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JP2010147285A - Mems, vibration gyroscope, and method of manufacturing mems - Google Patents

Mems, vibration gyroscope, and method of manufacturing mems Download PDF

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JP2010147285A
JP2010147285A JP2008323650A JP2008323650A JP2010147285A JP 2010147285 A JP2010147285 A JP 2010147285A JP 2008323650 A JP2008323650 A JP 2008323650A JP 2008323650 A JP2008323650 A JP 2008323650A JP 2010147285 A JP2010147285 A JP 2010147285A
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JP
Japan
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layer
electrode layer
piezoelectric
insulating layer
piezoelectric element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2008323650A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsuo Hattori
敦夫 服部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To expand a region in an MEMS, where a piezoelectric element can be arranged. <P>SOLUTION: The MEMS includes: a flexible portion which includes an insulating layer having a plurality of contact holes formed and a semiconductor layer coming into contact with the insulating layer, and having flexibility; a plurality of conductors formed of a plurality of impurity diffusion regions formed in the semiconductor layer and separated from one another; a piezoelectric layer including a lower electrode layer laminated on a surface of the insulating layer and coming into contact with the conductors through the contact holes, a piezoelectric layer laminated on a surface of the lower electrode layer, and an upper electrode layer laminated on a surface of the piezoelectric layer, the piezoelectric element being positioned on the flexible portion; and a connection means formed of a conductor layer for connecting the upper electrode layer to the conductors through the contact holes formed at the flexible portion. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、振動ジャイロスコープおよびMEMSの製造方法に関する。   The present invention relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), a vibrating gyroscope, and a method for manufacturing a MEMS.

従来、圧電素子を備えた加速度センサ、圧電アクチュエータ等のMEMSが知られている(例えば特許文献1、2参照)。特許文献1、2には、シリコン基板または圧電層の一部に不純物イオンを拡散させて配線要素を形成する方法が形成されている。
特開平9−211020号公報 特開2006−217715号公報
Conventionally, MEMS such as an acceleration sensor and a piezoelectric actuator provided with a piezoelectric element are known (for example, see Patent Documents 1 and 2). In Patent Documents 1 and 2, a method of forming a wiring element by diffusing impurity ions in a part of a silicon substrate or a piezoelectric layer is formed.
JP 9-2111020 A JP 2006-217715 A

しかし、特許文献1に記載された方法によると、圧電素子の電極を構成している共通信号線とシリコン基板とが接しているため、シリコン基板の表層に不純物イオンを拡散させても、圧電素子の真下において互いに分離した複数の導線を構成することができない。また、特許文献2に記載された方法によると、圧電素子の電極から引き出される互いに分離した導線を圧電素子に接している弾性膜に形成することができない。
したがって、特許文献1、2に記載された方法によると、圧電素子から引き出される全ての導線のパターンと圧電素子のパターンとを重ねることができない。すなわち、特許文献1、2に記載された方法によると、圧電素子から引き出される導線を避けて圧電素子を配置しなければならないため、圧電素子を配置できる領域が縮小することになる。
However, according to the method described in Patent Document 1, since the common signal line constituting the electrode of the piezoelectric element is in contact with the silicon substrate, the piezoelectric element can be obtained even if impurity ions are diffused in the surface layer of the silicon substrate. It is impossible to form a plurality of conductors separated from each other immediately below the line. In addition, according to the method described in Patent Document 2, it is not possible to form the mutually separated conductors drawn from the electrodes of the piezoelectric element on the elastic film in contact with the piezoelectric element.
Therefore, according to the methods described in Patent Documents 1 and 2, it is not possible to overlap all the conductive wire patterns drawn from the piezoelectric elements with the patterns of the piezoelectric elements. That is, according to the methods described in Patent Documents 1 and 2, since the piezoelectric element has to be arranged avoiding the conducting wire drawn from the piezoelectric element, the area where the piezoelectric element can be arranged is reduced.

本発明は圧電素子をMEMSに配置できる領域を拡大することを目的の1つとする。   An object of the present invention is to expand the area where the piezoelectric element can be arranged in the MEMS.

(1)上記目的を達成するためのMEMSは、複数のコンタクトホールが形成された絶縁層と前記絶縁層に接する半導体層とを含み可撓性を有する可撓部と、前記半導体層に形成された複数の不純物拡散領域からなり互いに分離している複数の導線と、前記絶縁層の表面に積層され前記コンタクトホールを通じて前記導線に接している下部電極層と前記下部電極層の表面に積層された圧電層と前記圧電層の表面に積層された上部電極層とを含み前記可撓部上に位置する圧電素子と、前記可撓部に形成された前記コンタクトホールを通じて前記上部電極層と前記導線とを接続する導電層からなる接続手段と、を備える。   (1) The MEMS for achieving the above object is formed on the semiconductor layer, and includes a flexible portion including an insulating layer in which a plurality of contact holes are formed and a semiconductor layer in contact with the insulating layer, and a flexible portion. A plurality of conductive wires made of a plurality of impurity diffusion regions and separated from each other; a lower electrode layer that is stacked on the surface of the insulating layer and is in contact with the conductive wire through the contact hole; and a lower electrode layer that is stacked on the surface of the lower electrode layer A piezoelectric element including a piezoelectric layer and an upper electrode layer laminated on a surface of the piezoelectric layer; the piezoelectric element positioned on the flexible portion; and the upper electrode layer and the conductive wire through the contact hole formed in the flexible portion. Connecting means comprising a conductive layer for connecting the two.

本発明によると、絶縁層を介して半導体層と圧電層とが隔てられているため、半導体層の不純物拡散領域からなる複数の導線を圧電素子の真下に配置することができる。したがって本発明によると、圧電素子を配置できる領域が拡大され、アクチュエータの駆動力が向上し、センサ感度が向上する。なお、本明細書では、可撓部に対する圧電素子の配置位置を上として「上」と「下」の用語を用いる。   According to the present invention, since the semiconductor layer and the piezoelectric layer are separated from each other via the insulating layer, a plurality of conductive wires made of impurity diffusion regions of the semiconductor layer can be disposed directly below the piezoelectric element. Therefore, according to the present invention, the area where the piezoelectric element can be arranged is expanded, the driving force of the actuator is improved, and the sensor sensitivity is improved. In the present specification, the terms “upper” and “lower” are used with the arrangement position of the piezoelectric element with respect to the flexible portion as the upper side.

(2)上記目的を達成するためのMEMSにおいて、前記圧電層のパターンは前記下部電極層のパターンより広く前記下部電極層の周囲において前記絶縁層に接していてもよい。
本発明によると、圧電素子の上部電極と下部電極との間のショートおよびリークを防止できる。
(2) In the MEMS for achieving the above object, the pattern of the piezoelectric layer may be wider than the pattern of the lower electrode layer and may be in contact with the insulating layer around the lower electrode layer.
According to the present invention, it is possible to prevent a short circuit and a leak between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric element.

(3)上記目的を達成するためのMEMSにおいて、前記圧電層は、前記下部電極層及び前記絶縁層に対する界面を構成する下面が前記上部電極層に対する界面を構成する上面より広く、前記下面と前記上面の間にある側面が傾斜面であって、前記接続手段は前記圧電層の前記側面に積層されていてもよい。
本発明によると、圧電層自体を層間絶縁膜として用いるため、構造を簡素化し製造コストを低減できる。なお、圧電層が傾斜面であるとき、圧電層の上面と側面がなす狭い方の角は鈍角であり圧電層の下面と側面がなす狭い方の角は鋭角である。
(3) In the MEMS for achieving the above object, the piezoelectric layer has a lower surface forming an interface with the lower electrode layer and the insulating layer wider than an upper surface forming an interface with the upper electrode layer, The side surface between the upper surfaces may be an inclined surface, and the connection means may be laminated on the side surface of the piezoelectric layer.
According to the present invention, since the piezoelectric layer itself is used as an interlayer insulating film, the structure can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. When the piezoelectric layer is an inclined surface, the narrower angle formed by the upper surface and the side surface of the piezoelectric layer is an obtuse angle, and the narrower angle formed by the lower surface and the side surface of the piezoelectric layer is an acute angle.

(4)上記目的を達成するためのMEMSにおいて、前記上部電極層のパターンは前記下部電極層のパターンより狭く、前記下部電極層又は前記圧電層は前記上部電極層の周囲から露出していてもよい。
本発明によると、圧電素子の上部電極と下部電極との間のショートを防止できる。
(4) In the MEMS for achieving the above object, the pattern of the upper electrode layer is narrower than the pattern of the lower electrode layer, and the lower electrode layer or the piezoelectric layer may be exposed from the periphery of the upper electrode layer. Good.
According to the present invention, it is possible to prevent a short circuit between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric element.

(5)上記目的を達成するためのMEMSを、錘部と、支持部と、をさらに備える振動ジャイロスコープとして構成し、前記可撓部は、自由端が前記錘部に結合し固定端が前記支持部に結合している梁を構成し、前記圧電素子は、前記可撓部を歪ませることによって前記錘部を駆動する駆動用圧電素子と、前記錘部の運動に伴う前記可撓部の歪みを検出する検出用圧電素子とを構成してもよい。
本発明によると、可撓部の剛性を低くして感度を高めるために可撓部をパターンの狭い梁として構成するとともに、パターンが狭い可撓部に対して圧電素子を最大限配置できるため、感度が高い振動ジャイロスコープを実現することができる。
(5) The MEMS for achieving the above object is configured as a vibrating gyroscope further including a weight part and a support part, and the flexible part has a free end coupled to the weight part and a fixed end connected to the weight part. A beam coupled to a support portion is formed, and the piezoelectric element includes a driving piezoelectric element that drives the weight portion by distorting the flexible portion, and a flexible piezoelectric portion that accompanies the movement of the weight portion. You may comprise the detection piezoelectric element which detects distortion.
According to the present invention, in order to reduce the rigidity of the flexible portion and increase the sensitivity, the flexible portion is configured as a beam having a narrow pattern, and the piezoelectric element can be arranged to the maximum with respect to the flexible portion having a narrow pattern. A highly sensitive vibration gyroscope can be realized.

