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KR101633027B1 - Mems sensor - Google Patents

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KR101633027B1
KR101633027B1 KR1020150000652A KR20150000652A KR101633027B1 KR 101633027 B1 KR101633027 B1 KR 101633027B1 KR 1020150000652 A KR1020150000652 A KR 1020150000652A KR 20150000652 A KR20150000652 A KR 20150000652A KR 101633027 B1 KR101633027 B1 KR 101633027B1
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substrate
electrode pad
connection wiring
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KR1020150000652A
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겐이치 다나카
히사노부 오카와
히사유키 야자와
히로유키 아사히나
마나부 우스이
마사히코 이시조네
에이지 우메츠
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알프스 덴키 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

알루미늄에 의한 배선층을 형성해도 열 히스테리시스에 의한 출력 변동을 억제할 수 있는 MEMS 센서를 제공한다.
정방형의 MEMS 센서(1)의 4개의 모서리부에 금인 전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d)가 형성되어 있다. 전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d)와 검지 소자부(15a, 15b, 15c)가 연결 배선층(20, 25)에서 도통하고 있다. 연결 배선층(20, 25)은 알루미늄인 하부 배선층(21, 26)과 금인 상부 배선층(22, 27)으로 구성되어 있다. 알루미늄인 하부 배선층(21, 26)을 적당한 길이로 밸런스 좋게 배치함으로써, 열 히스테리시스에 의한 잔류 응력에 따른 출력 변동을 억제할 수 있게 된다.
Provided is a MEMS sensor capable of suppressing output fluctuation due to thermal hysteresis even when a wiring layer is formed by aluminum.
Gold electrode pads 16a, 16b, 16c, and 16d are formed at four corners of the square MEMS sensor 1. The electrode pads 16a, 16b, 16c and 16d and the detecting element portions 15a, 15b and 15c are connected to each other at the connection wiring layers 20 and 25, respectively. The interconnecting wiring layers 20 and 25 are composed of aluminum lower wiring layers 21 and 26 and gold-colored upper wiring layers 22 and 27. By arranging the lower wiring layers 21 and 26 made of aluminum in an appropriate length in a balanced manner, it is possible to suppress the output fluctuation due to the residual stress due to thermal hysteresis.

Figure 112015000580711-pat00001
Figure 112015000580711-pat00001

Description

MEMS 센서{MEMS SENSOR}[0001] MEMS SENSOR [0002]

본 발명은, 실리콘 기판에 외력에 의해 변형되는 감지부와 상기 변형을 검지하는 검지 소자부가 형성된 MEMS 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a MEMS sensor having a sensing portion deformed by an external force on a silicon substrate and a sensing element portion detecting the deformation.

특허문헌 1과 특허문헌 2에 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)로 구성된 압력 센서가 개시되어 있다. 압력 센서는 실리콘으로 형성된 센서 칩을 가지고 있고, 센서 칩에, 압력에 의해 변형되는 다이어프램부와, 다이어프램부의 변형을 검지하는 변형 게이지가 형성되어 있다. 변형 게이지는 실리콘에 불순물을 확산시킴으로써 형성되어 있다.Patent Documents 1 and 2 disclose a pressure sensor composed of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). The pressure sensor has a sensor chip formed of silicon. The sensor chip is provided with a diaphragm portion deformed by pressure and a strain gauge detecting strain of the diaphragm portion. The strain gauge is formed by diffusing impurities into the silicon.

특허문헌 1에 기재된 압력 센서는, 센서 칩이 실리콘계 접착제에 의해 유리 받침대에 접착 고정되어 있다. 특허문헌 1에는, 이 구성에 의하면, 분위기 온도를 저온으로부터 고온 등으로 변화시켰을 때에, 열 히스테리시스에 의한 응력이 센서 칩에 작용하여 출력 변동이 발생한다고 기재되어 있고, 이를 방지하기 위해, 다이어프램부를 둘러싸도록 알루미늄막이 형성되어, 알루미늄막의 잔류 변형에 의해, 센서 칩에 설치된 변형 게이지에 대한 응력의 영향을 저감시키는 것이 나타내어져 있다.In the pressure sensor described in Patent Document 1, the sensor chip is adhered and fixed to the glass pedestal with a silicone adhesive. According to Patent Document 1, it is described that, when the ambient temperature is changed from a low temperature to a high temperature, stress due to thermal hysteresis acts on the sensor chip to cause output fluctuation. To prevent this, the diaphragm portion is surrounded And the influence of the stress on the strain gage provided on the sensor chip is reduced by residual strain of the aluminum film.

다음에, 특허문헌 2에 기재된 압력 센서에서는, N형 실리콘 기판에 P형 보론을 주입하여 변형 게이지가 되는 피에조 저항이 형성되는데, 이 피에조 저항으로부터 연장되는 배선으로서 알루미늄막이 사용되고, 또는, 배선이 알루미늄막으로 형성되며, 도통용 땜납이 놓여지는 부분에만 알루미늄막에 Ti, Ni, Au 등이 적층되는 구성이 개시되어 있다.Next, in the pressure sensor described in Patent Document 2, a piezo resistor serving as a strain gauge is formed by injecting P-type boron into an N-type silicon substrate. An aluminum film is used as the wiring extending from the piezo resistor, Film, and Ti, Ni, Au, or the like is deposited on the aluminum film only at the portion where the conductive solder is placed.

일본국 공개특허 특개평11-344402호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-344402 일본국 공개특허 특개2008-20433호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-20433

알루미늄은 열의 변화가 주어졌을 때의 잔류 응력의 히스테리시스가 크다. 특허문헌 1에 기재된 발명은, 다이어프램부의 외주를 알루미늄막으로 둘러싸는 구성으로 함으로써, 외주에 형성된 알루미늄막에 발생하는 잔류 응력으로 알루미늄 배선의 잔류 응력을 상쇄시켜, 열 히스테리시스에 의한 출력 변동을 저감시킨다는 것이다.Aluminum has a large hysteresis of residual stress when heat is changed. According to the invention described in Patent Document 1, since the outer periphery of the diaphragm portion is surrounded by the aluminum film, the residual stress generated in the aluminum film formed on the outer periphery is canceled by the residual stress of the aluminum wiring, thereby reducing the output fluctuation caused by thermal hysteresis will be.

그러나, 상기 구조에서는 다이어프램부의 외주에 알루미늄막을 형성하기 위한 스페이스를 넓게 형성해 두는 것이 필요하여, 센서 칩의 사이즈를 작게 하는 것이 곤란하다.However, in the above structure, it is necessary to form a large space for forming the aluminum film on the outer periphery of the diaphragm portion, and it is difficult to reduce the size of the sensor chip.

또한, 특허문헌 2에 기재된 압력 센서와 같이, 피에조 저항으로부터 연장되는 배선이 알루미늄막으로 형성되어 있는 것에서는, 온도 변화가 있었을 때에 알루미늄막에 잔류하는 응력이 피에조 저항에 작용하여, 압력의 검지 출력에 변동이 생기기 쉬워진다.In the case where the wiring extending from the piezo resistor is formed of an aluminum film as in the pressure sensor described in Patent Document 2, stress remaining in the aluminum film at the time of temperature change acts on the piezo resistor, As shown in Fig.

이러한 문제에 대처하는 위해서는, 피에조 저항(변형 게이지)으로부터 연장되는 배선을 온도 변화에 의한 잔류 응력의 변동이 작은 금 등으로 형성하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 금은 실리콘과의 상용성(相溶性)이 있기 때문에, 열이 가해지면 금이 실리콘 기판에 스며들어, 배선층으로서 기능할 수 없게 된다.In order to cope with such a problem, it is also conceivable to form the wiring extending from the piezo resistor (strain gauge) with gold or the like having a small change in the residual stress due to the temperature change. However, since gold has compatibility with silicon, gold is impregnated into the silicon substrate when heat is applied, so that it can not function as a wiring layer.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로서, 실리콘 기판에 형성된 검지 소자부로부터의 배선층을 안정적으로 형성할 수 있고, 게다가, 제품 사이즈를 크게 하지 않고 열 히스테리시스의 영향을 저감할 수 있는 구조의 MEMS 센서를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a MEMS device capable of stably forming a wiring layer from a detecting element portion formed on a silicon substrate, and capable of reducing the influence of thermal hysteresis without increasing the product size. And to provide a sensor.

