JP2009052899A - 慣性力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】陽極接合における質量体のキャップへの張り付きをより確実に防ぐことにより、歩留まりを向上することが可能な慣性力センサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】慣性力センサ１０１は、基板１５から離間して配置された質量体５と、質量体５を基板１５の主表面上に支持し、かつ剛性を有する第１の支持部４と、基板１５の主表面上に設けられ、質量体５を囲む枠体２と、質量体５を覆うように枠体２と陽極接合されたキャップ１９と、キャップ１９の質量体５と対向する主表面に設けられた導電膜２１と、導電膜２１と接するコンタクト電極２２と、コンタクト電極２２を基板１５の主表面上に支持し、かつ剛性を有する第２の支持部２３，２６とを備え、第２の支持部２３，２６の基板１５から導電膜２１への方向の剛性は、第１の支持部４の基板１５から導電膜２１への方向の剛性より低い。
【選択図】図２

Description

本発明は、慣性力センサおよびその製造方法に関し、特に、質量体を覆うように、キャップと、基板上に設けられた枠体とを陽極接合する慣性力センサおよびその製造方法に関する。

加速度、角速度および角加速度等の慣性力由来の特性を検出する従来の慣性力センサとして、たとえば、特許文献１には、以下のような加速度センサの製造方法が開示されている。すなわち、加速度センサは、基板と、基板上に形成されているセンサ素子（質量体）と、基板上に形成されており、平面視においてセンサ素子を囲繞しているポリシリコン接合枠と、端面においてポリシリコン接合枠の上面と接合することにより、所定の空間を隔ててセンサの上方を覆っているキャップと、センサ素子に対面するキャップの面上に形成されており、一部がポリシリコン接合枠と接合している第１のメタル膜と、第１の配線を介してセンサ素子と電気的に接続しており、基板上に形成されている第１のパッドと、基板と電気的に接続されている第２のパッドと、第２の配線を介してポリシリコン接合枠と電気的に接続されており、基板上に形成されている第３のパッドとを備える。この加速度センサにおいて、第１ないし第３のパッドを電気的に接続する第２のメタル膜を形成する工程と、この工程の後に、基板とキャップとの間に電圧を印加し、キャップとポリシリコン接合枠を陽極接合する工程と、この工程の後に、第２のメタル膜を除去する工程とを含む。
特開２００５−１７２５４３号公報

ところで、特許文献１記載の加速度センサにおいて、陽極接合において発生する静電引力によってセンサ素子がキャップに張り付くことを防ぐためには、第１のメタル膜とポリシリコン接合枠との確実な電気接続が必要である。この電気接続は、ポリシリコン接合枠の一部と第１のメタル膜とを物理的に接触させることにより実現される。しかしながら、陽極接合前において、ポリシリコン接合枠と、キャップとの接合面は、応力および加工精度等により、平坦とはならず、反りおよび凹凸が生じている。たとえば、多数のセンサ素子が形成されているウエハ全面において、陽極接合時に第１のメタル膜とポリシリコン接合枠とを物理的に確実に接触させることにより、両者を電気的に確実に接続することは困難である。そして、陽極接合のための電圧印加時に第１のメタル膜とセンサ素子とが同一電位でない場合には、センサ素子が静電引力により第１のメタル膜に移動して第１のメタル膜と張り付く。この張り付きによりセンサ素子の破損などが発生するため、加速度センサの歩留まりが低下してしまう。

それゆえに、本発明の目的は、陽極接合における質量体のキャップへの張り付きをより確実に防ぐことにより、歩留まりを向上することが可能な慣性力センサおよびその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる慣性力センサは、主表面を有する基板と、基板から離間して配置された質量体と、質量体を基板の主表面上に支持し、かつ剛性を有する第１の支持部と、基板の主表面上に設けられ、質量体を囲む枠体と、質量体を覆うように枠体と陽極接合されたキャップと、キャップの質量体と対向する主表面に設けられた導電膜と、導電膜と接するコンタクト電極と、コンタクト電極を基板の主表面上に支持し、かつ剛性を有する第２の支持部とを備え、第２の支持部の基板から導電膜への方向の剛性は、第１の支持部の基板から導電膜への方向の剛性より低い。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる慣性力センサの製造方法は、主表面を有する基板と、基板から離間して配置された質量体と、質量体を基板の主表面上に支持し、かつ剛性を有する第１の支持部と、基板の主表面上に設けられ、質量体を囲む枠体と、主表面に導電膜が設けられたキャップと、コンタクト電極と、コンタクト電極を基板の主表面上に支持し、かつ基板から導電膜への方向の剛性が第１の支持部より低い第２の支持部とを備えた慣性力センサの製造方法であって、枠体と、質量体と、コンタクト電極とを電気的に接続することにより同電位にするステップと、キャップが質量体と、コンタクト電極とを覆うように、かつキャップと枠体とが接するように配置するステップと、枠体とキャップとの間に、コンタクト電極が移動して導電膜に接するための第１電圧より小さい電圧を印加し、その後、枠体とキャップとの間に印加する電圧を徐々に上昇させて第１電圧以上とすることにより、枠体とキャップとを陽極接合するステップとを含む。

