JP2000307126A - 小型電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】薄膜親素子基板をウエットエッチング加工して
損傷を与えることなく機能素子を形成し、機能素子間の
静電引力による接着を阻止して、歩留まりを向上した小
型電子部品の製造方法を提供する。 【解決手段】凹部１２ａを有する裏側親封止基板１２と
親素子基板とを陽極接合する。親素子基板を薄くエッチ
ング研磨して薄膜親素子基板１１ａに加工する。この薄
膜親素子基板１１ａをフォトエッチング加工して振動重
り３などの機能素子を形成する。凹部１５ａおよびスル
ホ−ル用貫通孔１５ｂ〜１５ｅを有する表側親封止基板
１５と薄膜親素子基板１１ａとを陽極接合する。この陽
極接合は、表側親封止基板１５にグランド電極板１６を
加熱接触させ、スルホ−ル用貫通孔１５ｂ〜１５ｅを通
して、電極端子１４とグランド電極板１６との間に電圧
を印加して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトエッチング
技術、半導体の微細加工技術などを用いた加速度セン
サ、角速度センサなどの小型電子部品の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、フォトエッチング技術および半導
体の微細加工技術を用いて、密閉された凹部に機能素子
の機能部を収納した加速度センサ、角速度センサ、圧力
センサなどの小型電子部品が製造されている。

【０００３】図８〜図１５を参照して、従来の小型電子
部品の製造方法として加速度センサ１０の製造方法につ
いて説明する。

【０００４】図８において、２１はシリコン基板よりな
る親素子基板である。２２はパイレックスガラス基板よ
りなる表側（第２）親封止基板で、その裏面側に、第２
凹部２２ａと、その表裏を貫通するスルホ−ル用貫通孔
２２ｂ、２２ｃと、これらの両側に同じくスルホ−ル用
貫通孔２２ｄ、２２ｅと、一方のスルホ−ル用貫通孔２
２ｅの外側に陽極接合用貫通孔２２ｆとが設けられる。

【０００５】図９において、親素子基板２１と表側親封
止基板２２とを陽極接合する。この陽極接合は、親素子
基板２１と表側親封止基板２２とを２００℃〜６００℃
に加熱しながら当接し、表側親封止基板２２にグランド
電極板２３を接触させ、電極端子２４を介して親素子基
板２１に＋３００〜＋１０００Ｖの電圧を、直流電源ｖ
から加えて行う。

【０００６】図１０において、親素子基板２１を機械研
磨および化学研磨により、約３０μｍの厚みに加工し
て、薄膜親素子基板２１ａとする。

【０００７】図１１において、フォトリソグラフィ技術
およびＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液またはＴＭＡＨ
（テトラメチル・アンモニュウム・ハイト゛ロオキサイト゛）水溶液を使用したウエ
ットエッチング技術を用いて、薄膜親素子基板２１ａを
加工し、図１５に示す平面形状を有する加速度センサの
機能素子１０ａを形成する。なお、ＲＩＥ（反応性イオ
ンエッチング）技術などを用いて、薄膜親素子基板２１
ａを加工して、機能素子１０ａを形成することもある。
この場合、表側親封止基板２２の凹部２２ａに対応する
領域に、振動重り３などの機能部１ａが形成され、更に
スルホ−ル用貫通孔２２ｂ、２２ｃに対応する領域に、
固定接続部４ｂ、５ｂが形成され、スルホ−ル用貫通孔
２２ｄ、２２ｅに対応する領域に、可動接続部１ｂ、１
ｃが形成され、陽極接合用貫通孔２２ｆに対応する領域
に陽極接合用接続部１ｄが形成される。なお、機能素子
１０ａの詳細な構造および動作については後述する。