본 발명은, 모두 실리콘 기판인 제 1 기판 및 제 2 기판이 포개진 MEMS 센서에 있어서,The present invention is a MEMS sensor in which a first substrate and a second substrate, both of which are silicon substrates,

상기 제 1 기판은, 공간부와 이 공간부를 둘러싸는 프레임체부를 가지고, 상기 제 2 기판에는, 상기 공간부에 대향하는 휨 변형 가능한 감지부와, 상기 감지부의 휨 변형에 따른 검지 출력을 얻는 검지 소자부가 형성되며,Wherein the first substrate has a space portion and a frame body portion surrounding the space portion, the second substrate has a sensing portion capable of being deformed to be deflected so as to face the space portion, and a sensing portion for sensing the sensing output in accordance with the bending deformation of the sensing portion An element portion is formed,

상기 제 2 기판의 표면에 절연층이 형성되어, 상기 절연층의 표면에 전극 패드가 형성되고, 상기 전극 패드와 상기 검지 소자부의 사이에 연결 배선층이 형성되어 있어 있으며,An insulating layer is formed on a surface of the second substrate, an electrode pad is formed on a surface of the insulating layer, and a connection wiring layer is formed between the electrode pad and the detecting element portion,

상기 연결 배선층은, 상기 제 2 기판과 상기 절연층의 사이에 형성되어 상기 검지 소자부에 접속되는 알루미늄인 하부 배선층과, 상기 절연층의 표면에서 상기 전극 패드로부터 연장되는 상부 배선층으로 이루어지고, 상기 상부 배선층이 알루미늄보다 온도 변화에 의한 잔류 응력의 변동이 작은 도전성 금속 재료로 형성되어 있으며, 상기 상부 배선층과 상기 하부 배선층이, 상기 절연층에 설치된 개구에 있어서 도통되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.Wherein the interconnecting wiring layer comprises a lower wiring layer formed of aluminum which is formed between the second substrate and the insulating layer and connected to the detecting element portion and an upper wiring layer extending from the electrode pad on the surface of the insulating layer, Wherein the upper wiring layer is formed of a conductive metal material having a smaller fluctuation in residual stress due to a temperature change than aluminum and the upper wiring layer and the lower wiring layer are made conductive in an opening provided in the insulating layer.

본 발명의 MEMS 센서는, 실리콘 기판인 제 2 기판의 표면에 알루미늄인 하부 배선층이 형성되어 있기 때문에, 하부 배선층을 안정된 상태로 형성할 수 있다. 또한, 연결 배선층이 상기 하부 배선층과, 알루미늄보다 온도 변화에 의한 잔류 응력의 변동이 작은 도전성 금속 재료의 상부 배선층으로 구성되어 있기 때문에, 알루미늄의 열 히스테리시스가 과대해지는 것을 제한할 수 있고, 열에 의한 출력 변동을 억제할 수 있게 된다.In the MEMS sensor of the present invention, since the lower wiring layer made of aluminum is formed on the surface of the second substrate which is the silicon substrate, the lower wiring layer can be formed in a stable state. Further, since the interconnecting wiring layer is composed of the lower wiring layer and the upper wiring layer of the conductive metal material having less fluctuation of the residual stress due to the temperature change than aluminum, the thermal hysteresis of the aluminum can be prevented from being excessive, The fluctuation can be suppressed.

본 발명은 상기 상부 배선층이 금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the upper wiring layer is formed of gold.

본 발명은, 상기 제 2 기판은 정방형이고, 상기 전극 패드가 정방형의 모든 모서리부에 위치하고 있으며, 상기 연결 배선층은, 정방형의 각 변과 평행하게 형성되어 있고, 상기 연결 배선층의 길이 및 상기 하부 배선층과 상기 상부 배선층의 길이의 비는, 정방형의 각각의 변에 있어서 동일한 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the second substrate is a square, and the electrode pad is located at all corners of the square, and the connection wiring layer is formed in parallel with each side of the square, and the length of the connection wiring layer, And the length of the upper wiring layer is preferably the same in each side of the square.

또한, 상기 연결 배선층의 배선 패턴은, 상기 제 2 기판의 도심(圖心)을 중심(中心)으로 하여 180도의 회전 대칭인 것이 바람직하다.The wiring pattern of the connection wiring layer is preferably rotationally symmetric with respect to the center of the second substrate at a center of 180 degrees.

본 발명에서는, 하부 배선층과 상부 배선층을 정방형의 각 변에 있어서 동일한 상태로 형성함으로써, 알루미늄인 하부 배선층의 잔류 응력이 각 변의 상호간에 밸런스를 잡을 수 있게 되고, 따라서 검지 소자부에 작용하는 잔류 응력의 영향을 저감할 수 있게 된다.In the present invention, by forming the lower wiring layer and the upper wiring layer in the same state on each side of the square, the residual stress of the lower wiring layer made of aluminum can be balanced with each other and the residual stress acting on the detecting element portion Can be reduced.

본 발명의 MEMS 센서는, 상기 하부 배선층과 상기 검지 소자부와의 도통부와 상기 전극 패드를 제외한 상기 연결 배선층의 전체 길이를 L0으로 하고, 상기 상부 배선층과 상기 하부 배선층과의 도통부를 포함하면서 상기 전극 패드를 제외한 상기 상부 배선층의 길이를 L1로 했을 때에, L1/L0은 0.46∼0.88인 것이 바람직하다.The MEMS sensor of the present invention is characterized in that the total length of the connecting portion between the lower wiring layer and the detecting element portion and the connecting wiring layer excluding the electrode pad is L0 and the total length of the connecting portion between the upper wiring layer and the lower wiring layer It is preferable that L1 / L0 is 0.46 to 0.88 when the length of the upper wiring layer excluding the electrode pad is L1.

나아가서는, L1/L0이 0.76∼0.88인 것이 바람직하다.Further, it is preferable that L1 / L0 is 0.76 to 0.88.

본 발명의 MEMS 센서는, 예를 들면, 상기 제 2 기판과 반대측에서, 상기 제 2 기판에 접합된 지지 기판이 설치되어, 상기 공간부가 폐쇄되고, 상기 감지부가 기체의 압력으로 변형되는 압력 센서이다.The MEMS sensor of the present invention is, for example, a pressure sensor in which a supporting substrate bonded to the second substrate is provided on the side opposite to the second substrate, the space portion is closed, and the sensing portion is deformed to the pressure of the gas .

본 발명의 MEMS 센서는, 실리콘 기판인 제 2 기판의 위에 형성된 하부 배선층이 알루미늄이기 때문에, 하부 배선층은 항상 안정된 상태를 유지할 수 있게 된다. 알루미늄은 잔류 응력이 열 히스테리시스를 가지는 특성이 있으나, 검지 소자부와 전극 패드를 도통시키는 연결 배선층을, 알루미늄인 하부 배선층과, 금 등의 도전성 금속 재료로 형성된 상부 배선층으로 형성하고 있기 때문에, 알루미늄인 하부 배선층을 잔류 응력에 의한 영향이 작아지는 길이 치수로 조정할 수 있게 된다. 그 때문에, 알루미늄의 잔류 응력에 의한 검지 출력의 변동을 억제할 수 있게 된다.In the MEMS sensor of the present invention, since the lower wiring layer formed on the second substrate, which is a silicon substrate, is made of aluminum, the lower wiring layer can always be kept in a stable state. Aluminum is characterized in that the residual stress has thermal hysteresis. However, since the connection wiring layer for conducting the detection element portion and the electrode pad is formed of the lower wiring layer made of aluminum and the upper wiring layer made of the conductive metal material such as gold, It is possible to adjust the lower wiring layer to a length dimension in which the influence due to the residual stress is reduced. Therefore, fluctuation of the detection output due to the residual stress of aluminum can be suppressed.

