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JP2012127692A - Mems sensor and manufacturing method of the same, and mems package - Google Patents

Mems sensor and manufacturing method of the same, and mems package Download PDF

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JP2012127692A
JP2012127692A JP2010277214A JP2010277214A JP2012127692A JP 2012127692 A JP2012127692 A JP 2012127692A JP 2010277214 A JP2010277214 A JP 2010277214A JP 2010277214 A JP2010277214 A JP 2010277214A JP 2012127692 A JP2012127692 A JP 2012127692A
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mems sensor
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polysilicon layer
substrate
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Goro Nakaya
吾郎 仲谷
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Rohm Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an MEMS sensor and a manufacturing method of the MEMS sensor that can reduce the variation in size of comb-shaped first electrodes and second electrodes that engage with each other and can improve the detection accuracy of the sensor.SOLUTION: By etching a base substrate 7, a columnar part 29 and a base part 30 are formed. Then, the columnar part 29 and the base part 30 are transformed into an insulating film by thermal oxidation. Thus, an insulating layer 85 made of the columnar part 29 as well as a base insulating layer 21 made of the surface portion of the base part 30 are formed. Then, a polysilicon layer 22 is formed on the base insulating layer 21, and a laminated structure of the polysilicon layer 22 and the base insulating layer 21 are etched to be formed into shapes of Z-fixed electrodes 71 and Z-movable electrodes 72, while trenches 50 are concurrently formed between them. Finally, by conducting an isotropic etching on the bottoms of the trenches 50, a recess 20 (cavity 23) is formed directly below the base insulating layer 21.

Description

本発明は、MEMSセンサの製造方法および当該製造方法により製造されたMEMSセンサ、ならびに当該MEMSセンサを備えるMEMSパッケージに関する。   The present invention relates to a manufacturing method of a MEMS sensor, a MEMS sensor manufactured by the manufacturing method, and a MEMS package including the MEMS sensor.

静電容量型加速度センサは、互いに対向する電極間(固定電極−可動電極間)の静電容量の変化量を検出することにより、加速度を検出する。
特許文献1の図1a〜図1gに開示された加速度センサ(100)は、たとえば、絶縁層(132)を介して順に積層されたSi電極(112)およびメタル電極(122)の2層からなる固定部(400)と、固定部(400)のSi電極(112)と同一形状をなし、基準姿勢(特許文献1の図1d)において当該Si電極(112)に完全に向かい合うSi電極(116)の単層からなる可動部(300)とを備えている。加速度センサ(100)は、加速度の作用により上下に振動する可動部(300)のSi電極(116)と、固定部(400)のSi電極(112)との間の静電容量の変化量を検出することにより、Z軸方向の加速度を検出する。
The capacitive acceleration sensor detects acceleration by detecting the amount of change in capacitance between the electrodes facing each other (between the fixed electrode and the movable electrode).
The acceleration sensor (100) disclosed in FIGS. 1a to 1g of Patent Document 1 includes, for example, two layers of an Si electrode (112) and a metal electrode (122) that are sequentially stacked via an insulating layer (132). The fixed portion (400) and the Si electrode (116) having the same shape as the Si electrode (112) of the fixed portion (400) and completely facing the Si electrode (112) in the reference posture (FIG. 1d of Patent Document 1) The movable part (300) which consists of a single layer. The acceleration sensor (100) measures the amount of change in capacitance between the Si electrode (116) of the movable part (300) that vibrates up and down by the action of acceleration and the Si electrode (112) of the fixed part (400). By detecting this, the acceleration in the Z-axis direction is detected.

米国特許第6792804号公報U.S. Pat. No. 6,792,804

特許文献1の発明では、可動部(300)を形成する複数のSi電極(116)は、Si基板に複数のトレンチを形成し、等方性エッチングにより当該トレンチの下方部を互いに連続させることにより形成される(特許文献1の図6a〜図6g)。
しかしながら、Si電極(116)として残すべき部分の材料と、エッチングにより除去すべき部分の材料とが、ともにSiである。そのため、空洞(640)を形成する際に、Si電極(116)の下部が、エッチング媒体により侵食される(特許文献1の図6g)。その結果、可動部(300)を形成する複数のSi電極(116)の大きさのばらつきが大きく、可動部(300)が設計通りに振動しないおそれがある。
In the invention of Patent Document 1, the plurality of Si electrodes (116) forming the movable part (300) are formed by forming a plurality of trenches in the Si substrate and continuing the lower portions of the trenches to each other by isotropic etching. It is formed (FIGS. 6a to 6g of Patent Document 1).
However, both the material to be left as the Si electrode (116) and the material to be removed by etching are both Si. Therefore, when forming the cavity (640), the lower part of the Si electrode (116) is eroded by the etching medium (FIG. 6g of Patent Document 1). As a result, the size variation of the plurality of Si electrodes (116) forming the movable part (300) is large, and the movable part (300) may not vibrate as designed.

そこで、本発明の目的は、互いに噛み合う櫛歯状の第1電極および第2電極の大きさのばらつきを少なくでき、センサの検出精度を向上させることができるMEMSセンサおよびその製造方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、検出精度に優れるMEMSセンサを備えるMEMSパッケージを提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a MEMS sensor that can reduce variations in the sizes of the comb-shaped first electrode and the second electrode that mesh with each other, and that can improve the detection accuracy of the sensor, and a method for manufacturing the same. It is.
Another object of the present invention is to provide a MEMS package including a MEMS sensor having excellent detection accuracy.

上記目的を達成するための請求項1記載の発明は、Si基板上に、Siに対してエッチング選択比を有する材料からなるベース膜を形成する工程と、前記ベース膜上に、ポリシリコン層を形成する工程と、前記ポリシリコン層および前記ベース膜を選択的にエッチングすることにより、前記ポリシリコン層の表面から前記Si基板の表面に至るトレンチを形成し、同時に、前記ベース膜と前記ポリシリコン層との積層構造を有し、互いに前記トレンチを隔てて噛み合う櫛歯状の第1電極および第2電極を形成する工程と、前記トレンチへエッチング媒体を供給する等方性エッチングにより、前記Si基板における前記ベース膜直下の部分をエッチングして、前記ベース膜直下に空洞を形成する工程とを含む、MEMSセンサの製造方法である。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a step of forming a base film made of a material having an etching selectivity with respect to Si on a Si substrate, and a polysilicon layer on the base film. Forming a trench from the surface of the polysilicon layer to the surface of the Si substrate by selectively etching the polysilicon layer and the base film, and simultaneously forming the base film and the polysilicon Forming a comb-shaped first electrode and a second electrode having a laminated structure with each other and meshing with each other across the trench, and isotropic etching for supplying an etching medium to the trench, the Si substrate And a step of etching a portion immediately below the base film to form a cavity immediately below the base film.

この方法によれば、第1電極および第2電極の最下層が、Siに対してエッチング選択比を有するベース膜からなる。そのため、Si基板の等方性エッチングにより空洞を形成する際、エッチング媒体が第1電極および第2電極に接触しても、第1電極および第2電極の侵食を低減することができる。その結果、大きさのばらつきが少ない第1電極および第2電極を有するMEMSセンサを製造することができる。   According to this method, the lowermost layer of the first electrode and the second electrode is made of the base film having an etching selectivity with respect to Si. Therefore, when the cavity is formed by isotropic etching of the Si substrate, even if the etching medium contacts the first electrode and the second electrode, erosion of the first electrode and the second electrode can be reduced. As a result, a MEMS sensor having a first electrode and a second electrode with little variation in size can be manufactured.

このようなMEMSセンサは、たとえば、請求項6記載のように、凹部が形成された表層部を有するSi基板と、前記Si基板の前記凹部の直上に配置され、前記凹部に近い側から順に積層された絶縁材料からなるベース膜とポリシリコン層との積層構造を有し、互いに間隔を隔てて噛み合う櫛歯状の第1電極および第2電極とを含む。
この構成によれば、互いに噛み合う櫛歯状の第1電極および第2電極の大きさのばらつきが少ないので、センサの検出精度を向上させることができる。
Such a MEMS sensor is, for example, as described in claim 6, a Si substrate having a surface layer portion in which a recess is formed, and a layer disposed in order from the side close to the recess, which is disposed immediately above the recess of the Si substrate. The first electrode and the second electrode have a laminated structure of a base film made of an insulating material and a polysilicon layer and are engaged with each other with a gap therebetween.
According to this configuration, there is little variation in the sizes of the comb-shaped first electrode and the second electrode meshing with each other, so that the detection accuracy of the sensor can be improved.

なお、Siに対してエッチング選択比を有する材料(この段落においては、材料Aと定義する。)とは、たとえば、或るエッチング媒体に対するSiのエッチングレートと、当該エッチング媒体に対する材料Aのエッチングレートとの比(エッチング選択比)=(材料Aのエッチングレート/Siのエッチングレート)≠1を満たす材料のことである。材料Aは、とりわけ、エッチング選択比を0(ゼロ)近づけることができる材料(エッチング選択比≒0)であることが好ましく、具体的には、請求項13記載のように、SiOであることが好ましい。 The material having an etching selectivity with respect to Si (in this paragraph, defined as material A) is, for example, the etching rate of Si with respect to a certain etching medium and the etching rate of material A with respect to the etching medium. (Etching selectivity) = (material A etching rate / Si etching rate) ≠ 1. In particular, the material A is preferably a material that can make the etching selectivity close to zero (etching selection ratio≈0). Specifically, the material A is SiO 2 as described in claim 13. Is preferred.

また、請求項2記載の発明は、前記ベース膜を形成する工程は、前記Si基板を選択的にエッチングすることにより、当該Si基板を、板状のベース部と、当該ベース部の表面に立設された柱状部とに加工する工程と、前記ベース部の前記表面および前記柱状部を熱酸化することにより、前記ベース部の前記表面および前記柱状部を絶縁膜に変質させる工程とを含み、前記ポリシリコン層および前記ベース膜を選択的にエッチングする工程は、前記第1電極および/または前記第2電極が、前記絶縁膜に変質した前記柱状部により前記ポリシリコン層の他の部分からそれぞれ絶縁されるようにエッチングする工程を含む、請求項1に記載のMEMSセンサの製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, in the step of forming the base film, the Si substrate is made to stand on the plate-like base portion and the surface of the base portion by selectively etching the Si substrate. A step of processing into a provided columnar portion, and a step of thermally oxidizing the surface of the base portion and the columnar portion to transform the surface of the base portion and the columnar portion into an insulating film, The step of selectively etching the polysilicon layer and the base film is performed by the first electrode and / or the second electrode from the other part of the polysilicon layer due to the columnar portion transformed into the insulating film, respectively. It is a manufacturing method of the MEMS sensor of Claim 1 including the process of etching so that it may be insulated.

この方法により、請求項7記載のMEMSセンサ、すなわち、前記ポリシリコン層を貫通して前記ベース膜に達するように前記第1電極に埋め込まれ、前記第1電極の或る部分を選択的に前記ポリシリコン層の他の部分から絶縁する第1絶縁層をさらに含む、請求項6に記載のMEMSセンサを製造することができる。また、請求項8記載のMEMSセンサ、すなわち、前記ポリシリコン層を貫通して前記ベース膜に達するように前記第2電極に埋め込まれ、前記第2電極の或る部分を選択的に前記ポリシリコン層の他の部分から絶縁する第1絶縁層をさらに含む、請求項6または7に記載のMEMSセンサを製造することができる。   The MEMS sensor according to claim 7, that is, embedded in the first electrode so as to penetrate the polysilicon layer and reach the base film by this method, and a portion of the first electrode is selectively The MEMS sensor according to claim 6, further comprising a first insulating layer that insulates from other parts of the polysilicon layer. The MEMS sensor according to claim 8, that is, embedded in the second electrode so as to penetrate the polysilicon layer and reach the base film, and a portion of the second electrode is selectively formed in the polysilicon. The MEMS sensor according to claim 6 or 7, further comprising a first insulating layer that insulates from other parts of the layer.

ところで、特許文献1の発明では、Si基板における電気的に絶縁すべき複数部分を、分離ジョイント(Isolation joint 160,360・・・)により分離している。当該分離ジョイントは、特許文献1の図6aに示されるように、Si基板にトレンチを形成し、当該トレンチの内壁(側壁および底壁)を熱酸化することにより形成される。トレンチの内壁を熱酸化すると、各側壁および底壁からトレンチの内側へ向かってSiOが成長し、各壁から成長したSiO同士がいずれ一体化する。この一体化により、トレンチに埋め込まれた状態の分離ジョイント(図6aでは、612)が得られる。しかしながら、このようにして得られる分離ジョイントは、元々空虚であったトレンチ内部に複数のSiOを成長させ、それらを一体化させることにより形成される膜であるため、その強度があまり高くなく、形成に時間がかかる。 By the way, in invention of patent document 1, the several part which should be electrically insulated in Si substrate is isolate | separated by the isolation | separation joint (Isolation joint 160,360 ...). As shown in FIG. 6a of Patent Document 1, the separation joint is formed by forming a trench in a Si substrate and thermally oxidizing the inner walls (side walls and bottom wall) of the trench. When the inner wall of the trench is thermally oxidized, SiO 2 is grown from the side and bottom walls towards the inside of the trench, SiO 2 with each other to any integrated grown from each wall. By this integration, a separation joint embedded in the trench (612 in FIG. 6a) is obtained. However, since the isolation joint obtained in this way is a film formed by growing a plurality of SiO 2 inside the trench that was originally empty and integrating them, its strength is not so high, It takes time to form.

