JP2008039595A - Capacitance acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量を用いて加速度を検知する静電容量型加速度センサに関する。 The present invention relates to a capacitance type acceleration sensor that detects acceleration using capacitance.
静電容量型加速度センサは、可動電極である揺動部材を有する基板と、固定電極を有する基板とを、揺動部材と固定電極との間に所定の間隔を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型加速度センサにおいては、揺動部材に加速度が加わると揺動部材が揺動し、これにより揺動部材と固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化により揺動部材と固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して加速度の変化を検出する(特許文献1)。 The capacitance type acceleration sensor is configured by joining a substrate having a swing member, which is a movable electrode, and a substrate having a fixed electrode so as to have a predetermined interval between the swing member and the fixed electrode. Has been. In this capacitance type acceleration sensor, when acceleration is applied to the swing member, the swing member swings, thereby changing the interval between the swing member and the fixed electrode. The capacitance between the oscillating member and the fixed electrode changes due to the change in the interval, and the change in acceleration is detected using this change in capacitance (Patent Document 1).
また、静電容量型加速度センサにおいては、固定電極及び可動電極を櫛歯状に構成して、可動電極に加速度が加わることにより可動電極と固定電極との間隔が変わり、この間隔の変化から加速度の変化を検出するものもある(特許文献2)。
しかしながら、従来の櫛歯形状の電極を有する静電容量型加速度センサは、例えば、シリコン薄膜の成膜技術を用いるサーフェスMEMS(micro electro mechanical systems)型では、櫛歯形状の電極を構成するシリコン層をポリシリコンの成膜で形成しなければならない。このため、櫛歯の厚さを大きくすることができず、高感度の静電容量型加速度センサを得ることが難しい。 However, a conventional capacitive acceleration sensor having a comb-shaped electrode is, for example, a surface MEMS (micro electro mechanical systems) type using a silicon thin film forming technique, and a silicon layer constituting the comb-shaped electrode. Must be formed by polysilicon film formation. For this reason, the thickness of the comb teeth cannot be increased, and it is difficult to obtain a highly sensitive capacitive acceleration sensor.
一方シリコン基板のエッチングにより櫛歯形状を形成するバルク型では、厚みを大きくして高感度にすることには有利であるが、各電極とそれらの外部への接続部を別プロセスでつくることになるため、工定数が増え、接続部での抵抗が高くなるという問題点がある。また、強度上の問題から櫛歯の幅方向を薄くすることには限界があり、この点が小型化の障害となっている。 On the other hand, in the bulk type that forms a comb-teeth shape by etching a silicon substrate, it is advantageous to increase the thickness to achieve high sensitivity, but to make each electrode and their external connection part in a separate process. Therefore, there is a problem that the work constant increases and the resistance at the connection portion increases. Further, there is a limit to reducing the width direction of the comb teeth due to a problem in strength, and this is an obstacle to miniaturization.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、櫛歯状の可動電極及び固定電極をシリコン基板で形成するバルク型でありながら、従来のバルク型が持つ問題点を解消し、小型、高感度で、且つ抵抗の小さい即ち省電力型の静電容量型加速度センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and solves the problems of the conventional bulk type while being a bulk type in which the comb-like movable electrode and the fixed electrode are formed of a silicon substrate, and is small and high in size. It is an object of the present invention to provide a capacitive acceleration sensor with sensitivity and low resistance, that is, a power saving type.
