JP2024132086A

JP2024132086A - METHOD FOR MANUFACTURING MEMS DEVICE, MEMS DEVICE, AND ELECTRONIC APPARATUS

Info

Publication number: JP2024132086A
Application number: JP2023042742A
Authority: JP
Inventors: 幸夫山内
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2023-03-17
Filing date: 2023-03-17
Publication date: 2024-09-30

Abstract

【課題】サイクルタイム、歩留まり、製造コストなどを改善できる慣性センサーの製造方法を提供すること。【解決手段】基部２と、基部２に接合される蓋部８を備えたＭＥＭＳデバイスとしての慣性センサー１の製造方法であって、シリコン基板からなる蓋部８を準備する準備工程と、蓋部８の基部２との接合面８６を含む基板面８５に、ハードマスク９０を形成するハードマスク形成工程と、接合面８６にハードマスク９０が残るように、ハードマスク９０の一部を除去するパターニング工程と、蓋部８をアルカリ溶液によって異方性エッチングして、ハードマスク９０を除去した箇所に凹部８１を形成するとともに、ハードマスク９０を介して接合面８６にボイド８７を形成するエッチング工程と、ハードマスク９０を除去するハードマスク除去工程と、蓋部８を基部２に接合する接合工程と、を含む。【選択図】図５[Problem] To provide a manufacturing method for an inertial sensor capable of improving cycle time, yield, manufacturing cost, etc. [Solution] A manufacturing method for an inertial sensor 1 as a MEMS device having a base 2 and a lid 8 bonded to the base 2, comprising the steps of: a preparation step of preparing the lid 8 made of a silicon substrate; a hard mask formation step of forming a hard mask 90 on a substrate surface 85 including a bonding surface 86 of the lid 8 with the base 2; a patterning step of removing a part of the hard mask 90 so that the hard mask 90 remains on the bonding surface 86; an etching step of anisotropically etching the lid 8 with an alkaline solution to form recesses 81 at the locations where the hard mask 90 has been removed and form voids 87 on the bonding surface 86 via the hard mask 90; a hard mask removal step of removing the hard mask 90; and a bonding step of bonding the lid 8 to the base 2. [Selected Figure] FIG.

Description

本発明は、ＭＥＭＳデバイスの製造方法、ＭＥＭＳデバイス、および当該ＭＥＭＳデバイスを備えた電子機器に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a MEMS device, a MEMS device, and an electronic device equipped with the MEMS device.

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて形成された超小型の振動子、センサー等の素子部を備えたデバイスがある。このようなデバイスにおいて、素子部は、シリコン等の材料からなる基板同士を接合して形成した内部空間に設けられている。 In recent years, there are devices equipped with element parts such as ultra-small vibrators and sensors formed using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. In such devices, the element parts are provided in an internal space formed by bonding substrates made of materials such as silicon.

このようなデバイスの製造方法としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特許文献１に開示されたものでは、第１工程において、各基板の対向する面に、内部空間を形成するための凹部を形成し、第２工程において、第１工程で形成した凹部を保護層でマスクし、第３工程において、基板の接合面に凹凸を形成し、第４工程において、基板同士を接合している。
ここで、各基板の接合面に設けられた凹凸は、基板同士を接合する際に、各基板の凹凸同士を噛み合わせることで、各基板の位置ずれを防ぐとともに、接合強度を向上させるものである。すなわち、各基板の接合面に設けられた凹凸を形成するための第２工程と第３工程とは、接合強度を向上させるための工程である。 A method for manufacturing such a device is known, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-233696.
In the technique disclosed in Patent Document 1, in a first step, recesses for forming an internal space are formed on the opposing surfaces of each substrate, in a second step, the recesses formed in the first step are masked with a protective layer, in a third step, projections and recesses are formed on the bonding surfaces of the substrates, and in a fourth step, the substrates are bonded together.
Here, the unevenness provided on the bonding surfaces of the substrates is intended to prevent misalignment of the substrates and improve the bonding strength by engaging the unevenness of the substrates when the substrates are bonded together. In other words, the second and third steps for forming the unevenness on the bonding surfaces of the substrates are steps for improving the bonding strength.

特開２０１５－２０５３６１号公報JP 2015-205361 A

特許文献１に開示されたものでは、接合強度を向上させるために、第２工程と第３工程との少なくとも２工程を実施する必要があった。
したがって、接合強度が向上できたとしても、サイクルタイム、歩留まり、製造コストなどに、悪化等の影響が生じるおそれがあった。 In the technique disclosed in Patent Document 1, at least two steps, the second step and the third step, need to be carried out in order to improve the bonding strength.
Therefore, even if the bonding strength can be improved, there is a risk that the cycle time, yield, manufacturing cost, and the like may be adversely affected.

本願に係る一態様のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、第１基板と、前記第１基板に接合される第２基板とを備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、シリコン基板からなる前記第２基板を準備する準備工程と、前記第２基板の前記第１基板との接合面を含む基板面に、ハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、前記接合面に前記ハードマスクが残るように、前記ハードマスクの一部を除去するパターニング工程と、前記第２基板をアルカリ溶液によって異方性エッチングして、前記ハードマスクを除去した箇所に凹部を形成するとともに、前記ハードマスクを介して前記接合面にボイドを形成するエッチング工程と、前記ハードマスクを除去するハードマスク除去工程と、前記第２基板を前記第１基板に接合する接合工程と、を含む。 A manufacturing method of a MEMS device according to one aspect of the present application is a manufacturing method of a MEMS device including a first substrate and a second substrate bonded to the first substrate, and includes a preparation step of preparing the second substrate made of a silicon substrate, a hard mask formation step of forming a hard mask on a substrate surface of the second substrate including a bonding surface with the first substrate, a patterning step of removing a part of the hard mask so that the hard mask remains on the bonding surface, an etching step of anisotropically etching the second substrate with an alkaline solution to form recesses in the areas where the hard mask was removed and form voids on the bonding surface through the hard mask, a hard mask removal step of removing the hard mask, and a bonding step of bonding the second substrate to the first substrate.

本願に係る一態様のＭＥＭＳデバイスは、第１基板と、前記第１基板に接合され、シリコン基板からなる第２基板と、を備え、前記第２基板は、前記第１基板側に設けられた凹部と、前記凹部を囲むように設けられ、前記第１基板に接合された接合面と、前記接合面に設けられたボイドと、を有する。 The MEMS device of one aspect of the present application comprises a first substrate and a second substrate made of a silicon substrate bonded to the first substrate, the second substrate having a recess provided on the first substrate side, a bonding surface surrounding the recess and bonded to the first substrate, and a void provided on the bonding surface.

本願に係る一態様の電子機器は、上記のＭＥＭＳデバイスを備える。 An electronic device according to one aspect of the present application includes the above-described MEMS device.

実施形態１に係る慣性センサーの平面図。FIG. 2 is a plan view of the inertial sensor according to the first embodiment. 図１のＡ－Ａ線に沿う慣性センサーの断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the inertial sensor taken along line AA in FIG. 慣性センサーの蓋部の平面図。FIG. 蓋部の接合面を撮影したＳＥＭ写真。SEM photograph of the bonding surface of the lid. 蓋部の接合面および断面を撮影したＳＥＭ写真。13 is a SEM photograph of the joint surface and cross section of the lid. 慣性センサーの製造工程を説明するフローチャート。4 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the inertial sensor. 製造過程における一態様を示す断面図。1A to 1C are cross-sectional views showing one embodiment of a manufacturing process. 製造過程における一態様を示す断面図。1A to 1C are cross-sectional views showing one embodiment of a manufacturing process. 製造過程における一態様を示す断面図。1A to 1C are cross-sectional views showing one embodiment of a manufacturing process. 加工条件とボイドの形成の有無との相関を示す表。1 is a table showing the correlation between processing conditions and the presence or absence of void formation. ハードマスクとボイドの形成状況との相関を示す表。1 is a table showing the correlation between hard masks and void formation conditions. 蓋部の接合面を撮影したＳＥＭ写真。SEM photograph of the bonding surface of the lid. 実施形態２に係る慣性センサーの断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view of an inertial sensor according to a second embodiment. 実施形態３に係る慣性計測装置の概略構成を示す分解斜視図。FIG. 11 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an inertial measurement unit according to a third embodiment. 慣性センサーが実装された回路基板の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a circuit board on which the inertial sensor is mounted.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
また、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸の矢印方向先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、以下では、Ｚ軸方向に見ることを「平面視」とも言う。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings, the dimensions of the components may be shown on different scales in order to make the components easier to see.
For ease of explanation, the three mutually orthogonal axes are referred to as the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and the direction parallel to the X-axis is also referred to as the "X-axis direction," the direction parallel to the Y-axis is also referred to as the "Y-axis direction," and the direction parallel to the Z-axis is also referred to as the "Z-axis direction." The tip side of the arrow direction of each axis is also referred to as the "plus side," and the opposite side is also referred to as the "minus side." In addition, viewing in the Z-axis direction is also referred to as "planar view."

さらに、以下の説明において、例えば、「基部上に設けられる」との記載は、基部の上に接して設けられる場合、基部の上に他の構造物を介して設けられる場合、または基部の上に一部が接して設けられ、一部が他の構造物を介して設けられる場合のいずれかを表すものとする。また、ある構成の上面との記載は、当該構成のＺ軸方向プラス側の面、例えば「基部の上面」は、基部のＺ軸方向プラス側の面、を示すものとする。また、ある構成の下面との記載は、当該構成のＺ軸方向マイナス側の面、例えば「蓋部の下面」は、蓋部のＺ軸方向マイナス側の面、を示すものとする。 Furthermore, in the following description, for example, the phrase "provided on the base" refers to any of the following: provided on the base, provided on the base via another structure, or provided partially on the base and partially via another structure. Furthermore, the term "upper surface" refers to the surface of the structure on the positive side in the Z-axis direction, for example, "upper surface of the base" refers to the surface of the base on the positive side in the Z-axis direction. Furthermore, the term "lower surface" refers to the surface of the structure on the negative side in the Z-axis direction, for example, "lower surface of the lid" refers to the surface of the lid on the negative side in the Z-axis direction.

１．実施形態１
１．１．慣性センサーの構成
実施形態に係るＭＥＭＳデバイスとしての慣性センサー１の概略構成について、図１から図４Ｂを参照して説明する。
図１は、実施形態１に係る慣性センサーを模式的に示す平面図であり、慣性センサー１を、Ｚ軸方向プラス側からＺ軸方向マイナス側に見た図である。なお、図１では、説明の便宜上、蓋部８を透明化している。図２は、図１におけるＡ－Ａ線での断面図であり、Ａ－Ａ線におけるＺ軸を含む切断面をＸ軸方向マイナス側からＸ軸方向プラス側に見た図である。 1. Embodiment 1
1.1. Configuration of the Inertial Sensor A schematic configuration of an inertial sensor 1 as a MEMS device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4B.
Fig. 1 is a plan view showing a schematic diagram of the inertial sensor according to the first embodiment, in which the inertial sensor 1 is viewed from the positive side in the Z-axis direction to the negative side in the Z-axis direction. For ease of explanation, the cover 8 is made transparent in Fig. 1. Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in Fig. 1, in which the cut surface including the Z axis at line A-A is viewed from the negative side in the X-axis direction to the positive side in the X-axis direction.