本発明によれば、陽極接合における質量体のキャップへの張り付きをより確実に防ぐことにより、歩留まりを向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの構成を示す平面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの図１におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。

図１〜図３を参照して、慣性力センサ１０１は、たとえば容量型加速度センサである。
慣性力センサ１０１は、慣性力検知部７と、電極パッド９〜１３と、可動コンタクト電極２２と、接合枠（枠体）２と、ガラスキャップ１９と、下層配線８と、シリコン基板１５と、絶縁膜１６，１７，１８と、金属薄膜２１と、支持梁（第２の弾性部）２３，２６と、アンカー２４，２７と、信号処理部５１とを備える。慣性力検知部７は、アンカー３と、梁（第１の弾性部）４と、可動質量体５と、検出電極６ａ，６ｂとを含む。

アンカー３は、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられ、梁４がシリコン基板１５から離間するように梁４をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持する。梁４は、可動質量体５がシリコン基板１５から離間するように可動質量体５をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持する。

接合枠２は、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられ、慣性力検知部７、可動コンタクト電極２２、支持梁２３，２６およびアンカー２４，２７を囲む。

ガラスキャップ１９は、慣性力検知部７、可動コンタクト電極２２、支持梁２３，２６およびアンカー２４，２７を覆うように接合枠２と陽極接合されている。より詳細には、慣性力検知部７、可動コンタクト電極２２、支持梁２３，２６およびアンカー２４，２７は、接合枠２と、ガラスキャップ１９と、シリコン基板１５とによって封止されている。

金属薄膜２１は、ガラスキャップ１９の下面すなわち可動質量体５と対向する主表面Ｓ２上に設けられている。

可動コンタクト電極２２は、接合枠２と、ガラスキャップ１９と、シリコン基板１５とで形成された密封キャビディー２０内に配置される。また、可動コンタクト電極２２は、金属薄膜２１と接している。

アンカー２４，２７は、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられ、支持梁２３，２６がシリコン基板１５から離間するように支持梁２３，２６をそれぞれシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持する。支持梁２３，２６は、可動コンタクト電極２２がシリコン基板１５から離間するように可動コンタクト電極２２をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持する。

可動コンタクト電極２２の面外剛性および可動コンタクト電極２２を支持する支持梁２３，２６の面外剛性は、可動質量体５の面外剛性および可動質量体５を支持する梁４の面外剛性より低く、たとえば１／２以下に設定される。このため、可動コンタクト電極２２は可動質量体５と比べて面外方向に動きやすい。ここで、面外方向とは、シリコン基板１５から金属薄膜２１への方向（図２において紙面上方向）を意味する。

電極パッド１１は、可動質量体５と電気的に接続されている。電極パッド１０は、検出電極６ａと電気的に接続されている。電極パッド１３は、検出電極６ｂと電気的に接続されている。電極パッド９は、可動コンタクト電極２２と電気的に接続されている。ここで、シリコン基板１５と接合枠２とは電気的に接続されている。たとえば、図示していないが、接合枠２はアンカー２４および２７と接することにより、シリコン基板１５と電気的に接続される構成であってもよい。すなわち、電極パッド１２は、シリコン基板１５を介して接合枠２と電気的に接続されている。

下層配線８は、絶縁膜１６と絶縁膜１８とに挟まれ、かつ絶縁膜１７と同じ層に埋め込まれている。下層配線８は、接合枠２の下を通り、可動質量体５と電極パッド１１とを電気的に接続し、検出電極６ａと電極パッド１０とを電気的に接続し、検出電極６ｂと電極パッド１３とを電気的に接続し、可動コンタクト電極２２と電極パッド９とを電気的に接続している。また、電極パッド１２は、シリコン基板１５の電位を決めるパッドである。