[도 1] (A)는 본 발명의 실시형태의 MEMS 센서의 평면도, (B)는 검지 소자부의 패턴 구성을 나타내는 설명도
[도 2] 도 1에 나타내는 MEMS 센서를 Ⅱ-Ⅱ선으로 절단한 단면도
[도 3] 도 1에 나타내는 MEMS 센서를 Ⅲ-Ⅲ선으로 절단한 단면도
[도 4] 비교예 1의 MEMS 센서를 나타내는 평면도
[도 5] 비교예 2의 MEMS 센서를 나타내는 평면도
[도 6] 도 5에 나타내는 비교예 2의 MEMS 센서를 Ⅵ-Ⅵ선으로 절단한 단면도
[도 7] 알루미늄을 배선층으로서 사용한 MEMS 센서의 열 히스테리시스에 의한 출력 변동을 설명하는 선도(線圖)
[도 8] 실시예와 비교예의 출력 변동을 비교한 선도
Fig. 1 (A) is a plan view of a MEMS sensor according to an embodiment of the present invention, and Fig. 2 (B) is an explanatory diagram showing a pattern configuration of a detection element part
Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the MEMS sensor shown in Fig. 1
3 is a sectional view taken along the line III-III of the MEMS sensor shown in FIG. 1
4 is a plan view showing the MEMS sensor of Comparative Example 1
5 is a plan view showing a MEMS sensor of Comparative Example 2
Fig. 6 is a cross-sectional view of the MEMS sensor of Comparative Example 2 shown in Fig. 5 taken along the line VI-VI
7 is a diagram illustrating a variation in output due to thermal hysteresis of a MEMS sensor using aluminum as a wiring layer;
8 is a graph showing a comparison between output fluctuations of the embodiment and the comparative example

도 1 내지 도 3에 나타내는 MEMS 센서(1)는 압력 센서로서 사용된다. 본 발명의 MEMS 센서(1)는, 압력 센서 이외에 가압력을 검지하는 힘 센서 등으로서 구성하는 것도 가능하다.The MEMS sensor 1 shown in Figs. 1 to 3 is used as a pressure sensor. The MEMS sensor 1 of the present invention can be configured as a force sensor for detecting a pressing force in addition to the pressure sensor.

도 2의 단면도에 나타내는 바와 같이, MEMS 센서(1)는, SOI 기판(Silicon On Insuratorwafer)(2)의 도시 하측에 지지 기판(3)이 접합되어 구성되어 있다. SOI 기판(2)은, 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)이 산화 절연층(13)을 개재하여 접합되어 있다. 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)은 실리콘(Si) 기판이고, 산화 절연층(13)은 산화규소(SiO2)층이다.2, the MEMS sensor 1 is formed by bonding a support substrate 3 to the lower side of an SOI substrate (Silicon On Insulator wafer) 2. In the SOI substrate 2, the first substrate 11 and the second substrate 12 are bonded to each other with the oxide insulating layer 13 interposed therebetween. The first substrate 11 and the second substrate 12 are silicon (Si) substrates, and the oxide insulating layer 13 is a silicon oxide (SiO 2 ) layer.

도 1의 (A)에 나타내는 바와 같이, MEMS 센서(1)를 평면에서 보았을 때의 형상은 정방형이고, 제 1 변(1a)과 제 2 변(1b)과 제 3 변(1c) 및 제 4 변(1d)을 가지고 있다. 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)도 정방형이며, 그 형상 및 치수는 MEMS 센서(1)의 평면 형상 및 치수와 동일하다.1 (A), the shape of the MEMS sensor 1 when viewed from the top is square, and the first side 1a, the second side 1b, the third side 1c, and the fourth side And a side 1d. The first substrate 11 and the second substrate 12 are also square, and their shapes and dimensions are the same as those of the MEMS sensor 1.

도 2에 나타내는 바와 같이, 제 1 기판(11)은 중앙부의 공간부(11a)와, 공간부(11a)를 둘러싸는 프레임체부(11b)를 가지고 있다. 공간부(11a)는 제 1 기판(11)을 상하로 관통하여 형성되어 있다. 도 1의 (A)에, 공간부(11a)의 내벽면(11c)이 파선으로 나타내져 있다. 제 1 변(1a)과 제 2 변(1b)과 제 3 변(1c) 및 제 4 변(1d)의 각각과 내벽면(11c)과의 간격은 모두 동일하다. 즉, 프레임체부(11b)의 폭 치수는 모든 변(1a, lb, 1c, 1d)에서 균일하다.As shown in Fig. 2, the first substrate 11 has a central space portion 11a and a frame portion 11b surrounding the space portion 11a. The space portion 11a is formed so as to penetrate the first substrate 11 up and down. In Fig. 1 (A), the inner wall surface 11c of the space portion 11a is shown by a broken line. The intervals between the first side 1a and the second side 1b and between the third side 1c and the fourth side 1d and the inner wall face 11c are all the same. That is, the width dimension of the frame body portion 11b is uniform on all sides 1a, 1b, 1c and 1d.

제 2 기판(12)은, 상기 공간부(11a)를 덮고 있는 부분(공간부(11a)와 대향하는 부분)이 휨 변형 가능한 감지부(변형부 또는 휨부)(12a)이고, 프레임체부(11b)와 포개져 있는 프레임 형상 부분이 배선부(배선 영역)(12b)이다.The second substrate 12 is a sensing portion (deformation portion or bending portion) 12a that is capable of bending deformation of a portion covering the space portion 11a (a portion facing the space portion 11a), and the frame body portion 11b And the overlapping frame-shaped portion are the wiring portions (wiring regions) 12b.

도 3에 확대하여 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(12)의 표면(12c)에 절연층(14)이 형성되어 있다. 절연층(14)은, 제 2 기판(12)의 표면(12c)에 얇게 형성된 하부 절연층(14a)과 그 위에 적층된 상부 절연층(14b)으로 구성되어 있다. 두 절연층(14a, 14b)은 무기 절연층이다. 하부 절연층(14a)는 산화규소(SiO2)층이고, 상부 절연층(14b)은 질화규소(Si2N3)층이다.As shown in FIG. 3, the insulating layer 14 is formed on the surface 12c of the second substrate 12. The insulating layer 14 is composed of a lower insulating layer 14a formed thinly on the surface 12c of the second substrate 12 and an upper insulating layer 14b stacked on the lower insulating layer 14a. The two insulating layers 14a and 14b are inorganic insulating layers. The lower insulating layer 14a is a silicon oxide (SiO 2 ) layer and the upper insulating layer 14b is a silicon nitride (Si 2 N 3 ) layer.

도 1의 (A)에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(12)의 4군데에 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)가 형성되어 있다. 제 1 검지 소자부(15a)는 제 1 변(1a)으로부터 떨어져서 위치하고, 제 2 검지 소자부(15b)는 제 2 변(1b)으로부터 떨어져서 위치하며, 제 3 검지 소자부(15c)는 제 3 변(1c)으로부터 떨어져서 위치하고, 제 4 검지 소자부(15d)는 제 4 변(1d)으로부터 떨어져서 위치하고 있다.As shown in Fig. 1A, four detector elements 15a, 15b, 15c and 15d are formed on the second substrate 12, respectively. The first detection element part 15a is located away from the first side 1a and the second detection element part 15b is located away from the second side 1b and the third detection element part 15c is located away from the third side 1a, And the fourth detecting element part 15d is located apart from the fourth side 1d.

검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)는 적어도 일부가 감지부(12a)에 위치하여, 감지부(12a)가 변형되었을 때에 변형이 생기는 영역에 형성되어 있다. 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)는, N형 실리콘 기판인 제 2 기판(12)의 표면(12c)에 P형 보론 등의 불순물이 도핑되어(doped) 제 2 기판(12)의 일부에 형성된 피에조 저항이며, 이 피에조 저항은 변형 게이지로서 기능한다.At least a part of the detecting element portions 15a, 15b, 15c and 15d is formed in the region where the sensing portion 12a is deformed when the sensing portion 12a is deformed. Impurities such as P-type boron are doped on the surface 12c of the second substrate 12 which is an N-type silicon substrate and the detection elements 15a, 15b, 15c and 15d are formed on the surface of the second substrate 12 Is a piezoresistance formed in a part, and this piezoresistance functions as a strain gauge.

도 1의 (A)에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(12)의 표면(12c)에 형성되어 있는 절연층(14)의 표면(14c)에 전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d)가 형성되어 있다. 전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d)는 정방형의 MEMS 센서(1)의 모서리부의 각각에 배치되어 있다. 전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d)는, 열 히스테리시스에 관하여 알루미늄보다 온도 변화에 의한 잔류 응력의 변동이 작은 도전성 금속 재료로 형성되어 있고, 예를 들면 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등이며, 이하에서 설명하는 바람직한 실시형태에서는 금으로 형성되어 있다. 도전성 금속 재료는 스퍼터 공정 등에 의해 형성되어 있다.The electrode pads 16a, 16b, 16c and 16d are formed on the surface 14c of the insulating layer 14 formed on the surface 12c of the second substrate 12 as shown in Fig. . The electrode pads 16a, 16b, 16c, and 16d are disposed at the corner portions of the square-shaped MEMS sensor 1, respectively. The electrode pads 16a, 16b, 16c and 16d are made of a conductive metal material having a small fluctuation in residual stress due to a temperature change relative to thermal hysteresis and are made of gold (Au), silver (Ag) Copper (Cu) or the like, and is formed of gold in the preferred embodiment described below. The conductive metal material is formed by a sputtering process or the like.

