JP3433570B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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- JP3433570B2 JP3433570B2 JP12853995A JP12853995A JP3433570B2 JP 3433570 B2 JP3433570 B2 JP 3433570B2 JP 12853995 A JP12853995 A JP 12853995A JP 12853995 A JP12853995 A JP 12853995A JP 3433570 B2 JP3433570 B2 JP 3433570B2
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- Japan
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板を加工して
形成される半導体加速度センサに関するものである。
形成される半導体加速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体加速度センサは、従来より半導体
エッチング技術を利用して製造されており、小型、高感
度、高信頼性という特徴を有している。図６は従来の半
導体加速度センサの一例を示しており、Lynn Michell R
oylance "A Batch-Fabricated Silicon Accelerometer"
(IEEE Transaction on Electron Devices,Vol.ED-26,N
o.12,December 1979) において提案されているものであ
る。
エッチング技術を利用して製造されており、小型、高感
度、高信頼性という特徴を有している。図６は従来の半
導体加速度センサの一例を示しており、Lynn Michell R
oylance "A Batch-Fabricated Silicon Accelerometer"
(IEEE Transaction on Electron Devices,Vol.ED-26,N
o.12,December 1979) において提案されているものであ
る。
【０００３】この半導体加速度センサは、重り部３０
と、一端が重り部３０と一体連結された薄肉の起歪部３
１と、起歪部３１の他端と一体連結され起歪部３１によ
り重り部３０を揺動自在に支持する支持部３２とをシリ
コン基板をエッチング加工することで一体に形成したセ
ンシングエレメント３３と、支持部３２の上下に陽極接
合により固定された上部及び下部キャップ３４，３５と
を有し、起歪部３１の表面には歪に応じて抵抗値が変化
するピエゾ抵抗３６が拡散により形成してある。なお、
上部及び下部キャップ３４，３５のセンシングエレメン
ト３３に対向する面には、重り部３０の揺動空間を確保
するための凹所３４ａ，３５ａがエッチングにより形成
してある。また、上部及び下部キャップ３４，３５はセ
ンシングエレメント３３を封止するためのものであっ
て、シリコン基板とほぼ等しい熱膨張率を有するガラス
（耐熱ガラス）で形成してある。
と、一端が重り部３０と一体連結された薄肉の起歪部３
１と、起歪部３１の他端と一体連結され起歪部３１によ
り重り部３０を揺動自在に支持する支持部３２とをシリ
コン基板をエッチング加工することで一体に形成したセ
ンシングエレメント３３と、支持部３２の上下に陽極接
合により固定された上部及び下部キャップ３４，３５と
を有し、起歪部３１の表面には歪に応じて抵抗値が変化
するピエゾ抵抗３６が拡散により形成してある。なお、
上部及び下部キャップ３４，３５のセンシングエレメン
ト３３に対向する面には、重り部３０の揺動空間を確保
するための凹所３４ａ，３５ａがエッチングにより形成
してある。また、上部及び下部キャップ３４，３５はセ
ンシングエレメント３３を封止するためのものであっ
て、シリコン基板とほぼ等しい熱膨張率を有するガラス
（耐熱ガラス）で形成してある。
【０００４】そして、上記半導体加速度センサに対し
て、例えば図６（ｂ）における矢印方向の加速度Ｇが印