(6)上記目的を達成するためのMEMSの製造方法は、半導体層の表面に積層された絶縁層に複数のコンタクトホールを形成し、前記絶縁層と前記半導体層とを含み可撓性を有する可撓部を形成し、複数の前記コンタクトホールから露出する複数の不純物拡散領域からなる複数の導線を前記半導体層に形成し、前記絶縁層の表面に積層され前記コンタクトホールを通じて前記導線に接する下部電極層と前記下部電極層の表面に積層された圧電層と前記圧電層の表面に積層された上部電極層とを含み前記可撓部上に位置する圧電素子を形成し、前記コンタクトホールを通じて前記上部電極層と前記導線とを接続する導線層を形成する、ことを含む。
本発明によると、絶縁層を介して半導体層と圧電層とを隔てるため、半導体層の不純物拡散領域からなる複数の導線を圧電素子の真下に配置することができる。したがって本発明によると、圧電素子を配置できる領域が拡大される。
(6) A MEMS manufacturing method for achieving the above object includes forming a plurality of contact holes in an insulating layer stacked on a surface of a semiconductor layer, and including the insulating layer and the semiconductor layer, and having flexibility. Forming a flexible portion and forming a plurality of conductive wires composed of a plurality of impurity diffusion regions exposed from the plurality of contact holes in the semiconductor layer, stacked on a surface of the insulating layer and contacting the conductive wires through the contact holes; Forming a piezoelectric element including an electrode layer, a piezoelectric layer laminated on a surface of the lower electrode layer, and an upper electrode layer laminated on the surface of the piezoelectric layer, and positioned on the flexible portion; Forming a conducting wire layer connecting the upper electrode layer and the conducting wire.
According to the present invention, the semiconductor layer and the piezoelectric layer are separated from each other with the insulating layer interposed therebetween, so that a plurality of conductive wires composed of impurity diffusion regions of the semiconductor layer can be disposed directly below the piezoelectric element. Therefore, according to the present invention, the area where the piezoelectric element can be arranged is enlarged.

尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。また、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。   The order of the operations described in the claims is not limited to the order of description as long as there is no technical obstruction factor, and may be executed at the same time, may be executed in the reverse order of the description order, or may be continuous. It does not have to be executed in order. Further, the order of the operations described in the claims is not limited to the order of description as long as there is no technical obstruction factor, and may be executed at the same time, may be executed in the reverse order of the description order, or may be continuous. It does not have to be executed in order.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
1.第一実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第一実施形態である振動ジャイロスコープを図1および図2に示す。図1A、図1Bは振動ジャイロスコープ1のセンサダイ1Aを示す断面図であってそれぞれ図1Cに示すAA線、BB線の断面図である。図1Cはセンサダイ1Aの上面図である。図2は振動ジャイロスコープ1を示す断面図である。図1A、図1Bおよび図2において、センサダイ1Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ1Aを構成する機械的構成要素の境界は実線で示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
1. First embodiment (Configuration)
A vibrating gyroscope which is a first embodiment of the MEMS sensor of the present invention is shown in FIGS. 1A and 1B are sectional views showing a sensor die 1A of the vibrating gyroscope 1, and are sectional views taken along lines AA and BB shown in FIG. 1C, respectively. FIG. 1C is a top view of the sensor die 1A. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the vibrating gyroscope 1. In FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 2, the interface of the layer which comprises the sensor die 1A is shown with the broken line, and the boundary of the mechanical component which comprises the sensor die 1A is shown with the continuous line.

振動ジャイロスコープ1は互いに直交する3軸の角速度成分を検出するためのMEMSセンサである。振動ジャイロスコープ1は、図2に示すパッケージ1Bと、パッケージ1Bに収容されたセンサダイ1Aとを備える。   The vibrating gyroscope 1 is a MEMS sensor for detecting three-axis angular velocity components orthogonal to each other. The vibrating gyroscope 1 includes a package 1B shown in FIG. 2 and a sensor die 1A housed in the package 1B.

センサダイ1Aは、図1Aに示すように、ベース層11と、ベース層11に接するエッチングストッパ層12と、エッチングストッパ層12に接する半導体層13と、半導体層13に接する第一絶縁層20と、第一絶縁層20に接する電極層31と、電極層31に接する圧電層32と、圧電層32に接する電極層33と、電極層31、33、圧電層32および第一絶縁層20に接する第二絶縁層40と、第二絶縁層40に接する表面導線層50とからなる積層構造体である。ベース層11と半導体層13はいずれも単結晶シリコン(Si)からなる。ベース層11はガラス等のバルク材料で構成しても良い。ベース層11の厚さは625μmである。半導体層13の厚さは10μmである。エッチングストッパ層12および第一絶縁層20はシリコン酸化膜(SiO)からなる。エッチングストッパ層12の厚さは1μmである。第一絶縁層20の厚さは0.5μmである。電極層31、33は、白金(Pt)からなる。電極層31、33はイリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO)、金(Au)等の導電性材料から構成しても良い。電極層31、33の厚さは0.1μmである。圧電層32はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。圧電層32の厚さは3μmである。第二絶縁層40は感光性ポリイミドからなる。第二絶縁層40はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜(Si)、アルミナ(Al)等の無機絶縁材料から構成してもよい。第二絶縁層40の厚さは5μmである。表面導線層50はアルミニウム(Al)からなる。表面導線層50は、アルミシリコン(AlSi)、AlSiCu等の導電性材料から構成しても良い。表面導線層50の厚さは0.5μmである。 As shown in FIG. 1A, the sensor die 1A includes a base layer 11, an etching stopper layer 12 in contact with the base layer 11, a semiconductor layer 13 in contact with the etching stopper layer 12, a first insulating layer 20 in contact with the semiconductor layer 13, An electrode layer 31 in contact with the first insulating layer 20, a piezoelectric layer 32 in contact with the electrode layer 31, an electrode layer 33 in contact with the piezoelectric layer 32, a first layer in contact with the electrode layers 31, 33, the piezoelectric layer 32, and the first insulating layer 20. This is a laminated structure composed of two insulating layers 40 and a surface conductive layer 50 in contact with the second insulating layer 40. Both the base layer 11 and the semiconductor layer 13 are made of single crystal silicon (Si). The base layer 11 may be made of a bulk material such as glass. The thickness of the base layer 11 is 625 μm. The thickness of the semiconductor layer 13 is 10 μm. The etching stopper layer 12 and the first insulating layer 20 are made of a silicon oxide film (SiO 2 ). The thickness of the etching stopper layer 12 is 1 μm. The thickness of the first insulating layer 20 is 0.5 μm. The electrode layers 31 and 33 are made of platinum (Pt). The electrode layers 31 and 33 may be made of a conductive material such as iridium (Ir), iridium oxide (IrO 2 ), or gold (Au). The electrode layers 31 and 33 have a thickness of 0.1 μm. The piezoelectric layer 32 is made of PZT (lead zirconate titanate). The thickness of the piezoelectric layer 32 is 3 μm. The second insulating layer 40 is made of photosensitive polyimide. The second insulating layer 40 may be made of an inorganic insulating material such as a silicon oxide film, a silicon nitride film (Si x N y ), or alumina (Al 2 O 3 ). The thickness of the second insulating layer 40 is 5 μm. The surface conducting wire layer 50 is made of aluminum (Al). The surface conducting wire layer 50 may be made of a conductive material such as aluminum silicon (AlSi) or AlSiCu. The thickness of the surface conducting wire layer 50 is 0.5 μm.

振動ジャイロスコープ1のセンサダイ1Aは、枠形の支持部Sと、支持部Sの内側に十文字形に配置された4つの梁Fと、4つの梁Fのそれぞれの自由端に結合している錘部Mと、4つの梁Fの上にそれぞれに設けられ4つの梁Fを撓ませることによって錘部Mを振動させる駆動用圧電素子30aと、4つの梁Fの上にそれぞれに設けられ4つの梁Fの歪みを検出する検出用圧電素子30bとを備える。   The sensor die 1A of the vibrating gyroscope 1 includes a frame-shaped support portion S, four beams F arranged in a cross shape inside the support portion S, and weights coupled to the free ends of the four beams F. The piezoelectric element 30a for driving to vibrate the weight part M by bending the four beams F provided on the part M and the four beams F, respectively, and the four piezoelectric elements provided on the four beams F respectively. And a detecting piezoelectric element 30b for detecting distortion of the beam F.

支持部Sは図1Cに示すように矩形枠の形態を有する。支持部Sはベース層11、エッチングストッパ層12、半導体層13および第一絶縁層20を含む。支持部Sはバルク材料からなる厚いベース層11を含み、ベース層11を介してパッケージ1Bに固定されるため、振動ジャイロスコープ1に固定された座標系において不動の実質的な剛体として振る舞う。支持部Sの底面はパッケージ1Bの底面に接着層92を介して接合される。   The support portion S has a rectangular frame shape as shown in FIG. 1C. The support part S includes a base layer 11, an etching stopper layer 12, a semiconductor layer 13, and a first insulating layer 20. The support portion S includes a thick base layer 11 made of a bulk material, and is fixed to the package 1B via the base layer 11. Therefore, the support portion S behaves as a substantially rigid body that does not move in the coordinate system fixed to the vibrating gyroscope 1. The bottom surface of the support portion S is bonded to the bottom surface of the package 1B via an adhesive layer 92.