図３は、慣性センサーの蓋部の平面図であり、蓋部８の下面をＺ軸方向マイナス側からＺ軸方向プラス側に見た図である。
図４Ａは、蓋部の接合面を撮影したＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真であり、接合面８６をＺ軸方向マイナス側からＺ軸方向プラス側に見た写真である。図４Ｂは、蓋部の接合面およびその断面を撮影したＳＥＭ写真であり、接合面８６およびその断面を斜め方向から見た写真である。 FIG. 3 is a plan view of the lid of the inertial sensor, showing the lower surface of the lid 8 as viewed from the negative side in the Z axis direction to the positive side in the Z axis direction.
Fig. 4A is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the bonding surface of the lid, in which bonding surface 86 is viewed from the negative side in the Z-axis direction to the positive side in the Z-axis direction. Fig. 4B is a SEM photograph of the bonding surface of the lid and its cross section, in which bonding surface 86 and its cross section are viewed from an oblique direction.

図１に示す慣性センサー１は、Ｘ軸方向の加速度Ａｘを検出することのできる加速度センサーである。この慣性センサー１は、ＭＥＭＳ技術により形成されたもので、基部２と、基部２上に設けられたセンサー素子３と、センサー素子３を覆うように基部２に接合された蓋部８と、を有している。 The inertial sensor 1 shown in FIG. 1 is an acceleration sensor capable of detecting acceleration Ax in the X-axis direction. This inertial sensor 1 is formed using MEMS technology, and has a base 2, a sensor element 3 provided on the base 2, and a lid 8 joined to the base 2 so as to cover the sensor element 3.

１．１．１．基部の構成
図１に示すように、基部２は、平面視で、矩形の形状を有する。また、基部２は、上面側に開放する凹部２１を有している。また、平面視で、凹部２１は、センサー素子３を内包するように、センサー素子３よりも大きく形成されている。
図２に示すように、凹部２１は、センサー素子３と基部２との接触を防止するための逃げ部として機能する。基部２の上面において、凹部２１の周囲は、蓋部８との接合面２６である。 1, the base 2 has a rectangular shape in a plan view. The base 2 also has a recess 21 that opens to the upper surface side. In addition, the recess 21 is formed larger than the sensor element 3 in a plan view so as to enclose the sensor element 3.
2, the recess 21 functions as a relief portion for preventing contact between the sensor element 3 and the base 2. On the upper surface of the base 2, the periphery of the recess 21 is a bonding surface 26 with the lid 8.

図２に示すように、基部２は、凹部２１の底面に設けられた突起状のマウント部２２を有している。マウント部２２には、センサー素子３が接合される。また、図１に示すように、基部２は、上面側に開放する溝部２３ａ，２３ｂ，２３ｃを有している。 As shown in FIG. 2, the base 2 has a protruding mount 22 provided on the bottom surface of the recess 21. The sensor element 3 is joined to the mount 22. As shown in FIG. 1, the base 2 also has grooves 23a, 23b, and 23c that open to the upper surface.

基部２には、例えば、可動イオンであるアルカリ金属イオンを含むガラス材料、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスのような硼珪酸ガラスで構成されたガラス基板を用いることができる。なお、基部２は、シリコン基板やセラミックス基板であってもよい。 The base 2 can be, for example, a glass substrate made of a glass material containing alkali metal ions, which are mobile ions, such as borosilicate glass, such as Pyrex (registered trademark) glass. The base 2 may also be a silicon substrate or a ceramic substrate.

溝部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ内には、配線７１，７２，７３が設けられている。
配線７１，７２，７３の一端部は、それぞれ、基部２の上面において、蓋部８の外側に露出している。配線７１，７２，７３において、蓋部８の外側に露出している部分は、外部装置との電気的な接続を行う端子として機能する。
配線７１，７２，７３の他端部は、それぞれ、基部２の上面において、マウント部２２の上面に設けられている。そして、配線７１，７２，７３は、それぞれ、マウント部２２上のコンタクト部ｃ１，ｃ２，ｃ３において、センサー素子３と電気的に接続されている。 Wires 71, 72, and 73 are provided in the grooves 23a, 23b, and 23c.
One end of each of the wirings 71, 72, and 73 is exposed to the outside of the lid portion 8 on the upper surface of the base portion 2. The portions of the wirings 71, 72, and 73 exposed to the outside of the lid portion 8 function as terminals for electrical connection with an external device.
The other ends of the wirings 71, 72, and 73 are provided on the upper surface of the mount portion 22 on the upper surface of the base 2. The wirings 71, 72, and 73 are electrically connected to the sensor element 3 at contact portions c1, c2, and c3 on the mount portion 22, respectively.

１．１．２．蓋部
図１および図３に示すように、蓋部８の形状は、平面視で、矩形である。本実施形態において蓋部８は、シリコン基板である。また、図２に示すように、蓋部８は、下面側に凹部８１を有している。
凹部８１は、センサー素子３を収納するためのザグリ部として機能する。蓋部８の下面において、凹部８１の周囲は、基部２との接合面８６である。 1 and 3, the shape of the lid 8 is rectangular in a plan view. In this embodiment, the lid 8 is a silicon substrate. Also, as shown in FIG. 2, the lid 8 has a recess 81 on the lower surface side.
The recess 81 functions as a countersunk portion for accommodating the sensor element 3. On the lower surface of the lid 8, the periphery of the recess 81 is a joint surface 86 with the base 2.

蓋部８は、接合部材８９を介して、基部２に接合される。
本実施形態において、蓋部８は、金接合によって基部２に接合される。金接合において、接合部材８９は、金（Ａｕ）の薄膜である。具体的には、金のスパッタ膜である。なお、金接合は、低温金属接合と言い換えることができる。また、金の薄膜は、金以外の金属によるスパッタ膜であってもよい。 The lid portion 8 is joined to the base portion 2 via a joining member 89 .
In this embodiment, the lid 8 is joined to the base 2 by gold bonding. In gold bonding, the joining member 89 is a thin film of gold (Au). Specifically, it is a gold sputtered film. Note that gold bonding can be rephrased as low-temperature metal bonding. The gold thin film may also be a sputtered film of a metal other than gold.

蓋部８の接合面８６と基部２の接合面２６とは、低融点ガラスフリットを用いたフリット接合によって、接合されてもよい。また、蓋部８の接合面８６と基部２の接合面２６とは、接着剤を用いて接合されてもよい。
蓋部８と基部２とが接合されることによって、蓋部８と基部２との間に、センサー素子３を収納する収納空間Ｓが形成される。 The joining surface 86 of the lid 8 and the joining surface 26 of the base 2 may be joined by frit joining using a low melting point glass frit. Also, the joining surface 86 of the lid 8 and the joining surface 26 of the base 2 may be joined by using an adhesive.
By joining the lid portion 8 and the base portion 2, a storage space S for storing the sensor element 3 is formed between the lid portion 8 and the base portion 2.

図２に示すように、蓋部８の接合面８６には、複数のボイド８７が設けられる。
複数のボイド８７は、図３に示すように、接合面８６の全面にわたって設けられる。
ボイド８７は、略半球の形状をした穴であり、ボイド８７内に、接合部材８９としての金のスパッタ膜が、形成されることで、ボイド８７内の接合部材８９がアンカーとして機能して、基部２と蓋部８との接合強度を向上させることができる。 As shown in FIG. 2, a plurality of voids 87 are provided on the joining surface 86 of the lid portion 8 .
As shown in FIG. 3, the plurality of voids 87 are provided over the entire surface of the bonding surface 86 .
The void 87 is a hole having an approximately hemispherical shape, and a gold sputtered film serving as a bonding member 89 is formed within the void 87, so that the bonding member 89 within the void 87 functions as an anchor, thereby improving the bonding strength between the base 2 and the lid 8.

また、接合面８６にボイド８７が設けられることで、接合面８６の表面積が増えて、接合に寄与する接合面積が増えるため、基部２と蓋部８との接合強度を向上させることができる。
さらには、基部２と蓋部８との接合強度が向上することで、収納空間Ｓの気密性が向上して、慣性センサー１の信頼性を向上させることができる。また、接合面８６の接合面２６の接合面積を小さくしても所定の接合強度を保つことができるので、慣性センサー１の小型化に適した構成とすることができる。 Furthermore, by providing voids 87 in the bonding surface 86, the surface area of the bonding surface 86 is increased, and the bonding area contributing to bonding is increased, thereby improving the bonding strength between the base 2 and the lid 8.
Furthermore, by improving the bonding strength between the base 2 and the lid 8, the airtightness of the storage space S is improved, thereby improving the reliability of the inertial sensor 1. In addition, since a predetermined bonding strength can be maintained even if the bonding area of the bonding surface 26 of the bonding surface 86 is reduced, a configuration suitable for miniaturizing the inertial sensor 1 can be achieved.

図４Ａおよび図４ＢのＳＥＭ写真に示すように、接合面８６には、複数のボイド８７が設けられる。本実施形態では、ボイド８７の密度は、およそ２００個／１００μｍ²であり、サイズは、直径が、およそ０．２μｍであり、深さは、およそ０．２μｍである。
詳しくは後述するが、形成されるボイド８７の密度やサイズは、使用するエッチングマスクとエッチャントとの組み合わせに相関関係があることが分かっている。本実施形態では、エッチングマスクとして熱酸化膜を用い、エッチャントとしてＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液を用いてボイド８７を形成した。 4A and 4B, a plurality of voids 87 are provided in the bonding surface 86. In this embodiment, the density of the voids 87 is approximately 200 voids/100 ^μm2 , and the size is approximately 0.2 μm in diameter and approximately 0.2 μm in depth.
Although the details will be described later, it is known that the density and size of the formed voids 87 are correlated with the combination of the etching mask and the etchant used. In this embodiment, the voids 87 are formed by using a thermal oxide film as the etching mask and an aqueous solution of KOH (potassium hydroxide) as the etchant.

図２に示すように、蓋部８は、収納空間Ｓの内外を連通する連通孔８２を有しており、この連通孔８２を介して収納空間Ｓを所望の雰囲気に置換することができる。また、連通孔８２内には封止部材８３が配置され、封止部材８３によって連通孔８２が封止されている。 As shown in FIG. 2, the lid 8 has a communication hole 82 that connects the inside and outside of the storage space S, and the storage space S can be replaced with a desired atmosphere through this communication hole 82. A sealing member 83 is disposed in the communication hole 82, and the communication hole 82 is sealed by the sealing member 83.

収納空間Ｓは、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されて、使用温度（－４０℃～８０℃程度）で、ほぼ大気圧となっていることが好ましい。収納空間Ｓを大気圧とすることで、粘性抵抗が増してダンピング効果が発揮され、センサー素子３が有する可動部５２の振動を速やかに収束ないし停止させることができる。 The storage space S is preferably filled with an inert gas such as nitrogen, helium, or argon, and is at approximately atmospheric pressure at the operating temperature (approximately -40°C to 80°C). By keeping the storage space S at atmospheric pressure, the viscous resistance increases, providing a damping effect, and the vibration of the movable part 52 of the sensor element 3 can be quickly converged or stopped.