加されると、その加速度Ｇの大きさに応じて重り部３０
が揺動することで起歪部３１が撓み、その結果、起歪部
３１に歪による応力が生じ、ピエゾ効果によって起歪部
３１の表面のピエゾ抵抗３６の抵抗値が変化する。そし
て、この抵抗値変化を電圧出力として取り出すことで、
印加された加速度を検出することができるようになって
いる。
て、例えば図６（ｂ）における矢印方向の加速度Ｇが印
加されると、その加速度Ｇの大きさに応じて重り部３０
が揺動することで起歪部３１が撓み、その結果、起歪部
３１に歪による応力が生じ、ピエゾ効果によって起歪部
３１の表面のピエゾ抵抗３６の抵抗値が変化する。そし
て、この抵抗値変化を電圧出力として取り出すことで、
印加された加速度を検出することができるようになって
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来構
成では、例えば半導体加速度センサ自体が誤って落とさ
れたときのように、過大な加速度が印加されたときには
起歪部３１の撓み量が限界を越えて起歪部３１が破損し
てしまうという問題があった。本発明は上記問題点の解
決を目的とするものであり、過大な加速度が印加された
場合の起歪部の破損を防止できる半導体加速度センサを
提供しようとするものである。
成では、例えば半導体加速度センサ自体が誤って落とさ
れたときのように、過大な加速度が印加されたときには
起歪部３１の撓み量が限界を越えて起歪部３１が破損し
てしまうという問題があった。本発明は上記問題点の解
決を目的とするものであり、過大な加速度が印加された
場合の起歪部の破損を防止できる半導体加速度センサを
提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、重り部と、一端が重り部に一体
連結された起歪部と、この起歪部の他端が一体連結され
起歪部により重り部を揺動自在に支持する支持部とを半
導体基板を加工して形成したセンシングエレメントを有
するとともに、このセンシングエレメントの上下にそれ
ぞれ配置され、少なくとも重り部と起歪部を封止する上
部及び下部キャップを有し、重り部の自由端近傍と対向
する上部キャップの下面に、過大な加速度が印加された
ときに重り部が一定値以上変位しないように規制する突
起から成るストッパを設けた半導体加速度センサであっ
て、上部キャップをセンシングエレメントの上面に接合
し、センシングエレメントとの接合部と、接合面と略面
一となるストッパとを残して重り部と対向する上部キャ
ップの下面に凹所を形成するとともに、ストッパに対向
する重り部の上面に凹部を設けたことを特徴とする。
目的を達成するために、重り部と、一端が重り部に一体
連結された起歪部と、この起歪部の他端が一体連結され
起歪部により重り部を揺動自在に支持する支持部とを半
導体基板を加工して形成したセンシングエレメントを有
するとともに、このセンシングエレメントの上下にそれ
ぞれ配置され、少なくとも重り部と起歪部を封止する上
部及び下部キャップを有し、重り部の自由端近傍と対向
する上部キャップの下面に、過大な加速度が印加された
ときに重り部が一定値以上変位しないように規制する突
起から成るストッパを設けた半導体加速度センサであっ
て、上部キャップをセンシングエレメントの上面に接合
し、センシングエレメントとの接合部と、接合面と略面
一となるストッパとを残して重り部と対向する上部キャ
ップの下面に凹所を形成するとともに、ストッパに対向
する重り部の上面に凹部を設けたことを特徴とする。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上部キャップが耐熱ガラスにより形成されたことを
特徴とする。
て、上部キャップが耐熱ガラスにより形成されたことを
特徴とする。
【０００８】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、上部キャップとセンシングエレメントとの接合部に
センシングエレメントを構成する半導体基板に導通する
金属製の接合層を形成したことを特徴とする。
て、上部キャップとセンシングエレメントとの接合部に
