JP3019701B2 - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加速度センサに関し、
特にセンサ機能の自己診断部の改良に関する。
特にセンサ機能の自己診断部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】加速度センサの第１の従来例として、例
えば図４に示すようなものがある（Stephen C.Terry,Di
ederik W.de Bruin,Henry V.Allen,"Self-testable Acc
elerometer Microsystem",Micro System Technologies
,90,Berlin,Germany,pp.611〜616(1990))。この従来例
は、両持ち梁式半導体加速度センサであり、靜電駆動型
自己診断機能を有している。図１において、１はシリコ
ンセンサチップであり、裏面からの異方性エッチングに
より肉薄の梁２が形成されていて、これが中央の重り部
３を両側から支持するいわゆる両持ち梁構造となってい
る。センサチップ１の上面には凹部１３を有するシリコ
ンのキャップ１２、下面には凹部６を有するシリコンの
台座５がそれぞれ合金接合等により接合されていて、被
検出加速度に応じて重り部３が上下に変位でき、且つそ
の変位が凹部６，１３中の突起部１４，１５により制限
され、過大加速度が加わった時の梁２の破損が防止され
るような構成となっている。梁２の表面部にはピエゾ抵
抗４が形成されており、加速度印加により重り部３が変
位し、梁２の表面部に応力が生じるとその抵抗値が変化
して加速度が検出されるようになっている。図の例では
ピエゾ抵抗４が梁２の支持部側と重り部３側に形成され
ていて、この両側で応力が逆極性となることを利用して
クルブリッジ（図示せず）を構成し、他軸感度の低減が
可能となっている。キャップ１２及び台座５により重り
部３との間に形成された狭いエアギャップは前述のよう
に重り部３のストッパとして機能するばかりでなく、梁
２の共振を抑制するエアダンピングを可能としている。
ここでエアダンピングとは、重り部３が変位しようとす
ると、狭いエアギャップに存在する粘性を有する気体が
エアギャップの外部に押し出されるか或いは内部に流れ
込む時に起きる気体同士或いは気体と半導体面又は金属
電極面との摩擦により重り部３の変位方向とは逆方向に
生じる抵抗力である。
えば図４に示すようなものがある（Stephen C.Terry,Di
ederik W.de Bruin,Henry V.Allen,"Self-testable Acc
elerometer Microsystem",Micro System Technologies
,90,Berlin,Germany,pp.611〜616(1990))。この従来例
は、両持ち梁式半導体加速度センサであり、靜電駆動型
自己診断機能を有している。図１において、１はシリコ
ンセンサチップであり、裏面からの異方性エッチングに
より肉薄の梁２が形成されていて、これが中央の重り部
３を両側から支持するいわゆる両持ち梁構造となってい
る。センサチップ１の上面には凹部１３を有するシリコ
ンのキャップ１２、下面には凹部６を有するシリコンの
台座５がそれぞれ合金接合等により接合されていて、被
検出加速度に応じて重り部３が上下に変位でき、且つそ
の変位が凹部６，１３中の突起部１４，１５により制限
され、過大加速度が加わった時の梁２の破損が防止され
るような構成となっている。梁２の表面部にはピエゾ抵
抗４が形成されており、加速度印加により重り部３が変
位し、梁２の表面部に応力が生じるとその抵抗値が変化
して加速度が検出されるようになっている。図の例では
ピエゾ抵抗４が梁２の支持部側と重り部３側に形成され
ていて、この両側で応力が逆極性となることを利用して
クルブリッジ（図示せず）を構成し、他軸感度の低減が
可能となっている。キャップ１２及び台座５により重り
部３との間に形成された狭いエアギャップは前述のよう
に重り部３のストッパとして機能するばかりでなく、梁
２の共振を抑制するエアダンピングを可能としている。
ここでエアダンピングとは、重り部３が変位しようとす
ると、狭いエアギャップに存在する粘性を有する気体が
エアギャップの外部に押し出されるか或いは内部に流れ
込む時に起きる気体同士或いは気体と半導体面又は金属
電極面との摩擦により重り部３の変位方向とは逆方向に
生じる抵抗力である。
【０００３】また、重り部３の上には自己診断用の金属
電極１６が形成されていてキャップ１２と狭いエアギャ