１．１．３．センサー素子
図１および図２に示すように、センサー素子３は、固定電極部４と可動電極部５とを有する。固定電極部４と可動電極部５とは、それぞれ基部２のマウント部２２に接合されている。 1 and 2, the sensor element 3 has a fixed electrode portion 4 and a movable electrode portion 5. The fixed electrode portion 4 and the movable electrode portion 5 are each joined to the mount portion 22 of the base portion 2.

センサー素子３は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の不純物がドープされたシリコン基板をパターニングすることで形成することができる。また、センサー素子３は、陽極接合によって基部２のマウント部２２に接合されている。ただし、センサー素子３の材料や、センサー素子３の基部２への接合方法は、特に限定されない。
また、センサー素子３の厚さは、例えば、本実施形態では、２０μｍ以上５０μｍ以下である。これにより、センサー素子３の機械的強度を十分に維持しつつ、センサー素子３を薄くすることができる。 The sensor element 3 can be formed by patterning a silicon substrate doped with impurities such as phosphorus (P) or boron (B). The sensor element 3 is joined to the mount portion 22 of the base 2 by anodic bonding. However, the material of the sensor element 3 and the method of joining the sensor element 3 to the base 2 are not particularly limited.
In the present embodiment, the thickness of the sensor element 3 is, for example, 20 μm or more and 50 μm or less, which allows the sensor element 3 to be thinned while maintaining a sufficient mechanical strength of the sensor element 3.

１．１．３．１．可動電極部
可動電極部５は、可動支持部５１、可動部５２、バネ部５３、およびバネ部５４を有する。可動支持部５１、可動部５２、バネ部５３、およびバネ部５４は、一体に形成されており、且つ、電気的に接続されている。 The movable electrode portion 5 has a movable support portion 51, a movable portion 52, a spring portion 53, and a spring portion 54. The movable support portion 51, the movable portion 52, the spring portion 53, and the spring portion 54 are integrally formed and electrically connected to each other.

可動支持部５１は、マウント部２２に接合された支持部５１１と、支持部５１１に接続された懸架部５１２と、を有している。
可動部５２は、可動支持部５１に対してＸ軸方向に変位可能に設けられる。また、可動部５２は、可動電極部５６を有する。 The movable support portion 51 has a support portion 511 joined to the mount portion 22 and a suspension portion 512 connected to the support portion 511 .
The movable portion 52 is provided so as to be displaceable in the X-axis direction relative to the movable support portion 51. The movable portion 52 also has a movable electrode portion 56.

可動電極部５６は、第１可動電極部５６１および第２可動電極部５６２を有している。
第１可動電極部５６１は、懸架部４１１のＹ軸方向両側に位置し、Ｙ軸方向に延在する複数の第１可動電極指５６１ａ、５６１ｂを有している。
第１可動電極指５６１ａ，５６１ｂは、対応する第１固定電極指４１２に対してＸ軸方向プラス側に位置し、この第１固定電極指４１２とギャップを介して対向している。 The movable electrode portion 56 has a first movable electrode portion 561 and a second movable electrode portion 562 .
The first movable electrode portion 561 is located on both sides of the suspension portion 411 in the Y-axis direction, and has a plurality of first movable electrode fingers 561a, 561b extending in the Y-axis direction.
The first movable electrode fingers 561a and 561b are located on the positive side in the X-axis direction with respect to the corresponding first fixed electrode fingers 412, and face the first fixed electrode fingers 412 with a gap therebetween.

第２可動電極部５６２は、懸架部４２１のＹ軸方向両側に位置し、Ｙ軸方向に延在する複数の第２可動電極指５６２ａ，５６２ｂを有している。
第２可動電極指５６２ａ，５６２ｂは、対応する第２固定電極指４２２に対してＸ軸方向マイナス側に位置し、この第２固定電極指４２２とギャップを介して対向している。 The second movable electrode portion 562 is located on both sides of the suspension portion 421 in the Y-axis direction, and has a plurality of second movable electrode fingers 562a, 562b extending in the Y-axis direction.
The second movable electrode fingers 562a and 562b are located on the negative side in the X-axis direction with respect to the corresponding second fixed electrode fingers 422, and face the second fixed electrode fingers 422 with a gap therebetween.

支持部５１１は、接合部５１１ａを有する。接合部５１１ａは、図２に示すように、支持部５１１において、マウント部２２に接合された部分である。また、支持部５１１は、コンタクト部ｃ１を介して配線７１と電気的に接続されている。 The support portion 511 has a joint portion 511a. As shown in FIG. 2, the joint portion 511a is a portion of the support portion 511 that is joined to the mount portion 22. The support portion 511 is also electrically connected to the wiring 71 via the contact portion c1.

懸架部５１２は、図１に示すように、支持部５１１のＸ軸方向プラス側に位置し、Ｘ軸方向に延在する細長い板状の形状をしている。なお、以下では、平面視で、懸架部５１２をＹ軸方向に二等分する仮想軸を中心軸Ｌとする。 As shown in FIG. 1, the suspension part 512 is located on the positive side of the support part 511 in the X-axis direction, and has a long and narrow plate shape extending in the X-axis direction. In the following, the imaginary axis that bisects the suspension part 512 in the Y-axis direction in a plan view is taken as the central axis L.

可動部５２は、平面視で、枠状の形状を有し、可動支持部５１、バネ部５３、バネ部５４、第１固定電極部４１、および第２固定電極部４２を囲むように設けられている。
また、可動部５２は、Ｙ軸方向に並んで配置された第１開口部５２８および第２開口部５２９を有している。 The movable portion 52 has a frame-like shape in a plan view, and is provided so as to surround the movable support portion 51, the spring portion 53, the spring portion 54, the first fixed electrode portion 41, and the second fixed electrode portion 42.
In addition, the movable portion 52 has a first opening 528 and a second opening 529 arranged side by side in the Y-axis direction.

可動部５２は、枠状部５２１、第１Ｙ軸延在部５２２、第１Ｘ軸延在部５２３、第２Ｙ軸延在部５２４、および第２Ｘ軸延在部５２５を有している。
また、可動部５２は、第１開口部５２８の余ったスペースを埋めるように、枠状部５２１から第１開口部５２８内へ突出する第１突出部５２６と、第２開口部５２９の余ったスペースを埋めるように、枠状部５２１から第２開口部５２９内へ突出する第２突出部５２７と、を有している。
このように、第１突出部５２６および第２突出部５２７を設けることで、可動部５２の大型化を招くことなく、可動部５２の質量をより大きくして、より感度の高い慣性センサー１とすることができる。 The movable portion 52 has a frame-shaped portion 521 , a first Y-axis extending portion 522 , a first X-axis extending portion 523 , a second Y-axis extending portion 524 , and a second X-axis extending portion 525 .
In addition, the movable portion 52 has a first protrusion 526 that protrudes from the frame-shaped portion 521 into the first opening 528 so as to fill the remaining space in the first opening 528, and a second protrusion 527 that protrudes from the frame-shaped portion 521 into the second opening 529 so as to fill the remaining space in the second opening 529.
In this way, by providing the first protrusion 526 and the second protrusion 527, the mass of the movable part 52 can be increased without increasing the size of the movable part 52, resulting in an inertial sensor 1 with higher sensitivity.

バネ部５３とバネ部５４とは、可動支持部５１と可動部５２とを連結する。
バネ部５３およびバネ部５４は、可動部５２をＸ軸方向の両側で支持する。したがって、可動部５２の姿勢および挙動が安定して、より高い精度で、加速度を検出することができる。 The spring portion 53 and the spring portion 54 connect the movable support portion 51 and the movable portion 52 .
The spring portion 53 and the spring portion 54 support the movable portion 52 on both sides in the X-axis direction. Therefore, the attitude and behavior of the movable portion 52 are stable, and acceleration can be detected with higher accuracy.

１．１．３．２．固定電極部
固定電極部４は、第１固定電極部４１および第２固定電極部４２を有している。
第１固定電極部４１は、第１開口部５２８内に位置し、第２固定電極部４２は、第２開口部５２９内に位置する。また、第１固定電極部４１と第２固定電極部４２とは、中心軸Ｌを対称の軸として線対称に設けられている。 1.1.3.2. Fixed Electrode Portion The fixed electrode portion 4 has a first fixed electrode portion 41 and a second fixed electrode portion 42.
The first fixed electrode portion 41 is located within the first opening 528, and the second fixed electrode portion 42 is located within the second opening 529. The first fixed electrode portion 41 and the second fixed electrode portion 42 are provided in line symmetry with respect to the central axis L.

第１固定電極部４１は、マウント部２２に接合された支持部４１３と、支持部４１３に支持された懸架部４１１と、懸架部４１１からＹ軸方向両側に延出した複数の第１固定電極指４１２と、を有している。なお、支持部４１３、懸架部４１１および各第１固定電極指４１２は、一体形成されている。
図２に示すように、支持部４１３は、接合部４１３ａを介してマウント部２２に接続されている。また、支持部４１３は、コンタクト部ｃ２を介して配線７２と電気的に接続されている。 The first fixed electrode portion 41 has a support portion 413 joined to the mount portion 22, a suspension portion 411 supported by the support portion 413, and a plurality of first fixed electrode fingers 412 extending in both sides in the Y-axis direction from the suspension portion 411. The support portion 413, the suspension portion 411, and each of the first fixed electrode fingers 412 are integrally formed.
2, the support portion 413 is connected to the mount portion 22 via a joint portion 413a. The support portion 413 is also electrically connected to the wiring 72 via a contact portion c2.

図１に示すように、懸架部４１１は、細長い棒状の形状をなし、その一端が支持部４１３に接続されている。また、懸架部４１１は、平面視で、その先端側に向けて中心軸Ｌとの離間距離が徐々に大きくなるように傾斜している。このような配置とすることで、支持部４１３を支持部５１１の近くに配置し易くなる。これにより、第１固定電極部４１のＹ軸方向への広がりを抑制することができ、センサー素子３の小型化を図ることができる。 As shown in FIG. 1, the suspension portion 411 has a long, thin rod-like shape, one end of which is connected to the support portion 413. In addition, the suspension portion 411 is inclined in a plan view so that the distance from the central axis L gradually increases toward the tip side. This arrangement makes it easier to arrange the support portion 413 close to the support portion 511. This makes it possible to suppress the spread of the first fixed electrode portion 41 in the Y-axis direction, and to reduce the size of the sensor element 3.

第１固定電極指４１２は、懸架部４１１からＹ軸方向両側に延出している。すなわち、第１固定電極指４１２は、懸架部４１１のＹ軸方向プラス側に位置する第１固定電極指４１２ａと、Ｙ軸方向マイナス側に位置する第１固定電極指４１２ｂと、を有している。 The first fixed electrode finger 412 extends from the suspension portion 411 on both sides in the Y-axis direction. That is, the first fixed electrode finger 412 has a first fixed electrode finger 412a located on the positive side of the suspension portion 411 in the Y-axis direction, and a first fixed electrode finger 412b located on the negative side in the Y-axis direction.

