JP6020341B2 - Capacitive physical quantity sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、複数の可動電極を有する可動部と、可動電極と対向する第1、第2固定電極を有する第1、第2固定部とを備え、可動電極と第1固定電極との間の容量と、可動電極と第2固定電極との間の容量との容量差に基づいて物理量を検出する容量式物理量センサおよびその製造方法に関するものである。 The present invention includes a movable part having a plurality of movable electrodes, and first and second fixed parts having first and second fixed electrodes opposed to the movable electrodes, and is provided between the movable electrode and the first fixed electrode. The present invention relates to a capacitance type physical quantity sensor that detects a physical quantity based on a capacitance and a capacitance difference between a capacitance between a movable electrode and a second fixed electrode, and a method for manufacturing the same.
従来より、この種の容量式物理量センサとして、支持基板、絶縁膜、半導体層が順に積層されたSOI(Silicon on Insulator)基板を用いたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of capacitive physical quantity sensor, a sensor using an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a support substrate, an insulating film, and a semiconductor layer are sequentially laminated has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
具体的には、この容量式物理量センサでは、半導体層に、所定方向に変位可能とされた複数の可動電極を有する可動部が形成されている。また、半導体層に、可動電極と対向する第1固定電極が備えられる第1支持部を有する第1固定部と、可動電極と対向する第2固定電極が備えられる第2支持部を有し、可動部を挟んで第1固定部と反対側に配置される第2固定部とが形成されている。つまり、半導体層には、可動部を挟んで一対の第1、第2固定部が形成されている。 Specifically, in this capacitive physical quantity sensor, a movable portion having a plurality of movable electrodes that can be displaced in a predetermined direction is formed in a semiconductor layer. Further, the semiconductor layer has a first fixed portion having a first support portion provided with a first fixed electrode facing the movable electrode, and a second support portion provided with a second fixed electrode facing the movable electrode, A second fixed portion is formed on the opposite side of the first fixed portion with the movable portion interposed therebetween. That is, a pair of first and second fixed portions are formed in the semiconductor layer with the movable portion interposed therebetween.
そして、支持基板および絶縁膜のうち可動電極および第1、第2固定電極と対向する部分を含む部分には、窪み部が形成されており、可動電極および第1、第2固定電極は浮遊した状態となっている。なお、第1、第2固定電極を完全に浮遊させるため、第1、第2固定電極を備える第1、第2支持部は、可動部側の端部が窪み部上に部分的に突出している。 A recess portion is formed in a portion of the support substrate and the insulating film including a portion facing the movable electrode and the first and second fixed electrodes, and the movable electrode and the first and second fixed electrodes are floated. It is in a state. In order to completely float the first and second fixed electrodes, the first and second support portions including the first and second fixed electrodes are such that the end portion on the movable portion side protrudes partially on the recessed portion. Yes.
このような容量式物理量センサでは、可動電極と第1固定電極との間の検出容量と、第1固定部と支持基板との間の寄生容量とからなる第1容量が構成される。同様に、可動電極と第2固定電極との間の検出容量と、第2固定部と支持基板との間の寄生容量からなる第2容量が構成される。そして、第1容量と第2容量との差に基づいて物理量の検出が行われる。 In such a capacitance-type physical quantity sensor, a first capacitance composed of a detection capacitance between the movable electrode and the first fixed electrode and a parasitic capacitance between the first fixed portion and the support substrate is configured. Similarly, a detection capacitor between the movable electrode and the second fixed electrode and a second capacitor composed of a parasitic capacitance between the second fixed portion and the support substrate are configured. Then, the physical quantity is detected based on the difference between the first capacity and the second capacity.
なお、寄生容量の大きさは、第1、第2固定部のうち絶縁膜を介して支持基板と接合されている部分の面積に比例する。このため、第1、第2容量の差を演算した際に各寄生容量がキャンセルされるように、第1、第2固定部のうち支持基板と接合される部分の面積が等しくされている。 The size of the parasitic capacitance is proportional to the area of the portion of the first and second fixed portions that is joined to the support substrate via the insulating film. For this reason, the areas of the first and second fixed portions joined to the support substrate are made equal so that the parasitic capacitances are canceled when the difference between the first and second capacitances is calculated.
上記容量式物理量センサは、例えば、次のように製造される。すなわち、支持基板上に絶縁膜を形成し、支持基板および絶縁膜に窪み部を形成する。その後、絶縁膜にシリコン基板等で構成される半導体層を接合する。そして、半導体層にマスクを形成すると共に当該マスクをパターニングする。続いて、反応性イオンエッチング(RIE)等を行って可動電極および第1、第2固定電極を形成することにより、上記容量式物理量センサが製造される。 The capacitive physical quantity sensor is manufactured as follows, for example. That is, an insulating film is formed on the support substrate, and a depression is formed in the support substrate and the insulating film. Thereafter, a semiconductor layer formed of a silicon substrate or the like is bonded to the insulating film. Then, a mask is formed on the semiconductor layer and the mask is patterned. Subsequently, reactive ion etching (RIE) or the like is performed to form the movable electrode and the first and second fixed electrodes, whereby the capacitive physical quantity sensor is manufactured.
しかしながら、上記容量式物理量センサでは、可動部および第1、第2固定部を形成する際、マスクのパターニング時に位置ずれ等が発生し、可動部および第1、第2固定部が全体的に形成予定領域に対してずれてしまうことがある。例えば、第1固定部、可動部、第2固定部の配列方向において、全体的に第1固定部側に第1固定部、可動部、第2固定部がずれた場合には、第1支持部のうち可動部側の端部が窪み部上に突出する部分は小さくなる。これに対し、第2支持部のうち可動部側の端部が窪み部上に突出する部分は大きくなる。 However, in the capacitive physical quantity sensor, when the movable portion and the first and second fixed portions are formed, a positional deviation or the like occurs during mask patterning, and the movable portion and the first and second fixed portions are formed as a whole. There is a case where it deviates from the planned area. For example, in the arrangement direction of the first fixed part, the movable part, and the second fixed part, when the first fixed part, the movable part, and the second fixed part are shifted to the first fixed part side as a whole, the first support is provided. Of the portion, the portion where the end portion on the movable portion side protrudes on the recessed portion becomes smaller. On the other hand, the portion of the second support portion where the end portion on the movable portion side protrudes on the hollow portion is large.
すなわち、第1固定部(第1支持部)のうち絶縁膜を介して支持基板と接合されている面積は大きくなり、第2固定部(第2支持部)のうち絶縁膜を介して支持基板と接合されている面積は小さくなる。つまり、第1固定部と支持基板との間に形成される寄生容量は大きくなり、第2固定部と支持基板との間に形成される寄生容量は小さくなる。このため、第1容量と第2容量との容量差を演算する際に各寄生容量をキャンセルすることができず、検出誤差が生じる。 That is, the area of the first fixed part (first support part) bonded to the support substrate via the insulating film becomes large, and the support substrate via the insulating film of the second fixed part (second support part). The area joined with becomes smaller. That is, the parasitic capacitance formed between the first fixed portion and the support substrate is increased, and the parasitic capacitance formed between the second fixed portion and the support substrate is decreased. For this reason, when calculating the capacitance difference between the first capacitor and the second capacitor, each parasitic capacitor cannot be canceled, and a detection error occurs.
