JP3170667B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体加速度センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連する従来技術のひとつとし
て、特開平４−８４７２５号公報に記載の抵抗素子を用
いたセンサがある。これは、図６に示すように、中央部
分に作用部１を有しその周囲に可撓部２を介して固定部
３が形成されたシリコンからなる半導体ペレット４と、
上面の中央部分が半導体ペレット４の作用部１に接合さ
れて懸垂保持されたガラスまたはシリコンからなる重錘
体５と、重錘体５の外周囲に離間して設けられ上面が半
導体ペレット４の固定部３に接合された重錘体５と同一
材質の台座６と、重錘体５の側部とこれに対向する台座
６の側部との間に形成された所定幅のストッパギャップ
７と、台座６の下面に接合された制御基板８とを有し、
作用する加速度に応じて生ずる重錘体５の変位による半
導体ペレット４の歪をピエゾ効果を利用して検知するこ
とにより、加速度を検出するようにしたものである。

【０００３】このようなセンサは、次のようにして製造
される。先ず、重錘体５および台座６を構成するガラス
またはシリコンからなる母材に、その上面から下面に向
かって幅広の溝９をダイシングソーで切削形成して重錘
体５と台座６とを画定する。次に、重錘体５と台座６と
が分離していない状態で、それらの上面を半導体ペレッ
ト４の作用部１および固定部３に夫々接合し、その後、
母材の下面からダイシングソーで所定幅のストッパギャ
ップ７を切削形成することによって重錘体５と台座６と
を分離し、これによって、重錘体５が半導体ペレット４
に宙吊り状態に保持される。ストッパギャップ７は、過
大な加速度が作用した場合に半導体ペレット４が過剰に
変形して破損することを防止するために重錘体５のスト
ッパとして機能するもので、耐衝撃性向上の観点から数
十μｍの幅が必要とされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、重
錘体および台座を構成する母材にガラスまたはシリコン
が用いられている。母材にガラスを用いた場合には、シ
リコンに接合可能なガラスがダイシングソーにとって難
切削物であるため、特に数十μｍの幅のストッパギャッ
プの切削には非常に困難を伴うばかりでなく、その切削
にも極めて長時間を要することとなる。本発明者の実験
によれば、ストッパギャップの切削に０．１ｍｍ／ｓｅ
ｃ程度の時間を要することが確認されている。また、ガ
ラスは切削抵抗が大きいため、ストッパギャップの切削
中に重錘体を通して半導体ペレットに切削時の振動が伝
わり、半導体ペレットを破損するおそれがあるなどの問
題があった。一方、母材にシリコンを用いた場合には、
切削が容易になる反面、半導体ペレットと重錘体および
台座とがシリコンどうしの接合となり、陽極接合法を用
いることができず、シリコンとガラスの場合に比べて接
合が極めて困難になるなどの問題があった。

【０００５】本発明は上記観点に基づいてなされたもの
で、その目的は、より幅小のストッパギャップの切削が
可能であると共に、切削中の破損防止および切削時間の
短縮化を図ることができ、しかも、接合が容易な半導体
加速度センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、中央
部分に作用部を有しその周囲に可撓部を介して固定部が
形成されたシリコンからなるダイアフラム部材と、一面
の中央部分が前記ダイアフラム部材の作用部に接合され
て懸垂保持された重錘体と、前記重錘体の外周囲に離間
して設けられ一面が前記ダイアフラム部材の固定部に接
合された制限部材と、前記重錘体の側部とこれに対向す
る前記制限部材の側部との間に形成された所定幅のスト
ッパギャップとを有する半導体加速度センサにおいて、
前記重錘体および前記制限部材を構成する母材がガラス
からなる第１の層とシリコンからなる第２の層とを接合
した二層構造で、前記第１の層が前記ダイアフラム部材
への接合側として前記重錘体および前記制限部材が前記
ダイアフラム部材の作用部および固定部に夫々接合され
ており、前記第２の層に前記所定幅のストッパギャップ
が形成されている半導体加速度センサによって、上記目
的を達成する。

【０００７】

【作用】重錘体および制限部材がガラスからなる第１の
層とシリコンからなる第２の層との二層構造で構成され
ており、ガラスからなる第１の層がシリコンからなるダ
イアフラム部材に接合され、シリコンからなる第２の層
にストッパギャップが形成されている。ダイアフラム部
材と重錘体および制限部材との接合はシリコンとガラス
であり、陽極接合法によって容易に接合することができ
る。ストッパギャップは、ダイシングソーにとって切削
しやすく且つ切削抵抗が小さいシリコンからなる第２の
層に形成されるので、より幅小の、ガラスでは不可能に
近い例えば１０μｍ程度のストッパギャップの切削が可
能となり、耐衝撃性を大幅に向上させることができ、し
かも、切削中の破損防止をはかることができると共に、
切削時間を大幅に短縮することができる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す断面構成図で
ある。