【０００８】図１２において、複数個（図においては１
個）の第２凹部２５ａの形成された裏側（第１）親封止
基板２５を、凹部２５ａが図１５に示す機能素子１０ａ
の機能部１ａを蓋被するように、薄膜親素子基板２１ａ
に位置合わせをする。この位置合わせにより、表側封止
基板２２の第２凹部２２ａと裏側親封止基板２５の第１
凹部２５ａとは、機能部１ａを包含して相対向すること
になる。

【０００９】図１３において、グランド電極板２６を裏
側親封止基板２５に接触させ、電極端子２４を陽極接合
用貫通孔２２ｆを通して薄膜親素子基板２１ａの陽極接
合用接続部１ｄに接触させ、裏側親封止基板２５にマイ
ナスの電圧を、薄膜親素子基板２１ａに＋３００Ｖ〜＋
１０００Ｖの電圧を直流電源ｖから加えて、陽極接合を
行う。この陽極接合により、裏側親封止基板２５の第１
凹部２２と表側親封止基板２２の第２凹部２５ａとの間
に、機能素子１０ａの機能部１ａ（図１５参照）が封止
される。

【００１０】図１４において、蒸着技術、スパッタリン
グ技術などを用いてスルホ−ル用貫通孔２２ｂ〜２２ｅ
にスルホ−ル配線を施して、スルホ−ル用貫通孔２２
ｂ、２２ｃに形成したスルホール配線をそれぞれ固定接
続部４ｂ、５ｂに、スルホ−ル用貫通孔２２ｄ、２２ｅ
に形成したスルホール配線をそれぞれ可動接続部１ｂ、
１ｃに、接続する。

【００１１】そして、表側親封止基板２２などの接合体
を切断箇所２７でダイシングして個別の加速度センサ１
０を製造する。

【００１２】つぎに、この加速度センサ１０の機能素子
１０ａの構造について、図１４および図１５を参照して
説明する。この機能素子１０ａは、前述のように、薄膜
親素子基板２１ａを加工して、裏側親封止基板２５と表
側親封止基板２２との間に形成される。

【００１３】機能素子１０ａの機能部１ａは、裏側封止
基板の凹部２５ａと表側封止基板の凹部２２ａとによっ
て形成される空間領域に封止される。

【００１４】この凹部２５ａ（２２ａ）の四隅近傍部の
対向する薄膜素子基板１の内壁から梁２ａ〜２ｄが直角
方向に伸びて矩形状の振動重り３の４つの角部にそれぞ
れ結合している。振動重り３の両側面からは複数個の可
動電極３ａが等しい間隙をおいて直角方向に伸びてい
る。

【００１５】この可動電極３ａと間隙を介して噛み合う
複数個の固定電極４ａ、５ａにそれぞれ結合する固定部
４、５が薄膜素子基板１から形成される。そして、この
固定部４、５は、溝ｇ１により薄膜素子基板１から電気
的に絶縁されている。固定部４、５の上の破線で丸く囲
った部分４ｂ、５ｂは、それぞれ固定接続部となる。ま
た、薄膜素子基板１上の破線で丸く囲った部分１ｂ、１
ｃは、可動接続部となる。可動電極３ａは振動重り３ａ
および梁２ａ〜２ｄを介して薄膜素子基板１に結合して
いるので、この薄膜素子基板１は可動電極３ａと同電位
となり、薄膜素子基板１の上に形成された可動接続部１
ｂ、１ｃは、可動電極３ａの引出電極となる。

【００１６】そして、固定接続部４ｂ、５ｂはスルホ−
ル用貫通孔２２ｂ、２２ｃにそれぞれスルホ−ル配線に
より接続され、また、可動接続部１ｂ、１ｃはスルホ−
ル用貫通孔２２ｄ、２２ｅにそれぞれスルホ−ル配線に
より接続される。