第２固定電極部４２は、マウント部２２に接合された支持部４２３と、支持部４２３に支持された懸架部４２１と、懸架部４２１からＹ軸方向両側に延出した複数の第２固定電極指４２２と、を有している。
図２に示すように、支持部４２３は、接合部４２３ａを介してマウント部２２に接続されている。また、支持部４２３は、コンタクト部ｃ３を介して配線７３と電気的に接続されている。
図１に示すように、懸架部４２１は、棒状の長手形状をなし、その一端が支持部４２３に接続されている。 The second fixed electrode portion 42 has a support portion 423 joined to the mount portion 22, a suspension portion 421 supported by the support portion 423, and a plurality of second fixed electrode fingers 422 extending from the suspension portion 421 on both sides in the Y-axis direction.
2, the support portion 423 is connected to the mount portion 22 via a joint portion 423a. The support portion 423 is also electrically connected to the wiring 73 via a contact portion c3.
As shown in FIG. 1, the suspension portion 421 has a long rod shape, and one end of the suspension portion 421 is connected to the support portion 423 .

第２固定電極指４２２は、懸架部４２１からＹ軸方向両側に延出している。すなわち、第２固定電極指４２２は、懸架部４２１のＹ軸方向プラス側に位置する第２固定電極指４２２ａと、Ｙ軸方向マイナス側に位置する第２固定電極指４２２ｂと、を有している。 The second fixed electrode finger 422 extends from the suspension portion 421 on both sides in the Y axis direction. That is, the second fixed electrode finger 422 has a second fixed electrode finger 422a located on the positive side of the suspension portion 421 in the Y axis direction, and a second fixed electrode finger 422b located on the negative side in the Y axis direction.

このようなセンサー素子３にＸ軸方向の加速度が加わると、その加速度の大きさに基づいて、可動部５２がバネ部５３，５４を弾性変形させながらＸ軸方向に変位する。
このような変位に伴って、第１可動電極指５６１ａ，５６１ｂと第１固定電極指４１２とのギャップおよび第２可動電極指５６２ａ，５６２ｂと第２固定電極指４２２とのギャップがそれぞれ変化する。この変位に伴って、第１可動電極指５６１ａ，５６１ｂと第１固定電極指４１２との間の静電容量および第２可動電極指５６２ａ，５６２ｂと第２固定電極指４２２との間の静電容量の大きさがそれぞれ変化する。そして、これら静電容量の変化に基づいて、Ｘ軸方向の加速度Ａｘを検出することができる。 When acceleration in the X-axis direction is applied to such a sensor element 3, the movable portion 52 is displaced in the X-axis direction while elastically deforming the spring portions 53 and 54 based on the magnitude of the acceleration.
This displacement changes the gap between the first movable electrode fingers 561a, 561b and the first fixed electrode finger 412 and the gap between the second movable electrode fingers 562a, 562b and the second fixed electrode finger 422. This displacement changes the magnitude of the capacitance between the first movable electrode fingers 561a, 561b and the first fixed electrode finger 412 and the capacitance between the second movable electrode fingers 562a, 562b and the second fixed electrode finger 422. Then, based on these changes in capacitance, the acceleration Ax in the X-axis direction can be detected.

１．２．慣性センサーの製造方法
図５は、慣性センサーの製造方法を示すフローチャート図であり、主として、蓋部８の接合面８６にボイド８７を形成する工程を示す。図６から図８は、製造過程における蓋部８の断面図である。 5 is a flow chart showing a method for manufacturing an inertial sensor, and mainly shows a process for forming voids 87 on the bonding surface 86 of the lid 8. FIGS. 6 to 8 are cross-sectional views of the lid 8 during the manufacturing process.

１．２．１．準備工程
ステップＳ１０１では、蓋部８を形成するための単結晶シリコン材料からなるシリコン基板８０を準備する。シリコン基板８０は、単結晶シリコンウエハーである。なお、図６から図８では、シリコン基板８０において、１個のチップの蓋部８に対応する構成のみを図示している。 In step S101, a silicon substrate 80 made of a single crystal silicon material for forming the lid portion 8 is prepared. The silicon substrate 80 is a single crystal silicon wafer. Note that in Figs. 6 to 8, only the configuration of the silicon substrate 80 corresponding to the lid portion 8 of one chip is illustrated.

１．２．２．ハードマスク形成工程
ステップＳ１０２では、シリコン基板８０の基板面８５にエッチング保護層となるハードマスク９０を形成する。本実施形態において、ハードマスク９０は、シリコン基板８０を熱酸化させた熱酸化膜である。熱酸化膜の膜厚は、好ましくは、約１μｍである。ハードマスク９０に熱酸化膜を用いる場合、シリコン基板８０の両面にハードマスク９０が形成されるため、基板面８５の反対側の面に、別途保護層を形成する必要がなく、サイクルタイム、歩留まり、製造コストなどの面で好ましい。 1.2.2. Hard Mask Formation Step In step S102, a hard mask 90 serving as an etching protection layer is formed on the substrate surface 85 of the silicon substrate 80. In this embodiment, the hard mask 90 is a thermally oxidized film obtained by thermally oxidizing the silicon substrate 80. The thickness of the thermally oxidized film is preferably about 1 μm. When a thermally oxidized film is used for the hard mask 90, the hard mask 90 is formed on both sides of the silicon substrate 80, so that there is no need to form a separate protection layer on the surface opposite to the substrate surface 85, which is preferable in terms of cycle time, yield, manufacturing cost, and the like.

ハードマスク９０は、熱酸化膜に限定されない。例えば、減圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ：Low Pressure Chemical Vapor Deposition）によって形成されたシリコン窒化（ＬＰ－ＳｉＮ）膜を用いることができる。シリコン窒化膜の膜厚は、好ましくは、約６０ｎｍである。ハードマスク９０にＬＰ－ＳｉＮ膜を用いる場合も、シリコン基板８０の両面にハードマスク９０が形成されるため、基板面８５の反対側の面に、別途保護層を形成する必要がなく、好ましい。
また、ハードマスク９０として、プラズマＣＶＤによって形成されたＴＥＯＳ（Tetra Eth Oxy Silane）膜、または、ＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜を用いることができる。 The hard mask 90 is not limited to a thermal oxide film. For example, a silicon nitride (LP-SiN) film formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) can be used. The thickness of the silicon nitride film is preferably about 60 nm. When the LP-SiN film is used for the hard mask 90, the hard mask 90 is formed on both sides of the silicon substrate 80, so that there is no need to form a separate protective layer on the surface opposite to the substrate surface 85, which is preferable.
Furthermore, as the hard mask 90, a tetra ethyl oxy silane (TEOS) film or a high temperature oxide (HTO) film formed by plasma CVD can be used.

１．２．３．パターニング工程
ステップＳ１０３では、図６に示すように、凹部８１を設ける箇所が開口するように、ハードマスク９０をフォトリソグラフィー法等によってパターニングする。 1.2.3 Patterning Step In step S103, as shown in FIG. 6, the hard mask 90 is patterned by photolithography or the like so as to open the portions where the recesses 81 are to be provided.

１．２．４．エッチング工程
ステップＳ１０４では、シリコン基板８０をエッチングする。
アルカリ溶液をエッチャントとして、シリコン基板８０をアルカリ異方性エッチングして、図７に示すように、凹部８１とボイド８７とを形成する。
本実施形態では、アルカリ溶液として、ＫＯＨ水溶液を用いる。 1.2.4. Etching Step In step S104, the silicon substrate 80 is etched.
The silicon substrate 80 is anisotropically etched with an alkaline solution as an etchant to form recesses 81 and voids 87 as shown in FIG.
In this embodiment, a KOH aqueous solution is used as the alkaline solution.

シリコン基板８０のアルカリ異方性エッチングは、ＫＯＨ水溶液を濃度２６ｗｔ％および温度８５℃の条件で、７０分間行った。これによって、シリコン基板８０に、約８５μｍの深さの凹部８１とボイド８７とが形成された。ボイド８７は、ハードマスク９０に覆われた接合面８６に形成された。なお、ボイド８７は、シリコン基板８０において、ハードマスク９０に覆われた部分の全面に形成される。なお、ＫＯＨ水溶液の濃度は、濃度２６ｗｔ％に限定されない。ＫＯＨ水溶液の濃度は、３～４０ｗｔ％の範囲であればよい。 The alkaline anisotropic etching of the silicon substrate 80 was performed for 70 minutes using a KOH aqueous solution at a concentration of 26 wt% and a temperature of 85°C. As a result, a recess 81 with a depth of approximately 85 μm and a void 87 were formed in the silicon substrate 80. The void 87 was formed in the bonding surface 86 covered by the hard mask 90. The void 87 was formed over the entire surface of the silicon substrate 80 that was covered by the hard mask 90. The concentration of the KOH aqueous solution is not limited to 26 wt%. The concentration of the KOH aqueous solution may be in the range of 3 to 40 wt%.

アルカリ溶液は、ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）水溶液を用いてもよい。ＮａＯＨ水溶液を用いてアルカリ異方性エッチングした場合であっても、ＫＯＨ水溶液を用いた場合と同様に、ボイド８７が形成される。 The alkaline solution may be an aqueous solution of NaOH (sodium hydroxide). Even when an aqueous solution of NaOH is used for alkaline anisotropic etching, voids 87 are formed in the same way as when an aqueous solution of KOH is used.

１．２．５．ハードマスク除去工程
ステップＳ１０５では、図８に示すように、ハードマスク９０を除去する。ハードマスク９０の除去には、１：５ＤＨＦ（HF:H₂O=1:5、Diluted Hydrofluoric acid）やＢＨＦ（Buffered Hydrofluoric acid）を用いることができる。 8, the hard mask 90 is removed. To remove the hard mask 90, 1:5 DHF (HF:H ₂ O=1:5, diluted hydrofluoric acid) or BHF (buffered hydrofluoric acid) can be used.

１．２．６．接合工程
次に、ステップＳ１０６では、図２に示したように、蓋部８の接合面８６と基部２の接合面２６とを接合部材８９を介して、接合させる。その後、ウエハーを個々のチップに分割して、慣性センサー１が製造される。 2, in step S106, the bonding surface 86 of the lid portion 8 and the bonding surface 26 of the base portion 2 are bonded to each other via a bonding member 89. After that, the wafer is divided into individual chips to manufacture the inertial sensor 1.