そこで、請求項2記載の発明では、請求項7記載の第1絶縁層および請求項8記載の第2絶縁層の形状を、結晶構造の整ったSi基板のエッチングにより柱状部として形成する。次に、当該柱状部を熱酸化することにより、絶縁膜に変質させる。次に、当該絶縁膜の周囲にポリシリコン層を形成し、ポリシリコン層を第1電極および第2電極の形状にエッチングする。すなわち、請求項2記載の発明では、第1絶縁層および第2絶縁層の形状が、Siのエッチングにより形成されるため、特許文献1の分離ジョイントの形成方法に比べて、短時間で高い強度を有する絶縁層として形成することができる。   Therefore, in the invention according to claim 2, the shapes of the first insulating layer according to claim 7 and the second insulating layer according to claim 8 are formed as columnar portions by etching a Si substrate having a well-structured crystal structure. Next, the columnar portion is thermally oxidized to be transformed into an insulating film. Next, a polysilicon layer is formed around the insulating film, and the polysilicon layer is etched into the shape of the first electrode and the second electrode. That is, in the invention according to claim 2, since the shape of the first insulating layer and the second insulating layer is formed by etching of Si, the strength is high in a short time compared with the method for forming the separation joint of Patent Document 1. Can be formed as an insulating layer.

また、請求項3記載の発明は、前記ポリシリコン層を形成する工程は、前記ベース部上に、前記柱状部の頂部よりも高い位置までポリシリコン材料を堆積させる工程と、堆積された前記ポリシリコン材料の表面が、前記柱状部の前記頂部の高さ位置になるまで前記ポリシリコン材料を研削する工程とを含む、請求項2に記載のMEMSセンサの製造方法である。   According to a third aspect of the present invention, the step of forming the polysilicon layer includes depositing a polysilicon material on the base portion up to a position higher than the top of the columnar portion, and the deposited polysilicon. And a step of grinding the polysilicon material until a surface of the silicon material reaches a height position of the top of the columnar part.

この方法により、柱状部からなる絶縁膜の高さと同じ厚さを有するポリシリコン層を形成することができる。そのため、第1電極および第2電極の或る部分を、ポリシリコン層の他の部分から確実に絶縁することができる。
また、請求項4記載の発明は、前記第1電極および前記第2電極の側壁を覆うように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する保護膜を形成する工程をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法である。
By this method, a polysilicon layer having the same thickness as the height of the insulating film made of the columnar portion can be formed. Therefore, a certain part of the first electrode and the second electrode can be reliably insulated from the other part of the polysilicon layer.
The invention according to claim 4 further includes a step of forming a protective film having an etching selectivity with respect to polysilicon so as to cover the side walls of the first electrode and the second electrode. 4. The method for manufacturing the MEMS sensor according to claim 3.

この方法によれば、第1電極および第2電極の側壁が、Siに対してエッチング選択比を有する保護膜で覆われる。そのため、Si基板の等方性エッチングにより空洞を形成する際、エッチング媒体が第1電極および第2電極の各側壁に接触しても、第1電極および第2電極の侵食を低減することができる。その結果、第1電極および第2電極の大きさのばらつきを一層少なくすることができる。   According to this method, the side walls of the first electrode and the second electrode are covered with the protective film having an etching selectivity with respect to Si. Therefore, when the cavity is formed by isotropic etching of the Si substrate, even if the etching medium contacts the side walls of the first electrode and the second electrode, erosion of the first electrode and the second electrode can be reduced. . As a result, variation in the size of the first electrode and the second electrode can be further reduced.

また、請求項5記載の発明は、前記トレンチの形成に先立って、前記ポリシリコン層上に選択的に配線を形成する工程を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法である。
この方法によれば、複雑な櫛歯状の第1電極および第2電極に成形される前のポリシリコン層上に配線を形成するので、第1電極および第2電極にコンタクトするための配線を簡単に形成することができる。
The invention according to claim 5 includes a step of selectively forming wiring on the polysilicon layer prior to the formation of the trench. It is a manufacturing method.
According to this method, since the wiring is formed on the polysilicon layer before being formed into the complicated comb-teeth first electrode and second electrode, the wiring for contacting the first electrode and the second electrode is formed. It can be easily formed.

また、上述したMEMSセンサにおいて、前記第1電極および前記第2電極は、請求項9記載のように、前記第1電極が可動電極であり、前記第2電極が固定電極であってもよい。また、請求項10記載のように、前記第1電極が固定電極であり、前記第2電極が可動電極であってもよい。
また、上述したMEMSセンサは、請求項11記載のように、前記第1電極と前記第2電極との間の静電容量の変化を検出することにより、前記MEMSセンサに作用した加速度を検出する加速度センサを含んでいてもよい。
In the MEMS sensor described above, the first electrode and the second electrode may be configured such that the first electrode is a movable electrode and the second electrode is a fixed electrode. The first electrode may be a fixed electrode, and the second electrode may be a movable electrode.
Moreover, the MEMS sensor mentioned above detects the acceleration which acted on the said MEMS sensor by detecting the change of the electrostatic capacitance between the said 1st electrode and the said 2nd electrode as described in Claim 11. An acceleration sensor may be included.

この構成では、大きさのばらつきが少ない第1電極と第2電極とで構成されるキャパシタにより加速度を検出することができる。そのため、センサに作用する加速度を精度よく検出することができる。
また、上述したMEMSセンサは、請求項12記載のように、前記第1電極を前記凹部に近づく方向および離れる方向に駆動させ、その駆動時に前記MEMSセンサに作用する角速度を、前記第1電極と前記第2電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する角速度センサを含んでいてもよい。
In this configuration, acceleration can be detected by a capacitor composed of the first electrode and the second electrode with little variation in size. Therefore, the acceleration acting on the sensor can be detected with high accuracy.
Further, as described in claim 12, the MEMS sensor described above drives the first electrode in a direction toward and away from the concave portion, and an angular velocity acting on the MEMS sensor at the time of driving is set to the first electrode. An angular velocity sensor that detects a change in capacitance with the second electrode may be included.

この構成では、第1電極の大きさのばらつきが少ないので、第1電極を設計通りに駆動させることができる。そのため、センサに作用する角速度を精度よく検出することができる。
また、請求項14記載のように、前記ベース膜の厚さが、2μm〜10μmであってもよい。また、請求項15記載のように、前記ポリシリコン層の厚さが、5μm〜20μmであってもよい。
In this configuration, since the variation in the size of the first electrode is small, the first electrode can be driven as designed. Therefore, it is possible to accurately detect the angular velocity acting on the sensor.
The base film may have a thickness of 2 μm to 10 μm. The thickness of the polysilicon layer may be 5 μm to 20 μm.

また、請求項16記載の発明は、請求項6〜15のいずれか一項に記載のMEMSセンサと、前記MEMSセンサを覆うように形成された樹脂パッケージとを含む、MEMSパッケージである。
この構成によれば、本発明のMEMSセンサが用いられている。そのため、当該MEMSセンサにおいて、互いに噛み合う櫛歯状の第1電極および第2電極の大きさのばらつきを少なくできるので、センサの検出精度を向上させることができる。その結果、検出精度に優れるMEMSセンサを備えるMEMSパッケージを提供することができる。
The invention according to claim 16 is a MEMS package including the MEMS sensor according to any one of claims 6 to 15 and a resin package formed so as to cover the MEMS sensor.
According to this configuration, the MEMS sensor of the present invention is used. Therefore, in the MEMS sensor, variation in the sizes of the comb-shaped first electrode and the second electrode that mesh with each other can be reduced, so that the detection accuracy of the sensor can be improved. As a result, a MEMS package including a MEMS sensor having excellent detection accuracy can be provided.

また、上述したMEMSパッケージは、請求項17記載のように、前記MEMSセンサに電気的に接続され、前記MEMSセンサとともに同一の前記樹脂パッケージに覆われた集積回路をさらに含んでいてもよい。また、請求項18記載のように、表面および裏面を有し、当該表面において前記MEMSセンサを支持する基板をさらに含む場合、前記樹脂パッケージは、前記基板の前記表面を覆うように、かつ前記基板の前記裏面を露出させるように前記MEMSセンサを封止していてもよい。   In addition, the MEMS package described above may further include an integrated circuit electrically connected to the MEMS sensor and covered with the same resin package together with the MEMS sensor. Moreover, when the substrate further includes a substrate having a front surface and a back surface and supporting the MEMS sensor on the front surface, the resin package covers the surface of the substrate and the substrate. The MEMS sensor may be sealed so as to expose the back surface.

本発明の一実施形態に係るMEMSパッケージの模式的な斜視図である。It is a typical perspective view of the MEMS package which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示す角速度センサの模式的な平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of the angular velocity sensor shown in FIG. 1. 図2に示すX軸センサの要部平面図である。It is a principal part top view of the X-axis sensor shown in FIG. 図2に示すX軸センサの要部断面図であって、図3の切断面A−Aにおける断面を示す。It is principal part sectional drawing of the X-axis sensor shown in FIG. 2, Comprising: The cross section in the cut surface AA of FIG. 3 is shown. 図2に示すZ軸センサの要部平面図である。It is a principal part top view of the Z-axis sensor shown in FIG. 図2に示すZ軸センサの要部断面図であって、図5の切断面B−Bにおける断面を示す。It is principal part sectional drawing of the Z-axis sensor shown in FIG. 2, Comprising: The cross section in the cut surface BB of FIG. 5 is shown. 図2に示すZ軸センサの製造工程の一部を示す断面図であって、図6と同じ位置での切断面を示す。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the Z-axis sensor shown in FIG. 図7Aの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7A. 図7Bの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7B. 図7Cの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7C. 図7Dの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7D. 図7Eの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7E. 図7Fの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7F. 図7Gの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7G. 図7Hの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7H. 図7Iの次の工程を示す図である。FIG. 7B is a diagram showing a step subsequent to that in FIG. 7I. 図7Jの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7J. 図5に示すZ軸センサを、加速度センサに利用する場合の形態を示す平面図である。It is a top view which shows the form in the case of utilizing the Z-axis sensor shown in FIG. 5 for an acceleration sensor.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
<MEMSパッケージの全体構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るMEMSパッケージの模式的な斜視図である。
MEMSパッケージ1は、たとえば、ビデオカメラやスチルカメラの手ぶれ補正、カーナビの位置検出、ロボットやゲーム機のモーション検出などの用途に用いられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<Overall configuration of MEMS package>
FIG. 1 is a schematic perspective view of a MEMS package according to an embodiment of the present invention.
The MEMS package 1 is used for applications such as camera shake correction for video cameras and still cameras, car navigation position detection, and motion detection for robots and game machines, for example.

MEMSパッケージ1は、基板2と、MEMSセンサとしての角速度センサ3と、外部端子4と、集積回路5(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)と、樹脂パッケージ6とを含んでいる。
基板2は、表面および裏面を有する長方形板状に形成されている。
角速度センサ3は、基板2の表面側における長手方向一端部に配置されている。角速度センサ3は、正方形板状のSi基板からなるベース基板7と、ベース基板7の中央部に設けられたセンサ部8と、ベース基板7におけるセンサ部8の側方に配置され、センサ部8に電圧を供給するための電極パッド9とを含んでいる。
The MEMS package 1 includes a substrate 2, an angular velocity sensor 3 as a MEMS sensor, an external terminal 4, an integrated circuit 5 (ASIC: Application Specific Integrated Circuit), and a resin package 6.
The substrate 2 is formed in a rectangular plate shape having a front surface and a back surface.
The angular velocity sensor 3 is disposed at one end in the longitudinal direction on the surface side of the substrate 2. The angular velocity sensor 3 is disposed on a side of the base substrate 7 made of a square plate-shaped Si substrate, a sensor unit 8 provided at the center of the base substrate 7, and the sensor unit 8 on the base substrate 7. And an electrode pad 9 for supplying a voltage to.

センサ部8は、三次元空間において直交する3つの軸まわりの角速度をそれぞれ検出するセンサとして、X軸センサ10、Y軸センサ11およびZ軸センサ12を有している。これら3つのセンサ10〜12は、たとえばSi基板からなる蓋基板13がベース基板7に接合されることにより、蓋基板13により覆われて密閉されている。
X軸センサ10は、X軸方向の振動Uxを利用して、MEMSパッケージ1が傾いた際にZ軸方向にコリオリ力Fzを発生させ、当該コリオリ力による静電容量の変化を検出することにより、Y軸まわりに作用する角速度ωyを検出する。また、Y軸センサ11は、Y軸方向の振動Uyを利用して、MEMSパッケージ1が傾いた際にX軸方向にコリオリ力Fxを発生させ、当該コリオリ力による静電容量の変化を検出することにより、Z軸まわりに作用する角速度ωzを検出する。また、Z軸センサ12は、Z軸方向の振動Uzを利用して、MEMSパッケージ1が傾いた際にY軸方向にコリオリ力Fyを発生させ、当該コリオリ力による静電容量の変化を検出することにより、X軸まわりに作用する角速度ωxを検出する。
The sensor unit 8 includes an X-axis sensor 10, a Y-axis sensor 11, and a Z-axis sensor 12 as sensors for detecting angular velocities around three axes that are orthogonal in a three-dimensional space. These three sensors 10 to 12 are covered and sealed with the lid substrate 13 by bonding a lid substrate 13 made of, for example, a Si substrate to the base substrate 7.
The X-axis sensor 10 uses the vibration Ux in the X-axis direction to generate a Coriolis force Fz in the Z-axis direction when the MEMS package 1 is tilted, and detects a change in capacitance due to the Coriolis force. The angular velocity ωy acting around the Y axis is detected. Further, the Y-axis sensor 11 uses the vibration Uy in the Y-axis direction to generate a Coriolis force Fx in the X-axis direction when the MEMS package 1 is tilted, and detects a change in capacitance due to the Coriolis force. Thus, the angular velocity ωz acting around the Z axis is detected. Further, the Z-axis sensor 12 uses the vibration Uz in the Z-axis direction to generate a Coriolis force Fy in the Y-axis direction when the MEMS package 1 is tilted, and detects a change in capacitance due to the Coriolis force. Thus, the angular velocity ωx acting around the X axis is detected.