可撓部としての4つの梁Fのそれぞれは片持ち梁の形態を有する。梁Fは半導体層13と第一絶縁層20とを含む。梁Fはバルク材料からなる厚いベース層11を含まないため、可撓性を有する膜として振る舞う。4つの梁Fのそれぞれの一端は支持部Sの内側の4辺に結合している。支持部Sは不動の剛体として振る舞うため、振動ジャイロスコープ1に固定された座標系において梁Fの一端は固定端となる。4つの梁Fは支持部Sの内側の4辺から支持部Sの内側の空間の中央に向かって突出している。4つの梁Fのそれぞれの突端は錘部Mに結合している。錘部Mは梁Fにのみ結合し、図2に示すようにパッケージ1Bの底面90aから浮いているため、梁Fの突端は振動ジャイロスコープ1に固定された座標系において自由端として振る舞う。4つの梁Fは錘部Mの運動にともなってそれぞれ変形する。   Each of the four beams F as the flexible portion has a cantilever shape. The beam F includes a semiconductor layer 13 and a first insulating layer 20. Since the beam F does not include the thick base layer 11 made of a bulk material, the beam F behaves as a flexible film. One end of each of the four beams F is coupled to four sides inside the support portion S. Since the support portion S behaves as an immovable rigid body, one end of the beam F is a fixed end in the coordinate system fixed to the vibration gyroscope 1. The four beams F protrude from the four sides inside the support part S toward the center of the space inside the support part S. The protruding ends of the four beams F are coupled to the weight portion M. Since the weight M is coupled only to the beam F and floats from the bottom surface 90a of the package 1B as shown in FIG. 2, the protruding end of the beam F behaves as a free end in the coordinate system fixed to the vibrating gyroscope 1. The four beams F are deformed as the weight M moves.

錘部Mの底面は、1つの矩形とその4つの角に結合した4つの矩形とが組み合わさったパターン(梁Fの厚さ方向から見た形状)を有する。錘部Mはベース層11、エッチングストッパ層12、半導体層13および第一絶縁層20を含む。錘部Mはバルク材料からなる厚いベース層11を含むため実質的に剛体として振る舞う。錘部Mは梁Fにのみ結合し、図2に示すようにパッケージ1Bの底面90aから浮いているため、振動ジャイロスコープ1に固定された座標系において運動する。   The bottom surface of the weight portion M has a pattern (a shape viewed from the thickness direction of the beam F) in which one rectangle and four rectangles coupled to the four corners are combined. The weight portion M includes a base layer 11, an etching stopper layer 12, a semiconductor layer 13, and a first insulating layer 20. Since the weight portion M includes the thick base layer 11 made of a bulk material, the weight portion M substantially behaves as a rigid body. Since the weight M is coupled only to the beam F and floats from the bottom surface 90a of the package 1B as shown in FIG. 2, the weight M moves in a coordinate system fixed to the vibrating gyroscope 1.

駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bはいずれも電極層31、33と圧電層32とからなる。駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bの下部電極を構成する電極層31は第一絶縁層20に形成されたコンタクトホール20hを介して内部導線131に接続している。駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bの上部電極を構成する電極層33は第二絶縁層40に形成されたコンタクトホール40hを介して表面導線層50に接続している。駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bは梁Fの幅(自由端と固定端とを結ぶ辺に垂直な長さ)のほぼ全体に対して割り付けられている。   Each of the driving piezoelectric element 30 a and the detecting piezoelectric element 30 b includes electrode layers 31 and 33 and a piezoelectric layer 32. The electrode layer 31 constituting the lower electrode of the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b is connected to the internal conductor 131 through a contact hole 20h formed in the first insulating layer 20. The electrode layer 33 constituting the upper electrode of the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b is connected to the surface conductive layer 50 through a contact hole 40h formed in the second insulating layer 40. The driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b are assigned to almost the entire width of the beam F (the length perpendicular to the side connecting the free end and the fixed end).

駆動用圧電素子30aは梁Fと支持部Sとの境界をまたいで形成されている。駆動用圧電素子30aは錘部Mを振動させるための駆動手段である。駆動用圧電素子30aには錘部Mを振動(周回運動)させる正弦波信号が印加される。   The driving piezoelectric element 30a is formed across the boundary between the beam F and the support portion S. The driving piezoelectric element 30a is a driving means for vibrating the weight portion M. A sinusoidal signal that vibrates (circulates) the weight M is applied to the driving piezoelectric element 30a.

検出用圧電素子30bは梁Fと錘部Mとの境界をまたいで形成されている。検出用圧電素子30bは錘部Mの運動に伴う梁Fの変形を検出するための検出手段である。実質的に剛体として振る舞う錘部Mと可撓性を有する梁Fとの境界には、梁Fの変形に伴う応力と歪みが集中する。このため、検出用圧電素子30bを錘部Mと梁Fとの境界をまたいで設けることにより、効率よく梁Fの変形にともなう歪みを検出することができる。検出用圧電素子30bからは同期検波などによって3軸の角速度成分に対応する信号を得ることができる。   The detecting piezoelectric element 30b is formed across the boundary between the beam F and the weight portion M. The detecting piezoelectric element 30b is a detecting means for detecting the deformation of the beam F accompanying the movement of the weight portion M. Stress and strain associated with the deformation of the beam F are concentrated at the boundary between the weight portion M that behaves substantially as a rigid body and the beam F having flexibility. For this reason, by providing the detection piezoelectric element 30b across the boundary between the weight part M and the beam F, it is possible to efficiently detect the strain accompanying the deformation of the beam F. From the detection piezoelectric element 30b, a signal corresponding to the three-axis angular velocity components can be obtained by synchronous detection or the like.

なお、駆動用圧電素子30aを錘部Mと4つの梁Fとのそれぞれの境界をまたいで設けてもよい。また検出用圧電素子30bを支持部Sと4つの梁Fとのそれぞれの境界をまたいで設けてもよい。いずれにしても、梁Fとそれに結合している実質的な剛体との境界(振動端)近傍に駆動用圧電素子30aと検出用圧電素子30bとを設けることが望ましい。   The driving piezoelectric element 30a may be provided across the boundaries between the weight M and the four beams F. Further, the detection piezoelectric element 30b may be provided across the boundaries between the support portion S and the four beams F. In any case, it is desirable to provide the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b in the vicinity of the boundary (vibration end) between the beam F and a substantially rigid body coupled thereto.

半導体層13には互いに分離している(絶縁されている)複数の内部導線131が形成されている。内部導線131は半導体層13に形成された不純物拡散領域からなる。互いに分離している複数の不純物拡散領域において半導体層13は導体としての性質を持つ。不純物拡散領域の外部において半導体層13は絶縁体としての性質を持つ。第一絶縁層20を介して半導体層13と電極層31とが隔てられている(絶縁されている)ため、互いに分離し絶縁された複数の内部導線131を半導体層13に形成することができる。内部導線131の一部は圧電素子30a、30bの上部電極としての電極層31の導線として用いられる。内部導線131の残部は圧電素子30a、30bの上部電極としての電極層33の導線として用いられる。内部導線131を半導体層13に形成することにより、圧電素子30a、30bの真下に配線することが可能になる。すなわち内部導線131を半導体層13に形成することにより、梁Fの幅方向においては、駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30b以外の要素を梁Fの表面に割り付ける必要がなくなる。したがって、フォトリソグラフィのアライメント精度を見込んだマージンを0とするならば、梁Fの幅全体に対して駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bを割り付けることも可能である。   A plurality of internal conductors 131 that are separated (insulated) from each other are formed in the semiconductor layer 13. The internal conductor 131 is made of an impurity diffusion region formed in the semiconductor layer 13. In the plurality of impurity diffusion regions separated from each other, the semiconductor layer 13 has a property as a conductor. Outside the impurity diffusion region, the semiconductor layer 13 has a property as an insulator. Since the semiconductor layer 13 and the electrode layer 31 are separated (insulated) via the first insulating layer 20, a plurality of internal conductors 131 that are separated from each other and insulated can be formed in the semiconductor layer 13. . A part of the internal conductor 131 is used as a conductor of the electrode layer 31 as an upper electrode of the piezoelectric elements 30a and 30b. The remaining part of the internal conductor 131 is used as a conductor of the electrode layer 33 as the upper electrode of the piezoelectric elements 30a and 30b. By forming the internal conducting wire 131 in the semiconductor layer 13, it is possible to wire directly below the piezoelectric elements 30a and 30b. That is, by forming the internal conductor 131 in the semiconductor layer 13, it is not necessary to allocate elements other than the driving piezoelectric element 30 a and the detecting piezoelectric element 30 b to the surface of the beam F in the width direction of the beam F. Therefore, if the margin for the photolithography alignment accuracy is set to 0, the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b can be assigned to the entire width of the beam F.

内部導線131が形成されている半導体層13と圧電素子30a、30bとの間には第一絶縁層20が形成されているため、第一絶縁層20のコンタクトホール20hを介して圧電素子30a、30bの電極を互いに絶縁された別系統の内部導線131に接続することが可能である。   Since the first insulating layer 20 is formed between the semiconductor layer 13 in which the internal conductor 131 is formed and the piezoelectric elements 30a and 30b, the piezoelectric elements 30a and 30a are connected via the contact holes 20h of the first insulating layer 20. It is possible to connect the electrode 30b to the internal conductor 131 of another system insulated from each other.

第一絶縁層20の複数のコンタクトホール20hの一部は圧電素子30a、30bの下部電極としての電極層31の真下に形成されている。電極層31の真下に形成された第一絶縁層20のコンタクトホール20hを介して電極層31は内部導線131に直接接続されている。   A part of the plurality of contact holes 20h of the first insulating layer 20 is formed directly below the electrode layer 31 as the lower electrode of the piezoelectric elements 30a and 30b. The electrode layer 31 is directly connected to the internal conductor 131 through the contact hole 20 h of the first insulating layer 20 formed immediately below the electrode layer 31.

第一絶縁層20の複数のコンタクトホール20hの他の一部は圧電素子30a、30bの近傍にあって圧電素子30a、30bよりも梁Fの固定端側に位置する。圧電素子30a、30bの近傍にあるコンタクトホール20hから端部が露出している内部導線131は接続手段としての表面導線50bを介して圧電素子30a、30bの上部電極としての電極層33と接続されている。   The other part of the plurality of contact holes 20h of the first insulating layer 20 is in the vicinity of the piezoelectric elements 30a and 30b and is located closer to the fixed end of the beam F than the piezoelectric elements 30a and 30b. The internal conductor 131 whose end is exposed from the contact hole 20h in the vicinity of the piezoelectric elements 30a and 30b is connected to an electrode layer 33 as an upper electrode of the piezoelectric elements 30a and 30b through a surface conductor 50b as a connecting means. ing.