本発明の静電容量型加速度センサは、弾性を有する梁にて支持され、加速度による慣性力によって移動する櫛歯状の可動電極と、前記可動電極との間に微小間隙を有して対向する櫛歯状の固定電極とを備え、前記両電極間の静電容量の変化を検出する静電容量型加速度センサであって、前記可動電極と前記固定電極は、一つのシリコン基板内の、厚み方向に同一高さの層に形成され、前記シリコン基板は、電極が形成された前記層から突出する各電極の外部との接続部をさらに有し、一対のガラス基板が、部分的にキャビティを構成するように、且つ前記可動電極及び前記固定電極が前記キャビティ内に配置されるように、前記シリコン基板の両面に接合されており、前記接続部は、少なくとも一方の前記ガラス基板の主面上で外部に露出するように、前記ガラス基板を貫通していることを特徴とする。 The capacitance-type acceleration sensor of the present invention is supported by an elastic beam, and is opposed to a comb-like movable electrode that moves by an inertial force due to acceleration, with a minute gap between the movable electrode. A capacitance-type acceleration sensor for detecting a change in capacitance between the two electrodes, wherein the movable electrode and the fixed electrode have a thickness within one silicon substrate. The silicon substrate further includes a connection portion to the outside of each electrode protruding from the layer on which the electrode is formed, and the pair of glass substrates partially cavities. The movable electrode and the fixed electrode are joined to both surfaces of the silicon substrate so that the movable electrode and the fixed electrode are disposed in the cavity, and the connection portion is on at least one main surface of the glass substrate. To expose to the outside As, characterized in that through said glass substrate.
この構成によれば、可動電極や固定電極の櫛歯の厚さをシリコン基板と同程度に厚くすることができる。このため、櫛歯の数を少なくすることがきるので、小型で高感度な加速度センサを実現することができる。さらに、接続部がシリコン基板と同一材料で構成されるので、可動電極や固定電極の引き出し部における抵抗を小さくすることができる。 According to this configuration, the comb teeth of the movable electrode and the fixed electrode can be made as thick as the silicon substrate. For this reason, since the number of comb teeth can be reduced, a small and highly sensitive acceleration sensor can be realized. Furthermore, since the connection portion is made of the same material as the silicon substrate, the resistance at the lead portion of the movable electrode and the fixed electrode can be reduced.
本発明の静電容量型加速度センサは、弾性を有する梁にて支持され、加速度による慣性力によって移動する櫛歯状の可動電極と、前記可動電極との間に微小間隙を有して対向する櫛歯状の固定電極とを備え、前記両電極間の静電容量の変化を検出する静電容量型加速度センサであって、前記可動電極と前記固定電極は、一つシリコン基板内の、厚み方向に同一高さの層に形成され、一対のガラス基板が、部分的にキャビティを構成するように、且つ前記可動電極及び前記固定電極が前記キャビティ内に配置されるように、前記シリコン基板の両面に接合されており、前記固定電極の櫛歯は一方の前記ガラス基板に部分的に埋め込まれていることを特徴とする。 The capacitance-type acceleration sensor of the present invention is supported by an elastic beam, and is opposed to a comb-like movable electrode that moves by an inertial force due to acceleration, with a minute gap between the movable electrode. A capacitance type acceleration sensor for detecting a change in capacitance between the two electrodes, wherein the movable electrode and the fixed electrode have a thickness within one silicon substrate. The silicon substrate is formed such that a pair of glass substrates partially form a cavity, and the movable electrode and the fixed electrode are disposed in the cavity. It is bonded to both surfaces, and the comb teeth of the fixed electrode are partially embedded in one of the glass substrates.
この構成によれば、固定電極の櫛歯を確実に支持することができるので、櫛歯の幅を狭くして小型化を図っても、各櫛歯は変形等を起こさない十分な強度を有し、安定した特性を発揮する静電容量型加速度センサを得ることができる。 According to this configuration, since the comb teeth of the fixed electrode can be reliably supported, even if the width of the comb teeth is reduced and the size is reduced, each comb tooth has sufficient strength not to be deformed. In addition, a capacitive acceleration sensor that exhibits stable characteristics can be obtained.
また、本発明の静電容量型加速度センサでは、上述の二つの構造上の特徴を共に有する構造としても良い。これにより、主たる課題である小型化を実現した上で、高感度で接続部抵抗が少なく、かつ安定した特性のセンサとすることができる。 The capacitive acceleration sensor of the present invention may have a structure having both of the above-described structural features. As a result, it is possible to provide a sensor with high sensitivity, low connection resistance, and stable characteristics, while realizing downsizing as a main problem.