電極パッド9は、基板2の長手方向に直交する幅方向に沿って、互いに等しい間隔を空けて複数(図1では、7個)設けられている。
外部端子4は、基板2の長手方向他端部(角速度センサ3とは反対側の端部)において、基板2の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数(図1では、12個)設けられている。各外部端子4は、基板2を厚さ方向に貫通して形成されており、基板2の表面に内部パッド14として、基板2の裏面に外部パッド15として露出している。
A plurality (seven in FIG. 1) of electrode pads 9 are provided at equal intervals along the width direction orthogonal to the longitudinal direction of the substrate 2.
A plurality of external terminals 4 (12 in FIG. 1) are provided at the other end in the longitudinal direction of the substrate 2 (the end opposite to the angular velocity sensor 3) at equal intervals along the width direction of the substrate 2. Is provided. Each external terminal 4 is formed through the substrate 2 in the thickness direction, and is exposed as an internal pad 14 on the surface of the substrate 2 and as an external pad 15 on the back surface of the substrate 2.

集積回路5は、基板2の表面側において、角速度センサ3と外部端子4(内部パッド14)との間に配置されている。集積回路5は、たとえば、基板2の幅方向に長手な長方形板状のSi基板からなる。当該Si基板の内部には、各センサ10〜12から出力された電気信号を増幅するチャージアンプ、当該電気信号の特定の周波数成分を取り出すフィルタ回路(ローパスフィルタ:LPFなど)、フィルタリング後の電気信号を論理演算する論理回路等が形成されている。これらの回路は、たとえば、CMOSデバイスにより構成されている。また、集積回路5は、第1電極パッド16と、第2電極パッド17とを有している。   The integrated circuit 5 is disposed between the angular velocity sensor 3 and the external terminal 4 (internal pad 14) on the surface side of the substrate 2. The integrated circuit 5 is made of, for example, a rectangular plate-like Si substrate that is long in the width direction of the substrate 2. Inside the Si substrate, a charge amplifier that amplifies the electrical signal output from each of the sensors 10 to 12, a filter circuit (low pass filter: LPF, etc.) that extracts a specific frequency component of the electrical signal, and an electrical signal after filtering A logic circuit or the like that performs a logical operation of the above is formed. These circuits are constituted by, for example, CMOS devices. Further, the integrated circuit 5 includes a first electrode pad 16 and a second electrode pad 17.

第1電極パッド16は、基板2の長手方向における角速度センサ3に近い側の端部において、基板2の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数(図1では、7個)設けられている。第1電極パッド16は、ボンディングワイヤ18により、角速度センサ3の電極パッド9と1対1で接続されている。
第2電極パッド17は、基板2の長手方向における外部端子4に近い側の端部において、基板2の幅方向に沿って互いに等しい間隔を空けて複数(図1では、12個)設けられている。第2電極パッド17は、ボンディングワイヤ19により、外部端子4の内部パッド14と1対1で接続されている。
A plurality of (seven in FIG. 1) first electrode pads 16 are provided at equal intervals along the width direction of the substrate 2 at the end portion on the side close to the angular velocity sensor 3 in the longitudinal direction of the substrate 2. Yes. The first electrode pads 16 are connected to the electrode pads 9 of the angular velocity sensor 3 on a one-to-one basis by bonding wires 18.
A plurality of (two in FIG. 1) second electrode pads 17 are provided at equal intervals along the width direction of the substrate 2 at the end portion on the side close to the external terminal 4 in the longitudinal direction of the substrate 2. Yes. The second electrode pads 17 are connected to the internal pads 14 of the external terminals 4 on a one-to-one basis by bonding wires 19.

樹脂パッケージ6は、基板2と協働してMEMSパッケージ1の外形をなし、略直方体状に形成されている。樹脂パッケージ6は、たとえば、エポキシ樹脂など公知のモールド樹脂からなり、角速度センサ3および集積回路5とともにボンディングワイヤ18,19および内部パッド14を覆い、外部パッド15を露出させるように、角速度センサ3および集積回路5を封止している。
<X軸センサおよびY軸センサの構成>
次に、図2〜図4を参照して、X軸センサおよびY軸センサの構成を説明する。
The resin package 6 forms the outer shape of the MEMS package 1 in cooperation with the substrate 2 and is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. The resin package 6 is made of, for example, a known mold resin such as an epoxy resin, covers the bonding wires 18 and 19 and the internal pads 14 together with the angular velocity sensor 3 and the integrated circuit 5, and exposes the external pads 15. The integrated circuit 5 is sealed.
<Configuration of X-axis sensor and Y-axis sensor>
Next, the configuration of the X-axis sensor and the Y-axis sensor will be described with reference to FIGS.

図2は、図1に示す角速度センサの模式的な平面図である。図3は、図2に示すX軸センサの要部平面図である。図4は、図2に示すX軸センサの要部断面図であって、図3の切断面A−Aにおける断面を示す。
角速度センサ3は、前述のように、Si基板からなるベース基板7を備えている。ベース基板7の表層部(ベース基板7における蓋基板13に向かい合う部分)には、平面視長方形状の凹部20が形成されている。
FIG. 2 is a schematic plan view of the angular velocity sensor shown in FIG. FIG. 3 is a plan view of an essential part of the X-axis sensor shown in FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part of the X-axis sensor shown in FIG. 2 and shows a cross section taken along a section AA in FIG.
As described above, the angular velocity sensor 3 includes the base substrate 7 made of a Si substrate. A concave portion 20 having a rectangular shape in plan view is formed on the surface layer portion of the base substrate 7 (portion facing the lid substrate 13 in the base substrate 7).

ベース基板7上には、当該凹部20を覆うように、ベース膜としてのベース絶縁層21(たとえば、2μm〜10μm厚)およびポリシリコン層22(たとえば、5μm〜20μm厚)が順に積層されている。これにより、角速度センサ3が有するベース基板7、ベース絶縁層21およびポリシリコン層22からなる積層構造の内部には、ベース絶縁層21およびベース基板7により区画された空洞23が形成されている。   On the base substrate 7, a base insulating layer 21 (for example, 2 μm to 10 μm thickness) as a base film and a polysilicon layer 22 (for example, 5 μm to 20 μm thickness) are sequentially stacked so as to cover the recess 20. . As a result, a cavity 23 defined by the base insulating layer 21 and the base substrate 7 is formed in the laminated structure including the base substrate 7, the base insulating layer 21 and the polysilicon layer 22 included in the angular velocity sensor 3.

X軸センサ10、Y軸センサ11およびZ軸センサ12は、ベース絶縁層21およびポリシリコン層22の積層構造からなり、空洞23の直上に配置されている。すなわち、X軸センサ10、Y軸センサ11およびZ軸センサ12は、空洞23を裏面側から区画する底面を形成するベース基板7の底壁24に対して浮いた状態で設けられている。
X軸センサ10およびY軸センサ11は、間隔を空けて互いに隣接して配置されている。これらX軸センサ10およびY軸センサ11のそれぞれを取り囲むようにZ軸センサ12が配置されている。
The X-axis sensor 10, the Y-axis sensor 11, and the Z-axis sensor 12 have a laminated structure of a base insulating layer 21 and a polysilicon layer 22, and are disposed immediately above the cavity 23. That is, the X-axis sensor 10, the Y-axis sensor 11, and the Z-axis sensor 12 are provided in a state of floating with respect to the bottom wall 24 of the base substrate 7 that forms the bottom surface that defines the cavity 23 from the back surface side.
The X-axis sensor 10 and the Y-axis sensor 11 are disposed adjacent to each other with a space therebetween. A Z-axis sensor 12 is disposed so as to surround each of the X-axis sensor 10 and the Y-axis sensor 11.

この実施形態では、Y軸センサ11は、X軸センサ10を平面視で90°回転させたものとほぼ同様の構成を有している。したがって、以下では、Y軸センサ11の構成については、X軸センサ10の各部の説明の際に、当該各部に対応する部分を括弧書きで併記して、具体的な説明に代える。
X軸センサ10とZ軸センサ12との間およびY軸センサ11とZ軸センサ12との間には、これらを浮いた状態で支持するための支持部25が形成されている。
In this embodiment, the Y-axis sensor 11 has substantially the same configuration as that obtained by rotating the X-axis sensor 10 by 90 ° in plan view. Therefore, in the following, regarding the configuration of the Y-axis sensor 11, when describing each part of the X-axis sensor 10, the part corresponding to each part is written together in parentheses and replaced with a specific description.
A support portion 25 is formed between the X-axis sensor 10 and the Z-axis sensor 12 and between the Y-axis sensor 11 and the Z-axis sensor 12 to support them in a floating state.

支持部25は、ベース基板7、ベース絶縁層21およびポリシリコン層22の積層構造からなり、直線部26と、環状部27とを一体的に含んでいる。
支持部25の直線部26は、空洞23を横側から区画する側面を形成する当該積層構造の一側壁28から、Z軸センサ12を横切ってX軸センサ10およびY軸センサ11へ向かって延びている。また、支持部25の環状部27は、X軸センサ10およびY軸センサ11を取り囲んでいる。
The support portion 25 has a laminated structure of the base substrate 7, the base insulating layer 21 and the polysilicon layer 22, and integrally includes a straight portion 26 and an annular portion 27.
The linear portion 26 of the support portion 25 extends from one side wall 28 of the laminated structure forming a side surface that divides the cavity 23 from the side, across the Z-axis sensor 12 toward the X-axis sensor 10 and the Y-axis sensor 11. ing. Further, the annular portion 27 of the support portion 25 surrounds the X-axis sensor 10 and the Y-axis sensor 11.

X軸センサ10およびY軸センサ11は、各環状部27の内側に配置され、環状部27の内側壁における相対する2箇所において両持ち支持されている。Z軸センサ12は、直線部26の両側壁において両持ち支持されている。
X軸センサ10(Y軸センサ11)は、互いに同じ厚さで形成されたX固定電極31(Y固定電極51)およびX可動電極32(Y可動電極52)を有している。
The X-axis sensor 10 and the Y-axis sensor 11 are disposed inside each annular portion 27 and are supported at two opposite positions on the inner wall of the annular portion 27. The Z-axis sensor 12 is supported at both side walls of the linear portion 26.
The X-axis sensor 10 (Y-axis sensor 11) has an X fixed electrode 31 (Y fixed electrode 51) and an X movable electrode 32 (Y movable electrode 52) formed with the same thickness.

X固定電極31(Y固定電極51)は、空洞23内に設けられた支持部25に固定されている。
また、X固定電極31(Y固定電極51)は、支持部25に固定された平面視四角環状の第1ベース部33(Y固定電極51の第1ベース部53)と、第1ベース部33の内壁に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列された複数組の第1櫛歯部34(Y固定電極51の第1櫛歯部54)とを含んでいる。
The X fixed electrode 31 (Y fixed electrode 51) is fixed to a support portion 25 provided in the cavity 23.
Further, the X fixed electrode 31 (Y fixed electrode 51) includes a first base portion 33 (first base portion 53 of the Y fixed electrode 51) that is fixed to the support portion 25 and has a square shape in plan view, and a first base portion 33. And a plurality of sets of first comb teeth 34 (first comb teeth 54 of the Y fixed electrode 51) arranged in a comb shape at equal intervals along the inner wall.

X固定電極31の第1ベース部33は、互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して組み合わされた補強フレームとを有するトラス状の骨組み構造を有している。
X固定電極31の第1櫛歯部34は、各基端部が第1ベース部33に接続され、それらの先端部が互いに対向する平面視直線状の2つの電極部を1組として、それらが等しい間隔を空けて複数設けられている。各第1櫛歯部34は、互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレーム間に架設された複数の横フレームとを含む平面視梯子状の骨組み構造を有している。
The first base portion 33 of the X fixed electrode 31 includes a linear main frame extending in parallel with each other and a reinforcing frame combined with the main frame so that a triangular space is repeated along the main frame. It has a truss-like framework structure.
The first comb-teeth portion 34 of the X fixed electrode 31 includes a pair of two electrode portions each having a linear shape in plan view, each base end portion of which is connected to the first base portion 33 and the tip portions thereof facing each other. Are provided at equal intervals. Each first comb tooth portion 34 has a ladder structure in a planar view including a linear main frame extending in parallel to each other and a plurality of horizontal frames constructed between the main frames.

X可動電極32(Y可動電極52)は、X固定電極31に対して振動可能に保持されている。
また、X可動電極32(Y可動電極52)は、第2ベース部35(Y可動電極52の第2ベース部55)と、第2櫛歯部36(Y可動電極52の第2櫛歯部56)とを含んでいる。
The X movable electrode 32 (Y movable electrode 52) is held so as to be able to vibrate with respect to the X fixed electrode 31.
The X movable electrode 32 (Y movable electrode 52) includes a second base portion 35 (second base portion 55 of the Y movable electrode 52) and a second comb tooth portion 36 (second comb tooth portion of the Y movable electrode 52). 56).

