JP3313793B2 - シリコン構造体とガラス構造体の接合法及びそれを用いた力学量センサ - Google Patents
シリコン構造体とガラス構造体の接合法及びそれを用いた力学量センサInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン構造体とガラ
ス構造体を接合する接合方法、それを用いた変位量、加
速度などの力学量を検出する力学量センサに関し、特に
半導体製造技術を用いて作成することのできる力学量セ
ンサに関する。
ス構造体を接合する接合方法、それを用いた変位量、加
速度などの力学量を検出する力学量センサに関し、特に
半導体製造技術を用いて作成することのできる力学量セ
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、外力による変形、変位を、その変
形、変位した物体の抵抗変化、容量変化等を検知するこ
とにより外力を間接的に検出するセンサとして力学量セ
ンサがある。現在、主として使われている力学量センサ
は、圧電効果を用いた圧電型、金属抵抗体、又は半導体
を用いた歪ゲージ型などがあり、加速度、圧力等を検出
する。また、半導体のＩＣプロセス技術を用い、カンチ
レバーを製作し、小型の加速度センサを作る試みもなさ
れている。例えば、特開平１−２４０８６５では、梁部
の歪を圧電素子で検出し、これをフィードバックして静
電力により、錘りの変位を補正するサーボ型加速度セン
サが提案されている。
形、変位した物体の抵抗変化、容量変化等を検知するこ
とにより外力を間接的に検出するセンサとして力学量セ
ンサがある。現在、主として使われている力学量センサ
は、圧電効果を用いた圧電型、金属抵抗体、又は半導体
を用いた歪ゲージ型などがあり、加速度、圧力等を検出
する。また、半導体のＩＣプロセス技術を用い、カンチ
レバーを製作し、小型の加速度センサを作る試みもなさ
れている。例えば、特開平１−２４０８６５では、梁部
の歪を圧電素子で検出し、これをフィードバックして静
電力により、錘りの変位を補正するサーボ型加速度セン
サが提案されている。
【０００３】図７に、半導体ＩＣプロセスを用いて形成
したこの加速度センサを示す。振動体は、単結晶シリコ
ンをマイクロファブリケーションにより一体形成した支
持梁７４と錘り７５からなる片持梁構造となっている。
図７の上下方向に加速度が加わると梁７４は曲げ変形を
うけ、梁表面に形成したピエゾ抵抗素子７６によってそ
の変形が検出される。この信号がサーボ回路７７に送ら
れ梁７４の変形が検出される。この信号がサーボ回路７
７に送られ、梁７４の変形を抑制する静電力を錘り７５
の上下に形成された電極７３ａ、７３ｂに発生させる。
センサの出力は２つの電極７３ａ、７３ｂに印加される
電圧を演算処理回路７８を通して得ることができる。電
極７３ａ、７３ｂはそれぞれ溝を形成した構造体７２
ａ、７２ｂの溝部分に形成され、構造体７２ａ、７２ｂ
はシリコン基板本体７１をはさんで接合されている。
したこの加速度センサを示す。振動体は、単結晶シリコ
ンをマイクロファブリケーションにより一体形成した支
持梁７４と錘り７５からなる片持梁構造となっている。
図７の上下方向に加速度が加わると梁７４は曲げ変形を
うけ、梁表面に形成したピエゾ抵抗素子７６によってそ
の変形が検出される。この信号がサーボ回路７７に送ら
れ梁７４の変形が検出される。この信号がサーボ回路７
７に送られ、梁７４の変形を抑制する静電力を錘り７５
の上下に形成された電極７３ａ、７３ｂに発生させる。
センサの出力は２つの電極７３ａ、７３ｂに印加される
電圧を演算処理回路７８を通して得ることができる。電
極７３ａ、７３ｂはそれぞれ溝を形成した構造体７２
ａ、７２ｂの溝部分に形成され、構造体７２ａ、７２ｂ
はシリコン基板本体７１をはさんで接合されている。
【０００４】錘り７５の微小変位を静電力で抑制したり
静電容量により検知したりする際、精度良く測定するた
めに、電極７３ａ、７３ｂ間空隙を制御性良く、また平
滑で低抵抗な電極を作製する必要がある。よって、精度
の良いセンサを形成するためには、上下構造体７２ａ、
７２ｂの溝を制御性良く、平滑に作製するとともに、シ
リコン基板７１との寸法精度を保持した状態での接合が
必須である。現在は、上下構造体ともシリコンで形成
し、これを異方性エッチングで制御性良く溝を形成し、
これを直接接合することにより寸法精度を出したり、ガ
ラス構造体をエッチングして、ガラス構造体を、比較的
低温で寸法精度良く接合できる陽極接合することによっ
て、作製が試みられている。
静電容量により検知したりする際、精度良く測定するた
めに、電極７３ａ、７３ｂ間空隙を制御性良く、また平
滑で低抵抗な電極を作製する必要がある。よって、精度
の良いセンサを形成するためには、上下構造体７２ａ、