ップを介して対向している。キャップ１２の凹部１３に
も自己診断用の金属電極（図示せず）が形成されてお
り、この金属電極はセンサチップ１とキャップ１２との
接合部においてセンサチップ１上の金属配線（図示せ
ず）に電気的に接続されてボンディングパッド１７に引
き出されている。このキャップ１２側の金属電極と重り
部３上の金属電極１６との間に電圧を印加すると靜電力
により重り部３は上側に変位し、被検出加速度が加わっ
た時と同様な応力を梁２に発生させることができる。こ
の時のセンサ出力をチェックすることによりセンサの検
出機能を確認するいわゆる自己診断が可能となる。
電極１６が形成されていてキャップ１２と狭いエアギャ
ップを介して対向している。キャップ１２の凹部１３に
も自己診断用の金属電極（図示せず）が形成されてお
り、この金属電極はセンサチップ１とキャップ１２との
接合部においてセンサチップ１上の金属配線（図示せ
ず）に電気的に接続されてボンディングパッド１７に引
き出されている。このキャップ１２側の金属電極と重り
部３上の金属電極１６との間に電圧を印加すると靜電力
により重り部３は上側に変位し、被検出加速度が加わっ
た時と同様な応力を梁２に発生させることができる。こ
の時のセンサ出力をチェックすることによりセンサの検
出機能を確認するいわゆる自己診断が可能となる。
【０００４】ところで、靜電駆動型自己診断の出力は大
きい程理想的であり、そのためには、重り部３上の金属
電極１６とキャップ１２側の金属電極との間のエアギャ
ップは１〜２μｍ程度と狭くしなければならない。しか
しエアギャップが狭くなるとエアダンピングが効き過ぎ
て加速度センサの応答性が劣化するという問題がある。
きい程理想的であり、そのためには、重り部３上の金属
電極１６とキャップ１２側の金属電極との間のエアギャ
ップは１〜２μｍ程度と狭くしなければならない。しか
しエアギャップが狭くなるとエアダンピングが効き過ぎ
て加速度センサの応答性が劣化するという問題がある。
【０００５】図５には、加速度センサの第２の従来例を
示す（特開平２−１１６７５５号公報）。加速度センサ
としての基本構成は第１の従来例と同じであるが、靜電
駆動型自己診断部の構成が異なっている。この従来例で
は上側のキャップが無く、台座１８の表面に形成された
凹部６内の面と重り部３の底面にそれぞれ自己診断用の
金属電極７，８が対向して形成されていて靜電アクチュ
エータが構成されている。通常、このような構成は台座
１８をパイレックスガラスを用いて加工し、最後にシリ
コンのセンサチップ１と陽極接合することにより作製さ
れる。しかし、この従来例においても前記第１の従来例
と同様に両金属電極７，８間のエアギャップが狭くなる
とエアダンピングが効き過ぎて加速度センサの応答性が
劣化するという問題があった。
示す（特開平２−１１６７５５号公報）。加速度センサ
としての基本構成は第１の従来例と同じであるが、靜電
駆動型自己診断部の構成が異なっている。この従来例で
は上側のキャップが無く、台座１８の表面に形成された
凹部６内の面と重り部３の底面にそれぞれ自己診断用の
金属電極７，８が対向して形成されていて靜電アクチュ
エータが構成されている。通常、このような構成は台座
１８をパイレックスガラスを用いて加工し、最後にシリ
コンのセンサチップ１と陽極接合することにより作製さ
れる。しかし、この従来例においても前記第１の従来例
と同様に両金属電極７，８間のエアギャップが狭くなる
とエアダンピングが効き過ぎて加速度センサの応答性が
劣化するという問題があった。
【０００６】このエアダンピングによるセンサ応答性を
改善するようにした第３の従来例として、図６に示すよ
うな構成がある（特開平５−２６９０３号公報）。この
従来例ではシリコン台座５の凹部６内の面にエアダンピ
ング低減用の溝１９を形成し、この溝１９に沿って金属
電極７が形成されている。そして重り部３の変位時にエ
アギャップ内の気体を溝１９に逃すことにより通気抵抗
を低減させ、エアダンピングの低減効果を確保してい
る。しかし、この従来例では、溝１９に沿って金属電極
７が形成されているため、自己診断時の靜電力印加に寄
与する金属電極７の有効面積７は、溝１９部分以外の平
面部分が支配的となるために小さくなり、自己診断出力
が低下（即ち靜電力が低下）する。靜電力Ｆは次式で表
わされる。
改善するようにした第３の従来例として、図６に示すよ
うな構成がある（特開平５−２６９０３号公報）。この
従来例ではシリコン台座５の凹部６内の面にエアダンピ
ング低減用の溝１９を形成し、この溝１９に沿って金属
電極７が形成されている。そして重り部３の変位時にエ