X可動電極32の第2ベース部35は、X固定電極31の第1櫛歯部34を横切る方向に沿って、互いに平行に延びる複数(この実施形態では、6本)の直線状のフレームからなる。各第2ベース部35の両端は、第1櫛歯部34を横切る方向に沿って伸縮自在なビーム部37(Y軸センサ11のビーム部57)に接続されている。
ビーム部37は、X可動電極32の第2ベース部35の両端に2つずつ設けられている。
The second base portion 35 of the X movable electrode 32 is formed from a plurality of (six in this embodiment) linear frames extending in parallel with each other along the direction crossing the first comb tooth portion 34 of the X fixed electrode 31. Become. Both ends of each second base portion 35 are connected to a beam portion 37 (a beam portion 57 of the Y-axis sensor 11) that can expand and contract along a direction crossing the first comb tooth portion 34.
Two beam portions 37 are provided at both ends of the second base portion 35 of the X movable electrode 32.

X可動電極32の第2櫛歯部36は、当該第2ベース部35から、互いに隣接するX固定電極31の第1櫛歯部34間に向かって両側に延び、X固定電極31の第1櫛歯部34に接触しないように噛み合う櫛歯状に配列されている。また、第2櫛歯部36は、第2ベース部35の各フレームを横切って互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレーム間に架設された複数の横フレームとを含む平面視梯子状の骨組み構造を有している。   The second comb teeth portion 36 of the X movable electrode 32 extends from the second base portion 35 to both sides of the first comb teeth portions 34 of the X fixed electrodes 31 adjacent to each other. They are arranged in a comb-teeth shape so as not to contact the comb-teeth part 34. The second comb tooth portion 36 includes a linear main frame that extends in parallel with each other across the frames of the second base portion 35 and a plurality of horizontal frames that are spanned between the main frames. It has a frame structure.

X可動電極32では、各第2櫛歯部36を振動方向Uxに直交する方向に沿って2分割するライン上に、ポリシリコン層22の表面からベース絶縁層21に至るまで、横フレームを横切る絶縁層38が埋め込まれている。
絶縁層38は、SiO(酸化シリコン)からなり、ベース絶縁層21と一体的に形成されている。各第2櫛歯部36は、絶縁層38により、振動方向Uxに沿って一方側および他方側の2つに絶縁分離されている。これにより、分離されたX可動電極32の第2櫛歯部36が、X可動電極32において、それぞれ独立した電極として機能する。
In the X movable electrode 32, the horizontal frame is traversed from the surface of the polysilicon layer 22 to the base insulating layer 21 on a line that bisects each second comb tooth portion 36 along the direction orthogonal to the vibration direction Ux. An insulating layer 38 is embedded.
The insulating layer 38 is made of SiO 2 (silicon oxide) and is formed integrally with the base insulating layer 21. Each second comb-tooth portion 36 is insulated and separated by the insulating layer 38 into two on one side and the other side along the vibration direction Ux. As a result, the separated second comb teeth 36 of the X movable electrode 32 function as independent electrodes in the X movable electrode 32.

ポリシリコン層22上には、SiOからなる第1絶縁膜42および第2絶縁膜43が順に積層されている。第2絶縁膜43上には、X第1駆動/検出配線39(Y第1駆動/検出配線59)およびX第2駆動/検出配線40(Y第2駆動/検出配線60)が形成されている。
X第1駆動/検出配線39は、2つに絶縁分離された各第2櫛歯部36の一方側(この実施形態では、図3の紙面左側)に駆動電圧を供給するとともに、当該第2櫛歯部36から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出する。
On the polysilicon layer 22, a first insulating film 42 and a second insulating film 43 made of SiO 2 are sequentially stacked. An X first drive / detection wiring 39 (Y first drive / detection wiring 59) and an X second drive / detection wiring 40 (Y second drive / detection wiring 60) are formed on the second insulating film 43. Yes.
The X first drive / detection wiring 39 supplies a drive voltage to one side (in this embodiment, the left side in FIG. 3) of each second comb-tooth portion 36 that is insulated and separated into two, and the second A change in voltage associated with a change in capacitance is detected from the comb tooth portion 36.

X第2駆動/検出配線40は、2つに絶縁分離された各第2櫛歯部36の他方側(この実施形態では、図3の紙面右側)に駆動電圧を供給するとともに、当該第2櫛歯部36から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出する。
X第1駆動/検出配線39およびX第2駆動/検出配線40は、この実施形態では、Al(アルミニウム)からなる。X第1駆動/検出配線39およびX第2駆動/検出配線40は、第1絶縁膜42および第2絶縁膜42を貫通して各第2櫛歯部36に電気的に接続されている。
The X second drive / detection wiring 40 supplies a drive voltage to the other side (in this embodiment, the right side of FIG. 3) of each second comb-tooth portion 36 that is insulated and separated into two, and the second A change in voltage associated with a change in capacitance is detected from the comb tooth portion 36.
In this embodiment, the X first drive / detection wiring 39 and the X second drive / detection wiring 40 are made of Al (aluminum). The X first drive / detection wiring 39 and the X second drive / detection wiring 40 penetrate the first insulating film 42 and the second insulating film 42 and are electrically connected to the second comb teeth 36.

また、X第1駆動/検出配線39およびX第2駆動/検出配線40は、X可動電極32のビーム部37、X固定電極31の第1ベース部33を介して支持部25上に引き回され、その一部が電極パッド9として露出している。
なお、X第1駆動/検出配線39およびX第2駆動/検出配線40は、それぞれX可動電極32のビーム部37を通過する区間においては、導電性のポリシリコン層22の一部からなるビーム部37自体を電流路として利用している。ビーム部37上にAl配線を設けなくて済むので、ビーム部37の伸縮性を保持することができる。
The X first drive / detection wiring 39 and the X second drive / detection wiring 40 are routed on the support portion 25 via the beam portion 37 of the X movable electrode 32 and the first base portion 33 of the X fixed electrode 31. A part of the electrode pad 9 is exposed.
Note that the X first drive / detection wiring 39 and the X second drive / detection wiring 40 each include a beam made of a part of the conductive polysilicon layer 22 in a section passing through the beam portion 37 of the X movable electrode 32. The part 37 itself is used as a current path. Since it is not necessary to provide Al wiring on the beam portion 37, the stretchability of the beam portion 37 can be maintained.

また、支持部25には、X固定電極31の第1櫛歯部34から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出するX第3駆動/検出配線41が引き回されている。当該X第3駆動/検出配線41も他の配線39,40と同様に、その一部が電極パッド9として露出している(図示せず)。
X固定電極31およびX可動電極32の上面および側面は、第1絶縁膜42および第2絶縁膜43を覆うように、SiOからなる保護薄膜44で被覆されている。
In addition, an X third drive / detection wiring 41 for detecting a change in voltage accompanying a change in capacitance is routed from the first comb tooth portion 34 of the X fixed electrode 31 to the support portion 25. A part of the X third drive / detection wiring 41 is exposed as an electrode pad 9 (not shown), like the other wirings 39 and 40.
The upper surface and side surfaces of the X fixed electrode 31 and the X movable electrode 32 are covered with a protective thin film 44 made of SiO 2 so as to cover the first insulating film 42 and the second insulating film 43.

また、ポリシリコン層22上には、空洞23外の部分において、第2絶縁膜43上に、第3絶縁膜45、第4絶縁膜46、第5絶縁膜47および表面保護膜48が順に積層されている。
上記の構造のX軸センサ10では、X第1〜X第3駆動/検出配線39〜41を介して、X固定電極31とX可動電極32との間に、同極性/異極性の駆動電圧が交互に与えられる。これにより、X固定電極31の第1櫛歯部34−X可動電極32の第2櫛歯部36間にクーロン斥力/クーロン引力が交互に発生する。
On the polysilicon layer 22, a third insulating film 45, a fourth insulating film 46, a fifth insulating film 47, and a surface protective film 48 are sequentially stacked on the second insulating film 43 in a portion outside the cavity 23. Has been.
In the X-axis sensor 10 having the above-described structure, driving voltages having the same polarity / different polarity between the X fixed electrode 31 and the X movable electrode 32 via the X first to X third driving / detecting wirings 39 to 41. Are given alternately. Thereby, a Coulomb repulsive force / Coulomb attractive force is alternately generated between the first comb tooth portion 34 of the X fixed electrode 31 and the second comb tooth portion 36 of the X movable electrode 32.

その結果、櫛歯状のX可動電極32が、同じく櫛歯状のX固定電極31に対してX軸方向に沿って左右に振動(振動Ux)する。
この状態において、X可動電極32がY軸を中心軸として回転すると、Z軸方向にコリオリ力Fzが生じることになる。このコリオリ力Fzにより、互いに隣接するX固定電極31の第1櫛歯部34と、X可動電極32の第2櫛歯部36との対向面積および/または距離が変化する。
As a result, the comb-shaped X movable electrode 32 vibrates left and right (vibrates Ux) along the X-axis direction with respect to the comb-shaped X fixed electrode 31.
In this state, when the X movable electrode 32 rotates about the Y axis, a Coriolis force Fz is generated in the Z axis direction. Due to the Coriolis force Fz, the facing area and / or distance between the first comb teeth 34 of the X fixed electrodes 31 and the second comb teeth 36 of the X movable electrode 32 that are adjacent to each other changes.

そして、当該対向面積および/または距離の変化に起因するX可動電極32−X固定電極31間の静電容量の変化を検出することによって、Y軸まわりの角速度ωyが検出される。
なお、この実施形態では、Y軸まわりの角速度ωyは、絶縁分離されたX可動電極32の一方および他方それぞれの電極部の検出値の差分をとることにより求められる。
Then, the angular velocity ωy about the Y axis is detected by detecting the change in capacitance between the X movable electrode 32 and the X fixed electrode 31 due to the change in the facing area and / or the distance.
In this embodiment, the angular velocity ωy about the Y-axis is obtained by taking the difference between the detection values of one and the other electrode portions of the X movable electrode 32 that is insulated and separated.

また、Y軸センサ11では、Y第1〜Y第3駆動/検出配線59〜61を介して、Y固定電極51とY可動電極52との間に、同極性/異極性の駆動電圧が交互に与えられる。これにより、Y固定電極51の第1櫛歯部54−Y可動電極52の第2櫛歯部56間にクーロン斥力/クーロン引力が交互に発生する。
その結果、櫛歯状のY可動電極52が、同じく櫛歯状のY固定電極51に対してY軸方向に沿って左右に振動(振動Uy)する。
In the Y-axis sensor 11, drive voltages of the same polarity / different polarity are alternately connected between the Y fixed electrode 51 and the Y movable electrode 52 via the Y first to Y third drive / detection wirings 59 to 61. Given to. Thereby, a Coulomb repulsive force / Coulomb attractive force is alternately generated between the first comb tooth portion 54 of the Y fixed electrode 51 and the second comb tooth portion 56 of the Y movable electrode 52.
As a result, the comb-shaped Y movable electrode 52 vibrates left and right (vibrates Uy) along the Y-axis direction with respect to the comb-shaped Y fixed electrode 51.

この状態において、Y可動電極52がY軸を中心軸として回転すると、X軸方向にコリオリ力Fxが生じることになる。このコリオリ力Fxにより、互いに隣接するY固定電極51の第1櫛歯部54と、Y可動電極52の第2櫛歯部56との対向面積および/または距離が変化する。
そして、当該対向面積および/または距離の変化に起因するY可動電極52−Y固定電極51間の静電容量の変化を検出することによって、Z軸まわりの角速度ωzが検出される。
<Z軸センサの構成>
次に、図2および図5〜図6を参照して、Z軸センサの構成を説明する。
In this state, when the Y movable electrode 52 rotates about the Y axis as a central axis, a Coriolis force Fx is generated in the X axis direction. Due to this Coriolis force Fx, the facing area and / or distance between the first comb teeth portion 54 of the Y fixed electrode 51 and the second comb teeth portion 56 of the Y movable electrode 52 that are adjacent to each other changes.
Then, the angular velocity ωz around the Z axis is detected by detecting the change in capacitance between the Y movable electrode 52 and the Y fixed electrode 51 due to the change in the facing area and / or the distance.
<Configuration of Z-axis sensor>
Next, the configuration of the Z-axis sensor will be described with reference to FIGS. 2 and 5 to 6.

図5は、図2に示すZ軸センサの要部平面図である。図6は、図2に示すZ軸センサの要部断面図であって、図5の切断面B−Bにおける断面を示す。
Z軸センサ12は、上述のように、空洞23の直上において、X軸センサ10およびY軸センサ11のそれぞれを取り囲むように配置されている。
Z軸センサ12は、互いに同じ厚さおよび幅で形成されたZ固定電極71およびZ可動電極72を有している。図5および図6において、Z固定電極71の厚さおよび幅が、それぞれ厚さTおよび幅Wであり、Z可動電極72の厚さおよび幅が、それぞれ厚さTおよびWである。
FIG. 5 is a plan view of the main part of the Z-axis sensor shown in FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the Z-axis sensor shown in FIG. 2, and shows a cross section taken along a cutting plane BB in FIG. 5.
As described above, the Z-axis sensor 12 is disposed so as to surround each of the X-axis sensor 10 and the Y-axis sensor 11 immediately above the cavity 23.
The Z-axis sensor 12 has a Z fixed electrode 71 and a Z movable electrode 72 that are formed with the same thickness and width. 5 and 6, the thickness and width of the Z stationary electrode 71, respectively and a thickness of T 1 and width W 1, the thickness and width of the Z movable electrode 72, respectively the second thickness T 2 and W 2 is there.

Z固定電極71は、空洞23内に設けられた支持部25(直線部26)に固定されている。
Z可動電極72は、Z固定電極71に対して振動可能に保持されている。
この実施形態において、2つのZ軸センサ12のうち一方のZ軸センサ12では、Z可動電極72が環状部27を取り囲むように配置されており、当該Z可動電極72を取り囲むように、Z固定電極71が配置されている。
The Z fixed electrode 71 is fixed to a support part 25 (straight line part 26) provided in the cavity 23.
The Z movable electrode 72 is held so as to be able to vibrate with respect to the Z fixed electrode 71.
In this embodiment, in one of the two Z-axis sensors 12, the Z-movable electrode 72 is disposed so as to surround the annular portion 27, and the Z-fixed so as to surround the Z-movable electrode 72. An electrode 71 is disposed.

