JP2012156401A - Electrostatic capacitance type device and method of manufacturing the same - Google Patents
Electrostatic capacitance type device and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012156401A JP2012156401A JP2011015796A JP2011015796A JP2012156401A JP 2012156401 A JP2012156401 A JP 2012156401A JP 2011015796 A JP2011015796 A JP 2011015796A JP 2011015796 A JP2011015796 A JP 2011015796A JP 2012156401 A JP2012156401 A JP 2012156401A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- movable
- fixed
- silicon
- metal film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
- B81C1/00182—Arrangements of deformable or non-deformable structures, e.g. membrane and cavity for use in a transducer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/0802—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0831—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0845—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration using a plurality of spring-mass systems being arranged on one common planar substrate, the systems not being mechanically coupled and the sensitive direction of each system being different
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Description
本発明は、静電容量式デバイスの製造方法および静電容量式デバイスに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a capacitive device and a capacitive device.
従来、静電容量式デバイスとして、可動電極の中央部をビームによって支持するとともに、当該ビームで支持された中央部を境に可動電極の両端側の重心位置を非対称とすることで、加速度が入力された際に可動電極を揺動させるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a capacitive device, the center of the movable electrode is supported by a beam, and the center of gravity on both ends of the movable electrode is asymmetrical with the center supported by the beam as the boundary, so that acceleration is input. There is known one in which a movable electrode is swung when it is applied (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1では、可動電極を可動体基板となるシリコン基板に形成する一方、可動電極に対向する固定電極を固定側基板となるガラス基板に形成し、両基板を陽極接合により接合している。 In Patent Document 1, a movable electrode is formed on a silicon substrate that is a movable substrate, while a fixed electrode that is opposed to the movable electrode is formed on a glass substrate that is a stationary substrate, and both substrates are joined by anodic bonding. .
ところで、両基板を陽極接合により接合する際、シリコン基板に設けられた圧接電極とガラス基板に形成された固定電極から延設された端子電極とを踏み潰して導通させることで、シリコン基板と固定電極とが同電位となるようにするのが一般的である。 By the way, when bonding both substrates by anodic bonding, the pressure contact electrode provided on the silicon substrate and the terminal electrode extending from the fixed electrode formed on the glass substrate are crushed and made conductive, thereby fixing the silicon substrate. In general, the electrode is at the same potential.
しかしながら、上記従来技術のように、電極同士を踏み潰すことでシリコン基板と固定電極とが同電位となるように導通させる方法では、踏み潰しを行う接合面に酸化膜などが形成されて導通不良が生じてしまうおそれがあった。また、このような踏み潰し構造を用いると、踏み潰し部分が応力の発生起点となって構造体に応力が作用し、デバイス特性に影響を与えてしまうおそれがあった。 However, as in the above prior art, in the method in which the silicon substrate and the fixed electrode are made to have the same potential by stepping on the electrodes, an oxide film or the like is formed on the joint surface where the stepping is performed, resulting in poor conduction. Could occur. Further, when such a crushing structure is used, there is a possibility that the crushing portion serves as a starting point of stress and stress acts on the structure to affect the device characteristics.
そこで、本発明は、デバイス特性に影響を与えてしまうのを抑制することのできる静電容量式デバイスの製造方法および静電容量式デバイスを得ることを目的とする。 Then, an object of this invention is to obtain the manufacturing method of an electrostatic capacitance type device which can suppress affecting a device characteristic, and an electrostatic capacitance type device.
本発明にあっては、可動電極が形成された可動体基板と、前記可動電極に対向する固定電極が形成され、前記可動体基板に陽極接合される固定側基板と、を備える静電容量式デバイスの製造方法であって、前記固定側基板の両面に露出するようにシリコンを貫通させて形成した貫通シリコンを前記固定電極とするとともに、前記可動体基板の少なくとも前記固定側基板に陽極接合される部位をシリコンで形成し、前記貫通シリコンの外側露出面に第1の金属膜を成膜するとともに、前記固定側基板の表面における前記貫通シリコンの外側露出面以外の部位に、前記第1の金属膜と離間するように第2の金属膜を成膜し、前記可動体基板と前記固定側基板とを陽極接合する際に、前記第1の金属膜および第2の金属膜を用いて、前記固定側基板と前記可動体基板との間に電位差を設ける一方、前記貫通シリコンと前記可動体基板とが同電位となるようにしたことを主要な特徴とする。 In the present invention, a capacitive substrate comprising: a movable substrate on which a movable electrode is formed; and a fixed-side substrate on which a fixed electrode facing the movable electrode is formed and is anodically bonded to the movable substrate. A device manufacturing method, wherein a through silicon formed by penetrating silicon so as to be exposed on both surfaces of the fixed side substrate is used as the fixed electrode, and is anodically bonded to at least the fixed side substrate of the movable substrate. And forming a first metal film on the outer exposed surface of the through silicon, and forming the first metal film on a portion of the surface of the fixed substrate other than the outer exposed surface of the through silicon. A second metal film is formed so as to be separated from the metal film, and when the movable substrate and the stationary substrate are anodically bonded, the first metal film and the second metal film are used, Fixed substrate While a potential difference between said movable member substrate is mainly characterized in that said through-silicon and the movable body substrate was set to be the same potential.