１．３．ボイドの形成条件
次に、ボイド８７の形成条件について、図４Ａ、図４Ｂ、図９、図１０、および図１１を参照して説明する。
図９は、加工条件とボイドの形成の有無との相関を示す表であり、上述したステップＳ１０４のシリコン基板８０のエッチング工程において使用されたエッチャントおよびハードマスク９０の組み合わせと、その組み合わせにおけるボイド８７の形成の状況とをまとめた表である。
図１０は、ハードマスクとボイドの形成状況との相関を示す表であり、ステップＳ１０４のシリコン基板８０のエッチング工程において使用されたハードマスク９０と、その際に形成されるボイド８７の密度およびサイズをまとめた表である。 1.3 Conditions for Forming Voids Next, conditions for forming the voids 87 will be described with reference to FIGS. 4A, 4B, 9, 10, and 11.
FIG. 9 is a table showing the correlation between processing conditions and the presence or absence of void formation, which summarizes the combinations of etchants and hard masks 90 used in the etching process of the silicon substrate 80 in step S104 described above, and the state of formation of voids 87 for each combination.
FIG. 10 is a table showing the correlation between the hard mask and the formation state of voids, which is a table summarizing the hard mask 90 used in the etching process of the silicon substrate 80 in step S104 and the density and size of the voids 87 formed during that process.

図４Ａ、図４Ｂ、および図１１は、蓋部の接合面を撮影したＳＥＭ写真である。図４Ａと図４Ｂとは、ハードマスク９０として熱酸化膜を用いた場合のＳＥＭ写真であり、図１１は、ハードマスク９０としてＬＰ―ＳｉＮ膜を用いた場合のＳＥＭ写真である。 Figures 4A, 4B, and 11 are SEM photographs of the bonding surface of the lid. Figures 4A and 4B are SEM photographs when a thermal oxide film is used as the hard mask 90, and Figure 11 is an SEM photograph when an LP-SiN film is used as the hard mask 90.

ボイド８７の形成については、使用するエッチャントとハードマスク９０との組み合わせによって、ボイド８７が形成される場合と、形成されない場合とがあることが確認されている。さらには、使用するエッチャントとハードマスク９０との組み合わせによって、形成されるボイド８７の密度やサイズも異なることが確認されている。
したがって、ボイド８７を形成するに際しては、使用するエッチャントとハードマスク９０とを適切に選択することが要求される。 It has been confirmed that the voids 87 are formed in some cases and not formed in other cases depending on the combination of the etchant and hard mask 90 used. Furthermore, it has been confirmed that the density and size of the voids 87 formed also differ depending on the combination of the etchant and hard mask 90 used.
Therefore, when forming the void 87, it is required to appropriately select the etchant and hard mask 90 to be used.

１．３．１．ボイドが形成される場合
１．３．１．１．ＫＯＨ水溶液、熱酸化膜
エッチャントとしてＫＯＨ水溶液およびハードマスク９０として熱酸化膜を用いてシリコン基板８０のエッチングを行った場合は、ハードマスク９０を形成したシリコン基板８０の面に、ボイド８７が形成されることが確認されている。
図４Ａおよび図４Ｂは、エッチャントとしてＫＯＨ水溶液およびハードマスク９０として熱酸化膜を用いた場合に形成されたボイド８７のＳＥＭ写真の一例である。図１０に示したボイド８７の密度やサイズは、これらのＳＥＭ写真を解析して求めた。 1.3.1. Cases in which voids are formed 1.3.1.1. KOH solution, thermal oxide film When etching the silicon substrate 80 using a KOH solution as an etchant and a thermal oxide film as the hard mask 90, it has been confirmed that voids 87 are formed on the surface of the silicon substrate 80 on which the hard mask 90 is formed.
4A and 4B are examples of SEM photographs of voids 87 formed when a KOH aqueous solution is used as an etchant and a thermal oxide film is used as a hard mask 90. The density and size of the voids 87 shown in FIG. 10 were obtained by analyzing these SEM photographs.

図１０に示したように、ボイド８７の密度は、１００μｍ²当たり、およそ５０個から３００個であり、平均的には、約２００個である。ボイド８７のサイズは、直径が、およそ０．１μｍから０．５μｍであり、平均的には、０．２μｍである。ボイド８７の深さは、およそ直径の半分から同じ程度である。 10, the density of the voids 87 is approximately 50 to 300 per ^{100 μm2} , with an average of about 200. The size of the voids 87 is approximately 0.1 μm to 0.5 μm in diameter, with an average of 0.2 μm. The depth of the voids 87 is approximately half the diameter to the same extent.

１．３．１．２．ＫＯＨ水溶液、ＬＰ－ＳｉＮ膜
エッチャントとしてＫＯＨ水溶液およびハードマスク９０としてＬＰ－ＳｉＮ膜を用いてシリコン基板８０のエッチングを行った場合は、ハードマスク９０を形成したシリコン基板８０の面に、ボイド８７が形成されることが確認されている。
図１１は、エッチャントとしてＫＯＨ水溶液およびハードマスク９０としてＬＰ－ＳｉＮ膜を用いた場合に形成されたボイド８７のＳＥＭ写真の一例である。 1.3.1.2. KOH Solution, LP-SiN Film When etching the silicon substrate 80 using a KOH solution as an etchant and an LP-SiN film as the hard mask 90, it has been confirmed that voids 87 are formed on the surface of the silicon substrate 80 on which the hard mask 90 is formed.
FIG. 11 is an example of a SEM photograph of a void 87 formed when a KOH aqueous solution was used as the etchant and an LP-SiN film was used as the hard mask 90.

図１０に示したように、ハードマスク９０としてＬＰ－ＳｉＮ膜を用いた場合、ハードマスク９０として熱酸化膜を用いる場合よりも、形成されるボイド８７の密度は大きくなり、形成されるボイド８７のサイズは小さくなる傾向にあることがわかる。換言すると、使用するハードマスク９０と、形成されるボイド８７の密度およびサイズとの間には、相関関係があると言える。 As shown in FIG. 10, when an LP-SiN film is used as the hard mask 90, the density of the voids 87 formed tends to be greater and the size of the voids 87 formed tends to be smaller than when a thermal oxide film is used as the hard mask 90. In other words, there is a correlation between the hard mask 90 used and the density and size of the voids 87 formed.

ボイド８７の密度は、１００μｍ²当たり、およそ５００個から３０００個であり、平均的には、約１２５０個である。ボイド８７のサイズは、直径が、およそ０．０３μｍから０．１μｍであり、平均的には、０．０５μｍである。ボイド８７の深さは、およそ直径の半分から同じ程度である。 The density of the voids 87 is approximately 500 to 3000 per 100 ^μm2 , with an average of about 1250. The size of the voids 87 is approximately 0.03 μm to 0.1 μm in diameter, with an average of 0.05 μm. The depth of the voids 87 is approximately half the diameter to the same extent.

１．３．１．３．その他
エッチャントとして、ＫＯＨ水溶液の代わりにＮａＯＨ水溶液を用いても、ボイド８７が形成されることが確認されている。この場合、形成されるボイド８７の密度およびサイズは、使用するハードマスク９０に応じて、同じ傾向のボイド８７が形成される。
ハードマスク９０を熱酸化膜とＬＰ－ＳｉＮ膜との積層にしてもよい。この場合、形成されるボイド８７の密度とサイズは、シリコン基板８０側のハードマスク９０に応じて、同じ傾向のボイド８７が形成される。
ハードマスク９０として、プラズマＣＶＤによって形成されたＴＥＯＳ膜、または、ＨＴＯ膜を用いることもできる。この場合にも、ボイド８７が形成される。 It has been confirmed that voids 87 are also formed when an NaOH aqueous solution is used as an etchant instead of a KOH aqueous solution. In this case, the density and size of the voids 87 formed depend on the hard mask 90 used, and voids 87 with the same tendency are formed.
The hard mask 90 may be a laminate of a thermal oxide film and an LP-SiN film. In this case, the density and size of the voids 87 formed will depend on the hard mask 90 on the silicon substrate 80 side, and the voids 87 will have the same tendency.
A TEOS film or an HTO film formed by plasma CVD can also be used as the hard mask 90. In this case as well, a void 87 is formed.

１．３．２．ボイドが形成されない場合
１．３．２．１．ＫＯＨ水溶液、ＰＥ－ＳｉＮ膜
エッチャントとしてＫＯＨ水溶液およびハードマスク９０としてプラズマＣＶＤによって形成されたＰＥ－ＳｉＮ膜を用いてシリコン基板８０のエッチングを行った場合は、ハードマスク９０で覆ったシリコン基板８０の面に、ボイド８７が形成されないことが確認されている。 1.3.2. Cases where voids are not formed 1.3.2.1. KOH solution, PE-SiN film When etching the silicon substrate 80 using a KOH solution as an etchant and a PE-SiN film formed by plasma CVD as the hard mask 90, it has been confirmed that voids 87 are not formed on the surface of the silicon substrate 80 covered with the hard mask 90.

１．３．２．２．ＴＭＡＨ水溶液、熱酸化膜またはＬＰ－ＳｉＮ膜
エッチャントとしてＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）水溶液およびハードマスク９０として熱酸化膜を用いてシリコン基板８０のエッチングを行った場合は、ハードマスク９０で覆ったシリコン基板８０の面に、ボイド８７が形成されないことが確認されている。
また、エッチャントとしてＴＭＡＨ水溶液およびハードマスク９０としてＰＥ－ＳｉＮ膜を用いてシリコン基板８０のエッチングを行った場合も、ハードマスク９０で覆ったシリコン基板８０の面に、ボイド８７が形成されないことが確認されている。 1.3.2.2. TMAH Aqueous Solution, Thermal Oxide Film, or LP-SiN Film When etching the silicon substrate 80 using a TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide) aqueous solution as an etchant and a thermal oxide film as the hard mask 90, it has been confirmed that no voids 87 are formed on the surface of the silicon substrate 80 covered with the hard mask 90.
It has also been confirmed that when etching the silicon substrate 80 using a TMAH aqueous solution as an etchant and a PE-SiN film as the hard mask 90, no voids 87 are formed on the surface of the silicon substrate 80 covered with the hard mask 90.

以上、述べたとおり、本実施形態のＭＥＭＳデバイスとしての慣性センサー１の製造方法は、第１基板としての基部２と、基部２に接合される第２基板としての蓋部８を備えた慣性センサー１の製造方法であって、シリコン基板からなる蓋部８を準備する準備工程と、蓋部８の基部２との接合面８６を含む基板面８５に、ハードマスク９０を形成するハードマスク形成工程と、接合面８６にハードマスク９０が残るように、ハードマスク９０の一部を除去するパターニング工程と、蓋部８をアルカリ溶液によって異方性エッチングして、ハードマスク９０を除去した箇所に凹部８１を形成するとともに、ハードマスク９０を介して接合面８６にボイド８７を形成するエッチング工程と、ハードマスク９０を除去するハードマスク除去工程と、蓋部８を基部２に接合する接合工程と、を含む。 As described above, the manufacturing method of the inertial sensor 1 as a MEMS device of this embodiment is a manufacturing method of the inertial sensor 1 having the base 2 as a first substrate and the lid 8 as a second substrate bonded to the base 2, and includes a preparation process of preparing the lid 8 made of a silicon substrate, a hard mask formation process of forming a hard mask 90 on the substrate surface 85 including the bonding surface 86 of the lid 8 with the base 2, a patterning process of removing a part of the hard mask 90 so that the hard mask 90 remains on the bonding surface 86, an etching process of anisotropically etching the lid 8 with an alkaline solution to form a recess 81 at the location where the hard mask 90 was removed and to form a void 87 on the bonding surface 86 through the hard mask 90, a hard mask removal process of removing the hard mask 90, and a bonding process of bonding the lid 8 to the base 2.

