JP3023444B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体加速度セン
サに関し、特に入力加速度を静電容量の変化によって検
出する構造とされた半導体加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の半導体加速度センサの構
成を図３に示す。シリコン基板１１の一面１１ａ側が異
方性エッチングされて、中央に台座部１２を有する膜部
１３と、その膜部１３を囲む枠部１４とが一体形成され
る。膜部１３は図４に示したように方形状とされ、可撓
性を有するよう極薄とされている。

【０００３】枠部１４の一隅にはコンタクト電極１５が
形成される。コンタクト電極１５は膜部１３がコンデン
サの一方の電極をなすようにシリコン基板１１と電気的
に導通される。このコンタクト電極１５は例えばＰｔＳ
ｉ（プラチナシリサイド）、Ｔｉ及びＡｕの３層構造に
よって構成され、加熱によりＰｔＳｉがシリコン基板１
１に拡散されて、シリコン基板１１と電気的に導通され
る。

【０００４】シリコン基板１１の一面１１ａ側におい
て、台座部１２及び枠部１４にそれぞれ重錘体１６及び
スペーサ１７が取付けられる。スペーサ１７はこの例で
は方形状をなす枠部１４の４辺の各中間部にそれぞれ取
付けられており、対向２辺に位置する１組のスペーサ１
７に、両端が支持されてストッパ１８が取付けられる。
ストッパ１８はその重錘体１６と対向する板面が重錘体
１６と所定の空隙１９を形成するように構成されてい
る。

【０００５】重錘体１６及びスペーサ１７は一枚のガラ
ス板より構成され、即ち一枚のガラス板を陽極接合によ
り枠部１４及び台座部１２に取付けた後、所要の切断加
工を施すことにより個々に分離された重錘体１６及びス
ペーサ１７を得るものとなっている。なお、ストッパ１
８も例えばガラスによって構成されており、そのスペー
サ１７への取付けは例えば接着により行われる。図３
中、この接着層は省略してある。

【０００６】一方、シリコン基板１１の他面１１ｂ側に
はガラス製の基台２１が取付けられる。基台２１は図５
に示したように、その板面の中央に方形状の凹部２２を
有しており、その方形の大きさは上述した膜部１３の大
きさよりやや大とされている。凹部２２の底面には、そ
の４辺にそれぞれ沿って４つの固定電極２３が形成され
ており、各固定電極２３には配線２４がそれぞれ基台２
１の端縁に向って一体に形成されている。なお、基台２
１の、これら配線２４が位置する部分には凹部２２の底
面と同一平面とすべく、溝２５が形成されている。固定
電極２３及び配線２４は例えばＴｉ、Ａｕの２層構造と
される。

【０００７】基台２１はその凹部２２が膜部１３に対向
され、周縁部が枠部１４に陽極接合されて取付けられ
る。凹部２２に、設けられた各固定電極２３は膜部１３
と所定の間隙２６を介して対向し、これら間にコンデン
サが形成される。各固定電極２３と膜部１３との間の静
電容量は、図には示していないが、各配線２４及びコン
タクト電極１５にそれぞれリード線を接続して外部に取
り出される。

【０００８】上記のような構成とされた半導体加速度セ
ンサでは、外部より加速度が入力すると、台座部１２に
吊り下げられている重錘体１６が変位し、この変位によ
って膜部１３も変位して各固定電極２３との間の間隙２
６がその変位に応じて変化するため、各固定電極２３と
膜部１３との間の静電容量の変化を検出することによ
り、入力加速度の大きさ及び方向を検知することができ
る。なお、ストッパ１８は過大な加速度入力による加速
度センサの損傷を防止するもので、これにより重錘体１
６の過大な変位が制限されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した半
導体加速度センサでは、シリコン基板１１の枠部１４と
基台２１とを陽極接合する際に、膜部１３と凹部２２と
の間に発生する高電界により、膜部１３が基台２１側に
引き寄せられてガラス面が露出している凹部２２の底面
と陽極接合されてしまうといった問題が生じる恐れがあ
り、即ち膜部１３が変位不能となって機能しない状態に
なってしまう恐れがあるものとなっていた。

【００１０】従って、この問題の発生を防止すべく、従
来においては例えば凹部２２の底面と膜部１３との間隔
を広くとり、この空間内の電界を弱めるという対策を採
っていた。しかるに、この間隔を広くとることは、固定
電極２３と膜部１３との間隙２６の増大につながり、即
ちこれら間の静電容量値の減少を招くため、加速度セン
サの感度や分解能が低下するという欠点があった。

【００１１】また、他の対策として膜部１３の厚さを大
とすることにより膜部１３の剛性を高め、空間内の電界
が作用しても凹部２２の底面に達するような変形をしな
いようにする方法もあるが、この場合加速度センサとし
て動作する時に、膜部１３の変位量が小さくなり、上記
の場合と同様に感度や分解能が低下するという欠点があ
る。

