置した四つのピエゾ抵抗連結部分の、一軸性の応力として検出する構成である。そして、特許文献1に記載されている技術では、膜型の表面応力センサを各種のセンサとして実装する場合、平坦部材を、スペーサを介してパッケージ等の基板に固定するため、平坦部材が、印可された表面応力を受けるために、中空に浮いた構造となっている。
As a technique used for a sensor that collects information corresponding to the five human senses, particularly a taste and smell sensor that a human senses by receiving a chemical substance, for example, there is a piezo resistance cantilever type sensor disclosed in Patent Document 1. ..
The piezoresistive cantilever type sensor disclosed in Patent Document 1 is a film type surface stress sensor, and uniaxially applies the surface stress applied to the flat member to four piezoresistive connecting portions arranged around the flat member. It is configured to be detected as a sexual stress. In the technique described in Patent Document 1, when a film-type surface stress sensor is mounted as various sensors, the flat member is fixed to a substrate such as a package via a spacer, so that the flat member can be applied. It has a structure that floats in the air to receive the applied surface stress.

特開2015−45657号公報JP-A-2015-45657

しかしながら、特許文献1に記載されている技術のように、平坦部材が中空に浮いた構造では、表面応力センサを固定する基板が、例えば、環境温度の変化によって変形すると、基板の変形が平坦部材に応力として印可されてしまう。
そして、基板の変形によって平坦部材に印可される応力は、化学物質を受容した場合に平坦部材へ印可される表面応力よりも大きな応力であるため、ピエゾ抵抗による電圧または電流の出力にオフセットを与えることとなる。
したがって、特許文献1に記載されている技術では、温度変化に応じてオフセットが変化することとなり、表面応力センサとしての測定精度が劣化するという問題点が発生する。
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサと、表面応力センサの製造方法を提供することを目的とする。
However, in a structure in which a flat member floats in a hollow manner as in the technique described in Patent Document 1, when the substrate for fixing the surface stress sensor is deformed due to, for example, a change in environmental temperature, the deformation of the substrate is deformed to the flat member. Is applied as stress.
Since the stress applied to the flat member due to the deformation of the substrate is larger than the surface stress applied to the flat member when a chemical substance is received, an offset is given to the output of the voltage or current due to the piezoresistive effect. It will be.
Therefore, in the technique described in Patent Document 1, the offset changes according to the temperature change, which causes a problem that the measurement accuracy as the surface stress sensor deteriorates.
The present invention has been made by focusing on a conventional unsolved problem, and an object of the present invention is to provide a surface stress sensor and a method for manufacturing the surface stress sensor, which can suppress deterioration of measurement accuracy. do.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る表面応力センサは、メンブレンと、枠部材と、少なくとも一対の連結部と、可撓性抵抗と、支持基材と、パッケージ基板と、を備え、前記メンブレンと前記支持基材との間に空隙部が設けられており、前記支持基材と前記パッケージ基板とは、前記厚さ方向から見て前記メンブレンの少なくとも一部と重なる位置に配置された接続部によって接続されており、前記メンブレンの厚さ方向から見て、前記接続部の面積が前記メンブレンの面積よりも小さくなっていることを特徴としている。メンブレンは、印加された表面応力によって撓む。枠部材は、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する。連結部は、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されて当該メンブレンと前記枠部材とを連結する。可撓性抵抗は、前記連結部のうち少なくとも一つに備えられ、当該連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する。支持基材は、前記枠部材に接続され、且つ前記厚さ方向から見て前記メンブレンと重なる。パッケージ基板は、前記支持基材の前記メンブレンと対向する面と反対側の面に接続される。 In order to achieve the above object, the surface stress sensor according to one aspect of the present invention includes a membrane, a frame member, at least a pair of connecting portions, a flexible resistor, a supporting base material, and a package substrate. A gap is provided between the membrane and the support base material, and the support base material and the package substrate are arranged at positions where they overlap with at least a part of the membrane when viewed from the thickness direction. It is connected by the connecting portion, and is characterized in that the area of the connecting portion is smaller than the area of the membrane when viewed from the thickness direction of the membrane. The membrane bends due to the applied surface stress. The frame member surrounds the membrane with a gap when viewed from the thickness direction of the membrane. The connecting portion is arranged at a position sandwiching the membrane when viewed from the thickness direction to connect the membrane and the frame member. The flexible resistance is provided in at least one of the connecting portions, and the resistance value changes according to the bending caused in the connecting portion. The supporting base material is connected to the frame member and overlaps the membrane when viewed from the thickness direction. The package substrate is connected to the surface of the support substrate opposite to the surface facing the membrane.

また、本発明の他の態様に係る表面応力センサの製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、配線層形成工程と、除去工程と、パッケージ基板配置工程と、接続工程と、を備えることを特徴としている。積層体形成工程は、支持基材の一方の面に凹部を形成し、さらに、前記支持基材へ前記凹部を覆うように検出基材を貼り合わせることで、前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部が設けられた積層体を形成する工程である。第一イオン注入工程は、前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する工程である。熱処理工程は、前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する工程である。配線層形成工程は、前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する工程である。除去工程は、前記検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けて前記メンブレンを包囲する枠部材を形成する工程である。これに加え、除去工程は、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されて前記メンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗を形成する工程である。パッケージ基板配置工程は、前記支持基材の前記メンブレンと対向する面と反対側の面にパッケージ基板を配置する工程である。接続工程は、前記支持基材と前記パッケージ基板との間の前記厚さ方向から見て前記メンブレンの少なくとも一部と重なる位置に、前記メンブレンの厚さ方向から見て、前記メンブレンの面積よりも小さい接続部を形成して前記支持基材と前記パッケージ基板とを接続する工程である。
ここで、「検出基材の中心を含む予め設定した領域」とは、後にメンブレンとなる領域をいう。また、「低抵抗領域及び可撓性抵抗領域」は、後に連結部となる領域をいう。
Further, the method for manufacturing the surface stress sensor according to another aspect of the present invention includes a laminate forming step, a first ion injection step, a second ion injection step, a heat treatment step, a wiring layer forming step, and a removing step. It is characterized by including a package substrate arranging process and a connecting process . In the laminate forming step, a recess is formed on one surface of the support base material, and the detection base material is bonded to the support base material so as to cover the recess, so that the support base material and the detection base material are attached. This is a step of forming a laminated body in which a gap portion is provided between the two. The first ion implantation step is performed on a selected part of the surface of the detection base material opposite to the surface facing the support base material, which is outside the preset region including the center of the detection base material. This is the step of implanting the first ion. The second ion implantation step is a step of injecting the second ion into a selected region outside the region in which the first ion is implanted in the detection substrate. In the heat treatment step, the first ion and the laminated body injected with the second ion are heat-treated to form a flexible resistance region in the region injected with the first ion, and the second ion is injected. This is a step of forming a low resistance region in the region in which the ions of the above are injected. The wiring layer forming step is a step of forming a wiring layer electrically connected to the flexible resistor. The removal step is a membrane that bends due to the applied surface stress by removing a region other than the low resistance region and the flexible resistance region around a preset region including the center of the detection substrate. a step of forming a frame member surrounding the membrane with a gap when viewed from the thickness direction of the membrane. Additionally, the removal step, at least a pair of connecting portions for connecting the frame member and the membrane are arranged at positions sandwiching the membrane when viewed from the thickness direction, and depending on the deflection occurred to the connecting portion This is a step of forming a flexible resistor whose resistance value changes. The package substrate arranging step is a step of arranging the package substrate on the surface of the supporting base material opposite to the surface facing the membrane. The connecting step is performed at a position between the supporting base material and the package substrate so as to overlap at least a part of the membrane when viewed from the thickness direction, and is larger than the area of the membrane when viewed from the thickness direction of the membrane. This is a step of forming a small connecting portion to connect the supporting base material and the package substrate.
Here, the "preset region including the center of the detection base material" means a region that will later become a membrane. Further, the "low resistance region and the flexible resistance region" refer to a region that will later become a connecting portion.

また、本発明の他の態様に係る表面応力センサの製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、を備えることを特徴としている。これに加え、本発明の他の態様に係る表面応力センサの製造方法は、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程と、パッケージ基板配置工程と、接続工程と、を備えることを特徴としている。積層体形成工程は、支持基材に犠牲層を積層し、さらに、前記犠牲層に検出基材を積層して積層体を形成する工程である。第一イオン注入工程は、前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する工程である。熱処理工程は、前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する工程である。ホール形成工程は、前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記検出基材の中心を含む予め設定した領域に、前記犠牲層まで貫通するホールを形成する工程である。空隙部形成工程は、前記ホールを介したエッチングにより、前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記検出基材の中心を含む予め設定した領域と前記支持基材との間に配置された前記犠牲層を除去して、前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部を設ける工程である。ホール封止工程は、前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面に酸化膜を形成して前記ホールを封止する工程である。配線層形成工程は、前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する工程である。除去工程は、前記検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けて前記メンブレンを包囲する枠部材を形成する工程である。これに加え、除去工程は、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されて前記メンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗を形成する工程である。パッケージ基板配置工程は、前記支持基材の前記メンブレンと対向する面と反対側の面にパッケージ基板を配置する工程である。接続工程は、前記支持基材と前記パッケージ基板との間の前記厚さ方向から見て前記メンブレンの少なくとも一部と重なる位置に、前記メンブレンの厚さ方向から見て、前記メンブレンの面積よりも小さい接続部を形成して前記支持基材と前記パッケージ基板とを接続する工程である。

Further, the method for manufacturing a surface stress sensor according to another aspect of the present invention includes a laminate forming step, a first ion implantation step, a second ion implantation step, a heat treatment step, and a hole forming step. It is characterized by. In addition to this, the method for manufacturing a surface stress sensor according to another aspect of the present invention includes a gap forming step, a hole sealing step, a wiring layer forming step, a removing step, a package substrate arranging step, and a connecting step. It is characterized in that it comprises, when. The laminate forming step is a step of laminating a sacrificial layer on a supporting base material and further laminating a detection base material on the sacrificial layer to form a laminated body. The first ion implantation step is performed on a selected portion of the surface of the detection base material opposite to the surface facing the support base material, which is outside the preset region including the center of the detection base material. This is the process of implanting one ion. The second ion implantation step is a step of injecting the second ion into a selected region outside the region in which the first ion is implanted in the detection substrate. In the heat treatment step, the first ion and the laminated body injected with the second ion are heat-treated to form a flexible resistance region in the region injected with the first ion, and the second ion is injected. This is a step of forming a low resistance region in the region in which the ions of the above are injected. The hole forming step is a step of forming a hole penetrating to the sacrificial layer in a preset region including the flexible resistance region of the detection base material and the center of the detection base material. The gap forming step was arranged between the support base material and the flexible resistance region of the detection base material and a preset region including the center of the detection base material by etching through the holes. This is a step of removing the sacrificial layer and providing a gap between the supporting base material and the detection base material. The hole sealing step is a step of forming an oxide film on the surface of the detection base material opposite to the surface facing the supporting base material to seal the holes. The wiring layer forming step is a step of forming a wiring layer electrically connected to the flexible resistor. The removal step is a membrane that bends due to the applied surface stress by removing a region other than the low resistance region and the flexible resistance region around a preset region including the center of the detection substrate. a step of forming a frame member surrounding the membrane with a gap when viewed from the thickness direction of the membrane. Additionally, the removal step, at least a pair of connecting portions for connecting the frame member and the membrane are arranged at positions sandwiching the membrane when viewed from the thickness direction, and depending on the deflection occurred to the connecting portion This is a step of forming a flexible resistor whose resistance value changes. The package substrate arranging step is a step of arranging the package substrate on the surface of the supporting base material opposite to the surface facing the membrane. The connecting step is performed at a position between the supporting base material and the package substrate so as to overlap at least a part of the membrane when viewed from the thickness direction, and is larger than the area of the membrane when viewed from the thickness direction of the membrane. This is a step of forming a small connecting portion to connect the supporting base material and the package substrate.

本発明の一態様によれば、表面応力センサを固定した基板の変形によってメンブレンに印加される応力を低減させて、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサと、表面応力センサの製造方法を提供することが可能となる。 According to one aspect of the present invention, a surface stress sensor and a surface stress sensor capable of reducing the stress applied to the membrane due to the deformation of the substrate on which the surface stress sensor is fixed and suppressing the deterioration of measurement accuracy. It becomes possible to provide the manufacturing method of.

本発明の第一実施形態に係る表面応力センサの構成を表す側面図である。It is a side view which shows the structure of the surface stress sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1のII線矢視図である。FIG. 1 is a view taken along the line II of FIG. 図2のIII‐III線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 図2のIV‐IV線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 表面応力センサの斜視図である。It is a perspective view of the surface stress sensor. 積層体形成工程を示す図である。It is a figure which shows the laminate formation process. 第一イオン注入工程及び第二イオン注入工程を示す図である。It is a figure which shows the 1st ion implantation process and the 2nd ion implantation process. 配線層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the wiring layer formation process. 配線層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the wiring layer formation process. 配線層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the wiring layer formation process. 配線層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the wiring layer formation process. 配線層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the wiring layer formation process. 従来の構成を備える表面応力センサの動作・作用を示す図である。It is a figure which shows the operation | action of the surface stress sensor which has the conventional structure. 第一実施形態の表面応力センサの動作・作用を示す図である。It is a figure which shows the operation | action of the surface stress sensor of 1st Embodiment. 本発明の第二実施形態に係る表面応力センサの構成を表す側面図である。It is a side view which shows the structure of the surface stress sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 積層体形成工程を示す図である。It is a figure which shows the laminate formation process. ホール形成工程を示す図である。It is a figure which shows the hole forming process. 空隙部形成工程を示す図である。It is a figure which shows the gap formation process. ホール封止工程を示す図である。It is a figure which shows the hole sealing process. 本発明の第三実施形態に係る表面応力センサの構成を表す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the surface stress sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る表面応力センサの構成を表す平面図である。It is a top view which shows the structure of the surface stress sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る表面応力センサの積層体形成工程の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the laminated body forming process of the surface stress sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る表面応力センサの第一イオン注入工程及び第二イオン注入工程の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the 1st ion implantation process and the 2nd ion implantation process of the surface stress sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係る表面応力センサのホール形成工程の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the hole formation process of the surface stress sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係る表面応力センサの空隙部形成工程の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the gap formation process of the surface stress sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係る表面応力センサのホール封止工程の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the hole sealing process of the surface stress sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention.

図面を参照して、本発明の実施形態を以下において説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一、または類似の部分には、同一、または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、厚さの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質や、それらの形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を90度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を180度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings referred to in the following description, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimensions, the ratio of the thickness, etc. are different from the actual ones. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following explanation. In addition, it goes without saying that the drawings include parts having different dimensional relationships and ratios from each other.
Further, the embodiments shown below exemplify a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the materials of the constituent parts, their shapes, structures, and the like. The arrangement etc. is not specified as the following. The technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope specified by the claims stated in the claims. Further, the directions of "left and right" and "up and down" in the following description are merely definitions for convenience of explanation, and do not limit the technical idea of the present invention. Therefore, for example, if the paper surface is rotated 90 degrees, "left and right" and "up and down" are read interchangeably, and if the paper surface is rotated 180 degrees, "left" becomes "right" and "right" becomes "left". Of course it will be.

(第一実施形態)
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1から図5を用いて、第一実施形態の構成を説明する。
図1から図5中に表す表面応力センサ1は、例えば、味覚や嗅覚を検出するセンサに用いられており、パッケージ基板2と、接続部4と、支持基材10と、検出基材20を備える。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(composition)
The configuration of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
The surface stress sensor 1 shown in FIGS. 1 to 5 is used, for example, as a sensor for detecting a sense of taste or a sense of smell, and comprises a package substrate 2, a connecting portion 4, a supporting substrate 10, and a detecting substrate 20. Be prepared.

(パッケージ基板)
パッケージ基板2は、例えば、金属、ポリマー、セラミック材等を用いて形成されており、例えば、ミリメートルオーダーの厚さで形成されている。
(接続部)
接続部4は、パッケージ基板2の一方の面(図1中では、上側の面)に配置されており、例えば、接着剤や半田等を用いて形成されている。
第一実施形態では、一例として、接続部4の形状を、円形に形成した場合について説明する。
(Package board)
The package substrate 2 is formed of, for example, a metal, a polymer, a ceramic material, or the like, and is formed, for example, with a thickness on the order of millimeters.
(Connection part)
The connection portion 4 is arranged on one surface of the package substrate 2 (the upper surface in FIG. 1), and is formed by using, for example, an adhesive or solder.
In the first embodiment, as an example, a case where the shape of the connecting portion 4 is formed in a circular shape will be described.

(支持基材)
支持基材10は、パッケージ基板2の一方の面に配置されており、接続部4を介して、パッケージ基板2に取り付けられている。
第一実施形態では、一例として、支持基材10の中心が、接続部4を配置する位置と重なる場合について説明する。
支持基材10の面積(図1中では、支持基材10を上下方向から見た支持基材10の面積)は、接続部4の面積よりも大きい。
(Supporting base material)
The support base material 10 is arranged on one surface of the package base material 2, and is attached to the package base material 2 via the connecting portion 4.
In the first embodiment, as an example, a case where the center of the support base material 10 overlaps with the position where the connecting portion 4 is arranged will be described.
The area of the support base material 10 (in FIG. 1, the area of the support base material 10 when the support base material 10 is viewed from above and below) is larger than the area of the connecting portion 4.

支持基材10の厚さ(図1中では、支持基材10の上下方向への長さ)は、80[μm]以上に設定されている。なお、支持基材10の厚さは、80[μm]以上750[μm]以下の範囲内に設定してもよい。
支持基材10を形成する材料としては、例えば、ケイ素(Si:シリコン)、サファイア、ガリウムヒ素、ガラス、石英のうちいずれかを含む材料を用いることが可能である。また、支持基材10は、表面に酸化膜等で構成されたBOX層が形成されていてもよい。
第一実施形態では、一例として、支持基材10を形成する材料として、ケイ素を用いた場合について説明する。
これにより、第一実施形態では、支持基材10の線膨張係数を、5.0×10−6/℃以下としている。
The thickness of the support base material 10 (in FIG. 1, the length of the support base material 10 in the vertical direction) is set to 80 [μm] or more. The thickness of the support base material 10 may be set within the range of 80 [μm] or more and 750 [μm] or less.
As the material for forming the support base material 10, for example, a material containing any one of silicon (Si: silicon), sapphire, gallium arsenide, glass, and quartz can be used. Further, the support base material 10 may have a BOX layer formed of an oxide film or the like formed on the surface thereof.
In the first embodiment, as an example, a case where silicon is used as a material for forming the support base material 10 will be described.
As a result, in the first embodiment, the coefficient of linear expansion of the supporting base material 10 is set to 5.0 × 10 -6 / ° C. or less.