このように、本実施形態の慣性センサー１の製造方法は、凹部８１とボイド８７とを同じ工程で形成することができるため、サイクルタイム、歩留まり、製造コストなどを改善することができる。 In this way, the manufacturing method of the inertial sensor 1 of this embodiment can form the recess 81 and the void 87 in the same process, improving cycle time, yield, manufacturing costs, etc.

本実施形態の慣性センサー１の製造方法において、ハードマスク９０は、蓋部８を加熱処理して形成した熱酸化膜であり、ボイド８７は、５０個／１００μｍ²から３００個／１００μｍ²の間の密度に形成される。
このように、ハードマスク９０に熱酸化膜を用いる場合、シリコン基板８０の両面にハードマスク９０が形成されるため、基板面８５の反対側の面に、別途保護層を形成する必要がなく、サイクルタイム、歩留まり、製造コストなどの面で好ましい。
さらには、ボイド８７を、使用するハードマスク９０に応じた所望の密度に形成することができる。したがって、蓋部８と基部２との接合強度のバラツキを抑えて、品質の揃った慣性センサー１を製造することができる。 In the manufacturing method of the inertial sensor 1 of this embodiment, the hard mask 90 is a thermal oxide film formed by heat treating the lid portion 8, and the voids 87 are formed at a density between 50 pieces/100 μm ² and 300 pieces/100 μm ² .
In this way, when a thermal oxide film is used as the hard mask 90, the hard mask 90 is formed on both sides of the silicon substrate 80, so there is no need to form a separate protective layer on the surface opposite the substrate surface 85, which is preferable in terms of cycle time, yield, manufacturing costs, etc.
Furthermore, the voids 87 can be formed at a desired density according to the hard mask 90 used. Therefore, it is possible to suppress variation in the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2, and to manufacture inertial sensors 1 with consistent quality.

本実施形態の慣性センサー１の製造方法において、ボイド８７は、０．１μｍ以上０.５μｍ以下の直径に形成される。
このように、ボイド８７を、使用するハードマスク９０に応じた所定の密度および所定のサイズに形成することができる。したがって、蓋部８と基部２との接合強度のバラツキを抑えて、品質の揃った慣性センサー１を製造提供することができる。 In the manufacturing method of the inertial sensor 1 of this embodiment, the void 87 is formed to have a diameter of 0.1 μm or more and 0.5 μm or less.
In this manner, the voids 87 can be formed to a predetermined density and a predetermined size according to the hard mask 90 used. Therefore, it is possible to suppress variation in the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2, and to manufacture and provide the inertial sensor 1 with consistent quality.

本実施形態の慣性センサー１の製造方法において、アルカリ溶液は、水酸化カリウム水溶液または水酸化ナトリウム水溶液である。
このように、所定のアルカリ溶液および所定のハードマスク９０を用いることで、所定の密度および所定のサイズにボイド８７を形成することができる。したがって、蓋部８と基部２との接合強度のバラツキを抑えて、品質の揃った慣性センサー１を提供することができる。 In the manufacturing method of the inertial sensor 1 of this embodiment, the alkaline solution is a potassium hydroxide aqueous solution or a sodium hydroxide aqueous solution.
In this manner, it is possible to form the voids 87 at a predetermined density and a predetermined size by using a predetermined alkaline solution and a predetermined hard mask 90. Therefore, it is possible to provide an inertial sensor 1 with consistent quality by suppressing variation in the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2.

本実施形態の慣性センサー１の製造方法において、ハードマスク９０は、減圧化学気相成長法により形成されたシリコン窒化膜であり、ボイド８７は、５００個／１００μｍ²から３０００個／１００μｍ²の間の密度に形成される。
このように、ハードマスク９０に減圧化学気相成長法により形成されたシリコン窒化膜を用いる場合、シリコン基板８０の両面にハードマスク９０が形成されるため、基板面８５の反対側の面に、別途保護層を形成する必要がなく、サイクルタイム、歩留まり、製造コストなどの面で好ましい。
さらには、ボイド８７を、使用するハードマスク９０に応じた所定の密度に形成することができる。したがって、蓋部８と基部２との接合強度のバラツキを抑えて、品質の揃った慣性センサー１を製造提供することができる。 In the manufacturing method of the inertial sensor 1 of this embodiment, the hard mask 90 is a silicon nitride film formed by low pressure chemical vapor deposition, and the voids 87 are formed at a density between 500 pieces/100 μm ² and 3000 pieces/100 μm ² .
In this way, when a silicon nitride film formed by low pressure chemical vapor deposition is used as the hard mask 90, the hard mask 90 is formed on both sides of the silicon substrate 80, so there is no need to form a separate protective layer on the surface opposite the substrate surface 85, which is preferable in terms of cycle time, yield, manufacturing costs, etc.
Furthermore, the voids 87 can be formed at a predetermined density according to the hard mask 90 used. Therefore, it is possible to suppress variation in the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2, and to manufacture and provide inertial sensors 1 with consistent quality.

本実施形態の慣性センサー１の製造方法において、ボイド８７は、０．０３μｍ以上０.１μｍ以下の直径に形成される。
このように、ボイド８７を、使用するハードマスク９０に応じた所望の密度およびサイズに形成することができる。したがって、蓋部８と基部２との接合強度のバラツキを抑えて、品質の揃った慣性センサー１を製造することができる。 In the manufacturing method of the inertial sensor 1 of this embodiment, the void 87 is formed to have a diameter of 0.03 μm or more and 0.1 μm or less.
In this manner, the voids 87 can be formed to a desired density and size according to the hard mask 90 used. Therefore, it is possible to suppress variation in the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2, and to manufacture inertial sensors 1 with consistent quality.

本実施形態の慣性センサー１の製造方法は、さらに、アルカリ溶液は、水酸化カリウム水溶液または水酸化ナトリウム水溶液である。
このように、所定のアルカリ溶液および所定のハードマスク９０を用いることで、所定の密度および所定のサイズにボイド８７を形成することができる。したがって、蓋部８と基部２との接合強度のバラツキを抑えて、品質の揃った慣性センサー１を提供することができる。 In the method for manufacturing the inertial sensor 1 of this embodiment, the alkaline solution is a potassium hydroxide aqueous solution or a sodium hydroxide aqueous solution.
In this manner, it is possible to form the voids 87 at a predetermined density and a predetermined size by using a predetermined alkaline solution and a predetermined hard mask 90. Therefore, it is possible to provide the inertial sensor 1 with uniform quality by suppressing the variation in the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2.

本実施形態の慣性センサー１は、第１基板としての基部２と、基部２に接合され、シリコン基板からなる第２基板としての蓋部８と、を備え、蓋部８は、基部２側に設けられた凹部８１と、凹部８１を囲むように設けられ、基部２に接合された接合面８６と、接合面８６に設けられたボイド８７と、を有する。
このように、接合面８６にボイド８７を備えるため、基部２との接合強度を向上させることができる。 The inertial sensor 1 of this embodiment comprises a base 2 as a first substrate, and a lid 8 as a second substrate made of a silicon substrate bonded to the base 2, and the lid 8 has a recess 81 provided on the base 2 side, a bonding surface 86 provided to surround the recess 81 and bonded to the base 2, and a void 87 provided on the bonding surface 86.
In this manner, since the bonding surface 86 is provided with the voids 87, the bonding strength with the base 2 can be improved.

本実施形態の慣性センサー１は、さらに、ボイド８７の密度は、５０個／１００μｍ²から３００個／１００μｍ²の間の値である。
このように、ボイド８７は、所定の密度に形成されるため、蓋部８と基部２との接合強度を向上させることができる。 Furthermore, in the inertial sensor 1 of this embodiment, the density of the voids 87 is a value between 50 pieces/100 μm ² and 300 pieces/100 μm ² .
In this manner, the voids 87 are formed at a predetermined density, thereby improving the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2 .

本実施形態の慣性センサー１は、さらに、ボイド８７の直径は、０．１μｍ以上０.５μｍ以下である。
このように、ボイド８７は、所定の密度および所定のサイズに形成されるため、蓋部８と基部２との接合強度を向上させることができる。 In the inertial sensor 1 of this embodiment, the diameter of the void 87 is not less than 0.1 μm and not more than 0.5 μm.
In this manner, the voids 87 are formed at a predetermined density and a predetermined size, thereby improving the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2 .

本実施形態の慣性センサー１は、さらに、ボイド８７の密度は、５００個／１００μｍ²から３０００個／１００μｍ²の間の値である。
このように、ボイド８７は、所定の密度に形成されるため、蓋部８と基部２との接合強度を向上させることができる。 Furthermore, in the inertial sensor 1 of this embodiment, the density of the voids 87 is a value between 500 pieces/100 μm ² and 3000 pieces/100 μm ² .
In this way, the voids 87 are formed at a predetermined density, so that the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2 can be improved.

本実施形態の慣性センサー１は、さらに、ボイド８７の直径は、０.０３μｍ以上０．１μｍ以下である。
このように、ボイド８７は、所定の密度および所定のサイズに形成されるため、蓋部８と基部２との接合強度を向上させることができる。 In the inertial sensor 1 of this embodiment, the diameter of the void 87 is not less than 0.03 μm and not more than 0.1 μm.
In this manner, the voids 87 are formed at a predetermined density and with a predetermined size, thereby improving the bonding strength between the lid portion 8 and the base portion 2 .

本実施形態の慣性センサー１は、さらに、基部２と蓋部８とは、接合面８６を介して、金接合、フリット接合、あるいは接着剤により接合されている。
このように、金接合、フリット接合、あるいは接着剤により接合させる場合、接合面８６のボイド８７内の接合部材が、アンカーとして機能するため、基部２と蓋部８との接合強度を向上させることができる。 In the inertial sensor 1 of this embodiment, the base 2 and the lid 8 are further joined via a joining surface 86 by gold bonding, frit bonding, or adhesive.
In this way, when bonding is performed using gold bonding, frit bonding, or adhesive, the bonding material within the void 87 of the bonding surface 86 functions as an anchor, thereby improving the bonding strength between the base 2 and the lid 8.

本実施形態の慣性センサー１は、さらに、基部２は、機能素子としてのセンサー素子３を含み、センサー素子３は、凹部８１に対応して設けられる。
基部２と蓋部８との接合強度が向上することで、凹部８１により形成される収納空間Ｓの気密性が向上するとともに、収納空間Ｓに収容されるセンサー素子３の動作が安定して、慣性センサー１の信頼性を向上させることができる。 In the inertial sensor 1 of this embodiment, the base 2 further includes a sensor element 3 as a functional element, and the sensor element 3 is provided in correspondence with the recess 81 .
By improving the bonding strength between the base 2 and the lid 8, the airtightness of the storage space S formed by the recess 81 is improved, and the operation of the sensor element 3 contained in the storage space S is stabilized, thereby improving the reliability of the inertial sensor 1.