アギャップ内の気体を溝１９に逃すことにより通気抵抗
を低減させ、エアダンピングの低減効果を確保してい
る。しかし、この従来例では、溝１９に沿って金属電極
７が形成されているため、自己診断時の靜電力印加に寄
与する金属電極７の有効面積７は、溝１９部分以外の平
面部分が支配的となるために小さくなり、自己診断出力
が低下（即ち靜電力が低下）する。靜電力Ｆは次式で表
わされる。
【０００７】 Ｆ＝（１／２）ε・Ｓ・（Ｖ／ｄ）2 …（１） ここでεはエアギャップ部の誘電率、Ｓは金属電極の対
向面積、ｄはギャップ長、Ｖは印加電圧である。従っ
て、上記（１）式よりＳが減り、ｄが長くなるため靜電
力Ｆが低下することになる。
向面積、ｄはギャップ長、Ｖは印加電圧である。従っ
て、上記（１）式よりＳが減り、ｄが長くなるため靜電
力Ｆが低下することになる。
【０００８】図７は、第３の従来例の製造工程を示して
いる。センサチップ１となるシリコンウェーハ上にＩＣ
製造プロセスを用いてピエゾ抵抗４及びその他必要な回
路デバイスを作り込む。ウェーハ裏面には耐エッチング
膜１１を形成し、パターニングすることにより、次工程
の異方性エッチングのマスクとする（ａ）。ウェーハ裏
面からのアルカリ性溶液を用いた異方性エッチングによ
り重り部３及び梁部２が形成される（ｂ）。シリコン台
座５の表面部にエッチングを施して凹部６を形成し、そ
の凹部６内に異方性エッチング等によりエアダンピング
低減用の溝１９を形成する（ｃ，ｄ）。凹部６内の溝１
９を含む部分に金属膜の蒸着、パターニングにより金属
電極７が形成される（ｅ）。センサチップ１とシリコン
台座５を接合して加速度センサが完成する（ｆ）。
いる。センサチップ１となるシリコンウェーハ上にＩＣ
製造プロセスを用いてピエゾ抵抗４及びその他必要な回
路デバイスを作り込む。ウェーハ裏面には耐エッチング
膜１１を形成し、パターニングすることにより、次工程
の異方性エッチングのマスクとする（ａ）。ウェーハ裏
面からのアルカリ性溶液を用いた異方性エッチングによ
り重り部３及び梁部２が形成される（ｂ）。シリコン台
座５の表面部にエッチングを施して凹部６を形成し、そ
の凹部６内に異方性エッチング等によりエアダンピング
低減用の溝１９を形成する（ｃ，ｄ）。凹部６内の溝１
９を含む部分に金属膜の蒸着、パターニングにより金属
電極７が形成される（ｅ）。センサチップ１とシリコン
台座５を接合して加速度センサが完成する（ｆ）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】第１、第２の従来例で
は、自己診断出力を大にするため自己診断用の両金属電
極間のエアギャップを狭くするとエアダンピングが効き
過ぎてセンサ応答性が劣化するという問題があった。ま
た、センサ応答性を改善するようにした第３の従来例で
は、自己診断用金属電極の形成領域にエアダンピング低
減用の溝を形成し、その溝に沿って金属電極を形成した
構成となっていたため、自己診断時の靜電力印加に寄与
する実効電極面積が減り、自己診断出力が低下するとい
う問題があった。そして自己診断出力を確保するために
は金属電極領域を広くする必要があるため、センサチッ
プが大型化してコスト高を招くという問題があった。
は、自己診断出力を大にするため自己診断用の両金属電
極間のエアギャップを狭くするとエアダンピングが効き
過ぎてセンサ応答性が劣化するという問題があった。ま
た、センサ応答性を改善するようにした第３の従来例で
は、自己診断用金属電極の形成領域にエアダンピング低
減用の溝を形成し、その溝に沿って金属電極を形成した
構成となっていたため、自己診断時の靜電力印加に寄与
する実効電極面積が減り、自己診断出力が低下するとい
う問題があった。そして自己診断出力を確保するために
は金属電極領域を広くする必要があるため、センサチッ
プが大型化してコスト高を招くという問題があった。
【００１０】本発明は、このような従来の問題に着目し
てなされたもので、自己診断信号の高出力化及びセンサ
応答性の向上を図ることができるとともにチップサイズ
の大型化を招くことのない加速度センサを提供すること
を目的とする。
てなされたもので、自己診断信号の高出力化及びセンサ
応答性の向上を図ることができるとともにチップサイズ
の大型化を招くことのない加速度センサを提供すること
を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第１に、梁部及び該梁部で支持され被検
出加速度に応じて変位する重り部を有し、前記梁部の表
面部にピエゾ抵抗が形成された半導体チップと、該半導
体チップの下部に前記重り部と所要間隔のエアギャップ