以下に、支持基材10を形成する材料として用いることが可能な材料の、線膨張係数を記載する。
ケイ素の線膨張係数は、常温以上1000℃以下の環境下で、3.9×10−6/℃以下である。
サファイアの線膨張係数は、0℃以上1000℃以下の環境下で、9.0×10−6/℃以下である。
ガリウムヒ素(GaAs)の線膨張係数は、0K以上300K以下の環境下で、6.0×10−6/℃以下である。
ガラス(フロートガラス)の線膨張係数は、0℃以上300℃以下の環境下で、8.5×10−6/℃以下〜9.0×10−6/℃以下である。
石英の線膨張係数は、0℃以上300℃以下の環境下で、0.59×10−6/℃以下である。なお、石英の線膨張係数は、300℃の近辺にピークが有る。
The coefficient of linear expansion of the material that can be used as the material for forming the support base material 10 is described below.
The coefficient of linear expansion of silicon is 3.9 × 10 -6 / ° C or lower in an environment of room temperature or higher and 1000 ° C. or lower.
The coefficient of linear expansion of sapphire is 9.0 × 10 -6 / ° C or lower in an environment of 0 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
The coefficient of linear expansion of gallium arsenide (GaAs) is 6.0 × 10 −6 / ° C. or less in an environment of 0 K or more and 300 K or less.
The coefficient of linear expansion of glass (float glass) is 8.5 × 10 −6 / ° C. or less to 9.0 × 10 −6 / ° C. or less in an environment of 0 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.
The coefficient of linear expansion of quartz is 0.59 × 10 -6 / ° C or lower in an environment of 0 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. The coefficient of linear expansion of quartz has a peak near 300 ° C.

(検出基材)
検出基材20は、支持基材10の一方の面(図1中では、上側の面)に積層されており、メンブレン22と、枠部材24と、連結部26とが一体となって形成されている。
第一実施形態では、一例として、検出基材20を形成する材料に、ケイ素を用いた場合について説明する。
また、検出基材20を形成する材料は、支持基材10の線膨張係数と、検出基材20の線膨張係数との差が、1.2×10−5/℃以下となる材料を用いる。
第一実施形態では、検出基材20を形成する材料と、支持基材10を形成する材料とを、同一の材料とした場合について説明する。
(Detection base material)
The detection base material 20 is laminated on one surface (upper surface in FIG. 1) of the support base material 10, and the membrane 22, the frame member 24, and the connecting portion 26 are integrally formed. ing.
In the first embodiment, as an example, a case where silicon is used as a material for forming the detection base material 20 will be described.
Further, as the material for forming the detection base material 20, a material having a difference between the linear expansion coefficient of the support base material 10 and the linear expansion coefficient of the detection base material 20 of 1.2 × 10 -5 / ° C. or less is used. ..
In the first embodiment, a case where the material forming the detection base material 20 and the material forming the support base material 10 are the same material will be described.

(メンブレン)
メンブレン22は、板状に形成されている。
第一実施形態では、一例として、メンブレン22を、円板状に形成した場合について説明する。
また、メンブレン22は、n型半導体層である。
メンブレン22の一方の面(図1中では、上側の面)には、受容体30が例えば塗布により形成されている。
受容体30(レセプター)は、例えば、ポリエチレンイミン(PEI)溶液を用いて形成されており、ガスの分子が吸着することで歪みが発生する。
受容体30にガスの分子が吸着して、受容体30に歪みが発生すると、メンブレン22に表面応力が印加され、メンブレン22が撓む。したがって、メンブレン22は、受容体30にガスの分子が吸着すると、印加された表面応力によって撓む。
なお、受容体30の構成は、ガスの分子が吸着することで歪みが発生する構成に限定するものではなく、例えば、磁気によって歪みが発生する構成としてもよい。すなわち、受容体30の構成は、表面応力センサ1の検出対象に応じて、適宜変更してもよい。
(Membrane)
The membrane 22 is formed in a plate shape.
In the first embodiment, a case where the membrane 22 is formed in a disk shape will be described as an example.
The membrane 22 is an n-type semiconductor layer.
Receptors 30 are formed, for example, by coating on one surface of the membrane 22 (upper surface in FIG. 1).
The receptor 30 (receptor) is formed by using, for example, a polyethyleneimine (PEI) solution, and distortion occurs due to adsorption of gas molecules.
When gas molecules are adsorbed on the receptor 30 and strain is generated in the receptor 30, surface stress is applied to the membrane 22, and the membrane 22 bends. Therefore, when gas molecules are adsorbed on the receptor 30, the membrane 22 bends due to the applied surface stress.
The structure of the receptor 30 is not limited to the structure in which strain is generated by adsorbing gas molecules, and may be, for example, a structure in which strain is generated by magnetism. That is, the configuration of the receptor 30 may be appropriately changed according to the detection target of the surface stress sensor 1.

(枠部材)
枠部材24は、井桁状に形成されており、メンブレン22の厚さ方向から見て、隙間を空けてメンブレン22を包囲している。
メンブレン22の厚さ方向から見た視点とは、表面応力センサ1を上方から見た視点(図1では、矢印IIの方向から見た視点)である。
メンブレン22の厚さ方向から見て、枠部材24の中心は、メンブレン22の中心と重なっている。
また、枠部材24は、接着等、各種の接合技術を用いて、支持基材10のうち、パッケージ基板2と対向する面と反対側の面(図1中では、上側の面)に接続されている。
(Frame member)
The frame member 24 is formed in a grid shape and surrounds the membrane 22 with a gap when viewed from the thickness direction of the membrane 22.
The viewpoint viewed from the thickness direction of the membrane 22 is a viewpoint viewed from above the surface stress sensor 1 (in FIG. 1, a viewpoint viewed from the direction of arrow II).
When viewed from the thickness direction of the membrane 22, the center of the frame member 24 overlaps the center of the membrane 22.
Further, the frame member 24 is connected to the surface of the support base material 10 opposite to the surface facing the package substrate 2 (upper surface in FIG. 1) by using various joining techniques such as adhesion. ing.

第一実施形態では、一例として、枠部材24及び支持基材10の形状を、メンブレン22の厚さ方向から見て、支持基材10の外周面と枠部材24の外周面とが、面一である形状に形成した場合について説明する。
すなわち、枠部材24と支持基材10は、メンブレン22の厚さ方向から見て、同じ形状の四辺形である。これは、例えば、枠部材24と支持基材10とを接続した後に、枠部材24及び支持基材10に対してダイシング加工を行うことで実現する。すなわち、メンブレン22の厚さ方向から見て、枠部材24の中心は、支持基材10の中心と重なっている。
In the first embodiment, as an example, when the shapes of the frame member 24 and the support base material 10 are viewed from the thickness direction of the membrane 22, the outer peripheral surface of the support base material 10 and the outer peripheral surface of the frame member 24 are flush with each other. The case where the shape is formed is described.
That is, the frame member 24 and the supporting base material 10 are quadrilaterals having the same shape when viewed from the thickness direction of the membrane 22. This is achieved, for example, by connecting the frame member 24 and the support base material 10 and then dicing the frame member 24 and the support base material 10. That is, when viewed from the thickness direction of the membrane 22, the center of the frame member 24 overlaps with the center of the supporting base material 10.

したがって、支持基材10は、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22及び枠部材24と重なっている。
さらに、接続部4は、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22の少なくとも一部と重なる位置に配置されている。
また、メンブレン22の厚さ方向から見て、接続部4の面積は、メンブレン22の面積よりも小さい。
また、パッケージ基板2は、支持基材10のメンブレン22と対向する面と反対側の面(図1中では、下側の面)に接続されている。
Therefore, the support base material 10 overlaps the membrane 22 and the frame member 24 when viewed from the thickness direction of the membrane 22.
Further, the connecting portion 4 is arranged at a position overlapping with at least a part of the membrane 22 when viewed from the thickness direction of the membrane 22.
Further, the area of the connecting portion 4 is smaller than the area of the membrane 22 when viewed from the thickness direction of the membrane 22.
Further, the package substrate 2 is connected to a surface (lower surface in FIG. 1) opposite to the surface of the support base material 10 facing the membrane 22.

(連結部)
連結部26は、メンブレン22の厚さ方向から見て、帯状に形成されている。
また、連結部26は、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22の中心を通過する仮想的な直線VL1及びVL2と重なる位置に配置されており、メンブレン22と枠部材24とを連結している。
第一実施形態では、一例として、メンブレン22と枠部材24とが、二対である四つの連結部26a〜26dで連結されている場合について説明する。
四つの連結部26a〜26dは、直線VL1と重なる位置に配置されている一対の連結部26a及び連結部26bと、直線VL1と直交する直線VL2と重なる位置に配置されている一対の連結部26c及び連結部26dを含む。
すなわち、一対の連結部26a及び連結部26bと、一対の連結部26c及び連結部26dは、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22を挟む位置に配置されており、メンブレン22と枠部材24とを連結する。
(Connecting part)
The connecting portion 26 is formed in a band shape when viewed from the thickness direction of the membrane 22.
Further, the connecting portion 26 is arranged at a position overlapping the virtual straight lines VL1 and VL2 passing through the center of the membrane 22 when viewed from the thickness direction of the membrane 22, and connects the membrane 22 and the frame member 24. ing.
In the first embodiment, as an example, a case where the membrane 22 and the frame member 24 are connected by two pairs of four connecting portions 26a to 26d will be described.
The four connecting portions 26a to 26d are a pair of connecting portions 26a and 26b arranged at positions overlapping the straight line VL1 and a pair of connecting portions 26c arranged at positions overlapping the straight line VL2 orthogonal to the straight line VL1. And the connecting portion 26d.
That is, the pair of connecting portions 26a and 26b, and the pair of connecting portions 26c and connecting portions 26d are arranged at positions sandwiching the membrane 22 when viewed from the thickness direction of the membrane 22, and the membrane 22 and the frame member. 24 is connected.

第一実施形態では、一例として、連結部26a及び連結部26bの幅が、連結部26c及び連結部26dの幅よりも狭い場合について説明する。
メンブレン22及び四つの連結部26a〜26dと、支持基材10との間には、空隙部40が設けられている。
なお、表面応力センサ1を溶液中で使用する場合には、空隙部40が溶液で満たされてもよい。
空隙部40は、検出基材20の加工途中においてメンブレン22が支持基材10の側へ撓む際に、メンブレン22が支持基材10に張り付くことを防ぐ空間として機能する。
四つの連結部26a〜26dには、それぞれ、可撓性抵抗50a〜50dが備えられている。
In the first embodiment, as an example, a case where the width of the connecting portion 26a and the connecting portion 26b is narrower than the width of the connecting portion 26c and the connecting portion 26d will be described.
A gap 40 is provided between the membrane 22 and the four connecting portions 26a to 26d and the supporting base material 10.
When the surface stress sensor 1 is used in a solution, the void 40 may be filled with the solution.
The gap 40 functions as a space for preventing the membrane 22 from sticking to the support base 10 when the membrane 22 bends toward the support base 10 during processing of the detection base 20.
The four connecting portions 26a to 26d are provided with flexible resistors 50a to 50d, respectively.

(可撓性抵抗)
各可撓性抵抗50は、連結部26に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する。
第一実施形態では、一例として、可撓性抵抗50を、ピエゾ抵抗で形成した場合について説明する。
ピエゾ抵抗は、例えば、連結部26へのイオンの注入によって形成されており、メンブレン22が撓むことで連結部26に起きた撓みに応じて変化する抵抗値を有している。
また、可撓性抵抗50は、p型半導体層である。
四つの可撓性抵抗50a〜50dは、例えば、図5中に示すように、互いに隣接する可撓性抵抗50(連結部26aと連結部26c及び連結部26d、連結部26bと連結部26c及び連結部26d)が接続されている。これにより、四つの可撓性抵抗50a〜50dは、図5に示すフルホイートストンブリッジを形成している。
(Flexible resistance)
The resistance value of each flexible resistor 50 changes according to the deflection that occurs in the connecting portion 26.
In the first embodiment, as an example, a case where the flexible resistor 50 is formed by the piezoresistive resistor will be described.
The piezoresistive effect is formed, for example, by injecting ions into the connecting portion 26, and has a resistance value that changes according to the bending caused in the connecting portion 26 due to the bending of the membrane 22.
The flexible resistor 50 is a p-type semiconductor layer.
The four flexible resistors 50a to 50d are, for example, as shown in FIG. 5, flexible resistors 50 adjacent to each other (connecting portion 26a and connecting portion 26c and connecting portion 26d, connecting portion 26b and connecting portion 26c, and The connecting portion 26d) is connected. As a result, the four flexible resistors 50a to 50d form the full Wheatstone bridge shown in FIG.

(ピエゾ抵抗)
以下、ピエゾ抵抗の詳細な構成について説明する。
ピエゾ抵抗の抵抗値(R)と、ピエゾ抵抗の抵抗値の相対抵抗変化(ΔR/R)は、以下の式(1)から(3)で与えられる。
(Piezoresistive effect)
Hereinafter, the detailed configuration of the piezoresistive device will be described.
The resistance value (R) of the piezoresistive effect and the relative resistance change (ΔR / R) of the resistance value of the piezoresistive effect are given by the following equations (1) to (3).

Figure 0006947710
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Figure 0006947710
Figure 0006947710

Figure 0006947710
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式(1)から式(3)において、ρはピエゾ抵抗の抵抗率、lはピエゾ抵抗の長さ、wはピエゾ抵抗の幅、tはピエゾ抵抗の厚さであり、σはピエゾ抵抗に誘起される応力、εはピエゾ抵抗に誘起される歪、πはピエゾ抵抗定数である。
また、式(1)から式(3)において、xはカンチレバーの長手方向、yはカンチレバーの横方向、zはカンチレバーの法線方向に対応する。
歪と応力の関係は、一般化されたHookeの法則から導くことが可能である。
In equations (1) to (3), ρ is the resistance of the piezoresistive effect, l is the length of the piezoresistive effect, w is the width of the piezoresistive effect, t is the thickness of the piezoresistive effect, and σ is induced by the piezoresistive effect. The stress to be generated, ε is the strain induced by the piezoresistive effect, and π is the piezoresistive constant.
Further, in equations (1) to (3), x corresponds to the longitudinal direction of the cantilever, y corresponds to the lateral direction of the cantilever, and z corresponds to the normal direction of the cantilever.
The relationship between strain and stress can be derived from the generalized Hooke's law.

Figure 0006947710
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Figure 0006947710
Figure 0006947710

Figure 0006947710
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式(4)から式(6)において、EはカンチレバーのYoung率であり、νはカンチレバーのPoisson比である。したがって、平面応力である(すなわちσz=0)と仮定すれば、相対抵抗変化は、以下の式(7)で記述することが可能である。 In formulas (4) to (6), E is the Young's modulus of the cantilever and ν is the Poisson's ratio of the cantilever. Therefore, assuming that it is a plane stress (that is, σz = 0), the relative resistance change can be described by the following equation (7).

Figure 0006947710
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ここで、大きな信号を獲得し、シリコンが有する高いピエゾ係数を最大限利用するために、単結晶Si(100)を用いて形成されることで、p型半導体層を形成するピエゾ抵抗を検討する。ピエゾ抵抗係数は、以下の式(8)及び式(9)で示す関係によって決定される。 Here, in order to acquire a large signal and make the best use of the high piezo coefficient of silicon, the piezoresistive effect of forming the p-type semiconductor layer by being formed using single crystal Si (100) is examined. .. The piezoresistive coefficient is determined by the relationship represented by the following equations (8) and (9).

Figure 0006947710
Figure 0006947710

Figure 0006947710
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式(8)及び式(9)において、π11、π12及びπ44は、結晶の基本ピエゾ抵抗係数である。x方向が[110]に整列したp型Si(100)であり、y方向が[1−10]に整列したp型Si(100)である場合は、π11が、10−11Pa−1を単位として+6.6である。これに加え、π12が、10−11Pa−1を単位として−1.1であり、π44が、10−11Pa−1を単位として+138.1である。
したがって、ピエゾ抵抗係数πxは、71.8×10−11Pa−1と計算され、ピエゾ抵抗係数πyは、−66.3×10−11Pa−1と計算される。また、Eは1.70×1011Paであり、νは0.28である。そして、πx>>(1+2ν)/Eであり、πy>>−1/Eであり、πx≒−πy≒π44/2であるので、式(7)は、以下の式(10)で示すように近似することが可能である。
In equations (8) and (9), π11, π12 and π44 are the basic piezoresistive coefficients of the crystal. When the x-direction is the p-type Si (100) aligned with [110] and the y-direction is the p-type Si (100) aligned with [1-10], π11 is in units of 10-11 Pa-1. As +6.6. In addition to this, π12 is −1.1 in units of 10-11Pa-1, and π44 is +138.1 in units of 10-11Pa-1.
Therefore, the piezoresistive coefficient πx is calculated as 71.8 × 10-11Pa-1, and the piezoresistive coefficient πy is calculated as -66.3 × 10-11Pa-1. Further, E is 1.70 × 1011 Pa, and ν is 0.28. Then, πx >> (1 + 2ν) / E, πy >> -1 / E, and πx≈−πy≈π44 / 2, so the equation (7) is shown by the following equation (10). It is possible to approximate to.

Figure 0006947710
したがって、ピエゾ抵抗の信号(すなわち、ΔR/R)は、主にσxとσyの差によって決まる。
Figure 0006947710
Therefore, the piezoresistive signal (ie, ΔR / R) is mainly determined by the difference between σx and σy.

(表面応力センサの製造方法)
図1から図5を参照しつつ、図6から図12を用いて、表面応力センサ1の製造方法を説明する。なお、図6から図12は、図5のX−X線断面の位置に対応する断面図である。
表面応力センサ1の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。
(Manufacturing method of surface stress sensor)
A method for manufacturing the surface stress sensor 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 5 and FIGS. 6 to 12. 6 to 12 are cross-sectional views corresponding to the positions of the X-ray cross section of FIG.
The method for manufacturing the surface stress sensor 1 includes a laminate forming step, a first ion implantation step, a second ion implantation step, a heat treatment step, a wiring layer forming step, and a removing step.

(積層体形成工程)
積層体形成工程では、まず、図6(a)に示すように、支持基材10の材料となる第一シリコン基板60の一方の面に、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて凹部62(トレンチ)を形成する。凹部62の深さは、例えば、7[μm]に設定する。
次に、凹部62を形成した第一シリコン基板60に対し、検出基材20の材料となる第二シリコン基板64を、接着等、各種の接合技術を用いて貼り合わせることで、図6(b)に示すように、積層体66(Cavityウェーハ)を形成する。
(Laminate body forming process)
In the laminate forming step, first, as shown in FIG. 6A, a recess 62 (trench) is formed on one surface of the first silicon substrate 60, which is the material of the support base material 10, by using lithography and etching techniques. Form. The depth of the recess 62 is set to, for example, 7 [μm].
Next, the second silicon substrate 64, which is the material of the detection base material 20, is bonded to the first silicon substrate 60 on which the recess 62 is formed by using various bonding techniques such as adhesion, whereby FIG. 6 (b) ), The laminated body 66 (Cavity wafer) is formed.