本発明によれば、固定側基板と可動体基板との間に電位差を設けるとともに、貫通シリコンと可動体基板とを同電位にした状態で、可動体基板と固定側基板との陽極接合を行っている。そのため、踏み潰し構造を用いることなく陽極接合を行うことが可能となる。その結果、接合部分に酸化膜が形成されて導通不良が生じてしまうのを抑制することができる上、踏み潰し部分に応力が作用してデバイス特性に影響を与えてしまうのを抑制することができる。 According to the present invention, a potential difference is provided between the fixed substrate and the movable substrate, and anodic bonding between the movable substrate and the fixed substrate is performed with the through silicon and the movable substrate at the same potential. ing. Therefore, anodic bonding can be performed without using a stepping-down structure. As a result, it is possible to suppress the formation of an oxide film at the bonding portion, resulting in poor conduction, and to suppress the stress from acting on the squashed portion and affecting the device characteristics. it can.
また、金属膜を用いて、固定側基板と可動体基板との間に電位差を設ける一方、貫通シリコンと可動体基板とが同電位となるようにしたため、電圧の印加や同電位化をより確実に行うことができる。 In addition, a metal film is used to provide a potential difference between the fixed-side substrate and the movable substrate, while the through silicon and the movable substrate are set to the same potential. Can be done.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、静電容量式デバイスとして、加速度センサを例示する。また、錘部の可動電極が形成される側をシリコン基板の表面側と定義する。そして、シリコン基板の短手方向をX方向、シリコン基板の長手方向をY方向、シリコン基板の厚さ方向をZ方向として説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Below, an acceleration sensor is illustrated as an electrostatic capacitance type device. Further, the side of the weight portion on which the movable electrode is formed is defined as the surface side of the silicon substrate. In the following description, the short direction of the silicon substrate is the X direction, the long direction of the silicon substrate is the Y direction, and the thickness direction of the silicon substrate is the Z direction.
本実施形態にかかる加速度センサSは、可動電極4、5を有する可動体基板としてのシリコン基板1と、このシリコン基板1の表面(図1の上面)に陽極接合されて可動電極4、5に対向する固定電極20a、20b、21a、21bが形成された固定側基板としての上部固定板2aと、シリコン基板1の裏面(図1の下面)に接合されて閉塞板となる下部固定板2bとを備えている。このように、本実施形態にかかる加速度センサSは、上部固定板2aと下部固定板2bとの間にシリコン基板1が挟持されたセンサチップとして構成されている。
The acceleration sensor S according to this embodiment includes a silicon substrate 1 as a movable substrate having
シリコン基板1は、シリコンSOI基板により形成されており、図1に示すように、2つの矩形枠3a、3bを有するフレーム3と、矩形枠2a、3bの側壁に対して隙間をあけた状態で矩形枠3a、3bに配置された矩形形状の2つの可動電極4、5とを備えている。
The silicon substrate 1 is formed of a silicon SOI substrate. As shown in FIG. 1, the frame 3 having two
可動電極4、5は、それぞれの側面の対向する二辺のほぼ中央が、一対のビーム6a、6bおよび7a、7bによって矩形枠3a、3bの側壁に連結されている。すなわち、一方の可動電極4がビーム6a、6bによってフレーム3に対して揺動自在に支持されるとともに、他方の可動電極5がビーム7a、7bによってフレーム3に対して揺動自在に支持されている。なお、本実施形態では、ビーム6a、6bおよびビーム7a、7bは、シリコン基板1のZ方向(厚さ方向)に対して上部固定板2aに対向した表面側(図1の上面側)に偏って配置されている。また、可動電極4、5の表裏面には、可動電極4、5が固定電極20a、20b、21a、21bや後述する付着防止膜28,29に直接衝突するのを防止するための突起部41,51が突設されている。また、シリコン基板1のフレーム3表面には接地電極10が形成されている。
The
また、可動電極4、5は肉厚に形成されており、重りとしての機能も有している。本実施形態では、図2(b)および図3に示すように、可動電極4の裏側における境界線(平面視でビーム6aとビーム6bの中心を結ぶ直線)Mの一方側(図2(b)の下側)に凹部11が形成されており、可動電極4の重心が他方側(図2(b)の上側)に片寄るようにしている。同様に、可動電極5の裏側における可動電極4に凹部11を設けた一方側とは反対となる他方側(図2(b)の上側)に凹部11が形成されており、可動電極5の重心が一方側(図2(b)の下側)に片寄るようにしている。そして、X方向もしくはZ方向に加速度が印加された場合に、X方向およびZ方向に印加される加速度を検出できるようにしている。
Moreover, the
上部固定板2aは、ガラス基板により形成されており、図3に示すように、可動電極4、5の表面に対して所定間隔をあけて対向配置されている。そして、上部固定板2aの一方の可動電極4と対向する面側には、境界線Mの一方側および他方側にそれぞれ固定電極20a、20bが設けられている。この固定電極20a、20bは、一方の可動電極4の表面4aに対して所定の間隔をあけて対向配置されている。
The upper
また、上部固定板2aの他方の可動電極5と対向する表面側には、境界線Mの一方側および他方側にそれぞれ固定電極21a、21bが設けられており、この固定電極21a、21bは、他方の可動電極5の表面に対して所定間隔をあけて対向配置されている。
Further,
さらに、図1に示すように、上部固定板2aの接地電極10と対向する位置には、スルーホール22aが形成されており、このスルーホール22aを介して接地電極10を外部に露出、配線させることで、接地電極10の電位、すなわち、可動電極4,5の電位を外部に取り出せるようにしている。
Further, as shown in FIG. 1, a
下部固定板2bは、ガラス基板により形成されており、図3に示すように、双方の可動電極4、5の裏面に所定間隔をあけて対向するように配置されている。そして、この下部固定板2bの表面には、可動電極4、5の設置領域に対応した領域に付着防止膜28,29がそれぞれ形成されている(図1参照)。
The lower
上述した加速度センサSは以下のようにして製造される。 The acceleration sensor S described above is manufactured as follows.