本発明の静電容量型加速度センサにおいては、前記ガラス基板と前記シリコン基板との間の界面は、Si−Si結合又はSi−O結合を有することが好ましい。この構成によれば、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮するので、キャビティ内の気密性を向上させることができる。 In the capacitive acceleration sensor of the present invention, the interface between the glass substrate and the silicon substrate preferably has a Si—Si bond or a Si—O bond. According to this configuration, silicon and glass are firmly bonded to each other, and extremely high adhesion is exhibited at the interface between the two, so that the airtightness in the cavity can be improved.
本発明の静電容量型加速度センサの製造方法は、可動電極及び固定電極、並びに前記各電極の接続部を有するシリコン基板を作製する工程と、前記シリコン基板の前記接続部を第1ガラス基板に押し込んで、前記第1ガラス基板に前記接続部を埋め込む工程と、前記シリコン基板に可動電極用の櫛歯及び固定電極用の櫛歯を形成する工程と、前記可動電極及び前記固定電極がキャビティ内に配置されるように前記シリコン基板と第2ガラス基板とを接合する工程と、を具備することを特徴とする。この方法によれば、小型で高感度な静電容量型加速度センサを簡単に得ることができる。 The method of manufacturing a capacitive acceleration sensor according to the present invention includes a step of manufacturing a silicon substrate having a movable electrode, a fixed electrode, and a connecting portion of each electrode, and the connecting portion of the silicon substrate is used as a first glass substrate. A step of embedding the connection portion in the first glass substrate, a step of forming comb teeth for the movable electrode and a comb tooth for the fixed electrode on the silicon substrate, and the movable electrode and the fixed electrode are in the cavity. And a step of bonding the silicon substrate and the second glass substrate so as to be disposed on each other. According to this method, a small and highly sensitive capacitive acceleration sensor can be easily obtained.
本発明においては、弾性を有する梁にて支持され、加速度による慣性力によって移動する櫛歯状の可動電極と、前記可動電極との間に微小間隙を有して対向する櫛歯状の固定電極とを備え、前記両電極間の静電容量の変化を検出する静電容量型加速度センサであって、前記可動電極と前記固定電極は、一つのシリコン基板内の、厚み方向に同一高さの層に形成され、前記シリコン基板は、電極が形成された前記層から突出する各電極の外部との接続部をさらに有し、一対のガラス基板が、部分的にキャビティを構成するように、且つ前記可動電極及び前記固定電極が前記キャビティ内に配置されるように、前記シリコン基板の両面に接合されており、前記接続部は、少なくとも一方の前記ガラス基板の主面上で外部に露出するように、前記ガラス基板を貫通しているので、小型で高感度な静電容量型加速度センサを提供することができる。 In the present invention, a comb-like movable electrode supported by an elastic beam and moved by an inertial force due to acceleration, and a comb-like fixed electrode facing each other with a minute gap between the movable electrode A capacitance-type acceleration sensor that detects a change in capacitance between the two electrodes, wherein the movable electrode and the fixed electrode have the same height in the thickness direction in one silicon substrate. The silicon substrate further includes a connection portion to the outside of each electrode protruding from the layer on which the electrode is formed, and the pair of glass substrates partially constitute a cavity; and The movable electrode and the fixed electrode are bonded to both surfaces of the silicon substrate so as to be disposed in the cavity, and the connection portion is exposed to the outside on at least one main surface of the glass substrate. And the above Because through the scan board, it is possible to provide a highly sensitive capacitive acceleration sensor compact.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る静電容量型加速度センサを示す図であり、図1(a)は断面図であり、図1(b)は平面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1A and 1B are diagrams showing a capacitive acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a sectional view and FIG. 1B is a plan view.