なお、このような問題は、可動電極および第1、第2固定電極に異物が付着することを抑制するために、可動電極および第1、第2固定電極を覆うようにキャップ部が備えられた容量式物理量センサにおいても同様に発生する。すなわち、このような容量式物理量センサでは、キャップ部は半導体基板に絶縁膜が形成されて構成されており、絶縁膜を介して半導体基板が半導体層に接合されている。そして、半導体基板および絶縁膜のうち可動電極および第1、第2固定電極と対向する部分を含む部分に窪み部が形成されている。また、第1、第2支持部と半導体基板との間でそれぞれ寄生容量が形成される。このため、半導体基板(キャップ部)と半導体層とを接合する際、アライメントずれ等によって位置ずれが発生すると、第1、第2固定部のうち半導体基板(キャップ部)と接合される部分の面積が異なり、互いの寄生容量が異なる。 In order to prevent such a problem from adhering foreign matter to the movable electrode and the first and second fixed electrodes, a cap portion is provided to cover the movable electrode and the first and second fixed electrodes. This also occurs in the capacitive physical quantity sensor. That is, in such a capacitive physical quantity sensor, the cap part is configured by forming an insulating film on a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is bonded to the semiconductor layer via the insulating film. And the hollow part is formed in the part including the part which opposes a movable electrode and a 1st, 2nd fixed electrode among a semiconductor substrate and an insulating film. In addition, parasitic capacitance is formed between the first and second support portions and the semiconductor substrate. For this reason, when the semiconductor substrate (cap portion) and the semiconductor layer are bonded to each other due to misalignment due to misalignment or the like, the area of the portion of the first and second fixing portions to be bonded to the semiconductor substrate (cap portion). Are different from each other in parasitic capacitance.
本発明は上記点に鑑みて、検出誤差を抑制できる容量式物理量センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a capacitive physical quantity sensor capable of suppressing detection errors and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するため、請求項1および3に記載の発明では、所定方向に変位可能とされた複数の可動電極(24)を有する可動部(20)と、可動電極と対向する第1固定電極(31)が備えられる第1支持部(32)を有する第1固定部(30)と、可動電極と対向する第2固定電極(41)が備えられる第2支持部(42)を有し、第2支持部が可動部を挟んで第1支持部と反対側に配置された第2固定部(40)と、が形成された第1基板(13、14)と、絶縁膜(12、52)を介して第1基板と接合される第2基板(11、51)と、を備え、絶縁膜および第2基板のうち少なくとも絶縁膜における可動電極および第1、第2固定電極と対向する部分に窪み部(17、54)が形成され、第1支持部が絶縁膜を介して第2基板と接合されている面積と、第2支持部が絶縁膜を介して第2基板と接合されている面積とが等しくされ、可動電極と第1固定電極との間の容量と、可動電極と第2固定電極との間の容量との差に基づいて物理量を検出する。 In order to achieve the above object, in the first and third aspects of the invention, the movable portion (20) having a plurality of movable electrodes (24) displaceable in a predetermined direction, and the first fixed facing the movable electrodes. A first fixed part (30) having a first support part (32) provided with an electrode (31); and a second support part (42) provided with a second fixed electrode (41) facing the movable electrode. A first substrate (13, 14) formed with a second fixed part (40) on which the second support part is disposed on the opposite side of the first support part across the movable part, and an insulating film (12, 52) and a second substrate (11, 51) bonded to the first substrate through the insulating film and the second substrate, at least facing the movable electrode and the first and second fixed electrodes in the insulating film. Recesses (17, 54) are formed in the part, and the first support part is connected to the second group via the insulating film. And the area where the second support portion is bonded to the second substrate via the insulating film, the capacitance between the movable electrode and the first fixed electrode, the movable electrode and the first The physical quantity is detected based on the difference between the capacitance between the two fixed electrodes.
そして、請求項1に記載の発明では、第2基板には、第1支持部における可動部側と反対側の端部と対向する部分に第1溝部(18a、55a)が形成され、第2支持部における可動部側と反対側の端部と対向する部分に第2溝部(18b、55b)が形成されており、第1支持部は、第1固定電極が備えられる第1連結部(32a)と、第1連結部を外部回路と電気的にするための第1接続部(32b)とを有し、第1連結部における可動部側の端部が窪み部上に突出すると共に第1連結部における可動部側と反対側の端部が第1溝部上に突出し、第1接続部における可動部側の端部が窪み部上に突出していないと共に第1接続部における可動部と反対側の端部が第1溝部上に突出しておらず、第1接続部における第2基板と対向する全面が絶縁膜を介して第2基板と接合され、第2支持部は、第2固定電極が備えられる第2連結部(42a)と、第2連結部を外部回路と電気的にするための第2接続部(42b)とを有し、第2連結部における可動部側の端部が窪み部上に突出すると共に第2連結部における可動部側と反対側の端部が第2溝部上に突出し、第2接続部における可動部側の端部が窪み部上に突出していないと共に第2接続部における可動部側と反対側の端部が第2溝部上に突出しておらず、第2接続部における第2基板と対向する全面が絶縁膜を介して第2基板と接合されていることを特徴としている。
また、請求項3に記載の発明では、第2基板には、第1支持部における可動部側と反対側の端部と対向する部分に第1溝部(18a、55a)が形成され、第2支持部における可動部側と反対側の端部と対向する部分に第2溝部(18b、55b)が形成されており、さらに、第1支持部と対向する部分に少なくとも1つの第1凹部(19a)が形成され、第2支持部と対向する部分に少なくとも1つの第2凹部(19b)が形成されており、第1支持部は、可動部側の端部の一部が窪み部上に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第1溝部上に突出し、第2支持部は、可動部側の端部の一部が窪み部上に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第2溝部上に突出していることを特徴としている。
In the first aspect of the invention, the second substrate is formed with the first groove portions (18a, 55a) in a portion facing the end portion of the first support portion opposite to the movable portion side, and the second substrate. A second groove portion (18b, 55b) is formed in a portion of the support portion that faces the end opposite to the movable portion side, and the first support portion includes a first connection portion (32a) provided with a first fixed electrode. ) And a first connection portion (32b) for electrically connecting the first connection portion to an external circuit, and the end portion on the movable portion side of the first connection portion protrudes above the recess portion and is first. The end of the connecting part opposite to the movable part protrudes on the first groove part, and the end of the first connecting part on the movable part side does not protrude on the recessed part and is opposite to the movable part of the first connecting part. The end portion of the first connection portion does not protrude above the first groove portion and faces the second substrate at the first connection portion. It is bonded to the second substrate via an insulating film, the second support portion, a second for the second connecting portion to which the second fixed electrode provided (42a), the second connecting portion to an external circuit electrically and a connecting portion (42b), the ends of the movable portion side opposite the second coupling part with protruding movable portion side of the end recess on the second connecting portion protrudes in the second upper groove The end of the second connecting portion on the movable portion side does not protrude above the hollow portion, and the end of the second connecting portion opposite to the movable portion side does not protrude above the second groove portion. The entire surface facing the second substrate is bonded to the second substrate through an insulating film .
In the invention according to claim 3, the second substrate is formed with the first groove portions (18a, 55a) in a portion facing the end portion of the first support portion opposite to the movable portion side, and the second substrate. A second groove (18b, 55b) is formed in a portion of the support portion facing the end opposite to the movable portion side, and at least one first recess (19a) is formed in a portion facing the first support portion. ) And at least one second concave portion (19b) is formed in a portion facing the second support portion, and a part of the end portion on the movable portion side of the first support portion protrudes on the recessed portion. At the same time, a part of the end on the opposite side to the movable part side protrudes on the first groove part, and a part of the end part on the movable part side projects on the recessed part and the second support part is opposite to the movable part side. A part of the end portion on the side protrudes on the second groove portion.
これによれば、第1支持部と第2基板との間に形成される寄生容量と、第2支持部と第2基板との間に形成される寄生容量が等しくなるため、検出誤差を抑制できる。 According to this, since the parasitic capacitance formed between the first support portion and the second substrate is equal to the parasitic capacitance formed between the second support portion and the second substrate, the detection error is suppressed. it can.