まず、図3に示すように、シリコン基板1の表面側および裏面側に、湿式エッチングやドライエッチング等により可動電極4、5が変位するための凹部32a、32bを形成する。また、シリコン基板1の裏面側を更にエッチングすることで、双方の可動電極4、5および凹部11を形成する。
First, as shown in FIG. 3, recesses 32 a and 32 b for moving the
その後、下部固定板2bをシリコン基板1の裏面側に陽極接合するとともに、上部固定板2aに、固定電極20a、20b、21a、21bおよびスルーホール22aを形成しておき、この上部固定板2aをシリコン基板1の表面側に陽極接合する。
Thereafter, the
このように構成された加速度センサSは、図3の矢印kで示す加速度が印加されると、双方の可動電極4、5がそれぞれ揺動運動し、可動電極4、5の両端側と固定電極20a、20b、21a、21bとの間のギャップdが変化し、それらのギャップd間の静電容量C1、C2、C3、C4が変化する。
In the acceleration sensor S configured as described above, when the acceleration indicated by the arrow k in FIG. 3 is applied, both the
このときの静電容量Cは、C=ε×S/dとなることが知られており(ε:誘電率、S:電極面積、d:ギャップ)、この式からギャップdが大きくなると静電容量Cは減少し、ギャップdが小さくなると静電容量Cは増加することになる。 The capacitance C at this time is known to be C = ε × S / d (ε: dielectric constant, S: electrode area, d: gap), and the electrostatic capacity increases as the gap d increases from this equation. The capacitance C decreases, and the capacitance C increases as the gap d decreases.
本実施形態では、検出された静電容量C1、C2、C3、C4が、例えば、ASICで構成される演算回路に送られてX方向の加速度およびZ方向の加速度が求められ、当該加速度を示すデータが出力されるようになっている。 In the present embodiment, the detected capacitances C1, C2, C3, and C4 are sent to an arithmetic circuit constituted by, for example, an ASIC, and the acceleration in the X direction and the acceleration in the Z direction are obtained to indicate the acceleration. Data is output.
ところで、本実施形態では、一方の可動電極4を備えた第1の加速度センサ単体Saと、他方の可動電極5を備えた第2の加速度センサ単体Sbとを同一チップ面内に配置するとともに、それぞれの加速度センサ単体Sa、Sbを相対的に180度回転した状態で配置している(図1参照)。このように、第1の加速度センサ単体Saと第2の加速度センサ単体Sbとを、それぞれの可動電極4および可動電極5の重心位置が境界線Mに対して互いに反対側に位置するように配置することで、X方向およびZ方向の加速度を検出できるようにしている。なお、X方向およびZ方向の加速度の向き及び大きさを求める演算処理については従来周知であるため説明を省略する。
By the way, in this embodiment, while arrange | positioning 1st acceleration sensor single-piece | unit Sa provided with one
ここで、本実施形態では、上部固定板(固定側基板)2aとシリコン基板(可動体基板)1との間に電位差を設けるとともに、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとシリコン基板(可動体基板)1とを同電位にした状態で、シリコン基板(可動体基板)1と上部固定板(固定側基板)2aとの陽極接合を行うようにしている。
Here, in this embodiment, a potential difference is provided between the upper fixed plate (fixed side substrate) 2a and the silicon substrate (movable body substrate) 1, and the through
具体的には、以下のようにしてシリコン基板1と上部固定板2aとの陽極接合を行うようにしている。
Specifically, anodic bonding between the silicon substrate 1 and the
まず、図1および図3に示すように、上部固定板2aの平面視で可動電極4、5と対応する部位、すなわち、上述した固定電極20a、20b、21a、21bが配置される部位に、上部固定板2aの表裏両面に露出するようにシリコンを貫通させて複数の貫通シリコン23a、23b、24a、24bを形成し、この貫通シリコン23a、23b、24a、24bの裏面側が固定電極20a、20b、21a、21bとなるようにする。
First, as shown in FIG. 1 and FIG. 3, the portion corresponding to the
このようなガラス埋込シリコン基板は、例えば、平坦なシリコン基板の表面に窪みを形成し、平坦なガラス基板にシリコン基板の窪みが形成された面を重ね合わせ、ガラス基板を加熱することでガラス基板の一部をこの窪みの中に埋め込んだ後、ガラス基板を再固化させ、フラット基板の表裏面を研磨してシリコンを除去することで形成することができる。 Such a glass-embedded silicon substrate is formed by, for example, forming a depression on the surface of a flat silicon substrate, superimposing the surface on which the depression of the silicon substrate is formed on the flat glass substrate, and heating the glass substrate to After a part of the substrate is embedded in the recess, the glass substrate can be re-solidified, and the front and back surfaces of the flat substrate can be polished to remove silicon.