【００１７】なお、機能部１ａにおいて、梁２ａ〜２
ｄ、振動重り３および可動電極３ａは、可動部を構成す
る。

【００１８】このような構造の角速度センサ１０を、振
動重り３の長手方向が例えば自動車の進行方向になるよ
うに、自動車に搭載して、前進方向の加速度が角速度セ
ンサ１０に加わると、梁２ａ〜２ｄの撓みにより、振動
重り３が変位して、固定電極４ａ、５ａと可動電極３ａ
とが接近し、それらの間に形成される静電容量が増加
し、この増加した静電容量を電圧変換して、自動車の進
行方向の加速度を検出する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
小型電子部品の製造方法においては、図１０および図１
１に示すように、薄膜親素子基板２１ａをエッチングし
て機能素子１０ａを形成する工程で、ウエットエッチン
グ法を用いた場合、表側（第２）封止基板２２のスルホ
−ル用貫通孔２２ｂ〜２２ｅから侵入したエッチング液
が、薄膜親素子基板２１ａを表側封止基板２２の接合面
側から浸食して損傷するという問題があった。

【００２０】この問題を解決するために、スルホ−ル用
貫通孔２２ｂ〜２２ｅのない裏側（第１）封止基板２５
を先に接合することも考えられるが、そうすると、後か
ら表側（第２）封止基板２２を接合する場合、電圧の印
加されない固定部４、５と貫通孔２２ｂ、２２ｃの周辺
部とがそれぞれ接合されず浮いてしまうという問題があ
る。

【００２１】したがって、表側（第２）封止基板２２に
接合される親素子基板２１の接合面に予め保護膜を形成
したり、また薄膜親素子基板２１ａのエッチング前にス
ルホ−ル用貫通孔２２ｂ〜２２ｅと陽極接合用貫通孔２
２ｆとの内部に保護膜を形成したり、また親素子基板２
１を予め薄くエッチング加工してから、薄膜親素子基板
２１ａと親表側封止基板２２とを陽極接合するなどの対
策を講じていた。しかしながら、それらの対策は技術的
に困難で煩雑であった。

【００２２】また、図１３および図１５において、薄膜
親素子基板２１ａと裏側封止基板２５との陽極接合時
に、通電されている可動電極３ａと通電されていない固
定電極４ａ、５ａとの間に電位差を生じ、これらの電極
が静電引力により接着してしまうという問題もあった。

【００２３】そこで、本発明は、薄膜親素子基板を損傷
を与えることなくエッチング加工して歩留まりを向上し
た小型電子部品の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数個の第１
凹部を片面側に有する第１親封止基板を形成する工程
と、該親封止基板の前記第１凹部面側に接合された薄膜
親素子基板を加工して、前記凹部に相当する位置にそれ
ぞれ機能素子の機能部と接続部とを形成する工程と、前
記機能素子の機能部を蓋被する第２凹部を有し且つ前記
接続部に通じる貫通孔を有する第２親封止基板を用意す
る工程と、前記薄膜親素子基板に前記第２親封止基板を
重ねて、前記薄膜親素子基板に形成した前記機能部と前
記接続部とに、それぞれ第２親封止基板に形成した前記
第２凹部と前記貫通孔とをそれぞれ位置合わせする工程
と、前記第２親封止基板にグランド電極板を接触させ、
前記貫通孔を通して電極端子を前記薄膜親素子基板の前
記接続部に加熱接触させ、前記グランド電極板と前記電
極端子とに通電して、前記薄膜親素子基板と前記第２親
封止基板とを陽極接合する工程と、を含むものである。

【００２５】本発明は、片面側に機能素子の機能部を保
護する第１凹部の形成されたパイレックガラス基板より
なる第１親封止基板とシリコン基板よりなる親素子基板
とを、第１親封止基板の第１凹部面側を親素子基板に加
熱当接して、陽極接合する。この陽極接合の後、親素子
基板は適宜の厚みに研磨されて薄膜親素子基板となる。