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の容量式物理量センサの製造方法であり、第1基板(13)として半導体層を用意し、第2基板(11)として支持基板を用意する工程と、第2基板に窪み部を形成する工程と、第2基板に第1、第2溝部を形成する工程と、窪み部を形成する工程および第1、第2溝部を形成する工程の後、第2基板の表面に絶縁膜(12)を介して第1基板を接合することにより、SOI基板を形成する工程と、SOI基板を形成する工程の後、第1基板に可動部および第1、第2固定部を形成する工程と、を行い、可動部および第1、第2固定部を形成する工程では、第1支持部における可動部側の端部の一部が窪み部上に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第1溝部上に突出するように第1固定部を形成し、かつ、第2支持部における可動部側の端部の一部が窪み部上に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第2溝部上に突出するように第2固部を形成することにより、第1支持部のうち絶縁膜を介して第2基板と接合されている部分の面積と、第2支持部のうち絶縁膜を介して第2基板と接合されている部分の面積とを等しくすることを特徴としている。 A sixth aspect of the present invention is a method of manufacturing a capacitive physical quantity sensor according to any one of the first to fifth aspects, wherein a semiconductor layer is prepared as a first substrate (13), and a second substrate (11 ) Preparing a support substrate, forming a recess in the second substrate, forming the first and second grooves in the second substrate, forming the recess, and the first and second After the step of forming the groove portion, the first substrate is bonded to the surface of the second substrate via the insulating film (12) to form the SOI substrate, and after the step of forming the SOI substrate, the first substrate And forming the movable portion and the first and second fixed portions on the substrate. In the step of forming the movable portion and the first and second fixed portions, one end of the first support portion on the movable portion side is formed. Part protrudes above the recess and part of the end opposite to the movable part is above the first groove. The first fixed part is formed so as to protrude, and a part of the end part on the movable part side in the second support part protrudes on the recessed part and a part of the end part on the opposite side to the movable part side is the first part. By forming the second solid portion so as to protrude on the two groove portions, the area of the portion of the first support portion joined to the second substrate via the insulating film, and the insulating film of the second support portion The area of the portion bonded to the second substrate via the same is made equal.
また、請求項7に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の容量式物理量センサの製造方法であり、第1基板(14)として支持基板(11)上に絶縁膜(12)を介して半導体層(13)が形成されたSOI基板を用意し、第2基板(51)として半導体基板を用意する工程と、第1基板に可動部および第1、第2固定部を形成する工程と、第2基板に絶縁膜を形成する工程と、第2基板および絶縁膜のうち少なくとも絶縁膜に窪み部を形成する工程と、第2基板に第1、第2溝部を形成する工程と、第1基板に絶縁膜(52)を介して第2基板を接合する工程と、を行い、接合する工程では、第1支持部における可動部側の端部の一部が窪み部上に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第1溝部上に突出し、かつ、第2支持部における可動部側の端部の一部が窪み部上に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第2溝部上に突出するように第1、第2基板を接合することにより、第1支持部のうち絶縁膜を介して第2基板と接合されている部分の面積と、第2支持部のうち絶縁膜を介して第2基板と接合されている部分の面積とを等しくすることを特徴としている。
The invention described in Claim 7 is the method of manufacturing a capacitance type physical quantity sensor according to any one of
これら請求項6および7に記載の発明によれば、第1支持部における可動部側の端部の一部が窪み部上に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第1溝部上に突出し、かつ、第2支持部における可動部側の端部の一部が窪み部上に突出すると共に可動部側と反対側の端部の一部が第2溝部上に突出するようにしている。このため、位置ずれが発生しても、第1、第2支持部が絶縁膜を介して第2基板と接合されている部分の面積は変化せず、寄生容量も変化しない。このため、検出精度が低下することを抑制できる。 According to the inventions described in claims 6 and 7 , a part of the end portion on the movable portion side of the first support portion protrudes on the recessed portion, and a portion of the end portion on the opposite side to the movable portion side is the first portion. A part of the end on the movable part side of the second support part protrudes on the recessed part and a part of the end on the opposite side to the movable part side protrudes on the second groove part. I am doing so. For this reason, even if a positional shift occurs, the area of the portion where the first and second support portions are joined to the second substrate via the insulating film does not change, and the parasitic capacitance does not change. For this reason, it can suppress that detection accuracy falls.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、容量式物理量センサとして、加速度を検出するセンシング部が形成された加速度センサを例に挙げて説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example of an acceleration sensor having a sensing unit that detects acceleration will be described as an example of a capacitive physical quantity sensor.
図1および図2に示されるように、本実施形態の加速度センサは、支持基板11と、支持基板11上に配置された絶縁膜12と、絶縁膜12を挟んで支持基板11と反対側に配置された半導体層13とを有するSOI基板14を用いて構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the acceleration sensor according to the present embodiment includes a
なお、支持基板11および半導体層13はシリコン基板等であり、絶縁膜12はSiO2等である。また、本実施形態では、半導体層13が本発明の第1基板に相当し、支持基板11が第2基板に相当している。
The
SOI基板14には、周知のマイクロマシン加工が施されてセンシング部15が形成されている。具体的には、半導体層13には、溝部16が形成されることによって櫛歯形状の梁構造体を有する可動部20および第1、第2固定部30、40が形成されており、この梁構造体によって加速度に応じたセンサ信号を出力するセンシング部15が形成されている。
The
そして、支持基板11および絶縁膜12のうち梁構造体の形成領域に対応した部分は除去されて窪み部17が形成されている。窪み部17は、後述する可動電極24および第1、第2固定電極31、41が支持基板11および絶縁膜12に接触することを防止するためのものである。
And the part corresponding to the formation area of a beam structure among the
可動部20は、窪み部17上を横断するように配置されており、矩形状の錘部21における長手方向の両端が梁部22を介してアンカー部23a、23bに一体に連結した構成とされている。アンカー部23a、23bは、窪み部17の開口縁部で絶縁膜12を介して支持基板11に支持されている。これにより、錘部21および梁部22は、窪み部17に臨んだ状態となっている。
The
ここで、図1および図2中のx軸、y軸、z軸の各方向について説明する。図1および図2中では、x軸方向は錘部21の長手方向(図1中紙面上下方向)である。y軸方向はSOI基板14の面内においてx軸と直交する方向(図1中紙面左右方向)である。z軸方向は、SOI基板14の平面方向と直交する方向(図1中紙面奥行き方向)である。 Here, each direction of the x-axis, the y-axis, and the z-axis in FIGS. 1 and 2 will be described. 1 and 2, the x-axis direction is the longitudinal direction of the weight portion 21 (up and down direction on the paper surface in FIG. 1). The y-axis direction is a direction perpendicular to the x-axis in the plane of the SOI substrate 14 (the left-right direction in FIG. 1). The z-axis direction is a direction orthogonal to the planar direction of the SOI substrate 14 (the depth direction on the paper surface in FIG. 1).