図1(a)に示す静電容量型加速度センサ1は、可動電極11aと固定電極11bとを有するシリコン基板11と、このシリコン基板11を挟持するように配置された一対のガラス基板12,13とから主に構成されている。
A capacitive acceleration sensor 1 shown in FIG. 1A includes a
可動電極11aは、図1(b)に示すように、錘部11cを有しており、この錘部11cから図1(b)におけるY方向に向けて延在する櫛歯11dを有する。また、この錘部11cは、シリコン基板11とバネ部11fを介して連接されている。このバネ部11fは、図1(b)におけるY方向に伸縮自在になっている。したがって、バネ部11fを介してシリコン基板11に連接している錘部11c及び櫛歯11dは、図1(b)におけるY方向の一軸方向に可動である。シリコン基板11の錘部11c及び櫛歯11dは、弾性を有する梁にて支持され、加速度による慣性力によって移動する。この可動電極との間に微小間隙を有して対向する櫛歯状の固定電極とを備える。
As shown in FIG. 1B, the
固定電極11bは、図1(b)におけるY方向に向けて延在する櫛歯11dを有する。この櫛歯11dは、可動電極11aの櫛歯11dと対向するように配置される。したがって、固定電極11bの櫛歯11eは、可動電極11aの櫛歯11dの間に延在するように設けられている。そして、可動電極11aの櫛歯11dと固定電極11bの櫛歯11eとが対向することにより両櫛歯11d,11e間で所定の容量を持つ。シリコン基板11においては、可動電極11aが可動できるように微小間隙である空間部11hが設けられている。この空間部11h内を櫛歯が移動する。これにより、可動電極11aと固定電極11bとの間の静電容量の変化を検出することができる。
The
ここでは、シリコン基板11に対する加工により可動電極11a、固定電極11b、錘部11c及びバネ部11fを形成しているので、可動電極11a、固定電極11b、錘部11c及び/又はバネ部11fの厚さは、シリコン基板11の厚さとほぼ同じ厚さを有する。しかしながら、本発明の効果を損なわない範囲で可動電極11a、固定電極11b、錘部11c及びバネ部11fの厚さをシリコン基板11の厚さと異なるようにしても良い。このように、少なくとも可動電極11a及び固定電極11bの厚さをシリコン基板と同程度に厚くすることにより、可動電極11aの櫛歯11dと固定電極11bの櫛歯11eとの間の対向面積を大きくとることができるので高感度の静電容量型加速度センサを実現することができる。
Here, since the
固定電極11bの櫛歯11eは、図4(a),(b)に示すように、ガラス基板13に部分的に埋め込まれている。これにより、固定電極11bの櫛歯11eを確実に支持することができるので、櫛歯11eの幅を狭くして小型化を図っても固定電極11bが安定し、安定した特性を発揮する静電容量型加速度センサを得ることができる。
The
可動電極11aは、一対のガラス基板12,13の一方の基板(ここではガラス基板13)の主面13a上で露出するようにガラス基板(ここではガラス基板13)に埋め込まれた接続部11gを有する。接続部11gは、シリコン基板11と一体的に構成されている。すなわち、接続部11gは、シリコン基板11と同一材料で構成され、シリコン基板11の加工により形成される。この接続部11gのガラス基板13の主面13a上で露出した部分上には、引き出し電極14a,14bが形成されている。このように、引き出し電極14a,14bに対する引き出し部である接続部11gがシリコン基板11と同一材料で構成されることにより、可動電極11aや固定電極11bの引き出し部における抵抗を小さくすることができる。
The
図1(a)に示すように、一方のガラス基板12上にシリコン基板11の一方の主面が接合されており、シリコン基板11の他方の主面上に他方のガラス基板13が接合されている。ガラス基板12,は、キャビティを構成する凹部を有しており、ガラス基板12とシリコン基板11とが接合されて構成されたキャビティ15内に可動電極11a、固定電極11b、錘部11c及びバネ部11fが配置されるようになっている。したがって、ガラス基板12,13に形成される凹部の位置は、シリコン基板11における可動電極11a、固定電極11b、錘部11c及びバネ部11fにより適宜決定される。なお、図1(a)においては、一対のガラス基板12,13にそれぞれ凹部を形成した場合について説明しているが、本発明においては、シリコン基板11における可動電極11a、錘部11c及びバネ部11fが可動である構成であれば良いため、キャビティを形成するようシリコン基板11の上面に凹部を設けても良い。
As shown in FIG. 1A, one main surface of a
ガラス基板13には、貫通穴が形成されており、その貫通穴には、シリコン基板11の接続部11gが埋め込まれている。また、この接続部11gは、それぞれガラス基板13の主面13aで露出しており、それぞれ引き出し電極14a,14bと電気的に接続されている。したがって、可動電極11aは、接続部11gを介してガラス基板13の主面13aに設けられた引き出し電極14aと電気的に接続されており、固定電極11bは、接続部11gを介してガラス基板13の主面13aに設けられた引き出し電極14bと電気的に接続されている。このように、一方のガラス基板の表面に可動電極用の引き出し電極と固定電極用の引き出し電極とを設けることにより、静電容量型加速度センサをそのまま表面実装したり、ワイヤボンディングすることが可能となる。その結果、静電容量型加速度センサを1チップ化することも可能となる。この場合、静電容量型加速度センサのケーシングが不要となるので、より小型化を図ることができる。