表面導線層50からなる表面導線50bと圧電素子30a、30bの間には第二絶縁層40が差し挟まれている。すなわち第二絶縁層40は圧電素子30a、30bの電極層31と表面導線50bとを絶縁する層間絶縁膜として用いられている。表面導線50bの一端は第二絶縁層40に形成されたコンタクトホール40hを介して電極層33に直接接続されている。表面導線50bの他端は第二絶縁層40のコンタクトホール40hおよび第一絶縁層20のコンタクトホール20hを介して内部導線131に直接接続されている。   A second insulating layer 40 is sandwiched between the surface conductor 50b formed of the surface conductor layer 50 and the piezoelectric elements 30a and 30b. That is, the second insulating layer 40 is used as an interlayer insulating film that insulates the electrode layer 31 of the piezoelectric elements 30a and 30b from the surface conductive wire 50b. One end of the surface conducting wire 50 b is directly connected to the electrode layer 33 through a contact hole 40 h formed in the second insulating layer 40. The other end of the surface conducting wire 50b is directly connected to the internal conducting wire 131 through the contact hole 40h in the second insulating layer 40 and the contact hole 20h in the first insulating layer 20.

センサダイ1Aの外周近傍において表面導線層50は複数のボンディングパッド50aを形成している。それぞれのボンディングパッド50aは互いに絶縁された別系統の内部導線131に第一絶縁層20のコンタクトホール20hを介して直接接続されている。すなわち、複数の圧電素子30a、30bの各電極は、表面導線50bおよび内部導線131を介してそれぞれ異なるボンディングパッド50aに接続されている。そして上述したように、圧電素子30a、30bの各電極とボンディングパッド50aとを接続する内部導線131を圧電素子30a、30bの真下に配置することができるため、圧電素子30a、30bを梁Fに対して最大限大きく設計することができるのである。また圧電素子30a、30bの導線を圧電素子30a、30bの直下にある梁Fの内部に配置することにより、圧電素子30a、30bの上に表面導線50bを配置するために第二絶縁層40を広い領域に形成する必要がなくなる。すなわち、第二絶縁層40を形成する領域を最小限にすることによって、第二絶縁層40の熱応力による梁Fの反りを抑制できる。   The surface conductor layer 50 forms a plurality of bonding pads 50a in the vicinity of the outer periphery of the sensor die 1A. Each bonding pad 50a is directly connected to another internal conductor 131 which is insulated from each other through a contact hole 20h in the first insulating layer 20. That is, each electrode of the plurality of piezoelectric elements 30a and 30b is connected to a different bonding pad 50a through the surface conducting wire 50b and the internal conducting wire 131, respectively. As described above, since the internal conductor 131 connecting the electrodes of the piezoelectric elements 30a and 30b and the bonding pad 50a can be disposed directly below the piezoelectric elements 30a and 30b, the piezoelectric elements 30a and 30b are attached to the beam F. On the other hand, it can be designed as large as possible. In addition, by arranging the conductors of the piezoelectric elements 30a and 30b inside the beam F immediately below the piezoelectric elements 30a and 30b, the second insulating layer 40 is provided to dispose the surface conductor 50b on the piezoelectric elements 30a and 30b. There is no need to form a wide area. That is, by minimizing the region where the second insulating layer 40 is formed, warping of the beam F due to thermal stress of the second insulating layer 40 can be suppressed.

図2に示すパッケージ1Bは、無蓋箱型のパッケージベース90とパッケージベース90の内部空間を閉塞するカバー94とを備える。パッケージベース90とカバー94とは接着層93を介して接合されている。パッケージベース90には複数の貫通電極91が設けられている。ワイヤ95は一端がセンサダイ1Aのボンディングパッド50aに接合され他端がパッケージ1Bの貫通電極91に接合される。センサダイ1Aの支持部Sの底面はパッケージベース90の内側の底面90aに接着層92によって接着されている。底面90aに形成する凹部の深さや接着層92の厚さによってセンサダイ1Aの錘部Mとパッケージベース90の内側の底面90aとの間の空隙の高さが設定されている。なお、パッケージ1Bの内部にセンサダイ1Aと接続されるLSIダイを収容してもよい。   The package 1B shown in FIG. 2 includes a lidless box type package base 90 and a cover 94 that closes the internal space of the package base 90. The package base 90 and the cover 94 are joined via an adhesive layer 93. The package base 90 is provided with a plurality of through electrodes 91. One end of the wire 95 is bonded to the bonding pad 50a of the sensor die 1A, and the other end is bonded to the through electrode 91 of the package 1B. The bottom surface of the support portion S of the sensor die 1 </ b> A is bonded to the bottom surface 90 a inside the package base 90 with an adhesive layer 92. The height of the gap between the weight portion M of the sensor die 1A and the bottom surface 90a on the inner side of the package base 90 is set by the depth of the recess formed in the bottom surface 90a and the thickness of the adhesive layer 92. Note that an LSI die connected to the sensor die 1A may be accommodated in the package 1B.

(製造方法)
以下、図3から図11に基づいて振動ジャイロスコープ1の製造方法の一例を説明する。図3から図11の断面図は図6C、図7、図10Bおよび図11Bを除いて全て図1Cに示すAA線に対応する断面図である。図6C、図7、図10Bおよび図11Bは図1Cに示すBB線に対応する断面図である。
(Production method)
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the vibrating gyroscope 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 11 are all cross-sectional views corresponding to the line AA shown in FIG. 1C except for FIGS. 6C, 7, 10B and 11B. 6C, FIG. 7, FIG. 10B, and FIG. 11B are cross-sectional views corresponding to the line BB shown in FIG. 1C.

はじめに図3に示すように、ベース層11、エッチングストッパ層12および半導体層13となるSOIウエハ10を用意する。SOIウエハ10のベース層11は厚さ625μmの単結晶シリコンからなる。SOIウエハ10のエッチングストッパ層12は厚さ1μmの二酸化シリコンからなる。SOIウエハ10の半導体層13は厚さ10μmの単結晶シリコンからなる。なお、ベース層11となる単結晶シリコンウエハの表面に、熱酸化、CVD(Chemical Vapor Deposition)等によって酸化シリコンからなるエッチングストッパ層12を形成し、エッチングストッパ層12の表面にCVD等によって多結晶シリコンからなる半導体層13を形成してもよい。次に半導体層13の表面に第一絶縁層20を形成する。第一絶縁層20として、例えば熱酸化またはCVDにより厚さ0.5μmの二酸化シリコンの膜を形成する。そして、フォトレジストからなる保護膜R1を用いてSOIウエハ10の半導体層13に不純物を導入することにより内部導線131を形成する。不純物として、例えば2×1020/cmの濃度でボロン(B)イオンを25keVの加速電圧によって第一絶縁層20を貫通させて半導体層13の表層に注入する。内部導線131は例えば半導体層13と第一絶縁層20との界面から1μmの深さの範囲に形成する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。なお、半導体層13への不純物導入後に第一絶縁層20を形成しても良い。図3Bは内部導線131のパターンを示す平面図である。 First, as shown in FIG. 3, an SOI wafer 10 to be a base layer 11, an etching stopper layer 12, and a semiconductor layer 13 is prepared. The base layer 11 of the SOI wafer 10 is made of single crystal silicon having a thickness of 625 μm. The etching stopper layer 12 of the SOI wafer 10 is made of silicon dioxide having a thickness of 1 μm. The semiconductor layer 13 of the SOI wafer 10 is made of single crystal silicon having a thickness of 10 μm. An etching stopper layer 12 made of silicon oxide is formed on the surface of the single crystal silicon wafer to be the base layer 11 by thermal oxidation, CVD (Chemical Vapor Deposition), etc., and polycrystalline on the surface of the etching stopper layer 12 by CVD or the like. A semiconductor layer 13 made of silicon may be formed. Next, the first insulating layer 20 is formed on the surface of the semiconductor layer 13. As the first insulating layer 20, a silicon dioxide film having a thickness of 0.5 μm is formed by, for example, thermal oxidation or CVD. Then, the internal conductor 131 is formed by introducing impurities into the semiconductor layer 13 of the SOI wafer 10 using the protective film R1 made of photoresist. As impurities, for example, boron (B) ions at a concentration of 2 × 10 20 / cm 3 are implanted into the surface layer of the semiconductor layer 13 through the first insulating layer 20 with an acceleration voltage of 25 keV. The internal conducting wire 131 is formed, for example, within a depth of 1 μm from the interface between the semiconductor layer 13 and the first insulating layer 20. After ion implantation, activation by annealing is performed. Note that the first insulating layer 20 may be formed after the introduction of impurities into the semiconductor layer 13. FIG. 3B is a plan view showing a pattern of the internal conductor 131.

次に図4に示すようにフォトレジストからなる保護膜R2を用いて第一絶縁層20に複数のコンタクトホール20hを形成し、内部導線131の端部を第一絶縁層20から露出させる。コンタクトホール20hは、例えばCF+HまたはCHFガスを用いた反応性イオンエッチングによって第一絶縁層20を異方的にエッチングすることによって形成する。フッ酸(HF)または緩衝フッ酸(BHF)を用いたウエットエッチングによってコンタクトホール20hを形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 4, a plurality of contact holes 20 h are formed in the first insulating layer 20 using the protective film R <b> 2 made of photoresist, and the end portions of the internal conductor 131 are exposed from the first insulating layer 20. The contact hole 20h is formed by anisotropically etching the first insulating layer 20 by reactive ion etching using, for example, CF 4 + H 2 or CHF 3 gas. The contact hole 20h may be formed by wet etching using hydrofluoric acid (HF) or buffered hydrofluoric acid (BHF).