上記のように、積層体形成工程を行うことで、積層体66の所定の位置には、上下左右をシリコン(第一シリコン基板60、第二シリコン基板64)によって囲まれた空隙部40が形成される。
以上により、積層体形成工程では、支持基材10の一方の面に凹部62を形成し、さらに、支持基材10へ凹部62を覆うように検出基材20を貼り合わせることで、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40が設けられた積層体66を形成する。
As described above, by performing the laminate forming step, a gap 40 whose top, bottom, left and right are surrounded by silicon (first silicon substrate 60, second silicon substrate 64) is formed at a predetermined position of the laminate 66. Will be done.
As described above, in the laminate forming step, the recess 62 is formed on one surface of the support base material 10, and the detection base material 20 is attached to the support base material 10 so as to cover the recess 62, thereby supporting the support base material. A laminated body 66 having a gap 40 provided between the 10 and the detection base material 20 is formed.

(第一イオン注入工程)
第一イオン注入工程では、まず、図7に示すように、第二シリコン基板64の上側の面を酸化させて第一のシリコン酸化膜68aを形成し、フォトレジストのパターン(図示せず)を用いて、可撓性抵抗領域70に対し、選択的に第一のイオンを注入する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(可撓性抵抗領域70)に、第一のイオンを注入する。
(First ion implantation process)
In the first ion implantation step, first, as shown in FIG. 7, the upper surface of the second silicon substrate 64 is oxidized to form the first silicon oxide film 68a, and a photoresist pattern (not shown) is formed. The first ion is selectively implanted into the flexible resistance region 70.
As described above, in the first ion implantation step, among the surfaces of the detection base material 20 opposite to the surface facing the support base material 10, a selected region outside the preset region including the center of the detection base material 20 is selected. The first ion is implanted into the region of the portion (flexible resistance region 70).

(第二イオン注入工程)
第二イオン注入工程では、第一イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一イオン注入工程で用いたものとは異なるフォトレジストのパターン(図示せず)を形成し、図7中に示すように、低抵抗領域72に第二のイオンを注入する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材20の第一のイオンを注入した領域(可撓性抵抗領域70)よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する。
(Second ion implantation process)
In the second ion implantation step, the photoresist used in the first ion implantation step was removed, and a photoresist pattern (not shown) different from that used in the first ion implantation step was formed, and FIG. 7 As shown inside, the second ion is implanted into the low resistance region 72.
As described above, in the second ion implantation step, the second ion is implanted into the selected region outside the region (flexible resistance region 70) in which the first ion is implanted in the detection substrate 20.

(熱処理工程)
熱処理工程では、第二イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一のイオン及び第二のイオンの活性化を目的として、積層体66に熱処理(アニール処理)を施す。積層体66に熱処理を施した後は、第一のシリコン酸化膜68aを除去する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域70を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域72を形成する。
(Heat treatment process)
In the heat treatment step, the photoresist used in the second ion implantation step is removed, and further, the laminate 66 is heat-treated (annealed) for the purpose of activating the first ion and the second ion. After the laminate 66 is heat-treated, the first silicon oxide film 68a is removed.
As described above, in the heat treatment step, the laminated body 66 in which the first ion and the second ion are injected is heat-treated to form the flexible resistance region 70 in the region in which the first ion is injected, and the second A low resistance region 72 is formed in the region in which the ions of the above are injected.

(配線層形成工程)
配線層形成工程では、図8(a)に示すように、第二シリコン基板64の上側の面に対し、シリコン窒化膜74と第二のシリコン酸化膜68bとを順に積層する。そして、通常のリソグラフィー及び酸化膜エッチングにより、図8(b)に示すように、第二のシリコン酸化膜68bへ、ホール76を形成する。
次に、図9(a)に示すように、第二のシリコン酸化膜68bの上へ、Ti及びTiNで形成した積層膜78をスパッタリングによって形成し、熱処理を施す。積層膜78は、Al等の金属膜がSiへ異常拡散することを防止する役割を持つ、いわゆるバリアメタルであり、熱処理を施すことによって、ホール76の底部に存在するSiとTiの界面がシリサイド化して、低抵抗な接続を形成することが可能となる。
さらに、図9(b)に示すように、積層膜78の上へ、スパッタリングによって、Al等の金属膜80を積層する。
(Wiring layer forming process)
In the wiring layer forming step, as shown in FIG. 8A, the silicon nitride film 74 and the second silicon oxide film 68b are laminated in order on the upper surface of the second silicon substrate 64. Then, as shown in FIG. 8B, holes 76 are formed in the second silicon oxide film 68b by ordinary lithography and oxide film etching.
Next, as shown in FIG. 9A, a laminated film 78 formed of Ti and TiN is formed on the second silicon oxide film 68b by sputtering, and heat treatment is performed. The laminated film 78 is a so-called barrier metal having a role of preventing a metal film such as Al from abnormally diffusing into Si, and by performing heat treatment, the interface between Si and Ti existing at the bottom of the hole 76 is silicide. It is possible to form a low resistance connection.
Further, as shown in FIG. 9B, a metal film 80 such as Al is laminated on the laminated film 78 by sputtering.

次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術を用いて金属膜80をパターニングすることにより、図10(a)に示すような配線層82を形成する。さらに、図10(b)に示すように、絶縁層として第三のシリコン酸化膜68cを積層する。
その後、図11(a)に示すように、可撓性抵抗領域70及び検出基材の中心を含む予め設定した領域(後にメンブレンとなる領域)であるメンブレン設定領域84以外を覆うようなフォトレジストのパターン(図示せず)を形成する。さらに、エッチング技術によって、可撓性抵抗領域70及びメンブレン設定領域84に形成されている第二のシリコン酸化膜68bを除去する。そして、メンブレン設定領域84以外を覆うようなフォトレジストのパターン(図示せず)を形成して、図11(b)に示すように、メンブレン設定領域84のシリコン窒化膜74を除去する。
次に、図12に示すように、可撓性抵抗50からの出力を得るためのPAD86を、通常のフォトリソグラフィー及びエッチング技術によって形成する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗50と電気的に接続された配線層82を形成する。
Next, the wiring layer 82 as shown in FIG. 10A is formed by patterning the metal film 80 using photolithography and etching techniques. Further, as shown in FIG. 10B, a third silicon oxide film 68c is laminated as an insulating layer.
After that, as shown in FIG. 11A, a photoresist that covers a region other than the membrane setting region 84, which is a preset region (a region that later becomes a membrane) including the flexible resistance region 70 and the center of the detection substrate. Pattern (not shown) is formed. Further, the second silicon oxide film 68b formed in the flexible resistance region 70 and the membrane setting region 84 is removed by an etching technique. Then, a photoresist pattern (not shown) that covers other than the membrane setting region 84 is formed, and the silicon nitride film 74 in the membrane setting region 84 is removed as shown in FIG. 11B.
Next, as shown in FIG. 12, a PAD 86 for obtaining an output from the flexible resistor 50 is formed by ordinary photolithography and etching techniques.
As described above, in the wiring layer forming step, the wiring layer 82 electrically connected to the flexible resistor 50 is formed.

(除去工程)
除去工程では、メンブレン設定領域84の一部をエッチングにて切り取ることで、二対である四つの連結部26a〜26dをパターニングする。
したがって、除去工程では、メンブレン設定領域84の周囲であって、低抵抗領域72及び可撓性抵抗領域70(後に連結部26となる領域)以外の領域を除去することで、メンブレン22、枠部材24、連結部26、可撓性抵抗50を形成する。
(Removal process)
In the removing step, a part of the membrane setting region 84 is cut out by etching to pattern two pairs of four connecting portions 26a to 26d.
Therefore, in the removing step, the membrane 22 and the frame member are removed by removing the regions other than the low resistance region 72 and the flexible resistance region 70 (the region that later becomes the connecting portion 26) around the membrane setting region 84. 24, the connecting portion 26, and the flexible resistor 50 are formed.

(動作・作用)
図1から図12を参照しつつ、図13及び図14を用いて、第一実施形態の動作と作用を説明する。
表面応力センサ1を、例えば、嗅覚センサとして用いる際には、臭い成分を含んだガスの雰囲気中に受容体30を配置し、ガスが含む臭い成分を、受容体30に吸着させる。
受容体30にガスの分子が吸着して、受容体30に歪みが発生すると、メンブレン22に表面応力が印加され、メンブレン22が撓む。
枠部材24は井桁状に形成されてメンブレン22を包囲しており、連結部26は、メンブレン22と枠部材24を両端部で連結している。このため、連結部26のうち、メンブレン22に連結している端部は自由端となっており、枠部材24に連結している端部は固定端となっている。
(Operation / action)
The operation and operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 12 with reference to FIGS. 13 and 14.
When the surface stress sensor 1 is used as, for example, a sensory sensor, the receptor 30 is arranged in an atmosphere of a gas containing an odor component, and the odor component contained in the gas is adsorbed on the receptor 30.
When gas molecules are adsorbed on the receptor 30 and strain is generated in the receptor 30, surface stress is applied to the membrane 22, and the membrane 22 bends.
The frame member 24 is formed in a grid shape and surrounds the membrane 22, and the connecting portion 26 connects the membrane 22 and the frame member 24 at both ends. Therefore, of the connecting portions 26, the end portion connected to the membrane 22 is a free end, and the end portion connected to the frame member 24 is a fixed end.

したがって、メンブレン22が撓むと、連結部26に、受容体30に発生した歪みに応じた撓みが起きる。そして、連結部26に起きた撓みに応じて、可撓性抵抗50が有する抵抗値が変化し、抵抗値の変化に応じた電圧の変化がPAD86から出力され、コンピュータ等におけるデータ検出に用いられる。
表面応力センサ1の使用時には、例えば、表面応力センサ1の使用環境に発生した温度変化等により、パッケージ基板2が変形(収縮、伸長、反り)する可能性がある。
Therefore, when the membrane 22 bends, the connecting portion 26 bends according to the strain generated in the receptor 30. Then, the resistance value of the flexible resistor 50 changes according to the bending generated in the connecting portion 26, and the voltage change corresponding to the change in the resistance value is output from the PAD 86 and used for data detection in a computer or the like. ..
When the surface stress sensor 1 is used, the package substrate 2 may be deformed (shrinked, stretched, warped) due to, for example, a temperature change generated in the environment in which the surface stress sensor 1 is used.

従来の構成を備える表面応力センサ100の構造、すなわち、例えば、図13(a)中に示すように、支持基材10が筒状に形成されており、メンブレン22が中空に浮いた構造では、以下の問題が発生する。すなわち、従来の構成を備える表面応力センサ100では、図13(b)中に示すように、パッケージ基板2が変形(収縮)すると、パッケージ基板2の変形に伴って、支持基材10も変形する。そして、メンブレン22が中空に浮いており、メンブレン22とパッケージ基板2との間には、空間のみが存在しているため、支持基材10の変形が許容され、メンブレン22が大きく撓むこととなる。すなわち、パッケージ基板2の変形が、メンブレン22に応力として印可されることになる。これにより、可撓性抵抗50による電圧または電流の出力にオフセットが与えられてしまい、温度変化に応じてオフセットが変化してしまうために、表面応力センサ1の精度が劣化することとなる。 In the structure of the surface stress sensor 100 having the conventional configuration, that is, in the structure in which the support base material 10 is formed in a cylindrical shape and the membrane 22 is floated in the air, for example, as shown in FIG. 13 (a). The following problems occur. That is, in the surface stress sensor 100 having the conventional configuration, as shown in FIG. 13B, when the package substrate 2 is deformed (shrinked), the support base material 10 is also deformed along with the deformation of the package substrate 2. .. Since the membrane 22 is floating in the air and only a space exists between the membrane 22 and the package substrate 2, the supporting base material 10 is allowed to be deformed, and the membrane 22 is greatly bent. Become. That is, the deformation of the package substrate 2 is applied to the membrane 22 as stress. As a result, an offset is given to the output of the voltage or current due to the flexible resistor 50, and the offset changes according to the temperature change, so that the accuracy of the surface stress sensor 1 deteriorates.

したがって、従来の構成を備える表面応力センサ100では、変形したパッケージ基板2から受ける応力の変化により、メンブレン22が大きく変形して、表面応力センサ100の特性が変化する。このため、表面応力センサ100の検査時と実装時において、表面応力センサ100の特性が変化してしまい、表面応力センサ100の出荷時における検査や校正が困難となる。 Therefore, in the surface stress sensor 100 having the conventional configuration, the membrane 22 is greatly deformed due to the change in the stress received from the deformed package substrate 2, and the characteristics of the surface stress sensor 100 are changed. Therefore, the characteristics of the surface stress sensor 100 change between the inspection and the mounting of the surface stress sensor 100, which makes it difficult to inspect and calibrate the surface stress sensor 100 at the time of shipment.

これに対し、第一実施形態の表面応力センサ1であれば、図14(a)中に示すように、メンブレン22とパッケージ基板2との間に支持基材10が存在する。また、支持基材10が柱状に形成されているため、従来の構成を備える表面応力センサ100のように、支持基材10が筒状に形成されている構成と比較して、高い剛性を有している。
このため、第一実施形態の表面応力センサ1であれば、図14(b)中に示すように、パッケージ基板2が変形(収縮)した場合であっても、支持基材10が高い剛性を有するため、支持基材10の変形が抑制され、メンブレン22の撓みが抑制されることとなる。
On the other hand, in the surface stress sensor 1 of the first embodiment, as shown in FIG. 14A, the supporting base material 10 exists between the membrane 22 and the package substrate 2. Further, since the support base material 10 is formed in a columnar shape, it has higher rigidity than a structure in which the support base material 10 is formed in a cylindrical shape like the surface stress sensor 100 having a conventional structure. doing.
Therefore, in the surface stress sensor 1 of the first embodiment, as shown in FIG. 14B, the support base material 10 has high rigidity even when the package substrate 2 is deformed (shrinked). Therefore, the deformation of the supporting base material 10 is suppressed, and the bending of the membrane 22 is suppressed.

また、第一実施形態の表面応力センサ1であれば、支持基材10が高い剛性を有するため、温度変化等に起因するパッケージ基板2の応力変化に鈍感となり、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
また、第一実施形態の表面応力センサ1であれば、支持基材10が、温度変化等に起因するパッケージ基板2の応力変化に鈍感となり、パッケージ基板2の構成(強度、材料、厚さ等)の影響を受けにくい。このため、多種多様な構成のパッケージ基板2に対して用いることが可能となる。
さらに、第一実施形態の表面応力センサ1であれば、支持基材10の中心が、接続部4を配置する位置と重なっている。これに加え、支持基材10の面積が、接続部4の面積よりも大きい。
Further, in the surface stress sensor 1 of the first embodiment, since the supporting base material 10 has high rigidity, it becomes insensitive to stress changes of the package substrate 2 due to temperature changes and the like, and highly accurate and stable sensing is possible. It becomes.
Further, in the case of the surface stress sensor 1 of the first embodiment, the supporting base material 10 becomes insensitive to stress changes of the package substrate 2 due to temperature changes and the like, and the configuration (strength, material, thickness, etc.) of the package substrate 2 becomes insensitive. ) Is not easily affected. Therefore, it can be used for a package substrate 2 having a wide variety of configurations.
Further, in the surface stress sensor 1 of the first embodiment, the center of the support base material 10 overlaps with the position where the connecting portion 4 is arranged. In addition to this, the area of the supporting base material 10 is larger than the area of the connecting portion 4.

このため、接続部4を介して支持基材10へ伝達される、パッケージ基板2の変形によって発生する応力は、パッケージ基板2の全体で発生する応力と比較して低減されるため、支持基材10の変形が抑制され、メンブレン22の撓みが抑制されることとなる。
したがって、第一実施形態の構成であれば、パッケージ基板2の変形によってメンブレン22に印加される応力を低減させて、表面応力センサ1の測定精度が劣化することを抑制することが可能である。
Therefore, the stress generated by the deformation of the package substrate 2 transmitted to the support base material 10 via the connecting portion 4 is reduced as compared with the stress generated in the entire package base material 2, and thus the support base material is reduced. The deformation of the 10 is suppressed, and the bending of the membrane 22 is suppressed.
Therefore, in the configuration of the first embodiment, it is possible to reduce the stress applied to the membrane 22 due to the deformation of the package substrate 2 and suppress the deterioration of the measurement accuracy of the surface stress sensor 1.

また、技術開発やビジネスへの適用が可能なIoT関連の情報を収集する上で、人間の五感に相当する情報をセンシングする技術に対し、五感のうち、視覚、聴覚及び触覚と比較して、必ずしも一般的ではない味覚と嗅覚のセンサに適用することが可能となる。
なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
In addition, in collecting IoT-related information that can be applied to technological development and business, the technology that senses information equivalent to the five human senses is compared with the visual, auditory, and tactile senses of the five senses. It can be applied to taste and smell sensors, which are not always common.
The above-mentioned first embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-mentioned first embodiment, and even if it is an embodiment other than this embodiment, it relates to the present invention. As long as it does not deviate from the technical idea, various changes can be made according to the design and the like.

(第一実施形態の効果)
第一実施形態の表面応力センサ1であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)印加された表面応力によって撓むメンブレン22と、メンブレン22を包囲する枠部材24と、メンブレン22と枠部材24とを連結する連結部26と、連結部26に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗50を備える。さらに、枠部材24に接続され、メンブレン22の厚さ方向から見てメンブレン22と重なる支持基材10を備える。これに加え、メンブレン22と支持基材10との間に、空隙部40が設けられている。
(Effect of the first embodiment)
The surface stress sensor 1 of the first embodiment can achieve the effects described below.
(1) The membrane 22 that bends due to the applied surface stress, the frame member 24 that surrounds the membrane 22, the connecting portion 26 that connects the membrane 22 and the frame member 24, and the bending that occurs in the connecting portion 26. A flexible resistor 50 having a variable resistance value is provided. Further, the support base material 10 which is connected to the frame member 24 and overlaps with the membrane 22 when viewed from the thickness direction of the membrane 22 is provided. In addition to this, a gap 40 is provided between the membrane 22 and the support base material 10.

このため、支持基材10が高い剛性を有する構成となり、温度変化等に起因するパッケージ基板2の応力変化に鈍感となり、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
その結果、パッケージ基板2の変形によってメンブレン22に印加される応力を低減させて、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサ1を提供することが可能となる。
また、半導体プロセスによって作製した表面応力センサ1が、パッケージ等への組み立ての前後において特性が変化してしまうことを防止することが可能となる。さらに、表面応力センサ1自体の剛性を向上させることが可能であるため、ハンドリング時の破損等、取り扱いで発生する不具合を防止することが可能となる。
Therefore, the support base material 10 has a structure having high rigidity, becomes insensitive to stress changes of the package substrate 2 due to temperature changes and the like, and enables highly accurate and stable sensing.
As a result, it is possible to provide the surface stress sensor 1 capable of reducing the stress applied to the membrane 22 due to the deformation of the package substrate 2 and suppressing the deterioration of the measurement accuracy.
Further, it is possible to prevent the surface stress sensor 1 manufactured by the semiconductor process from changing its characteristics before and after assembling into a package or the like. Further, since the rigidity of the surface stress sensor 1 itself can be improved, it is possible to prevent problems that occur during handling, such as damage during handling.