センシングエレメントを構成する半導体基板に導通する
金属製の接合層を形成したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】請求項１の発明の構成では、重り部と、一端が
重り部に一体連結された起歪部と、この起歪部の他端が
一体連結され起歪部により重り部を揺動自在に支持する
支持部とを半導体基板を加工して形成したセンシングエ
レメントを有するとともに、このセンシングエレメント
の上下にそれぞれ配置され、少なくとも重り部と起歪部
を封止する上部及び下部キャップを有し、重り部の自由
端近傍と対向する上部キャップの下面に、過大な加速度
が印加されたときに重り部が一定値以上変位しないよう
に規制する突起から成るストッパを設けた半導体加速度
センサであって、上部キャップをセンシングエレメント
の上面に接合し、センシングエレメントとの接合部と、
接合面と略面一となるストッパとを残して重り部と対向
する上部キャップの下面に凹所を形成するとともに、ス
トッパに対向する重り部の上面に凹部を設けたので、半
導体加速度センサに過大な加速度が印加された場合の起
歪部の破損を防止できる。また、ストッパを容易に形成
することができるとともに、ストッパの下面と重り部の
凹部の底面とのギャップの範囲内で重り部が揺動可能で
あって、しかも、ストッパの下面は特に加工する必要が
なく、重り部の凹部の深さによってギャップを管理で
き、上部キャップへのストッパの形成が容易になる。
重り部に一体連結された起歪部と、この起歪部の他端が
一体連結され起歪部により重り部を揺動自在に支持する
支持部とを半導体基板を加工して形成したセンシングエ
レメントを有するとともに、このセンシングエレメント
の上下にそれぞれ配置され、少なくとも重り部と起歪部
を封止する上部及び下部キャップを有し、重り部の自由
端近傍と対向する上部キャップの下面に、過大な加速度
が印加されたときに重り部が一定値以上変位しないよう
に規制する突起から成るストッパを設けた半導体加速度
センサであって、上部キャップをセンシングエレメント
の上面に接合し、センシングエレメントとの接合部と、
接合面と略面一となるストッパとを残して重り部と対向
する上部キャップの下面に凹所を形成するとともに、ス
トッパに対向する重り部の上面に凹部を設けたので、半
導体加速度センサに過大な加速度が印加された場合の起
歪部の破損を防止できる。また、ストッパを容易に形成
することができるとともに、ストッパの下面と重り部の
凹部の底面とのギャップの範囲内で重り部が揺動可能で
あって、しかも、ストッパの下面は特に加工する必要が
なく、重り部の凹部の深さによってギャップを管理で
き、上部キャップへのストッパの形成が容易になる。
【００１０】請求項２の発明の構成では、上部キャップ
が耐熱ガラスにより形成されたので、請求項１の発明と
同様の作用を奏する。
が耐熱ガラスにより形成されたので、請求項１の発明と
同様の作用を奏する。
【００１１】請求項３の発明の構成では、上部キャップ
とセンシングエレメントとの接合部にセンシングエレメ
ントを構成する半導体基板に導通する金属製の接合層を
形成したので、陽極接合時のセンシングエレメントにお
けるリークの発生を防止できる。
とセンシングエレメントとの接合部にセンシングエレメ
ントを構成する半導体基板に導通する金属製の接合層を
形成したので、陽極接合時のセンシングエレメントにお
けるリークの発生を防止できる。
【００１２】
（実施例１）図１は本発明の第１の実施例における半導
体加速度センサの側面断面図を、図２は同じく外観斜視
図を示すものである。この半導体加速度センサは、重り
部２と、一端が重り部２に一体連結された薄肉の一対の
起歪部３と、この起歪部３の他端が一体連結され起歪部
３により重り部２を揺動自在に支持する支持部４とを矩
形板状のシリコン基板を加工して形成したセンシングエ
レメント１を有するとともに、このセンシングエレメン
ト１の上下にそれぞれ陽極接合され、少なくとも重り部
２と起歪部３を封止する上部及び下部キャップ１０，２
０を有している。
体加速度センサの側面断面図を、図２は同じく外観斜視
図を示すものである。この半導体加速度センサは、重り