次に図5に示すように、第一絶縁層20の表面全体に下部電極層としての電極層31を積層し、電極層31の表面全体に圧電層32を積層し、圧電層32の表面全体に上部電極層としての電極層33を積層する。このとき電極層31と内部導線131とが接続される。電極層31、33としては、スパッタリング等によって白金からなる膜を形成する。白金酸化シリコンの密着層として厚さ30nmのチタン(Ti)を成膜してもよい。また電極層31の材料には酸化イリジウム(IrO)を用いても良い。電極層33の材料にはイリジウム、酸化イリジウム、金(Au)などを用いても良い。圧電層32としては、ゾルゲル法、水熱合成法等によってPZTからなる膜を形成する。白金とPZTの密着層として厚さ30nmのチタンを成膜しても良い。 Next, as shown in FIG. 5, an electrode layer 31 as a lower electrode layer is laminated on the entire surface of the first insulating layer 20, and a piezoelectric layer 32 is laminated on the entire surface of the electrode layer 31. An electrode layer 33 as an upper electrode layer is laminated on the substrate. At this time, the electrode layer 31 and the internal conductor 131 are connected. As the electrode layers 31 and 33, films made of platinum are formed by sputtering or the like. Titanium (Ti) with a thickness of 30 nm may be deposited as an adhesion layer of platinum silicon oxide. The material of the electrode layer 31 may be iridium oxide (IrO 2 ). As a material of the electrode layer 33, iridium, iridium oxide, gold (Au), or the like may be used. As the piezoelectric layer 32, a film made of PZT is formed by a sol-gel method, a hydrothermal synthesis method, or the like. Titanium having a thickness of 30 nm may be formed as an adhesion layer of platinum and PZT.

次に図6に示すように、電極層31、33と圧電層32とをフォトレジストからなる保護膜R3を用いてエッチングすることにより、電極層31、33と圧電層32とからなる圧電素子30a、30bを形成する。このとき、すべての圧電素子30a、30bは内部導線131の真上に形成される。またこのとき上部電極となる電極層33と内部導線131とを接続するためのコンタクトホール20hを露出させる。具体的には、白金からなる電極層31、33はアルゴン(Ar)イオンを用いたイオンミリングによってパターニングする。PZTからなる圧電層32は塩素(Cl)をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングによってパターニングする。電極層33と内部導線131とを接続するためのコンタクトホール20hを埋めていた電極層31をイオンミリングによって完全に除去するとき、半導体層13の表層を僅かにオーバーエッチングする必要がある。オーバーエッチングされる半導体層13の深さhは内部導線131の深さh131(1μm)より十分浅い例えば100nmとする。 Next, as shown in FIG. 6, the electrode layers 31 and 33 and the piezoelectric layer 32 are etched using a protective film R3 made of a photoresist, so that the piezoelectric element 30a made of the electrode layers 31 and 33 and the piezoelectric layer 32 is obtained. , 30b. At this time, all the piezoelectric elements 30 a and 30 b are formed immediately above the internal conductor 131. At this time, the contact hole 20h for connecting the electrode layer 33 serving as the upper electrode and the internal conductor 131 is exposed. Specifically, the electrode layers 31 and 33 made of platinum are patterned by ion milling using argon (Ar) ions. The piezoelectric layer 32 made of PZT is patterned by reactive ion etching using chlorine (Cl 2 ) as an etching gas. When the electrode layer 31 filling the contact hole 20h for connecting the electrode layer 33 and the internal conductor 131 is completely removed by ion milling, the surface layer of the semiconductor layer 13 needs to be slightly over-etched. The depth h e of the semiconductor layer 13 which is over-etching is sufficiently shallow for example 100nm than the depth h 131 of the inner conductor 131 (1 [mu] m).

次に図7に示すようにフォトレジストからなる保護膜R4を用いて第一絶縁層20と半導体層13とを所定形状にパターニングする。その結果、4つの梁Fのパターンが形成される。第一絶縁層20はCHFガスまたはCF+Hガスを用いた反応性イオンエッチングによってパターニングする。半導体層13はCF+Oガスを用いた反応性イオンエッチングによってパターニングする。フッ酸や緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによって梁Fのパターンを形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 7, the first insulating layer 20 and the semiconductor layer 13 are patterned into a predetermined shape using a protective film R4 made of a photoresist. As a result, a pattern of four beams F is formed. The first insulating layer 20 is patterned by reactive ion etching using CHF 3 gas or CF 4 + H 2 gas. The semiconductor layer 13 is patterned by reactive ion etching using CF 4 + O 2 gas. The pattern of the beam F may be formed by wet etching using hydrofluoric acid or buffered hydrofluoric acid.

次に図8に示すように圧電素子30a、30bおよび第一絶縁層20の表面にコンタクトホール40hを有する所定パターンの第二絶縁層40を形成する。例えば厚さ5μmの感光性ポリイミドを圧電素子30a、30bおよび第一絶縁層20の表面全体に塗布し、露光・現像によって所定形状にパターニングすることによってコンタクトホール40hを有する第二絶縁層40を形成する。第二絶縁層40のパターンは複数の層間絶縁膜となる複数の領域に分断される。第二絶縁層40の互いに分離しているそれぞれの領域は上部電極としての電極層33と圧電素子30a、30bの外側に位置するコンタクトホール20hとをそれぞれ露出させる2つのコンタクトホール40hを有する。   Next, as shown in FIG. 8, a second insulating layer 40 having a predetermined pattern having contact holes 40h on the surfaces of the piezoelectric elements 30a and 30b and the first insulating layer 20 is formed. For example, a photosensitive polyimide having a thickness of 5 μm is applied to the entire surface of the piezoelectric elements 30a and 30b and the first insulating layer 20, and patterned into a predetermined shape by exposure and development, thereby forming the second insulating layer 40 having the contact hole 40h. To do. The pattern of the second insulating layer 40 is divided into a plurality of regions to be a plurality of interlayer insulating films. Each region of the second insulating layer 40 that is separated from each other has two contact holes 40h that expose the electrode layer 33 as an upper electrode and the contact holes 20h located outside the piezoelectric elements 30a and 30b.

次に図9に示すように第二絶縁層40の表面に表面導線層50を積層し表面導線層50をエッチングすることによって、上部電極としての圧電層32と内部導線131とを接続する表面導線50bとボンディングパッド50aとを形成する。表面導線層50として、例えばスパッタリングによって0.5μmの厚さのアルミニウム(Al)の膜を形成する。表面導線層50としてアルミシリコン(AlSi)の膜を形成してもよい。表面導線層50のパターンは、例えば塩素(Cl)ガスを用いた反応性イオンエッチングにより形成する。アルミニウムの密着層として厚さ30nmのチタン膜を形成しても良い。表面導線層50は、例えばClガスを用いた反応性イオンエッチングの代わりに、イオンミリング法、燐酸、硝酸、酢酸の混合液を用いたウエットエッチングによってパターニングしてもよい。 Next, as shown in FIG. 9, the surface conductive layer 50 is laminated on the surface of the second insulating layer 40 and the surface conductive layer 50 is etched to connect the piezoelectric layer 32 as the upper electrode and the internal conductive line 131. 50b and bonding pad 50a are formed. As the surface conductive layer 50, an aluminum (Al) film having a thickness of 0.5 μm is formed by sputtering, for example. An aluminum silicon (AlSi) film may be formed as the surface conducting wire layer 50. The pattern of the surface conductive layer 50 is formed by reactive ion etching using, for example, chlorine (Cl 2 ) gas. A titanium film with a thickness of 30 nm may be formed as an aluminum adhesion layer. The surface conductive layer 50 may be patterned by, for example, an ion milling method or wet etching using a mixed solution of phosphoric acid, nitric acid, and acetic acid instead of reactive ion etching using Cl 2 gas.

次に上述の工程によって形成された積層構造体Wの圧電素子30a、30bが形成されている面を図10に示すように犠牲基板99に接着する。接着層98として、例えばワックス、フォトレジスト、両面粘着シート等を用いる。   Next, the surface on which the piezoelectric elements 30a and 30b of the laminated structure W formed by the above-described steps are formed is bonded to the sacrificial substrate 99 as shown in FIG. As the adhesive layer 98, for example, a wax, a photoresist, a double-sided pressure-sensitive adhesive sheet, or the like is used.

次にフォトレジストからなる保護膜R5を用いてベース層11をエッチングすることによってベース層11を所定形状にパターニングする。具体的には例えば、SFプラズマガスを用いたパッシベーションとCプラズマガスを用いたエッチングのステップを短い時間間隔で交互に繰り返すDeep−RIE(いわゆるボッシュプロセス)によってベース層11を異方的にエッチングする。なお、ベース層11のパターニングを最初に実施しても良いし、半導体層13の表面側を処理する工程の間に実施しても良い。 Next, the base layer 11 is patterned into a predetermined shape by etching the base layer 11 using the protective film R5 made of a photoresist. Specifically, for example, the base layer 11 is anisotropically processed by Deep-RIE (so-called Bosch process) in which a passivation step using SF 6 plasma gas and an etching step using C 4 F 8 plasma gas are alternately repeated at short time intervals. Etch. Note that the patterning of the base layer 11 may be performed first, or may be performed during the process of processing the surface side of the semiconductor layer 13.

次に、図11に示すようにエッチングストッパ層12の露出部分をエッチングにより除去する。その結果、梁Fと錘部Mとがリリースされる。具体的には緩衝フッ酸を用いたウエットエッチングによってエッチングストッパ層12の露出部分を除去する。その後、ダイシング、パッケージングなどの後工程を実施することによって、図2に示す振動ジャイロスコープ1が完成する。   Next, as shown in FIG. 11, the exposed portion of the etching stopper layer 12 is removed by etching. As a result, the beam F and the weight part M are released. Specifically, the exposed portion of the etching stopper layer 12 is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid. Thereafter, post-processes such as dicing and packaging are performed to complete the vibrating gyroscope 1 shown in FIG.

以上説明した振動ジャイロスコープ1の製造方法によると、圧電素子30a、30bの真下に内部導線131を配置することができるため、圧電素子30a、30bを梁Fに対して最大限広く配置することができる。   According to the method for manufacturing the vibrating gyroscope 1 described above, the internal conductor 131 can be disposed directly below the piezoelectric elements 30a and 30b, so that the piezoelectric elements 30a and 30b can be disposed as wide as possible with respect to the beam F. it can.