A through hole is formed in the
このように、本実施の形態に係る静電容量型加速度センサは、可動電極と固定電極が一つのシリコン基板内の厚み方向に同一高さの層に形成されており、シリコン基板が電極が形成された前記層から突出する各電極の外部との接続部を有し、一対のガラス基板が部分的にキャビティを構成するようにシリコン基板の両面に接合されており、可動電極及び固定電極がキャビティ内に配置され、接続部が少なくとも一方のガラス基板の主面上で外部に露出するようにガラス基板を貫通している構成をとる。また、好ましくは、固定電極の櫛歯が一方のガラス基板に部分的に埋め込まれている。 As described above, in the capacitive acceleration sensor according to the present embodiment, the movable electrode and the fixed electrode are formed in the same height layer in the thickness direction in one silicon substrate, and the electrode is formed on the silicon substrate. Each of the electrodes protruding from the layer is connected to the outside of the electrode, and a pair of glass substrates are bonded to both surfaces of the silicon substrate so as to partially form a cavity, and the movable electrode and the fixed electrode are formed in the cavity. It is arranged inside and takes the composition which has penetrated the glass substrate so that a connection part may be exposed outside on the principal surface of at least one glass substrate. Preferably, the comb teeth of the fixed electrode are partially embedded in one glass substrate.
シリコン基板11とガラス基板12,13との間の界面は、高い密着性を有することが好ましい。ガラス基板12,13にシリコン基板11を接合する場合には、ガラス基板12,13の接合面上にシリコン基板11を搭載し、陽極接合処理を施すことにより、シリコン基板11とガラス基板12,13との間の密着性を高くすることができる。このようにガラス基板12,13とシリコン基板11との界面で高い密着性を発揮することにより、キャビティ15内の気密性を高く保つことができる。このようにキャビティ15内の気密性を高くすることにより、キャビティ15内において可動電極などの可動部材が空気の粘性抵抗を受けなくなり、加速度に対して高い感度を示すようになる。
The interface between the
ここで、陽極接合処理とは、所定の温度(例えば400℃以下)で所定の電圧(例えば300V〜1kV)を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、接触したガラス−シリコン界面で酸素を介した化学結合を形成される、もしくは、酸素の放出による共有結合を形成させる処理をいう。この界面での共有結合は、シリコンのSi原子とガラスに含まれるSi原子との間のSi−Si結合又はSi−O結合である。したがって、このSi−Si結合又はSi−O結合により、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く行うために、ガラス基板12のガラス材料としては、ナトリウムなどのアルカリ金属を含むガラス材料(例えばパイレックス(登録商標)ガラス)であることが好ましい。