７２ｂの溝を制御性良く、平滑に作製するとともに、シ
リコン基板７１との寸法精度を保持した状態での接合が
必須である。現在は、上下構造体ともシリコンで形成
し、これを異方性エッチングで制御性良く溝を形成し、
これを直接接合することにより寸法精度を出したり、ガ
ラス構造体をエッチングして、ガラス構造体を、比較的
低温で寸法精度良く接合できる陽極接合することによっ
て、作製が試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では以下の様な問題点があった。シリコン構造体を用
いれば、制御性良く溝が形成できるものの直接接合が高
温プロセスであるため金属電極の作製がプロセス工程上
困難となる。
術では以下の様な問題点があった。シリコン構造体を用
いれば、制御性良く溝が形成できるものの直接接合が高
温プロセスであるため金属電極の作製がプロセス工程上
困難となる。
【０００６】一方、ガラス構造体は、比較的低温で寸法
精度のある接合が可能であるが、ガラスのエッチングは
等方的に進みやすく、また微妙な組成比によりエッチン
グ速度が大きく変化するため、制御性良く平滑な溝を形
成するのが困難である。
精度のある接合が可能であるが、ガラスのエッチングは
等方的に進みやすく、また微妙な組成比によりエッチン
グ速度が大きく変化するため、制御性良く平滑な溝を形
成するのが困難である。
【０００７】従って、本発明の目的は、前述の問題を解
決し、シリコン構造体とガラス構造体を接合する接合方
法及びこの方法を用いて電極間空隙を制御性良く作製し
高精度で小型の力学量センサを提供することにある。
決し、シリコン構造体とガラス構造体を接合する接合方
法及びこの方法を用いて電極間空隙を制御性良く作製し
高精度で小型の力学量センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明によるシリコン構造体とガラス構造体の接合方法で
は、（１）シリコン基板の一部をエッチングすることにより
薄肉化された部分を持つ領域を備えたシリコン構造体を
形成する工程、 （２）金属イオンを含有したガラス基板上にガラス薄膜
を形成し、該ガラス薄膜をエッチングして溝を形成する
ことにより溝を持つガラス構造体を形成する工程、およ
び （３）前記シリコン構造体の薄肉化された部分を持つ領
域と前記ガラス構造体の溝を対向させた状態で、前記溝
の回りのガラス薄膜の部分においてシリコン構造体と前
記ガラス構造体を陽極接合する工程 を有することを特徴
とする。
明によるシリコン構造体とガラス構造体の接合方法で
は、（１）シリコン基板の一部をエッチングすることにより
薄肉化された部分を持つ領域を備えたシリコン構造体を
形成する工程、 （２）金属イオンを含有したガラス基板上にガラス薄膜
を形成し、該ガラス薄膜をエッチングして溝を形成する
ことにより溝を持つガラス構造体を形成する工程、およ
び （３）前記シリコン構造体の薄肉化された部分を持つ領
域と前記ガラス構造体の溝を対向させた状態で、前記溝
の回りのガラス薄膜の部分においてシリコン構造体と前
記ガラス構造体を陽極接合する工程 を有することを特徴
とする。
【０００９】より具体的には、例えば、シリコン上に熱
酸化膜或はスパッタ酸化膜を形成して接合する。また、
上記接合方法は、シリコン基板の一部をエッチングする
ことによりシリコン構造体を形成して、これを、比較的
低温で寸法精度良く、ガラス薄膜をエッチングして溝の
形成されたガラス構造体と接合できるので、力学量セン
サの製造方法として用いるのに適している。
酸化膜或はスパッタ酸化膜を形成して接合する。また、
上記接合方法は、シリコン基板の一部をエッチングする
ことによりシリコン構造体を形成して、これを、比較的
低温で寸法精度良く、ガラス薄膜をエッチングして溝の
形成されたガラス構造体と接合できるので、力学量セン
サの製造方法として用いるのに適している。
【００１０】上記目的を達成する本発明による力学量セ
ンサでは、シリコン基板の一部をエッチングすることに
よって薄肉化された部分を持つ領域を備えて該領域上に
電極を形成したシリコン構造体と、溝を形成して該溝に
電極を形成したガラス構造体とを、該領域上に形成され
た電極と該溝に形成された電極を対向させた状態で、該
溝の回りの部分において陽極接合して作製された力学量
を検知する力学量センサであって、ガラス構造体は、金
属イオンを含有したガラス基板上にガラス薄膜を成膜
し、このガラス薄膜をエッチングすることによって前記
溝を形成して成ることを特徴とする。
ンサでは、シリコン基板の一部をエッチングすることに
よって薄肉化された部分を持つ領域を備えて該領域上に
電極を形成したシリコン構造体と、溝を形成して該溝に
電極を形成したガラス構造体とを、該領域上に形成され