2.第二実施形態
(構成)
図12は本発明の第二実施形態による振動ジャイロスコープのセンサダイ2Aを示す断面図である。センサダイ2Aは圧電素子30a、30bおよび表面導線50bの構成が第一実施形態のセンサダイ1Aと異なり、その他の点については第一実施形態と実質的に同一である。図12Aは図1Cに示すAA線に対応する断面図である。図12Bは図1Cに示すBB線に対応する断面図である。図12A、図12Bにおいて、センサダイ2Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ2Aを構成する機械的構成要素の境界は実線で示している。
2. Second embodiment (Configuration)
FIG. 12 is a sectional view showing a sensor die 2A of a vibrating gyroscope according to a second embodiment of the present invention. The sensor die 2A differs from the sensor die 1A of the first embodiment in the configuration of the piezoelectric elements 30a and 30b and the surface conducting wire 50b, and is otherwise substantially the same as the first embodiment. 12A is a cross-sectional view corresponding to the line AA shown in FIG. 1C. 12B is a cross-sectional view corresponding to the line BB shown in FIG. 1C. In FIG. 12A and FIG. 12B, the interface of the layer which comprises the sensor die 2A is shown with the broken line, and the boundary of the mechanical component which comprises the sensor die 2A is shown with the continuous line.

図12に示すように下部電極としての電極層31のパターンよりも圧電層32のパターンを広く設計し、電極層31の周囲において圧電層32が第一絶縁層20に接するように構成しても良い。圧電層32によって電極層31を完全に覆うことによって、電極層31と電極層33とが直接ショートまたはリークすることを確実に防止できる。   As shown in FIG. 12, the pattern of the piezoelectric layer 32 may be designed wider than the pattern of the electrode layer 31 as the lower electrode, and the piezoelectric layer 32 may be in contact with the first insulating layer 20 around the electrode layer 31. good. By completely covering the electrode layer 31 with the piezoelectric layer 32, it is possible to reliably prevent the electrode layer 31 and the electrode layer 33 from being directly short-circuited or leaked.

(製造方法)
図13、図14はセンサダイ2Aの製造方法を示す断面図であって、図1Cに示すAA線断面に対応している。圧電素子30a、30bを形成するとき、電極層31のパターンと電極層33のパターンとを別々に形成するため、図13、図14に示すように2種類の保護膜R31、R32を用いる。
(Production method)
13 and 14 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the sensor die 2A, and correspond to the cross section taken along the line AA shown in FIG. 1C. When forming the piezoelectric elements 30a and 30b, two types of protective films R31 and R32 are used as shown in FIGS. 13 and 14 in order to form the pattern of the electrode layer 31 and the pattern of the electrode layer 33 separately.

すなわち、電極層31を第一絶縁層20の表面全体に形成した後に、図13に示すようにフォトレジストからなる保護膜R31を用いたエッチングにより電極層31を所定形状にパターニングする。このとき、第一絶縁層20のコンタクトホール20hの内部に電極層31が残存するように保護膜R31を形成しても良い。   That is, after the electrode layer 31 is formed on the entire surface of the first insulating layer 20, the electrode layer 31 is patterned into a predetermined shape by etching using a protective film R31 made of a photoresist as shown in FIG. At this time, the protective film R31 may be formed so that the electrode layer 31 remains inside the contact hole 20h of the first insulating layer 20.

次に第一絶縁層20と電極層31の表面全体に圧電層32と電極層33を順に積層し、フォトレジストからなる保護膜R32を用いたエッチングにより圧電層32と電極層33とを所定形状にパターニングする。このとき、圧電層32が電極層31を完全に覆うように圧電層32のパターンを電極層31のパターンよりも広く形成する。そして電極層33のパターンを圧電層32のパターンと一致させる。なお、電極層33のパターンを電極層31のパターンと一致させても良い。またこのときも、第一絶縁層20のコンタクトホール20hの内部に電極層31が残存するように保護膜R32を形成しても良い。
その後、第一実施形態と同様に表面導線50b等を形成するとセンサダイ2Aが完成する。
Next, the piezoelectric layer 32 and the electrode layer 33 are sequentially laminated on the entire surfaces of the first insulating layer 20 and the electrode layer 31, and the piezoelectric layer 32 and the electrode layer 33 are formed into a predetermined shape by etching using a protective film R32 made of photoresist. To pattern. At this time, the pattern of the piezoelectric layer 32 is formed wider than the pattern of the electrode layer 31 so that the piezoelectric layer 32 completely covers the electrode layer 31. Then, the pattern of the electrode layer 33 is matched with the pattern of the piezoelectric layer 32. Note that the pattern of the electrode layer 33 may match the pattern of the electrode layer 31. Also at this time, the protective film R32 may be formed so that the electrode layer 31 remains inside the contact hole 20h of the first insulating layer 20.
Thereafter, when the surface conductor 50b and the like are formed as in the first embodiment, the sensor die 2A is completed.

3.第三実施形態
図15は本発明の第三実施形態による振動ジャイロスコープのセンサダイ3Aを示す断面図である。センサダイ3Aは圧電素子30a、30bおよび表面導線50bの構成が第一実施形態のセンサダイ1Aと異なり、その他の点については第一実施形態と実質的に同一である。図15Aは図1Cに示すAA線に対応する断面図である。図15Bは図1Cに示すBB線に対応する断面図である。図15A、図15Bにおいて、センサダイ3Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ3Aを構成する機械的構成要素の境界は実線で示している。
3. Third Embodiment FIG. 15 is a cross-sectional view showing a sensor die 3A of a vibrating gyroscope according to a third embodiment of the present invention. The sensor die 3A differs from the sensor die 1A of the first embodiment in the configuration of the piezoelectric elements 30a, 30b and the surface conducting wire 50b, and is otherwise substantially the same as the first embodiment. FIG. 15A is a cross-sectional view corresponding to the line AA shown in FIG. 1C. FIG. 15B is a cross-sectional view corresponding to the line BB shown in FIG. 1C. In FIG. 15A and FIG. 15B, the interface of the layer which comprises the sensor die 3A is shown with the broken line, and the boundary of the mechanical component which comprises the sensor die 3A is shown with the continuous line.

図15に示すように下部電極としての電極層31のパターンよりも上部電極としての電極層33のパターンを狭く設計し、電極層31または圧電層32が電極層33の周囲から露出するように構成しても良い。電極層31のパターンよりも上部電極としての電極層33のパターンを狭く設計すれば、電極層31と電極層33の間のショートを防止できる。さらに圧電層32のパターンの内側に電極層33のパターンを配置することが好ましい。この場合、パターニング工程を簡素化するため、電極層31と圧電層32のパターンを一致させることがさらに好ましい。   As shown in FIG. 15, the pattern of the electrode layer 33 as the upper electrode is designed to be narrower than the pattern of the electrode layer 31 as the lower electrode, and the electrode layer 31 or the piezoelectric layer 32 is exposed from the periphery of the electrode layer 33. You may do it. If the pattern of the electrode layer 33 as the upper electrode is designed to be narrower than the pattern of the electrode layer 31, a short circuit between the electrode layer 31 and the electrode layer 33 can be prevented. Furthermore, it is preferable to arrange the pattern of the electrode layer 33 inside the pattern of the piezoelectric layer 32. In this case, in order to simplify the patterning process, it is more preferable to match the patterns of the electrode layer 31 and the piezoelectric layer 32.

(製造方法)
図16、図17はセンサダイ3Aの製造方法を示す断面図であって、図1Cに示すBB線断面に対応している。圧電素子30a、30bを形成するとき、電極層31のパターンと電極層33のパターンとを別々に形成するため、図16、図17に示すように2種類の保護膜R33、R34を用いる。
(Production method)
16 and 17 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the sensor die 3A, and correspond to the cross section taken along the line BB shown in FIG. 1C. When the piezoelectric elements 30a and 30b are formed, two types of protective films R33 and R34 are used as shown in FIGS. 16 and 17 in order to form the pattern of the electrode layer 31 and the pattern of the electrode layer 33 separately.

すなわち、第一実施形態と同様に電極層31、33、圧電層32を第一絶縁層20の表面全体に形成した後に、図16に示すようにフォトレジストからなる保護膜R33を用いたエッチングにより電極層33および圧電層32を所定形状にパターニングする。このとき、圧電層32のエッチングでは保護膜R33に覆われていない領域においても圧電層32が残存するようにエッチングの終点を設定しても良い。   That is, after the electrode layers 31 and 33 and the piezoelectric layer 32 are formed on the entire surface of the first insulating layer 20 as in the first embodiment, etching is performed using a protective film R33 made of photoresist as shown in FIG. The electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 are patterned into a predetermined shape. At this time, the etching end point may be set so that the piezoelectric layer 32 remains even in the region not covered by the protective film R33 in the etching of the piezoelectric layer 32.

次に図17に示すようにフォトレジストからなる保護膜R34を用いたエッチングにより電極層31を所定形状にパターニングする。このとき、電極層31が電極層33の周囲にはみ出すように電極層31のパターンを電極層33のパターンよりも広く形成する。
なお、圧電層32と電極層31のパターンを一致させる場合には、保護膜R33を用い
たパターニングでは電極層33のみをエッチングし、保護膜R34を用いたエッチングによって圧電層32と電極層31とをパターニングすればよい。
その後、第一実施形態と同様に表面導線50b等を形成するとセンサダイ3Aが完成する。
Next, as shown in FIG. 17, the electrode layer 31 is patterned into a predetermined shape by etching using a protective film R34 made of a photoresist. At this time, the pattern of the electrode layer 31 is formed wider than the pattern of the electrode layer 33 so that the electrode layer 31 protrudes around the electrode layer 33.
When the patterns of the piezoelectric layer 32 and the electrode layer 31 are matched, only the electrode layer 33 is etched in the patterning using the protective film R33, and the piezoelectric layer 32 and the electrode layer 31 are etched by etching using the protective film R34. May be patterned.
Thereafter, when the surface conductive wire 50b and the like are formed as in the first embodiment, the sensor die 3A is completed.