２．実施形態２
実施形態２に係るＭＥＭＳデバイスとしての慣性センサー１について、図１２を参照して説明する。
図１２は、実施形態２に係る慣性センサーの断面図であり、図２と同様に、図１のＡ－Ａ線に沿う断面を示す図面である。
実施形態２では、基部２が蓋部８と同様にシリコン基板であること、および、基部２の接合面２６にボイド２７を有すること以外の構成は、実施形態１と同様である。なお、実施形態１と同じ構成には、同じ符号を付して、説明を省略する。 2. Embodiment 2
An inertial sensor 1 as a MEMS device according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the inertial sensor according to the second embodiment, and similar to FIG. 2, is a drawing showing a cross section taken along the line AA in FIG.
In the second embodiment, the configuration is the same as that of the first embodiment, except that the base 2 is a silicon substrate like the lid 8, and the bonding surface 26 of the base 2 has a void 27. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and will not be described.

ボイド２７は、ボイド８７と同様の工程で形成することができる。すなわち、基部２に凹部２１を形成する際に、接合面２６をハードマスク９０で覆っておくことで、接合面２６にボイド２７を形成することができる。 The void 27 can be formed in the same process as the void 87. That is, when forming the recess 21 in the base 2, the bonding surface 26 is covered with a hard mask 90, so that the void 27 can be formed in the bonding surface 26.

ボイド２７内に、接合部材８９としての金のスパッタ膜が、形成されることで、ボイド２７内の接合部材８９がアンカーとして機能するため、基部２と蓋部８と基部２との接合強度を向上させることができる。 A gold sputtered film is formed in the void 27 as a bonding member 89, and the bonding member 89 in the void 27 functions as an anchor, improving the bonding strength between the base 2, the lid 8, and the base 2.

以上、述べたとおり、実施形態２の慣性センサー１によれば、実施形態１の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
本実施形態の慣性センサー１の製造方法は、第１基板としての蓋部８と、蓋部８に接合される第２基板としての基部２を備えた慣性センサー１の製造方法であって、シリコン基板からなる基部２を準備する準備工程と、基部２の蓋部８との接合面２６を含む基板面に、ハードマスク９０を形成するハードマスク形成工程と、接合面２６にハードマスク９０が残るように、ハードマスク９０の一部を除去するパターニング工程と、基部２をアルカリ溶液によって異方性エッチングして、ハードマスク９０を除去した箇所に凹部２１を形成するとともに、ハードマスク９０を介して接合面２６にボイド２７を形成するエッチング工程と、ハードマスク９０を除去するハードマスク除去工程と、基部２を蓋部８に接合する接合工程と、を含む。 As described above, according to the inertial sensor 1 of the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained.
The manufacturing method of the inertial sensor 1 of this embodiment is a manufacturing method of the inertial sensor 1 having a lid portion 8 as a first substrate and a base portion 2 as a second substrate to be joined to the lid portion 8, and includes the following steps: a preparation step of preparing the base portion 2 made of a silicon substrate; a hard mask formation step of forming a hard mask 90 on a substrate surface including a joining surface 26 of the base portion 2 with the lid portion 8; a patterning step of removing a portion of the hard mask 90 so that the hard mask 90 remains on the joining surface 26; an etching step of anisotropically etching the base portion 2 with an alkaline solution to form recesses 21 at the locations where the hard mask 90 has been removed and to form voids 27 in the joining surface 26 via the hard mask 90; a hard mask removal step of removing the hard mask 90; and a joining step of joining the base portion 2 to the lid portion 8.

このように、本実施形態の慣性センサー１の製造方法は、凹部２１とボイド２７とを同じ工程で形成することができるため、サイクルタイム、歩留まり、製造コストなどを改善することができる。 In this way, the manufacturing method of the inertial sensor 1 of this embodiment can form the recess 21 and the void 27 in the same process, improving cycle time, yield, manufacturing costs, etc.

本実施形態の慣性センサー１は、第１基板としての蓋部８と、蓋部８に接合され、シリコン基板からなる第２基板としての基部２と、を備え、基部２は、蓋部８側に設けられた凹部２１と、凹部２１を囲むように設けられ、蓋部８に接合された接合面２６と、接合面２６に設けられたボイド２７と、を有する。
このように、接合面２６にボイド２７を備えるため、蓋部８との接合強度を向上させることができる。 The inertial sensor 1 of this embodiment comprises a lid portion 8 as a first substrate, and a base portion 2 as a second substrate made of a silicon substrate and bonded to the lid portion 8, and the base portion 2 has a recess 21 provided on the lid portion 8 side, a bonding surface 26 provided to surround the recess 21 and bonded to the lid portion 8, and a void 27 provided on the bonding surface 26.
In this way, since the bonding surface 26 is provided with the voids 27, the bonding strength with the lid portion 8 can be improved.

３．実施形態３
次に、図１３および図１４を参照して、ＭＥＭＳデバイスとしての慣性センサー１を備えた電子機器としての慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）３０００について、説明する。
図１３は、本実施形態に係る慣性計測装置の概略構成を示す分解斜視図である。図１４は、慣性センサーが実装された回路基板の斜視図である。 3. Embodiment 3
Next, an inertial measurement unit (IMU) 3000 as an electronic device including the inertial sensor 1 as a MEMS device will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG.
Fig. 13 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the inertial measurement device according to this embodiment, and Fig. 14 is a perspective view of a circuit board on which the inertial sensor is mounted.

慣性計測装置３０００は、自動車、ロボット、スマートホン、携帯型の活動量計などの被装着装置に搭載され、被装着装置の姿勢や、挙動などを検出する装置として用いられる。 The inertial measurement unit 3000 is mounted on a wearable device such as an automobile, a robot, a smartphone, or a portable activity monitor, and is used as a device for detecting the posture, behavior, etc., of the wearable device.

図１３に示すように、慣性計測装置３０００は、アウターケース３０１、接合部材３１０、センサーモジュール３２５を含み、アウターケース３０１の内部に、接合部材３１０を介在させて、センサーモジュール３２５を篏合または挿入した構成となっている。 As shown in FIG. 13, the inertial measurement unit 3000 includes an outer case 301, a joint member 310, and a sensor module 325, and is configured such that the sensor module 325 is fitted or inserted inside the outer case 301 with the joint member 310 interposed therebetween.

アウターケース３０１は、外形が直方体で蓋のない箱状の容器であり、その内部に内部空間を有する。アウターケース３０１の材質は、例えば、アルミニウムである。なお、亜鉛やステンレスなど他の金属や、樹脂、または、金属と樹脂の複合材などを用いても良い。 The outer case 301 is a box-shaped container with a rectangular parallelepiped exterior and no lid, and has an internal space inside. The material of the outer case 301 is, for example, aluminum. However, other metals such as zinc or stainless steel, resin, or a composite material of metal and resin may also be used.

アウターケース３０１の外形は、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、それぞれ通し孔３０２が形成されている。通し孔３０２は、被装着装置に、慣性計測装置３０００を取り付ける際に用いる。 The outer shape of the outer case 301 is a rectangular parallelepiped with a roughly square planar shape, and through holes 302 are formed near each of the two vertices located diagonally in the square. The through holes 302 are used when attaching the inertial measurement unit 3000 to the device to be mounted.

センサーモジュール３２５は、インナーケース３２０と、回路基板３１５とから構成されている。
回路基板３１５には、慣性センサー１が組み込まれた加速度検出ユニット１００や外部接続用のコネクター３１６などが実装されている。 The sensor module 325 is composed of an inner case 320 and a circuit board 315 .
The circuit board 315 has mounted thereon the acceleration detection unit 100 incorporating the inertial sensor 1, a connector 316 for external connection, and the like.

インナーケース３２０は、回路基板３１５を支持する部材であり、アウターケース３０１の内部に収まる形状となっている。インナーケース３２０の厚さ、換言すると、Ｚ軸方向の高さは、アウターケース３０１の上面から接合面までの高さと、同等か、それよりも、低くなっている。インナーケース３２０の材質には、アウターケース３０１と同様の材質を用いることができる。
インナーケース３２０の下面には、回路基板３１５との接触を防止するための凹部３３１やコネクター３１６を露出させるための開口３２１が形成されている。 Inner case 320 is a member that supports circuit board 315, and is shaped to fit inside outer case 301. The thickness of inner case 320, in other words, the height in the Z-axis direction, is equal to or smaller than the height from the top surface to the joint surface of outer case 301. The material of inner case 320 can be the same as that of outer case 301.
The bottom surface of the inner case 320 is formed with a recess 331 for preventing contact with the circuit board 315 and an opening 321 for exposing the connector 316 .

図１４を参照して、慣性センサー１が実装された回路基板３１５の構成について説明する。
図１４に示すように、回路基板３１５は、複数のスルーホールが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板を用いている。なお、ガラスエポキシ基板に限定するものではなく、例えば、コンポジット基板やセラミック基板などのリジット基板を用いても良い。 The configuration of the circuit board 315 on which the inertial sensor 1 is mounted will be described with reference to FIG.
14, the circuit board 315 is a multi-layer board with a plurality of through holes, and is made of a glass epoxy board. However, it is not limited to a glass epoxy board, and a rigid board such as a composite board or a ceramic board may be used.

回路基板３１５の上面には、コネクター３１６、加速度検出ユニット１００、および角速度センサー３１７ｘ，３１７ｙ，３１７ｚなどが実装されている。
加速度検出ユニット１００は、慣性センサー１を搭載し、Ｚ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである。
コネクター３１６は、プラグ型のコネクターであり、Ｘ軸方向に等ピッチで配置された二列の接続端子を備えている。本実施形態では、一列１０ピンで二列の合計２０ピンの接続端子を備えるが、接続端子の数は、設計仕様に応じて適宜変更しても良い。 On the upper surface of the circuit board 315, a connector 316, the acceleration detection unit 100, and angular velocity sensors 317x, 317y, and 317z are mounted.
The acceleration detection unit 100 is an acceleration sensor equipped with an inertial sensor 1 and for measuring acceleration in the Z-axis direction.
The connector 316 is a plug-type connector and has two rows of connection terminals arranged at equal pitch in the X-axis direction. In this embodiment, the connector has two rows of connection terminals with 10 pins per row, for a total of 20 pins, but the number of connection terminals may be changed as appropriate depending on the design specifications.

角速度センサー３１７ｚは、Ｚ軸方向における１軸の角速度を検出するジャイロセンサーである。好適例として、水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いている。なお、振動ジャイロセンサーに限定するものではなく、振動子としてセラミックや、シリコンを用いたセンサーを用いても良い。 Angular velocity sensor 317z is a gyro sensor that detects one-axis angular velocity in the Z-axis direction. A suitable example is a vibration gyro sensor that uses quartz as an oscillator and detects angular velocity from the Coriolis force applied to a vibrating object. Note that the sensor is not limited to a vibration gyro sensor, and a sensor that uses ceramic or silicon as an oscillator may also be used.