(2)可撓性抵抗50が、メンブレン22が撓むことで連結部26に起きた撓みに応じて変化する抵抗値を有するピエゾ抵抗である。
その結果、ピエゾ抵抗に誘起されるX方向及びY方向への応力を用いて、ピエゾ抵抗の抵抗値の相対抵抗変化を検出することが可能となり、受容体30に、対象とする分子が吸着したか否かを判定することが可能となる。
(2) The flexible resistance 50 is a piezoresistor having a resistance value that changes according to the bending caused in the connecting portion 26 due to the bending of the membrane 22.
As a result, it became possible to detect the relative resistance change of the resistance value of the piezoresistive effect by using the stress in the X direction and the Y direction induced by the piezoresistive effect, and the target molecule was adsorbed on the receptor 30. It is possible to determine whether or not.

(3)メンブレン22と枠部材24とが、二対である四つの連結部26a〜26dで連結されており、可撓性抵抗50が、四つの連結部26a〜26dのそれぞれに備えられ、四つの可撓性抵抗50が、フルホイートストンブリッジを形成する。
R1とR3はX方向、R2とR4はY方向への撓みが大きいため、R1とR2、R3とR4ではそれぞれ相対抵抗変化が逆になる。印可電圧VBをR1とR2で分割する出力端子Voutの電圧は、増減が逆であるR1とR2の相乗効果を発揮して変化する。R3とR4での分割でも同じことが言える。両Vout電圧は変化の方向が逆であるので、結果として両Vout電圧は足し合わされ、4つのピエゾ抵抗の変化は全てプラスに貢献して感度を高めるという点で、フルホイートストンブリッジは有利である。
(3) The membrane 22 and the frame member 24 are connected by two pairs of four connecting portions 26a to 26d, and flexible resistors 50 are provided in each of the four connecting portions 26a to 26d. The two flexible resistors 50 form a full Wheatstone bridge.
Since R1 and R3 have a large deflection in the X direction and R2 and R4 have a large deflection in the Y direction, the relative resistance changes are opposite in R1 and R2, and in R3 and R4, respectively. The voltage of the output terminal Vout that divides the applied voltage VB between R1 and R2 changes by exerting a synergistic effect of R1 and R2 whose increase and decrease are opposite. The same can be said for the division between R3 and R4. Since both Vout voltages change in opposite directions, the full Wheatstone bridge is advantageous in that as a result both Vout voltages are added together and all four piezoresistive changes contribute positively and increase sensitivity.

(4)メンブレン22がn型半導体層であり、可撓性抵抗50がp型半導体層である。
その結果、可撓性抵抗50に流れる電流はメンブレン22に流れることはなく、出力電圧にノイズが生じることはない。また、可撓性抵抗50にp型半導体を用いることで、n型を用いるよりも高い感度を実現することが可能となる。
(5)検出基材20を形成する材料と、支持基材10を形成する材料とが、同一の材料である。
その結果、温度変化等に起因するパッケージ基板2の変形に応じた、検出基材20の変形量と支持基材10の変形量との差を減少させることが可能となり、メンブレン22の撓みを抑制することが可能となる。
(4) The membrane 22 is an n-type semiconductor layer, and the flexibility resistor 50 is a p-type semiconductor layer.
As a result, the current flowing through the flexible resistor 50 does not flow through the membrane 22, and no noise is generated in the output voltage. Further, by using a p-type semiconductor for the flexible resistor 50, it is possible to realize higher sensitivity than using an n-type semiconductor.
(5) The material forming the detection base material 20 and the material forming the support base material 10 are the same material.
As a result, it is possible to reduce the difference between the deformation amount of the detection base material 20 and the deformation amount of the support base material 10 according to the deformation of the package substrate 2 due to the temperature change or the like, and the bending of the membrane 22 is suppressed. It becomes possible to do.

(6)支持基材10の線膨張係数が、5.0×10−6/℃以下である。
その結果、支持基材10の剛性を向上させることが可能となり、温度変化等に起因するパッケージ基板2の変形に対する、検出基材20の変形量を減少させることが可能となる。
(7)支持基材10の厚さが、80μm以上である。
その結果、支持基材10の剛性を向上させることが可能となり、温度変化等に起因するパッケージ基板2の変形に対する、検出基材20の変形量を減少させることが可能となる。
(6) The coefficient of linear expansion of the supporting base material 10 is 5.0 × 10 -6 / ° C. or less.
As a result, the rigidity of the support base material 10 can be improved, and the amount of deformation of the detection base material 20 with respect to the deformation of the package substrate 2 due to a temperature change or the like can be reduced.
(7) The thickness of the supporting base material 10 is 80 μm or more.
As a result, the rigidity of the support base material 10 can be improved, and the amount of deformation of the detection base material 20 with respect to the deformation of the package substrate 2 due to a temperature change or the like can be reduced.

(8)メンブレン22の厚さ方向から見て、支持基材10の外周面と、枠部材24の外周面とが面一である。
その結果、通常の半導体製造で用いられるダイシング装置を使用して個片化することが可能となる。
(9)支持基材10が、ケイ素、サファイア、ガリウムヒ素、ガラス、石英のうちいずれかを含む材料で形成されている。
その結果、表面応力センサ1に要求される導電率を確保することが容易となる。
(8) When viewed from the thickness direction of the membrane 22, the outer peripheral surface of the support base material 10 and the outer peripheral surface of the frame member 24 are flush with each other.
As a result, it becomes possible to separate the pieces using a dicing device used in ordinary semiconductor manufacturing.
(9) The supporting base material 10 is formed of a material containing any one of silicon, sapphire, gallium arsenide, glass, and quartz.
As a result, it becomes easy to secure the conductivity required for the surface stress sensor 1.

(10)支持基材10のメンブレン22と対向する面と反対側の面に接続されるパッケージ基板2をさらに備える。
その結果、表面応力センサ1の、各種のセンサへの実装が容易となる。
(11)支持基材10とパッケージ基板2とは、メンブレン22の厚さ方向から見てメンブレン22の少なくとも一部と重なる位置に配置された接続部4によって接続されている。
その結果、ブラケット等を用いることなく、支持基材10とパッケージ基板2を接続することが可能となり、構成の複雑化を抑制することが可能となる。
(10) A package substrate 2 connected to a surface of the support base material 10 opposite to the surface facing the membrane 22 is further provided.
As a result, the surface stress sensor 1 can be easily mounted on various sensors.
(11) The support base material 10 and the package base material 2 are connected by a connecting portion 4 arranged at a position overlapping with at least a part of the membrane 22 when viewed from the thickness direction of the membrane 22.
As a result, it is possible to connect the support base material 10 and the package base material 2 without using a bracket or the like, and it is possible to suppress the complexity of the configuration.

(12)メンブレン22の厚さ方向から見て、接続部4の面積がメンブレン22の面積よりも小さい。
このため、接続部4を介して支持基材10へ伝達される、パッケージ基板2の変形によって発生する応力を、パッケージ基板2の全体で発生する応力よりも低減することが可能となる。
その結果、支持基材10の変形を抑制して、メンブレン22の撓みが抑制することが可能となる。
また、第一実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(12) The area of the connecting portion 4 is smaller than the area of the membrane 22 when viewed from the thickness direction of the membrane 22.
Therefore, the stress generated by the deformation of the package substrate 2 transmitted to the support base material 10 via the connecting portion 4 can be reduced from the stress generated by the entire package substrate 2.
As a result, it is possible to suppress the deformation of the supporting base material 10 and suppress the bending of the membrane 22.
Further, according to the method for manufacturing the surface stress sensor of the first embodiment, the effects described below can be obtained.

(13)積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、配線層形成工程と、除去工程とを備える。積層体形成工程では、支持基材10の一方の面に凹部62を形成し、さらに、支持基材10へ凹部62を覆うように検出基材20を貼り合わせることで、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40が設けられた積層体66を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面のうち検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材20の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域70を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域72を形成する。配線層形成工程では、可撓性抵抗50と電気的に接続された配線層82を形成する。除去工程では、検出基材20の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域72及び可撓性抵抗領域70以外の領域を除去することで、メンブレン22、枠部材24、連結部26及び可撓性抵抗50を形成する。 (13) A laminate forming step, a first ion implantation step, a second ion implantation step, a heat treatment step, a wiring layer forming step, and a removing step are provided. In the laminate forming step, a recess 62 is formed on one surface of the support base material 10, and further, the detection base material 20 is attached to the support base material 10 so as to cover the recess 62, thereby detecting the support base material 10. A laminated body 66 having a gap 40 provided between the base material 20 and the base material 20 is formed. In the first ion implantation step, in a part of the surface of the detection base material 20 opposite to the surface facing the support base material 10 and outside the preset region including the center of the detection base material 20. , Inject the first ion. In the second ion implantation step, the second ion is implanted into the selected region outside the region in which the first ion is implanted in the detection substrate 20. In the heat treatment step, the laminated body 66 in which the first ion and the second ion are injected is heat-treated to form a flexible resistance region 70 in the region in which the first ion is injected, and the second ion is formed. A low resistance region 72 is formed in the injected region. In the wiring layer forming step, the wiring layer 82 electrically connected to the flexible resistor 50 is formed. In the removing step, the membrane 22, the frame member 24, and the connecting portion are removed by removing the regions other than the low resistance region 72 and the flexible resistance region 70 around the preset region including the center of the detection base material 20. 26 and flexible resistor 50 are formed.

このため、支持基材10が高い剛性を有する構成となり、温度変化等に起因するパッケージ基板2の応力変化に鈍感となり、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
その結果、パッケージ基板2の変形によってメンブレン22に印加される応力を低減させて、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサの製造方法を提供することが可能となる。
また、半導体プロセスによって作製した表面応力センサ1が、パッケージ等への組み立ての前後において特性が変化してしまうことを防止することが可能となる。さらに、表面応力センサ1自体の剛性を向上させることが可能であるため、ハンドリング時の破損等、取り扱いで発生する不具合を防止することが可能となる。
Therefore, the support base material 10 has a structure having high rigidity, becomes insensitive to stress changes of the package substrate 2 due to temperature changes and the like, and enables highly accurate and stable sensing.
As a result, it is possible to provide a method for manufacturing a surface stress sensor, which can reduce the stress applied to the membrane 22 due to the deformation of the package substrate 2 and suppress the deterioration of the measurement accuracy.
Further, it is possible to prevent the surface stress sensor 1 manufactured by the semiconductor process from changing its characteristics before and after assembling into a package or the like. Further, since the rigidity of the surface stress sensor 1 itself can be improved, it is possible to prevent problems that occur during handling, such as damage during handling.

(第一実施形態の変形例)
(1)第一実施形態では、支持基材10の材料となる第一シリコン基板60の一方の面に凹部62を形成することで、メンブレン22と支持基材10との間に空隙部40を形成したが、これに限定するものではない。すなわち、検出基材20の材料となる第二シリコン基板64の支持基材10と対向する面に凹部を形成することで、メンブレン22と支持基材10との間に空隙部40を形成してもよい。
(2)第一実施形態では、二対である四つの連結部26a〜26dに、それぞれ、可撓性抵抗50a〜50dが備えられている構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、一対である二つの連結部26に、それぞれ、可撓性抵抗50が備えられている構成としてもよい。
(Modified example of the first embodiment)
(1) In the first embodiment, a gap portion 40 is formed between the membrane 22 and the support base material 10 by forming a recess 62 on one surface of the first silicon substrate 60 which is a material of the support base material 10. Formed, but not limited to this. That is, by forming a recess on the surface of the second silicon substrate 64, which is the material of the detection base material 20, facing the support base material 10, a gap 40 is formed between the membrane 22 and the support base material 10. May be good.
(2) In the first embodiment, the two pairs of the four connecting portions 26a to 26d are provided with the flexible resistors 50a to 50d, respectively, but the present invention is not limited to this. That is, a pair of two connecting portions 26 may be provided with a flexible resistor 50, respectively.

(3)第一実施形態では、四つの連結部26a〜26dの全てに可撓性抵抗50が備えられている構成としたが、これに限定するものではなく、少なくとも一つの連結部26に可撓性抵抗50が備えられている構成としてもよい。
(4)第一実施形態では、接続部4の面積を、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22の面積よりも小さい値としたが、これに限定するものではなく、接続部4の面積を、メンブレン22の面積以上としてもよい。
(5)第一実施形態では、接続部4の形状を円形としたが、これに限定するものではなく、接続部4の形状を、例えば、方形としてもよい。また、接続部4を、複数形成してもよい。
(3) In the first embodiment, all of the four connecting portions 26a to 26d are provided with the flexible resistor 50, but the present invention is not limited to this, and at least one connecting portion 26 can be used. It may be configured to be provided with a flexible resistor 50.
(4) In the first embodiment, the area of the connecting portion 4 is set to a value smaller than the area of the membrane 22 when viewed from the thickness direction of the membrane 22, but the value is not limited to this, and the connecting portion 4 is not limited to this. The area may be equal to or larger than the area of the membrane 22.
(5) In the first embodiment, the shape of the connecting portion 4 is circular, but the shape is not limited to this, and the shape of the connecting portion 4 may be, for example, a square. Further, a plurality of connecting portions 4 may be formed.

(6)第一実施形態では、検出基材20を形成する材料と、支持基材10を形成する材料とを、同一の材料としたが、これに限定するものではなく、検出基材20を形成する材料と、支持基材10を形成する材料とを、異なる材料としてもよい。
この場合、検出基材20の線膨張係数と支持基材10の線膨張係数との差を、1.2×10−5/℃以下することで、パッケージ基板2の変形に応じた、検出基材20の変形量と支持基材10の変形量との差を減少させることが可能となる。これにより、メンブレン22の撓みを抑制することが可能となる。
(6) In the first embodiment, the material forming the detection base material 20 and the material forming the support base material 10 are the same material, but the material is not limited to this, and the detection base material 20 is used. The material to be formed and the material to form the support base material 10 may be different materials.
In this case, the difference between the coefficient of linear expansion of the detection base material 20 and the coefficient of linear expansion of the support base material 10 is set to 1.2 × 10 −5 / ° C. or less, so that the detection group corresponds to the deformation of the package substrate 2. It is possible to reduce the difference between the amount of deformation of the material 20 and the amount of deformation of the supporting base material 10. This makes it possible to suppress the bending of the membrane 22.

(7)第一実施形態では、支持基材10の線膨張係数が、5.0×10−6/℃以下としたが、これに限定するものではなく、支持基材10の線膨張係数を、1.0×10−5/℃以下としてもよい。
この場合であっても、支持基材10の剛性を向上させることが可能となり、温度変化等
に起因するパッケージ基板2の変形に対する、検出基材20の変形量を減少させることが可能となる。
(7) In the first embodiment, the coefficient of linear expansion of the support base material 10 is 5.0 × 10 -6 / ° C. or less, but the present invention is not limited to this, and the linear expansion coefficient of the support base material 10 is not limited to this. , 1.0 × 10-5 / ° C. or less.
Even in this case, the rigidity of the support base material 10 can be improved, and the amount of deformation of the detection base material 20 with respect to the deformation of the package substrate 2 due to a temperature change or the like can be reduced.

(第二実施形態)
以下、本発明の第二実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1から図5を参照しつつ、図15を用いて、第二実施形態の構成を説明する。
第二実施形態の構成は、図15に示すように、枠部材24が、接続層90を介して、支持基材10のパッケージ基板2と対向する面と反対側の面(図15中では、上側の面)に接続されている点を除き、上述した第一実施形態と同様である。
接続層90は、二酸化ケイ素(SiO)等を用いて形成されている。
その他の構成は、上述した第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(composition)
The configuration of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5 with reference to FIG.
In the configuration of the second embodiment, as shown in FIG. 15, the frame member 24 has a surface opposite to the surface of the support base material 10 facing the package substrate 2 via the connecting layer 90 (in FIG. 15, in FIG. 15). It is the same as the first embodiment described above except that it is connected to the upper surface).
The connection layer 90 is formed by using silicon dioxide (SiO 2 ) or the like.
Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.

(表面応力センサの製造方法)
図1から図15を参照しつつ、図16から図19を用いて、表面応力センサ1の製造方法を説明する。なお、図16から図19の断面図は、図5のX−X線断面図に対応する。
表面応力センサ1の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。
(Manufacturing method of surface stress sensor)
A method for manufacturing the surface stress sensor 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 15 and FIGS. 16 to 19. The cross-sectional views of FIGS. 16 to 19 correspond to the cross-sectional views taken along line XX of FIG.
The method for manufacturing the surface stress sensor 1 includes a laminate forming step, a first ion injection step, a second ion injection step, a heat treatment step, a hole forming step, a void forming step, and a hole sealing step. It includes a wiring layer forming step and a removing step.

(積層体形成工程)
積層体形成工程では、まず、図16に示すように、支持基材10の材料となる第一シリコン基板60へ、シリコン酸化膜を用いて形成した犠牲層92を積層する。さらに、犠牲層92へ、検出基材20の材料となる第二シリコン基板64を積層する。なお、犠牲層92としては、シリコン酸化膜の他に、シリコン窒化膜やアルミニウム、チタン、銅、タングステン等の金属膜を用いてもよい。
以上により、積層体形成工程では、支持基材10に犠牲層92を積層し、さらに、犠牲層92に検出基材20を積層して積層体66を形成する。
(Laminate body forming process)
In the laminate forming step, first, as shown in FIG. 16, the sacrificial layer 92 formed by using the silicon oxide film is laminated on the first silicon substrate 60 which is the material of the support base material 10. Further, the second silicon substrate 64, which is the material of the detection base material 20, is laminated on the sacrificial layer 92. As the sacrificial layer 92, a silicon nitride film or a metal film such as aluminum, titanium, copper, or tungsten may be used in addition to the silicon oxide film.
As described above, in the laminate forming step, the sacrificial layer 92 is laminated on the support base material 10, and the detection base material 20 is further laminated on the sacrificial layer 92 to form the laminate 66.

(第一イオン注入工程)
第一イオン注入工程では、まず、図16に示すように、第二シリコン基板64を酸化することで、第二シリコン基板64の上側の面を酸化させて第一のシリコン酸化膜68aを形成する。
次に、第一のシリコン酸化膜68aを形成した第二シリコン基板64に対して、フォトレジストのパターン(図示せず)を形成し、可撓性抵抗領域70に対して、選択的に第一のイオンを注入する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(可撓性抵抗領域70)に、第一のイオンを注入する。
(First ion implantation process)
In the first ion injection step, as shown in FIG. 16, first, by oxidizing the second silicon substrate 64, the upper surface of the second silicon substrate 64 is oxidized to form the first silicon oxide film 68a. ..
Next, a photoresist pattern (not shown) is formed on the second silicon substrate 64 on which the first silicon oxide film 68a is formed, and the first is selectively selected with respect to the flexible resistance region 70. Inject the ions of.
As described above, in the first ion implantation step, among the surfaces of the detection base material 20 opposite to the surface facing the support base material 10, a selected region outside the preset region including the center of the detection base material 20 is selected. The first ion is implanted into the region of the portion (flexible resistance region 70).