梁部22は、平行な2本の梁がその両端で連結された矩形枠状とされており、2本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有している。具体的には、梁部22は、x軸方向の成分を含む加速度を受けたとき、錘部21をx軸方向へ変位させると共に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるようになっている。したがって、このような梁部22を介して支持基板11に連結された錘部21は、加速度の印加に応じて、窪み部17上にて梁部22の変位方向(x軸方向)へ変位可能となっている。
The
また、可動部20は、錘部21の長手方向と直交した方向(y軸方向)に、錘部21の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の可動電極24を備えている。図1では、可動電極24は、錘部21の左側および右側に各々4個ずつ突出して形成されており、窪み部17に臨んだ状態となっている。また、各可動電極24は、錘部21および梁部22と一体的に形成されており、梁部22が変位することによって錘部21と共にx軸方向に変位可能となっている。
Further, the
第1、第2固定部30、40は、窪み部17の開口縁部のうち、アンカー部23a、23bが支持されている部分以外にて、絶縁膜12を介して支持基板11に支持されている。すなわち、第1、第2固定部30、40は、可動部20を挟むように配置されている。図1では、第1固定部30が可動部20に対して紙面左側に配置され、第2固定部40が可動部20に対して紙面右側に配置されている。そして、第1、第2固定部30、40は互いに電気的に独立している。
The first and
また、第1、第2固定部30、40は、可動電極24の側面と所定の検出間隔を有するように平行した状態で対向配置された複数個の第1、第2固定電極31、41と、絶縁膜12を介して支持基板11に支持された第1、第2支持部32、42とを有している。
In addition, the first and second
第1、第2固定電極31、41は、図1では4個ずつ形成されており、可動電極24における櫛歯の隙間にかみ合うように櫛歯状に配列されている。そして、各支持部32、42に片持ち状に支持されることにより、窪み部17に臨んだ状態となっている。
Four first and second
第1支持部32は、第1固定電極31が備えられる第1連結部32aと、第1連結部32aを外部回路と電気的にするための第1接続部32bとを有している。また、第2支持部42は、第2固定電極41が備えられる第2連結部42aと、第2連結部42aを外部回路と電気的にするための第2接続部42bとを有している。
The
第1、第2連結部32a、42aは、本実施形態では、長辺が錘部21の長手方向(x軸方向)と平行となる平面矩形状とされており、それぞれ可動部20側の端部に第1、第2固定電極31、41を備えている。そして、第1、第2連結部32a、42aのうち可動部20側の端部は、それぞれ窪み部17上に突出している。
In the present embodiment, the first and second connecting
第1、第2接続部32b、42bは、それぞれ第1、第2連結部32a、42aと接続され、第1、第2接続部32b、42bの所定箇所がボンディングワイヤ(図示せず)等を介して外部回路と電気的に接続されている。
The first and
なお、可動部20は、アンカー部23bがボンディングワイヤ(図示せず)等を介して外部回路と電気的に接続されている。同様に、溝部16を隔てて可動部20、第1、第2固定部30、40の周囲に位置する周辺部60もボンディングワイヤ(図示せず)等を介して外部回路と電気的に接続されている。
The
また、支持基板11および絶縁膜12には、第1連結部32aのうち可動部20側と反対側の端部と対向する部分に第1溝部18aが形成されている。同様に、支持基板11および絶縁膜12には、第2連結部42aのうち可動部20側と反対側の端部と対向する部分に第2溝部18bが形成されている。
Further, in the
具体的には、第1、第2溝部18a、18bは、第1、第2連結部32a、42aと窪み部17における開口部との境界に沿った方向(x軸方向)に延設されている。
Specifically, the first and
そして、第1、第2連結部32a、42aは、それぞれ可動部20側と反対側の端部が第1、第2溝部18a、18b上に突出している。詳述すると、第1連結部32aは、第1連結部32a(第1支持部32)と第1溝部18aにおける開口部との境界の方向と長さが、第1連結部32a(第1支持部32)と窪み部17における開口部との境界の方向と長さが等しくなるように、第1溝部18a上に突出している。同様に、第2連結部42aは、第2連結部42a(第2支持部42)と第2溝部18bにおける開口部との境界の方向と長さが、第2連結部42a(第2支持部42)と窪み部17における開口部との境界の方向と長さが等しくなるように、第2溝部18b上に突出している。
And as for the 1st,
なお、境界の方向と長さが等しいとは、完全に一致する場合に加えて、製造誤差等によって生じる若干の誤算を含むものである。 Note that “the length of the boundary is equal to the length” includes a slight miscalculation caused by a manufacturing error or the like in addition to the case where the lengths are completely coincident.
そして、第1、第2連結部32a、42aおよび第1、第2接続部32b、42bからなる第1、第2支持部32、42は、絶縁膜12を介して支持基板11と接合されている部分の面積(対向する部分の面積)が互いに等しくされている。すなわち、第1支持部32と支持基板11との間に形成される寄生容量と、第2支持部42と支持基板11との間に形成される寄生容量とが等しくされている。
The first and
なお、面積が等しいとは、完全に一致する場合に加えて、製造誤差等によって生じる若干の誤差を含むものである。 Note that “the areas are equal” includes a slight error caused by a manufacturing error or the like in addition to the case where they completely coincide.
すなわち、本実施形態の容量式物理量センサでは、可動電極24と第1固定電極31との間に形成される検出容量と、第1支持部32と支持基板11との間に形成される寄生容量とからなる第1容量が構成されている。同様に、可動電極24と第2固定電極41との間に形成される検出容量と、第2支持部42と支持基板11との間に形成される寄生容量とからなる第2容量が構成されている。そして、x軸方向に加速度が印加されると、梁部22のバネ機能によってアンカー部23a、23bを除く可動部20全体が一体的にx軸方向へ変位し、可動電極24の変位に応じて検出容量が変化するようになっている。
That is, in the capacitive physical quantity sensor according to the present embodiment, the detection capacitance formed between the
以上が本実施形態における容量式物理量センサの構成である。このような容量式物理量センサでは、第1容量と第2容量との容量差に基づいて加速度が検出される。このとき、第1容量に含まれる寄生容量と、第2容量に含まれる寄生容量は、上記のように等しくされている。このため、第1容量と第2容量との容量差を演算したときに互いの寄生容量がキャンセルされ、検出誤差を抑制できる。 The above is the configuration of the capacitive physical quantity sensor in the present embodiment. In such a capacitive physical quantity sensor, acceleration is detected based on a difference in capacitance between the first capacitor and the second capacitor. At this time, the parasitic capacitance included in the first capacitor and the parasitic capacitance included in the second capacitor are equalized as described above. For this reason, when the capacitance difference between the first capacitor and the second capacitor is calculated, the mutual parasitic capacitance is canceled, and the detection error can be suppressed.
次に、上記容量式物理量センサの製造方法について図3を参照しつつ説明する。 Next, a manufacturing method of the capacitive physical quantity sensor will be described with reference to FIG.
まず、図3(a)に示されるように、支持基板11上に絶縁膜12を形成する。次に、図3(b)に示されるように、絶縁膜12上にレジストや酸化膜等のマスク(図示せず)を形成し、窪み部17、第1、第2溝部18a、18bの形成予定領域が開口するように当該マスクをパターニングする。続いて、例えば、RIE等によって絶縁膜12および支持基板11をエッチングして窪み部17および第1、第2溝部18a、18bを形成する。
First, as shown in FIG. 3A, the insulating
続いて、図3(c)に示されるように、絶縁膜12と半導体層13とを接合してSOI基板14を形成する。絶縁膜12と半導体層13との接合は、特に限定されるものではないが、例えば、次のように行うことができる。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the insulating
まず、絶縁膜12の表面(接合面)および半導体層13の表面(接合面)にN2プラズマ、O2プラズマ、またはArイオンビームを照射し、絶縁膜12および半導体層13の各表面(接合面)を活性化させる。
First, the surface (bonding surface) of the insulating
次に、適宜形成されたアライメントマークを用いて赤外顕微鏡等によりアライメントを行い、室温〜550℃の低温で絶縁膜12および半導体層13をいわゆる直接接合により接合する。
Next, alignment is performed by an infrared microscope or the like using an appropriately formed alignment mark, and the insulating
なお、ここでは直接接合を例に挙げて説明したが、絶縁膜12と半導体層13とは、陽極接合や中間層接合等の接合技術によって接合されてもよい。また、接合後に、高温アニール等の接合品質を向上させる処理を行ってもよい。さらに、接合後に、半導体層13を研削研磨によって所望の厚さに加工してもよい。
Although the direct bonding is described as an example here, the insulating
その後、図3(d)に示されるように、半導体層13上にレジストや酸化膜等のマスク(図示せず)を形成し、溝部16の形成予定領域が開口するように当該マスクをパターニングする。続いて、例えば、RIE等によって半導体層13をエッチングして溝部16を形成する。これにより、可動部20および第1、第2固定部30、40が形成されて上記容量式物理量センサが製造される。
Thereafter, as shown in FIG. 3D, a mask (not shown) such as a resist or an oxide film is formed on the
なお、第1固定部30を形成する際には、第1連結部32aのうち可動部20側の端部が窪み部17上に突出すると共に、可動部20側と反対側の端部が第1溝部18a上に突出するように第1固定部30を形成する。同様に、第2固定部40を形成する際には、第2連結部42aのうち可動部20側の端部が窪み部17上に突出すると共に、可動部20側と反対側の端部が第2溝部18b上に突出するように第2固定部40を形成する。
When forming the first fixed
このとき、例えば、マスクをパターニングする際に数μm程度の位置ずれが発生し、可動部20および第1、第2固定部30、40が全体的に第1固定部30側(y軸方向)に位置ずれすることがある。この場合、図4(b)に示されるように、第1連結部32aのうち窪み部17上に突出する部分の長さaが短くなり、第1溝部18aに突出する部分の長さbが長くなる。
At this time, for example, a positional shift of about several μm occurs when patterning the mask, and the
しかしながら、第1連結部32aのうち窪み部17および第1溝部18aに突出する部分の長さの和は、位置ずれが発生しなかった場合(図4(a))と位置ずれが発生した場合(図4(b))とで等しい。つまり、第1連結部32aのうち絶縁膜12を介して支持基板11と接合されている部分の面積(支持基板11と対向する部分の面積)は変化せず、第1連結部32aと支持基板11との間に形成される寄生容量も変化しない。同様に、特に図示しないが、位置ずれが発生したとしても、第2連結部42aのうち窪み部17および第2溝部18bに突出する部分の長さの和は変化せず、第2連結部42aと支持基板11との間に形成される寄生容量は変化しない。すなわち、第1、第2溝部18a、18bのy軸方向の長さ(幅)を製造上起こりうる位置ずれ量より予め大きく設けておくことにより、上記のように位置ずれが発生したとしても、寄生容量が変化することを抑制できる。
However, the sum of the lengths of the first connecting
このため、上記のように容量式物理量センサを製造することにより、位置ずれが発生したとしても、寄生容量が変化しない容量式物理量センサとすることができる。 For this reason, by manufacturing the capacitive physical quantity sensor as described above, it is possible to provide a capacitive physical quantity sensor in which the parasitic capacitance does not change even if a positional deviation occurs.