【００１２】さらに、他の対策として陽極接合時の電圧
や温度を下げて空間内の電界を弱めるといった方法も考
えられるが、この場合には接合強度が低下し、加速度セ
ンサとしての信頼性を損なうといった欠点がある。この
発明の目的はこれら従点の欠点を除去し、シリコン基板
とガラス製基台との陽極接合時に、膜部の張り付きが生
じないようにし、かつ良好な感度や分解能を得ることが
できるようにした半導体加速度センサを提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、シリ
コン基板の一面側がエッチング加工されて、中央に台座
部を有する方形状の膜部と、その膜部を囲む枠部とが一
体形成され、板面中央に上記膜部と対向する凹部を有
し、その凹部に固定電極が設けられたガラス製基台が、
その周縁部が上記シリコン基板の他面側において上記枠
部に陽極接合されて取付けられ、上記台座部に重錘体が
取付けられ、加速度入力による上記重錘体の変位によっ
て生ずる上記膜部の変位を、上記固定電極と上記膜部と
の間の静電容量の変化により検出して入力加速度を検知
する構造とされた半導体加速度センサにおいて、上記凹
部の底面に凸部が形成され、その凸部上に、その上面を
ほぼ覆って上記固定電極が形成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。なお、図３乃至５と対応
する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図
１はこの発明の一実施例を示したものである。この例で
はガラス製基台２１の凹部２２及び４つの溝２５の同一
平面をなす底面に、図２に示すように凸部３１が４つ形
成され、これら凸部３１上に固定電極２３及び配線２４
がそれぞれ形成される。各凸部３１の形状は固定電極２
３と配線２４とがなす形状と同一とされ、即ち各凸部３
１の上面は固定電極２３と配線２４とによって覆われ、
ガラス面が露出しない構造とされる。

【００１５】上記のような形状を有する基台２１は例え
ばエッチングによって形成される。固定電極２３及び配
線２４はＴｉを下地、Ａｕを上層とする二層構造とさ
れ、それらの合計厚さは６０００Å程度とされる。一
方、凸部３１の高さは１〜２μｍ程度とされる。この基
台２１とシリコン基板１１の枠部１４との陽極接合にお
いては、従来と同様に膜部１３が高電界により基台２１
側に引き寄せられるが、膜部１３は凸部３１上に形成さ
れている固定電極２３及び配線２４の表面に当接して、
その変形が抑止され、即ちガラス面が露出している凹部
２２の底面まで到達しないため、底面と陽極接合される
ことはない。

【００１６】また、凸部３１の表面は固定電極２３及び
配線２４によって覆われているため、この表面に陽極接
合されることもない。なお、例えば凹部２２の底面に凸
部３１を形成する代りに、固定電極２３の厚さを凸部３
１の高さ分、増大させるといったことも一応考えられる
が、この場合には固定電極２３の成膜に多くの時間がか
かり、またＡｕの使用量の増加によりコストの増大を招
くため、得策ではない。

【００１７】上述した例では膜部１３と対向して４つの
固定電極２３が設けられているが、これに限らず、固定
電極２３の数及び配置は検出加速度に応じて適宜選択さ
れる。なお、凸部３１は固定電極２３の形成位置に対応
する位置に設けるだけとしてもよく、この場合には配線
２４は凹部２２の底面上に位置される。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
シリコン基板１１とガラス製基台２１との陽極接合時
に、膜部１３が基台２１に陽極接合されて張り付いてし
まうといった不具合の発生を防止することができ、よっ
て高電界での陽極接合が可能となるため、十分な接合強
度を得ることができる。

【００１９】また、従来の膜部１３を厚くする等の張り
付き防止方法のように、感度や分解能の低下を伴なうも
のではないため、良好な性能を得ることができ、かつ膜
部１３をさらに薄くでき、また固定電極２３と膜部１３
との間隙２６をさらに狭くすることが可能となるため、
加速度センサの感度をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａはこの発明の一実施例を示す断面図、Ｂはそ
の底面図。

【図２】Ａは図１における固定電極が設けられた基台の
断面図、Ｂはその底面図。

【図３】Ａは従来の半導体加速度センサを示す断面図、
Ｂはその底面図。

【図４】Ａは図３におけるシリコン基板の正面図、Ｂは
その底面図。

【図５】Ａは図３における固定電極が設けられた基台の
断面図、Ｂはその底面図。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板の一面側がエッチング加工
   されて、中央に台座部を有する方形状の膜部と、その膜
   部を囲む枠部とが一体形成され、 板面中央に上記膜部と対向する凹部を有し、その凹部に
   固定電極が設けられたガラス製基台が、その周縁部が上
   記シリコン基板の他面側において上記枠部に陽極接合さ
   れて取付けられ、 上記台座部に重錘体が取付けられ、 加速度入力による上記重錘体の変位によって生ずる上記
   膜部の変位を、上記固定電極と上記膜部との間の静電容
   量の変化により検出して入力加速度を検知する構造とさ
   れた半導体加速度センサであって、 上記凹部の底面に凸部が形成され、 その凸部上に、その上面をほぼ覆って上記固定電極が形
   成されていることを特徴とする半導体加速度センサ。