他方のZ軸センサ12では、Z固定電極71が環状部27を取り囲むように配置されており、当該Z固定電極71を取り囲むように、Z可動電極72が配置されている。
各Z軸センサ12において、Z固定電極71は、第1ベース部73と、複数の第1櫛歯部74とを含んでいる。
Z固定電極71の第1ベース部73は、支持部25に固定された平面視四角環状に形成されている。また、第1ベース部73は、互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して組み合わされた補強フレームとを有するトラス状の骨組み構造を有している。
In the other Z-axis sensor 12, the Z fixed electrode 71 is disposed so as to surround the annular portion 27, and the Z movable electrode 72 is disposed so as to surround the Z fixed electrode 71.
In each Z-axis sensor 12, the Z fixed electrode 71 includes a first base portion 73 and a plurality of first comb teeth portions 74.
The first base portion 73 of the Z fixed electrode 71 is formed in a square ring shape in plan view fixed to the support portion 25. The first base 73 has a truss shape having a linear main frame extending in parallel to each other and a reinforcing frame combined with the main frame so that a triangular space is repeated along the main frame. It has the framework structure.

第1ベース部73における、各第2櫛歯部79の先端部82(後述)に対向する部分(対向部75)の両側には、ポリシリコン層22の表面から空洞23に至るまで、トラス構造の主フレームを幅方向に横切る絶縁層76が埋め込まれている。
絶縁層76は、SiOからなり、ベース絶縁層21と一体的に形成されている。これにより、絶縁層76およびトラス構造の三角形の空間で囲まれる対向部75は、Z固定電極71の第1ベース部73の他の部分から絶縁されている。
A truss structure is formed on both sides of a portion (opposing portion 75) of the first base portion 73 that faces a tip portion 82 (described later) of each second comb tooth portion 79 from the surface of the polysilicon layer 22 to the cavity 23. An insulating layer 76 is embedded across the main frame in the width direction.
The insulating layer 76 is made of SiO 2 and is formed integrally with the base insulating layer 21. Accordingly, the facing portion 75 surrounded by the insulating layer 76 and the triangular space of the truss structure is insulated from the other portions of the first base portion 73 of the Z fixed electrode 71.

Z固定電極71の第1櫛歯部74は、第1ベース部73における、X軸センサ10(Y軸センサ11)に対して直線部26とは反対側の部分において、第1ベース部73の内壁に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列されている。
各第1櫛歯部74は、基端部がZ固定電極71の第1ベース部73に接続され、先端部がZ可動電極72へ向かって延びている。また、各第1櫛歯部74の基端部寄りの部分には、ポリシリコン層22の表面から空洞23に至るまで、第1櫛歯部74を幅方向に横切る絶縁層77が埋め込まれている。
The first comb-teeth portion 74 of the Z fixed electrode 71 is formed on the first base portion 73 on the opposite side of the linear portion 26 with respect to the X-axis sensor 10 (Y-axis sensor 11). They are arranged in a comb-like shape at equal intervals along the inner wall.
Each first comb tooth portion 74 has a proximal end portion connected to the first base portion 73 of the Z fixed electrode 71 and a distal end portion extending toward the Z movable electrode 72. In addition, an insulating layer 77 is embedded in the portion near the base end portion of each first comb tooth portion 74 so as to cross the first comb tooth portion 74 in the width direction from the surface of the polysilicon layer 22 to the cavity 23. Yes.

絶縁層77は、SiOからなり、ベース絶縁層21と一体的に形成されている。各第1櫛歯部74は、絶縁層77により、Z固定電極71の他の部分から絶縁されている。
また、各Z軸センサ12において、Z可動電極72は、第2ベース部78と、第2櫛歯部79とを含んでいる。
Z可動電極72の第2ベース部78は、平面視四角環状に形成されている。また、第2ベース部78は、互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して組み合わされた補強フレームとを有するトラス状の骨組み構造を有している。
The insulating layer 77 is made of SiO 2 and is formed integrally with the base insulating layer 21. Each first comb tooth portion 74 is insulated from other portions of the Z fixed electrode 71 by an insulating layer 77.
In each Z-axis sensor 12, the Z movable electrode 72 includes a second base portion 78 and a second comb tooth portion 79.
The second base portion 78 of the Z movable electrode 72 is formed in a square ring shape in plan view. The second base 78 has a truss shape having a linear main frame extending parallel to each other and a reinforcing frame combined with the main frame so that a triangular space is repeated along the main frame. It has the framework structure.

当該骨組み構造の第2ベース部78は、第2櫛歯部79が配置される側とは反対側の部分において、補強フレームが省略されている区間を有している。当該省略区間の主フレームが、Z可動電極72を上下動可能にするためのビーム部80として機能する。
Z可動電極72の第2櫛歯部79は、第2ベース部78から、互いに隣接するZ固定電極71の第1櫛歯部74の各間に向かって延び、第1櫛歯部74に接触しないように噛み合う櫛歯状に配列されている。
The second base portion 78 of the framework structure has a section in which the reinforcing frame is omitted at a portion opposite to the side where the second comb tooth portion 79 is disposed. The main frame in the omitted section functions as a beam unit 80 for enabling the Z movable electrode 72 to move up and down.
The second comb tooth portion 79 of the Z movable electrode 72 extends from the second base portion 78 toward each of the first comb tooth portions 74 of the Z fixed electrodes 71 adjacent to each other, and contacts the first comb tooth portion 74. It is arranged in a comb-teeth shape that meshes with each other.

各第2櫛歯部79は、基端部81がZ可動電極72の第2ベース部78に接続され、先端部82がZ固定電極71の第1櫛歯部74の各間へ向かって延びている。
各第2櫛歯部79の先端部82寄りの部分には、ポリシリコン層22の表面から空洞23に至るまで、第2櫛歯部79を幅方向に横切る絶縁層84が埋め込まれている。また、各第2櫛歯部79の基端部81寄りの部分には、ポリシリコン層22の表面から空洞23に至るまで、第2櫛歯部79を幅方向に横切る絶縁層85が埋め込まれている。
Each second comb-tooth portion 79 has a base end portion 81 connected to the second base portion 78 of the Z movable electrode 72 and a distal end portion 82 extending between the first comb-teeth portions 74 of the Z fixed electrode 71. ing.
An insulating layer 84 that crosses the second comb tooth 79 in the width direction from the surface of the polysilicon layer 22 to the cavity 23 is embedded in a portion near the tip 82 of each second comb tooth 79. Further, an insulating layer 85 is embedded in the portion of each second comb tooth 79 near the base end portion 81 from the surface of the polysilicon layer 22 to the cavity 23 so as to cross the second comb tooth 79 in the width direction. ing.

絶縁層84,85は、SiOからなり、ベース絶縁層21と一体的に形成されている。絶縁層84,85により、各第2櫛歯部79は、他の部分から絶縁された3つの部分(先端部82、基端部81、および先端部82と基端部81との間の中間部83)を有している。
ポリシリコン層22上には、上述したように、SiOからなる第1絶縁膜42および第2絶縁膜43が順に積層されている。第2絶縁膜43上には、Z第1検出配線86、Z第1駆動配線87、Z第2検出配線88およびZ第2駆動配線89が形成されている。
The insulating layers 84 and 85 are made of SiO 2 and are formed integrally with the base insulating layer 21. Each of the second comb teeth 79 is insulated from the other portions by the insulating layers 84 and 85, and the three portions (the distal end portion 82, the proximal end portion 81, and the intermediate portion between the distal end portion 82 and the proximal end portion 81 are separated. Part 83).
As described above, the first insulating film 42 and the second insulating film 43 made of SiO 2 are sequentially stacked on the polysilicon layer 22. On the second insulating film 43, a Z first detection wiring 86, a Z first drive wiring 87, a Z second detection wiring 88, and a Z second drive wiring 89 are formed.

Z第1検出配線86およびZ第2検出配線88は、互いに隣接するZ固定電極71の第1櫛歯部74およびZ可動電極72の中間部83にそれぞれ接続されている。すなわち、Z軸センサ12では、Z固定電極71の第1櫛歯部74とZ可動電極72の中間部83とが、互いに電極間距離dを隔てて対向し、これらの間に一定電圧が印加され、その電極間距離dおよび/または対向面積の変化により静電容量が変化する容量素子(検出部)の電極を構成している。   The Z first detection wiring 86 and the Z second detection wiring 88 are respectively connected to the first comb tooth portion 74 of the Z fixed electrode 71 and the intermediate portion 83 of the Z movable electrode 72 which are adjacent to each other. That is, in the Z-axis sensor 12, the first comb tooth portion 74 of the Z fixed electrode 71 and the intermediate portion 83 of the Z movable electrode 72 face each other with an interelectrode distance d therebetween, and a constant voltage is applied between them. Thus, an electrode of a capacitive element (detection unit) whose electrostatic capacitance is changed by a change in the inter-electrode distance d and / or the facing area is configured.

具体的には、Z第1検出配線86は、第1ベース部73に沿って形成され、各第1櫛歯部74の絶縁層77を跨って第1櫛歯部74の先端部へ向かって分岐するAl配線を含んでいる。
分岐されたAl配線は、各第1櫛歯部74における絶縁層77よりも先端側において、第1絶縁膜42および第2絶縁膜43を貫通して電気的に接続されている。
Specifically, the Z first detection wiring 86 is formed along the first base portion 73 and straddles the insulating layer 77 of each first comb tooth portion 74 toward the tip portion of the first comb tooth portion 74. Branched Al wiring is included.
The branched Al wiring penetrates through the first insulating film 42 and the second insulating film 43 and is electrically connected to the front end side of the insulating layer 77 in each first comb tooth portion 74.

また、図2に示すように、Z第1検出配線86は、第1ベース部73を介して支持部25上に引き回され、その一部が電極パッド9として露出している。
Z第2検出配線88は、Z可動電極72の第2櫛歯部79から、静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出する。Z第2検出配線88は、第2ベース部78に沿って形成され、各第2櫛歯部79の基端部81寄りの絶縁層85を跨って中間部83へ向かって分岐するAl配線を含んでいる。
As shown in FIG. 2, the Z first detection wiring 86 is routed on the support portion 25 via the first base portion 73, and a part of the Z detection wire 86 is exposed as the electrode pad 9.
The Z second detection wiring 88 detects a change in voltage accompanying a change in capacitance from the second comb tooth 79 of the Z movable electrode 72. The Z second detection wiring 88 is formed along the second base portion 78 and is an Al wiring that branches toward the intermediate portion 83 across the insulating layer 85 near the base end portion 81 of each second comb tooth 79. Contains.

分岐されたAl配線は、各第2櫛歯部79の中間部83において、第1絶縁膜42および第2絶縁膜43を貫通して電気的に接続されている。
また、図2に示すように、Z第2検出配線88は、Z可動電極72の第2ベース部78を介して支持部25上に引き回され、その一部が電極パッド9として露出している。
Z第1駆動配線87およびZ第2駆動配線89は、容量素子を構成する電極の対向方向に直交する方向に向き合う対向部75および先端部82にそれぞれ接続されている。すなわち、Z軸センサ12では、互いに間隔を空けて対向するZ固定電極71の対向部75およびZ可動電極72の先端部82が、これらの間に駆動電圧が印加され、当該駆動電圧の電圧変化により発生するクーロン力によりZ可動電極72を振動させる駆動部を構成している。
The branched Al wirings are electrically connected through the first insulating film 42 and the second insulating film 43 in the intermediate portion 83 of each second comb tooth 79.
Further, as shown in FIG. 2, the Z second detection wiring 88 is routed on the support portion 25 via the second base portion 78 of the Z movable electrode 72, and a part thereof is exposed as the electrode pad 9. Yes.
The Z first drive wiring 87 and the Z second drive wiring 89 are respectively connected to a facing portion 75 and a tip portion 82 facing each other in a direction orthogonal to the facing direction of the electrodes constituting the capacitive element. That is, in the Z-axis sensor 12, a driving voltage is applied between the opposing portion 75 of the Z fixed electrode 71 and the distal end portion 82 of the Z movable electrode 72 that are opposed to each other with a space therebetween, and the voltage change of the driving voltage The drive part which vibrates Z movable electrode 72 with the Coulomb force which generate | occur | produces by this is comprised.

具体的には、Z第1駆動配線87は、Z固定電極71の対向部75に駆動電圧を供給する。Z第1駆動配線87は、第2絶縁膜43の表面を利用して絶縁層76の両側に跨るAl配線を含んでいる。当該Z第1駆動配線87は、対向部75および第1ベース部73の対向部75を除く部分において、第1絶縁膜42および第2絶縁膜43を貫通して電気的に接続されている。なお、Z第1駆動配線87のAl配線を除く残りの部分は、導電性のポリシリコン層22からなる第1ベース部73を利用して構成されている。   Specifically, the Z first drive wiring 87 supplies a drive voltage to the facing portion 75 of the Z fixed electrode 71. The Z first drive wiring 87 includes Al wiring straddling both sides of the insulating layer 76 using the surface of the second insulating film 43. The Z first drive wiring 87 is electrically connected through the first insulating film 42 and the second insulating film 43 in a portion excluding the facing portion 75 and the facing portion 75 of the first base portion 73. The remaining portion of the Z first drive wiring 87 excluding the Al wiring is configured using the first base portion 73 made of the conductive polysilicon layer 22.