電極パッド１０，１１，１３は、たとえば信号処理ＩＣ（Integrated Circuit）である信号処理部５１とワイヤで接続されている。

シリコン基板１５は、絶縁膜１６，１７，１８により、可動質量体５と電気的に絶縁されている。

接合枠２は、ガラスキャップ１９と陽極接合によって接合されている。ここで、陽極接合とは、たとえばガラスとシリコン基板との間に数百〜数キロボルトの高電圧を印加することによりガラスとシリコンとを化学的に接合する方法である。

アンカー２４，２７は、可動コンタクト電極２２とシリコン基板１５とを接続している。アンカー２４は、下層配線８を介して電極パッド９と電気的に接続されている。

慣性力検知部７、接合枠２、可動コンタクト電極２２、支持梁２３，２６およびアンカー２４，２７は、たとえば同一の導電材料で構成されている。この材料は、たとえば、不純物をドープした導電性を有するポリシリコン、あるいは単結晶シリコンである。下層配線８はたとえば導電性を有するポリシリコンで構成されている。絶縁膜１６〜１８はたとえばシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜などの薄膜絶縁材料で構成されている。

可動質量体５は、可動電極として機能する。梁４は、可動質量体５と一体に形成され、検出すべき加速度の方向Ａに伸縮することにより、可動質量体５を方向Ａに沿って移動させる。

図１の紙面左右方向Ａに加速度が印加されると、可動質量体５が移動する。この移動により生じる可動質量体５と検出電極６ａ，６ｂとの間の静電容量変化に基づいて加速度が検出される。すなわち、信号処理部５１は、電極パッド１０，１１，１３を介して検出した可動質量体５と検出電極６ａ，６ｂとの間の静電容量変化を検出し、検出した静電容量変化を加速度に変換する。

次に、慣性力センサ１０１の製造方法について説明する。
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの製造方法を説明するための平面図である。図４は、ガラスキャップが接合される前の慣性力センサ１０１の構成を示している。図５は、図４に示すＶ−Ｖ断面を示す断面図である。

図４および図５を参照して、シリコン基板１５上の慣性力検知部７およびガラスキャップ１９等の加工は、シリコン基板１５上への薄膜堆積、パターニングおよびエッチングならびにガラス基板の加工および金属薄膜形成により実施される。

より詳細には、まず、主表面Ｓ１を有するシリコン基板１５と、シリコン基板１５から離間して配置された可動質量体５と、可動質量体５をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持し、かつ剛性を有する梁４と、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられた検出電極６ａ，６ｂと、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられ、慣性力検知部７を囲む接合枠２と、主表面に金属薄膜２１が設けられたガラスキャップ１９と、可動コンタクト電極２２と、可動コンタクト電極２２をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持し、かつシリコン基板１５から金属薄膜２１への方向の剛性が梁４より低い支持梁２３，２６とを各種加工作業により準備する。

図５を参照して、電極パッド９，１０，１１，１２，１３を互いに電気的に接続する金属薄膜２５を形成する。すなわち、ガラスキャップ１９と接合枠２との陽極接合を行なう前に、電極パッド９，１０，１１，１２，１３を金属薄膜２５によりすべてショートする。これにより、シリコン基板１５と、接合枠２と、可動質量体５と、検出電極６ａ，６ｂと、可動コンタクト電極２２とを同一電位たとえばグランド電位とする。

次に、ガラスキャップ１９と接合枠２との位置合わせを行なう。すなわち、ガラスキャップ１９が慣性力検知部７と、可動コンタクト電極２２と、支持梁２３，２６とを覆うように、かつガラスキャップ１９と接合枠２とが接するように配置する。

次に、４００℃程度シリコン基板１５を加熱する。そして、ガラスキャップ１９にマイナス電圧を印加することにより、接合枠２とガラスキャップ１９とを陽極接合する。

すなわち、接合枠２とガラスキャップ１９との間に、可動コンタクト電極２２が移動して金属薄膜２１に接するための電圧Ｖ１より小さい電圧を印加する。その後、接合枠２とガラスキャップ１９との間に印加する電圧を徐々に上昇させて電圧Ｖ１以上とすることにより、接合枠２とガラスキャップ１９とを陽極接合する。