도 1의 (A)에 나타내는 바와 같이, 전극 패드(16a)와 제 1 검지 소자부(15a)의 사이 및 전극 패드(16a)와 제 3 검지 소자부(15c)의 사이가, 제 1 연결 배선층(20)에 의해 도통되어 있다. 전극 패드(16a)와 대각선측에 위치하고 있는 전극 패드(16c)와 제 2 검지 소자부(15b)의 사이 및 전극 패드(16c)와 제 4 검지 소자부(15d)의 사이도, 제 1 연결 배선층(20)에 의해 연결되어 있다.1 (A), between the electrode pad 16a and the first detecting element portion 15a, and between the electrode pad 16a and the third detecting element portion 15c, (Not shown). The gap between the electrode pad 16a and the electrode pad 16c and the second detecting element 15b located diagonally to the electrode pad 16a and the gap between the electrode pad 16c and the fourth detecting element 15d, (Not shown).

도 1의 (A)와 도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 연결 배선층(20)은, 제 2 기판(12)의 표면의 하부 절연층(14a)과 상부 절연층(14b)의 사이에 형성된 하부 배선층(21)과, 상부 절연층(14b)의 표면(14c)에 형성된 상부 배선층(22)으로 구성되어 있다. 상부 배선층(22)은 전극 패드(16a) 및 전극 패드(16c)와 일체로 형성되어 있다. 즉, 제 2 기판(12)의 대각선 상에 설치된 전극 패드(16a)와 전극 패드(16c)를 페어로 하여 제 1 전극 패드쌍으로 했을 때, 제 1 전극 패드쌍을 구성하는 전극 패드(16a)와 전극 패드(16c)로부터 연장되는 제 1 연결 배선층(20)은, 각각 길이가 동일하고, 하부 배선층(21)과 상부 배선층(22)의 길이의 비도 동일하다.The first connection wiring layer 20 is formed on the lower surface of the lower surface of the second substrate 12 between the lower insulating layer 14a and the upper insulating layer 14b as shown in FIGS. The wiring layer 21 and the upper wiring layer 22 formed on the surface 14c of the upper insulating layer 14b. The upper wiring layer 22 is formed integrally with the electrode pad 16a and the electrode pad 16c. That is, when the electrode pad 16a and the electrode pad 16c provided on the diagonal line of the second substrate 12 are paired to form the first electrode pad pair, the electrode pad 16a constituting the first electrode pad pair, And the first connection wiring layer 20 extending from the electrode pad 16c are the same in length and the lengths of the lower wiring layer 21 and the upper wiring layer 22 are the same.

하부 배선층(21)은 알루미늄에 의해, 하부 절연층(14a)의 표면에 형성되어 있다. 하부 배선층(21)의 일부는, 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d) 중 어느 하나와 도통하는 도통부(21a)로 되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 도통부(21a)에서는, 하부 절연층(14a)에 개구가 설치되어 있고, 그 개구에서 하부 배선층(21)의 일부가 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)와 접촉하고 있다. 상부 배선층(22)의 일부는 하부 배선층(21)과 도통하는 도통부(22a)로 되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 도통부(22a)에서는, 상부 절연층(14b)에 개구가 설치되어 있고, 그 개구에서 상부 배선층(22)이 하부 배선층(21)과 접촉하고 있다.The lower wiring layer 21 is formed on the surface of the lower insulating layer 14a by aluminum. A part of the lower wiring layer 21 is a conductive portion 21a which is in communication with any one of the detecting element portions 15a, 15b, 15c and 15d. 3, an opening is provided in the lower insulating layer 14a in the conductive portion 21a, and a portion of the lower wiring layer 21 in the opening is connected to the detecting element portions 15a, 15b, 15c, 15d. . A part of the upper wiring layer 22 is a conductive portion 22a which is in communication with the lower wiring layer 21. [ 3, an opening is provided in the upper insulating layer 14b in the conductive portion 22a, and the upper wiring layer 22 is in contact with the lower wiring layer 21 at the opening.

본 명세서에서의 제 1 연결 배선층(20)의 길이(L0)는, 전극 패드(16a, 16c)와 상기 도통부(21a)를 제외한 부분에서의, 하부 배선층(21)과 상부 배선층(22)의 길이의 합계를 의미하고 있다. 또한, 상부 배선층(22)의 길이(L1)는, 전극 패드(16a, 16c)를 제외하면서 도통부(22a)를 포함하는 길이 치수를 의미하고 있다. 제 1 연결 배선층(20)을 구성하는 하부 배선층(21)과 상부 배선층(22)은, MEMS 센서(1)의 각 변(1a, lb, 1c, 1d)과 평행이며 직선적으로 연장되어 있다.The length L0 of the first interconnecting wiring layer 20 in this specification is the length L0 of the lower interconnecting layer 21 and the upper interconnecting layer 22 in the portions excluding the electrode pads 16a and 16c and the conducting portion 21a. Quot; length " The length L1 of the upper wiring layer 22 means a length dimension including the conductive portion 22a excluding the electrode pads 16a and 16c. The lower wiring layer 21 and the upper wiring layer 22 constituting the first connection wiring layer 20 extend in parallel and linearly with the sides 1a, 1b, 1c and 1d of the MEMS sensor 1. [

도 1의 (A)에 나타내는 바와 같이, 전극 패드(16b)와 제 1 검지 소자부(15a)의 사이 및 전극 패드(16b)와 제 4 검지 소자부(15d)의 사이는, 제 2 연결 배선층(25)에 의해 도통시켜져 있다. 전극 패드(16b)와 대각선측에 위치하고 있는 전극 패드(16d)와 제 2 검지 소자부(15b)의 사이 및 전극 패드(16d)와 제 3 검지 소자부(15c)의 사이는, 제 2 연결 배선층(25)에 의해 도통시켜져 있다. 즉, 제 2 기판(12)에 있어서 제 1 전극 패드쌍과는 다른 대각선 상에 설치된 전극 패드(16b)와 전극 패드(16d)를 페어로 하여 제 2 전극 패드쌍으로 했을 때, 제 2 전극 패드쌍을 구성하는 전극 패드(16b)와 전극 패드(16d)로부터 연장되는 제 2 연결 배선층(25)은, 각각 길이가 동일하고, 하부 배선층(26)과 상부 배선층(27)의 길이의 비도 동일하다.1 (A), between the electrode pad 16b and the first detecting element portion 15a, and between the electrode pad 16b and the fourth detecting element portion 15d, (25). The gap between the electrode pad 16b and the electrode pad 16d and the second detecting element 15b located on the diagonal side and the gap between the electrode pad 16d and the third detecting element 15c are connected to each other by the second connecting wiring layer 15. [ (25). That is, when the electrode pads 16b and the electrode pads 16d provided on the diagonal line different from the first electrode pad pairs in the second substrate 12 are used as a pair of the second electrode pads, The electrode pad 16b constituting the pair and the second connection wiring layer 25 extending from the electrode pad 16d have the same length and the same ratio of the lengths of the lower wiring layer 26 and the upper wiring layer 27 .

제 2 연결 배선층(25)은 하부 배선층(26)과 상부 배선층(27)을 가지고 있다. 하부 배선층(26)은 제 1 연결 배선층(20)의 하부 배선층(21)과 마찬가지로, 하부 절연층(14a)의 위에 형성되어, 그 일부가 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)에 접촉하는 도통부로 되어 있다. 상부 배선층(27)은, 제 1 연결 배선층(20)의 상부 배선층(22)과 동일하여, 상부 절연층(14b)의 표면(14c)에 있어서 전극 패드(16b, 16d)와 일체로 형성되어 있고, 그 일부가 상부 절연층(14b)의 부분 제거부에 있어서 하부 배선층(26)에 접촉하는 도통부로 되어 있다.The second connection wiring layer 25 has a lower wiring layer 26 and an upper wiring layer 27. The lower wiring layer 26 is formed on the lower insulating layer 14a in the same manner as the lower wiring layer 21 of the first connection wiring layer 20 so that a part of the lower wiring layer 26 contacts the detecting element portions 15a, 15b, 15c, 15d As shown in Fig. The upper wiring layer 27 is formed integrally with the electrode pads 16b and 16d on the surface 14c of the upper insulating layer 14b in the same manner as the upper wiring layer 22 of the first connection wiring layer 20 , And a part thereof serves as a conduction portion in contact with the lower wiring layer 26 in the partial removal of the upper insulating layer 14b.