【０００９】図１において、１０はシリコンからなるダ
イアフラム部材で、その下面にエッチング等によって形
成された溝１１によって、中央部分に肉厚の作用部１２
が、この作用部１２の周囲に肉薄の可撓部１３が、この
可撓部１３の周囲に肉厚の固定部１４が夫々形成されて
いる。ダイアフラム部材１０の作用部１２は、可撓部１
３が撓むことによって固定部１４に対して変位するよう
になっている。このようなダイアフラム部材１０の作用
部１２の下面には、重錘体１５が懸垂保持されている。

【００１０】重錘体１５は、シリコンに接合可能なガラ
スからなる第１の層１６とシリコンからなる第２の層１
７とが接合された二層構造で、ガラスからなる第１の層
１６を上にして設けられている。重錘体１５は、その上
面の中央部分が凸状となるように周辺部分がエッチング
等によって一段低く形成されており、その凸状の中央部
分に接合面１８を有している。重錘体１５は、接合面１
８がダイアフラム部材１０の作用部１２の下面に接合さ
れることによって、ダイアフラム部材１０に懸垂保持さ
れている。このような重錘体１５の周囲には、重錘体１
５を囲む制限部材１９が設けられている。

【００１１】制限部材１９は、後述するように重錘体１
５と同一の母材から分離形成されるので、重錘体１５と
同様に、シリコンに接合可能なガラスからなる第１の層
１６とシリコンからなる第２の層１７とが接合された二
層構造で、ガラスからなる第１の層１６を上にして重錘
体１５を囲むように設けられている。制限部材１９の上
面はダイアフラム部材１０の固定部１４の下面に接合さ
れている。制限部材１９と重錘体１５との間には、分離
溝２０と、これに連通するストッパギャップ２１とが形
成されている。分離溝２０は、第１の層１６の上面から
下面にわたって形成された幅広の溝で、第１の層１６を
制限部材１９と重錘体１５とに分離している。ストッパ
ギャップ２１は、シリコンからなる第２の層１７の上面
から下面わたって形成されており、第２の層１７を制限
部材１９と重錘体１５とに分離している。ストッパギャ
ップ２１は、加速度に応じた重錘体１５の平面方向の変
位を制限する機能を有し、所望の幅に設定されている。

【００１２】２２は制限部材１９および重錘体１５の下
方に設けられた基板である。重錘体１５および制限部材
１９を構成する第２の層１７の下面には、基板２２の上
面周辺部が制限部材１９の下面に接合された際に重錘体
１５の変位を阻害しないように、凹部１７ａが形成され
ている。基板２２はその上面周辺部が制限部材１９の下
面に接合されており、重錘体１５は凹部１７ａを介して
その変位が阻害されないようになっている。

【００１３】以上のごとき構成の半導体加速度センサ
は、図２〜図５に示す工程に従って製造される。

【００１４】図２，図３，図４および図５は図１の構成
の半導体加速度センサの製造工程図で、図２は第１工
程，図３は第２工程，図４は第３工程，図５は第４工程
を示している。なお、図１と同符号のものは同一物を示
している。

【００１５】先ず、図２の第１工程において、ガラスか
らなる第１の層１６とシリコンからなる第２の層１７と
が陽極接合法によって接合され、重錘体１５および制限
部材１９を構成するための二層構造の母材３０が形成さ
れる。第１の層１６と第２の層１７とは、ガラスとシリ
コンとの接合であるので、陽極接合法によって容易に接
合することができる。そして、この母材３０のガラスか
らなる第１の層１６の表面に、エッチング等によって凹
部３１が形成されることによって、ダイアフラム部材１
０に対する重錘体１５の接合面１８および制限部材１９
の接合面３２が形成される。また、母材３０のシリコン
からなる第２の層１７の下面に、重錘体１５の変位を阻
害しないようにするための凹部１７ａがエッチング等に
よって形成される。凹部１７ａは、シリコンからなる第
２の層１７に形成されるので、ガラスに形成する場合と
比較して容易に形成することができる。次に、図３の第
２工程において、ガラスからなる第１の層１６にダイシ
ングソーによって分離溝２０が形成され、重錘体１５と
制限部材１９とが画定される。分離溝２０は、構成説明
で述べたように幅広の溝であるので、ストッパギャップ
２１に比較して容易に切削形成することができる。分離
溝２０が形成された段階では、重錘体１５と制限部材１
９とはまだ分離されておらず、第２の層１７によって結
合された状態におかれている。次に、図４の第３工程に
おいて、作用部１２，可撓部１３および固定部１４が形
成されたダイアフラム部材１０に、重錘体１５の接合面
１８および制限部材１９の接合面３２が陽極接合法によ
って接合される。構成説明で述べたように、重錘体１５
の接合面１８はダイアフラム部材１０の作用部１２の下
面に接合され、制限部材１９の接合面３２はダイアフラ
ム部材１０の固定部１４の下面に接合される。重錘体１
５および制限部材１９の接合面１８，３２とダイアフラ
ム部材１０との接合は、ガラスとシリコンとの接合であ
るので、陽極接合法によって容易に接合することができ
る。その後、図５の第４工程において、シリコンからな
る第２の層１７にダイシングソーによってストッパギャ
ップ２１が切削形成され、重錘体１５と制限部材１９と
が分離される。ストッパギャップ２１は、ダイシングソ
ーにとって切削しやすく且つ切削抵抗の小さいシリコン
からなる第２の層１７に形成されるので、極めて幅小
の、ガラスでは不可能に近い１０μｍ程度にすることも
可能であり、また、切削中の破損防止をはかることがで
きると共に、切削時間を大幅に短縮することができる。