を有するように接合された半導体製の台座とを備え、前
記エアギャップを挟んで対向する前記重り部及び台座の
対向両面にはそれぞれ電極が形成され、該両電極間への
印加電圧で生じる靜電力によりセンサ機能を自己診断す
るようにした加速度センサにおいて、前記両電極の少な
くとも一方に貫通孔を形成し、該電極に接する半導体部
には前記貫通孔を通してエッチング形成されたエアダン
ピング低減用の凹部を有することを要旨とする。
に、本発明は、第１に、梁部及び該梁部で支持され被検
出加速度に応じて変位する重り部を有し、前記梁部の表
面部にピエゾ抵抗が形成された半導体チップと、該半導
体チップの下部に前記重り部と所要間隔のエアギャップ
を有するように接合された半導体製の台座とを備え、前
記エアギャップを挟んで対向する前記重り部及び台座の
対向両面にはそれぞれ電極が形成され、該両電極間への
印加電圧で生じる靜電力によりセンサ機能を自己診断す
るようにした加速度センサにおいて、前記両電極の少な
くとも一方に貫通孔を形成し、該電極に接する半導体部
には前記貫通孔を通してエッチング形成されたエアダン
ピング低減用の凹部を有することを要旨とする。
【００１２】第２に、梁部及び該梁部で支持され被検出
加速度に応じて変位する重り部を有し、前記梁部の表面
部にピエゾ抵抗が形成された半導体チップと、該半導体
チップの下部に前記重り部と所要間隔のエアギャップを
有するように接合された半導体製の台座とを備え、前記
エアギャップを挟んで対向する前記重り部及び台座の対
向両面にはそれぞれ電極が形成され、該両電極間への印
加電圧で生じる靜電力によりセンサ機能を自己診断する
ようにした加速度センサにおいて、前記両電極の少なく
とも一方に複数個の貫通孔を所要間隔をおいて連設し、
該電極に接する半導体部には前記各貫通孔を通してエッ
チング形成された複数の凹部の連通により端部が当該電
極の端縁外に開口したエアダンピング低減用の溝を有す
ることを要旨とする。
加速度に応じて変位する重り部を有し、前記梁部の表面
部にピエゾ抵抗が形成された半導体チップと、該半導体
チップの下部に前記重り部と所要間隔のエアギャップを
有するように接合された半導体製の台座とを備え、前記
エアギャップを挟んで対向する前記重り部及び台座の対
向両面にはそれぞれ電極が形成され、該両電極間への印
加電圧で生じる靜電力によりセンサ機能を自己診断する
ようにした加速度センサにおいて、前記両電極の少なく
とも一方に複数個の貫通孔を所要間隔をおいて連設し、
該電極に接する半導体部には前記各貫通孔を通してエッ
チング形成された複数の凹部の連通により端部が当該電
極の端縁外に開口したエアダンピング低減用の溝を有す
ることを要旨とする。
【００１３】第３に、上記第２の構成において、前記エ
アダンピング低減用の溝は、複数個形成してなることを
要旨とする。
アダンピング低減用の溝は、複数個形成してなることを
要旨とする。
【００１４】
【作用】上記構成において、第１に、電極に接する半導
体部には、貫通孔を通したサイドエッチが生じる程度の
エッチングにより貫通孔の径よりも十分に大きな径を有
する凹部空隙が形成される。加速度の検出時に重り部が
変位するとエアギャップ内の一部の気体が貫通孔を通し
て凹部内に出入りし、エアダンピングが緩和されてセン
サ応答性が向上する。自己診断時の靜電力印加に寄与す
る電極の有効面積は貫通孔部分は無効であるが、貫通孔
の穿設面積は両電極の対向全体面積に比べると無視でき
る程度なので自己診断信号は高出力に維持される。
体部には、貫通孔を通したサイドエッチが生じる程度の
エッチングにより貫通孔の径よりも十分に大きな径を有
する凹部空隙が形成される。加速度の検出時に重り部が
変位するとエアギャップ内の一部の気体が貫通孔を通し
て凹部内に出入りし、エアダンピングが緩和されてセン
サ応答性が向上する。自己診断時の靜電力印加に寄与す
る電極の有効面積は貫通孔部分は無効であるが、貫通孔
の穿設面積は両電極の対向全体面積に比べると無視でき
る程度なので自己診断信号は高出力に維持される。
【００１５】第２に、電極に接する半導体部には、連設
された複数の貫通孔を通してエッチング形成された各凹
部の連通によりその端部が電極の端縁外に開口した溝が
形成される。加速度の検出時に重り部が変位したとき、
エアギャップ内の気体は、各貫通孔を通して溝内に入り
両電極間の空隙外にぬける経路が形成されてエアダンピ
ングが緩和され、一層のセンサ応答性の改善が得られ
る。自己診断に際し、各貫通孔の全穿設面積は両電極の
対向全体面積に比べると、前記と同様に無視できる程度
なので自己診断信号は高出力に維持される。