また、図2に示すように、Z第1駆動配線87は、支持部25上に引き回され、その一部が電極パッド9として露出している。
Z第2駆動配線89は、Z可動電極72の先端部82に駆動電圧を供給する。Z第2駆動配線89は、第2絶縁膜43の表面を利用して第2櫛歯部79の先端部82と基端部81との間に跨るAl配線を含んでいる。当該Z第2駆動配線89は、先端部82および基端部81において、第1絶縁膜42および第2絶縁膜43を貫通して電気的に接続されている。なお、Z第2駆動配線89のAl配線を除く残りの部分は、導電性のポリシリコン層22からなる第2ベース部78を利用して構成されている。
Further, as shown in FIG. 2, the Z first drive wiring 87 is routed on the support portion 25, and a part thereof is exposed as the electrode pad 9.
The Z second drive wiring 89 supplies a drive voltage to the tip portion 82 of the Z movable electrode 72. The Z second drive wiring 89 includes Al wiring straddling between the distal end portion 82 and the proximal end portion 81 of the second comb tooth portion 79 using the surface of the second insulating film 43. The Z second drive wiring 89 is electrically connected through the first insulating film 42 and the second insulating film 43 at the distal end portion 82 and the proximal end portion 81. The remaining portion of the Z second drive wiring 89 excluding the Al wiring is configured using the second base portion 78 made of the conductive polysilicon layer 22.

また、図2に示すように、Z第2駆動配線89は、支持部25上に引き回され、その一部が電極パッド9として露出している。
Z固定電極71およびZ可動電極72の上面および側面は、第1絶縁膜42および第2絶縁膜43を覆うように、SiOからなる保護薄膜44で被覆されている。
上記の構造のZ軸センサ12では、Z第1駆動配線87およびZ第2駆動配線89を介して、Z固定電極71の対向部75とZ可動電極72の先端部82との間に、同極性/異極性の駆動電圧が交互に与えられる。これにより、対向部75と先端部82と間にクーロン斥力/クーロン引力が交互に発生する。
Further, as shown in FIG. 2, the Z second drive wiring 89 is routed on the support portion 25, and a part thereof is exposed as the electrode pad 9.
The upper surfaces and side surfaces of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 are covered with a protective thin film 44 made of SiO 2 so as to cover the first insulating film 42 and the second insulating film 43.
In the Z-axis sensor 12 having the above structure, the Z-axis sensor 12 is connected between the opposing portion 75 of the Z fixed electrode 71 and the tip portion 82 of the Z movable electrode 72 via the Z first drive wiring 87 and the Z second drive wiring 89. Polarity / different polarity drive voltages are alternately applied. As a result, a Coulomb repulsive force / Coulomb attractive force is alternately generated between the facing portion 75 and the tip portion 82.

その結果、櫛歯状のZ可動電極72が振り子であるかのように、同じく櫛歯状のZ固定電極71を振動の中心として、Z固定電極71に対してZ軸方向に沿って上下に振動(振動Uz)する。
この状態において、Z可動電極72がX軸を中心軸として回転すると、Y軸方向にコリオリ力Fyが生じることになる。このコリオリ力Fyにより、互いに隣接する第1櫛歯部74と、第2櫛歯部79の中間部83との対向面積および/または電極間距離dが変化する。
As a result, as if the comb-shaped Z movable electrode 72 is a pendulum, the comb-shaped Z fixed electrode 71 is also vertically centered on the Z fixed electrode 71 along the Z-axis direction. It vibrates (vibrates Uz).
In this state, when the Z movable electrode 72 rotates about the X axis, a Coriolis force Fy is generated in the Y axis direction. Due to this Coriolis force Fy, the facing area between the first comb teeth 74 adjacent to each other and the intermediate portion 83 of the second comb teeth 79 and / or the inter-electrode distance d changes.

そして、当該対向面積および/または電極間距離dの変化に起因するZ可動電極72−Z固定電極71間の静電容量Cの変化を検出することによって、X軸まわりの角速度ωxが検出される。
なお、この実施形態では、X軸まわりの角速度ωxは、X軸センサ10を取り囲むZ軸センサ12の検出値と、Y軸センサ11を取り囲むZ軸センサ12の検出値との差分をとることにより求められる。
The angular velocity ωx around the X axis is detected by detecting a change in the capacitance C between the Z movable electrode 72 and the Z fixed electrode 71 due to the change in the facing area and / or the interelectrode distance d. .
In this embodiment, the angular velocity ωx around the X axis is obtained by taking the difference between the detection value of the Z axis sensor 12 surrounding the X axis sensor 10 and the detection value of the Z axis sensor 12 surrounding the Y axis sensor 11. Desired.

差分は、たとえば、図2に示すように、X軸センサ10を取り囲むZ軸センサ12の固定電極および可動電極と、Y軸センサ11を取り囲むZ軸センサ12の固定電極および可動電極との位置関係を反対にすることによって得ることができる。これにより、1対のZ軸センサ12間において、Z可動電極72の揺れ方が異なるので、差分が生じることとなる。
<角速度センサの製造方法>
次に、図7A〜図7Kを参照して、上述した角速度センサの製造工程を工程順に説明する。なお、この項では、Z軸センサの製造工程のみを図示し、X軸センサおよびY軸センサの製造工程は省略するが、X軸センサおよびY軸センサの製造工程は、Z軸センサの製造工程と同様にして、Z軸センサの製造工程と並行して実行される。
For example, as shown in FIG. 2, the difference is the positional relationship between the fixed and movable electrodes of the Z-axis sensor 12 surrounding the X-axis sensor 10 and the fixed and movable electrodes of the Z-axis sensor 12 surrounding the Y-axis sensor 11. Can be obtained by reversing. As a result, the way in which the Z movable electrode 72 swings between the pair of Z-axis sensors 12 is different, so that a difference occurs.
<Manufacturing method of angular velocity sensor>
Next, with reference to FIGS. 7A to 7K, the manufacturing process of the angular velocity sensor described above will be described in the order of steps. In this section, only the manufacturing process of the Z-axis sensor is illustrated and the manufacturing process of the X-axis sensor and the Y-axis sensor is omitted, but the manufacturing process of the X-axis sensor and the Y-axis sensor is the manufacturing process of the Z-axis sensor. In the same manner as described above, it is executed in parallel with the manufacturing process of the Z-axis sensor.

図7A〜図7Kは、図2に示すZ軸センサの製造工程の一部を工程順に示す模式的な断面図であって、図6と同じ位置での切断面を示す。
Z軸センサ12を製造するには、導電性シリコンからなるベース基板7の表面が熱酸化(たとえば、温度1000℃〜1200℃)される。これにより、ベース基板7の表面に、SiOからなるマスク(図示せず)が形成される。次に、公知のパターニング技術により、当該マスクがパターニングされ、絶縁層76,77,84,85を形成すべき領域以外の領域を覆う部分に開口が形成される。
7A to 7K are schematic cross-sectional views showing a part of the manufacturing process of the Z-axis sensor shown in FIG. 2 in the order of steps, and show a cut surface at the same position as FIG. 6.
In order to manufacture the Z-axis sensor 12, the surface of the base substrate 7 made of conductive silicon is thermally oxidized (for example, temperature 1000 ° C. to 1200 ° C.). As a result, a mask (not shown) made of SiO 2 is formed on the surface of the base substrate 7. Next, the mask is patterned by a known patterning technique, and an opening is formed in a portion covering a region other than a region where the insulating layers 76, 77, 84, and 85 are to be formed.

次に、当該マスクをハードマスクとする異方性のディープRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)により、具体的にはボッシュプロセスにより、ベース基板7に選択的にトレンチ(たとえば、深さが10μm程度)が形成される。ボッシュプロセスでは、SF(六フッ化硫黄)を使用してベース基板7をエッチングする工程と、C(パーフルオロシクロブタン)を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。これにより、高いアスペクト比でベース基板7をエッチングすることができるが、エッチング面(トレンチの内周面)にスキャロップと呼ばれる波状の凹凸が形成される。 Next, a trench (for example, a depth is selectively formed in the base substrate 7 by anisotropic deep RIE (reactive ion etching) using the mask as a hard mask, specifically, by a Bosch process. About 10 μm) is formed. In the Bosch process, the process of etching the base substrate 7 using SF 6 (sulfur hexafluoride) and the process of forming a protective film on the etched surface using C 4 F 8 (perfluorocyclobutane) are alternated. Repeated. Thereby, the base substrate 7 can be etched with a high aspect ratio, but wavy irregularities called scallops are formed on the etched surface (inner peripheral surface of the trench).

これにより、図7Aに示すように、ベース基板7においてトレンチが形成されずに残存した柱状の部分が、絶縁層76,77,84,85と同一形状の柱状部29として形成され、また、当該柱状部29の底部を一体的に支持する板状のベース部30が同時に形成される。
次に、図7Bに示すように、ベース基板7の柱状部29およびベース部30が熱酸化(たとえば、温度1000℃〜1200℃)される。これにより、柱状部29全体およびベース部30の表層部がSiOからなる絶縁膜に変質する。変質した絶縁膜はそれぞれ、柱状部29が絶縁層76,77,84,85となり、ベース部30の表層部がベース絶縁層21となる。
As a result, as shown in FIG. 7A, the columnar portion remaining without forming the trench in the base substrate 7 is formed as the columnar portion 29 having the same shape as the insulating layers 76, 77, 84, and 85. A plate-like base portion 30 that integrally supports the bottom portion of the columnar portion 29 is formed at the same time.
Next, as shown in FIG. 7B, the columnar portion 29 and the base portion 30 of the base substrate 7 are thermally oxidized (for example, a temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C.). As a result, the entire columnar portion 29 and the surface layer portion of the base portion 30 are transformed into an insulating film made of SiO 2 . In the altered insulating films, the columnar portion 29 becomes the insulating layers 76, 77, 84, and 85, and the surface layer portion of the base portion 30 becomes the base insulating layer 21.

次に、絶縁層76,77,84,85およびベース絶縁層21の表面に、ポリシリコンからなるシード膜が形成される。続いて、当該シード膜からポリシリコンがエピタキシャル成長される。このエピタキシャル成長は、図7Cに示すように、成長するポリシリコン層22の高さが、絶縁層76,77,84,85に変質した柱状部29の頂部(図7Cでは、絶縁層85の頂部49のみを示す)よりも高くなるまで続けられる。   Next, a seed film made of polysilicon is formed on the surfaces of the insulating layers 76, 77, 84, 85 and the base insulating layer 21. Subsequently, polysilicon is epitaxially grown from the seed film. In this epitaxial growth, as shown in FIG. 7C, the height of the growing polysilicon layer 22 is changed to the top of the columnar portion 29 in which the height is changed to the insulating layers 76, 77, 84, 85 (in FIG. 7C, the top 49 of the insulating layer 85). Will continue until it becomes higher.

次に、図7Dに示すように、ポリシリコン層22の表面がCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)処理されることにより、ポリシリコン層22の表面と柱状部29(絶縁層85)の頂部49とを面一にする。柱状部29の頂部49は、ポリシリコン層22の表面に露出することとなる。
次に、図7Eに示すように、CVD法により、ポリシリコン層22上に、SiOからなる第1絶縁膜42が積層される。
Next, as shown in FIG. 7D, the surface of the polysilicon layer 22 is subjected to a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process, whereby the surface of the polysilicon layer 22 and the top of the columnar portion 29 (insulating layer 85). 49. The top portion 49 of the columnar portion 29 is exposed on the surface of the polysilicon layer 22.
Next, as shown in FIG. 7E, a first insulating film 42 made of SiO 2 is stacked on the polysilicon layer 22 by a CVD method.

次に、図7Fに示すように、第1絶縁膜42上に第2絶縁膜43が積層される。続いて、第2絶縁膜43および第1絶縁膜42が連続してエッチングされる。これにより、第2絶縁膜43および第1絶縁膜42にコンタクトホールが形成される。続いて、当該コンタクトホールを埋め尽くすコンタクトプラグが形成された後、スパッタ法により、第2絶縁膜43上にAlが堆積(たとえば、7000Å)され、そのAl堆積層がパターニングされる。これにより、第2絶縁膜43上に、配線86〜89が形成される。   Next, as illustrated in FIG. 7F, the second insulating film 43 is stacked on the first insulating film 42. Subsequently, the second insulating film 43 and the first insulating film 42 are continuously etched. As a result, contact holes are formed in the second insulating film 43 and the first insulating film 42. Subsequently, after a contact plug filling up the contact hole is formed, Al is deposited on the second insulating film 43 (for example, 7000 mm) by sputtering, and the Al deposited layer is patterned. As a result, wirings 86 to 89 are formed on the second insulating film 43.

次に、図7Gに示すように、CVD法により、第2絶縁膜43上に、第3絶縁膜45、第4絶縁膜46、第5絶縁膜47および表面保護膜48が順に積層される。次に、ベース基板7の凹部20を形成すべき領域上の第3〜第5絶縁膜45〜47および表面保護膜48が、エッチングにより除去される。
次に、図7Hに示すように、Z固定電極71およびZ可動電極72を形成すべき領域以外の領域に開口を有するレジストが、第2絶縁膜43上に形成される。続いて、当該レジストをマスクとする異方性のディープRIEにより、具体的にはボッシュプロセスにより、ポリシリコン層22およびベース絶縁層21が順に掘り下げられる。これにより、ベース絶縁層21およびポリシリコン層22の積層構造が、第1電極または第2電極としてのZ固定電極71、および第1電極または第2電極としてのZ可動電極72の形状に成形されるとともに、それらの間にトレンチ50が形成される。トレンチ50の底面にはベース基板7の表面が露出することとなる。
Next, as shown in FIG. 7G, a third insulating film 45, a fourth insulating film 46, a fifth insulating film 47, and a surface protective film 48 are sequentially stacked on the second insulating film 43 by a CVD method. Next, the third to fifth insulating films 45 to 47 and the surface protective film 48 on the region where the recess 20 of the base substrate 7 is to be formed are removed by etching.
Next, as shown in FIG. 7H, a resist having an opening in a region other than the region where the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 are to be formed is formed on the second insulating film 43. Subsequently, the polysilicon layer 22 and the base insulating layer 21 are dug in order by anisotropic deep RIE using the resist as a mask, specifically, by a Bosch process. Thereby, the laminated structure of the base insulating layer 21 and the polysilicon layer 22 is formed into the shape of the Z fixed electrode 71 as the first electrode or the second electrode and the Z movable electrode 72 as the first electrode or the second electrode. In addition, a trench 50 is formed between them. The surface of the base substrate 7 is exposed at the bottom surface of the trench 50.