Here, the anodic bonding treatment is performed by applying a predetermined voltage (for example, 300 V to 1 kV) at a predetermined temperature (for example, 400 ° C. or lower), thereby generating a large electrostatic attraction between silicon and glass, This refers to a treatment in which a chemical bond via oxygen is formed at the glass-silicon interface in contact, or a covalent bond is formed by releasing oxygen. The covalent bond at this interface is a Si—Si bond or a Si—O bond between the Si atom of silicon and the Si atom contained in the glass. Therefore, silicon and glass are firmly bonded by this Si—Si bond or Si—O bond, and very high adhesion is exhibited at the interface between the two. In order to perform such anodic bonding efficiently, the glass material of the
このような構成を有する静電容量型加速度センサにおいては、可動電極11aの櫛歯11dと固定電極11bの櫛歯11eとの間に所定の静電容量を有する。この加速度センサに加速度が加わると、可動電極11aが加速度に応じて可動して変位する。このとき、可動電極11aの櫛歯11dと固定電極11bの櫛歯11eとの間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を加速度変化とすることができる。また、この構成によれば、可動電極11aや固定電極11bの櫛歯11d,11eの厚さをシリコン基板11と同程度に厚くすることができ、櫛歯11d,11eの幅を狭くすることがきるので、小型で高感度な加速度センサを実現することができる。さらに、引き出し電極14a,14bに対する引き出し部である接続部11gがシリコン基板11と同一材料で構成されるので、可動電極11aや固定電極11bの引き出し部における抵抗を小さくすることができる。
In the capacitance type acceleration sensor having such a configuration, a predetermined capacitance is provided between the comb teeth 11d of the
次に、本実施の形態の静電容量型加速度センサの製造方法について説明する。図2(a)〜(c)、図3(a),(b)及び図5(a),(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量型加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。本実施の形態の静電容量型加速度センサの製造方法においては、可動電極及び固定電極、並びに各電極の接続部を有するシリコン基板を作製し、前記シリコン基板の前記接続部を第1ガラス基板に押し込んで、前記第1ガラス基板に前記接続部を埋め込み、前記シリコン基板に可動電極用の櫛歯及び固定電極用の櫛歯を形成し、前記可動電極及び前記固定電極がキャビティ内に配置されるように前記シリコン基板と第2ガラス基板とを接合する。 Next, a manufacturing method of the capacitive acceleration sensor of the present embodiment will be described. 2 (a) to 2 (c), 3 (a), 3 (b) and 5 (a), 5 (b) illustrate a method for manufacturing a capacitive acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing for doing. In the method of manufacturing a capacitive acceleration sensor according to the present embodiment, a silicon substrate having a movable electrode, a fixed electrode, and a connection portion of each electrode is manufactured, and the connection portion of the silicon substrate is used as a first glass substrate. The connecting portion is embedded in the first glass substrate to form comb teeth for the movable electrode and comb teeth for the fixed electrode on the silicon substrate, and the movable electrode and the fixed electrode are disposed in the cavity. In this way, the silicon substrate and the second glass substrate are bonded together.