この陽極接合工程後、金属薄膜２５を除去する。
図６は、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの製造方法における陽極接合時の時間と印加電圧との関係を示す図である。

図６を参照して、接合枠２とガラスキャップ１９との間の印加電圧は急激に大きい電圧とするのではなく、０Ｖから徐々に上昇させて電圧Ｖ１に到達させ、その後、電圧Ｖ１より大きい電圧Ｖ２に到達させ、最終的に電圧Ｖ２より大きい電圧Ｖ３に到達させる。

ここで、電圧Ｖ１は、可動コンタクト電極２２が静電引力によりガラスキャップ１９に移動して張り付く電圧である。また、電圧Ｖ２は、可動コンタクト電極２２とガラスキャップ１９との張り付きがないと仮定した場合において、可動質量体５が静電引力により移動してガラスキャップ１９に張り付く電圧である。

まず、印加電圧を０ボルトから電圧Ｖ１に徐々に上昇させる。そうすると、可動コンタクト電極２２は静電引力によってガラスキャップ１９に張り付く。このとき、慣性力センサ１０１は、図２および図３に示す断面構造を有する。

そして、可動コンタクト電極２２はそのままガラスキャップ１９に接合され、固定される。ここで、可動コンタクト電極２２の一部は金属薄膜２１と接触する。これにより、金属薄膜２１と、可動コンタクト電極２２および可動質量体５とは同電位となる。

ここで、金属薄膜２１は、陽極接合の温度において可動コンタクト電極２２と共に合金層を形成するアルミおよび金等の金属で形成されている。このような構成により、可動コンタクト電極２２はガラスキャップ１９と強固に接合するため、可動コンタクト電極２２と金属薄膜２１とは接触抵抗が低くなることから良好な導通状態となる。

次に、印加電圧を電圧Ｖ２に上昇させる。ここで、可動質量体５と金属薄膜２１とは同電位になっているため静電引力が発生しないことから、可動質量体５はガラスキャップ１９の方向に変位しない。なお、可動コンタクト電極２２はガラスキャップ１９と強固に接合しているため、慣性力などによる変位は生じない。

ここで、慣性力センサ１０１の製造方法において、電極パッド９および１１と電極パッド１２とをショートしないと仮定した場合、可動質量体５および可動コンタクト電極２２はシリコン基板１５と電気的に分離されているため、電位が固定されない。この場合、可動質量体５と対向するガラスキャップ１９の主表面に設けられる金属薄膜２１も、電位が固定されない。

可動コンタクト電極２２の張り付きによる金属薄膜２１、可動コンタクト電極２２および可動質量体５の電位固定がない場合には、可動質量体５および可動コンタクト電極２２は、静電引力によってガラスキャップ１９側に引かれて張り付く。すなわち、可動質量体５は金属薄膜２１と接触する。可動質量体５は、接触状態によっては陽極接合工程後も金属薄膜２１に張り付いたままとなるか、あるいは接触時に損傷を受ける可能性があり、慣性力センサ１０１の歩留まりが大幅に低下する。

また、特許文献１記載の技術では、陽極接合時の静電引力によってセンサ素子がキャップに張り付くことを防ぐために、陽極接合時に第１のメタル膜とポリシリコン接合枠とを物理的に接触させる。しかしながら、陽極接合前において、ポリシリコン接合枠と、キャップとの接合面は、応力および加工精度等により、平坦とはならず、反りおよび凹凸が生じているため、第１のメタル膜とポリシリコン接合枠とを物理的に確実に接触させることは困難である。

しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの製造方法では、まず、主表面Ｓ１を有するシリコン基板１５と、シリコン基板１５から離間して配置された可動質量体５と、可動質量体５をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持し、かつ剛性を有する梁４と、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられ、慣性力検知部７を囲む接合枠２と、主表面に金属薄膜２１が設けられたガラスキャップ１９と、可動コンタクト電極２２と、可動コンタクト電極２２をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持し、かつシリコン基板１５から金属薄膜２１への方向の剛性が梁４より低い支持梁２３，２６とを各種加工作業により準備する。次に、シリコン基板１５と、接合枠２と、可動質量体５と、検出電極６ａ，６ｂと、可動コンタクト電極２２とを電気的に接続することにより同一電位たとえばグランド電位とする。次に、ガラスキャップ１９が慣性力検知部７と、可動コンタクト電極２２と、支持梁２３，２６とを覆うように、かつガラスキャップ１９と接合枠２とが接するように配置する。次に、接合枠２とガラスキャップ１９との間に、可動コンタクト電極２２が移動して金属薄膜２１に接するための電圧Ｖ１より小さい電圧を印加する。その後、接合枠２とガラスキャップ１９との間に印加する電圧を徐々に上昇させて電圧Ｖ１以上とすることにより、接合枠２とガラスキャップ１９とを陽極接合する。