次に、図7Iに示すように、熱酸化法またはPECVD法により、Z固定電極71、Z可動電極72の表面全域およびトレンチ50の内面全域(つまり、トレンチ50を区画する側面および底面)に、SiOからなる保護薄膜44が形成される。
次に、図7Jに示すように、エッチバックにより、保護薄膜44におけるトレンチ50の底面上の部分が除去される。これにより、トレンチ50の底面が露出した状態となる。
Next, as shown in FIG. 7I, by the thermal oxidation method or the PECVD method, the entire surface of the Z fixed electrode 71, the Z movable electrode 72 and the entire inner surface of the trench 50 (that is, the side surface and the bottom surface defining the trench 50) A protective thin film 44 made of SiO 2 is formed.
Next, as shown in FIG. 7J, the portion of the protective thin film 44 on the bottom surface of the trench 50 is removed by etch back. As a result, the bottom surface of the trench 50 is exposed.

次に、図7Kに示すように、表面保護膜48をマスクとする異方性のディープRIEにより、トレンチ50の底面(すなわち、ベース基板7の表面)がさらに掘り下げられる。これにより、トレンチ50の底部(ベース基板7の表層部)に、ベース基板7の結晶面が露出した露出空間58が形成される。
この異方性のディープRIEに引き続いて、等方性のRIEにより、トレンチ50の露出空間58に、エッチング媒体としての反応性イオンおよびエッチングガスが供給される。そして、その反応性イオンなどの作用により、ベース基板7が、各露出空間58を起点にベース基板7の厚さ方向にエッチングされつつ、ベース基板7の表面に平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全ての露出空間58が一体化して、ベース基板7の表層部に凹部20(空洞23)が形成されるとともに、凹部20の直上において、Z固定電極71およびZ可動電極72が浮いた状態となる。
Next, as shown in FIG. 7K, the bottom surface of the trench 50 (that is, the surface of the base substrate 7) is further dug down by anisotropic deep RIE using the surface protective film 48 as a mask. Thereby, an exposed space 58 in which the crystal plane of the base substrate 7 is exposed is formed at the bottom of the trench 50 (surface layer portion of the base substrate 7).
Subsequent to this anisotropic deep RIE, reactive ions and etching gas as an etching medium are supplied to the exposed space 58 of the trench 50 by isotropic RIE. The base substrate 7 is etched in the direction parallel to the surface of the base substrate 7 while being etched in the thickness direction of the base substrate 7 starting from each exposed space 58 by the action of the reactive ions and the like. Accordingly, all the exposed spaces 58 adjacent to each other are integrated to form the recess 20 (cavity 23) in the surface layer portion of the base substrate 7, and the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 are directly above the recess 20. Will be in a floating state.

以上の工程を経て、図2に示すZ軸センサ12が得られる。
以上の方法によれば、Z固定電極71およびZ可動電極72の最下部が、Siに対してエッチング選択比を有するSiOからなるベース絶縁層21で構成されている。さらに、Z固定電極71およびZ可動電極72の側面も同様に、SiOからなる保護薄膜44で覆われる。
Through the above steps, the Z-axis sensor 12 shown in FIG. 2 is obtained.
According to the above method, the lowermost portions of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 are constituted by the base insulating layer 21 made of SiO 2 having an etching selectivity with respect to Si. Further, the side surfaces of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 are similarly covered with the protective thin film 44 made of SiO 2 .

そのため、図7Kに示す工程において、露出空間58に反応性イオンおよびエッチングガスを供給してベース基板7を等方性エッチングする際、エッチングガス等がZ固定電極71およびZ可動電極72に接触しても、エッチングガスによるZ固定電極71およびZ可動電極72の侵食を防止することができる。その結果、Z固定電極71およびZ可動電極72の大きさ(厚さT,Tおよび幅W,W)のばらつきを少なくすることができる。 For this reason, in the step shown in FIG. 7K, when the base substrate 7 is isotropically etched by supplying reactive ions and etching gas to the exposed space 58, the etching gas or the like comes into contact with the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72. However, erosion of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 by the etching gas can be prevented. As a result, variations in the sizes (thicknesses T 1 and T 2 and widths W 1 and W 2 ) of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 can be reduced.

よって、Z軸センサ12において、Z固定電極71およびZ可動電極72の厚さT,Tに応じた第1櫛歯部74と第2櫛歯部79の中間部83との対向面積、ならびにZ固定電極71およびZ可動電極72の幅W,Wに応じた電極間距離dを一定に保持することができる。したがって、当該対向面積および/または電極間距離dの変化に起因するZ可動電極72−Z固定電極71間の静電容量の変化を精度よく検出することができる。 Therefore, in the Z-axis sensor 12, the facing area between the first comb tooth portion 74 and the intermediate portion 83 of the second comb tooth portion 79 according to the thicknesses T 1 and T 2 of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72, In addition, the inter-electrode distance d corresponding to the widths W 1 and W 2 of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 can be kept constant. Therefore, it is possible to accurately detect a change in capacitance between the Z movable electrode 72 and the Z fixed electrode 71 due to the change in the facing area and / or the inter-electrode distance d.

また、Z固定電極71およびZ可動電極72の幅W,Wのばらつきが少ないので、対向部75と先端部82との各間に対して、それぞれほぼ同じ大きさのクーロン斥力/クーロン引力を発生させることができる。その結果、Z可動電極72を設計通りに駆動させることができる。
ところで、特許文献1の発明では、Si基板における電気的に絶縁すべき複数部分を、分離ジョイント(Isolation joint 160,360・・・)により分離している。当該分離ジョイントは、特許文献1の図6aに示されるように、Si基板にトレンチを形成し、当該トレンチの内壁(側壁および底壁)を熱酸化することにより形成される。トレンチの内壁を熱酸化すると、各側壁および底壁からトレンチの内側へ向かってSiOが成長し、各壁から成長したSiO同士がいずれ一体化する。この一体化により、トレンチに埋め込まれた状態の分離ジョイント(図6aでは、612)が得られる。しかしながら、このようにして得られる分離ジョイントは、元々空虚であったトレンチ内部に複数のSiOを成長させ、それらを一体化させることにより形成される膜であるため、その強度があまり高くなく、形成に時間がかかる(たとえば、エッチングレートが2μm/h程度)。
In addition, since the variations in the widths W 1 and W 2 of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 are small, the Coulomb repulsive force / Coulomb attractive force of approximately the same magnitude is provided between the facing portion 75 and the tip portion 82. Can be generated. As a result, the Z movable electrode 72 can be driven as designed.
By the way, in invention of patent document 1, the several part which should be electrically insulated in Si substrate is isolate | separated by the isolation | separation joint (Isolation joint 160,360 ...). As shown in FIG. 6a of Patent Document 1, the separation joint is formed by forming a trench in a Si substrate and thermally oxidizing the inner walls (side walls and bottom wall) of the trench. When the inner wall of the trench is thermally oxidized, SiO 2 is grown from the side and bottom walls towards the inside of the trench, SiO 2 with each other to any integrated grown from each wall. By this integration, a separation joint embedded in the trench (612 in FIG. 6a) is obtained. However, since the isolation joint obtained in this way is a film formed by growing a plurality of SiO 2 inside the trench that was originally empty and integrating them, its strength is not so high, It takes time to form (for example, the etching rate is about 2 μm / h).

そこで、この実施形態では、Z固定電極71およびZ可動電極72の各部を、他の部分から絶縁分離するための絶縁層76,77,84,85の形状を、結晶構造の整ったベース基板7のエッチングにより、柱状部29として形成する(図7Aの工程)。次に、当該柱状部29を熱酸化することにより、絶縁膜に変質させる(図7Bの工程)。次に、当該絶縁膜の周囲にポリシリコン層22を形成し(図7C〜図7Dの工程)、ポリシリコン層22をZ固定電極71およびZ可動電極72の形状にエッチングする(図7Hの工程)。すなわち、絶縁層76,77,84,85の形状が、ベース基板7のエッチングにより形成されるため、特許文献1の分離ジョイントの形成方法に比べて、短時間(たとえば、エッチングレートが5μm〜10μm/min)で高い強度を有する絶縁層として形成することができる。   Therefore, in this embodiment, the shape of the insulating layers 76, 77, 84, 85 for insulating and isolating each part of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 from the other parts is changed to a base substrate 7 having a crystal structure. The columnar portion 29 is formed by etching (step of FIG. 7A). Next, the columnar portion 29 is thermally oxidized to be transformed into an insulating film (step of FIG. 7B). Next, a polysilicon layer 22 is formed around the insulating film (steps of FIGS. 7C to 7D), and the polysilicon layer 22 is etched into the shape of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 (step of FIG. 7H). ). That is, since the shape of the insulating layers 76, 77, 84, 85 is formed by etching the base substrate 7, it is shorter than the method for forming the separation joint of Patent Document 1 (for example, the etching rate is 5 μm to 10 μm). / Min) as an insulating layer having high strength.

また、図7Cに示すように、絶縁層76,77,84,85を完全に覆うようにポリシリコンをエピタキシャル成長させた後、成長後のポリシリコンをCMP処理することによってポリシリコン層22の厚さを調節している。したがって、シード膜から成長するポリシリコンの成長時間等を考慮してポリシリコン層22の厚さを調節する場合に比べて、柱状部29からなる絶縁膜の高さと同じ厚さを有するポリシリコン層22を簡単に形成することができる。これにより、Z固定電極71の第1櫛歯部74および対向部75、Z可動電極72の基端部81、先端部82および中間部83それぞれを、ポリシリコン層22の他の部分から確実に絶縁することができる。   Further, as shown in FIG. 7C, after the polysilicon is epitaxially grown so as to completely cover the insulating layers 76, 77, 84, 85, the thickness of the polysilicon layer 22 is obtained by subjecting the grown polysilicon to a CMP process. Is adjusted. Therefore, the polysilicon layer having the same thickness as the insulating film made of the columnar portion 29 is compared with the case where the thickness of the polysilicon layer 22 is adjusted in consideration of the growth time of polysilicon grown from the seed film. 22 can be formed easily. Thereby, the first comb tooth portion 74 and the facing portion 75 of the Z fixed electrode 71 and the proximal end portion 81, the distal end portion 82 and the intermediate portion 83 of the Z movable electrode 72 are surely separated from the other portions of the polysilicon layer 22. Can be insulated.

また、図7Fに示すように、ポリシリコン層22がZ固定電極71およびZ可動電極72に成形される工程(図7Hの工程)に先立って、ポリシリコン層22上に配線86〜89が形成される。電極71,72の成形前であれば、ポリシリコン層22上のスペースを有効に使用できる。また、配線86〜89の実際の形成パターンと設計仕様の形成パターンとの間に多少誤差が生じても、電極71,72の成形パターンを、当該誤差を考慮して修正すれば、最終的に設計通りのセンサを作製することができる。   7F, wirings 86 to 89 are formed on the polysilicon layer 22 prior to the step of forming the polysilicon layer 22 into the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 (step of FIG. 7H). Is done. If the electrodes 71 and 72 are not yet formed, the space on the polysilicon layer 22 can be used effectively. Even if a slight error occurs between the actual formation pattern of the wirings 86 to 89 and the formation pattern of the design specification, if the forming pattern of the electrodes 71 and 72 is corrected in consideration of the error, finally, A sensor as designed can be manufactured.

なお、X軸センサ10およびY軸センサ11の作用効果については記載を省略するが、この実施形態のX軸センサ10およびY軸センサ11は、図2〜図4に示した構成を備えることにより、上述したZ軸センサ12と同様の作用効果を発現することができる。
そして、この実施形態のMEMSパッケージ1は、X軸センサ10、Y軸センサ11およびZ軸センサ12を備えているので、三次元空間において直交する3つの軸(X軸、Y軸およびZ軸)まわりに作用する角速度を精度よく検出することができる。
In addition, although description is abbreviate | omitted about the effect of the X-axis sensor 10 and the Y-axis sensor 11, the X-axis sensor 10 and the Y-axis sensor 11 of this embodiment are provided with the structure shown in FIGS. The same effects as the Z-axis sensor 12 described above can be exhibited.
And since the MEMS package 1 of this embodiment is provided with the X-axis sensor 10, the Y-axis sensor 11, and the Z-axis sensor 12, it is three axes (X axis, Y axis, and Z axis) orthogonal in three-dimensional space. Angular velocity acting around can be detected with high accuracy.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、MEMSパッケージ1は、角速度センサ3に代えて、または角速度センサ3とともに加速度センサを備えていてもよい。当該加速度センサは、たとえば、図2〜図6に示した各センサ10〜12における駆動部を省略することによって作製することができる。たとえば、Z軸方向に作用する加速度を検出するZ軸加速度センサ90は、図8に示すように、図5に示すZ軸センサ12において、駆動部として機能するZ固定電極71の対向部75およびZ可動電極72の先端部82と、これに接続された配線87,89を省略することにより作製することができる。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, the MEMS package 1 may include an acceleration sensor instead of the angular velocity sensor 3 or together with the angular velocity sensor 3. The acceleration sensor can be manufactured, for example, by omitting the driving unit in each of the sensors 10 to 12 shown in FIGS. For example, as shown in FIG. 8, the Z-axis acceleration sensor 90 that detects acceleration acting in the Z-axis direction includes a facing portion 75 of the Z fixed electrode 71 that functions as a driving portion in the Z-axis sensor 12 shown in FIG. It can be manufactured by omitting the tip end portion 82 of the Z movable electrode 72 and the wirings 87 and 89 connected thereto.