た電極と該溝に形成された電極を対向させた状態で、該
溝の回りの部分において陽極接合して作製された力学量
を検知する力学量センサであって、ガラス構造体は、金
属イオンを含有したガラス基板上にガラス薄膜を成膜
し、このガラス薄膜をエッチングすることによって前記
溝を形成して成ることを特徴とする。
【００１１】より具体的には、ガラス基板はケイ酸ガラ
ス或は硼ケイ酸ガラスであったり、ガラス薄膜は、イオ
ンを含有しないケイ酸ガラスであったり、ガラス薄膜
は、りん酸ガラス、硼酸ガラス、酸化ヒ素ガラスの１つ
であったり、ガラス薄膜は、りん、硼酸、ヒ素の少なく
とも１つを元素あるいは酸化物として含有するケイ酸ガ
ラスであったりする。
ス或は硼ケイ酸ガラスであったり、ガラス薄膜は、イオ
ンを含有しないケイ酸ガラスであったり、ガラス薄膜
は、りん酸ガラス、硼酸ガラス、酸化ヒ素ガラスの１つ
であったり、ガラス薄膜は、りん、硼酸、ヒ素の少なく
とも１つを元素あるいは酸化物として含有するケイ酸ガ
ラスであったりする。
【００１２】前述の構成を有する力学量センサは、ガラ
ス基板上に、基板とは組成の異なるガラス薄膜を成膜
し、組成が異なるためエッチング速度が異なることを利
用してガラスに制御性を良く、所望の溝を形成するもの
である。
ス基板上に、基板とは組成の異なるガラス薄膜を成膜
し、組成が異なるためエッチング速度が異なることを利
用してガラスに制御性を良く、所望の溝を形成するもの
である。
【００１３】また、前述の目的を達成するための本発明
に係る力学量センサの１つの形態では、エッチングによ
り梁にささえられた錘りを形成したＳｉ構造体と錘りの
対向部分に溝を形成したガラス構造体を接合して作製す
る力学量センサにおいて、ガラス母体基板上に、基板ガ
ラスと組成の異なるガラス薄膜を所望の溝深さ形成し、
この薄膜部分をエッチングして、ガラス構造体を作製す
ることを特徴とするものである。
に係る力学量センサの１つの形態では、エッチングによ
り梁にささえられた錘りを形成したＳｉ構造体と錘りの
対向部分に溝を形成したガラス構造体を接合して作製す
る力学量センサにおいて、ガラス母体基板上に、基板ガ
ラスと組成の異なるガラス薄膜を所望の溝深さ形成し、
この薄膜部分をエッチングして、ガラス構造体を作製す
ることを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】前述の構成を有する力学量センサは、ガラス基
板上に、基板とは組成の異なるガラス薄膜を成膜し、組
成が異なるためエッチング速度が異なることを利用して
ガラスに制御性を良く、所望の溝を形成するものであ
る。
板上に、基板とは組成の異なるガラス薄膜を成膜し、組
成が異なるためエッチング速度が異なることを利用して
ガラスに制御性を良く、所望の溝を形成するものであ
る。
【００１５】エッチング速度比がガラス薄膜の方が十分
大きければ、深さ方向へのエッチングは基板ガラスの表
面が表われた時点で終了することができる。このため平
滑で深さ制御性も良い溝が得られ、電極間空隙が制御性
良く得られる様になる。
大きければ、深さ方向へのエッチングは基板ガラスの表
面が表われた時点で終了することができる。このため平
滑で深さ制御性も良い溝が得られ、電極間空隙が制御性
良く得られる様になる。
【００１６】さらに、シリコン構造体とガラス構造体の
接合は陽極接合法を用い接合可能で、比較的低温で接合
可能となり、金属電極作成も容易になる。
接合は陽極接合法を用い接合可能で、比較的低温で接合
可能となり、金属電極作成も容易になる。
【００１７】
【実施例１】以下に本発明の実施例について図を用いて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１８】図１は第１の実施例の加速度センサの主要
部の断面構成図である。シリコンを異方性エッチングし
て回りに方形の溝１３ａを形成し、一体的に形成した支
持梁１４、錘り１５からなるシリコン基板１３が、ガラ
ス薄膜１２ａ、１２ｂを介してガラス基板１１ａ、１１
ｂに上下から挟まれている。
部の断面構成図である。シリコンを異方性エッチングし
て回りに方形の溝１３ａを形成し、一体的に形成した支
持梁１４、錘り１５からなるシリコン基板１３が、ガラ
ス薄膜１２ａ、１２ｂを介してガラス基板１１ａ、１１
ｂに上下から挟まれている。
【００１９】錘り１５の上面とガラス構造体１１ｂ、１
２ｂの溝部分１１ｃに、それぞれ電極１６ａと固定電極
１６ｂが、真空蒸着、鍍金、スパッタリング法等を用い
て金属を成膜しその後にフォトリソグラフィーによりパ
ターニングすることにより、対向して形成されている。
電極の位置は、錘り１５の下面とガラス構造体１１ａ、
１２ａの凹部１１ｄに対向して配置しても良い。なお、
電極１６ａ、１６ｂ間間隔ｄは数μｍ程度である。