以上説明したように、本実施形態の容量式物理量センサでは、第1、第2溝部18a、18bが形成されており、第1、第2支持部32、42は、それぞれ一部が窪み部17および第1、第2溝部18a、18b上に突出している。そして、絶縁膜12を介して支持基板11と接合されている部分の面積(対向する部分の面積)が互いに等しくされている。このため、第1、第2支持部32、42と支持基板11との間に形成される寄生容量が等しくなり、検出誤差を抑制できる。
As described above, in the capacitive physical quantity sensor of the present embodiment, the first and
また、容量式物理量センサを製造する際には、第1溝部18aを形成し、第1連結部32のうち可動部20側の端部が窪み部17上に突出すると共に、可動部20側と反対側の端部が第1溝部18a上に突出するように第1固定部30を形成している。そして、第2溝部18bを形成し、第2連結部42aのうち可動部20側の端部が窪み部17上に突出すると共に、可動部20側と反対側の端部が第2溝部18b上に突出するように第2固定部40を形成している。
Further, when manufacturing the capacitive physical quantity sensor, the
このため、可動部20および第1、第2固定部30、40を形成する際、可動部20および第1、第2固定部30、40が全体的にy軸方向に位置ずれしたとしても、第1、第2支持部32、42のうち絶縁膜12を介して支持基板11と接合されている部分の面積(支持基板11と対向する部分の面積)は変化しない。すなわち、第1、第2支持部32、42と支持基板11との間に形成される寄生容量は変化しない。したがって、位置ずれが発生したとしても、寄生容量が変化せず、検出誤差を抑制できる容量式物理量センサを製造できる。
For this reason, even when the
なお、上記では、y軸方向の位置ずれを例に挙げて説明したが、製造上発生しうるx軸方向およびz軸周りの回転方向の位置ずれが発生したとしても、本実施形態によれば、寄生容量が変化せず、検出誤差を抑制できる容量式物理量センサを製造できる。 In the above description, the positional deviation in the y-axis direction has been described as an example. However, even if a positional deviation in the rotational direction around the x-axis direction and the z-axis that may occur in manufacturing occurs, according to the present embodiment. Thus, it is possible to manufacture a capacitive physical quantity sensor that can suppress the detection error without changing the parasitic capacitance.
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して半導体層13にキャップ部を接合したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a cap portion is bonded to the
図5および図6に示されるように、本実施形態では、センシング部15に水や異物等が付着することを抑制するために、半導体層13にセンシング部15を気密封止するようにキャップ部50が備えられている。なお、図5におけるSOI基板14は、図1中のII−II線に相当する断面図であり、キャップ部50はII−II線に相当する部分の断面図である。また、図6におけるSOI基板14は、図1中のVI−VI線に相当する断面図であり、キャップ部50はVI−VI線に相当する部分の断面図である。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the present embodiment, in order to prevent water or foreign matter from adhering to the
キャップ部50は、半導体基板51の一面51aに絶縁膜52が形成されていると共に他面51bに絶縁膜53が形成されて構成されており、絶縁膜52が半導体層13と接合されている。そして、半導体基板51および絶縁膜52のうち可動電極24および第1、第2固定電極31、41と対向する部分に窪み部54が形成されている。この窪み部54は、窪み部17と同様に、可動電極24および第1、第2固定電極31、41が半導体基板51および絶縁膜52と接触することを防止するものである。
The
なお、本実施形態では、半導体層13が第1基板に相当し、支持基板11および半導体基板51が第2基板に相当する。すなわち、本実施形態の容量式物理量センサは、2つの第2基板の間に第1基板が配置されたものといえる。
In the present embodiment, the
また、半導体基板51および絶縁膜52には、第1連結部32aのうち可動部20側と反対側の端部と対向する部分に第1溝部55aが形成されており、第2連結部42aのうち可動部20側と反対側の端部と対向する部分に第2溝部55bが形成されている。
The
具体的には、第1、第2溝部55a、55bは、第1、第2連結部32a、42aと窪み部54における開口部との境界に沿った方向(x軸方向)に延設されている。
Specifically, the first and
また、第1、第2連結部32a、42aは、可動部20側と反対側の端部が第1、第2溝部55a、55b上に突出している。詳述すると、第1連結部32aは、第1連結部32a(第1支持部32)と第1溝部55aにおける開口部との境界の方向と長さが、第1連結部32a(第1支持部32)と窪み部54における開口部との境界の方向と長さが等しくなるように、第1溝部55a上に突出している。同様に、第2連結部42aは、第2連結部42a(第2支持部42)と第2溝部55bにおける開口部との境界の方向と長さが、第2連結部42a(第2支持部42)と窪み部54における開口部との境界の方向と長さが等しくなるように、第2溝部55b上に突出している。
Further, the first and second connecting
そして、第1、第2連結部32a、42aは、絶縁膜52を介して半導体基板51と接合されている部分の面積(対向する部分の面積)が互いに等しくされている。すなわち、第1連結部32aと半導体基板51との間に形成される寄生容量と、第2連結部42aと半導体基板51との間に形成される寄生容量とが等しくされている。
The first and second connecting
また、キャップ部50には、該キャップ部50をSOI基板14とキャップ部50との積層方向に貫通する4つの貫通電極部56が形成されている。具体的には、各貫通電極部56は、絶縁膜53、半導体基板51、絶縁膜52を貫通する孔部56aと、この孔部56aの壁面に形成された絶縁膜56bと、この絶縁膜56bの上に形成された貫通電極56cと、パッド56dとにより構成されている。
In addition, four through
そして、4つの貫通電極部56のうちの1つは、アンカー部23bに電気的に接続されている。また、4つの貫通電極部56のうちの2つは、第1、第2接続部32b、42bにそれぞれ電気的に接続されている。そして、4つの貫通電極部56のうちの1つは、周辺部60に電気的に接続されている。
One of the four through
なお、図6では、孔部56aが円錐状とされているものを図示しているが、孔部56aは円筒状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。また、絶縁膜56bとしては、例えば、TEOS等の絶縁材料が用いられ、貫通電極56cおよびパッド56dとしては、例えば、Al等が用いられる。
In FIG. 6, the
さらに、本実施形態では、半導体基板51と外部回路との電気的な接続が図れるように、電極57aおよびパッド57bが形成されている。詳述すると、電極57aは、絶縁膜53に形成されたコンタクトホール53aを介して半導体基板51と接続されるように形成されている。パッド57bは、絶縁膜53上に形成されている。
Furthermore, in this embodiment, the
そして、絶縁膜53、貫通電極56c、パッド56d、電極57a、パッド57b上には、保護膜58が形成されており、保護膜58にはパッド56d、57bを露出させるコンタクトホール58aが形成されている。これにより、パッド56d、57bと外部回路との電気的な接続が図れるようになっている。
A
以上が本実施形態における容量式物理量センサの構成である。次に、このような容量式物理量センサの製造方法について説明する。 The above is the configuration of the capacitive physical quantity sensor in the present embodiment. Next, a method for manufacturing such a capacitive physical quantity sensor will be described.