そして、シリコン基板1の少なくとも上部固定板2aに陽極接合される部位をシリコンで形成する。
Then, at least a portion of the silicon substrate 1 to be anodically bonded to the
本実施形態では、シリコン基板1の両面周縁部が上部固定板2aおよび下部固定板2bの周縁部にそれぞれ陽極接合されるようになっている。このシリコン基板1として、本実施形態では、Siからなるシリコン活性層1bとSiからなる支持基板1cとの間にSiO2からなる埋込絶縁層1aが介在するSOI基板を用いている。
In the present embodiment, both-surface peripheral portions of the silicon substrate 1 are anodically bonded to the peripheral portions of the
このように、シリコン基板1としてSOI基板を用いることで、シリコン基板1の少なくとも上部固定板2aに陽極接合される部位がシリコンで形成されることとなる。
As described above, by using an SOI substrate as the silicon substrate 1, at least a portion of the silicon substrate 1 to be anodically bonded to the
そして、貫通シリコン23a、23b、24a、24bの外側露出面に第1の金属膜としてのアルミ膜25を成膜するとともに、上部固定板2aの外側面周縁部(上部固定板2aの表面における貫通シリコン23a、23b、24a、24bの外側露出面以外の部位)に、第2の金属膜としてのアルミ膜26をアルミ膜25と離間するように成膜する。このように、アルミ膜25とアルミ膜26とを互いに接触しないように成膜することで、アルミ膜25とアルミ膜26とが短絡してしまうのを抑制している。
Then, an
そして、貫通シリコン23a、23b、24a、24bをアルミ膜25および金属配線w2を介してアースするとともに、シリコン基板1の周縁部を金属配線w3を介してアースすることで、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとシリコン基板1とが同電位となるようにする。
The through
そして、上部固定板2aのシリコン基板1との接合部(周縁部)にアルミ膜26および金属配線w1を介して電圧を印加して、上部固定板(固定側基板)2aとシリコン基板(可動体基板)1との間に電位差を設けることで、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとシリコン基板(可動体基板)1とを同電位にした状態で、シリコン基板(可動体基板)1と上部固定板(固定側基板)2aとの陽極接合を行う。
Then, a voltage is applied to the joint portion (peripheral portion) of the upper fixed
すなわち、本実施形態では、シリコン基板(可動体基板)1と上部固定板(固定側基板)2aとを陽極接合する際に、アルミ膜(第1および第2の金属膜)25,26を用いて、上部固定板(固定側基板)2aとシリコン基板(可動体基板)1との間に電位差を設けるとともに、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとシリコン基板(可動体基板)1とが同電位となるようにしている。
That is, in this embodiment, when the silicon substrate (movable substrate) 1 and the upper fixed plate (fixed side substrate) 2a are anodically bonded, the aluminum films (first and second metal films) 25 and 26 are used. In addition, a potential difference is provided between the upper fixed plate (fixed side substrate) 2a and the silicon substrate (movable substrate) 1, and the through
このとき、図3に示すように、アルミ膜(上部固定板2aの表面における貫通シリコン23a、23b、24a、24bの外側露出面以外の部位に第1の金属膜としてのアルミ膜25と離間するように成膜した第2の金属膜)26と貫通シリコン23a、23b、24a、24bとの最短距離aを、上部固定板2aの厚さbよりも大きく(a>b)するのが好適である。
At this time, as shown in FIG. 3, the aluminum film (spaced apart from the
上部固定板2aとシリコン基板1との接合部と、貫通シリコン23a、23b、24a、24bの貫通部には共にガラスとシリコンの界面が生じているため、a<bとした場合、上部固定板2aのアルミ膜26に電圧を印加した際に、距離が近い貫通シリコン23a、23b、24a、24bの貫通部で接合反応が起こりやすくなってしまう。しかしながら、a>bとすれば、貫通シリコン23a、23b、24a、24bの貫通部で接合反応が起こってしまうのを抑制することができ、積極的に上部固定板2aとシリコン基板1との接合部で接合反応を起こさせることができるようになる。
Since an interface between glass and silicon is generated at the junction between the
また、本実施形態では、固定電極となる貫通シリコンを複数(本実施形態では4つ)備えており、それぞれの貫通シリコン23a、23b、24a、24bに成膜したアルミ膜(複数の貫通シリコンの外側露出面に成膜した第1の金属膜)25を金属配線(金属配線27および金属配線w2)によって相互に導通させている(図6参照)。
Further, in this embodiment, a plurality of through silicons (four in this embodiment) serving as fixed electrodes are provided, and an aluminum film (a plurality of through silicons formed on each through
このように、本実施形態では、複数のアルミ膜25を金属配線(金属配線27および金属配線w2)によって相互に導通させることで、図4に示すようなウエハレベルで、シリコン基板(可動体基板)1と上部固定板(固定側基板)2aとの陽極接合を行っている。
As described above, in the present embodiment, a plurality of
以下、ウエハレベルでの陽極接合について説明する。 Hereinafter, anodic bonding at the wafer level will be described.