２ｂの溝部分１１ｃに、それぞれ電極１６ａと固定電極
１６ｂが、真空蒸着、鍍金、スパッタリング法等を用い
て金属を成膜しその後にフォトリソグラフィーによりパ
ターニングすることにより、対向して形成されている。
電極の位置は、錘り１５の下面とガラス構造体１１ａ、
１２ａの凹部１１ｄに対向して配置しても良い。なお、
電極１６ａ、１６ｂ間間隔ｄは数μｍ程度である。
【００２０】図２は上下ガラス構造体１１ａ、１２ａ；
１１ｂ、１２ｂの構成図である。たとえば、ガラス基板
２１には、シリコンとの熱膨張係数差の小さい金属イオ
ンを４％含有する硼ケイ酸ガラス（硼酸１２．７％）
（商品名：＃７７４０、コーニング社製 ）を用いる。
このガラス基板２１の上に、金属イオンを含有しないケ
イ酸ガラス薄膜２２を所望の溝深さだけスパッタリング
法で堆積する。ただし、膜厚を制御して堆積できる方法
であれば、どの様な方法で成膜しても良い。その後、フ
ォトリソグラフィによりレジストマスクを形成し、エッ
チングにより溝２３を形成する。上記材料の場合、たと
えばＨＦとＮＨ4Ｆの重量比１：６の緩衝エッチング液
を用いれば、金属イオン含有硼ケイ酸ガラス２１のエッ
チング速度が５００Å／ｍｉｎ程度であるのに対し、ケ
イ酸ガラス薄膜２２のエッチング速度は２５００Å／ｍ
ｉｎ以上であり、選択エッチングに十分なエッチング速
度比を持つ。これにより底面に、基板の硼ケイ酸ガラス
２１の比較的平滑な表面を持ち所望の深さの溝２３を形
成できる。
１１ｂ、１２ｂの構成図である。たとえば、ガラス基板
２１には、シリコンとの熱膨張係数差の小さい金属イオ
ンを４％含有する硼ケイ酸ガラス（硼酸１２．７％）
（商品名：＃７７４０、コーニング社製 ）を用いる。
このガラス基板２１の上に、金属イオンを含有しないケ
イ酸ガラス薄膜２２を所望の溝深さだけスパッタリング
法で堆積する。ただし、膜厚を制御して堆積できる方法
であれば、どの様な方法で成膜しても良い。その後、フ
ォトリソグラフィによりレジストマスクを形成し、エッ
チングにより溝２３を形成する。上記材料の場合、たと
えばＨＦとＮＨ4Ｆの重量比１：６の緩衝エッチング液
を用いれば、金属イオン含有硼ケイ酸ガラス２１のエッ
チング速度が５００Å／ｍｉｎ程度であるのに対し、ケ
イ酸ガラス薄膜２２のエッチング速度は２５００Å／ｍ
ｉｎ以上であり、選択エッチングに十分なエッチング速
度比を持つ。これにより底面に、基板の硼ケイ酸ガラス
２１の比較的平滑な表面を持ち所望の深さの溝２３を形
成できる。
【００２１】ガラス構造体１１ａ、１２ａとシリコン基
板１３は陽極接合によって接合する。図３は、熱酸化膜
あるいはスパッタ酸化膜を形成したガラス構造体とシリ
コン基板の接合時のＶ−Ｉ特性の膜厚依存性を示す。電
圧Ｖは目視にて全面接合を確認した後（ガラス構造体と
シリコン基板の接合面の干渉縞で見る）に測定し、電流
は電圧印加後３分経過し、安定した時点での電流値を測
定している。図３中、３３はシリコン基板上に熱酸化膜
を０．１５μｍ、３４は０．３μｍ、３５は０．５μ
ｍ、３６は１μｍ形成した場合、３７はシリコン基板上
にスパッタ法でケイ酸ガラスを２μｍ形成した場合、３
１はガラス上にスパッタ法でケイ酸ガラスを２μｍ、３
２は１μｍ形成した場合のシリコン基板とガラス構造体
の接合条件を示す。接合時の試料温度は４００°Ｃであ
る。シリコン基板上にスパッタ酸化膜を２μｍ形成した
場合は接合しなかったが、他の場合ではすべて接合可能
であった。又、比抵抗は膜厚にほとんど依存しなかっ
た。
板１３は陽極接合によって接合する。図３は、熱酸化膜
あるいはスパッタ酸化膜を形成したガラス構造体とシリ
コン基板の接合時のＶ−Ｉ特性の膜厚依存性を示す。電
圧Ｖは目視にて全面接合を確認した後（ガラス構造体と
シリコン基板の接合面の干渉縞で見る）に測定し、電流
は電圧印加後３分経過し、安定した時点での電流値を測
定している。図３中、３３はシリコン基板上に熱酸化膜
を０．１５μｍ、３４は０．３μｍ、３５は０．５μ
ｍ、３６は１μｍ形成した場合、３７はシリコン基板上
にスパッタ法でケイ酸ガラスを２μｍ形成した場合、３
１はガラス上にスパッタ法でケイ酸ガラスを２μｍ、３
２は１μｍ形成した場合のシリコン基板とガラス構造体
の接合条件を示す。接合時の試料温度は４００°Ｃであ
る。シリコン基板上にスパッタ酸化膜を２μｍ形成した
場合は接合しなかったが、他の場合ではすべて接合可能
であった。又、比抵抗は膜厚にほとんど依存しなかっ
た。
【００２２】図４は、実験値より求めた電流を一定とし
た場合の接合に必要な電圧の膜厚依存性である。図４
中、４１はシリコン基板上にガラス薄膜を形成した場
合、４２はガラス基板上にガラス薄膜を形成した場合の
関係である。ガラス薄膜をシリコン上に２μｍ形成した
場合は接合せず（ハッチングを施した丸印）、ガラス上