部２と、一端が重り部２に一体連結された薄肉の一対の
起歪部３と、この起歪部３の他端が一体連結され起歪部
３により重り部２を揺動自在に支持する支持部４とを矩
形板状のシリコン基板を加工して形成したセンシングエ
レメント１を有するとともに、このセンシングエレメン
ト１の上下にそれぞれ陽極接合され、少なくとも重り部
２と起歪部３を封止する上部及び下部キャップ１０，２
０を有している。
【００１３】一対の起歪部３の各表面近傍には拡散によ
ってそれぞれ一対のピエゾ抵抗５が形成してある。これ
らのピエゾ抵抗５は短冊形に形成され、同一の起歪部３
に形成されたピエゾ抵抗５のうちの一方をその長手方向
を起歪部３の長手方向と一致させ、他方のピエゾ抵抗５
はその長手方向を起歪部３の長手方向に略直交させるよ
うに形成されている。また、これらのピエゾ抵抗５の抵
抗値変化を電圧として外部に取り出すための拡散層６が
起歪部３から支持部４の方へ延設されている。そして、
センシングエレメント１の表面には絶縁膜７が形成され
るとともに、支持部４の一端縁近傍において絶縁膜７上
にアルミニウムから成るパッド８が複数形成され、各パ
ッド８がそれぞれピエゾ抵抗５と電気的に接続された拡
散層６と絶縁膜７に形成されたコンタクト窓を通して接
続してある。
ってそれぞれ一対のピエゾ抵抗５が形成してある。これ
らのピエゾ抵抗５は短冊形に形成され、同一の起歪部３
に形成されたピエゾ抵抗５のうちの一方をその長手方向
を起歪部３の長手方向と一致させ、他方のピエゾ抵抗５
はその長手方向を起歪部３の長手方向に略直交させるよ
うに形成されている。また、これらのピエゾ抵抗５の抵
抗値変化を電圧として外部に取り出すための拡散層６が
起歪部３から支持部４の方へ延設されている。そして、
センシングエレメント１の表面には絶縁膜７が形成され
るとともに、支持部４の一端縁近傍において絶縁膜７上
にアルミニウムから成るパッド８が複数形成され、各パ
ッド８がそれぞれピエゾ抵抗５と電気的に接続された拡
散層６と絶縁膜７に形成されたコンタクト窓を通して接
続してある。
【００１４】また、上部及び下部キャップ１０，２０
は、所謂パイレックスガラスと呼ばれる耐熱ガラスによ
り矩形板状に形成されており、その周縁部においてセン
シングエレメント１の支持部４の上下面に陽極接合さ
れ、センシングエレメント１を封止している。上部キャ
ップ１０のセンシングエレメント１と対向する面（図１
では下面）には、重り部２の自由端近傍の位置に突起状
の一対のストッパ１１が形成され、このストッパ１１と
対向する重り部２の上面には、ストッパ１１の下面との
間で所定のギャップが得られるように凹部２ａが形成さ
れている。
は、所謂パイレックスガラスと呼ばれる耐熱ガラスによ
り矩形板状に形成されており、その周縁部においてセン
シングエレメント１の支持部４の上下面に陽極接合さ
れ、センシングエレメント１を封止している。上部キャ
ップ１０のセンシングエレメント１と対向する面（図１
では下面）には、重り部２の自由端近傍の位置に突起状
の一対のストッパ１１が形成され、このストッパ１１と
対向する重り部２の上面には、ストッパ１１の下面との
間で所定のギャップが得られるように凹部２ａが形成さ
れている。
【００１５】上部キャップ１０へのストッパ１１の形成
は次のように行なう。すなわち、矩形板状の耐熱ガラス
の一方の面を、その周縁のセンシングエレメント１との
接合部と、ストッパ１１を形成する箇所とを残してエッ
チング加工して凹所１２を形成することで、凹所１２の
底面から突出する突起によってストッパ１１を形成して
いる。
は次のように行なう。すなわち、矩形板状の耐熱ガラス
の一方の面を、その周縁のセンシングエレメント１との
接合部と、ストッパ１１を形成する箇所とを残してエッ
チング加工して凹所１２を形成することで、凹所１２の
底面から突出する突起によってストッパ１１を形成して
いる。
【００１６】一方、センシングエレメント１の重り部２
は、センシングエレメント１が下部キャップ２０と接合
された状態で重り部２の下面と下部キャップ２０の上面
との間に所定のギャップが生じるように、その下面が支
持部４の下面（下部キャップ２０との接合面）よりも上