제 2 연결 배선층(25)의 길이 치수(La)는, 전극 패드(16b, 16d)를 제외하면서 하부 배선층(26) 중의 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)와의 도통부를 제외하는 길이 치수이다. 상부 배선층(27)의 길이 치수(Lb)는, 전극 패드(16b, 16d)를 제외하면서 상부 배선층(27) 중의 하부 배선층(26)과의 도통부를 포함하는 길이 치수이다. 즉, 길이 치수(La)는 L0과 동일한 기준으로 설정되고, 길이 치수(Lb)는 길이 치수(L1)와 동일한 기준으로 설정되어 있다.The length dimension La of the second connection wiring layer 25 is a length dimension excluding the conductive portions with the detection element portions 15a, 15b, 15c and 15d in the lower wiring layer 26 except for the electrode pads 16b and 16d to be. The length dimension Lb of the upper wiring layer 27 is a length dimension including a conductive portion with the lower wiring layer 26 in the upper wiring layer 27 excluding the electrode pads 16b and 16d. That is, the length dimension La is set to the same reference as L0, and the length dimension Lb is set to the same standard as the length dimension L1.

제 2 연결 배선층(25)은, MEMS 소자(1)의 각 변(1a, lb, 1c, 1d)과 평행이며 직선적으로 형성되어 있다. 단, 제 2 연결 배선층(25)의 길이 치수(La)는, 제 1 연결 배선층(20)의 길이 치수(L0)보다 짧다. 또한, 제 2 연결 배선층(25)의 하부 배선층(26)과 상부 배선층(27)의 길이의 비는, 제 1 연결 배선층(20)의 하부 배선층(21)과 상부 배선층(22)의 길이의 비에 비해, 하부 배선층(26)의 길이의 비율이 작다. 바꿔 말하면, 제 1 연결 배선층(20)의 하부 배선층(21)과 상부 배선층(22)의 길이의 비는, 제 2 연결 배선층(25)에 있어서의 하부 배선층(26)과 상부 배선층(27)의 길이의 비에 비해, 하부 배선층(21)의 길이의 비율이 크다.The second interconnecting wiring layer 25 is formed in a straight line parallel to the sides 1a, 1b, 1c and 1d of the MEMS element 1. However, the length La of the second connection wiring layer 25 is shorter than the length L0 of the first connection wiring layer 20. The ratio of the lengths of the lower interconnect layer 26 and the upper interconnect layer 27 of the second interconnecting wiring layer 25 is set so that the ratio of the lengths of the lower interconnect layer 21 and the upper interconnect layer 22 of the first interconnecting wiring layer 20 The ratio of the length of the lower wiring layer 26 is small. In other words, the ratio of the lengths of the lower wiring layer 21 and the upper wiring layer 22 of the first connection wiring layer 20 is set so that the lengths of the lower wiring layer 26 and the upper wiring layer 27 in the second connection wiring layer 25 The ratio of the length of the lower wiring layer 21 is large.

전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d)의 패턴과 제 1 연결 배선층(20) 및 제 2 연결 배선층(25)의 패턴은, 도 1의 (A)에 나타내어지는 MEMS 센서(1)의 도심(중심(重心))(O)을 중심(中心)으로 하는 180도의 회전 대칭 형상이다. 또한, 전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d) 및 제 1 연결 배선층(20)과 제 2 연결 배선층(25)은, 모두 제 2 기판(12)의 배선부(12b)의 위에 형성되어 있다.The patterns of the electrode pads 16a, 16b, 16c and 16d and the patterns of the first connection wiring layer 20 and the second connection wiring layer 25 are the same as those of the center of the MEMS sensor 1 shown in Fig. (Center of gravity) O) centered at 180 degrees. The electrode pads 16a, 16b, 16c and 16d and the first connection wiring layer 20 and the second connection wiring layer 25 are both formed on the wiring portion 12b of the second substrate 12.

도 2에 나타내는 바와 같이, 지지 기판(3)은 제 1 기판(11)의 도시 하면측에 접합되고, 공간부(11a)가 지지 기판(3)에 의해 하측으로부터 막혀 있다.As shown in Fig. 2, the supporting substrate 3 is bonded to the lower surface side of the first substrate 11, and the space portion 11a is clogged from the lower side by the supporting substrate 3.

도 1의 (B)에 나타내는 바와 같이, 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)에서는, 피에조 저항층이 소위 미앤더 형상으로 형성되어 있고, 저항체의 길이 방향이 모든 검지 소자부에서 동일한 방향을 향하게 되어 있다. 따라서, 제 2 기판(12)의 감지부(12a)가 도 2의 하방을 향해 휘었을 때에, 검지 소자부(15a, 15b)에서 저항이 증대하고 검지 소자부(15c, 15d)에서 저항이 저하되도록, 서로 역극성의 저항값이 된다.As shown in Fig. 1 (B), in the detecting element portions 15a, 15b, 15c and 15d, the piezo resistance layer is formed in a so-called meander shape, As shown in FIG. Therefore, when the sensing portion 12a of the second substrate 12 is bent downward in Fig. 2, the resistance of the detecting element portions 15a and 15b is increased and the resistance of the detecting element portions 15c and 15d is lowered So that the resistance value of the polarities opposite to each other becomes equal.

도 1의 (A)에 나타내는 바와 같이, 4개의 전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d)에 의해, 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)가 브리지 회로를 구성하도록 접속되어 있다. 예를 들면, 전극 패드(16a)에 전원 전압이 인가되고, 전극 패드(16c)가 접지된다. 감지부(12a)가 변형되어, 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)에 변형이 가해지면, 전극 패드(16b)와 전극 패드(16d)의 각각의 중점 전위가 변화한다. 전극 패드(16b)의 중점 전위와 전극 패드(16d)의 중점 전위는 역극성으로 변화하기 때문에, 2개의 중점 전위의 차동(差動)을 취함으로써, 감지부(12a)에 작용하는 기체의 압력에 비례한 검지 출력을 얻을 수 있다.As shown in Fig. 1 (A), the four electrode pads 16a, 16b, 16c and 16d connect the detecting element parts 15a, 15b, 15c and 15d so as to constitute a bridge circuit. For example, a power supply voltage is applied to the electrode pad 16a, and the electrode pad 16c is grounded. When the sensing portion 12a is deformed and the sensing element portions 15a, 15b, 15c, and 15d are deformed, the midpoint potentials of the electrode pad 16b and the electrode pad 16d change. Since the midpoint potential of the electrode pad 16b and the midpoint potential of the electrode pad 16d change in opposite polarities, the two midpoint potentials are differentiated, so that the pressure of the gas acting on the sensing portion 12a The detection output can be obtained proportional to the output voltage.

도 1 내지 도 3에 나타내는 본 발명의 실시형태의 MEMS 센서(1)에서는, 제 1 연결 배선층(20)이 알루미늄인 하부 배선층(21)과 금인 상부 배선층(22)으로 구성되고, 제 2 연결 배선층(25)도 알루미늄인 하부 배선층(26)과 금인 상부 배선층(27)으로 형성되어 있다In the MEMS sensor 1 of the embodiment of the present invention shown in Figs. 1 to 3, the first connection wiring layer 20 is composed of the lower wiring layer 21 made of aluminum and the gold wiring upper layer 22, (25) is also formed of a lower wiring layer 26 made of aluminum and a gold upper wiring layer 27

도 3에 나타내는 바와 같이, 금인 상부 배선층(22, 27)은 상부 절연층(14b)의 표면(14c)에 형성되어, 금인 층이 제 2 기판(12)으로부터 떨어져 있다. 그 때문에, 고온이 되어도, 상부 배선층(22, 27)의 금이 제 2 기판(12)인 실리콘 기판에 확산될 일이 없어, 전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d)와 상부 배선층(22, 27)을 안정된 상태로 유지할 수 있다. 한편, 제 2 기판(12)의 표면의 하부 절연층(14a)의 위에 형성되어 있는 하부 배선층(21, 26)은 알루미늄인데, 알루미늄은, 실리콘 기판에 확산되기 어려워 안정된 상태를 유지하기 때문에, 고온이 되었을 때에도 하부 배선층(21, 26)의 패턴은 안정된 상태를 유지할 수 있다.The gold upper wiring layers 22 and 27 are formed on the surface 14c of the upper insulating layer 14b and the gold layer is separated from the second substrate 12 as shown in Fig. 16b, 16c, 16d and the upper wiring layers 22, 27 do not diffuse to the silicon substrate as the second substrate 12 even when the temperature of the upper wiring layers 22, 27 can be maintained in a stable state. On the other hand, the lower wiring layers 21 and 26 formed on the lower insulating layer 14a on the surface of the second substrate 12 are made of aluminum. Since aluminum is difficult to diffuse into the silicon substrate and is maintained in a stable state, The pattern of the lower wiring layers 21 and 26 can be maintained in a stable state.