すなわち、陽極接合前に電極パッド９，１１，１２をショートすることにより、接合枠２と、可動質量体５および可動コンタクト電極２２とを同電位にする。そして、この状態で陽極接合することにより、弱いバネ構造で支持されている可動コンタクト電極２２が先にガラスキャップ１９に張り付く、すなわち金属薄膜２１と電気的に接触するため、金属薄膜２１の電位がグランドに固定される。金属薄膜２１の電位が可動質量体５と同電位となるため、可動質量体５がガラスキャップ１９側に静電引力で引かれなくなることから、可動質量体５と金属薄膜２１との接触を回避することができる。すなわち、特許文献１記載の技術のように、第１のメタル膜とポリシリコン接合枠とを物理的に接触させることなく、金属薄膜２１と可動質量体５と可動コンタクト電極２２とを確実に同電位にすることができるため、慣性力センサの歩留まりを向上することができる。

また、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの製造方法では、電極パッド９，１１，１２だけでなく電極パッド１０，１３も全てショートしてグランド電位に接続する。このような構成により、慣性力センサ１０１の検出電極６ａ，６ｂと可動質量体５との間に静電引力が発生して検出電極６ａ，６ｂと可動質量体５との張り付きが生じることを防ぐことができる。

また、シリコン基板１５およびガラスキャップ１９はウエハ全面において接合前に物理接触しているわけではなく、隙間が空いている可能性がある。したがって、可動コンタクト電極２２がガラスキャップ１９に張り付く電圧Ｖ１および可動質量体５がガラスキャップ１９に張り付く電圧Ｖ２はウエハ全面で同一値ではなく、ばらつく。

そこで、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの製造方法では、接合枠２とガラスキャップ１９との間にステップ的に電圧を印加するのではなく、アナログ的に電圧を印加する。このような構成により、多数の慣性力検知部７が形成されているウエハ全面において、陽極接合時に金属薄膜２１と可動コンタクト電極２２とを物理的に確実に接触させることができるため、金属薄膜２１と可動質量体５と可動コンタクト電極２２とを確実に同電位にすることができる。

なお、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサは、加速度センサであるとしたが、これに限定するものではなく、角速度センサ等、キャビティ内に可動構造体（可動質量体）を備え、陽極接合において可動構造体とキャップとが静電引力によって張り付く可能性のあるセンサであれば、本発明を適用することにより、歩留まり向上の効果が得られる。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る慣性力センサと比べて可動コンタクト電極を複数個備える構成とした慣性力センサに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る慣性力センサと同様である。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係る慣性力センサの構成を示す図である。
図７を参照して、慣性力センサ１０２は、本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサと比べて、さらに、可動コンタクト電極３５と、支持梁３１，３３と、アンカー３２，３４を備える。また、慣性力センサ１０２は、信号処理部５１の代わりに信号処理部５２を備える。信号処理部５２は、測定部６１を含む。

接合枠２は、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられ、慣性力検知部７、可動コンタクト電極２２，３５、支持梁２３，２６，３１，３３およびアンカー２４，２７，３２，３４を囲む。

ガラスキャップ１９は、慣性力検知部７、可動コンタクト電極２２，３５、支持梁２３，２６，３１，３３およびアンカー２４，２７，３２，３４を覆うように接合枠２と陽極接合されている。より詳細には、慣性力検知部７、可動コンタクト電極２２，３５、支持梁２３，２６，３１，３３およびアンカー２４，２７，３２，３４は、接合枠２と、ガラスキャップ１９と、シリコン基板１５とによって封止されている。

金属薄膜２１は、ガラスキャップ１９の下面すなわち可動質量体５と対向する主表面Ｓ２上に設けられている。

可動コンタクト電極２２，３５は、接合枠２と、ガラスキャップ１９と、シリコン基板１５とで形成された密封キャビディー２０内に配置される。また、可動コンタクト電極２２，３５は、金属薄膜２１と接している。