に２μｍ形成した場合は接合可能であったことより、７
００〜８００Ｖ電圧印加まで接合可能であるとすれば、
ガラス基板上にガラス薄膜を形成した場合、膜厚５〜６
μｍまで十分に接合可能である。。
た場合の接合に必要な電圧の膜厚依存性である。図４
中、４１はシリコン基板上にガラス薄膜を形成した場
合、４２はガラス基板上にガラス薄膜を形成した場合の
関係である。ガラス薄膜をシリコン上に２μｍ形成した
場合は接合せず（ハッチングを施した丸印）、ガラス上
に２μｍ形成した場合は接合可能であったことより、７
００〜８００Ｖ電圧印加まで接合可能であるとすれば、
ガラス基板上にガラス薄膜を形成した場合、膜厚５〜６
μｍまで十分に接合可能である。。
【００２３】以上より、陽極接合法を用い、低温で接合
強度が大きく寸法精度を保持したガラス構造体１１ａ、
１２ａとシリコン基板１３の接合ができる。
強度が大きく寸法精度を保持したガラス構造体１１ａ、
１２ａとシリコン基板１３の接合ができる。
【００２４】シリコン基板１３とガラス構造体１１ｂ、
１２ｂの接合も同様にして行なう。
１２ｂの接合も同様にして行なう。
【００２５】この様にして平滑平面の溝１１ｃが、電極
１６ａ、１６ｂ間空隙ｄの寸法精度良く強固な接合で得
られるため、図１に示す加速度センサで高精度で静電容
量の変化を検出し、精度良く加速度が検出できる様にな
る。
１６ａ、１６ｂ間空隙ｄの寸法精度良く強固な接合で得
られるため、図１に示す加速度センサで高精度で静電容
量の変化を検出し、精度良く加速度が検出できる様にな
る。
【００２６】
【実施例１の変更例】第１の実施例の変更例として、第
１の実施例（図１）と同じ構成でガラス基板１１ａ、１
１ｂ、ガラス薄膜１２ａ、１２ｂに他の組成のガラスを
用いる。
１の実施例（図１）と同じ構成でガラス基板１１ａ、１
１ｂ、ガラス薄膜１２ａ、１２ｂに他の組成のガラスを
用いる。
【００２７】図５は、代表的なガラスのエッチング速度
とエッチング液を示す表である。たとえば、ガラス基板
に、金属イオン入りケイ酸ガラス、ガラス薄膜に金属イ
オンを含まないケイ酸ガラスを用い、エッチング液にＨ
Ｆ：ＮＨ4Ｆ＝１：６の緩衝エッチング液を用いれば
８：１（＝４０００：５００）のエッチング比でエッチ
ングされ、ガラス基板に金属イオン入り硼ケイ酸ガラ
ス、ガラス薄膜にリンケイ酸ガラスを用い、エッチング
液にＨＦ：ＮＨ4Ｆ＝１：１０を純水で１００倍にうす
めた緩衝エッチング液を用いれば、薄膜部分のみエッチ
ングされる。
とエッチング液を示す表である。たとえば、ガラス基板
に、金属イオン入りケイ酸ガラス、ガラス薄膜に金属イ
オンを含まないケイ酸ガラスを用い、エッチング液にＨ
Ｆ：ＮＨ4Ｆ＝１：６の緩衝エッチング液を用いれば
８：１（＝４０００：５００）のエッチング比でエッチ
ングされ、ガラス基板に金属イオン入り硼ケイ酸ガラ
ス、ガラス薄膜にリンケイ酸ガラスを用い、エッチング
液にＨＦ：ＮＨ4Ｆ＝１：１０を純水で１００倍にうす
めた緩衝エッチング液を用いれば、薄膜部分のみエッチ
ングされる。
【００２８】この様に、母体基板ガラスとガラス薄膜の
組成によって、温度、エッチング液等を考慮して、エッ
チング速度に十分差がある材料、条件を選べば、平滑な
溝を制御性良く形成することができる。
組成によって、温度、エッチング液等を考慮して、エッ
チング速度に十分差がある材料、条件を選べば、平滑な
溝を制御性良く形成することができる。
【００２９】さらに、上述したごとく、ガラス構造体と
シリコン構造体の接合は陽極接合法で低温接合可能であ
るため、金属電極の作製も容易となる。
シリコン構造体の接合は陽極接合法で低温接合可能であ
るため、金属電極の作製も容易となる。
【００３０】こうして、ガラス基板とガラス薄膜の材料
として、エッチング比が十分大きい材料を選ぶことによ
り、平滑平面の溝が電極間空隙の寸法精度良く強固な接
合が得られる様になり、高精度で静電容量の変化を検出
し精度良く加速度を検出することが可能になった。
として、エッチング比が十分大きい材料を選ぶことによ
り、平滑平面の溝が電極間空隙の寸法精度良く強固な接
合が得られる様になり、高精度で静電容量の変化を検出
し精度良く加速度を検出することが可能になった。
【００３１】
【実施例２】以下に本発明の第２の実施例を図６を用い
て説明する。
て説明する。
【００３２】図６は第２の実施例の圧力センサの主要部
の断面構成図である。第２実施例では、シリコンを異方
性エッチングして、被測定圧力をうける感圧ダイヤフラ
ム部６６を形成したシリコン基板６３を、ガラス薄膜６
２を介して、ガラス基板６１と接合し、基準圧室６４が
形成されている。
の断面構成図である。第２実施例では、シリコンを異方
性エッチングして、被測定圧力をうける感圧ダイヤフラ
ム部６６を形成したシリコン基板６３を、ガラス薄膜６