方へ高くなるように形成されている。これは、重り部２
の下面より水酸化カリウム液等を用いて異方性エッチン
グすることで行なわれている。
は、センシングエレメント１が下部キャップ２０と接合
された状態で重り部２の下面と下部キャップ２０の上面
との間に所定のギャップが生じるように、その下面が支
持部４の下面（下部キャップ２０との接合面）よりも上
方へ高くなるように形成されている。これは、重り部２
の下面より水酸化カリウム液等を用いて異方性エッチン
グすることで行なわれている。
【００１７】上述のように、重り部２の上下において上
部及び下部キャップ１０，２０との間でギャップを設け
ることで、加速度が印加された場合に重り部２が揺動す
るためのスペースが確保されている。したがって、セン
シングエレメント１に検出可能な範囲を越えた過大な加
速度が印加された場合には、上部キャップ１０に形成さ
れたストッパ１１に重り部２の凹部２ａの底面が当接す
るため、このストッパ１１によって重り部２が一定値以
上に変位するのが規制されている。
部及び下部キャップ１０，２０との間でギャップを設け
ることで、加速度が印加された場合に重り部２が揺動す
るためのスペースが確保されている。したがって、セン
シングエレメント１に検出可能な範囲を越えた過大な加
速度が印加された場合には、上部キャップ１０に形成さ
れたストッパ１１に重り部２の凹部２ａの底面が当接す
るため、このストッパ１１によって重り部２が一定値以
上に変位するのが規制されている。
【００１８】ところで、通常の半導体加速度センサは２
〜４ｍｍ角程度の寸法であって、１〜４０Ｇの加速度が
検出可能なセンサを構成しようとすれば、重り部２の先
端（自由端）の撓み量はせいぜい数ミクロン程度であ
り、上記スペースは数ミクロンに若干の余裕量を加えた
寸法に設定される。しかしながら、従来例のように耐熱
ガラス製の上部及び下部キャップ３４，３５のエッチン
グ加工により凹所を形成して上記スペースを設けた場合
には、一般的にガラスをエッチング加工する際にエッチ
ングの深さ寸法の精度を確保することは非常に難しく、
ミクロンあるいはサブミクロン単位での深さ寸法の管理
は極めて困難である。したがって、従来のように耐熱ガ
ラス製の上部及び下部キャップ３４，３５をエッチング
加工しただけで上記スペースを確保しながらストッパ１
１を形成することは非常に難しい。
〜４ｍｍ角程度の寸法であって、１〜４０Ｇの加速度が
検出可能なセンサを構成しようとすれば、重り部２の先
端（自由端）の撓み量はせいぜい数ミクロン程度であ
り、上記スペースは数ミクロンに若干の余裕量を加えた
寸法に設定される。しかしながら、従来例のように耐熱
ガラス製の上部及び下部キャップ３４，３５のエッチン
グ加工により凹所を形成して上記スペースを設けた場合
には、一般的にガラスをエッチング加工する際にエッチ
ングの深さ寸法の精度を確保することは非常に難しく、
ミクロンあるいはサブミクロン単位での深さ寸法の管理
は極めて困難である。したがって、従来のように耐熱ガ
ラス製の上部及び下部キャップ３４，３５をエッチング
加工しただけで上記スペースを確保しながらストッパ１
１を形成することは非常に難しい。
【００１９】そこで、本実施例では、上述のように下部
キャップ２０については鏡面仕上げのみを施してセンシ
ングエレメント１との接合面を平坦な面とし、シリコン
基板から成る重り部２の下面を異方性エッチングするこ
とで重り部２の下側のスペースを確保するようにしてお
り、シリコン基板の異方性エッチングにおいては深さ寸
法の精度をミクロン単位で管理できるから、上記スペー
スを容易に確保することができる。
キャップ２０については鏡面仕上げのみを施してセンシ
ングエレメント１との接合面を平坦な面とし、シリコン
基板から成る重り部２の下面を異方性エッチングするこ
とで重り部２の下側のスペースを確保するようにしてお
り、シリコン基板の異方性エッチングにおいては深さ寸
法の精度をミクロン単位で管理できるから、上記スペー
スを容易に確保することができる。
【００２０】また、上部キャップ１０に形成されたスト
ッパ１１との間のスペースについては、エッチング加工
されずに残った上部キャップ１０の周縁部下面（接合