アンカー２４，２７は、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられ、支持梁２３，２６がシリコン基板１５から離間するように支持梁２３，２６をそれぞれシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持する。支持梁２３，２６は、可動コンタクト電極２２がシリコン基板１５から離間するように可動コンタクト電極２２をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持する。

アンカー３２，３４は、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられ、支持梁３１，３３がシリコン基板１５から離間するように支持梁３１，３３をそれぞれシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持する。支持梁３１，３３は、可動コンタクト電極３５がシリコン基板１５から離間するように可動コンタクト電極３５をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持する。

可動コンタクト電極２２の面外剛性および可動コンタクト電極２２を支持する支持梁２３，２６の面外剛性は、可動質量体５の面外剛性および可動質量体５を支持する梁４の面外剛性より低く、たとえば１／２以下に設定される。また、可動コンタクト電極３５の面外剛性および可動コンタクト電極３５を支持する支持梁３１，３３の面外剛性は、可動質量体５の面外剛性および可動質量体５を支持する梁４の面外剛性より低く、たとえば１／２以下に設定される。このため、可動コンタクト電極２２，３５は可動質量体５と比べて面外方向に動きやすい。ここで、面外方向とは、シリコン基板１５から金属薄膜２１への方向を意味する。

電極パッド１１は、可動質量体５と電気的に接続されている。電極パッド１０は、検出電極６ａと電気的に接続されている。電極パッド１３は、検出電極６ｂと電気的に接続されている。電極パッド９は、可動コンタクト電極２２と電気的に接続されている。電極パッド１４は、可動コンタクト電極３５と電気的に接続されている。ここで、シリコン基板１５と接合枠２とは電気的に接続されている。たとえば、図示していないが、接合枠２はアンカー２４，２７，３２，３４と接することにより、シリコン基板１５と電気的に接続される構成であってもよい。すなわち、電極パッド１２は、シリコン基板１５を介して接合枠２と電気的に接続されている。

下層配線８は、絶縁膜１６と絶縁膜１８とに挟まれ、かつ絶縁膜１７と同じ層に埋め込まれている。下層配線８は、接合枠２の下を通り、可動質量体５と電極パッド１１とを電気的に接続し、検出電極６ａと電極パッド１０とを電気的に接続し、検出電極６ｂと電極パッド１３とを電気的に接続し、可動コンタクト電極２２と電極パッド９とを電気的に接続し、可動コンタクト電極３５と電極パッド１４とを電気的に接続している。また、電極パッド１２は、シリコン基板１５の電位を決めるパッドである。

電極パッド１０，１１，１３，１４は、たとえば信号処理ＩＣ（Integrated Circuit）である信号処理部５１とワイヤで接続されている。

シリコン基板１５は、絶縁膜１６，１７，１８により、可動質量体５と電気的に絶縁されている。

接合枠２は、ガラスキャップ１９と陽極接合によって接合されている。ここで、陽極接合とは、たとえばガラスとシリコン基板との間に数百〜数キロボルトの高電圧を印加することによりガラスとシリコンとを化学的に接合する方法である。

アンカー２４，２７は、可動コンタクト電極２２とシリコン基板１５とを接続している。アンカー２４は、下層配線８を介して電極パッド９と電気的に接続されている。また、アンカー３２，３４は、可動コンタクト電極３５とシリコン基板１５とを接続している。アンカー３２は、下層配線８を介して電極パッド１４と電気的に接続されている。

慣性力検知部７、接合枠２、可動コンタクト電極２２，３５、支持梁２３，２６，３１，３３およびアンカー２４，２７，３２，３４は、たとえば同一の導電材料で構成されている。この材料は、たとえば、不純物をドープした導電性を有するポリシリコン、あるいは単結晶シリコンである。下層配線８はたとえば導電性を有するポリシリコンで構成されている。絶縁膜１６〜１８はたとえばシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜などの薄膜絶縁材料で構成されている。

次に、慣性力センサ１０２の製造方法について説明する。
シリコン基板１５上の慣性力検知部７およびガラスキャップ１９等の加工は、シリコン基板１５上への薄膜堆積、パターニングおよびエッチングならびにガラス基板の加工および金属薄膜形成により実施される。