【００２６】なお、上述の工程は、親素子基板を事前に
研磨して薄膜親素子基板を形成しておき、この薄膜親素
子基板と第１親封止基板とを陽極接合してもよい。

【００２７】つぎに、フォトエッチングなどの半導体微
細加工技術を用いて、薄膜親素子基板を片面側（非接合
面側）からウエットエッチングあるいはドライエッチン
グして、機能素子を形成する。この機能素子の機能部
は、第１親封止基板の第１凹部の空間領域に形成され、
機能素子の接続部は第１凹部の周囲に形成される。この
場合、機能素子の機能部が２電極化されて、例えば可動
電極と固定電極とよりなる場合には、これらの可動電極
と固定電極とは電気的に絶縁されて、それらの接続部で
ある可動接続部と固定接続部も互いに絶縁されることに
なる。

【００２８】つぎに、親素子基板を第１親封止基板の反
対側からサンドイッチ構造に挟持するパイレックスガラ
ス基板よりなる第２親封止基板を用意する。この第２親
封止基板は、親素子基板に陽極接合されたとき、片面側
に第１親封止基板の第１凹部に対応する第２凹部を有
し、かつ、その表裏を貫通するスルホ−ル用貫通孔を有
している。このスルホ−ル用貫通孔は、親素子基板に形
成した可動接続部と固定接続部とに対応する部位に形成
されている。

【００２９】このような構造の第２親封止基板と親素子
基板とを位置合わせして陽極接合する。この陽極接合は
つぎのようにして行われる。第２親封止基板にグランド
電極板を接触させ、スルホ−ル用貫通孔を通して電極端
子を親素子基板の可動接続部と固定接続部とにそれぞれ
加熱接触させる。そして、直流電源から電極端子とグラ
ンド電極板と通電して、親素子基板と第２親封止基板と
の間に電圧を印加して、これらを陽極接合する。電極端
子は電気的に互いに絶縁されている可動接続部と固定接
続部とにそれぞれ少なくとも一箇所で接触して通電され
るので、これらに結合している可動電極および固定電極
も第２親封止基板にすべて確実に接合される。

【００３０】なお、ダイシングされない親素子基板の状
態で、機能素子の可動電極と固定電極は互いに電気的に
絶縁されているが、これらのうち何れかは親素子基板に
結合しているので、この親素子基板への通電のための電
極端子は一つでもよいし、親素子基板自身の抵抗による
電圧降下の影響を考えて適宜の場所に複数個設けてもよ
い。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の小型電子部品の製造方法の一実施例として、加速度セ
ンサの製造方法について説明する。

【００３２】図１において、１１は親素子基板で、約２
００μｍの厚みを有し、例えば、比抵抗が１０-²（Ωc
m）のシリコン基板からなる。１２は裏側（第１）親封
止基板で、約５００μｍの厚みを有するパイレックスガ
ラス基板よりなり、上面部にサンドブラストなどにより
形成された凹部２ａをマトリックス状に多数有する。

【００３３】図２において、図１に示す親素子基板１１
と裏側親封止基板１２とを、凹部１２ａ面側を親素子基
板１１の裏面側に当接し、裏側親封止基板１２にグラン
ド電極板１３を約４００℃に加熱してから接触させる。
そして、直流電源ｖから、グランド電極板１３と電極端
子１４とを介して、親素子基板１１に＋５００Ｖの電圧
を加えて、これらの陽極接合を行う。

【００３４】図３において、親素子基板１１と裏側親封
止基板１２との接合体をＴＭＡＨ（テトラ・メチル・ア
ンモニウム・ハイドロオキサイド）の溶液に浸漬して、
親素子基板１１の上面をエッチングして、親素子基板１
の厚みを約３０μｍの薄膜親素子基板１１ａに加工す
る。

【００３５】図４において、薄膜親素子基板１１ａをフ
ォトリソグラフィ技術および水酸化カリウム水溶液（Ｋ
ＯＨ）を使用したウエットエッチング技術を用いて、図
１５に示す平面形状を有する加速度センサ１０の機能素
子１０ａを裏側親封止基板１２の凹部１２ａに対応する
位置にそれぞれ形成する。この機能素子１０ａの構造お
よび動作については、従来例で説明したところと同様で
あるので、その説明を援用する。なお、この薄膜親素子
基板１ａを加工して機能素子１０ａを形成するのは、Ｒ
ＩＥ（反応性イオンエッチング）技術などを用いて行っ
てもよい。