단, 알루미늄은 열 사이클 내에 두면 응력 잔류가 크게 변동하는 성질을 가지고 있어, 이 응력이 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)에 직접적으로 작용하면, 압력을 검지해야 하는 검지 출력에 변동이 생긴다. 그러나, 도 1 내지 도 3에 나타내는 본 발명의 실시형태의 MEMS 센서(1)에서는, 제 1 연결 배선층(20)이 알루미늄인 하부 배선층(21)과 금인 상부 배선층(22)으로 구성되고, 제 2 연결 배선층(25)이 알루미늄인 하부 배선층(26)과 금인 상부 배선층(27)으로 구성되어 있기 때문에, 알루미늄의 잔류 응력에 기인하는 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)로의 잔류 변형의 영향을 저감할 수 있게 되어 있다.However, if aluminum remains in a thermal cycle, the stress remains largely fluctuated. If this stress acts directly on the detecting element portions 15a, 15b, 15c and 15d, the fluctuation in the detection output It happens. However, in the MEMS sensor 1 of the embodiment of the present invention shown in Figs. 1 to 3, the first connection wiring layer 20 is composed of the lower wiring layer 21 made of aluminum and the gold wiring upper layer 22, The connection wiring layer 25 is composed of the lower wiring layer 26 made of aluminum and the gold wiring upper wiring layer 27 so that the influence of residual strain on the detecting element portions 15a, 15b, 15c and 15d due to the residual stress of aluminum Can be reduced.

도 7은, 나중에 설명하는 실시예 3의 MEMS 센서(1)를 온도 사이클하에 두었을 때의 검지 출력의 변화를 나타내고 있다. 가로축이 환경 온도이고, 세로축이 대기압하에 있어서의 검지 출력의 변화를 나타내고 있다. 도 7에서는, 대기압하에서 환경 온도를 25℃에서 80℃까지 상승시키고, 그 후 25℃까지 되돌리고 있다. 온도를 초기의 25℃로 했을 때의 검지 출력과, 온도를 80℃에서 25℃로 되돌렸을 때의 검지 출력의 차이가 출력 변동(Pa:파스칼)이다. 이 출력의 변동은, 열 히스테리시스에 의한 MEMS 센서(1) 내의 잔류 응력의 변동이 원인으로 생각되는데, 본 발명의 실시형태의 바람직한 예인 실시예 3에서는, 열 히스테리시스에 의한 출력 변동이 20Pa(파스칼) 정도의 극히 미세한 값으로 되어 있다.Fig. 7 shows a change in the detection output when the MEMS sensor 1 of the third embodiment described later is placed under a temperature cycle. The abscissa represents the environmental temperature and the ordinate represents the change of the detection output under atmospheric pressure. In Fig. 7, the environmental temperature is raised from 25 캜 to 80 캜 under atmospheric pressure, and then returned to 25 캜. (Pa: Pascal) is the difference between the detection output when the temperature is initially set to 25 ° C and the detection output when the temperature is returned from 80 ° C to 25 ° C. This variation in output is considered to be caused by fluctuation of the residual stress in the MEMS sensor 1 due to thermal hysteresis. In Example 3, which is a preferred example of the embodiment of the present invention, the output fluctuation due to thermal hysteresis is 20 Pa (Pascal) Which is a very small value.

그 제 1 이유는 다음과 같이 예측할 수 있다. 제 1 연결 배선층(20)과 제 2 연결 배선층(25)에서는, 알루미늄인 하부 배선층(21, 26)을 배선 길이의 일부분에만 형성하고, 그 이외를 금인 상부 배선층(22, 27)으로 형성하고 있다. 그 때문에, 알루미늄의 길이를 잔류 응력의 영향을 미치게 하기 어려운 최적의 길이로 설정하는 것이 가능하다. 즉, 도 1에 나타내는 상부 배선층(22, 27)의 길이 치수(L1, Lb)를 선택함으로써, 알루미늄인 하부 배선층(21, 26)을 잔류 응력의 영향을 미치게 하기 어려운 치수로 설정하기 쉬워진다.The first reason can be predicted as follows. In the first connection wiring layer 20 and the second connection wiring layer 25, the lower wiring layers 21 and 26 made of aluminum are formed only in a part of the wiring length and the other wiring layers 22 and 27 are formed of gold . Therefore, it is possible to set the length of aluminum to an optimum length which is hard to cause the influence of the residual stress. That is, by selecting the length dimensions L1 and Lb of the upper wiring layers 22 and 27 shown in FIG. 1, it becomes easy to set the lower wiring layers 21 and 26 made of aluminum to dimensions that are hardly affected by the residual stress.

제 2 이유는 다음과 같이 예측할 수 있다. 도 1의 (A)에 나타내는 전극 패드(16a)에 착안하면, 1개의 전극 패드(16a)로부터 서로 직교 방향으로 연장되는 2개의 배선층이, 동일한 길이의 제 1 연결 배선층(20)으로 되어 있다. 이로 인해, 전극 패드(16a)를 기점으로 하여, 그 양측에 2개의 알루미늄인 하부 배선층(22)이 동일한 길이로 동일한 거리를 두고 균등하게 배치된다. 그 때문에, 알루미늄에 내부 응력이 잔류한다고 해도, 그 응력이 전극 패드(16a)의 양측에서 균등하게 작용하게 된다. 게다가, 전극 패드(16a)의 양측에 서로 역극성의 저항 변화가 되는 제 1 검지 소자부(15a)와 제 3 검지 소자부(15c)가 배치되어 있기 때문에, 하부 배선층(22)에 응력이 잔류해도, 2개의 검지 소자부(15a와 15c)에, 저항 변화를 없애도록 균등한 응력이 주어진다. 게다가, 상부 배선층(22)의 길이 치수(L1)를 적정하게 선택함으로써, 검지 소자부(15a, 15c)에 작용하는 응력을 밸런스가 좋은 값으로 설정할 수 있게 된다.The second reason can be predicted as follows. When attention is paid to the electrode pad 16a shown in FIG. 1A, two wiring layers extending in a direction orthogonal to one another from one electrode pad 16a are formed as the first connection wiring layer 20 having the same length. As a result, the lower wiring layers 22, which are two aluminum wires, are equally spaced at equal distances from the electrode pad 16a on both sides thereof. Therefore, even if the internal stress remains in the aluminum, the stress acts on both sides of the electrode pad 16a uniformly. In addition, since the first detecting element portion 15a and the third detecting element portion 15c are arranged on both sides of the electrode pad 16a to have resistance changes of opposite polarities, stress remains in the lower wiring layer 22 Uniform stress is applied to the two detector elements 15a and 15c so as to eliminate the resistance change. In addition, by appropriately selecting the length L1 of the upper wiring layer 22, the stress acting on the detecting element portions 15a and 15c can be set to a good balance value.

상기 이유는, 전극 패드(16c)와 그 양측의 제 1 연결 배선층(20, 20)의 관계에 있어서 동일하다. 전극 패드(16b, 16d)는 그 양측에 동일한 길이의 제 2 연결 배선층(25)이 더 배치되어 있다. 따라서, 이 구조도 밸런스가 좋은 것이고, 하부 배선층(26)에 응력이 잔류한다고 해도 검지 소자부에 대해 밸런스 좋게 작용하는 것이 된다.The reason is the same in the relationship between the electrode pad 16c and the first connection wiring layers 20, 20 on both sides thereof. The electrode pads 16b and 16d are further provided with second connection wiring layers 25 having the same length on both sides thereof. Therefore, this structure also has a good balance, and even if the stress remains in the lower wiring layer 26, it works well with respect to the detecting element portion.

(실시예)(Example)

실시예 1 내지 4로서, 도 1 내지 3이 나타내는 구조의 MEMS 센서(1)에 대하여 시뮬레이션을 행하였다. 도 1에 나타내는 정방형의 한 변의 치수는 500㎛, 제 2 기판(12)의 두께를 5㎛로 하였다. 상부 배선층(22, 27)의 폭 치수를 각각 18㎛로 하고, 하부 배선층(21, 26)의 폭 치수를 각각 10㎛로 하였다.As the first to fourth embodiments, the MEMS sensor 1 having the structure shown in Figs. 1 to 3 was simulated. The dimension of one side of the square shown in Fig. 1 was 500 mu m, and the thickness of the second substrate 12 was 5 mu m. The width dimensions of the upper wiring layers 22 and 27 were respectively 18 μm and the width dimensions of the lower wiring layers 21 and 26 were respectively 10 μm.