より詳細には、まず、主表面Ｓ１を有するシリコン基板１５と、シリコン基板１５から離間して配置された可動質量体５と、可動質量体５をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持し、かつ剛性を有する梁４と、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられた検出電極６ａ，６ｂと、シリコン基板１５の主表面Ｓ１上に設けられ、慣性力検知部７を囲む接合枠２と、主表面に金属薄膜２１が設けられたガラスキャップ１９と、可動コンタクト電極２２，３５と、可動コンタクト電極２２をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持し、かつシリコン基板１５から金属薄膜２１への方向の剛性が梁４より低い支持梁２３，２６と、可動コンタクト電極３５をシリコン基板１５の主表面Ｓ１上に支持し、かつシリコン基板１５から金属薄膜２１への方向の剛性が梁４より低い支持梁３１，３３とを各種加工作業により準備する。

次に、電極パッド９，１０，１１，１２，１３，１４を互いに電気的に接続する金属薄膜２５を形成する。すなわち、ガラスキャップ１９と接合枠２との陽極接合を行なう前に、電極パッド９，１０，１１，１２，１３，１４を金属薄膜２５によりすべてショートする。これにより、シリコン基板１５と、接合枠２と、可動質量体５と、検出電極６ａ，６ｂと、可動コンタクト電極２２，３５とを同一電位たとえばグランド電位とする。

次に、ガラスキャップ１９と接合枠２との位置合わせを行なう。すなわち、ガラスキャップ１９が慣性力検知部７と、可動コンタクト電極２２，３５と、支持梁２３，２６，３１，３３とを覆うように、かつガラスキャップ１９と接合枠２とが接するように配置する。

次に、４００℃程度シリコン基板１５を加熱する。そして、ガラスキャップ１９にマイナス電圧を印加することにより、接合枠２とガラスキャップ１９とを陽極接合する。

すなわち、接合枠２とガラスキャップ１９との間に、可動コンタクト電極２２，３５が移動して金属薄膜２１に接するための電圧Ｖ１より小さい電圧を印加する。その後、接合枠２とガラスキャップ１９との間に印加する電圧を徐々に上昇させて電圧Ｖ１以上とすることにより、接合枠２とガラスキャップ１９とを陽極接合する。

この陽極接合工程後、金属薄膜２５を除去する。そして、測定部６１により、可動コンタクト電極２２，３５間が導通しているかどうかを測定する。

本発明の第２の実施の形態に係る慣性力センサの製造方法では、可動コンタクト電極および支持梁を準備する工程において、複数個の可動コンタクト電極と、対応の複数個の支持梁とを準備する。このように、金属薄膜２１に接触させるための可動コンタクト電極を複数個使用することにより、陽極接合において金属薄膜２１の電位を確実に固定することができるため、慣性力センサの歩留まりを向上させることができる。

また、本発明の第２の実施の形態に係る慣性力センサの製造方法では、さらに、接合枠２とガラスキャップ１９とを陽極接合した後、複数個の可動コンタクト電極間が導通しているかどうかを測定する。これにより、ウエハ上で金属薄膜２１の電位固定状態を容易に調べることができる。すなわち、金属薄膜２１の存在によって、可動質量体５を可視することは困難であるが、測定部６１による金属薄膜２１を介した可動コンタクト電極間の導通状態の確認により、陽極接合による可動質量体５のガラスキャップ１９への張り付きの有無を容易に検出することができるため、慣性力センサの信頼性を向上することができる。

その他の内容は第１の実施の形態に係る慣性力センサおよびその製造方法と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。したがって、本発明の第２の実施の形態に係る慣性力センサおよびその製造方法では、第１の実施の形態に係る慣性力センサおよびその製造方法と同様に、陽極接合における質量体のキャップへの張り付きをより確実に防ぐことにより、歩留まりを向上することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの図１におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの製造方法を説明するための平面図である。 図４に示すＶ−Ｖ断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る慣性力センサの製造方法における陽極接合時の時間と印加電圧との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る慣性力センサの構成を示す図である。

符号の説明

２ 接合枠（枠体）、３，２４，２７，３２，３４ アンカー、４ 梁（第１の弾性部）、５ 可動質量体、６ａ，６ｂ 検出電極、７ 慣性力検知部、８ 下層配線、９〜１３ 電極パッド、１５ シリコン基板、１６，１７，１８ 絶縁膜、１９ ガラスキャップ、２１ 金属薄膜、２２，３５ 可動コンタクト電極、２３，２６，３１，３３ 支持梁（第２の弾性部）、５１，５２ 信号処理部、６１ 測定部、１０１，１０２ 慣性力センサ。