本実施の形態に係る静電容量型加速度センサを製造する場合、可動電極11a及び固定電極11bの接続部11gを有するシリコン基板11を作製し、シリコン基板11の接続部11gをガラス基板13に押し込んで、ガラス基板13に接続部11gを埋め込み、シリコン基板11に可動電極用の櫛歯11d及び固定電極用の櫛歯11eを形成し、可動電極11a及び固定電極11bがキャビティ15内に配置されるようにシリコン基板11とガラス基板12とを接合する。この場合、シリコン基板11に可動電極11aや固定電極11bを作製した後にシリコン基板11とガラス基板12,13とを接合しても良い。
When manufacturing the capacitive acceleration sensor according to the present embodiment, the
まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板11を準備する。不純物としては、n型不純物でも良く、p型不純物でも良い。抵抗率としては、例えば0.01Ω・cm程度とする。そして、図2(a)に示すように、このシリコン基板11の一方の主面をエッチングして櫛歯形成用の凹部11iを形成する。この場合、シリコン基板11上にレジスト膜を形成し、凹部形成領域以外の領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコンをエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして凹部11iを設ける。さらに、図2(b)に示すように、シリコン基板11の凹部11i形成側の面に接続部11gを形成する。この場合、シリコン基板11上にレジスト膜を形成し、接続部形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコンをエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして接続部11gを設ける。なお、エッチングとしては、ドライエッチングを用いる。これにより、シリコン基板11に突起11jが形成される。
First, a
次いで、図2(c)に示すように、接続部11gを形成したシリコン基板11上にガラス基板13を置き、真空下で、このシリコン基板11及びガラス基板13を加熱し、シリコン基板11をガラス基板13に押圧して接続部11gをガラス基板13に押し込んで、シリコン基板11とガラス基板13とを接合する。このときの温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度(例えば、ガラスの軟化点温度以下)が好ましい。例えば加熱温度は約800℃である。
Next, as shown in FIG. 2 (c), a
さらに、シリコン基板11の接続部11gとガラス基板13との界面での密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板11及びガラス基板13にそれぞれ電極をつけて、約400℃以下の加熱下で約300V〜1kVの電圧を印加することにより行う。これにより両者の界面での密着性がより高くなり、静電容量型加速度センサのキャビティ15の気密性を向上させることができる。次いで、ガラス基板13の一方の主面側を研磨処理(ラップ加工)して、シリコン基板11の接続部11gを主面13aで露出させる。
Furthermore, in order to further improve the adhesion at the interface between the
次いで、図3(a)に示すように、シリコン基板11に可動電極11a、固定電極11b、錘部11c及びバネ部11fを含むパターンを形成する。この場合、前記パターンを有するマスクを用いてドライエッチングによりシリコン基板11にパターン形成する。このようにドライエッチングによりシリコン基板11を加工することにより、相対的に深くエッチングできるので、櫛歯11d,11eの厚さを厚くすることができ、櫛歯11d,11eの対向面積を大きくすることができる。その結果、高感度の静電容量型加速度センサを実現することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 3A, a pattern including a
次いで、図3(b)に示すように、シリコン基板11に形成したパターンをマスクとして、ガラス基板13をエッチングして可動電極用の櫛歯11dと固定電極用の櫛歯11eを形成する。この場合、固定電極用の櫛歯11eは、その一部がガラス基板13に埋め込まれる。ガラス基板13のエッチングを等方性のウェットエッチング又はドライエッチングで行うことで、図4(a)に示すように、ガラス基板13における櫛歯11eの埋め込み部にテーパ部13bが形成されたり、、図4(b)に示すように、ガラス基板13における櫛歯11eの埋め込み部は略平坦になる。なお、ガラス基板13における櫛歯11eの埋め込み部は、図4(a),(b)に示すような構成になっているが、他の図面においては、図面を簡単にするためにこの構成を示していない。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次いで、図5(a)に示すように、あらかじめキャビティ用の凹部を形成したガラス基板12を、その凹部がシリコン基板11に対向するようにして、シリコン基板11に接合する。このとき、シリコン基板11及びガラス基板12に対して、約400℃以下の加熱下で約500V程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板11とガラス基板12との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ15の気密性を向上させることができる。これにより、ガラス基板12の凹部とシリコン基板11との間にキャビティ15が形成される。そして、このキャビティ15内に、可動電極11a、固定電極11b、錘部11c及びバネ部11fが位置する。
Next, as shown in FIG. 5A, the
次いで、図5(b)に示すように、ガラス基板13の主面13aで露出した接続部11g上に引き出し電極14a,14bをそれぞれ形成する。この場合、ガラス基板13の主面13a上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、引き出し電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして引き出し電極14a,14bを設ける。
Next, as illustrated in FIG. 5B,
このようにして得られた静電容量型加速度センサは、可動電極11aが接続部11gを介して引き出し電極14aと電気的に接続され、固定電極11bが接続部11gを介して引き出し電極14bと電気的に接続されている。したがって、可動電極11aの櫛歯11dと固定電極11bの櫛歯11eとの間で検知された静電容量の変化の信号は、引き出し電極14a,14bから取得することができる。この信号に基づいて測定加速度を算出することができる。