Z軸加速度センサ90では、Z固定電極71およびZ可動電極72の大きさ(厚さT,Tおよび幅W,W)のばらつきを少なくすることができる。
よって、Z軸加速度センサ90において、Z固定電極71およびZ可動電極72の厚さT,Tに応じた第1櫛歯部74と第2櫛歯部79の中間部83との対向面積、ならびにZ固定電極71およびZ可動電極72の幅W,Wに応じた電極間距離dを一定に保持することができる。したがって、当該対向面積および/または電極間距離dの変化に起因するZ可動電極72−Z固定電極71間の静電容量の変化を精度よく検出することができる。その結果、当該静電容量の変化量に基づいて、加速度を精度よく検出することができる。
In the Z-axis acceleration sensor 90, variations in the sizes (thicknesses T 1 and T 2 and widths W 1 and W 2 ) of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 can be reduced.
Therefore, in the Z-axis acceleration sensor 90, the opposing area between the first comb tooth portion 74 and the intermediate portion 83 of the second comb tooth portion 79 according to the thicknesses T 1 and T 2 of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72. The inter-electrode distance d corresponding to the widths W 1 and W 2 of the Z fixed electrode 71 and the Z movable electrode 72 can be kept constant. Therefore, it is possible to accurately detect a change in capacitance between the Z movable electrode 72 and the Z fixed electrode 71 due to the change in the facing area and / or the inter-electrode distance d. As a result, it is possible to accurately detect the acceleration based on the change amount of the capacitance.

また、ベース絶縁層21は、SiOに限らず、Siに対してエッチング選択比を有する他の材料(たとえば、SiNなど)であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
In addition, the insulating base layer 21 is not limited to SiO 2 , but may be another material (for example, SiN) having an etching selectivity with respect to Si.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

1 MEMSパッケージ
2 基板
3 角速度センサ
5 集積回路
6 樹脂パッケージ
7 ベース基板
10 X軸センサ
11 Y軸センサ
12 Z軸センサ
20 凹部
21 ベース絶縁層
22 ポリシリコン層
23 空洞
29 柱状部
30 ベース部
31 X固定電極
32 X可動電極
34 第1櫛歯部(X固定電極)
36 第2櫛歯部(X可動電極)
38 絶縁層
39 X第1駆動/検出配線
40 X第2駆動/検出配線
41 X第3駆動/検出配線
44 保護薄膜
49 頂部
50 トレンチ
51 Y固定電極
52 Y可動電極
54 第1櫛歯部(Y固定電極)
56 第2櫛歯部(Y可動電極)
59 Y第1駆動/検出配線
60 Y第2駆動/検出配線
61 Y第3駆動/検出配線
71 Z固定電極
72 Z可動電極
74 第1櫛歯部(Z固定電極)
75 対向部
76 絶縁層
77 絶縁層
79 第2櫛歯部(Z可動電極)
81 基端部
82 先端部
83 中間部
84 絶縁層
85 絶縁層
86 Z第1検出配線
87 Z第1駆動配線
88 Z第2検出配線
89 Z第2駆動配線
90 Z軸加速度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 MEMS package 2 Board | substrate 3 Angular velocity sensor 5 Integrated circuit 6 Resin package 7 Base board 10 X-axis sensor 11 Y-axis sensor 12 Z-axis sensor 20 Recessed part 21 Base insulating layer 22 Polysilicon layer 23 Cavity 29 Column-shaped part 30 Base part 31 X fixation Electrode 32 X Movable electrode 34 1st comb tooth part (X fixed electrode)
36 2nd comb tooth part (X movable electrode)
38 Insulating Layer 39 X First Drive / Detection Wiring 40 X Second Drive / Detection Wiring 41 X Third Drive / Detection Wiring 44 Protective Thin Film 49 Top 50 Trench 51 Y Fixed Electrode 52 Y Movable Electrode 54 First Comb Tooth (Y Fixed electrode)
56 2nd comb tooth part (Y movable electrode)
59 Y first drive / detection wiring 60 Y second drive / detection wiring 61 Y third drive / detection wiring 71 Z fixed electrode 72 Z movable electrode 74 first comb tooth portion (Z fixed electrode)
75 Opposite part 76 Insulating layer 77 Insulating layer 79 Second comb tooth part (Z movable electrode)
81 Base end portion 82 Front end portion 83 Intermediate portion 84 Insulating layer 85 Insulating layer 86 Z first detecting wiring 87 Z first driving wiring 88 Z second detecting wiring 89 Z second driving wiring 90 Z-axis acceleration sensor

Claims (18)

Si基板上に、Siに対してエッチング選択比を有する材料からなるベース膜を形成する工程と、
前記ベース膜上に、ポリシリコン層を形成する工程と、
前記ポリシリコン層および前記ベース膜を選択的にエッチングすることにより、前記ポリシリコン層の表面から前記Si基板の表面に至るトレンチを形成し、同時に、前記ベース膜と前記ポリシリコン層との積層構造を有し、互いに前記トレンチを隔てて噛み合う櫛歯状の第1電極および第2電極を形成する工程と、
前記トレンチへエッチング媒体を供給する等方性エッチングにより、前記Si基板における前記ベース膜直下の部分をエッチングして、前記ベース膜直下に空洞を形成する工程とを含む、MEMSセンサの製造方法。
Forming a base film made of a material having an etching selectivity with respect to Si on a Si substrate;
Forming a polysilicon layer on the base film;
A trench extending from the surface of the polysilicon layer to the surface of the Si substrate is formed by selectively etching the polysilicon layer and the base film, and at the same time, a laminated structure of the base film and the polysilicon layer Forming a comb-shaped first electrode and a second electrode that mesh with each other across the trench, and
And a step of etching a portion of the Si substrate immediately below the base film by isotropic etching to supply an etching medium to the trench to form a cavity immediately below the base film.
前記ベース膜を形成する工程は、
前記Si基板を選択的にエッチングすることにより、当該Si基板を、板状のベース部と、当該ベース部の表面に立設された柱状部とに加工する工程と、
前記ベース部の前記表面および前記柱状部を熱酸化することにより、前記ベース部の前記表面および前記柱状部を絶縁膜に変質させる工程とを含み、
前記ポリシリコン層および前記ベース膜を選択的にエッチングする工程は、
前記第1電極および/または前記第2電極が、前記絶縁膜に変質した前記柱状部により前記ポリシリコン層の他の部分からそれぞれ絶縁されるようにエッチングする工程を含む、請求項1に記載のMEMSセンサの製造方法。
The step of forming the base film includes
Selectively etching the Si substrate to process the Si substrate into a plate-like base portion and a columnar portion erected on the surface of the base portion;
Changing the surface of the base part and the columnar part into an insulating film by thermally oxidizing the surface of the base part and the columnar part,
Selectively etching the polysilicon layer and the base film,
2. The method according to claim 1, further comprising: etching the first electrode and / or the second electrode so that the first electrode and / or the second electrode are insulated from other portions of the polysilicon layer by the columnar portion transformed into the insulating film. Manufacturing method of a MEMS sensor.
前記ポリシリコン層を形成する工程は、
前記ベース部上に、前記柱状部の頂部よりも高い位置までポリシリコン材料を堆積させる工程と、
堆積された前記ポリシリコン材料の表面が、前記柱状部の前記頂部の高さ位置になるまで前記ポリシリコン材料を研削する工程とを含む、請求項2に記載のMEMSセンサの製造方法。
The step of forming the polysilicon layer includes:
Depositing a polysilicon material on the base portion to a position higher than the top of the columnar portion;
3. The method of manufacturing a MEMS sensor according to claim 2, further comprising a step of grinding the polysilicon material until a surface of the deposited polysilicon material reaches a height position of the top portion of the columnar portion.
前記第1電極および前記第2電極の側壁を覆うように、ポリシリコンに対してエッチング選択比を有する保護膜を形成する工程をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法。   The MEMS according to claim 1, further comprising a step of forming a protective film having an etching selectivity with respect to polysilicon so as to cover side walls of the first electrode and the second electrode. Sensor manufacturing method. 前記トレンチの形成に先立って、前記ポリシリコン層上に選択的に配線を形成する工程を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法。   5. The method of manufacturing a MEMS sensor according to claim 1, further comprising a step of selectively forming a wiring on the polysilicon layer prior to the formation of the trench. 6. 凹部が形成された表層部を有するSi基板と、
前記Si基板の前記凹部の直上に配置され、前記凹部に近い側から順に積層された絶縁材料からなるベース膜とポリシリコン層との積層構造を有し、互いに間隔を隔てて噛み合う櫛歯状の第1電極および第2電極とを含む、MEMSセンサ。
A Si substrate having a surface layer portion in which a recess is formed;
Comb-like shape that is disposed immediately above the concave portion of the Si substrate and has a laminated structure of a base film and a polysilicon layer made of an insulating material laminated in order from the side close to the concave portion, and meshes with each other at an interval. A MEMS sensor comprising a first electrode and a second electrode.
前記ポリシリコン層を貫通して前記ベース膜に達するように前記第1電極に埋め込まれ、前記第1電極の或る部分を選択的に前記ポリシリコン層の他の部分から絶縁する第1絶縁層をさらに含む、請求項6に記載のMEMSセンサ。   A first insulating layer embedded in the first electrode so as to penetrate the polysilicon layer and reach the base film, and selectively insulates a part of the first electrode from the other part of the polysilicon layer The MEMS sensor according to claim 6, further comprising: 前記ポリシリコン層を貫通して前記ベース膜に達するように前記第2電極に埋め込まれ、前記第2電極の或る部分を選択的に前記ポリシリコン層の他の部分から絶縁する第1絶縁層をさらに含む、請求項6または7に記載のMEMSセンサ。   A first insulating layer embedded in the second electrode so as to penetrate the polysilicon layer and reach the base film, and selectively insulates a part of the second electrode from the other part of the polysilicon layer The MEMS sensor according to claim 6 or 7, further comprising: 前記第1電極が可動電極であり、前記第2電極が固定電極である、請求項6〜8のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。   The MEMS sensor according to any one of claims 6 to 8, wherein the first electrode is a movable electrode and the second electrode is a fixed electrode. 前記第1電極が固定電極であり、前記第2電極が可動電極である、請求項6〜8のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。   The MEMS sensor according to any one of claims 6 to 8, wherein the first electrode is a fixed electrode and the second electrode is a movable electrode. 前記第1電極と前記第2電極との間の静電容量の変化を検出することにより、前記MEMSセンサに作用した加速度を検出する加速度センサを含む、請求項6〜10のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。   The acceleration sensor which detects the acceleration which acted on the MEMS sensor by detecting the change of the electrostatic capacitance between the first electrode and the second electrode. The MEMS sensor as described. 前記第1電極を前記凹部に近づく方向および離れる方向に駆動させ、その駆動時に前記MEMSセンサに作用する角速度を、前記第1電極と前記第2電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する角速度センサを含む、請求項6〜11のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。   The first electrode is driven in a direction toward and away from the recess, and an angular velocity acting on the MEMS sensor at the time of driving is detected as a change in capacitance between the first electrode and the second electrode. The MEMS sensor as described in any one of Claims 6-11 containing the angular velocity sensor detected by this. 前記ベース膜が、SiOからなる、請求項6〜12のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。 The MEMS sensor according to claim 6, wherein the base film is made of SiO 2 . 前記ベース膜の厚さが、2μm〜5μmである、請求項6〜13のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。   The MEMS sensor according to claim 6, wherein the base film has a thickness of 2 μm to 5 μm. 前記ポリシリコン層の厚さが、5μm〜20μmである、請求項6〜14のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。   The MEMS sensor as described in any one of Claims 6-14 whose thickness of the said polysilicon layer is 5 micrometers-20 micrometers. 請求項6〜15のいずれか一項に記載のMEMSセンサと、
前記MEMSセンサを覆うように形成された樹脂パッケージとを含む、MEMSパッケージ。
The MEMS sensor according to any one of claims 6 to 15,
And a resin package formed so as to cover the MEMS sensor.
前記MEMSセンサに電気的に接続され、前記MEMSセンサとともに同一の前記樹脂パッケージに覆われた集積回路をさらに含む、請求項16に記載のMEMSパッケージ。   The MEMS package according to claim 16, further comprising an integrated circuit electrically connected to the MEMS sensor and covered with the same resin package as the MEMS sensor. 表面および裏面を有し、当該表面において前記MEMSセンサを支持する基板をさらに含み、
前記樹脂パッケージは、前記基板の前記表面を覆うように、かつ前記基板の前記裏面を露出させるように前記MEMSセンサを封止している、請求項16または17に記載のMEMSパッケージ。
Further comprising a substrate having a front surface and a back surface and supporting the MEMS sensor on the front surface;
The MEMS package according to claim 16 or 17, wherein the resin package seals the MEMS sensor so as to cover the front surface of the substrate and to expose the back surface of the substrate.
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