された複数の貫通孔を通してエッチング形成された各凹
部の連通によりその端部が電極の端縁外に開口した溝が
形成される。加速度の検出時に重り部が変位したとき、
エアギャップ内の気体は、各貫通孔を通して溝内に入り
両電極間の空隙外にぬける経路が形成されてエアダンピ
ングが緩和され、一層のセンサ応答性の改善が得られ
る。自己診断に際し、各貫通孔の全穿設面積は両電極の
対向全体面積に比べると、前記と同様に無視できる程度
なので自己診断信号は高出力に維持される。
【００１６】第３に、エアダンピング低減用の溝は、適
宜複数個が形成されることにより所望のエアダンピング
特性に応じることが可能となる。
宜複数個が形成されることにより所望のエアダンピング
特性に応じることが可能となる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図３に基づ
いて説明する。なお、図１乃至図３において、前記図４
乃至図７における部材及び部位と同一ないし均等のもの
は、前記と同一符号を以って示し、重複した説明を省略
する。
いて説明する。なお、図１乃至図３において、前記図４
乃至図７における部材及び部位と同一ないし均等のもの
は、前記と同一符号を以って示し、重複した説明を省略
する。
【００１８】まず図１、図２を用いて加速度センサの構
成を説明する。本実施例では、自己診断用の両金属電極
７，８のうち、シリコン台座５側の金属電極７に複数の
貫通孔９が複数列に、且つ各列においては所要間隔をお
いて連設されている。貫通孔９は金属電極７のパターニ
ング時に容易に形成することができ、従来に比べて工程
の増加や特殊技術の必要はない。そして各貫通孔９を通
したウェットエッチング法により、金属電極７に接する
半導体部に、その端部が当該金属電極７の端縁外に開口
１０ａとしたエアダンピング低減用の溝１０が形成され
ている。溝１０の形状寸法及び形成個数等は、エアダン
ピング特性によって任意に設定することができる。溝１
０の形成は、貫通孔９を有する金属電極７をシリコン台
座５の表面部に形成した後、貫通孔９以外をレジストで
マスキングし、ウェットエッチング法によって行われ
る。即ち、エッチング液が各貫通孔９を通して台座５の
シリコン部に達し、貫通孔９を中心に下方及び側方にエ
ッチングが進行して各貫通孔９の部分に凹部が形成さ
れ、さらにエッチングの進行により各凹部が連通してエ
アダンピング用の溝１０ができる。溝１０の深さや幅は
エッチング時間によって制御可能であり、５〜１０μｍ
程度の深さで十分である。貫通孔９の寸法はエッチング
液が入り込む程度でよく、直径２〜５μｍ程度である。
また、エアギャップ寸法ｄに対するこの貫通孔９の直径
φは、φ≧ｄ、溝１０の幅Ｗは、Ｗ≧２φが効果的な条
件である。
成を説明する。本実施例では、自己診断用の両金属電極
７，８のうち、シリコン台座５側の金属電極７に複数の
貫通孔９が複数列に、且つ各列においては所要間隔をお
いて連設されている。貫通孔９は金属電極７のパターニ
ング時に容易に形成することができ、従来に比べて工程
の増加や特殊技術の必要はない。そして各貫通孔９を通
したウェットエッチング法により、金属電極７に接する
半導体部に、その端部が当該金属電極７の端縁外に開口
１０ａとしたエアダンピング低減用の溝１０が形成され
ている。溝１０の形状寸法及び形成個数等は、エアダン
ピング特性によって任意に設定することができる。溝１
０の形成は、貫通孔９を有する金属電極７をシリコン台
座５の表面部に形成した後、貫通孔９以外をレジストで
マスキングし、ウェットエッチング法によって行われ
る。即ち、エッチング液が各貫通孔９を通して台座５の
シリコン部に達し、貫通孔９を中心に下方及び側方にエ
ッチングが進行して各貫通孔９の部分に凹部が形成さ
れ、さらにエッチングの進行により各凹部が連通してエ
アダンピング用の溝１０ができる。溝１０の深さや幅は
エッチング時間によって制御可能であり、５〜１０μｍ
程度の深さで十分である。貫通孔９の寸法はエッチング
液が入り込む程度でよく、直径２〜５μｍ程度である。
また、エアギャップ寸法ｄに対するこの貫通孔９の直径
φは、φ≧ｄ、溝１０の幅Ｗは、Ｗ≧２φが効果的な条
件である。
【００１９】次に、上述のように構成された加速度セン
サの作用を説明する。自己診断用の金属電極７はシリコ
ン台座５表面に平面的に形成されている。自己診断時の
靜電力印加に寄与する金属電極７の有効面積は、貫通孔
９の部分は無効であるが、貫通孔９の穿設面積は両金属
電極７，８の対向全体面積に比べると無視できる程度な
ので、自己診断信号は高出力に維持される。