面）とストッパ１１の下面とが面一となり、このストッ
パ１１の下面と重り部２の上面との間のギャップ（スペ
ース）は、重り部２に形成された凹部２ａにより確保す
るようになっている。すなわち、本実施例では、凹部２
ａの深さを重り部２の下面と下部キャップ２０の上面と
のスペースに略等しい寸法に設定している。この場合
も、シリコン基板から成る重り部２の上面を異方性エッ
チングすることで、その深さ寸法を精度良く管理しなが
ら凹部２ａを形成することができる。しかも、ストッパ
１１を形成するためにエッチング加工された上部キャッ
プ１０の凹所１２の深さ寸法は、ストッパ１１の下面と
重り部２の凹部２ａの底面との距離よりも充分大きけれ
ば特に精度良く深さ寸法を管理する必要はないのであ
る。
ッパ１１との間のスペースについては、エッチング加工
されずに残った上部キャップ１０の周縁部下面（接合
面）とストッパ１１の下面とが面一となり、このストッ
パ１１の下面と重り部２の上面との間のギャップ（スペ
ース）は、重り部２に形成された凹部２ａにより確保す
るようになっている。すなわち、本実施例では、凹部２
ａの深さを重り部２の下面と下部キャップ２０の上面と
のスペースに略等しい寸法に設定している。この場合
も、シリコン基板から成る重り部２の上面を異方性エッ
チングすることで、その深さ寸法を精度良く管理しなが
ら凹部２ａを形成することができる。しかも、ストッパ
１１を形成するためにエッチング加工された上部キャッ
プ１０の凹所１２の深さ寸法は、ストッパ１１の下面と
重り部２の凹部２ａの底面との距離よりも充分大きけれ
ば特に精度良く深さ寸法を管理する必要はないのであ
る。
【００２１】上述のように、本実施例の構成では、上部
及び下部キャップ１０，２０に耐熱ガラス製のものを用
いた場合においても、重り部２の揺動するスペースを精
度良く容易に確保することができ、しかも、過大な加速
度が印加された場合には上部キャップ１０に形成したス
トッパ１１によって重り部２が一定値以上に変位しない
ように規制し、起歪部３が破損してしまうのを防止でき
る。なお、下部キャップ２０によっても重り部２の下方
向への変位が規制されることは言うまでもない。また、
ストッパ１１は重り部２の上面側に形成するようにして
もよい。
及び下部キャップ１０，２０に耐熱ガラス製のものを用
いた場合においても、重り部２の揺動するスペースを精
度良く容易に確保することができ、しかも、過大な加速
度が印加された場合には上部キャップ１０に形成したス
トッパ１１によって重り部２が一定値以上に変位しない
ように規制し、起歪部３が破損してしまうのを防止でき
る。なお、下部キャップ２０によっても重り部２の下方
向への変位が規制されることは言うまでもない。また、
ストッパ１１は重り部２の上面側に形成するようにして
もよい。
【００２２】ところで、従来例においては、一つのシリ
コン基板のウェハに多数のセンシングエレメント３３を
形成した後、耐熱ガラス製の上部及び下部キャップ３
４，３５を陽極接合するというプロセスで製造されてい
たが、起歪部３は一般的に数ミクロン又は十数ミクロン
と極めて薄く形成されているため、上部及び下部キャッ
プ３４，３５が接合されていない上記ウェハがハンドリ
ングされる場合に起歪部３が破損する可能性があり、歩
留りの低下につながっていた。また、陽極接合する際に
は、センシングエレメント３３と上部あるいは下部キャ
ップ３４，３５とに数百ボルトの電圧を印加するため、
重り部２と上部あるいは下部キャップ３４，３５との間
に静電吸引力が発生し、重り部２が上部あるいは下部キ
ャップ３４，３５へ引き寄せられることで起歪部３が破
損したり、重り部２が上部あるいは下部キャップ３４，
３５に接合されてしまうことがあった。
コン基板のウェハに多数のセンシングエレメント３３を
形成した後、耐熱ガラス製の上部及び下部キャップ３
４，３５を陽極接合するというプロセスで製造されてい
たが、起歪部３は一般的に数ミクロン又は十数ミクロン
と極めて薄く形成されているため、上部及び下部キャッ
プ３４，３５が接合されていない上記ウェハがハンドリ
ングされる場合に起歪部３が破損する可能性があり、歩