4.第四実施形態
図18は本発明の第三実施形態による振動ジャイロスコープのセンサダイ4Aを示す断面図である。センサダイ4Aは圧電素子30a、30bおよび表面導線50bの構成が第一実施形態のセンサダイ1Aと異なり、その他の点については第一実施形態と実質的に同一である。図18Aは図1Cに示すAA線に対応する断面図である。図18Bは図1Cに示すBB線に対応する断面図である。図18Aおよび図18Bにおいて、センサダイ4Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ4Aを構成する機械的構成要素の境界は実線で示している。
4). Fourth Embodiment FIG. 18 is a cross-sectional view showing a sensor die 4A of a vibrating gyroscope according to a third embodiment of the present invention. The sensor die 4A differs from the sensor die 1A of the first embodiment in the configuration of the piezoelectric elements 30a, 30b and the surface conducting wire 50b, and is otherwise substantially the same as the first embodiment. 18A is a cross-sectional view corresponding to the line AA shown in FIG. 1C. 18B is a cross-sectional view corresponding to the line BB shown in FIG. 1C. In FIG. 18A and FIG. 18B, the interface of the layers constituting the sensor die 4A is indicated by a broken line, and the boundary of the mechanical components constituting the sensor die 4A is indicated by a solid line.

図18Aに示すように下部電極としての電極層31のパターンよりも圧電層32のパターンを広く設計し、圧電層32の電極層31との界面を構成する下面が電極層33との界面を構成する上面よりも広くなるように圧電層32の側面(上面と下面の間の端面)を傾斜面とし、電極層31の周囲において圧電層32が第一絶縁層20に接するように構成しても良い。これにより、圧電層32自体が表面導線50bと下部電極としての電極層31との層間絶縁膜として機能するため、第二絶縁層40が無用になる。そして下部電極としての電極層31を完全に覆う圧電層32によって下部電極としての電極層31と表面導線50bの間のショートおよびリークを確実に防止できる。また、圧電層32によって下部電極としての電極層31を完全に覆うことによって、電極層31と電極層33とが直接ショートまたはリークすることを確実に防止できる。   As shown in FIG. 18A, the pattern of the piezoelectric layer 32 is designed wider than the pattern of the electrode layer 31 as the lower electrode, and the lower surface constituting the interface with the electrode layer 31 of the piezoelectric layer 32 forms the interface with the electrode layer 33. The side surface of the piezoelectric layer 32 (the end surface between the upper surface and the lower surface) may be inclined so as to be wider than the upper surface, and the piezoelectric layer 32 may be in contact with the first insulating layer 20 around the electrode layer 31. good. As a result, the piezoelectric layer 32 itself functions as an interlayer insulating film between the surface conducting wire 50b and the electrode layer 31 as the lower electrode, so that the second insulating layer 40 becomes useless. The piezoelectric layer 32 that completely covers the electrode layer 31 serving as the lower electrode can reliably prevent a short circuit and a leak between the electrode layer 31 serving as the lower electrode and the surface conductor 50b. In addition, by completely covering the electrode layer 31 as the lower electrode with the piezoelectric layer 32, it is possible to reliably prevent the electrode layer 31 and the electrode layer 33 from being directly short-circuited or leaked.

なお、電極層33および圧電層32の側面を傾斜した凸曲面または傾斜した凹曲面またはその断面をS字に形成しても良い。また電極層33を圧電層32の側面上に引き延ばし、電極層33と内部導線131とを直接接続したり、第一絶縁層20のコンタクトホール20h内の電極層31と電極層33とを直接接続することもできる。この場合、電極層33自体が接続手段として機能する。またこの場合、ボンディングパッド50aを電極層33によって構成することにより表面導電層50を省略することができる。   In addition, you may form the convex curve which inclined the side surface of the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32, the inclined concave curve, or its cross section in S shape. Further, the electrode layer 33 is stretched on the side surface of the piezoelectric layer 32, and the electrode layer 33 and the internal conductor 131 are directly connected, or the electrode layer 31 and the electrode layer 33 in the contact hole 20h of the first insulating layer 20 are directly connected. You can also In this case, the electrode layer 33 itself functions as a connection means. In this case, the surface conductive layer 50 can be omitted by forming the bonding pad 50 a with the electrode layer 33.

(製造方法)
図19から図22はセンサダイ4Aの製造方法を示す断面図であって、図1Cに示すAA線断面に対応している。圧電素子30a、30bを形成するとき、電極層31のパターンと電極層33のパターンとを別々に形成するため、図19、図20に示すように2種類の保護膜R35、R36を用いる。
(Production method)
19 to 22 are sectional views showing a method for manufacturing the sensor die 4A, and correspond to the section taken along the line AA shown in FIG. 1C. When the piezoelectric elements 30a and 30b are formed, two types of protective films R35 and R36 are used as shown in FIGS. 19 and 20 in order to form the pattern of the electrode layer 31 and the pattern of the electrode layer 33 separately.

すなわち、第二実施形態と同様に電極層31を第一絶縁層20の表面全体に形成した後に、図19に示すようにフォトレジストからなる保護膜R35を用いたエッチングにより電極層31を所定形状にパターニングする。このとき、第一絶縁層20のコンタクトホール20hの内部に電極層31が残存するように保護膜R35を形成しても良い。   That is, after the electrode layer 31 is formed on the entire surface of the first insulating layer 20 as in the second embodiment, the electrode layer 31 is formed into a predetermined shape by etching using a protective film R35 made of photoresist as shown in FIG. To pattern. At this time, the protective film R35 may be formed so that the electrode layer 31 remains inside the contact hole 20h of the first insulating layer 20.

次に第一絶縁層20と電極層31の表面全体に圧電層32と電極層33を順に積層し、側面が傾斜面である保護膜R36を電極層33の表面に形成する。具体的には、ポジ型のフォトレジストを電極層33の表面全体に塗布し、マスクを用いてフォトレジストを露光し現像する。その後、フォトレジストをホットプレートにて130℃で3分間ベークすると、側面が傾斜した保護膜R36が形成される。このように側面が傾斜した保護膜R36は、多階調マスク(ハーフトーンマスクまたはグレートーンマスク)を用いて形成することもできる。   Next, the piezoelectric layer 32 and the electrode layer 33 are sequentially laminated on the entire surface of the first insulating layer 20 and the electrode layer 31, and a protective film R 36 whose side surface is an inclined surface is formed on the surface of the electrode layer 33. Specifically, a positive photoresist is applied to the entire surface of the electrode layer 33, and the photoresist is exposed and developed using a mask. Thereafter, when the photoresist is baked on a hot plate at 130 ° C. for 3 minutes, a protective film R36 whose side surface is inclined is formed. The protective film R36 whose side surface is inclined as described above can also be formed using a multi-tone mask (halftone mask or graytone mask).

次に側面が傾斜した保護膜R36もろともに電極層33および圧電層32を異方的にエッチングする。具体的には例えば、アルゴンイオンを用いたミリング法によって電極層33および圧電層32を保護膜R36もろともにエッチングする。このとき保護膜R36に対する電極層33および圧電層32の選択比を1:1に設定すると、保護膜R36の側面をそのまま電極層33および圧電層32の側面に転写することができる。保護膜R36に対する電極層33および圧電層32の選択比が1:1でなければ、保護膜R36の側面の傾斜角と異なる傾斜角を持つ電極層33および圧電層32の側面が形成される。   Next, the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 are anisotropically etched together with the protective film R36 whose side surface is inclined. Specifically, for example, the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 are etched together with the protective film R36 by a milling method using argon ions. At this time, if the selection ratio of the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 to the protective film R36 is set to 1: 1, the side surface of the protective film R36 can be directly transferred to the side surface of the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32. If the selection ratio of the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 to the protective film R36 is not 1: 1, the side surfaces of the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 having an inclination angle different from the inclination angle of the side surface of the protective film R36 are formed.

このように電極層33および圧電層32の側面を傾斜面に形成することによって、電極層33および圧電層32を下地として表面導線層50を図22に示すように形成する際に表面導線層50の段差被覆性が向上する。第二実施形態における第二絶縁層40は表面導電層50の下地表面の段差を緩和する機能を発揮するが、本実施形態のように電極層33および圧電層32の側面が傾斜している場合には、表面導線層50の段差被覆性を向上させるために第二絶縁層40を形成する必要がない。   Thus, by forming the side surfaces of the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 as inclined surfaces, the surface conductive layer 50 is formed when the surface conductive layer 50 is formed as shown in FIG. The step coverage is improved. The second insulating layer 40 in the second embodiment exhibits the function of relaxing the step on the base surface of the surface conductive layer 50, but the side surfaces of the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 are inclined as in the present embodiment. Therefore, it is not necessary to form the second insulating layer 40 in order to improve the step coverage of the surface conductive layer 50.

5.他の実施形態
本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上部電極としての電極層33とボンディングパッド50aとを2本以上の内部配線131と2本以上の表面導線50bとを介して接続しても良い。圧電素子30a、30bを配置する必要のない領域(例えば梁Fの中央部)において2本の内部配線131を接続する表面導線50bを形成すると、内部配線131の経路長を短くでき、その結果、配線抵抗が低減される。また本発明は振動ジャイロスコープの他、加速度センサ、角速度および加速度を検出するモーションセンサ、マイクロフォン等の他のMEMSセンサに適用することもできる。また圧電素子を駆動手段として用いるMEMSアクチュエータに本発明を適用することもできる。また可撓部としてダイヤフラムを用いたMEMSに本発明を適用することもできる。
5). Other Embodiments The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the electrode layer 33 as the upper electrode and the bonding pad 50a may be connected via two or more internal wirings 131 and two or more surface conductive wires 50b. When the surface conductive wire 50b that connects the two internal wirings 131 is formed in a region where the piezoelectric elements 30a and 30b do not need to be disposed (for example, the central portion of the beam F), the path length of the internal wiring 131 can be shortened. Wiring resistance is reduced. In addition to the vibration gyroscope, the present invention can also be applied to other MEMS sensors such as an acceleration sensor, a motion sensor that detects angular velocity and acceleration, and a microphone. The present invention can also be applied to MEMS actuators that use piezoelectric elements as drive means. Further, the present invention can also be applied to MEMS using a diaphragm as the flexible portion.