まず、図7(a)に示されるように、半導体基板51の一面51aに絶縁膜52を形成する。そして、図7(b)に示されるように、絶縁膜52上にレジストや酸化膜等のマスク(図示せず)を形成し、窪み部54および第1、第2溝部55a、55bの形成予定領域が開口するように当該マスクをパターニングする。続いて、例えば、RIE等によって絶縁膜52および半導体基板51をエッチングして窪み部54および第1、第2溝部55a、55bを形成する。
First, as shown in FIG. 7A, an insulating
そして、上記図3の工程を行ったものを用意し、図7(c)に示されるように、半導体層13と絶縁膜52とを接合する。
3 is prepared, and the
具体的には、第1連結部32aのうち可動部20側の端部が窪み部54上に突出すると共に、可動部20側と反対側の端部が第1溝部55a上に突出するように半導体層13と絶縁膜52とを接合する。また、第2連結部42aのうち可動部20側の端部が窪み部54上に突出すると共に、可動部20側と反対側の端部が第2溝部55b上に突出するように半導体層13と絶縁膜52とを接合する。
Specifically, the end portion on the
このとき、アライメントずれ等による位置ずれが発生し、可動部20および第1、第2固定部30、40が全体的にy軸方向に位置ずれすることがある。しかしながら、上記と同様に、第1、第2溝部55a、55bが形成されているため、第1連結部32aのうち窪み部54および第1溝部55aに突出する部分の長さの和は変化せず、第1連結部32aと支持基板11との間に形成される寄生容量は変化しない。同様に、第2連結部42aのうち窪み部17および第2溝部18bに突出する部分の長さの和は変化せず、第2連結部42aと支持基板11との間に形成される寄生容量は変化しない。
At this time, misalignment due to misalignment or the like occurs, and the
続いて、特に図示しないが、アンカー部23b、第1、第2接続部32b、42b、および周辺部60に対応する場所の半導体基板51、絶縁膜52をエッチングして除去することにより4つの孔部56aを形成する。その後、各孔部56aの壁面にTEOS等の絶縁膜56bを成膜する。このとき、半導体基板51の他面51bに形成された絶縁膜にて絶縁膜53が構成される。続いて、各孔部56aの底部に形成された絶縁膜56bを除去し、半導体層13を露出させる。また、同時に絶縁膜53の一部を除去して、半導体基板51の他面51bを部分的に露出させるコンタクトホール53aを形成する。
Subsequently, although not particularly shown, four holes are formed by etching and removing the
次に、スパッタ法や蒸着法等によりAlやAl−Si等の金属を孔部56aに形成して貫通電極56cを形成し、各貫通電極56cとアンカー部23b、第1、第2接続部32b、42b、および周辺部60とをそれぞれ電気的に接続する。このとき、電極57aも同時に形成する。そして、絶縁膜53上の金属をパターニングしてパッド56d、57bを形成する。
Next, a metal such as Al or Al-Si is formed in the
その後、CVD法等によって保護膜58を形成し、エッチング等によってコンタクトホール58aを形成することにより、本実施形態の容量式物理量センサが製造される。
Thereafter, the
以上説明したように、本実施形態では、キャップ部50を備えており、センシング部15に水や異物等が付着することを抑制できる。また、半導体基板51に第1、第2溝部55a、55bを形成しているため、半導体層13と絶縁膜52とを接合する際、アライメントずれ等によって位置ずれが発生しとしても、第1支持部32と半導体基板51との間に形成される寄生容量および第2支持部42と半導体基板51との間に形成される寄生容量は変化しない。このため、検出誤差を抑制できる。
As described above, in the present embodiment, the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して支持基板11および絶縁膜12に第1、第2凹部を形成したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the first and second recesses are formed in the
図8および図9に示されるように、本実施形態では、支持基板11および絶縁膜12のうち第1連結部32aと対向する部分に2つの第1凹部19aが形成されている。また、支持基板11および絶縁膜12のうち第2連結部42aと対向する部分に、第1凹部19aと同じ大きさの2つの第2凹部19bが形成されている。
As shown in FIGS. 8 and 9, in the present embodiment, two
本実施形態では、第1凹部19aは窪み部17と第1溝部18aとを連通するように形成されており、第2凹部19bは、窪み部17と第2溝部18bとを連通するように形成されている。
In the present embodiment, the
このような容量式物理量センサでは、第1連結部32aと支持基板11との間に形成される寄生容量、および第2連結部42aと支持基板11との間に形成される寄生容量の大きさそのものを小さくできる。このため、もともとのSN比(信号雑音比)を高くすることができる。
In such a capacitive physical quantity sensor, the parasitic capacitance formed between the first connecting
なお、ここでは2つの第1凹部19aおよび第2凹部19bが形成されているものを説明したが、第1凹部19aおよび第2凹部19bは1つのみであってもよいし、さらに複数形成されていてもよい。
In addition, although what demonstrated the 2nd 1st recessed
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して第1、第2連結部32a、42aに第1、第2孔部を形成したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the first and second connecting
図10および図11に示されるように、本実施形態では、第1、第2連結部32a、42aには、それぞれ同じ大きさの第1、第2孔部71、72が2つずつ形成されている。具体的には、2つの第1孔部71は、第1連結部32aのうち、窪み部17上に位置する部分から第1溝部18a上に位置する部分に渡って形成されている。2つの第2孔部72は、第2連結部42aのうち、窪み部17上に位置する部分から第2溝部18b上に位置する部分に渡って形成されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, in the present embodiment, two first and
このような容量式物理量センサでは、上記第3実施形態と同様に、それぞれの寄生容量の大きさそのものを小さくできる。このため、もともとの信号雑音比(SN比)を高くすることができる。 In such a capacitive physical quantity sensor, as in the third embodiment, the size of each parasitic capacitance itself can be reduced. For this reason, the original signal-to-noise ratio (S / N ratio) can be increased.