In the capacitive acceleration sensor thus obtained, the
この静電容量型加速度センサにおいては、可動電極11aの櫛歯11dや固定電極11bの櫛歯11eの厚さをシリコン基板11と同程度に厚くすることができる。このため、高感度な加速度センサを実現することができる。また、この静電容量型加速度センサにおいては、可動電極11aや固定電極11bの櫛歯11d,11eの厚さをシリコン基板11と同程度に厚くすることができ、櫛歯11d,11eの幅を狭くすることがきるので、小型で高感度な加速度センサを実現することができる。さらに、引き出し電極14a,14bに対する引き出し部である接続部11gがシリコン基板11と同一材料で構成されるので、可動電極11aや固定電極11bの引き出し部における抵抗を小さくすることができる。
In this capacitance type acceleration sensor, the comb teeth 11d of the
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、図1(b)に示す構造では、可動電極及び錘部がY軸方向に伸縮自在になっており、Y軸方向の成分を検出するようになっている。X軸方向の成分を検出する場合には、図1(b)に示す構造を90度回転させて配置する。これにより、可動電極及び錘部をX軸方向に伸縮自在に構成することができ、X軸方向の成分を検出することができる。また、X軸方向の成分とY軸方向の成分を検出可能にするためには、図1(b)に示す構造と、図1(b)に示す構造を90度回転させた構造とを積層もしくは並べて設置することにより実現することができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented with various modifications. For example, in the structure shown in FIG. 1B, the movable electrode and the weight portion can be expanded and contracted in the Y-axis direction, and components in the Y-axis direction are detected. When detecting the component in the X-axis direction, the structure shown in FIG. Thereby, the movable electrode and the weight portion can be configured to be extendable and contractible in the X-axis direction, and the component in the X-axis direction can be detected. Further, in order to be able to detect the component in the X-axis direction and the component in the Y-axis direction, the structure shown in FIG. 1B and a structure obtained by rotating the structure shown in FIG. Or it can implement | achieve by installing side by side.
また、本発明の静電容量型加速度センサにおける可動電極、固定電極、錘部及びバネ部の構造、形状については、目的の範囲を逸脱しない限りにおいて特に限定されない。また、上記実施の形態で説明した数値や材質については特に制限はない。また、上記実施の形態におけるエッチングや被着処理については通常用いられる条件で行う。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。 In addition, the structures and shapes of the movable electrode, the fixed electrode, the weight portion, and the spring portion in the capacitive acceleration sensor of the present invention are not particularly limited as long as they do not depart from the intended scope. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the numerical value and material which were demonstrated by the said embodiment. In addition, the etching and deposition process in the above embodiment are performed under the conditions that are usually used. Further, the process described in the above embodiment is not limited to this, and the process may be performed by changing the order as appropriate. Other modifications may be made as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.
1 静電容量型加速度センサ
11 シリコン基板
11a 可動電極
11b 固定電極
11c 錘部
11d,11e 櫛歯
11f バネ部
11g 接続部
12,13 ガラス基板
14a,14b 引き出し電極
15 キャビティ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitance
Claims (5)
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JP2006214509A JP2008039595A (en) | 2006-08-07 | 2006-08-07 | Capacitance acceleration sensor |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2006
- 2006-08-07 JP JP2006214509A patent/JP2008039595A/en not_active Withdrawn
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