제 2 연결 배선층(25)의 길이 치수는 La를 60㎛, Lb를 52㎛로 고정하였다. 제 1 연결 배선층(20)의 L0을 112㎛로 고정하고, 상부 배선층(22)의 길이 치수(L1)를 실시예 마다 변화시켰다.The length dimension of the second interconnecting wiring layer 25 was fixed at 60 탆 for La and 52 탆 for Lb. The length L0 of the first connection wiring layer 20 was fixed at 112 mu m and the length L1 of the upper wiring layer 22 was varied in each of the examples.

(실시예 1) : L1=52㎛(Example 1): L1 = 52 탆

(실시예 2) : L1=60㎛(Example 2): L1 = 60 占 퐉

(실시예 3) : L1=85㎛(Example 3): L1 = 85 탆

(실시예 4) : L1=98㎛(Example 4): L1 = 98 탆

도 4는, (비교예 1)의 MEMS 센서(101)의 평면도이다. 이 MEMS 센서(101)는, 제 2 기판(12)의 표면에 상부 절연층(14b)이 형성되어 있지 않고, 하부 절연층(14a)의 표면에, 전극 패드(116a, 116b, 116c, 116d) 및 제 1 연결 배선층(120)과 제 2 연결 배선층(125)이 모두 알루미늄으로 형성되어 있다. 그리고, 알루미늄인 제 1 연결 배선층(120)과 제 2 연결 배선층(125)이 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)에 도통하고 있다. 그 이외의 구조는 상기 실시예와 동일하다.4 is a plan view of the MEMS sensor 101 of (Comparative Example 1). The MEMS sensor 101 has electrode pads 116a, 116b, 116c, and 116d on the surface of the lower insulating layer 14a without forming the upper insulating layer 14b on the surface of the second substrate 12, And the first connection wiring layer 120 and the second connection wiring layer 125 are all formed of aluminum. The first connection wiring layer 120 and the second connection wiring layer 125 which are made of aluminum are electrically connected to the detection element portions 15a, 15b, 15c and 15d. The other structures are the same as those of the above embodiment.

도 5와 도 6은, (비교예 2)의 MEMS 센서(201)를 나타내고 있다. 이 MEMS 센서(201)는, 전극 패드(16a, 16b, 16c, 16d)가 상부 절연층(14b)의 표면(14c)에 있어서 금으로 형성되어 있다. 전극 패드(16a, 16c)의 양측으로 연장되는 제 1 연결 배선층은, 금인 상부 배선층(22)으로만 형성되고, 전극 패드(16b, 16d)의 양측으로 연장되는 제 2 연결 배선층은, 금인 상부 배선층(27)으로만 형성되어 있다.5 and 6 show the MEMS sensor 201 of (Comparative Example 2). In this MEMS sensor 201, the electrode pads 16a, 16b, 16c and 16d are formed of gold on the surface 14c of the upper insulating layer 14b. The first connection wiring layer extending to both sides of the electrode pads 16a and 16c is formed only of the gold upper wiring layer 22 and the second connection wiring layer extending to both sides of the electrode pads 16b and 16d is formed of the gold- (27).

그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상부 배선층(22)의 선부(先部)의 도통부(22a)와 검지 소자부(15a)의 사이에, 알루미늄인 접속층(121)이 형성되어 있다. 이것은, 상부 배선층(27)과 검지 소자층의 도통부(27a)에 있어서도 동일하다. 비교예 2는, 제 1 연결 배선층과 제 2 연결 배선층이 금으로만 형성되고, 금과 검지 소자의 접속부에만 알루미늄이 형성된 것이다.6, a connection layer 121 made of aluminum is formed between the conductive portion 22a of the upper portion of the upper wiring layer 22 and the detecting element portion 15a. This is the same in the upper wiring layer 27 and the conductive portion 27a of the detecting element layer. In Comparative Example 2, the first connection wiring layer and the second connection wiring layer are formed only of gold, and aluminum is formed only at the connection portion of the gold and the detection element.

실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 비교예 2에 관하여, 도 7에 나타내는 바와 같이, 대기압하에서 초기 검지 출력을 얻는다. 그 후 온도를 25℃에서 80℃까지 상승시키고 25℃까지 저하시켰을 때의 검지 출력과, 상기 초기 검지 출력의 차이를 산출하여 출력 변동으로 하였다.Regarding Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, an initial detection output is obtained at atmospheric pressure as shown in Fig. Thereafter, the difference between the detection output when the temperature was raised from 25 DEG C to 80 DEG C and the temperature was lowered to 25 DEG C and the above-mentioned initial detection output were calculated to obtain the output fluctuation.

결과는 도 8에 나타내는 바와 같고, 실시예 1의 열 히스테리시스에 의한 출력 변동은 -34.16Pa, 실시예 2의 출력 변동은 -27.98Pa, 실시예 3의 출력 변동은 -19.02Pa, 실시예 4의 출력 변동은 +15.66Pa이었다. 비교예 2의 출력 변동은 -111.11Pa, 비교예 2의 출력 변동은 +52.66Pa이었다.The results are shown in Fig. 8, the output fluctuation due to thermal hysteresis in Example 1 was -34.16 Pa, the output fluctuation in Example 2 was -27.98 Pa, the output fluctuation in Example 3 was -19.02 Pa, The output variation was +15.66 Pa. The output fluctuation of Comparative Example 2 was -111.11 Pa, and the output fluctuation of Comparative Example 2 was +52.66 Pa.

비교예 1은, 전극 패드와 검지 소자부를 도통시키는 연결 배선층이 전체 길이에 걸쳐 알루미늄으로 형성되어 있기 때문에, 열 히스테리시스에 의해 알루미늄에 잔류하는 응력의 범위가 넓어지고, 검지 소자부(15a, 15b, 15c, 15d)에 큰 변형을 주는 결과가 되어, 열 히스테리시스에 의한 출력 변동이 커졌다.In the comparative example 1, since the connection wiring layer for conducting the electrode pad and the detecting element part is formed of aluminum over the entire length, the range of the stress remaining in the aluminum due to thermal hysteresis is widened and the detection element parts 15a, 15b, 15c, and 15d due to thermal hysteresis, and the output fluctuation due to thermal hysteresis is increased.

실시예 1, 2, 3, 4의 MEMS 센서(1)는, 전극 패드(16a, 16c)의 양측에 제 1 연결 배선층(20)이 균일하게 배치되고, 전극 패드(16b, 16d)의 양측에 제 2 연결 배선층(25)이 균일하게 배치되어 있다. 이로 인해, 검지 소자부(15a, 15b)와 이것과는 저항값의 변화가 반대가 되는 검지 소자부(15c, 15d)에 대해, 알루미늄의 잔류 응력에 기인하는 밸런스가 좋은 적당한 힘이 작용하고, 이로 인해 출력 변동이 상쇄되어 억제되고 있다.The first connection wiring layer 20 is uniformly arranged on both sides of the electrode pads 16a and 16c and the first connection wiring layer 20 is disposed on both sides of the electrode pads 16b and 16d And the second connection wiring layer 25 are uniformly arranged. As a result, an appropriate force with a good balance due to the residual stress of aluminum acts on the detecting element portions 15a and 15b and the detecting element portions 15c and 15d whose resistance values are opposite to each other, As a result, the output fluctuation is canceled and suppressed.

이에 비하여 비교예 2는, 응력의 밸런스를 부여하는 알루미늄층이 거의 없어지기 때문에, 본래는 알루미늄의 응력에 의해 상쇄되어야 할 잠재적인 응력이 MEMS 센서 전체에 작용하고, 그 결과, 비교예 1과는 반대 위상의 출력 변동이 생긴 것으로 예측된다.On the other hand, in Comparative Example 2, since almost no aluminum layer giving a balance of stress is present, a potential stress that is originally to be canceled by the stress of aluminum acts on the entire MEMS sensor. As a result, It is predicted that the output fluctuation of the opposite phase occurs.

이와 같이, 실시예 1, 2, 3, 4는 알루미늄에 의한 하부 배선층의 배치와 길이의 밸런스가 좋기 때문에, 열 히스테리시스에 의한 출력 변동을 억제할 수 있게 된다. 실시예 1, 2, 3, 4로부터, 제 1 연결 배선층(20)의 길이(L0)에 대한 상부 배선층(22)의 길이(L1)의 비의 바람직한 범위(L1/L0)는 0.46∼0.88이다.As described above, in Embodiments 1, 2, 3, and 4, since the arrangement and length balance of the lower wiring layers by aluminum are good, output fluctuations due to thermal hysteresis can be suppressed. From Examples 1, 2, 3 and 4, a preferable range (L1 / L0) of the ratio of the length L1 of the upper wiring layer 22 to the length L0 of the first connection wiring layer 20 is 0.46 to 0.88 .