なお、上記物理量センサは、溝部16を形成する際、窪み部17上に位置する部分から第1、第2溝部18a、18b上に位置する部分に渡る第1、第2孔部71、72を形成することにより製造される。
In addition, when the said physical quantity sensor forms the
なお、ここでは2つの第1孔部71および第2孔部72が形成されているものを説明したが、第1孔部71および第2孔部72は1つのみであってもよいし、さらに複数形成されていてもよい。
In addition, although what demonstrated the 2nd
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態に対して窪み部17および第1、第2溝部18a、18bの形状を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the shape of the recessed
図12に示されるように、本実施形態では、窪み部17および第1、第2溝部18a、18bは、絶縁膜12のみに形成されている。このような容量式物理量センサとしても、第1、第2溝部18a、18b、55a、55bがそれぞれ形成されているため、上記第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 12, in this embodiment, the
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態に対して窪み部54および第1、第2溝部55a、55bの形状を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the shape of the recessed
図13に示されるように、本実施形態では、窪み部54および第1、第2溝部55a、55bは絶縁膜52のみに形成されている。このような容量式物理量センサとしても、第1、第2溝部18a、18b、55a、55bがそれぞれ形成されているため、上記第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 13, in this embodiment, the recessed
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態に対して窪み部17、54および第1、第2溝部18a、18b、55a、55bの形状を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the shapes of the recessed
図12に示されるように、本実施形態では、窪み部17および第1、第2溝部18a、18bは、絶縁膜12のみに形成されている。また、窪み部54および第1、第2溝部55a、55bは絶縁膜52のみに形成されている。
As shown in FIG. 12, in this embodiment, the
このような容量式物理量センサとしても、第1、第2溝部18a、18b、55a、55bがそれぞれ形成されているため、上記第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
Even in such a capacitive physical quantity sensor, since the first and
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
すなわち、上記各実施形態では、容量式物理量センサとして、加速度を検出するセンシング部15が形成された加速度センサを例に挙げて説明したが、本発明は容量差を用いて物理量を検出するものに適用することができる。例えば、容量差に基づいて角速度を検出する角速度センサや圧力を検出する圧力センサに適用することができる。
That is, in each of the above-described embodiments, the acceleration sensor in which the
また、上記第2、第5〜第7実施形態に上記第3実施形態を組み合わせることもできる。すなわち、キャップ部50を備える容量式物理量センサにおいて、支持基板11および絶縁膜12に第1、第2凹部19a、19bを形成してもよい。この場合、特に図示しないが、第1、第2凹部19a、19bと対応する第1、第2凹部を半導体基板51および絶縁膜52に形成してもよい。そして、上記第2、第5〜第7実施形態に上記第4実施形態を組み合わせることもできる。すなわち、キャップ部50を備える容量式物理量センサにおいて、第1、第2連結部32a、42aに第1、第2孔部71、72を形成してもよい。さらに、上記第2〜第4実施形態を適宜組み合わせてもよい。
Moreover, the said 3rd Embodiment can also be combined with the said 2nd, 5th-7th embodiment. That is, in the capacitive physical quantity sensor including the
また、上記第2、第5〜第7実施形態において、窪み部17が絶縁膜12のみに形成され、第1、第2溝部18a、18bが形成されていなくてもよい。この場合、SOI基板14が本発明の第1基板に相当し、キャップ部50が本発明の第2基板に相当する。
In the second, fifth to seventh embodiments, the
11 支持基板
12 絶縁膜
13 半導体層
14 SOI基板
17、54 窪み部
18a、18b 第1、第2溝部
20 可動部
24 可動電極
30、40 第1、第2固定部
31、41 第1、第2固定電極
32、42 第1、第2支持部
32a、42a 第1、第2支持部
51 半導体基板
52 絶縁膜
55a、55b 第1、第2溝部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
絶縁膜(12、52)を介して前記第1基板と接合される第2基板(11、51)と、を備え、
前記絶縁膜および前記第2基板のうち少なくとも前記絶縁膜における前記可動電極および前記第1、第2固定電極と対向する部分に窪み部(17、54)が形成され、
前記第1支持部が前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合されている面積と、前記第2支持部が前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合されている面積とが等しくされ、
前記可動電極と前記第1固定電極との間の容量と、前記可動電極と前記第2固定電極との間の容量との差に基づいて物理量を検出する容量式物理量センサにおいて、
前記第2基板には、前記第1支持部における前記可動部側と反対側の端部と対向する部分に第1溝部(18a、55a)が形成され、前記第2支持部における前記可動部側と反対側の端部と対向する部分に第2溝部(18b、55b)が形成されており、
前記第1支持部は、前記第1固定電極が備えられる第1連結部(32a)と、前記第1連結部を外部回路と電気的にするための第1接続部(32b)とを有し、前記第1連結部における前記可動部側の端部が前記窪み部上に突出すると共に前記第1連結部における前記可動部側と反対側の端部が前記第1溝部上に突出し、前記第1接続部における前記可動部側の端部が前記窪み部上に突出していないと共に前記第1接続部における前記可動部と反対側の端部が前記第1溝部上に突出しておらず、前記第1接続部における前記第2基板と対向する全面が前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合され、
前記第2支持部は、前記第2固定電極が備えられる第2連結部(42a)と、前記第2連結部を外部回路と電気的にするための第2接続部(42b)とを有し、前記第2連結部における前記可動部側の端部が前記窪み部上に突出すると共に前記第2連結部における前記可動部側と反対側の端部が前記第2溝部上に突出し、前記第2接続部における前記可動部側の端部が前記窪み部上に突出していないと共に前記第2接続部における前記可動部側と反対側の端部が前記第2溝部上に突出しておらず、前記第2接続部における前記第2基板と対向する全面が前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合されていることを特徴とする容量式物理量センサ。 A movable part (20) having a plurality of movable electrodes (24) displaceable in a predetermined direction, and a first support part (32) provided with a first fixed electrode (31) facing the movable electrode. And a second support part (42) provided with a first fixed part (30) and a second fixed electrode (41) facing the movable electrode, the second support part sandwiching the movable part and the second support part (42). A first substrate (13, 14) formed with a second fixing portion (40) disposed on the opposite side of the one support portion;
A second substrate (11, 51) bonded to the first substrate via an insulating film (12, 52),
A depression (17, 54) is formed in a portion of the insulating film and the second substrate facing at least the movable electrode and the first and second fixed electrodes in the insulating film,
An area where the first support portion is bonded to the second substrate via the insulating film is equal to an area where the second support portion is bonded to the second substrate via the insulating film. ,
In a capacitive physical quantity sensor that detects a physical quantity based on a difference between a capacity between the movable electrode and the first fixed electrode and a capacity between the movable electrode and the second fixed electrode,
In the second substrate, first groove portions (18a, 55a) are formed in a portion of the first support portion that faces the end portion on the opposite side to the movable portion side, and the second support portion has the movable portion side. The second groove (18b, 55b) is formed in the portion facing the end opposite to the side,
The first support part includes a first connection part (32a) provided with the first fixed electrode, and a first connection part (32b) for electrically connecting the first connection part to an external circuit. the projecting opposite end portions of the first upper groove and the movable portion side of the first connecting portion with the end portion of the movable portion side of the first connecting portion protrudes on the recess portion, the first The end portion on the movable portion side in one connection portion does not protrude on the recess portion, and the end portion on the opposite side to the movable portion in the first connection portion does not protrude on the first groove portion, The entire surface of the connecting portion facing the second substrate is bonded to the second substrate via the insulating film,
The second support part includes a second connection part (42a) provided with the second fixed electrode, and a second connection part (42b) for electrically connecting the second connection part to an external circuit. The end of the second connecting part on the movable part side protrudes on the recessed part, and the end of the second connecting part on the side opposite to the movable part side protrudes on the second groove part . The end portion on the movable portion side in the two connection portions does not protrude on the recess portion, and the end portion on the opposite side to the movable portion side in the second connection portion does not protrude on the second groove portion, A capacitive physical quantity sensor, wherein an entire surface of the second connection portion facing the second substrate is bonded to the second substrate through the insulating film .