【００３６】図５において、１５は表側（第２）親封止
基板で、約４００μｍの厚みを有するパイレックスガラ
ス基板よりなり、裏面側にサンドブラストなどにより形
成された凹部１５ａと、この凹部１５ａの両側にスルホ
−ル用貫通孔１５ｂ、１５ｃと、更にこれらの両側に同
じくスルホ−ル用貫通孔１５ｄ、１５ｅとを有する。こ
のような凹部１５ａと貫通孔１５ｂ〜１５ｅは、マトリ
ックス状に表側親封止基板１５に複数設けられる。

【００３７】この表側親封止基板１５を、その凹部１５
ａが図１５に示す機能部１ａを蓋被するように、スルホ
−ル用貫通孔１５ｂ、１５ｃが図１５に示す固定接続部
４ｂ、５ｂにそれぞれ対応するように、およびスルホ−
ル用貫通孔１５ｂ、１５ｃが可動接続部１ｂ、１ｃにそ
れぞれ対応するように、薄膜親素子基板１１ａに位置合
わせして当接する。このようにマトリックス状に設けた
両封止基板１５、１２の凹部１５ａ、１２ａは薄膜親素
子基板１ａに形成した機能部１ａを介して向かい合い、
各々の機能部１ａを密封する。

【００３８】図６において、薄膜親素子基板１１ａと表
側親封止基板１５とをつぎのようにして陽極接合する。
即ち、グランド電極板１６に表側親封止基板１５のスル
ホ−ル用貫通孔１５ｂ〜１５ｅにそれぞれ対応する透孔
１６ｂ〜１６ｅを設ける。そして、このグランド電極１
６を表側親封止基板１５の上に載置し、かつ、４つの電
極端子１４を、グランド電極板１６の透孔１６ｂ〜１６
ｅと表側親封止基板１５のスルホ−ル用貫通孔１５ｂ〜
１５ｅとを通して、図１５に示す固定接続部４ｂ、５ｂ
および可動接続部１ｂ、１ｃにそれぞれ接触させて、直
流電源ｖからグランド電極板１６および電極端子１４を
通して、薄膜親素子基板１１ａに＋５００Ｖの電圧を加
えて、これらを陽極接合する。この場合、電極端子１４
をグランド電極板１６の透孔１６ｂ〜１６ｅの内壁に接
触させないようにする。

【００３９】そして、グランド電極板１６を取り外した
後、蒸着技術、スパッタリング技術などを用いて、貫通
孔１５ｂ〜１５ｅにスルホ−ル配線を施して引き出し線
を形成する。即ち、貫通孔１５ｂのスルホール配線が固
定接続部４ｂに接続され、貫通孔１５ｃのスルホール配
線が固定接続部５ｂに接続され、貫通孔１５ｄ、１５ｅ
のスルホール配線が可動接続部１ｂ、１ｃにそれぞれ接
続される。そして、表側親封止基板１５などの接合体を
切断箇所１７でダイシングして個別の加速度センサ１０
を製造する。なお、可動接続部１ｂ、１ｃは、薄膜素子
基板１上に形成されて同電位なので、そのいずれかのス
ルホ−ル用貫通孔および電極端子１４を省略してもよ
い。

【００４０】

【発明の効果】本発明においては、親素子基板を例えば
ウエットエッチング法を用いて加工して機能素子を形成
する場合に、親素子基板の片側には、凹部のみの形成さ
れた、即ち表裏を貫通する孔を持たない第１親封止基板
が接合されているので、親素子基板は表面側からのみエ
ッチングされて機能素子が形成され、親素子基板の裏面
側は第１親封止基板に保護されてウエットエッチングに
より損傷を受けることがない。