도 8로부터 실시예 3 내지 실시예 4의 범위에서 출력 변동이 극히 작아진다. 따라서, L1/L0이 0.76∼0.88인 것이 더욱 바람직하다.From FIG. 8, the output fluctuation becomes extremely small in the range from the third embodiment to the fourth embodiment. Therefore, it is more preferable that L1 / L0 is 0.76 to 0.88.

1 : MEMS 센서
2 : SOI기판
11 : 제 1 기판
11a : 공간부
11b : 프레임체부
12 : 제 2 기판
12a : 감지부
12b : 배선부
14 : 절연층
15a, 15b, 15c, 15d : 검지 소자부
16a, 16b, 16c, 16d : 전극 패드
20 : 제 1 연결 배선층
21 : 하부 배선층
22 : 상부 배선층
25 : 제 2 연결 배선층
26 : 하부 배선층
27 : 상부 배선층
1: MEMS sensor
2: SOI substrate
11: a first substrate
11a:
11b:
12: second substrate
12a:
12b: wiring part
14: Insulating layer
15a, 15b, 15c and 15d:
16a, 16b, 16c, 16d: electrode pads
20: first connection wiring layer
21: Lower wiring layer
22: upper wiring layer
25: second connection wiring layer
26: Lower wiring layer
27: upper wiring layer

Claims (11)

모두 실리콘 기판인 제 1 기판 및 제 2 기판이 포개진 MEMS 센서에 있어서,
상기 제 1 기판은, 공간부와 이 공간부를 둘러싸는 프레임체부를 가지고, 상기 제 2 기판에는, 상기 공간부에 대향하는 휨 변형 가능한 감지부와, 상기 감지부의 휨 변형에 따른 검지 출력을 얻는 검지 소자부가 형성되며,
상기 제 2 기판의 표면에 절연층이 형성되어, 상기 절연층의 표면에 전극 패드가 형성되고, 상기 전극 패드와 상기 검지 소자부의 사이에 연결 배선층이 형성되어 있으며,
상기 연결 배선층은, 상기 제 2 기판과 상기 절연층의 사이에 형성되어 상기 검지 소자부에 접속되는 알루미늄인 하부 배선층과, 상기 절연층의 표면에서 상기 전극 패드로부터 연장되는 상부 배선층으로 이루어지고, 상기 상부 배선층이 알루미늄보다 온도 변화에 의한 잔류 응력의 변동이 작은 도전성 금속 재료로 형성되어 있으며, 상기 상부 배선층과 상기 하부 배선층이, 상기 절연층에 설치된 개구에 있어서 서로 도통되어 있는 것을 특징으로 하는 MEMS 센서.
1. A MEMS sensor comprising a first substrate and a second substrate each of which is a silicon substrate,
Wherein the first substrate has a space portion and a frame body portion surrounding the space portion, the second substrate has a sensing portion capable of being deformed to be deflected so as to face the space portion, and a sensing portion for sensing the sensing output in accordance with the bending deformation of the sensing portion An element portion is formed,
An insulating layer is formed on a surface of the second substrate, an electrode pad is formed on a surface of the insulating layer, a connection wiring layer is formed between the electrode pad and the detecting element portion,
Wherein the interconnecting wiring layer comprises a lower wiring layer formed of aluminum which is formed between the second substrate and the insulating layer and connected to the detecting element portion and an upper wiring layer extending from the electrode pad on the surface of the insulating layer, Wherein the upper wiring layer is formed of a conductive metal material having a smaller fluctuation in residual stress due to temperature change than aluminum and the upper wiring layer and the lower wiring layer are electrically connected to each other at an opening provided in the insulating layer, .
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 기판은 정방형이고, 상기 전극 패드가 정방형의 모든 모서리부에 위치하고 있으며, 상기 정방형의 일방의 대각선 상에 설치된 전극 패드를 제 1 전극 패드쌍으로 하고, 타방의 대각선 상에 설치된 전극 패드를 제 2 전극 패드쌍으로 하며,
상기 제 1 전극 패드쌍으로부터 연장되는 복수의 제 1 연결 배선층은 각각 동일한 길이이고, 상기 제 2 전극 패드쌍으로부터 연장되는 복수의 제 2 연결 배선층은 각각 동일한 길이이며, 상기 제 1 연결 배선층의 길이와 상기 제 2 연결 배선층의 길이가 상이한 MEMS 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the second substrate has a square shape and the electrode pads are located at all corner portions of a square, electrode pads provided on one diagonal line of the square are formed as first electrode pad pairs, and electrode pads provided on the other diagonal line A second electrode pad pair,
The plurality of first connection wiring layers extending from the first pair of electrode pads have the same length and the plurality of second connection wiring layers extending from the pair of second electrode pads are respectively the same length, And the length of the second connection wiring layer is different.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 연결 배선층의 상기 하부 배선층과 상기 상부 배선층의 길이의 비는, 상기 제 2 연결 배선층에 있어서의 상기 하부 배선층과 상기 상부 배선층의 길이의 비에 대해, 상기 하부 배선층의 길이의 비율이 큰 MEMS 센서.
3. The method of claim 2,
The ratio of the lengths of the lower wiring layer and the upper wiring layer of the first connection wiring layer is set such that the ratio of the length of the lower wiring layer to the length of the lower wiring layer and the upper wiring layer in the second connection wiring layer is large MEMS sensors.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 기판은 정방형이고, 상기 전극 패드가 정방형의 모든 모서리부에 위치하고 있으며, 상기 연결 배선층은, 정방형의 각 변과 평행하게 형성되어 있고, 상기 연결 배선층의 길이 및 상기 하부 배선층과 상기 상부 배선층의 길이의 비는, 정방형의 각각의 변에 있어서 동일한 MEMS 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the second substrate has a square shape and the electrode pad is located at every corner of the square, and the connection wiring layer is formed in parallel with each side of the square, and the length of the connection wiring layer, Is the same for each side of the square.
제 1 항에 있어서,
상기 연결 배선층의 배선 패턴은, 상기 제 2 기판의 도심을 중심(中心)으로 하여 180도의 회전 대칭인 MEMS 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the wiring pattern of the connection wiring layer is rotationally symmetric with respect to the center of the second substrate at a center of 180 degrees.
제 1 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부 배선층이 금으로 형성되어 있는 MEMS 센서.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the upper wiring layer is formed of gold.
제 1 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하부 배선층과 상기 검지 소자부와의 도통부와 상기 전극 패드를 제외한 상기 연결 배선층의 전체 길이를 L0으로 하고, 상기 상부 배선층과 상기 하부 배선층과의 도통부를 포함하면서 상기 전극 패드를 제외한 상기 상부 배선층의 길이를 L1로 했을 때에, L1/L0은 0.46∼0.88인 MEMS 센서.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The total length of the connection wiring layer except for the conductive part between the lower wiring layer and the detection element part and the electrode pad is L0 and the total length of the connection wiring layer excluding the electrode pads and including the conductive parts between the upper wiring layer and the lower wiring layer, L1 / L0 is 0.46 to 0.88, where L1 is the length of the MEMS sensor.
제 7 항에 있어서,
L1/L0이 0.76∼0.88인 MEMS 센서.
8. The method of claim 7,
A MEMS sensor wherein L1 / L0 is 0.76 to 0.88.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 패드가 알루미늄보다 온도 변화에 의한 잔류 응력의 변동이 작은 도전성 재료로 형성되어 있는 MEMS 센서.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the electrode pad is formed of a conductive material having a smaller fluctuation in residual stress due to temperature change than aluminum.
제 9 항에 있어서,
상기 전극 패드가 금, 은, 구리 중 어느 재료로 형성되어 있는 MEMS 센서.
10. The method of claim 9,
Wherein the electrode pad is formed of any one of gold, silver, and copper.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 기판과 반대측에서, 상기 제 2 기판에 접합된 지지 기판이 설치되어, 상기 공간부가 폐쇄되고, 상기 감지부가 기체의 압력으로 변형되는 압력 센서인 MEMS 센서.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein a supporting substrate bonded to the second substrate is provided on the side opposite to the second substrate, the space portion is closed, and the sensing portion is deformed to a pressure of the gas.
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