絶縁膜(12、52)を介して前記第1基板と接合される第2基板(11、51)と、を備え、
前記絶縁膜および前記第2基板のうち少なくとも前記絶縁膜における前記可動電極および前記第1、第2固定電極と対向する部分に窪み部(17、54)が形成され、
前記第1支持部が前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合されている面積と、前記第2支持部が前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合されている面積とが等しくされ、
前記可動電極と前記第1固定電極との間の容量と、前記可動電極と前記第2固定電極との間の容量との差に基づいて物理量を検出する容量式物理量センサにおいて、
前記第2基板には、前記第1支持部における前記可動部側と反対側の端部と対向する部分に第1溝部(18a、55a)が形成され、前記第2支持部における前記可動部側と反対側の端部と対向する部分に第2溝部(18b、55b)が形成されており、さらに、前記第1支持部と対向する部分に少なくとも1つの第1凹部(19a)が形成され、前記第2支持部と対向する部分に少なくとも1つの第2凹部(19b)が形成されており、
前記第1支持部は、前記可動部側の端部の一部が前記窪み部上に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第1溝部上に突出し、
前記第2支持部は、前記可動部側の端部の一部が前記窪み部上に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第2溝部上に突出していることを特徴とする容量式物理量センサ。 A movable part (20) having a plurality of movable electrodes (24) displaceable in a predetermined direction, and a first support part (32) provided with a first fixed electrode (31) facing the movable electrode. And a second support part (42) provided with a first fixed part (30) and a second fixed electrode (41) facing the movable electrode, the second support part sandwiching the movable part and the second support part (42). A first substrate (13, 14) formed with a second fixing portion (40) disposed on the opposite side of the one support portion;
A second substrate (11, 51) bonded to the first substrate via an insulating film (12, 52),
A depression (17, 54) is formed in a portion of the insulating film and the second substrate facing at least the movable electrode and the first and second fixed electrodes in the insulating film,
An area where the first support portion is bonded to the second substrate via the insulating film is equal to an area where the second support portion is bonded to the second substrate via the insulating film. ,
In a capacitive physical quantity sensor that detects a physical quantity based on a difference between a capacity between the movable electrode and the first fixed electrode and a capacity between the movable electrode and the second fixed electrode,
In the second substrate, first groove portions (18a, 55a) are formed in a portion of the first support portion that faces the end portion on the opposite side to the movable portion side, and the second support portion has the movable portion side A second groove (18b, 55b) is formed in a portion facing the end opposite to the first portion, and at least one first recess (19a) is formed in a portion facing the first support portion, At least one second recess (19b) is formed in a portion facing the second support portion,
In the first support part, a part of the end part on the movable part side protrudes on the recess part and a part of the end part on the opposite side to the movable part side protrudes on the first groove part,
In the second support part, a part of the end part on the movable part side protrudes on the recess part, and a part of the end part on the opposite side to the movable part side protrudes on the second groove part. Capacitive physical quantity sensor characterized by
前記第2溝部における開口部と前記第2支持部とが接する境界線の方向および長さが、前記窪み部における開口部と前記第2支持部とが接する境界線の方向および長さと等しくされていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の容量式物理量センサ。 The direction and length of the boundary line between the opening in the first groove and the first support are made equal to the direction and length of the boundary between the opening in the recess and the first support,
The direction and length of the boundary line between the opening in the second groove and the second support are made equal to the direction and length of the boundary between the opening in the recess and the second support. capacitive physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that there.
前記第2支持部には、前記窪み部上に位置する部分から前記第2溝部上に位置する部分に渡って除去された少なくとも1つの第2孔部(72)が形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の容量式物理量センサ。 The first support portion is formed with at least one first hole (71) removed from a portion located on the recess portion to a portion located on the first groove portion,
The second support portion is formed with at least one second hole portion (72) removed from a portion located on the recess portion to a portion located on the second groove portion. The capacitive physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 4 .
前記第1基板(13)として半導体層を用意し、前記第2基板(11)として支持基板を用意する工程と、
前記第2基板に前記窪み部を形成する工程と、
前記第2基板に前記第1、第2溝部を形成する工程と、
前記窪み部を形成する工程および前記第1、第2溝部を形成する工程の後、前記第2基板の表面に前記絶縁膜(12)を介して前記第1基板を接合することにより、SOI基板を形成する工程と、
前記SOI基板を形成する工程の後、前記第1基板に前記可動部および前記第1、第2固定部を形成する工程と、を行い、
前記可動部および前記第1、第2固定部を形成する工程では、前記第1支持部における前記可動部側の端部の一部が前記窪み部上に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第1溝部上に突出するように第1固定部を形成し、かつ、前記第2支持部における前記可動部側の端部の一部が前記窪み部上に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第2溝部上に突出するように前記第2固定部を形成することにより、前記第1支持部のうち前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合されている部分の面積と、前記第2支持部のうち前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合されている部分の面積とを等しくすることを特徴とする容量式物理量センサの製造方法。 In the manufacturing method of the capacitive physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5 ,
Preparing a semiconductor layer as the first substrate (13) and preparing a support substrate as the second substrate (11);
Forming the recess in the second substrate;
Forming the first and second groove portions on the second substrate;
After the step of forming the recess and the step of forming the first and second groove portions , the SOI substrate is bonded to the surface of the second substrate via the insulating film (12). Forming a step;
After the step of forming the SOI substrate, the step of forming the movable portion and the first and second fixed portions on the first substrate,
In the step of forming the movable portion and the first and second fixed portions, a part of the end portion on the movable portion side of the first support portion protrudes on the hollow portion and is opposite to the movable portion side. The first fixed portion is formed so that a part of the end portion of the second support portion protrudes on the first groove portion, and a part of the end portion on the movable portion side of the second support portion protrudes on the recess portion. And forming the second fixing portion so that a part of the end portion on the opposite side to the movable portion side protrudes on the second groove portion, so that the insulating film is interposed in the first support portion. Capacitance type characterized in that the area of the portion bonded to the second substrate is made equal to the area of the second support portion bonded to the second substrate via the insulating film Manufacturing method of physical quantity sensor.
前記第1基板(14)として支持基板(11)上に絶縁膜(12)を介して半導体層(13)が形成されたSOI基板を用意し、前記第2基板(51)として半導体基板を用意する工程と、
前記第1基板に前記可動部および前記第1、第2固定部を形成する工程と、
前記第2基板に前記絶縁膜を形成する工程と、
前記第2基板および前記絶縁膜のうち少なくとも前記絶縁膜に前記窪み部を形成する工程と、
前記第2基板に前記第1、第2溝部を形成する工程と、
前記第1基板に前記絶縁膜(52)を介して前記第2基板を接合する工程と、を行い、
前記接合する工程では、前記第1支持部における前記可動部側の端部の一部が前記窪み部上に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第1溝部上に突出し、かつ、前記第2支持部における前記可動部側の端部の一部が前記窪み部上に突出すると共に前記可動部側と反対側の端部の一部が前記第2溝部上に突出するように前記第1、第2基板を接合することにより、前記第1支持部のうち前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合されている部分の面積と、前記第2支持部のうち前記絶縁膜を介して前記第2基板と接合されている部分の面積とを等しくすることを特徴とする容量式物理量センサの製造方法。 In the manufacturing method of the capacitive physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5 ,
An SOI substrate in which a semiconductor layer (13) is formed on a support substrate (11) via an insulating film (12) is prepared as the first substrate (14), and a semiconductor substrate is prepared as the second substrate (51). And a process of
Forming the movable portion and the first and second fixed portions on the first substrate;
Forming the insulating film on the second substrate;
Forming the recess in at least the insulating film of the second substrate and the insulating film;
Forming the first and second groove portions on the second substrate;
Bonding the second substrate to the first substrate through the insulating film (52),
In the joining step, a part of the end part on the movable part side of the first support part protrudes on the recess part and a part of the end part on the opposite side to the movable part side is on the first groove part. And a part of the end of the second support part on the side of the movable part protrudes on the recess part and a part of the end part on the opposite side to the side of the movable part is on the second groove part. By bonding the first and second substrates so as to protrude, the area of the portion of the first support portion that is bonded to the second substrate via the insulating film, and the second support portion Of these, the area of the portion bonded to the second substrate through the insulating film is made equal to each other.
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