まず、1枚のウエハWをエッチング等により加工することで、分断した際に上述の加速度センサSが形成されるように可動電極4,5等を複数形成する。
First, by processing one wafer W by etching or the like, a plurality of
次に、固定電極20a、20b、21a、21bとなる貫通シリコン23a、23b、24a、24bが埋め込まれたガラス基板(分断した際に上部固定板2aとなる部材)を貫通シリコン23a、23b、24a、24bが可動電極4,5と対向するように載置する。
Next, the glass substrate (the member that becomes the
次に、ガラス基板の表面にアルミ膜(複数の貫通シリコンの外側露出面に成膜した第1の金属膜)25を成膜する。このとき、隣り合う貫通シリコン23a、23bのアルミ膜25の間、および隣り合う貫通シリコン24a、24bのアルミ膜25の間に、双方のアルミ膜25を相互に導通させる金属配線27を設けている。さらに、複数のアルミ膜25を金属配線(金属配線27および金属配線w2)によって相互に導通させるとともに、金属配線w2を介してウエハWの外周の一部に配置されたアース電極Waに導通させている。すなわち、ウエハW全面に亘って固定電極20a、20b、21a、21bとなる貫通シリコン23a、23b、24a、24bの外側露出面に成膜したアルミ膜(第1の金属膜)25どうしが金属配線(金属配線27および金属配線w2)によって相互に導通されている。
Next, an aluminum film (first metal film formed on the outer exposed surface of the plurality of through silicon) 25 is formed on the surface of the glass substrate. At this time, a
また、ガラス基板の表面にアルミ膜(上部固定板2aの表面における貫通シリコン23a、23b、24a、24bの外側露出面以外の部位に第1の金属膜としてのアルミ膜25と離間するように成膜した第2の金属膜に相当)26を成膜する。このアルミ膜26は、ガラス基板表面における分断した際に加速度センサSの周縁部となる部位に成膜される。そして、このアルミ膜26は、ウエハWの外周を取り囲むように配置された電圧印加電極Wbに金属配線w1を介して導通されている。
Further, an aluminum film is formed on the surface of the glass substrate so as to be separated from the
なお、アルミ膜25,アルミ膜26,金属配線27,金属配線w1および金属配線w2は、同時に成膜してもよいし、いずれかを先に成膜するようにしてもよい。
The
また、シリコン基板1は、上述したように、金属配線w3を介してアースされている。 Further, as described above, the silicon substrate 1 is grounded via the metal wiring w3.
かかる状態で、上部固定板2aのシリコン基板1との接合部(周縁部)に電圧印加電極Wbを介して電圧を印加して、上部固定板(固定側基板)2aとシリコン基板(可動体基板)1との間に電位差を設けることで、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとシリコン基板(可動体基板)1とを同電位にした状態で一括して陽極接合を行うことができる。
In this state, a voltage is applied to the joint portion (peripheral portion) of the upper fixed
すなわち、複数のアルミ膜25を金属配線(金属配線27および金属配線w2)によって相互に導通させることで、シリコン基板(可動体基板)1と上部固定板(固定側基板)2aとの陽極接合をウエハレベルで行うことができる。
That is, anodic bonding of the silicon substrate (movable body substrate) 1 and the upper fixed plate (fixed side substrate) 2a is achieved by connecting a plurality of
なお、本実施形態では、電圧印加電極Wbからアルミ膜26に印加する電圧値を−600Vに設定したものを例示したが、電圧値は陽極接合する際の条件に応じて適宜設定することが可能である。
In the present embodiment, the voltage value applied to the
また、下部固定板2b側は固定電極や可動電極が設けられない部分であるため、シリコン基板1と下部固定板2bとの陽極接合は従来の方法で行うことができるが、上部固定板2aと同様の方法で陽極接合を行ってもよい。
Since the lower fixed
そして、アルミ膜25、26や金属配線w1、w2、w3および金属配線27のうち、表面に残す部分にパターニングを行ってその他の部分を除去する。
Then, the
本来、アルミ膜25、26や金属配線w1、w2、w3および金属配線27は、陽極接合した後に除去されるものであるが、本実施形態では、アルミ膜25を残して、後ほど施行されるワイヤボンディングのパッドとして用いるようにしている。さらに、上部固定板2aの表面に、金属配線(金属配線27および金属配線w2)を残し、隣り合う貫通シリコン23a、23bのアルミ膜25の間、および隣り合う貫通シリコン24a、24bのアルミ膜25の間に、金属配線(金属配線27および金属配線w2)が形成されるようにしている。
Originally, the
そして、ウエハレベルでの陽極接合を行った後に、個々のチップに分断することで複数の加速度センサSが製造される。 Then, after anodic bonding at the wafer level, a plurality of acceleration sensors S are manufactured by dividing into individual chips.