(第二イオン注入工程)
第二イオン注入工程では、第一イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一イオン注入工程で用いたものとは異なるフォトレジストのパターン(図示せず)を形成し、低抵抗領域72に第二のイオンを注入する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材20の第一のイオンを注入した領域(可撓性抵抗領域70)よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する。
(Second ion implantation process)
In the second ion implantation step, the photoresist used in the first ion implantation step is removed, and a photoresist pattern (not shown) different from that used in the first ion implantation step is formed, resulting in low resistance. The second ion is implanted into the region 72.
As described above, in the second ion implantation step, the second ion is implanted into the selected region outside the region (flexible resistance region 70) in which the first ion is implanted in the detection substrate 20.

(熱処理工程)
熱処理工程では、第二イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一のイオン及び第二のイオンの活性化を目的として、積層体66に熱処理(アニール処理)を施す。積層体66に熱処理を施した後は、第一のシリコン酸化膜68aを除去する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域70を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域72を形成する。
(Heat treatment process)
In the heat treatment step, the photoresist used in the second ion implantation step is removed, and further, the laminate 66 is heat-treated (annealed) for the purpose of activating the first ion and the second ion. After the laminate 66 is heat-treated, the first silicon oxide film 68a is removed.
As described above, in the heat treatment step, the laminated body 66 in which the first ion and the second ion are injected is heat-treated to form the flexible resistance region 70 in the region in which the first ion is injected, and the second A low resistance region 72 is formed in the region in which the ions of the above are injected.

(ホール形成工程)
ホール形成工程では、一般的なフォトリソグラフィーの技術により、第二シリコン基板64の上側の面に、ホールのパターン(図示せず)を形成する。
次に、ホールのパターンをマスクとしてドライエッチングを施し、図17に示すように、第二シリコン基板64へホール76を形成する。ホール76の直径は、例えば、0.28[μm]に設定して、犠牲層92に到達する深さに設定する。
以上により、ホール形成工程では、検出基材20の可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域と隣接する領域に、犠牲層92まで貫通するホール76を形成する。
(Hole forming process)
In the hole forming step, a hole pattern (not shown) is formed on the upper surface of the second silicon substrate 64 by a general photolithography technique.
Next, dry etching is performed using the hole pattern as a mask to form holes 76 in the second silicon substrate 64 as shown in FIG. The diameter of the hole 76 is set to, for example, 0.28 [μm] so as to reach the sacrificial layer 92.
As described above, in the hole forming step, the hole 76 penetrating to the sacrificial layer 92 is formed in the region adjacent to the region where the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 of the detection base material 20 are formed.

(空隙部形成工程)
空隙部形成工程では、HFVaporを、ホール76を通して第一シリコン基板60の側に浸透させることで、犠牲層92のみを選択的にエッチングし、図18に示すように、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64との間に、空隙部40を形成する。
ここで、HFのWetエッチングを使わない理由は、空隙部40を形成した後の乾燥時に、純水等の表面張力で空隙部40が潰れる不具合(スティクションとも呼称される)の発生を回避するためである。
以上により、空隙部形成工程では、ホール76を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域70と支持基材10との間に配置された犠牲層92を除去して、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40を設ける。
(Void formation step)
In the gap forming step, only the sacrificial layer 92 is selectively etched by infiltrating the HF Vapor into the side of the first silicon substrate 60 through the hole 76, and as shown in FIG. 18, the first silicon substrate 60 and the first silicon substrate 60 are etched. (Ii) A gap 40 is formed between the silicon substrate 64 and the silicon substrate 64.
Here, the reason why the Wet etching of HF is not used is to avoid the occurrence of a problem (also referred to as stiction) in which the void 40 is crushed by the surface tension of pure water or the like during drying after the void 40 is formed. Because.
As described above, in the gap forming step, the sacrificial layer 92 arranged between the flexible resistance region 70 and the support base material 10 is removed by etching through the hole 76, and the support base material 10 and the detection group are removed. A gap 40 is provided between the material 20 and the material 20.

(ホール封止工程)
ホール封止工程では、図19に示すように、酸化膜94によってホール76を封止する。
ホール76を封止する方法としては、例えば、熱酸化処理とCVD等を組み合わせることが有効であるが、ホール76の直径が小さい場合には、CVDのみを用いることも可能である。
以上により、ホール封止工程では、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面に、酸化膜94を形成してホール76を封止する。
(Hole sealing process)
In the hole sealing step, as shown in FIG. 19, the hole 76 is sealed by the oxide film 94.
As a method for sealing the holes 76, for example, it is effective to combine thermal oxidation treatment and CVD, but when the diameter of the holes 76 is small, it is also possible to use only CVD.
As described above, in the hole sealing step, the oxide film 94 is formed on the surface of the detection base material 20 opposite to the surface facing the support base material 10, and the holes 76 are sealed.

(配線層形成工程)
配線層形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗50と電気的に接続された配線層82を形成する。
(除去工程)
除去工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
したがって、除去工程では、検出基材20の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域72及び可撓性抵抗領域70以外の領域を除去することで、メンブレン22、枠部材24、連結部26、可撓性抵抗50を形成する。
(Wiring layer forming process)
Since the wiring layer forming step is performed in the same procedure as in the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
As described above, in the wiring layer forming step, the wiring layer 82 electrically connected to the flexible resistor 50 is formed.
(Removal process)
Since the removal step is performed in the same procedure as in the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
Therefore, in the removing step, the membrane 22, the frame member 24, and the membrane 22 and the frame member 24 are removed by removing the regions other than the low resistance region 72 and the flexible resistance region 70 around the preset region including the center of the detection base material 20. The connecting portion 26 and the flexible resistor 50 are formed.

(動作・作用)
第二実施形態の動作と作用は、上述した第一実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
なお、上述した第二実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第二実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(Operation / action)
Since the operation and operation of the second embodiment are the same as those of the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
The above-mentioned second embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-mentioned second embodiment, and even if it is an embodiment other than this embodiment, it relates to the present invention. As long as it does not deviate from the technical idea, various changes can be made according to the design and the like.

(第二実施形態の効果)
第二実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。積層体形成工程では、支持基材10に犠牲層92を積層し、さらに、犠牲層92に検出基材20を積層して積層体66を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面のうち検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材20の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域70を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域72を形成する。ホール形成工程では、検出基材20の可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域と隣接する領域に、犠牲層92まで貫通するホール76を形成する。空隙部形成工程では、ホール76を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域70と支持基材10との間に配置された犠牲層92を除去して、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40を設ける。ホール封止工程では、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面に酸化膜94を形成して、ホール76を封止する。配線層形成工程では、可撓性抵抗50と電気的に接続された配線層82を形成する。除去工程では、検出基材20の中心を含む予め設定したメンブレン設定領域84の周囲であって低抵抗領域72及び可撓性抵抗領域70以外の領域を除去することで、メンブレン22、枠部材24、連結部26及び可撓性抵抗50を形成する。
(Effect of the second embodiment)
According to the method for manufacturing the surface stress sensor of the second embodiment, the effects described below can be obtained.
(1) Laminated body forming step, first ion injection step, second ion injection step, heat treatment step, hole forming step, void forming step, hole sealing step, wiring layer forming step, It has a removal step. In the laminate forming step, the sacrificial layer 92 is laminated on the support base material 10, and the detection base material 20 is further laminated on the sacrificial layer 92 to form the laminate 66. In the first ion implantation step, in a part of the surface of the detection base material 20 opposite to the surface facing the support base material 10 and outside the preset region including the center of the detection base material 20. , Inject the first ion. In the second ion implantation step, the second ion is implanted into the selected region outside the region in which the first ion is implanted in the detection substrate 20. In the heat treatment step, the laminated body 66 in which the first ion and the second ion are injected is heat-treated to form a flexible resistance region 70 in the region in which the first ion is injected, and the second ion is formed. A low resistance region 72 is formed in the injected region. In the hole forming step, a hole 76 penetrating to the sacrificial layer 92 is formed in a region adjacent to the region where the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 of the detection base material 20 are formed. In the gap forming step, the sacrificial layer 92 arranged between the flexible resistance region 70 and the support base material 10 is removed by etching through the holes 76, and the support base material 10 and the detection base material 20 are used. A gap 40 is provided between the two. In the hole sealing step, the oxide film 94 is formed on the surface of the detection base material 20 opposite to the surface facing the support base material 10, and the holes 76 are sealed. In the wiring layer forming step, the wiring layer 82 electrically connected to the flexible resistor 50 is formed. In the removing step, the membrane 22 and the frame member 24 are removed by removing the regions other than the low resistance region 72 and the flexible resistance region 70 around the preset membrane setting region 84 including the center of the detection base material 20. , The connecting portion 26 and the flexible resistor 50 are formed.

このため、支持基材10が高い剛性を有する構成となり、温度変化等に起因するパッケージ基板2の応力変化に鈍感となり、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
その結果、パッケージ基板2の変形によってメンブレン22に印加される応力を低減させて、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサの製造方法を提供することが可能となる。
また、半導体プロセスによって作製した表面応力センサ1が、パッケージ等への組み立ての前後において特性が変化してしまうことを防止することが可能となる。さらに、表面応力センサ1自体の剛性を向上させることが可能であるため、ハンドリング時の破損等、取り扱いで発生する不具合を防止することが可能となる。
Therefore, the support base material 10 has a structure having high rigidity, becomes insensitive to stress changes of the package substrate 2 due to temperature changes and the like, and enables highly accurate and stable sensing.
As a result, it is possible to provide a method for manufacturing a surface stress sensor, which can reduce the stress applied to the membrane 22 due to the deformation of the package substrate 2 and suppress the deterioration of the measurement accuracy.
Further, it is possible to prevent the surface stress sensor 1 manufactured by the semiconductor process from changing its characteristics before and after assembling into a package or the like. Further, since the rigidity of the surface stress sensor 1 itself can be improved, it is possible to prevent problems that occur during handling, such as damage during handling.

(第三実施形態)
以下、本発明の第三実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
第一実施形態に係る表面応力センサ1において、支持基材10の表面に、支持基材10と検出基材20との絶縁等を目的としてBOX(Buried Oxide)層を設けることがある。BOX層は、例えばSi基板を熱酸化することにより形成される。Siの熱酸化は、Si結晶中に応力を誘起するため、BOX層は表面応力センサのメンブレンの撓みの原因となる場合がある。BOX層の応力に起因するメンブレンの撓みは、表面応力センサにおいてはオフセットとなり、表面応力センサの検出精度の向上が抑制される。
本発明の第三実施形態に係る表面応力センサは、支持基材の表面にBOX層を設けた構成において、BOX層に起因する表面応力センサの測定精度の低下を抑制することができる。
(Third Embodiment)
Hereinafter, the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the surface stress sensor 1 according to the first embodiment, a BOX (Buried Oxide) layer may be provided on the surface of the support base material 10 for the purpose of insulating the support base material 10 and the detection base material 20. The BOX layer is formed, for example, by thermally oxidizing a Si substrate. Since the thermal oxidation of Si induces stress in the Si crystal, the BOX layer may cause the membrane of the surface stress sensor to bend. The bending of the membrane due to the stress of the BOX layer becomes an offset in the surface stress sensor, and the improvement of the detection accuracy of the surface stress sensor is suppressed.
The surface stress sensor according to the third embodiment of the present invention can suppress a decrease in measurement accuracy of the surface stress sensor due to the BOX layer in a configuration in which the BOX layer is provided on the surface of the supporting base material.

(構成)
図1から図5を参照しつつ、図20及び図21を用いて、第三実施形態の構成を説明する。図20は、第三実施形態に係る表面応力センサ101の断面を示す断面図である。図21は、図20に示す表面応力センサ101の平面図である。なお、図20及び図21では、表面応力センサ101の上面に形成される配線層の図示を省略している。
(composition)
The configuration of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5 with reference to FIGS. 20 and 21. FIG. 20 is a cross-sectional view showing a cross section of the surface stress sensor 101 according to the third embodiment. FIG. 21 is a plan view of the surface stress sensor 101 shown in FIG. Note that in FIGS. 20 and 21, the wiring layer formed on the upper surface of the surface stress sensor 101 is not shown.

図20に示すように、表面応力センサ101は、支持基材10の表面にBOX層である接続層111を備えている、また、表面応力センサ101は、一枚の支持基材10に、複数(例えば2つ)のセンサ部が設けられている。すなわち、表面応力センサ101は、支持基材10に複数の空隙部40(41,42)が設けられており、空隙部41,42上に受容体30aが設けられたメンブレン122aと、上面に受容体30bが設けられたメンブレン122bとがそれぞれ設けられている。これにより、表面応力センサ101は、受容体30aと受容体30bとを異なる材料で形成して、異なる種類のガスの検出を行うことができるように構成されている。また、表面応力センサ101は、受容体30aと受容体30bとを同じ材料で形成してもよい。メンブレン122a,122bは、第一実施形態のメンブレン22に対応し、受容体30a,30bは、第一実施形態の受容体30に対応し、空隙部41,42は第一実施形態の空隙部40に対応するため、説明を省略する。 As shown in FIG. 20, the surface stress sensor 101 includes a connection layer 111 which is a BOX layer on the surface of the support base material 10, and a plurality of surface stress sensors 101 are provided on one support base material 10. (For example, two) sensor units are provided. That is, in the surface stress sensor 101, the support base material 10 is provided with a plurality of voids 40 (41, 42), and the membrane 122a on which the receptors 30a are provided on the voids 41 and 42 and the membrane 122a on the upper surface are received. A membrane 122b on which the body 30b is provided is provided, respectively. As a result, the surface stress sensor 101 is configured so that the receptor 30a and the receptor 30b can be formed of different materials to detect different types of gas. Further, in the surface stress sensor 101, the receptor 30a and the receptor 30b may be formed of the same material. The membranes 122a and 122b correspond to the membrane 22 of the first embodiment, the receptors 30a and 30b correspond to the receptor 30 of the first embodiment, and the voids 41 and 42 correspond to the voids 40 of the first embodiment. The description will be omitted in order to correspond to.

(接続層)
表面応力センサ101は、支持基材10の検出基材120と対向する面に接続層111が設けられており、接続層111の一部が除去されて溝部125,127が形成されている。支持基材10の検出基材120と対向する面の表面には、空隙部40(41,42)となる2つのトレンチが形成されている。接続層111(111a,111b,111c)は、トレンチ形成後の支持基材10の検出基材120と対向する面に、支持基材10の表面及びトレンチの表面を覆うように形成されている。接続層111a,111b,111cについては後述する。
なお、接続層111は、支持基材10のパッケージ基板2と対向する面(図20中では、下側の面)の表面に設けられていてもよい。
(Connection layer)
The surface stress sensor 101 is provided with a connecting layer 111 on the surface of the supporting base material 10 facing the detection base material 120, and a part of the connecting layer 111 is removed to form grooves 125 and 127. Two trenches serving as voids 40 (41, 42) are formed on the surface of the surface of the support base material 10 facing the detection base material 120. The connection layer 111 (111a, 111b, 111c) is formed so as to cover the surface of the support base material 10 and the surface of the trench on the surface of the support base material 10 after the trench formation facing the detection base material 120. The connection layers 111a, 111b and 111c will be described later.
The connection layer 111 may be provided on the surface of the surface of the support base material 10 facing the package substrate 2 (lower surface in FIG. 20).

(溝部)
図21に示すように、溝部125,127は、平面視で矩形状の空隙部41,42のそれぞれを取り囲む位置に設けられ、検出基材120の枠部材124及び接続層111を貫通するように形成されている。溝部125,127は、枠部材124及び接続層111のそれぞれの一部が除去されて形成されている。溝部125,127は、平面視で空隙部41,42の外形に対応した環状の形状を有しており、例えば平面視で外形が矩形状の角環形状に形成されている。溝部125,127は、例えば、平面視で空隙部41,42周辺の可撓性抵抗50a〜50dの外側領域にそれぞれ設けられている。
(Groove)
As shown in FIG. 21, the groove portions 125 and 127 are provided at positions surrounding each of the rectangular gap portions 41 and 42 in a plan view, and penetrate the frame member 124 and the connection layer 111 of the detection base material 120. It is formed. The groove portions 125 and 127 are formed by removing a part of each of the frame member 124 and the connecting layer 111. The groove portions 125 and 127 have an annular shape corresponding to the outer shape of the gap portions 41 and 42 in a plan view. For example, the groove portions 125 and 127 are formed in a rectangular ring shape having a rectangular outer shape in a plan view. The groove portions 125 and 127 are provided, for example, in the outer regions of the flexible resistors 50a to 50d around the gap portions 41 and 42 in a plan view.

図20に示すように、接続層111は、溝部125により、平面視で溝部125内側(メンブレン122a形成側領域)に位置する接続層111bと、溝部125外側に位置する接続層111aとに分離される。また、接続層111は、溝部127により、平面視で溝部127内側(メンブレン122b形成側領域)に位置する接続層111cと、溝部125外側に位置する接続層111aとに分離される。
同様に、枠部材124は、溝部125により、平面視で溝部125内側に位置する枠部材124bと、溝部125外側に位置する枠部材124aとに分離される。また、枠部材124は、溝部127により、平面視で溝部127内側に位置する枠部材124cと、溝部127外側に位置する枠部材124aとに分離される。
以下、接続層111a,111b及び111cを区別しない場合には、接続層111と記載する。また、枠部材124a,124b及び124cを区別しない場合には、枠部材124と記載する。
As shown in FIG. 20, the connection layer 111 is separated by the groove portion 125 into a connection layer 111b located inside the groove portion 125 (the region on the membrane 122a formation side) and a connection layer 111a located outside the groove portion 125 in a plan view. NS. Further, the connection layer 111 is separated by the groove portion 127 into a connection layer 111c located inside the groove portion 127 (the region on the membrane 122b formation side) and a connection layer 111a located outside the groove portion 125 in a plan view.
Similarly, the frame member 124 is separated by the groove portion 125 into a frame member 124b located inside the groove portion 125 and a frame member 124a located outside the groove portion 125 in a plan view. Further, the frame member 124 is separated by the groove portion 127 into a frame member 124c located inside the groove portion 127 and a frame member 124a located outside the groove portion 127 in a plan view.
Hereinafter, when the connection layers 111a, 111b and 111c are not distinguished, they are referred to as connection layers 111. When the frame members 124a, 124b and 124c are not distinguished, they are referred to as frame members 124.