２を介して、ガラス基板６１と接合し、基準圧室６４が
形成されている。
【００３３】ガラス構造体６１、６２の溝部分６１ａと
感圧ダイヤフラム部６６の基準圧室６４側に、夫々、電
極６５ａ、６５ｂが形成してある。また、ダイヤフラム
部６６の基準圧室６４側には蒸着、拡散等による集積回
路６７が形成されている。電極６５ａ、６５ｂ間間隔ｄ
は数μｍ程度である。
感圧ダイヤフラム部６６の基準圧室６４側に、夫々、電
極６５ａ、６５ｂが形成してある。また、ダイヤフラム
部６６の基準圧室６４側には蒸着、拡散等による集積回
路６７が形成されている。電極６５ａ、６５ｂ間間隔ｄ
は数μｍ程度である。
【００３４】ガラス構造体６１、６２は上記実施例と同
じ構成である。また、上記実施例の如く、ガラス基板６
１とガラス薄膜６２に十分エッチング速度が異なる組成
のガラスを用いて、平滑で制御性良く溝６１ａを形成す
る。さらに、ガラス構成体６１、６２とシリコン構造体
６３、６６は、上記実施例の如く比較的低温で陽極接合
が可能であるため、金属電極６５ａ、６５ｂの作製も容
易である。
じ構成である。また、上記実施例の如く、ガラス基板６
１とガラス薄膜６２に十分エッチング速度が異なる組成
のガラスを用いて、平滑で制御性良く溝６１ａを形成す
る。さらに、ガラス構成体６１、６２とシリコン構造体
６３、６６は、上記実施例の如く比較的低温で陽極接合
が可能であるため、金属電極６５ａ、６５ｂの作製も容
易である。
【００３５】この様にしてガラス構造体６１、６２を形
成することにより、平滑平面の溝６１ａを電極間間隔ｄ
の寸法精度良くかつ強固な接合で得られる様になり、高
精度に静電容量の変化を検出し微少な圧力変化を測定す
ることが可能となった。尚、図６において、６８はシリ
コン基板６３に形成された穴を貫通する集積回路６７か
らのリード線である。
成することにより、平滑平面の溝６１ａを電極間間隔ｄ
の寸法精度良くかつ強固な接合で得られる様になり、高
精度に静電容量の変化を検出し微少な圧力変化を測定す
ることが可能となった。尚、図６において、６８はシリ
コン基板６３に形成された穴を貫通する集積回路６７か
らのリード線である。
【００３６】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によるシリコ
ン構造体とガラス構造体の接合法を用いて作製した力学
量センサは、電極間空隙は制御性良く金属電極を容易な
工程で得られる。
ン構造体とガラス構造体の接合法を用いて作製した力学
量センサは、電極間空隙は制御性良く金属電極を容易な
工程で得られる。
【００３７】従って、高精度で静電容量変化を検知し微
小な力学量を検出することができる力学量センサの作製
が可能となった。
小な力学量を検出することができる力学量センサの作製
が可能となった。
【図１】本発明の第１実施例の主要構成断面図である。
【図２】第１実施例の主要構成の１部を示す図である。
【図３】ガラス構造体とシリコン構造体の接合時の電圧
−電流特性のグラフである。
−電流特性のグラフである。
【図４】ガラス構造体とシリコン構造体の接合時におけ
る薄膜の膜厚と接合に必要な電圧の関係を表わすグラフ
である。
る薄膜の膜厚と接合に必要な電圧の関係を表わすグラフ
である。
【図５】代表的なガラスのエッチング速度とエッチング
液の例を示す表である。
液の例を示す表である。
【図６】第２の実施例の主要構成断面図である。
【図７】従来の例を示す断面図である。
１１ａ，１１ｂ，２１，６１……ガラス基板 １１ｃ，１１ｄ，２３，６１ａ……ガラス構造体の溝部 １２ａ，１２ｂ，２２，６２……ガラス薄膜 １３，６３，７１……シリコン構造体基板 １３ａ，２３……シリコン基板の溝 １４，７４……支持梁 １５，７５……錘り １６ａ，１６ｂ，６５ａ，６５ｂ，７３ａ，７３ｂ……
電極 ３１……シリコン基板と硼ケイ酸ガラス基板上にケイ酸
ガラス薄膜を２μｍ成膜したガラス構造体の接合時電圧
電流特性 ３２……シリコン基板と硼ケイ酸ガラス基板上にケイ酸
ガラス薄膜を１μｍ成膜したガラス構造体の接合時電圧
電流特性 ３３……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
膜を０．１５μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特性 ３４……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
を０．３μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特性 ３５……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