こうして、可動電極4,5が形成されたシリコン基板(可動体基板)1と、可動電極4,5と対向する部位に両面が露出するようにシリコンを貫通させて形成した複数の貫通シリコン23a、23b、24a、24bを固定電極20a、20b、21a、21bとした上部固定板(固定側基板)2aと、貫通シリコン23a、23b、24a、24bの外側露出面に成膜したアルミ膜(金属膜)25と、を備え、隣り合うアルミ膜25の間に金属配線(金属配線27および金属配線w2)が形成されている加速度センサ(静電容量式デバイス)Sが形成される。
In this way, a silicon substrate (movable body substrate) 1 on which the
なお、残されたアルミ膜25をワイヤーボンディングパッドとして活用することで、固定電極20a、20bおよび固定電極21a、21bの電位を外部に取り出せるようになる。
By using the remaining
以上説明したように、本実施形態では、上部固定板(固定側基板)2aとシリコン基板(可動体基板)1との間に電位差を設けるとともに、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとシリコン基板(可動体基板)1とを同電位にした状態で、シリコン基板(可動体基板)1と上部固定板(固定側基板)2aとの陽極接合を行っている。そのため、踏み潰し構造を用いることなく陽極接合を行うことが可能となる。その結果、接合部分に酸化膜が形成されて導通不良が生じてしまうのを抑制することができる上、踏み潰し部分に応力が作用してデバイス特性に影響を与えてしまうのを抑制することができる。
As described above, in this embodiment, a potential difference is provided between the upper fixed plate (fixed side substrate) 2a and the silicon substrate (movable body substrate) 1, and the through
このように、本実施形態によれば、デバイス特性に影響を与えてしまうのを抑制することのできる加速度センサ(静電容量式デバイス)Sを得ることができる。 Thus, according to this embodiment, it is possible to obtain an acceleration sensor (capacitive device) S that can suppress the influence on the device characteristics.
また、アルミ膜(第1および第2の金属膜)25、26を用いて、上部固定板(固定側基板)2aとシリコン基板(可動体基板)1との間に電位差を設ける一方、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとシリコン基板(可動体基板)1とが同電位となるようにしたため、電圧の印加や同電位化をより確実に行うことができる。また、スパッタリングや蒸着法等MEMSデバイスに適した方法で成膜やパターニングを容易に行うことができるようになる。 In addition, a potential difference is provided between the upper fixed plate (fixed side substrate) 2a and the silicon substrate (movable substrate) 1 using the aluminum films (first and second metal films) 25 and 26, while penetrating silicon. Since 23a, 23b, 24a, 24b and the silicon substrate (movable body substrate) 1 are set to the same potential, it is possible to more reliably apply the voltage and make the same potential. In addition, film formation and patterning can be easily performed by a method suitable for a MEMS device such as sputtering or vapor deposition.
このとき、第1および第2の金属膜の材料としてアルミを用いれば、材料的にも安価なためコスト低減を達成することができる。このようなアルミ膜25、26によるパターニングは、ウエットエッチングおよびドライエッチング共に技術が確立されているため、加工がし易いという利点もある。特に、数μm程度の微細なMEMSデバイスパターン形成の際にアルミを用いるとより効果的である。
At this time, if aluminum is used as the material of the first and second metal films, the cost can be reduced because the material is inexpensive. Such patterning by the
また、本実施形態によれば、アルミ膜26、すなわち、上部固定板2aの表面における貫通シリコン23a、23b、24a、24bの外側露出面以外の部位に第1の金属膜としてのアルミ膜25と離間するように成膜した第2の金属膜と、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとの最短距離aを、上部固定板2aの厚さbよりも大きくしている。
Further, according to the present embodiment, the
そのため、上部固定板2aのアルミ膜26に電圧を印加した際に、貫通シリコン23a、23b、24a、24bの貫通部で接合反応が起こってしまうのが抑制され、積極的に上部固定板2aとシリコン基板1との接合部で接合反応を起こさせることができるようになる。すなわち、シリコン基板1と上部固定板2aの接合させたい部位における接合反応をより確実に起こすことができるようになる。
Therefore, when a voltage is applied to the
また、本実施形態によれば、ウエハレベルで、シリコン基板(可動体基板)1と上部固定板(固定側基板)2aとの陽極接合を行っており、ウエハW全面に亘って固定電極20a、20b、21a、21bとなる貫通シリコン23a、23b、24a、24bの外側露出面に成膜したアルミ膜(第1の金属膜)25どうしを金属配線(金属配線27および金属配線w2)によって相互に導通している。このように、複数の加速度センサSの陽極接合をウエハ上で一括して行うことで、デバイス特性に影響を与えてしまうのを抑制することのできる加速度センサSの生産性をより一層向上させることができる。
Further, according to the present embodiment, the anodic bonding of the silicon substrate (movable substrate) 1 and the upper fixed plate (fixed side substrate) 2a is performed at the wafer level, and the fixed
また、本実施形態にかかる加速度センサSは、アルミ膜(シリコン基板1と上部固定板2aとを陽極接合する際に、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとシリコン基板1とを同電位化するために貫通シリコン23a、23b、24a、24bの外側露出面に成膜した金属膜)25を備えている。すなわち、貫通シリコン23a、23b、24a、24bとシリコン基板(可動体基板)1との同電位化のために成膜したアルミ膜25をワイヤーボンディングパッドとして活用できるようにしている。
In addition, the acceleration sensor S according to the present embodiment has an aluminum film (when the silicon substrate 1 and the
そして、隣り合うアルミ膜25の間に金属配線(金属配線27および金属配線w2)が形成されるようにしている。
Metal wiring (
その結果、ワイヤーボンディングのために再度金属膜などを成膜する必要がなくなり、パターニングやエッチング工程を省略することができ、工程の簡略化を図ることができる。 As a result, there is no need to form a metal film or the like again for wire bonding, patterning and etching processes can be omitted, and the process can be simplified.