サの作用を説明する。自己診断用の金属電極７はシリコ
ン台座５表面に平面的に形成されている。自己診断時の
靜電力印加に寄与する金属電極７の有効面積は、貫通孔
９の部分は無効であるが、貫通孔９の穿設面積は両金属
電極７，８の対向全体面積に比べると無視できる程度な
ので、自己診断信号は高出力に維持される。
【００２０】また、加速度検出の際には、重り部３の変
位によりエアギャップにある気体は各貫通孔９を通って
溝１０に入り開口部１０ａから両金属電極７，８間の空
隙外にぬける経路が形成される。したがってエアダンピ
ングが緩和され、センサ応答性を向上させることが可能
となる。
位によりエアギャップにある気体は各貫通孔９を通って
溝１０に入り開口部１０ａから両金属電極７，８間の空
隙外にぬける経路が形成される。したがってエアダンピ
ングが緩和され、センサ応答性を向上させることが可能
となる。
【００２１】図３は、本実施例の製造工程を示してい
る。センサチップ１となるシリコンウェーハ上にＩＣ製
造プロセスを用いてピエゾ抵抗４及びその他必要な回路
デバイスを作り込む。ウェーハ裏面には耐エッチング膜
１１を形成し、パターニングすることにより、次工程の
異方性エッチングのマスクとする（ａ）。ウェーハ裏面
からのアルカリ性溶液を用いた異方性エッチングにより
重り部３及び梁部２を形成する（ｂ）。シリコン台座５
の表面に凹部６を形成し、その凹部６を含む部分に金属
膜を蒸着し、パターニングして金属電極７を形成する。
この時点で貫通孔９も同時に形成される（ｃ，ｄ）。パ
ターニングされた金属電極７をマスクにして貫通孔９か
らシリコン台座５にウェットエッチングを施し、エアダ
ンピング低減用の溝１０を形成する（ｅ）。センサチッ
プ１とシリコン台座５を接合して加速度センサを完成す
る（ｆ）。
る。センサチップ１となるシリコンウェーハ上にＩＣ製
造プロセスを用いてピエゾ抵抗４及びその他必要な回路
デバイスを作り込む。ウェーハ裏面には耐エッチング膜
１１を形成し、パターニングすることにより、次工程の
異方性エッチングのマスクとする（ａ）。ウェーハ裏面
からのアルカリ性溶液を用いた異方性エッチングにより
重り部３及び梁部２を形成する（ｂ）。シリコン台座５
の表面に凹部６を形成し、その凹部６を含む部分に金属
膜を蒸着し、パターニングして金属電極７を形成する。
この時点で貫通孔９も同時に形成される（ｃ，ｄ）。パ
ターニングされた金属電極７をマスクにして貫通孔９か
らシリコン台座５にウェットエッチングを施し、エアダ
ンピング低減用の溝１０を形成する（ｅ）。センサチッ
プ１とシリコン台座５を接合して加速度センサを完成す
る（ｆ）。
【００２２】上述の製造法によれば、貫通孔９が形成さ
れた金属電極７をマスクにしてエアダンピング低減用の
溝１０をセルフアライメントにより形成できるため、金
属電極７と溝１０の位置合わせが不要で精度よく形成で
きる。従って、位置合わせ余裕を予め見込む必要がなく
センサチップ１を小型化することが可能となる。
れた金属電極７をマスクにしてエアダンピング低減用の
溝１０をセルフアライメントにより形成できるため、金
属電極７と溝１０の位置合わせが不要で精度よく形成で
きる。従って、位置合わせ余裕を予め見込む必要がなく
センサチップ１を小型化することが可能となる。
【００２３】なお、上述の実施例では、エアダンピング
低減用の溝１０を複数個形成したが、溝１０の個数はエ
アダンピング特性によって任意に設定することができ、
単１個でもよく、また溝に限らず単に凹部でもよい。さ
らに溝等はシリコン台座５側のみならず、重り部３側に
形成してもよい。
低減用の溝１０を複数個形成したが、溝１０の個数はエ
アダンピング特性によって任意に設定することができ、
単１個でもよく、また溝に限らず単に凹部でもよい。さ
らに溝等はシリコン台座５側のみならず、重り部３側に
形成してもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１に、自己診断用の両電極の少なくとも一方に貫通孔
を形成し、その電極に接する半導体部には前記貫通孔を
通してエッチング形成されたエアダンピング低減用の凹
部を設けたため、加速度の検出時に重り部が変位したと
きには、エアギャップ内の一部の気体が貫通孔を通して
凹部に出入りし、エアダンピングが緩和されてセンサ応
答性を向上させることができる。また自己診断時には、
靜電力印加に寄与する電極の有効面積の貫通孔部分は無
効であるが、貫通孔の穿設面積は両電極の対向全体面積
に比べると無視できる程度なので自己診断信号を高出力
に維持することができる。したがって自己診断出力を確