を０．５μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特性 ３６……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
を１μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特性 ３７……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上にケイ酸
ガラス薄膜を２μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特
性 ４１……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上にケイ酸
ガラス薄膜を成膜した構造体の接合時に必要な電圧とガ
ラス薄膜膜厚との関係 ４１……シリコン基板と硼ケイ酸ガラス基板上にケイ酸
ガラス薄膜を成膜した構造体の接合時に必要な電圧とガ
ラス薄膜膜厚との関係 ６４……基準圧室 ６６……感圧ダイヤフラム部 ６７……信号処理回路 ６８……リード線 ７２ａ，７２ｂ……溝が形成されている構造体 ７６……ピエゾ抵抗素子 ７７……サーボ回路 ７８……演算処理回路
電極 ３１……シリコン基板と硼ケイ酸ガラス基板上にケイ酸
ガラス薄膜を２μｍ成膜したガラス構造体の接合時電圧
電流特性 ３２……シリコン基板と硼ケイ酸ガラス基板上にケイ酸
ガラス薄膜を１μｍ成膜したガラス構造体の接合時電圧
電流特性 ３３……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
膜を０．１５μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特性 ３４……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
を０．３μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特性 ３５……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
を０．５μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特性 ３６……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
を１μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特性 ３７……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上にケイ酸
ガラス薄膜を２μｍ成膜した構造体の接合時電圧電流特
性 ４１……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上にケイ酸
ガラス薄膜を成膜した構造体の接合時に必要な電圧とガ
ラス薄膜膜厚との関係 ４１……シリコン基板と硼ケイ酸ガラス基板上にケイ酸
ガラス薄膜を成膜した構造体の接合時に必要な電圧とガ
ラス薄膜膜厚との関係 ６４……基準圧室 ６６……感圧ダイヤフラム部 ６７……信号処理回路 ６８……リード線 ７２ａ，７２ｂ……溝が形成されている構造体 ７６……ピエゾ抵抗素子 ７７……サーボ回路 ７８……演算処理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−237482（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/84
Claims (11)
- 【請求項１】シリコン構造体とガラス構造体の接合方法
であって、 （１）シリコン基板の一部をエッチングすることにより
薄肉化された部分を持つ領域を備えたシリコン構造体を
形成する工程、 （２）金属イオンを含有したガラス基板上にガラス薄膜
を形成し、該ガラス薄膜をエッチングして溝を形成する
ことにより溝を持つガラス構造体を形成する工程、およ
び （３）前記シリコン構造体の薄肉化された部分を持つ領
域と前記ガラス構造体の溝を対向させた状態で、前記溝
の回りのガラス薄膜の部分においてシリコン構造体と前
記ガラス構造体を陽極接合する工程を有することを特徴
とするシリコン構造体とガラス構造体の接合方法。 - 【請求項２】力学量センサの製造方法であって、 （１）シリコン基板の一部をエッチングすることによっ
て薄肉化された部分を持つ領域を備えたシリコン構造体
を形成する工程、 （２）前記シリコン構造体の薄肉化された部分を持つ領
域上に電極を形成する工程、 （３）金属イオンを含有したガラス基板上にガラス薄膜
を形成し、該ガラス薄膜をエッチングして溝を形成する