この金属膜の材料としてアルミを用いれば、スパッタリングや蒸着法等MEMSデバイスに適した方法で成膜やパターニングを容易に行うことができる上、材料的にも安価なためコスト低減を達成することができる。 If aluminum is used as the material of the metal film, film formation and patterning can be easily performed by a method suitable for a MEMS device such as sputtering or vapor deposition, and cost reduction can be achieved because the material is inexpensive. it can.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.
例えば、上記実施形態では、X方向とZ方向の2方向の加速度を検出する加速度センサを例示したが、錘部の1つをXY平面内で90度回転させて配置し、Y方向を加えた3方向の加速度を検出する加速度センサとしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, an acceleration sensor that detects acceleration in two directions of the X direction and the Z direction has been exemplified. However, one of the weight portions is arranged by being rotated 90 degrees in the XY plane, and the Y direction is added. An acceleration sensor that detects acceleration in three directions may be used.
また、上記実施形態では、静電容量式デバイスとして加速度センサを例示したが、これに限ることなく、その他の静電容量式デバイスであっても本発明を適用することができる。 Moreover, although the acceleration sensor was illustrated as an electrostatic capacitance type device in the said embodiment, this invention can be applied even if it is another electrostatic capacitance type device without being restricted to this.
また、上記実施形態では、スルーホールを介して接地電極を外部に露出、配線させることで、接地電極の電位(可動電極の電位)を外部に取り出せるようにしたものを例示したが、スルーホールに貫通シリコンを形成し、当該貫通シリコンから接地電極の電位(可動電極の電位)を外部に取り出すようにしてもよい。こうすれば、ガラス埋込シリコン基板の製造が容易になる。 In the above embodiment, the ground electrode is exposed to the outside through the through hole and wired so that the potential of the ground electrode (potential of the movable electrode) can be taken out to the outside. Through silicon may be formed, and the potential of the ground electrode (potential of the movable electrode) may be taken out from the through silicon. This facilitates the manufacture of the glass-embedded silicon substrate.
また、可動電極や固定電極その他細部のスペック(形状、大きさ、レイアウト等)も適宜に変更可能である。 Further, the specifications (shape, size, layout, etc.) of the movable electrode, the fixed electrode, and other details can be changed as appropriate.
1 シリコン基板(可動体基板)
2a 上部固定板(固定側基板)
4、5 可動電極
20a、20b、21a、21b 固定電極
23a、23b、24a、24b 貫通シリコン
25 アルミ膜(第1の金属膜:金属膜)
26 アルミ膜(第2の金属膜)
27 金属配線
S 加速度センサ(静電容量式デバイス)
a 金属膜と貫通シリコンとの最短距離
b 固体側基板の厚さ
1 Silicon substrate (movable substrate)
2a Upper fixed plate (fixed side substrate)
4, 5
26 Aluminum film (second metal film)
27 Metal wiring S Acceleration sensor (capacitance device)
a Shortest distance between metal film and through silicon b Thickness of solid side substrate
Claims (6)
前記固定側基板の両面に露出するようにシリコンを貫通させて形成した貫通シリコンを前記固定電極とするとともに、前記可動体基板の少なくとも前記固定側基板に陽極接合される部位をシリコンで形成し、
前記貫通シリコンの外側露出面に第1の金属膜を成膜するとともに、前記固定側基板の表面における前記貫通シリコンの外側露出面以外の部位に、前記第1の金属膜と離間するように第2の金属膜を成膜し、
前記可動体基板と前記固定側基板とを陽極接合する際に、前記第1の金属膜および第2の金属膜を用いて、前記固定側基板と前記可動体基板との間に電位差を設ける一方、前記貫通シリコンと前記可動体基板とが同電位となるようにしたことを特徴とする静電容量式デバイスの製造方法。 A method of manufacturing a capacitive device, comprising: a movable substrate on which a movable electrode is formed; and a fixed substrate on which a fixed electrode facing the movable electrode is formed and is anodically bonded to the movable substrate. ,
A through silicon formed by penetrating silicon so as to be exposed on both surfaces of the fixed side substrate is used as the fixed electrode, and at least a portion of the movable substrate that is anodically bonded to the fixed side substrate is formed of silicon,
A first metal film is formed on the outer exposed surface of the through silicon, and the first metal film is spaced apart from the first metal film at a portion other than the outer exposed surface of the through silicon on the surface of the fixed substrate. 2 metal films are formed,
When anodically bonding the movable substrate and the fixed substrate, a potential difference is provided between the fixed substrate and the movable substrate using the first metal film and the second metal film. A method of manufacturing a capacitance type device, wherein the through silicon and the movable substrate have the same potential.