また、回路基板３１５のＸ軸方向の側面には、実装面がＸ軸と直交するように、Ｘ軸方向における１軸の角速度を検出する角速度センサー３１７ｘが実装されている。同様に、回路基板３１５のＹ軸方向の側面には、実装面がＹ軸と直交するように、Ｙ軸方向における１軸の角速度を検出する角速度センサー３１７ｙが実装されている。 Angular velocity sensor 317x that detects angular velocity along one axis in the X-axis direction is mounted on the side surface of circuit board 315 in the X-axis direction, with the mounting surface perpendicular to the X-axis. Similarly, angular velocity sensor 317y that detects angular velocity along one axis in the Y-axis direction is mounted on the side surface of circuit board 315 in the Y-axis direction, with the mounting surface perpendicular to the Y-axis.

なお、角速度センサー３１７ｘ，３１７ｙ，３１７ｚは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の軸ごとの三つの角速度センサーを用いる構成に限定するものではなく、３軸の角速度が検出可能なセンサーであれば良く、例えば、一つのデバイスまたはパッケージで３軸の角速度が検出可能なセンサーデバイスを用いても良い。 The angular velocity sensors 317x, 317y, and 317z are not limited to a configuration using three angular velocity sensors, one for each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, but may be sensors capable of detecting angular velocity along three axes. For example, a sensor device capable of detecting angular velocity along three axes in one device or package may be used.

加速度検出ユニット１００は、Ｚ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーであるが、Ｘ軸方向またはＹ軸方向を測定するものであってもよい。また、複数の慣性センサー１を搭載して、二軸方向、例えばＺ軸方向とＹ軸方向、Ｚ軸方向とＸ軸方向など、あるいは、三軸方向、すなわち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の加速度を検出するものとしてもよい。 The acceleration detection unit 100 is an acceleration sensor for measuring acceleration in the Z-axis direction, but may also measure acceleration in the X-axis or Y-axis direction. In addition, it may be equipped with multiple inertial sensors 1 to detect acceleration in two axial directions, such as the Z-axis and Y-axis directions, or the Z-axis and X-axis directions, or in three axial directions, such as the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.

回路基板３１５の下面には、制御部としての制御ＩＣ３１９が実装されている。
制御ＩＣ３１９は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測装置３０００の各部を制御する。記憶部には、加速度、および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、回路基板３１５には、その他にも複数の電子部品が実装されている。 A control IC 319 serving as a control unit is mounted on the lower surface of the circuit board 315 .
The control IC 319 is an MCU (Micro Controller Unit) that has a built-in storage unit including a non-volatile memory, an A/D converter, and the like, and controls each part of the inertial measurement unit 3000. The storage unit stores a program that specifies the order and content for detecting acceleration and angular velocity, a program that digitizes the detected data and incorporates it into packet data, associated data, and the like. Note that a plurality of other electronic components are also mounted on the circuit board 315.

このような電子機器としての慣性計測装置３０００によれば、慣性センサー１を含む加速度検出ユニット１００を用いているため、信頼性を向上させた慣性計測装置３０００を提供することができる。 The inertial measurement unit 3000 as such an electronic device uses an acceleration detection unit 100 including an inertial sensor 1, making it possible to provide an inertial measurement unit 3000 with improved reliability.

以上、述べたとおり、本実施形態のＭＥＭＳデバイスとしての慣性センサー１を備えた電子機器としての慣性計測装置３０００によれば、実施形態１の効果に加え、信頼性の高い慣性計測装置を提供することができる。 As described above, the inertial measurement unit 3000 as an electronic device equipped with the inertial sensor 1 as the MEMS device of this embodiment can provide a highly reliable inertial measurement unit in addition to the effects of embodiment 1.

上述の実施形態では、慣性センサー１として、加速度の検出機能を有するセンサー素子３を備えた加速度センサーの例を説明したが、慣性センサー１は、これに限定されない。例えば、慣性センサー１は、角速度の検出機能を有する機能素子を備えた角速度センサー、圧力検出機能を有する機能素子を備えた圧力センサー、重量検出機能を有する機能素子を備えた重量センサー、または、これらの機能素子が複合した複合センサーを備えたＭＥＭＳデバイスであってもよい。
また、ＭＥＭＳデバイスは、慣性センサーに限定されない。例えば、機能素子としての振動素子を備えた振動発電デバイス、発振器、周波数フィルターなどであってもよい。 In the above embodiment, an acceleration sensor including a sensor element 3 having an acceleration detection function has been described as an example of the inertial sensor 1, but the inertial sensor 1 is not limited to this. For example, the inertial sensor 1 may be an angular velocity sensor including a functional element having an angular velocity detection function, a pressure sensor including a functional element having a pressure detection function, a weight sensor including a functional element having a weight detection function, or a MEMS device including a composite sensor in which these functional elements are combined.
Furthermore, the MEMS device is not limited to an inertial sensor, but may be, for example, a vibration power generation device having a vibration element as a functional element, an oscillator, a frequency filter, or the like.

また、上述の実施形態では、電子機器として慣性計測装置の例を説明したが、電子機器は、これに限定されない。例えば、電子機器は、スマートホン、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、パーソナルコンピューター、インクジェットプリンター、テレビ、プロジェクター、カーナビゲーションなどであってもよい。 In the above embodiment, an inertial measurement unit is described as an example of an electronic device, but the electronic device is not limited to this. For example, the electronic device may be a smartphone, a digital still camera, a video camera, a personal computer, an inkjet printer, a television, a projector, a car navigation system, etc.

以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。また、本発明の各部の構成は、上述の実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成に置換でき、また、任意の構成を付加できる。 Although the above describes a preferred embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Furthermore, the configuration of each part of the present invention can be replaced with any configuration that exhibits the same function as the above embodiment, and any configuration can be added.

１…慣性センサー、２…基部、２１…凹部、２２…マウント部、２３ａ…溝部、２６…接合面、２７…ボイド、３…センサー素子、４…固定電極部、４１…第１固定電極部、４１１…懸架部、４１２…第１固定電極指、４１２ａ…第１固定電極指、４１２ｂ…第１固定電極指、４１３…支持部、４１３ａ…接合部、４２…第２固定電極部、４２１…懸架部、４２２…第２固定電極指、４２２ａ…第２固定電極指、４２２ｂ…第２固定電極指、４２３…支持部、４２３ａ…接合部、５…可動電極部、５１…可動支持部、５１１…支持部、５１１ａ…接合部、５１２…懸架部、５２…可動部、５１１…支持部、５１１ａ…接合部、５１２…懸架部、５３…バネ部、５４…バネ部、５６…可動電極部、５６１…第１可動電極部、５６１ａ…第１可動電極指、５６２…第２可動電極部、５６２ａ…第２可動電極指、３０００…慣性計測装置、ｃ１，ｃ２，ｃ３…コンタクト部、Ｓ…収納空間、７１，７２，７３…配線、８…蓋部、８０…シリコン基板、８１…凹部、８２…連通孔、８３…封止部材、８５…基板面、８６…接合面、８７…ボイド、８９…接合部材、９０…ハードマスク、１００…加速度検出ユニット、３０１…アウターケース、３０２…通し孔、３１０…接合部材、３１５…回路基板、３１６…コネクター、３１７ｘ，３１７ｙ，３１７ｚ…角速度センサー、３１９…制御ＩＣ、３２０…インナーケース、３２１…開口、３２５…センサーモジュール、３３１…凹部。 1...inertial sensor, 2...base, 21...recess, 22...mounting portion, 23a...groove portion, 26...joint surface, 27...void, 3...sensor element, 4...fixed electrode portion, 41...first fixed electrode portion, 411...suspension portion, 412...first fixed electrode finger, 412a...first fixed electrode finger, 412b...first fixed electrode finger, 413...support portion, 413a...joint portion, 42...second fixed electrode portion, 42 1...Suspension portion, 422...Second fixed electrode finger, 422a...Second fixed electrode finger, 422b...Second fixed electrode finger, 423...Support portion, 423a...Joint portion, 5...Moveable electrode portion, 51...Moveable support portion, 511...Support portion, 511a...Joint portion, 512...Suspension portion, 52...Moveable portion, 511...Support portion, 511a...Joint portion, 512...Suspension portion, 53...Spring portion, 54...Spring portion, 56...Moveable electrode Pole portion, 561...first movable electrode portion, 561a...first movable electrode finger, 562...second movable electrode portion, 562a...second movable electrode finger, 3000...inertial measurement device, c1, c2, c3...contact portion, S...storage space, 71, 72, 73...wiring, 8...lid portion, 80...silicon substrate, 81...recess, 82...communication hole, 83...sealing member, 85...substrate surface, 86...bonding surface, 87...void, 89...bonding member, 90...hard mask, 100...acceleration detection unit, 301...outer case, 302...through hole, 310...bonding member, 315...circuit board, 316...connector, 317x, 317y, 317z...angular velocity sensor, 319...control IC, 320...inner case, 321...opening, 325...sensor module, 331...recess.

Claims

A method for manufacturing a MEMS device including a first substrate and a second substrate bonded to the first substrate, comprising the steps of:
a preparation step of preparing the second substrate made of a silicon substrate;
a hard mask forming step of forming a hard mask on a substrate surface including a bonding surface of the second substrate with the first substrate;
a patterning step of removing a portion of the hard mask so that the hard mask remains on the bonding surface;
an etching step of anisotropically etching the second substrate with an alkaline solution to form recesses at locations where the hard mask has been removed and to form voids on the bonding surface through the hard mask;
a hard mask removal step of removing the hard mask;
and a bonding step of bonding the second substrate to the first substrate.
A method for manufacturing a MEMS device.

the hard mask is a thermal oxide film formed by heat-treating the second substrate,
The voids are formed at a density of between 50/100 μm ² and 300/100 μm ² ;
The method for manufacturing the MEMS device according to claim 1 .

The voids are formed to have a diameter of 0.1 μm or more and 0.5 μm or less.
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 2 .

The alkaline solution is an aqueous potassium hydroxide solution or an aqueous sodium hydroxide solution.
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 3 .

the hard mask is a silicon nitride film formed by low pressure chemical vapor deposition;
The voids are formed at a density of between 500/100 μm ² and 3000/100 μm ² ;
The method for manufacturing the MEMS device according to claim 1 .

The voids are formed to have a diameter of 0.03 μm or more and 0.1 μm or less.
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 5 .

The alkaline solution is an aqueous potassium hydroxide solution or an aqueous sodium hydroxide solution.
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 6 .

A first substrate;
A second substrate bonded to the first substrate and made of a silicon substrate,
The second substrate is
A recess provided on the first substrate side;
a bonding surface provided to surround the recess and bonded to the first substrate;
A void is provided on the bonding surface.
MEMS device.

The density of the voids is between 50/100 μm ² and 300/100 μm ² .
The MEMS device of claim 8.

The diameter of the void is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less.
The MEMS device of claim 9.

The density of the voids is between 500/100 μm ² and 3000/100 μm ² .
The MEMS device of claim 8.

The diameter of the void is 0.03 μm or more and 0.1 μm or less.
The MEMS device of claim 11.

The first substrate and the second substrate are bonded to each other via the bonding surface by gold bonding, frit bonding, or an adhesive.
The MEMS device of claim 8.

the first substrate includes a functional element;
The functional element is provided in correspondence with the recess.
The MEMS device of claim 8.

An electronic device equipped with a MEMS device according to any one of claims 8 to 14.