Claims (9)

1. 主表面を有する基板と、
   前記基板から離間して配置された質量体と、
   前記質量体を前記基板の主表面上に支持し、かつ剛性を有する第１の支持部と、
   前記基板の主表面上に設けられ、前記質量体を囲む枠体と、
   前記質量体を覆うように前記枠体と陽極接合されたキャップと、
   前記キャップの前記質量体と対向する主表面に設けられた導電膜と、
   前記導電膜と接するコンタクト電極と、
   前記コンタクト電極を前記基板の主表面上に支持し、かつ剛性を有する第２の支持部とを備え、
   前記第２の支持部の前記基板から前記導電膜への方向の剛性は、前記第１の支持部の前記基板から前記導電膜への方向の剛性より低い慣性力センサ。
2. 前記コンタクト電極は、ポリシリコンまたは単結晶シリコンで形成されており、
   前記導電膜は、前記陽極接合時の温度において前記コンタクト電極と共に合金層を形成する金属で形成されている請求項１記載の慣性力センサ。
3. 前記慣性力センサは、さらに、
   前記基板の主表面上に設けられた検出電極と、
   前記質量体と電気的に接続された第１の電極パッドと、
   前記検出電極と電気的に接続された第２の電極パッドと、
   前記コンタクト電極と電気的に接続された第３の電極パッドと、
   前記枠体と電気的に接続された第４の電極パッドとを備える請求項１記載の慣性力センサ。
4. 前記慣性力センサは、前記コンタクト電極および対応の前記第２の支持部をそれぞれ複数個備え、前記複数個のコンタクト電極は、前記導電膜と複数箇所で接する請求項１記載の慣性力センサ。
5. 前記慣性力センサは、さらに、
   前記複数個のコンタクト電極間が導通しているかどうかを測定する測定部を備える請求項４記載の慣性力センサ。
6. 主表面を有する基板と、前記基板から離間して配置された質量体と、前記質量体を前記基板の主表面上に支持し、かつ剛性を有する第１の支持部と、前記基板の主表面上に設けられ、前記質量体を囲む枠体と、主表面に導電膜が設けられたキャップと、コンタクト電極と、前記コンタクト電極を前記基板の主表面上に支持し、かつ前記基板から前記導電膜への方向の剛性が前記第１の支持部より低い第２の支持部とを備えた慣性力センサの製造方法であって、
   前記枠体と、前記質量体と、前記コンタクト電極とを電気的に接続することにより同電位にするステップと、
   前記キャップが前記質量体と、前記コンタクト電極とを覆うように、かつ前記キャップと前記枠体とが接するように配置するステップと、
   前記枠体と前記キャップとの間に、前記コンタクト電極が移動して前記導電膜に接するための第１電圧より小さい電圧を印加し、その後、前記枠体と前記キャップとの間に印加する電圧を徐々に上昇させて前記第１電圧以上とすることにより、前記枠体と前記キャップとを陽極接合するステップとを含む慣性力センサの製造方法。
7. 前記慣性力センサは、さらに、
   前記基板の主表面上に設けられた検出電極と、前記質量体と電気的に接続された第１の電極パッドと、前記検出電極と電気的に接続された第２の電極パッドと、前記コンタクト電極と電気的に接続された第３の電極パッドと、前記枠体と電気的に接続された第４の電極パッドとを備え、
   前記枠体と、前記質量体と、前記コンタクト電極とを同電位にするステップにおいては、
   前記第１の電極パッドと、前記第２の電極パッドと、前記第３の電極パッドと、前記第４の電極パッドとをショートする請求項６記載の慣性力センサの製造方法。
8. 前記慣性力センサの製造方法は、さらに、
   ポリシリコンまたは単結晶シリコンで前記コンタクト電極を形成するステップと、
   前記陽極接合によって前記コンタクト電極と共に合金層を形成する金属で前記導電膜を形成するステップとを含む請求項６記載の慣性力センサの製造方法。
9. 前記慣性力センサは、複数個の前記コンタクト電極と、対応の複数個の前記第２の支持部とを備え、
   前記慣性力センサの製造方法は、さらに、
   前記枠体と前記キャップとを陽極接合した後、前記複数個のコンタクト電極間が導通しているかどうかを測定するステップを含む請求項６記載の慣性力センサの製造方法。

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