保するために電極領域を広くすることが不要となってチ
ップサイズの大型化を招くことがなく、コスト低減を図
ることができる。
第１に、自己診断用の両電極の少なくとも一方に貫通孔
を形成し、その電極に接する半導体部には前記貫通孔を
通してエッチング形成されたエアダンピング低減用の凹
部を設けたため、加速度の検出時に重り部が変位したと
きには、エアギャップ内の一部の気体が貫通孔を通して
凹部に出入りし、エアダンピングが緩和されてセンサ応
答性を向上させることができる。また自己診断時には、
靜電力印加に寄与する電極の有効面積の貫通孔部分は無
効であるが、貫通孔の穿設面積は両電極の対向全体面積
に比べると無視できる程度なので自己診断信号を高出力
に維持することができる。したがって自己診断出力を確
保するために電極領域を広くすることが不要となってチ
ップサイズの大型化を招くことがなく、コスト低減を図
ることができる。
【００２５】第２に、自己診断用の両電極の少なくとも
一方に複数個の貫通孔を所要間隔をおいて連設し、その
電極に接する半導体部には前記各貫通孔を通してエッチ
ング形成された複数の凹部の連通により端部が当該電極
の端縁外に開口したエアダンピング低減用の溝を設けた
ため、加速度の検出時に重り部が変位したときには、エ
アギャップ内の気体は複数の貫通孔を通して溝内に入り
両電極間の空隙外にぬける経路が形成されてエアダンピ
ングが緩和される。したがって一層のセンサ応答性の改
善を図ることができる。また自己診断に際しては、複数
の貫通孔の全穿設面積は両電極の対向全体面積に比べる
と、前記と同様に無視できる程度なので自己診断信号を
高出力に維持することができる。
一方に複数個の貫通孔を所要間隔をおいて連設し、その
電極に接する半導体部には前記各貫通孔を通してエッチ
ング形成された複数の凹部の連通により端部が当該電極
の端縁外に開口したエアダンピング低減用の溝を設けた
ため、加速度の検出時に重り部が変位したときには、エ
アギャップ内の気体は複数の貫通孔を通して溝内に入り
両電極間の空隙外にぬける経路が形成されてエアダンピ
ングが緩和される。したがって一層のセンサ応答性の改
善を図ることができる。また自己診断に際しては、複数
の貫通孔の全穿設面積は両電極の対向全体面積に比べる
と、前記と同様に無視できる程度なので自己診断信号を
高出力に維持することができる。
【００２６】第３に、エアダンピング低減用の溝は、複
数個形成するようにしたため、所望のエアダンピング特
性に適切に応じることができる。
数個形成するようにしたため、所望のエアダンピング特
性に適切に応じることができる。
【図１】本発明に係る加速度センサの実施例を示す縦断
面図である。
面図である。
【図２】図１におけるシリコン台座部の平面図である。
【図３】上記実施例の製造方法を示す工程図である。
【図４】加速度センサの第１の従来例を示す縦断面図で
ある。
ある。
【図５】第２の従来例を示す縦断面図である。
【図６】第３の従来例を示す縦断面図である。
【図７】上記第３の従来例の製造方法を示す工程図であ
る。
る。
１ センサチップ（半導体チップ） ２ 梁 ３ 重り部 ４ ピエゾ抵抗 ５ シリコン台座 ７，８ 自己診断用の金属電極 ９ 貫通孔 １０ 溝 １０ａ 開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−26903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−244864（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−271262（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−131767（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−205565（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−116755（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−322925（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 21/00 G01P 15/125 G01P 15/12 H01L 29/84
Claims (3)
- 【請求項１】 梁部及び該梁部で支持され被検出加速度
に応じて変位する重り部を有し、前記梁部の表面部にピ
エゾ抵抗が形成された半導体チップと、該半導体チップ