ウエハ全面に亘って前記固定電極となる貫通シリコンの外側露出面に成膜した第1の金属膜どうしが金属配線によって相互に導通されていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の静電容量式デバイスの製造方法。 The anodic bonding of the movable substrate and the fixed substrate is performed at a wafer level,
The first metal film formed on the outer exposed surface of the through silicon serving as the fixed electrode over the entire surface of the wafer is electrically connected to each other by a metal wiring. 2. A method for manufacturing a capacitance type device according to item 1.
前記可動電極と対向する部位に両面が露出するようにシリコンを貫通させて形成した複数の貫通シリコンを固定電極とした固定側基板と、
前記貫通シリコンの外側露出面に成膜した金属膜と、
を備える静電容量式デバイスであって、
隣り合う前記金属膜の間に金属配線が形成されていることを特徴とする静電容量式デバイス。 A movable substrate on which a movable electrode is formed;
A fixed-side substrate having a plurality of through silicons formed as a fixed electrode so that both surfaces are exposed at a portion facing the movable electrode; and
A metal film formed on the outer exposed surface of the through silicon;
A capacitive device comprising:
A capacitance type device, wherein a metal wiring is formed between the adjacent metal films.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011015796A JP2012156401A (en) | 2011-01-27 | 2011-01-27 | Electrostatic capacitance type device and method of manufacturing the same |
PCT/JP2012/051507 WO2012102292A1 (en) | 2011-01-27 | 2012-01-25 | Method for producing electrostatic capacitance device |
TW101102866A TW201234013A (en) | 2011-01-27 | 2012-01-30 | Method for producing electrostatic capacitance device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011015796A JP2012156401A (en) | 2011-01-27 | 2011-01-27 | Electrostatic capacitance type device and method of manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012156401A true JP2012156401A (en) | 2012-08-16 |
Family
ID=46580857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011015796A Pending JP2012156401A (en) | 2011-01-27 | 2011-01-27 | Electrostatic capacitance type device and method of manufacturing the same |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012156401A (en) |
TW (1) | TW201234013A (en) |
WO (1) | WO2012102292A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10048286B2 (en) | 2013-12-18 | 2018-08-14 | Hyundai Motor Company | Wafer level package of MEMS sensor and method for manufacturing the same |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06273442A (en) * | 1993-03-18 | 1994-09-30 | Omron Corp | Capacitance-type semiconductor acceleration sensor and its manufacture as well as mounting structure of the sensor |
JP3604243B2 (en) * | 1996-11-27 | 2004-12-22 | 長野計器株式会社 | Capacitive transducer |
JP2000074768A (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-14 | Akebono Brake Ind Co Ltd | Capacitance type pressure sensor and manufacture thereof |
JP2009250874A (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-29 | Nagano Keiki Co Ltd | Physical quantity sensor and method for manufacturing the same |
JP5130151B2 (en) * | 2008-08-26 | 2013-01-30 | パナソニック株式会社 | Capacitive semiconductor physical quantity sensor manufacturing method and capacitive semiconductor physical quantity sensor |
-
2011
- 2011-01-27 JP JP2011015796A patent/JP2012156401A/en active Pending
-
2012
- 2012-01-25 WO PCT/JP2012/051507 patent/WO2012102292A1/en active Application Filing
- 2012-01-30 TW TW101102866A patent/TW201234013A/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10048286B2 (en) | 2013-12-18 | 2018-08-14 | Hyundai Motor Company | Wafer level package of MEMS sensor and method for manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012102292A1 (en) | 2012-08-02 |
TW201234013A (en) | 2012-08-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9791472B2 (en) | Acceleration sensor | |
KR20150052802A (en) | Pressure sensor | |
JP2001007346A (en) | Manufacture of external force detection sensor | |
US9274153B2 (en) | Electrostatic capacitance sensor | |
JP5721452B2 (en) | Capacitive MEMS sensor | |
JP2013031917A (en) | Method for manufacturing suspended diaphragm structure with buried electrode | |
WO2014181518A1 (en) | Soi substrate, physical volume sensor, soi substrate production method, and physical volume sensor production method | |
JP6123613B2 (en) | Physical quantity sensor and manufacturing method thereof | |
TWI329930B (en) | Capacitance-type dynamic-quantity sensor and manufacturing method therefor | |
WO2012102292A1 (en) | Method for producing electrostatic capacitance device | |
JP3938199B1 (en) | Wafer level package structure and sensor device | |
JP5130151B2 (en) | Capacitive semiconductor physical quantity sensor manufacturing method and capacitive semiconductor physical quantity sensor | |
JP2010127648A (en) | Acceleration sensor | |
JP5314979B2 (en) | MEMS sensor | |
JP2008039595A (en) | Capacitance acceleration sensor | |
JP2011095010A (en) | Electrostatic sensor | |
JP3938201B1 (en) | Sensor device and manufacturing method thereof | |
JP2012220376A (en) | Acceleration sensor | |
JP4569167B2 (en) | Manufacturing method of external force detection sensor | |
JP2018025530A (en) | Dynamic-quantity sensor and method for manufacturing the same | |
JPH1151966A (en) | Semiconductor acceleration sensor and manufacture thereof | |
JP2013186061A (en) | Capacitive sensor | |
JP2013124949A (en) | Electrostatic capacitance type sensor | |
JP2000275129A (en) | Capacitive sensor | |
WO2018030045A1 (en) | Dynamic quantity sensor and method for manufacturing same |