【００４１】また、親素子基板と第２親封止基板とを陽
極接合するときに、電気的に絶縁されている可動接続部
および固定接続部のいずれにも電極端子を通して通電す
ることができるので、これらの２つの接続部が第２親封
止基板と確実に接合される。また、互いに電気的に絶縁
されている可動電極および固定電極には、電極端子を通
して同電位の電圧が加えられるので、これらが互いに近
接していてもそれらの間に電位差が生じず、したがって
静電引力も生じないので、これらが静電引力により接着
する懸念はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の小型電子部品の製造方法の一実施例
として、加速度センサの製造方法を示すもので、親素子
基板と裏側親封止基板を用意する工程図

【図２】 親素子基板と裏側親封止基板を陽極接合する
工程図

【図３】 親素子基板を薄く研磨して薄膜親素子基板を
形成する工程図

【図４】 薄膜親素子基板をフォトエッチングして加速
度センサの機能素子を形成する工程図

【図５】 凹部およびスルホ−ル用貫通孔を有する表側
親封止基板を親素子基板に位置合わせする工程図

【図６】 親封止基板と表側親封止基板を陽極接合する
工程図

【図７】 接合された基板をダイシングして個別の加速
度センサに分離する工程図

【図８】 従来の小型電子部品の製造方法として、加速
度センサの製造方法を示すもので、親素子基板と凹部、
スルホ−ル用貫通孔および陽極接合用貫通孔を有する表
側親封止基板とを用意する工程図

【図９】 親素子基板と表側親封止基板を陽極接合する
工程図

【図１０】 親素子基板を薄く研磨する工程図

【図１１】 薄膜親素子基板をフォトエッチングして加
速度センサの機能素子を形成する工程図

【図１２】 凹部を有する裏側親封止基板を親素子基板
に位置合わせする工程図

【図１３】 親封止基板と裏側親封止基板を陽極接合す
る工程図

【図１４】 接合された基板をダイシングして個別の加
速度センサに分離する工程図

【図１５】 本実施例および従来の加速度センサの機能
素子の平面図

【符号の説明】

１ 素子基板 １ａ 機能部 １ｂ、１ｃ 可動接続部 ２ａ〜２ｄ 梁 ３ 振動重り ３ａ 可動電極 ４、５ 固定部 ４ａ、５ａ 固定電極 ４ｂ、５ｂ 固定接続部 １１ 親素子基板 １１ａ 薄膜親素子基板 １２ 裏側（第１）親封止基板 １２ａ、１５ａ 凹部 １３、１６ グランド電極板 １４ 電極端子 １５ 表側（第２）親封止基板 １５ｂ〜１５ｅ スルホ−ル用貫通孔 １６ｂ〜１６ｅ 透孔 １７ 切断箇所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の第１凹部を片面側に有する第１
   親封止基板を形成する工程と、該親封止基板の前記第１
   凹部面側に接合された薄膜親素子基板を加工して、前記
   凹部に相当する位置にそれぞれ機能素子の機能部と接続
   部とを形成する工程と、 前記機能素子の機能部を蓋被する第２凹部を有し且つ前
   記接続部に通じる貫通孔を有する第２親封止基板を用意
   する工程と、 前記薄膜親素子基板に前記第２親封止基板を重ねて、前
   記薄膜親素子基板に形成した前記機能部と前記接続部と
   に、それぞれ第２親封止基板に形成した前記第２凹部と
   前記貫通孔とをそれぞれ位置合わせする工程と、 前記第２親封止基板にグランド電極板を接触させ、前記
   貫通孔を通して電極端子を前記薄膜親素子基板の前記接
   続部に加熱接触させ、前記グランド電極板と前記電極端
   子とに通電して、前記薄膜親素子基板と前記第２親封止
   基板とを陽極接合する工程と、を含む小型電子部品の製
   造方法。