の下部に前記重り部と所要間隔のエアギャップを有する
ように接合された半導体製の台座とを備え、前記エアギ
ャップを挟んで対向する前記重り部及び台座の対向両面
にはそれぞれ電極が形成され、該両電極間への印加電圧
で生じる靜電力によりセンサ機能を自己診断するように
した加速度センサにおいて、前記両電極の少なくとも一
方に貫通孔を形成し、該電極に接する半導体部には前記
貫通孔を通してエッチング形成されたエアダンピング低
減用の凹部を有することを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項２】 梁部及び該梁部で支持され被検出加速度
に応じて変位する重り部を有し、前記梁部の表面部にピ
エゾ抵抗が形成された半導体チップと、該半導体チップ
の下部に前記重り部と所要間隔のエアギャップを有する
ように接合された半導体製の台座とを備え、前記エアギ
ャップを挟んで対向する前記重り部及び台座の対向両面
にはそれぞれ電極が形成され、該両電極間への印加電圧
で生じる靜電力によりセンサ機能を自己診断するように
した加速度センサにおいて、前記両電極の少なくとも一
方に複数個の貫通孔を所要間隔をおいて連設し、該電極
に接する半導体部には前記各貫通孔を通してエッチング
形成された複数の凹部の連通により端部が当該電極の端
縁外に開口したエアダンピング低減用の溝を有すること
を特徴とする加速度センサ。 - 【請求項３】 前記エアダンピング低減用の溝は、複数
個形成してなることを特徴とする請求項２記載の加速度
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5328548A JP3019701B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5328548A JP3019701B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07191056A JPH07191056A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3019701B2 true JP3019701B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=18211514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5328548A Expired - Fee Related JP3019701B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3019701B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6067118B2 (ja) * | 2013-08-01 | 2017-01-25 | ミライアル株式会社 | 基板収納容器を梱包するための梱包構造 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE602005023761D1 (de) * | 2004-10-27 | 2010-11-04 | Epcos Ag | Verringerung der luftdämpfung in einer mems-vorrichtung |
| JP2021071394A (ja) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、電子機器及び移動体 |
| CN112255090A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-01-22 | 深圳信息职业技术学院 | 一种可变锤面数字敲击锤及用于复合材料检测方法 |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP5328548A patent/JP3019701B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6067118B2 (ja) * | 2013-08-01 | 2017-01-25 | ミライアル株式会社 | 基板収納容器を梱包するための梱包構造 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07191056A (ja) | 1995-07-28 |
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