ことによって溝を持つガラス構造体を形成する工程、 （４）前記ガラス構造体の溝に電極を形成する工程、お
よび （５）前記シリコン構造体の薄肉化された部分を持つ領
域上に形成された電極と前記ガラス構造体の溝に形成さ
れた電極を対向させた状態で、前記溝の回りのガラス薄
膜の部分においてシリコン構造体と前記ガラス構造体を
陽極接合する工程を有する ことを特徴とする力学量セン
サの製造方法。 - 【請求項３】シリコン基板の一部をエッチングすること
によって薄肉化された部分を持つ領域を備えて該領域上
に電極を形成したシリコン構造体と、溝を形成して該溝
に電極を形成したガラス構造体とを、該領域上に形成さ
れた電極と該溝に形成された電極を対向させた状態で、
該溝の回りの部分において陽極接合して作製された力学
量を検知する力学量センサであって、前記ガラス構造体
は、金属イオンを含有したガラス基板上にガラス薄膜を
成膜し、このガラス薄膜をエッチングすることによって
前記溝を形成して成ることを特徴とする力学量センサ。 - 【請求項４】 前記ガラス基板はケイ酸ガラスであるこ
とを特徴とする請求項３記載の力学量センサ。 - 【請求項５】 前記ガラス薄膜は、イオンを含有しない
ケイ酸ガラスであることを特徴とする請求項４記載の力
学量センサ。 - 【請求項６】 前記ガラス薄膜は、りん酸ガラス、硼酸
ガラス、酸化ヒ素ガラスの１つであることを特徴とする
請求項４記載の力学量センサ。 - 【請求項７】 前記ガラス薄膜は、りん、硼酸、ヒ素の
少なくとも１つを元素あるいは酸化物として含有するケ
イ酸ガラスであることを特徴とする請求項４記載の力学
量センサ。 - 【請求項８】 前記ガラス基板は硼ケイ酸ガラスである
ことを特徴とする請求項３記載の力学量センサ。 - 【請求項９】 前記ガラス薄膜は、イオンを含有しない
ケイ酸ガラスあるいは硼ケイ酸ガラスであることを特徴
とする請求項８記載の力学量センサ。 - 【請求項１０】 前記ガラス薄膜は、硼酸ガラス、りん
酸ガラス、酸化ヒ素ガラスの１つであることを特徴とす
る請求項８記載の力学量センサ。 - 【請求項１１】 前記ガラス薄膜は、硼素、りん、ヒ素
の少なくとも１つを元素または酸化物として含有するケ
イ酸ガラスであることを特徴とする請求項８記載の力学
量センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34170792A JP3313793B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | シリコン構造体とガラス構造体の接合法及びそれを用いた力学量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34170792A JP3313793B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | シリコン構造体とガラス構造体の接合法及びそれを用いた力学量センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06169095A JPH06169095A (ja) | 1994-06-14 |
| JP3313793B2 true JP3313793B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=18348159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34170792A Expired - Fee Related JP3313793B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | シリコン構造体とガラス構造体の接合法及びそれを用いた力学量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3313793B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19846691C1 (de) * | 1998-10-09 | 1999-11-25 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur Mikrostrukturierung von Gläsern |
-
1992
- 1992-11-27 JP JP34170792A patent/JP3313793B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06169095A (ja) | 1994-06-14 |
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