溝部125内側に位置する枠部材124bは、四つ(二対)の連結部26によってメンブレン122aと連結される。また、溝部127内側に位置する枠部材124cは、四つ(二対)の連結部26によってメンブレン122bと連結される。 The frame member 124b located inside the groove 125 is connected to the membrane 122a by four (two pairs) connecting portions 26. Further, the frame member 124c located inside the groove portion 127 is connected to the membrane 122b by four (two pairs) connecting portions 26.

すなわち、表面応力センサ101では、溝部125の内側に位置する接続層111b及び枠部材124bは、面積が大きく応力が発生しやすい溝部125外側に位置する接続層111a及び枠部材124aからそれぞれ分離している。このため、接続層111aで応力が発生した場合でも、当該応力を溝部125に逃がすことができ、接続層111aで発生した応力のメンブレン122aへの影響を低減することができる。 That is, in the surface stress sensor 101, the connection layer 111b and the frame member 124b located inside the groove 125 are separated from the connection layer 111a and the frame member 124a located outside the groove 125 having a large area and easily generating stress. There is. Therefore, even when stress is generated in the connection layer 111a, the stress can be released to the groove portion 125, and the influence of the stress generated in the connection layer 111a on the membrane 122a can be reduced.

溝部127の周辺においても、上述と同様のことが言える。すなわち、表面応力センサ101では、溝部127内側に位置する接続層111c及び枠部材124cは、面積が大きく応力が発生しやすい溝部127外側に位置する接続層111a及び枠部材124aからそれぞれ分離している。このため、接続層111aで応力が発生した場合でも、当該応力を溝部127に逃がすことができ、接続層111aで発生した応力のメンブレン122bへの影響を低減することができる。 The same can be said for the periphery of the groove portion 127. That is, in the surface stress sensor 101, the connection layer 111c and the frame member 124c located inside the groove 127 are separated from the connection layer 111a and the frame member 124a located outside the groove 127 having a large area and easily generating stress. .. Therefore, even when stress is generated in the connection layer 111a, the stress can be released to the groove portion 127, and the influence of the stress generated in the connection layer 111a on the membrane 122b can be reduced.

さらに、溝部125,127をメンブレン122a,122bにより近い位置に設けることが好ましい。当該構成により、接続層111b,111cの面積がより小さくなり、メンブレン122a,122bが接続層111b,111cから受ける応力をより小さくすることができる。したがって、溝部125,127を設けることで、溝部125,127を設けない場合と比較してメンブレン122a,122bが受ける応力が低減され、表面応力センサ101のオフセットを低減することができる。
なお、検出基材120と支持基材10との接合性の観点から、溝部125,127は、空隙部41,42の外周部から数十μm(例えば40μm)以上外側の領域に設けられることが好ましい。
Further, it is preferable that the grooves 125 and 127 are provided at positions closer to the membranes 122a and 122b. With this configuration, the area of the connecting layers 111b and 111c can be made smaller, and the stress received by the membranes 122a and 122b from the connecting layers 111b and 111c can be made smaller. Therefore, by providing the groove portions 125 and 127, the stress received by the membranes 122a and 122b can be reduced as compared with the case where the groove portions 125 and 127 are not provided, and the offset of the surface stress sensor 101 can be reduced.
From the viewpoint of the bondability between the detection base material 120 and the support base material 10, the groove portions 125 and 127 may be provided in a region outside of the outer peripheral portions of the gap portions 41 and 42 by several tens of μm (for example, 40 μm) or more. preferable.

図21に示すように、溝部125と空隙部41の外周との間の距離L1〜L4が、溝部125と空隙部41の外周との間の何れの位置においても等しくなるように、溝部125が形成されることがより好ましい。すなわち、図21に示す距離L1,L2,L3,L4の全てが等しくなるように溝部125が形成されることがより好ましい。また、溝部127と空隙部42の外周との間の距離L1’〜L4’が、溝部127と空隙部42の外周との間の何れの位置においても等しくなるように形成されることがより好ましい。すなわち、図21に示す距離L1’,L2’,L3’,L4’の全てが等しくなるように溝部127が形成されることがより好ましい。
当該構成により、メンブレン122aの周囲からかかる応力をどの方向からでも略均等にすることができるとともに、メンブレン122bの周囲からかかる応力をどの方向からでも略均等にすることができる。このため、表面応力センサ101の各センサ部において、オフセットを等方的に低減することができる。
As shown in FIG. 21, the groove portion 125 is provided so that the distances L1 to L4 between the groove portion 125 and the outer circumference of the gap portion 41 are equal at any position between the groove portion 125 and the outer circumference of the gap portion 41. It is more preferable to be formed. That is, it is more preferable that the groove portion 125 is formed so that all the distances L1, L2, L3, and L4 shown in FIG. 21 are equal. Further, it is more preferable that the distances L1'to L4'between the groove portion 127 and the outer circumference of the gap portion 42 are formed to be equal at any position between the groove portion 127 and the outer circumference of the gap portion 42. .. That is, it is more preferable that the groove portion 127 is formed so that all the distances L1', L2', L3', and L4'shown in FIG. 21 are equal.
With this configuration, the stress applied from the periphery of the membrane 122a can be substantially equalized from any direction, and the stress applied from the periphery of the membrane 122b can be substantially equalized from any direction. Therefore, the offset can be isotropically reduced in each sensor portion of the surface stress sensor 101.

また、溝部125と空隙部41の外周との間の距離L1〜L4と、溝部127と空隙部42の外周との間の距離L1’〜L4’を全て均等に形成することがより好ましい。
当該構成により、メンブレン122aを有するセンサ部と、メンブレン122bを有するセンサ部との間におけるオフセットのバラつきを低減することができる。
Further, it is more preferable that the distances L1 to L4 between the groove portion 125 and the outer circumference of the gap portion 41 and the distances L1'to L4'between the groove portion 127 and the outer circumference of the gap portion 42 are all uniformly formed.
With this configuration, it is possible to reduce the variation in offset between the sensor portion having the membrane 122a and the sensor portion having the membrane 122b.

(変形例)
隣接する複数の溝部は、溝の一部が共通に形成されてもよい。すなわち、図21において、隣接して形成された溝部125の右側に位置する溝と、溝部127の左側に位置する溝とが一体に形成されてもよい。当該構成により、溝部125と溝部127とが密接して形成される為、メンブレン122a,122bをより近接して配置することができ、表面応力センサ101の小型化を図ることができる。
(Modification example)
A part of the groove may be formed in common in the plurality of adjacent grooves. That is, in FIG. 21, the groove located on the right side of the adjacent groove portion 125 and the groove located on the left side of the groove portion 127 may be integrally formed. With this configuration, since the groove portion 125 and the groove portion 127 are formed in close contact with each other, the membranes 122a and 122b can be arranged closer to each other, and the surface stress sensor 101 can be miniaturized.

また、空隙部41,42の平面形状は矩形に限られず、円形や多角形状であってもよい。この場合、溝部125,127は、空隙部41,42の平面形状にそれぞれ対応した形状とすることが好ましい。当該構成により、メンブレン122a,122bの周囲からかかる応力を均等にすることができ、表面応力センサ101のオフセットを等方的に低減することができる。 Further, the planar shape of the gaps 41 and 42 is not limited to a rectangle, and may be a circular shape or a polygonal shape. In this case, it is preferable that the groove portions 125 and 127 have shapes corresponding to the planar shapes of the gap portions 41 and 42, respectively. With this configuration, the stress applied from the periphery of the membranes 122a and 122b can be equalized, and the offset of the surface stress sensor 101 can be isotropically reduced.

また、溝部125,127の外側に位置する接続層111a及び枠部材124aの一部または全部を除去しても良い。当該構成により、溝部125,127の外側からメンブレン122a,122bに応力がかからなくなるため好ましい。
さらに、接続層111aからの接続層111b、111cへの応力影響が小さければ、接続層111aと接続層111b,111cとが、それぞれ完全に分離されていなくても良い。例えば、溝部125の底面(支持基材10の表面)に、接続層111aと接続層111bとを接続する繋ぎ部(図示せず)が薄く形成されていてもよい。
Further, a part or all of the connection layer 111a and the frame member 124a located outside the grooves 125 and 127 may be removed. This configuration is preferable because stress is not applied to the membranes 122a and 122b from the outside of the grooves 125 and 127.
Further, if the stress effect from the connection layer 111a on the connection layers 111b and 111c is small, the connection layer 111a and the connection layers 111b and 111c do not have to be completely separated from each other. For example, a connecting portion (not shown) connecting the connecting layer 111a and the connecting layer 111b may be thinly formed on the bottom surface of the groove portion 125 (the surface of the supporting base material 10).

(表面応力センサの製造方法)
図1から図12並びに図20及び図21を参照しつつ、図22及び図23を用いて、表面応力センサ101の製造方法を説明する。なお、図22及び図23の断面図は、図20の空隙部41近傍(空隙部41の左側部)における断面を示す。
表面応力センサ101の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、溝部形成工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。
(Manufacturing method of surface stress sensor)
A method of manufacturing the surface stress sensor 101 will be described with reference to FIGS. 1 to 12 and FIGS. 20 and 21 with reference to FIGS. 22 and 23. The cross-sectional views of FIGS. 22 and 23 show a cross section in the vicinity of the gap 41 of FIG. 20 (the left side of the gap 41).
The method for manufacturing the surface stress sensor 101 includes a laminate forming step, a first ion implantation step, a second ion implantation step, a heat treatment step, a groove forming step, a wiring layer forming step, and a removing step.

(積層体形成工程)
積層体形成工程では、まず、図22(a)に示すように、支持基材10の材料となる第一シリコン基板60の一方の面に、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて複数の凹部62(トレンチ)を形成する。なお、図22(a)では、後に空隙部41となる凹部62のみを表している。
次に、複数の凹部62を形成した第一シリコン基板60に対し、熱酸化を行い、第一シリコン基板60の少なくとも凹部62形成面に熱酸化膜61を形成する。
(Laminate body forming process)
In the laminate forming step, first, as shown in FIG. 22A, a plurality of recesses 62 (trenches) are formed on one surface of the first silicon substrate 60, which is the material of the support base material 10, by using lithography and etching techniques. ) Is formed. Note that FIG. 22A shows only the recess 62 which will later become the gap 41.
Next, the first silicon substrate 60 on which the plurality of recesses 62 are formed is thermally oxidized to form a thermal oxide film 61 on at least the concave portion 62 forming surface of the first silicon substrate 60.

次に、図22(b)に示すように、凹部62形成面に熱酸化膜61が形成された第一シリコン基板60に対し、検出基材20の材料となる第二シリコン基板64を、接着等、各種の接合技術を用いて貼り合わせる。このとき、第二シリコン基板64を複数の凹部62を覆うように配置して第一シリコン基板60に貼りあわせる。これにより、積層体66(Cavityウェーハ)を形成する。 Next, as shown in FIG. 22B, the second silicon substrate 64, which is the material of the detection base material 20, is adhered to the first silicon substrate 60 on which the thermal oxide film 61 is formed on the concave portion 62 forming surface. Etc., they are bonded using various joining techniques. At this time, the second silicon substrate 64 is arranged so as to cover the plurality of recesses 62 and bonded to the first silicon substrate 60. As a result, the laminated body 66 (Cavity wafer) is formed.

上述したように、積層体形成工程を行うことで、積層体66の所定の位置には、上下左右を第二シリコン基板64と第一シリコン基板60上に形成された熱酸化膜61によって囲まれた空隙部41が形成される。なお、図示しない空隙部42が同時に形成されている。
以上により、積層体形成工程では、支持基材10となる第一シリコン基板60の一方の面に空隙部41,42となる複数の凹部62を形成し、凹部62を形成した支持基材10の少なくとも一方の面に、熱酸化膜61を形成する。その後、支持基材10へ複数の凹部62を覆うように検出基材120となる第二シリコン基板64を貼り合わせる。これにより、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64との間に空隙部41,42が設けられ、かつ空隙部41,42の外周において支持基材10と検出基材120との間に熱酸化膜61が設けられた積層体66を形成する。
As described above, by performing the laminate forming step, the laminate 66 is surrounded by the thermal oxide film 61 formed on the second silicon substrate 64 and the first silicon substrate 60 at the predetermined positions on the upper, lower, left and right sides. The gap 41 is formed. A gap 42 (not shown) is formed at the same time.
As described above, in the laminate forming step, the support base material 10 in which the plurality of recesses 62 to be the gaps 41 and 42 are formed on one surface of the first silicon substrate 60 to be the support base material 10 and the recesses 62 are formed. A thermal oxide film 61 is formed on at least one surface. After that, the second silicon substrate 64 to be the detection base material 120 is attached to the support base material 10 so as to cover the plurality of recesses 62. As a result, the gaps 41 and 42 are provided between the first silicon substrate 60 and the second silicon substrate 64, and heat is generated between the support base material 10 and the detection base material 120 on the outer periphery of the gap portions 41 and 42. A laminated body 66 provided with an oxide film 61 is formed.

なお、第一シリコン基板60の全体を熱酸化して第一シリコン基板60の表面、裏面及び側面(図22中の上面、下面及び左面)全体に熱酸化膜61を形成しても良い。この場合、製造工程の最後にダイシングブレードで個片化することにより、支持基材10の両面(図20中の上面及び下面)に接続層111が形成された表面応力センサ101を得ることができる。 The entire surface of the first silicon substrate 60 may be thermally oxidized to form a thermal oxide film 61 on the entire front surface, back surface and side surface (upper surface, lower surface and left surface in FIG. 22) of the first silicon substrate 60. In this case, the surface stress sensor 101 in which the connection layers 111 are formed on both surfaces (upper surface and lower surface in FIG. 20) of the support base material 10 can be obtained by individualizing with a dicing blade at the end of the manufacturing process. ..

(第一イオン注入工程)
第一イオン注入工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材120の支持基材10と対向する面と反対側の面のうち、検出基材120の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(可撓性抵抗領域70)に、第一のイオンを注入する。
(First ion implantation process)
Since the first ion implantation step is performed in the same procedure as in the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
As described above, in the first ion implantation step, among the surfaces of the detection base material 120 opposite to the surface facing the support base material 10, a selected region outside the preset region including the center of the detection base material 120 is selected. The first ion is implanted into the region of the portion (flexible resistance region 70).

(第二イオン注入工程)
第二イオン注入工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材120の第一のイオンを注入した領域(可撓性抵抗領域70)よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する(図23(a))。
(Second ion implantation process)
Since the second ion implantation step is performed in the same procedure as in the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
As described above, in the second ion implantation step, the second ion is implanted into the selected region outside the region (flexible resistance region 70) in which the first ion is implanted in the detection substrate 120 (FIG. 23). (A)).

(熱処理工程)
熱処理工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域70を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域72を形成する(図23(a))。
(Heat treatment process)
Since the heat treatment step is performed in the same procedure as in the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
As described above, in the heat treatment step, the laminated body 66 in which the first ion and the second ion are injected is heat-treated to form the flexible resistance region 70 in the region in which the first ion is injected, and the second A low resistance region 72 is formed in the region in which the ions of the above are injected (FIG. 23 (a)).

(溝部形成工程)
図23(b)に示すように、溝部形成工程では、熱処理後の積層体66の可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域の外側領域において、第二シリコン基板64を貫通し熱酸化膜61を底面とする溝64aを形成する。溝64aは、フォトレジストのパターン(図示せず)をマスクとしてドライエッチングを施して形成される。溝64aは、例えば、平面視で矩形状の空隙部41,42のそれぞれを取り囲む位置に、空隙部41,42の形状に沿った形状で形成される。続いて、溝64aのパターンをマスクとしてドライエッチングを施し、図23(b)に示すように、熱酸化膜61を貫通し第一シリコン基板60を底面とする溝61aを形成する。溝64aと溝61aとにより、溝部125が形成される。溝部127についても同様に形成される。
以上により、溝部形成工程では、枠部材124の可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域の外側の空隙部41,42のそれぞれを取り囲む位置において、枠部材124となる第二シリコン基板64及び接続層111となる熱酸化膜61を除去して、溝部125,127を形成する(図23(a))。
(Groove formation process)
As shown in FIG. 23B, in the groove forming step, the second silicon substrate 64 is penetrated in the outer region of the region where the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 of the laminated body 66 after the heat treatment are formed. A groove 64a having a thermal oxide film 61 as a bottom surface is formed. The groove 64a is formed by dry etching using a photoresist pattern (not shown) as a mask. The groove 64a is formed, for example, at a position surrounding each of the rectangular gaps 41 and 42 in a plan view, in a shape that follows the shape of the gaps 41 and 42. Subsequently, dry etching is performed using the pattern of the groove 64a as a mask to form a groove 61a that penetrates the thermal oxide film 61 and has the first silicon substrate 60 as the bottom surface, as shown in FIG. 23 (b). The groove portion 125 is formed by the groove 64a and the groove 61a. The groove portion 127 is also formed in the same manner.
As described above, in the groove forming step, the second silicon serving as the frame member 124 is at a position surrounding each of the gaps 41 and 42 outside the region where the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 are formed. The thermal oxide film 61 serving as the substrate 64 and the connection layer 111 is removed to form the groove portions 125 and 127 (FIG. 23 (a)).

(配線層形成工程)
配線層形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗50と電気的に接続された配線層82を形成する。
(除去工程)
除去工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
したがって、除去工程では、検出基材120の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域72及び可撓性抵抗領域70以外の領域を除去することで、メンブレン122a,122b、枠部材124(124a,124b)、連結部26、可撓性抵抗を形成する。
(Wiring layer forming process)
Since the wiring layer forming step is performed in the same procedure as in the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
As described above, in the wiring layer forming step, the wiring layer 82 electrically connected to the flexible resistor 50 is formed.
(Removal process)
Since the removal step is performed in the same procedure as in the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
Therefore, in the removing step, the membranes 122a and 122b and the frame member are removed by removing the regions other than the low resistance region 72 and the flexible resistance region 70 around the preset region including the center of the detection base material 120. 124 (124a, 124b), connecting portion 26, flexible resistor is formed.

(動作・作用)
第三実施形態の動作と作用は、上述した第一実施形態及び第二実施形態と同様の動作と作用に加えて、溝部125,127により、溝部125,127の外側に位置する接続層111aに起因する応力をメンブレン122a,122bに伝えないようにすることができる。
なお、上述した第三実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第三実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(Operation / action)
The operation and operation of the third embodiment, in addition to the same operation and operation as those of the first embodiment and the second embodiment described above, are performed by the groove portions 125 and 127 on the connection layer 111a located outside the groove portions 125 and 127. The resulting stress can be prevented from being transmitted to the membranes 122a and 122b.
The above-mentioned third embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-mentioned third embodiment, and even if it is an embodiment other than this embodiment, it relates to the present invention. As long as it does not deviate from the technical idea, various changes can be made according to the design and the like.