また例えば、上記実施形態で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。また例えば、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。   Further, for example, the materials, dimensions, film formation methods, and pattern transfer methods shown in the above embodiment are merely examples, and descriptions of addition and deletion of processes and replacement of process orders that are obvious to those skilled in the art are omitted. Has been. Also, for example, in the above-described manufacturing process, the film composition, film forming method, film contour forming method, process sequence, etc. are appropriately selected according to the combination of film materials, film thickness, required contour shape accuracy, etc. There is no particular limitation.

図1Aは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図1Bは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図1Cは本発明の第一実施形態にかかる上面図。FIG. 1A is a cross-sectional view according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1C is a top view according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 図3Aは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図3Bは本発明の第一実施形態にかかる平面図。FIG. 3A is a sectional view according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3B is a plan view according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 図6Aは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図6Bは図6Aの部分拡大図。図6Cは本発明の第一実施形態にかかる断面図。FIG. 6A is a sectional view according to the first embodiment of the present invention. 6B is a partially enlarged view of FIG. 6A. FIG. 6C is a cross-sectional view according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 図10Aは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図10Bは本発明の第一実施形態にかかる断面図。FIG. 10A is a sectional view according to the first embodiment of the present invention. FIG. 10B is a cross-sectional view according to the first embodiment of the present invention. 図11Aは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図11Bは本発明の第一実施形態にかかる断面図。FIG. 11A is a sectional view according to the first embodiment of the present invention. FIG. 11B is a cross-sectional view according to the first embodiment of the present invention. 図12Aは本発明の第二実施形態にかかる断面図。図12Bは本発明の第二実施形態にかかる断面図。FIG. 12A is a sectional view according to the second embodiment of the present invention. FIG. 12B is a sectional view according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第二実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 2nd embodiment of this invention. 図14Aは本発明の第二実施形態にかかる断面図。図14Bは図14Aの部分拡大図。FIG. 14A is a sectional view according to the second embodiment of the present invention. 14B is a partially enlarged view of FIG. 14A. 図15Aは本発明の第三実施形態にかかる断面図。図15Bは本発明の第三実施形態にかかる断面図。FIG. 15A is a sectional view according to a third embodiment of the present invention. FIG. 15B is a sectional view according to the third embodiment of the present invention. 本発明の第三実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 3rd embodiment of this invention. 図17Aは本発明の第三実施形態にかかる断面図。図17Bは図17Aの部分拡大図。FIG. 17A is a cross-sectional view according to a third embodiment of the present invention. FIG. 17B is a partially enlarged view of FIG. 17A. 図18Aは本発明の第四実施形態にかかる断面図。図18Bは本発明の第四実施形態にかかる断面図。FIG. 18A is a cross-sectional view according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 18B is a sectional view according to the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第四実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 4th embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 4th embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 4th embodiment of this invention. 図22Aは本発明の第四実施形態にかかる断面図。図22Bは図22Aの部分拡大図。FIG. 22A is a sectional view according to a fourth embodiment of the present invention. 22B is a partially enlarged view of FIG. 22A.

符号の説明Explanation of symbols

1:振動ジャイロスコープ、1A:センサダイ、1B:パッケージ、2A:センサダイ、3A:センサダイ、4A:センサダイ、10:SOIウエハ、11:ベース層、12:エッチングストッパ層、13:半導体層、20:第一絶縁層、20h:コンタクトホール、30a:駆動用圧電素子、30b:検出用圧電素子、31:電極層、32:圧電層、33:電極層、40:第二絶縁層、40h:コンタクトホール、50:表面導線層、50a:ボンディングパッド、50b:表面導線、90:パッケージベース、90a:底面、91:貫通電極、92:接着層、93:接着層、94:カバー、95:ワイヤ、98:接着層、99:犠牲基板、131:内部導線、F:梁、M:錘部、R1:保護膜、R2:保護膜、R3:保護膜、R31:保護膜、R32:保護膜、R33:保護膜、R34:保護膜、R35:保護膜、R36:保護膜、R4:保護膜、R5:保護膜、S:支持部、W:積層構造体 1: vibrating gyroscope, 1A: sensor die, 1B: package, 2A: sensor die, 3A: sensor die, 4A: sensor die, 10: SOI wafer, 11: base layer, 12: etching stopper layer, 13: semiconductor layer, 20: first One insulating layer, 20h: contact hole, 30a: driving piezoelectric element, 30b: detecting piezoelectric element, 31: electrode layer, 32: piezoelectric layer, 33: electrode layer, 40: second insulating layer, 40h: contact hole, 50: Surface conductor layer, 50a: Bonding pad, 50b: Surface conductor, 90: Package base, 90a: Bottom surface, 91: Through electrode, 92: Adhesive layer, 93: Adhesive layer, 94: Cover, 95: Wire, 98: Adhesive layer, 99: sacrificial substrate, 131: internal conductor, F: beam, M: weight, R1: protective film, R2: protective film, R3: protective film, R31: protective Film, R32: protective film, R33: protective film, R34: protective film, R35: protective film, R36: protective film, R4: protective film, R5: protective film, S: supporting unit, W: laminated structure

Claims (6)

複数のコンタクトホールが形成された絶縁層と前記絶縁層に接する半導体層とを含み可撓性を有する可撓部と、
前記半導体層に形成された複数の不純物拡散領域からなり互いに分離している複数の導線と、
前記絶縁層の表面に積層され前記コンタクトホールを通じて前記導線に接している下部電極層と前記下部電極層の表面に積層された圧電層と前記圧電層の表面に積層された上部電極層とを含み前記可撓部上に位置する圧電素子と、
前記可撓部に形成された前記コンタクトホールを通じて前記上部電極層と前記導線とを接続する導電層からなる接続手段と、
を備えるMEMS。
A flexible portion having a flexibility including an insulating layer in which a plurality of contact holes are formed and a semiconductor layer in contact with the insulating layer;
A plurality of conductive wires made of a plurality of impurity diffusion regions formed in the semiconductor layer and separated from each other;
A lower electrode layer stacked on the surface of the insulating layer and in contact with the conductor through the contact hole; a piezoelectric layer stacked on the surface of the lower electrode layer; and an upper electrode layer stacked on the surface of the piezoelectric layer. A piezoelectric element located on the flexible part;
A connection means comprising a conductive layer for connecting the upper electrode layer and the conductive wire through the contact hole formed in the flexible portion;
A MEMS comprising:
前記圧電層のパターンは前記下部電極層のパターンより広く前記下部電極層の周囲において前記絶縁層に接している、
請求項1に記載のMEMS。
The pattern of the piezoelectric layer is wider than the pattern of the lower electrode layer and is in contact with the insulating layer around the lower electrode layer.
The MEMS according to claim 1.
前記圧電層は、前記下部電極層及び前記絶縁層に対する界面を構成する下面が前記上部電極層に対する界面を構成する上面より広く、前記下面と前記上面の間にある側面が傾斜面であって、
前記接続手段は前記圧電層の前記側面に積層されている、
請求項2に記載のMEMS。
In the piezoelectric layer, a lower surface constituting an interface with the lower electrode layer and the insulating layer is wider than an upper surface constituting an interface with the upper electrode layer, and a side surface between the lower surface and the upper surface is an inclined surface,
The connecting means is laminated on the side surface of the piezoelectric layer,
The MEMS according to claim 2.
前記上部電極層のパターンは前記下部電極層のパターンより狭く、
前記下部電極層又は前記圧電層は前記上部電極層の周囲から露出している、
請求項1に記載のMEMS。
The pattern of the upper electrode layer is narrower than the pattern of the lower electrode layer,
The lower electrode layer or the piezoelectric layer is exposed from the periphery of the upper electrode layer,
The MEMS according to claim 1.
錘部と、
支持部と、
をさらに備える請求項1から4のいずれか一項に記載のMEMSである振動ジャイロスコープであって、
前記可撓部は、自由端が前記錘部に結合し固定端が前記支持部に結合している梁を構成し、
前記圧電素子は、前記可撓部を歪ませることによって前記錘部を駆動する駆動用圧電素子と、前記錘部の運動に伴う前記可撓部の歪みを検出する検出用圧電素子とを構成する、
振動ジャイロスコープ。
A weight part;
A support part;
A vibrating gyroscope that is a MEMS according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
The flexible portion comprises a beam having a free end coupled to the weight portion and a fixed end coupled to the support portion;
The piezoelectric element constitutes a driving piezoelectric element that drives the weight part by distorting the flexible part, and a detection piezoelectric element that detects distortion of the flexible part accompanying the movement of the weight part. ,
Vibrating gyroscope.
半導体層の表面に積層された絶縁層に複数のコンタクトホールを形成し、
前記絶縁層と前記半導体層とを含み可撓性を有する可撓部を形成し、
複数の前記コンタクトホールから露出する複数の不純物拡散領域からなる複数の導線を前記半導体層に形成し、
前記絶縁層の表面に積層され前記コンタクトホールを通じて前記導線に接する下部電極層と前記下部電極層の表面に積層された圧電層と前記圧電層の表面に積層された上部電極層とを含み前記可撓部上に位置する圧電素子を形成し、
前記コンタクトホールを通じて前記上部電極層と前記導線とを接続する導線層を形成する、
ことを含むMEMSの製造方法。
A plurality of contact holes are formed in the insulating layer stacked on the surface of the semiconductor layer,
Forming a flexible portion including the insulating layer and the semiconductor layer and having flexibility;
Forming a plurality of conductive wires composed of a plurality of impurity diffusion regions exposed from the plurality of contact holes in the semiconductor layer;
And including a lower electrode layer stacked on the surface of the insulating layer and in contact with the conductor through the contact hole, a piezoelectric layer stacked on the surface of the lower electrode layer, and an upper electrode layer stacked on the surface of the piezoelectric layer. Forming a piezoelectric element located on the flexure,
Forming a conductive wire layer connecting the upper electrode layer and the conductive wire through the contact hole;
The manufacturing method of MEMS including this.
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