【００１６】このような半導体加速度センサは、加速度
が作用すると宙吊り状態の重錘体１５がそれに応じて変
位し、これによってダイアフラム部材１０の可撓部１３
が撓んでダイアフラム部材１０が変位する。このダイア
フラム部材１０の変位をピエゾ効果等を利用して検知す
ることによって、作用した加速度の大きさを検出するこ
とができる。そして、このような構成によれば、ダイア
フラム部材１０と重錘体１５および制限部材１９との接
合がシリコンとガラスであり、また、重錘体１５および
制限部材１９を構成する母材３０もガラスとシリコンの
接合であるので、陽極接合法を用いることができ、接合
において問題を生ずることはない。また、ダイシングソ
ーにとって切削容易であり且つ切削抵抗の小さいシリコ
ンからなる第２の層１７にストッパギャップ２１が形成
されるので、より幅小のストッパギャップを切削形成す
ることができ、また、切削中にダイアフラム部材１０に
伝わる振動が小さく、切削中の破損防止を図ることがで
きるばかりでなく、ガラスの場合と比較して切削時間を
大幅に短縮することができる。１ｍｍ／ｓｅｃ〜１０ｍ
ｍ／ｓｅｃの速度で切削が可能であることが、本発明者
によって確認されている。

【００１７】以上述べた実施例では、重錘体１５の変位
を阻害しないようにするための凹部１７ａをシリコンか
らなる第２の層１７に形成したが、図６の従来例と同様
に、基板２２の上面に形成するようにしてもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、重
錘体および制限部材をガラスからなる第１の層とシリコ
ンからなる第２の層との二層構造で構成し、ガラスから
なる第１の層をシリコンからなるダイアフラム部材への
接合側とすると共に、シリコンからなる第２の層にスト
ッパギャップを形成するように構成したので、接合の容
易性を図ることができると共に、ガラスでは不可能に近
い幅小のストッパギャップの切削が可能となり、耐衝撃
性を大幅に向上させることができ、しかも、切削中の破
損防止および切削時間の大幅な短縮を図ることができる
などの効果を奏する半導体加速度センサを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す断面構成図であ
る。

【図２】図２は図１の構成の半導体加速度センサの製造
工程図で、第１工程を示している。

【図３】図３は図１の構成の半導体加速度センサの製造
工程図で、第２工程を示している。

【図４】図４は図１の構成の半導体加速度センサの製造
工程図で、第３工程を示している。

【図５】図５は図１の構成の半導体加速度センサの製造
工程図で、第４工程を示している。

【図６】図６は半導体加速度センサの従来例を示す断面
構成図である。

【符号の説明】

１０ ダイアフラム部材 １２ 作用部 １３ 可撓部 １４ 固定部 １５ 重錘体 １６ 第１の層 １７ 第２の層 １８ 接合面 １９ 制限部材 ２１ ストッパギャップ ３０ 母材 ３２ 接合面

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/08 - 15/13 G01P 15/02 H01L 29/84

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部分に作用部を有しその周囲に可撓
   部を介して固定部が形成されたシリコンからなるダイア
   フラム部材と、一面の中央部分が前記ダイアフラム部材
   の作用部に接合されて懸垂保持された重錘体と、前記重
   錘体の外周囲に離間して設けられ一面が前記ダイアフラ
   ム部材の固定部に接合された制限部材と、前記重錘体の
   側部とこれに対向する前記制限部材の側部との間に形成
   された所定幅のストッパギャップとを有する半導体加速
   度センサにおいて、 前記重錘体および前記制限部材を構成する母材がガラス
   からなる第１の層とシリコンからなる第２の層とを接合
   した二層構造で、前記第１の層が前記ダイアフラム部材
   への接合側として前記重錘体および前記制限部材が前記
   ダイアフラム部材の作用部および固定部に夫々接合され
   ており、前記第２の層に前記所定幅のストッパギャップ
   が形成されている半導体加速度センサ。