(第三実施形態の効果)
第三実施形態の表面応力センサ101であれば、第一実施形態の表面応力センサ1で得られる効果に加えて、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)表面応力センサ101では、溝部125の内側に位置する接続層111b及び枠部材124bは、面積が大きく応力が発生しやすい、溝部125外側に位置する接続層111a及び枠部材124aからそれぞれ分離している。
その結果、接続層111aで応力が発生した場合でも、当該応力を溝部125に逃がすことができ、接続層111aで発生した応力のメンブレン122aへの影響を低減することができる。
(Effect of Third Embodiment)
The surface stress sensor 101 of the third embodiment can exhibit the effects described below in addition to the effects obtained by the surface stress sensor 1 of the first embodiment.
(1) In the surface stress sensor 101, the connection layer 111b and the frame member 124b located inside the groove 125 are separated from the connection layer 111a and the frame member 124a located outside the groove 125, which have a large area and are prone to stress. doing.
As a result, even when stress is generated in the connection layer 111a, the stress can be released to the groove portion 125, and the influence of the stress generated in the connection layer 111a on the membrane 122a can be reduced.

(2)溝部125,127と、空隙部41,42外周との距離が、溝部125と空隙部41、溝部127と空隙部42との何れの位置においてもそれぞれ等しくなるように形成されることが好ましい。
その結果、メンブレン122aの周囲からかかる応力及びメンブレン122bの周囲からかかる応力を略均等にすることができ、表面応力センサ101のオフセットを等方的に低減することができる。
(3)溝部125,127の一部が共通(一体)に形成されてもよい。当該構成により、メンブレン122a,122bをより近接して配置することができ、表面応力センサ101の小型化を図ることができる。
(2) The distances between the groove portions 125 and 127 and the outer circumferences of the gap portions 41 and 42 may be formed to be equal at any of the positions of the groove portion 125 and the gap portion 41 and the groove portion 127 and the gap portion 42, respectively. preferable.
As a result, the stress applied from the periphery of the membrane 122a and the stress applied from the periphery of the membrane 122b can be made substantially equal, and the offset of the surface stress sensor 101 can be isotropically reduced.
(3) A part of the grooves 125 and 127 may be formed in common (integrally). With this configuration, the membranes 122a and 122b can be arranged closer to each other, and the surface stress sensor 101 can be miniaturized.

また、第三実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、第一実施形態の表面応力センサ1の製造方法で得られる効果に加えて、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(4)積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、溝部形成工程と、配線層形成工程と、除去工程とを備える。積層体形成工程では、支持基材10の一方の面に凹部62を形成し、少なくとも支持基材10の凹部62を形成した面に熱酸化膜61を形成した後、支持基材10へ凹部62を覆うように検出基材120を貼り合わせることで、支持基材10と検出基材120との間に空隙部40が設けられ、かつ空隙部41,42の外周において支持基材10と検出基材120との間に熱酸化膜61が設けられた積層体66を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材120の支持基材10と対向する面と反対側の面のうち検出基材120の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材120の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域70を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域72を形成する。溝部形成工程では、検出基材120の可撓性抵抗50a〜50dを形成する可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域の外側の領域において、検出基材120及び熱酸化膜61を除去して溝部125,127を形成する。配線層形成工程では、可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する。除去工程では、検出基材120の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域72及び可撓性抵抗領域70以外の領域を除去することで、メンブレン122a,122b、枠部材124(124a,124b.124c)、連結部26及び可撓性抵抗50を形成する。
Further, in the method of manufacturing the surface stress sensor of the third embodiment, in addition to the effects obtained by the method of manufacturing the surface stress sensor 1 of the first embodiment, the effects described below can be obtained.
(4) A laminate forming step, a first ion implantation step, a second ion implantation step, a heat treatment step, a groove forming step, a wiring layer forming step, and a removing step are provided. In the laminate forming step, a recess 62 is formed on one surface of the support base material 10, a thermal oxide film 61 is formed on at least the surface on which the recess 62 of the support base material 10 is formed, and then the recess 62 is formed in the support base material 10. By laminating the detection base material 120 so as to cover the space, a gap 40 is provided between the support base material 10 and the detection base material 120, and the support base material 10 and the detection group are provided on the outer periphery of the gap portions 41 and 42. A laminated body 66 having a thermal oxide film 61 provided between the material 120 and the material 120 is formed. In the first ion implantation step, in a part of the surface of the detection base material 120 opposite to the surface facing the support base material 10 and outside the preset region including the center of the detection base material 120. , Inject the first ion. In the second ion implantation step, the second ion is implanted into the selected region outside the region in which the first ion is implanted in the detection substrate 120. In the heat treatment step, the laminated body 66 in which the first ion and the second ion are injected is heat-treated to form a flexible resistance region 70 in the region in which the first ion is injected, and the second ion is formed. A low resistance region 72 is formed in the injected region. In the groove forming step, the detection base material 120 and the thermal oxide film 61 are formed in the regions outside the flexible resistance region 70 forming the flexible resistance 50a to 50d of the detection base material 120 and the region forming the low resistance region 72. Is removed to form grooves 125 and 127. In the wiring layer forming step, a wiring layer electrically connected to the flexible resistor is formed. In the removing step, the membranes 122a and 122b and the frame member 124 ( 124a, 124b.124c), the connecting portion 26 and the flexible resistor 50 are formed.

このため、第一実施形態の製造方法で得られる表面応力センサ1の効果に加えて、BOX層(熱酸化膜)111で発生する応力のメンブレン122a,122bへの影響を簡易な工程で低減し、精度の高い安定したセンシングが可能となる。 Therefore, in addition to the effect of the surface stress sensor 1 obtained by the manufacturing method of the first embodiment, the influence of the stress generated in the BOX layer (thermal oxide film) 111 on the membranes 122a and 122b is reduced by a simple process. , Highly accurate and stable sensing is possible.

(第四実施形態)
以下、本発明の第四実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
第四実施形態に係る表面応力センサ101は、第三実施形態と同様センサ部が複数設けられ、センサ部の外周に溝部が設けられた構造であって、第二実施形態の表面応力センサ1と同様に、支持基材10上に接続層90を有している。
その他の構成は上述した第二実施形態と同様であるため、説明を省略する
(Fourth Embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(composition)
The surface stress sensor 101 according to the fourth embodiment has a structure in which a plurality of sensor portions are provided and grooves are provided on the outer periphery of the sensor portions as in the third embodiment, and the surface stress sensor 101 according to the second embodiment has a structure similar to that of the surface stress sensor 1 of the second embodiment. Similarly, the connecting layer 90 is provided on the supporting base material 10.
Since other configurations are the same as those of the second embodiment described above, the description thereof will be omitted.

(表面応力センサの製造方法)
図1から図19を参照しつつ、図24から図26を用いて、表面応力センサ101の製造方法を説明する。なお、図24から図26の断面図は、第二実施形態におけるホール形成工程、空隙部形成工程及びホール封止工程(図17から図19)に対応する。
表面応力センサ101の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。
(Manufacturing method of surface stress sensor)
A method of manufacturing the surface stress sensor 101 will be described with reference to FIGS. 1 to 19 and FIGS. 24 to 26. The cross-sectional views of FIGS. 24 to 26 correspond to the hole forming step, the gap forming step, and the hole sealing step (FIGS. 17 to 19) in the second embodiment.
The method for manufacturing the surface stress sensor 101 includes a laminate forming step, a first ion injection step, a second ion injection step, a heat treatment step, a hole forming step, a void forming step, and a hole sealing step. It includes a wiring layer forming step and a removing step.

(積層体形成工程)
積層体形成工程では、上述した第二実施形態と同様の手順(図16)で積層体66の形成を行うため、その説明を省略する。
以上により、積層体形成工程では、支持基材10に犠牲層92を積層し、さらに、犠牲層92に検出基材120を積層して積層体66を形成する。
(Laminate body forming process)
In the laminate forming step, the laminate 66 is formed by the same procedure (FIG. 16) as that of the second embodiment described above, and thus the description thereof will be omitted.
As described above, in the laminate forming step, the sacrificial layer 92 is laminated on the support base material 10, and the detection base material 120 is further laminated on the sacrificial layer 92 to form the laminate 66.

(第一イオン注入工程)
第一イオン注入工程では、上述した第二実施形態と同様の手順(図16)で第一のイオンを注入するため、その説明を省略する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材120の支持基材10と対向する面と反対側の面のうち、検出基材120の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(可撓性抵抗領域70)に、第一のイオンを注入する。
(First ion implantation process)
In the first ion implantation step, since the first ion is implanted by the same procedure as the second embodiment described above (FIG. 16), the description thereof will be omitted.
As described above, in the first ion implantation step, among the surfaces of the detection base material 120 opposite to the surface facing the support base material 10, a selected region outside the preset region including the center of the detection base material 120 is selected. The first ion is implanted into the region of the portion (flexible resistance region 70).

(第二イオン注入工程)
第二イオン注入工程では、上述した第二実施形態と同様の手順(図16)で第二のイオンを注入するため、その説明を省略する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材120の第一のイオンを注入した領域(可撓性抵抗領域70)よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する。
(Second ion implantation process)
In the second ion implantation step, since the second ion is implanted in the same procedure as the second embodiment described above (FIG. 16), the description thereof will be omitted.
As described above, in the second ion implantation step, the second ion is implanted into the selected region outside the region (flexible resistance region 70) in which the first ion is implanted in the detection base material 120.

(熱処理工程)
熱処理工程では、上述した第二実施形態と同様の手順(図16)で熱処理を行うため、その説明を省略する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域70を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域72を形成する。
(Heat treatment process)
In the heat treatment step, the heat treatment is performed by the same procedure (FIG. 16) as that of the second embodiment described above, and thus the description thereof will be omitted.
As described above, in the heat treatment step, the laminated body 66 in which the first ion and the second ion are injected is heat-treated to form the flexible resistance region 70 in the region in which the first ion is injected, and the second A low resistance region 72 is formed in the region in which the ions of the above are injected.

(ホール形成工程)
ホール形成工程では、一般的なフォトリソグラフィーの技術により、第二シリコン基板64の上側の面に、ホール及び溝のパターン(図示せず)を形成する。ホールのパターンは、第二シリコン基板64の空隙部形成領域に対応する領域に形成する。第二シリコン基板64の空隙部形成領域に対応する領域は、検出基材120の可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域と隣接する領域である。また、溝のパターンは、第二シリコン基板64の空隙部形成領域の外側の領域に形成する。第二シリコン基板64の空隙部形成領域の外側の領域は、検出基材120の可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域の外側の領域である。
(Hole forming process)
In the hole forming step, a hole and groove pattern (not shown) is formed on the upper surface of the second silicon substrate 64 by a general photolithography technique. The hole pattern is formed in a region corresponding to the gap forming region of the second silicon substrate 64. The region corresponding to the gap forming region of the second silicon substrate 64 is a region adjacent to the region where the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 of the detection base material 120 are formed. Further, the groove pattern is formed in the region outside the gap forming region of the second silicon substrate 64. The region outside the gap forming region of the second silicon substrate 64 is the region outside the region where the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 of the detection base material 120 are formed.

次に、ホールのパターンをマスクとしてドライエッチングを施し、図24に示すように、第二シリコン基板64へホール76及び溝77を形成する。ホール76は、第二シリコン基板64の空隙部形成領域に対応する領域に形成される。溝77は、第二シリコン基板64の空隙部形成領域の外側の領域に、空隙部形成領域を取り囲むように形成されている。ホール76の直径及び溝77の幅は、例えば、0.28[μm]に設定して、犠牲層92に到達する深さに設定する。
以上により、ホール形成工程では、検出基材120の可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域と隣接する領域と、可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域の外側の領域とに、犠牲層92まで貫通するホール76及び溝77を形成する。
Next, dry etching is performed using the hole pattern as a mask to form holes 76 and grooves 77 on the second silicon substrate 64, as shown in FIG. 24. The hole 76 is formed in a region corresponding to a gap forming region of the second silicon substrate 64. The groove 77 is formed in a region outside the gap forming region of the second silicon substrate 64 so as to surround the gap forming region. The diameter of the hole 76 and the width of the groove 77 are set to, for example, 0.28 [μm] so as to reach the sacrificial layer 92.
As described above, in the hole forming step, the region adjacent to the region where the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 of the detection base material 120 are formed, and the region where the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 are formed are formed. A hole 76 and a groove 77 penetrating to the sacrificial layer 92 are formed in the outer region.

(空隙部形成工程)
空隙部形成工程では、HFVaporを、ホール76及び溝77を通して第一シリコン基板60の側に浸透させることで、犠牲層92のみを選択的にエッチングし、図25に示すように、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64との間に、空隙部40と、溝93とを形成する。
以上により、空隙部形成工程では、ホール76を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域70と支持基材10との間に配置された犠牲層92の一部を除去して、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40を設ける。また、空隙部形成工程では、溝77を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域の外側の領域の犠牲層92を除去して、溝77と溝93とにより溝部125を形成する。なお、図示しない位置に形成された溝を用いて、図20に示す溝部127が形成される。
(Void formation step)
In the gap forming step, only the sacrificial layer 92 is selectively etched by infiltrating the HF Vapor into the side of the first silicon substrate 60 through the holes 76 and the grooves 77, and as shown in FIG. 25, the first silicon substrate is formed. A gap 40 and a groove 93 are formed between the 60 and the second silicon substrate 64.
As described above, in the gap forming step, a part of the sacrificial layer 92 arranged between the flexible resistance region 70 and the supporting base material 10 is removed by etching through the hole 76, and the supporting base material 10 is removed. A gap 40 is provided between the detection base material 20 and the detection base material 20. Further, in the gap forming step, the sacrificial layer 92 in the region outside the region in which the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 are formed is removed by etching through the groove 77, and the groove 77 and the groove 93 are formed. The groove portion 125 is formed by etching. The groove portion 127 shown in FIG. 20 is formed by using the groove formed at a position (not shown).

(ホール封止工程)
ホール封止工程では、上述した第二実施形態と同様の手順でホール76の封止を行うため、その説明を省略する。ホール封止工程では、図26に示すように、酸化膜94によってホール76及び溝77を封止する。
以上により、ホール封止工程では、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面に、酸化膜94を形成してホール76及び溝77を封止する。
(Hole sealing process)
In the hole sealing step, the holes 76 are sealed in the same procedure as in the second embodiment described above, and thus the description thereof will be omitted. In the hole sealing step, as shown in FIG. 26, the holes 76 and the grooves 77 are sealed by the oxide film 94.
As described above, in the hole sealing step, the oxide film 94 is formed on the surface of the detection base material 20 opposite to the surface facing the support base material 10, and the holes 76 and the grooves 77 are sealed.

(配線層形成工程)
配線層形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する。
(除去工程)
除去工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
したがって、除去工程では、検出基材20の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域72及び可撓性抵抗領域70以外の領域を除去することで、メンブレン122a,122b、枠部材124(124a,124b)、連結部26、可撓性抵抗を形成する。
(Wiring layer forming process)
Since the wiring layer forming step is performed in the same procedure as in the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
As described above, in the wiring layer forming step, the wiring layer electrically connected to the flexible resistor is formed.
(Removal process)
Since the removal step is performed in the same procedure as in the first embodiment described above, the description thereof will be omitted.
Therefore, in the removing step, the membranes 122a and 122b and the frame member are removed by removing the regions other than the low resistance region 72 and the flexible resistance region 70 around the preset region including the center of the detection base material 20. 124 (124a, 124b), connecting portion 26, flexible resistor is formed.

(動作・作用)
第四実施形態の動作と作用は、上述した第三実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
なお、上述した第四実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第四実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
例えば、ホール形成工程では、第二シリコン基板64へホール76を形成すると同時に溝77を形成する構成について説明したが、溝77は、ホール76を形成する工程とは別工程で形成されても良い。この場合、空隙部40及び溝93も別工程で形成される。すなわち、ホール76を形成後に空隙部40を形成し、別工程において、溝77を形成後に溝93を形成しても良い。
(Operation / action)
Since the operation and operation of the fourth embodiment are the same as those of the third embodiment described above, the description thereof will be omitted.
The above-mentioned fourth embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-mentioned fourth embodiment, and even if it is an embodiment other than this embodiment, it relates to the present invention. As long as it does not deviate from the technical idea, various changes can be made according to the design and the like.
For example, in the hole forming step, the configuration in which the hole 76 is formed on the second silicon substrate 64 and the groove 77 is formed at the same time has been described, but the groove 77 may be formed in a step different from the step of forming the hole 76. .. In this case, the gap 40 and the groove 93 are also formed in a separate process. That is, the gap portion 40 may be formed after the hole 76 is formed, and the groove 93 may be formed after the groove 77 is formed in another step.

(第四実施形態の効果)
第四実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、溝部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。積層体形成工程では、支持基材10に犠牲層92を積層し、さらに、犠牲層92に検出基材120を積層して積層体66を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材120の支持基材10と対向する面と反対側の面のうち検出基材120の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材120の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域70を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域72を形成する。ホール形成工程では、検出基材120の可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域と隣接する領域に、犠牲層92まで貫通するホール76を形成する。また、ホール形成工程では、可撓性抵抗領域70及び低抵抗領域72を形成した領域の外側の領域に、犠牲層92まで貫通し、平面視で前記予め設定した領域を取り囲む溝77を形成する。空隙部形成工程では、ホール76を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域70と支持基材10との間に配置された犠牲層92を除去して、支持基材10と検出基材120との間に空隙部40を設ける。溝部形成工程では、溝77を介したエッチングにより、溝77から露出する犠牲層92を除去して検出基材120(第二シリコン基板64)と犠牲層92とを貫通する溝部を形成する。ホール封止工程では、検出基材120の支持基材10と対向する面と反対側の面に酸化膜94を形成して、ホール76及び溝77を封止する。配線層形成工程では、可撓性抵抗50と電気的に接続された配線層82を形成する。除去工程では、検出基材120の中心を含む予め設定したメンブレン設定領域84の周囲であって低抵抗領域72及び可撓性抵抗領域70以外の領域を除去することで、メンブレン122a,122b、枠部材124(124a,124b)、連結部26及び可撓性抵抗50を形成する。
(Effect of Fourth Embodiment)
According to the method for manufacturing the surface stress sensor of the fourth embodiment, the effects described below can be obtained.
(1) Laminated body forming step, first ion injection step, second ion injection step, heat treatment step, hole forming step, void forming step, groove forming step, hole sealing step, wiring It includes a layer forming step and a removing step. In the laminate forming step, the sacrificial layer 92 is laminated on the support base material 10, and the detection base material 120 is further laminated on the sacrificial layer 92 to form the laminate 66. In the first ion implantation step, in a part of the surface of the detection base material 120 opposite to the surface facing the support base material 10 and outside the preset region including the center of the detection base material 120. , Inject the first ion. In the second ion implantation step, the second ion is implanted into the selected region outside the region in which the first ion is implanted in the detection substrate 120. In the heat treatment step, the laminated body 66 in which the first ion and the second ion are injected is heat-treated to form a flexible resistance region 70 in the region in which the first ion is injected, and the second ion is formed. A low resistance region 72 is formed in the injected region. In the hole forming step, a hole 76 penetrating to the sacrificial layer 92 is formed in a region adjacent to the region where the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 of the detection base material 120 are formed. Further, in the hole forming step, a groove 77 is formed in a region outside the region in which the flexible resistance region 70 and the low resistance region 72 are formed so as to penetrate to the sacrificial layer 92 and surround the preset region in a plan view. .. In the gap forming step, the sacrificial layer 92 arranged between the flexible resistance region 70 and the support base material 10 is removed by etching through the holes 76, and the support base material 10 and the detection base material 120 are used. A gap 40 is provided between the two. In the groove forming step, the sacrificial layer 92 exposed from the groove 77 is removed by etching through the groove 77 to form a groove portion penetrating the detection base material 120 (second silicon substrate 64) and the sacrificial layer 92. In the hole sealing step, an oxide film 94 is formed on the surface of the detection base material 120 opposite to the surface facing the support base material 10, and the holes 76 and the grooves 77 are sealed. In the wiring layer forming step, the wiring layer 82 electrically connected to the flexible resistor 50 is formed. In the removing step, the membranes 122a, 122b and the frame are removed by removing the regions other than the low resistance region 72 and the flexible resistance region 70 around the preset membrane setting region 84 including the center of the detection base material 120. The member 124 (124a, 124b), the connecting portion 26, and the flexible resistor 50 are formed.

このため、第二実施形態の製造方法で得られる表面応力センサ1の効果に加えて、簡易な工程でBOX層(熱酸化膜)111で発生する応力のメンブレン122a,122bへの影響を低減し、精度の高い安定したセンシングが可能となる。 Therefore, in addition to the effect of the surface stress sensor 1 obtained by the manufacturing method of the second embodiment, the influence of the stress generated in the BOX layer (thermal oxide film) 111 on the membranes 122a and 122b is reduced by a simple process. , Highly accurate and stable sensing is possible.

第一実施形態及び第二実施形態を参照しつつ、以下に記載する実施例により、実施例の表面応力センサ1と、比較例の表面応力センサについて説明する。
(実施例)
実施例の表面応力センサ1は、第一実施形態で説明したものと同様の構成、すなわち、支持基材が柱状に形成されており、メンブレン22とパッケージ基板2との間に支持基材10が存在する構成を有する(図14を参照)。
(比較例)
比較例の表面応力センサは、支持基材が筒状に形成されており、メンブレンが中空に浮いた構成を有する(図13を参照)。
The surface stress sensor 1 of the embodiment and the surface stress sensor of the comparative example will be described with reference to the first embodiment and the second embodiment according to the examples described below.
(Example)
The surface stress sensor 1 of the embodiment has the same configuration as that described in the first embodiment, that is, the supporting base material is formed in a columnar shape, and the supporting base material 10 is formed between the membrane 22 and the package substrate 2. It has an existing configuration (see FIG. 14).
(Comparison example)
The surface stress sensor of the comparative example has a structure in which the supporting base material is formed in a cylindrical shape and the membrane is floated in the air (see FIG. 13).

(性能評価)
実施例の表面応力センサ1と、比較例の表面応力センサに対し、それぞれ、温度の上昇(10[℃]上昇)によってパッケージ基板が伸長した状況における出力の変化を検出することで、シミュレーションにより性能評価を行った。
(評価結果)
パッケージ基板が伸長した状況における出力の変化を検出した結果、実施例は、比較例と比較して、出力の変化度合いが1/3程度となった。
これにより、実施例の表面応力センサ1は、比較例の表面応力センサと比較して、パッケージ基板の変形によってメンブレンに印加される応力を、1/3程度まで低減させることが可能であることが確認された。
(Performance evaluation)
For the surface stress sensor 1 of the example and the surface stress sensor of the comparative example, the performance by simulation is detected by detecting the change in the output in the state where the package substrate is stretched due to the temperature rise (10 [° C] rise), respectively. Evaluation was performed.
(Evaluation results)
As a result of detecting the change in the output in the state where the package substrate is stretched, the degree of the change in the output of the example is about 1/3 as compared with the comparative example.
As a result, the surface stress sensor 1 of the example can reduce the stress applied to the membrane due to the deformation of the package substrate to about 1/3 as compared with the surface stress sensor of the comparative example. confirmed.

1,101…表面応力センサ、2…パッケージ基板、4…接続部、10…支持基材、20,120…検出基材、22,122,122a,122b,122c…メンブレン、24,124,124a,124b,124c…枠部材、26…連結部、30,30a,30b…受容体、40,41,42…空隙部、50…可撓性抵抗、60…第一シリコン基板、61a,64a…溝、62…凹部、64…第二シリコン基板、66…積層体、68…シリコン酸化膜、70…可撓性抵抗領域、72…低抵抗領域、74…シリコン窒化膜、76…ホール、77…溝、78…積層膜、80…金属膜、82…配線層、84…メンブレン設定領域、86…PAD、90…接続層、92…犠牲層、93…溝、94…酸化膜、100…従来の構成を備える表面応力センサ、111,111a,111b,111c…接続層、125,127…溝部、VL1…メンブレンの中心を通過する仮想的な直線、VL2…直線VL1と直交する直線 1,101 ... Surface stress sensor, 2 ... Package substrate, 4 ... Connection part, 10 ... Support base material, 20,120 ... Detection base material, 22,122,122a, 122b, 122c ... Membrane, 24,124,124a, 124b, 124c ... Frame member, 26 ... Connecting part, 30, 30a, 30b ... Receptor, 40, 41, 42 ... Void part, 50 ... Flexible resistance, 60 ... First silicon substrate, 61a, 64a ... Groove, 62 ... recess, 64 ... second silicon substrate, 66 ... laminate, 68 ... silicon oxide film, 70 ... flexible resistance region, 72 ... low resistance region, 74 ... silicon nitride film, 76 ... hole, 77 ... groove, 78 ... Laminated film, 80 ... Metal film, 82 ... Wiring layer, 84 ... Membrane setting area, 86 ... PAD, 90 ... Connection layer, 92 ... Sacrificial layer, 93 ... Groove, 94 ... Oxide film, 100 ... Conventional configuration Surface stress sensors provided, 111, 111a, 111b, 111c ... connection layer, 125, 127 ... groove, VL1 ... virtual straight line passing through the center of the membrane, VL2 ... straight line orthogonal to VL1

Claims (16)

印加された表面応力によって撓むメンブレンと、
前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けて前記メンブレンを包囲する枠部材と、
前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されて当該メンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部と、
前記連結部のうち少なくとも一つに備えられ、当該連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗と、
前記枠部材に接続され、且つ前記厚さ方向から見て前記メンブレンと重なる支持基材と、
前記支持基材の前記メンブレンと対向する面と反対側の面に接続されるパッケージ基板と、
を備え、
前記メンブレンと前記支持基材との間に空隙部が設けられており、
前記支持基材と前記パッケージ基板とは、前記厚さ方向から見て前記メンブレンの少なくとも一部と重なる位置に配置された接続部によって接続されており、
前記メンブレンの厚さ方向から見て、前記接続部の面積が前記メンブレンの面積よりも小さい
表面応力センサ。
A membrane that bends due to the applied surface stress,
And the frame member surrounding the membrane with a gap when viewed from the thickness direction of the membrane,
At least a pair of connecting portions that are arranged at positions that sandwich the membrane when viewed from the thickness direction and connect the membrane and the frame member.
A flexible resistor provided in at least one of the connecting portions and whose resistance value changes according to the bending generated in the connecting portion.
A supporting base material that is connected to the frame member and overlaps the membrane when viewed from the thickness direction.
A package substrate connected to a surface of the support substrate opposite to the surface facing the membrane, and
With
A gap is provided between the membrane and the supporting base material, and a gap is provided .
The support base material and the package base material are connected by a connecting portion arranged at a position overlapping with at least a part of the membrane when viewed from the thickness direction.
A surface stress sensor in which the area of the connection portion is smaller than the area of the membrane when viewed from the thickness direction of the membrane.
前記可撓性抵抗は、ピエゾ抵抗であり、
前記ピエゾ抵抗は、前記メンブレンが撓むことで前記連結部に起きた撓みに応じて変化する抵抗値を有する請求項1に記載した表面応力センサ。
The flexible resistance is a piezoresistive effect.
The surface stress sensor according to claim 1, wherein the piezoresistive effect has a resistance value that changes according to the bending caused by the bending of the membrane.
前記メンブレンと前記枠部材とは、二対である四つの前記連結部で連結されており、
前記可撓性抵抗は、四つの前記連結部のそれぞれに備えられ、
四つの前記可撓性抵抗は、フルホイートストンブリッジを形成する請求項1または請求項2に記載した表面応力センサ。
The membrane and the frame member are connected by two pairs of the four connecting portions.
The flexible resistor is provided in each of the four of the connecting portion,
The surface stress sensor according to claim 1 or 2, wherein the four flexible resistors form a full Wheatstone bridge.
前記メンブレンはn型半導体層であり、
前記可撓性抵抗はp型半導体層である請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載した表面応力センサ。
The membrane is an n-type semiconductor layer and has an n-type semiconductor layer.
The surface stress sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the flexible resistance is a p-type semiconductor layer.
前記メンブレンと、前記枠部材と、前記連結部とで、一体の検出基材を形成し、
前記支持基材の線膨張係数と、前記検出基材の線膨張係数と、の差は、1.2×10−5/℃以下である請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載した表面応力センサ。
The membrane, the frame member, and the connecting portion form an integral detection base material.
The difference between the coefficient of linear expansion of the supporting substrate and the coefficient of linear expansion of the detected substrate is 1.2 × 10 −5 / ° C. or less according to any one of claims 1 to 4. Described surface stress sensor.
前記支持基材の線膨張係数は、1.0×10−5/℃以下である請求項5に記載した表面応力センサ。 The surface stress sensor according to claim 5, wherein the coefficient of linear expansion of the supporting base material is 1.0 × 10-5 / ° C. or less. 前記支持基材の線膨張係数は、5.0×10−6/℃以下である請求項6に記載した表面応力センサ。 The surface stress sensor according to claim 6, wherein the coefficient of linear expansion of the supporting base material is 5.0 × 10 -6 / ° C. or less. 前記支持基材の厚さは、80μm以上である請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載した表面応力センサ。 The surface stress sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the thickness of the supporting base material is 80 μm or more. 前記メンブレンの厚さ方向から見て、前記支持基材の外周面と、前記枠部材の外周面とが、面一である請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載した表面応力センサ。 The surface stress according to any one of claims 1 to 8, wherein the outer peripheral surface of the supporting base material and the outer peripheral surface of the frame member are flush with each other when viewed from the thickness direction of the membrane. Sensor. 前記支持基材は、ケイ素、サファイア、ガリウムヒ素、ガラス、石英のうちいずれかを含む材料で形成されている請求項1から請求項9のうちいずれか1項に記載した表面応力センサ。 The surface stress sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the supporting base material is made of a material containing any of silicon, sapphire, gallium arsenide, glass, and quartz. 前記支持基材と前記枠部材との間に設けられた接続層と、
平面視において前記空隙部を取り囲む位置に設けられ、前記枠部材及び前記接続層を貫通するように形成された溝部と、をさらに備える
請求項1から10のうちいずれか1項に記載した表面応力センサ。
A connecting layer provided between the supporting base material and the frame member,
The surface stress according to any one of claims 1 to 10 , further comprising a groove portion provided at a position surrounding the gap portion in a plan view and formed so as to penetrate the frame member and the connection layer. Sensor.
支持基材の一方の面に凹部を形成し、さらに、前記支持基材へ前記凹部を覆うように検出基材を貼り合わせることで、前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部が設けられた積層体を形成する積層体形成工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち前記検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する第一イオン注入工程と、
前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する第二イオン注入工程と、
前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する熱処理工程と、
前記検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けて前記メンブレンを包囲する枠部材、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されて前記メンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗、を形成する除去工程と、
前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する配線層形成工程と、
前記支持基材の前記メンブレンと対向する面と反対側の面にパッケージ基板を配置するパッケージ基板配置工程と、
前記支持基材と前記パッケージ基板との間の前記厚さ方向から見て前記メンブレンの少なくとも一部と重なる位置に、前記メンブレンの厚さ方向から見て、前記メンブレンの面積よりも小さい接続部を形成して前記支持基材と前記パッケージ基板とを接続する接続工程と、
を備える表面応力センサの製造方法。
By forming a recess on one surface of the support base material and further adhering the detection base material to the support base material so as to cover the recess, a gap portion is formed between the support base material and the detection base material. A laminate forming step of forming a laminate provided with
The part of the area outside of the selected than preset region including the center of the detector substrate of the surface of the supporting substrate opposite to the surface opposite of the detection substrate, injecting a first ion First ion implantation process and
A second ion implantation step of injecting a second ion into a selected region outside the region in which the first ion was implanted in the detection substrate, and a second ion implantation step.
By heat-treating the laminate into which the first ion and the second ion are injected, a flexible resistance region is formed in the region where the first ion is injected, and the second ion is injected. A heat treatment process to form a low resistance region in the region
A membrane that flexes due to applied surface stress by removing a region other than the low resistance region and the flexible resistance region around a preset region including the center of the detection substrate, the membrane. a frame member surrounding the membrane with a gap when viewed from the thickness direction, at least a pair of connecting portions which are arranged at positions sandwiching the membrane when viewed from the thickness direction connecting the frame member and the membrane, And a removal step of forming a flexible resistor whose resistance value changes according to the bending generated in the connecting portion.
A wiring layer forming step of forming a wiring layer electrically connected to the flexible resistor,
A package substrate arranging step of arranging the package substrate on the surface of the support substrate opposite to the surface facing the membrane, and
A connection portion between the supporting base material and the package substrate that overlaps at least a part of the membrane when viewed from the thickness direction is provided at a position where the connection portion is smaller than the area of the membrane when viewed from the thickness direction of the membrane. A connection step of forming and connecting the support base material and the package base material,
A method of manufacturing a surface stress sensor.
前記積層体形成工程において、少なくとも前記支持基材の前記凹部を形成した面に、熱酸化膜を形成後、前記検出基材を貼り合わせて前記積層体を形成し、
前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記低抵抗領域の外側の領域において、前記検出基材及び前記熱酸化膜を除去して溝部を形成する溝部形成工程と、をさらに備える請求項12に記載した表面応力センサの製造方法。
In the laminate forming step, after forming a thermal oxide film on at least the surface of the support substrate on which the recess is formed, the detection substrate is bonded to form the laminate.
12. Claim 12 further comprising a groove forming step of removing the detection base material and the thermal oxide film to form a groove in the flexible resistance region and the region outside the low resistance region of the detection base material. The method for manufacturing a surface stress sensor described in 1.
支持基材に犠牲層を積層し、さらに、前記犠牲層に検出基材を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち前記検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に第一のイオンを注入する第一イオン注入工程と、
前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する第二イオン注入工程と、
前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する熱処理工程と、
前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記低抵抗領域を形成した領域と隣接する領域に、前記犠牲層まで貫通するホールを形成するホール形成工程と、
前記ホールを介したエッチングにより、前記可撓性抵抗領域と前記支持基材との間に配置された前記犠牲層を除去して前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部を設ける空隙
部形成工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面に酸化膜を形成して前記ホールを封止するホール封止工程と、
前記検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けて前記メンブレンを包囲する枠部材、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されて前記メンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗、を形成する除去工程と、
前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する配線層形成工程と、
前記支持基材の前記メンブレンと対向する面と反対側の面にパッケージ基板を配置するパッケージ基板配置工程と、
前記支持基材と前記パッケージ基板との間の前記厚さ方向から見て前記メンブレンの少なくとも一部と重なる位置に、前記メンブレンの厚さ方向から見て、前記メンブレンの面積よりも小さい接続部を形成して前記支持基材と前記パッケージ基板とを接続する接続工程と、
を備える表面応力センサの製造方法。
A laminate forming step of laminating a sacrificial layer on a support substrate and further laminating a detection substrate on the sacrificial layer to form a laminate.
Injecting a first ion in a part of the area outside of the selected than preset region including the center of the detector substrate of the surface of the supporting substrate opposite to the surface opposite of the detection substrate First ion implantation process and
A second ion implantation step of injecting a second ion into a selected region outside the region in which the first ion was implanted in the detection substrate, and a second ion implantation step.
By heat-treating the laminate into which the first ion and the second ion are injected, a flexible resistance region is formed in the region where the first ion is injected, and the second ion is injected. A heat treatment process to form a low resistance region in the region
A hole forming step of forming a hole penetrating to the sacrificial layer in a region adjacent to the flexible resistance region and the region forming the low resistance region of the detection base material.
By etching through the holes, the sacrificial layer arranged between the flexible resistance region and the support base material is removed, and a gap is provided between the support base material and the detection base material. Void formation process and
A hole sealing step of forming an oxide film on the surface of the detection base material opposite to the surface facing the support base material to seal the holes.
A membrane that flexes due to applied surface stress by removing a region other than the low resistance region and the flexible resistance region around a preset region including the center of the detection substrate, the membrane. a frame member surrounding the membrane with a gap when viewed from the thickness direction, at least a pair of connecting portions which are arranged at positions sandwiching the membrane when viewed from the thickness direction connecting the frame member and the membrane, And a removal step of forming a flexible resistor whose resistance value changes according to the bending generated in the connecting portion.
A wiring layer forming step of forming a wiring layer electrically connected to the flexible resistor,
A package substrate arranging step of arranging the package substrate on the surface of the support substrate opposite to the surface facing the membrane, and
A connection portion between the supporting base material and the package substrate that overlaps at least a part of the membrane when viewed from the thickness direction is provided at a position where the connection portion is smaller than the area of the membrane when viewed from the thickness direction of the membrane. A connection step of forming and connecting the support base material and the package base material,
A method of manufacturing a surface stress sensor.
前記ホール形成工程において、前記ホールを形成すると同時に、前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記低抵抗領域を形成した領域の外側の領域に、前記犠牲層まで貫通し、平面視で前記予め設定した領域を取り囲む溝を形成する
請求項14に記載した表面応力センサの製造方法。
In the hole forming step, at the same time as forming the hole, the flexible resistance region and the region outside the region where the low resistance region is formed of the detection base material are penetrated to the sacrificial layer, and the holes are formed. The method for manufacturing a surface stress sensor according to claim 14 , wherein a groove surrounding a preset region is formed.
前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記低抵抗領域を形成した領域の外側の領域に、前記犠牲層まで貫通し、平面視で前記予め設定した領域を取り囲む溝を形成し、
前記溝を介したエッチングにより、前記溝から露出する前記犠牲層を除去して前記検出基材と前記犠牲層とを貫通する溝部を形成する溝部形成工程と、を備える請求項14に記載した表面応力センサの製造方法。
In the region outside the flexible resistance region and the region forming the low resistance region of the detection base material, a groove is formed so as to penetrate to the sacrificial layer and surround the preset region in a plan view.
The surface according to claim 14 , further comprising a groove forming step of removing the sacrificial layer exposed from the groove by etching through the groove to form a groove portion penetrating the detection base material and the sacrificial layer. Manufacturing method of stress sensor.
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