留りの低下につながっていた。また、陽極接合する際に
は、センシングエレメント３３と上部あるいは下部キャ
ップ３４，３５とに数百ボルトの電圧を印加するため、
重り部２と上部あるいは下部キャップ３４，３５との間
に静電吸引力が発生し、重り部２が上部あるいは下部キ
ャップ３４，３５へ引き寄せられることで起歪部３が破
損したり、重り部２が上部あるいは下部キャップ３４，
３５に接合されてしまうことがあった。
【００２３】そこで、本実施例では、図３（ａ）に示す
ように重り部２及び起歪部３が形成され、且つ重り部２
と支持部４とが分離されていないつながった状態でセン
シングエレメント１と下部キャップ２０とを陽極接合
し、その後、ＲＩＥ（反応性ドライエッチング）加工に
より重り部２と支持部４を分離するようにしている（図
３（ｂ）参照）。このようにすれば、陽極接合の際に生
じる静電吸引力によって重り部２が下部キャップ２０の
方へ引き寄せられることがなく、起歪部３の破損や重り
部２の接合を防止できる。なお、図３（ｂ）に示すよう
に、下部キャップ２０にセンシングエレメント１を接合
した後、上部キャップ１０をセンシングエレメント１に
陽極接合する場合には、両者の間に働く静電吸引力を低
く抑えることができるため、起歪部３の破損や重り部２
の接合を防止できる。つまり、静電吸引力は電圧が印加
されている電極の面積に比例し距離の二乗に反比例する
から、本実施例の構成ではセンシングエレメント１と上
部キャップ１０との間で距離の小さい部分、すなわち重
り部２の上面に形成された凹部２ａの面積は充分に小さ
く、逆に面積が大きい部分（上部キャップ１０の凹所１
２の底面）においては距離が充分大きくとってあるの
で、上部キャップ１０と重り部２との間に生じる静電吸
引力を小さく抑えることができるのである。
ように重り部２及び起歪部３が形成され、且つ重り部２
と支持部４とが分離されていないつながった状態でセン
シングエレメント１と下部キャップ２０とを陽極接合
し、その後、ＲＩＥ（反応性ドライエッチング）加工に
より重り部２と支持部４を分離するようにしている（図
３（ｂ）参照）。このようにすれば、陽極接合の際に生
じる静電吸引力によって重り部２が下部キャップ２０の
方へ引き寄せられることがなく、起歪部３の破損や重り
部２の接合を防止できる。なお、図３（ｂ）に示すよう
に、下部キャップ２０にセンシングエレメント１を接合
した後、上部キャップ１０をセンシングエレメント１に
陽極接合する場合には、両者の間に働く静電吸引力を低
く抑えることができるため、起歪部３の破損や重り部２
の接合を防止できる。つまり、静電吸引力は電圧が印加
されている電極の面積に比例し距離の二乗に反比例する
から、本実施例の構成ではセンシングエレメント１と上
部キャップ１０との間で距離の小さい部分、すなわち重
り部２の上面に形成された凹部２ａの面積は充分に小さ
く、逆に面積が大きい部分（上部キャップ１０の凹所１
２の底面）においては距離が充分大きくとってあるの
で、上部キャップ１０と重り部２との間に生じる静電吸
引力を小さく抑えることができるのである。
【００２４】（実施例２）図４は本発明の第２の実施例
における半導体加速度センサの側面断面図を、図５は同
じく外観斜視図を示すものであり、本実施例の基本構成
は実施例１と共通であるので共通する部分には同一の符
号を付して説明は省略し、本実施例の特徴となる部分に
ついてのみ説明する。
における半導体加速度センサの側面断面図を、図５は同
じく外観斜視図を示すものであり、本実施例の基本構成
は実施例１と共通であるので共通する部分には同一の符
号を付して説明は省略し、本実施例の特徴となる部分に
ついてのみ説明する。
【００２５】本実施例は、上部キャップ１０とセンシン
グエレメント１との接合部にセンシングエレメント１を
構成するシリコン基板に導通するアルミニウムから成る
接合層１３を形成した点に特徴がある。すなわち、陽極
接合はシリコンとガラスとを接合する技術であるが、一
般的にはシリコンウェハ側の接合面に絶縁膜があると接
合しにくく、薄い熱酸化膜であれば接合できる場合があ
る。従来例においてはセンシングエレメント３３の上面
及び下面とも絶縁膜を除去して接合しており、センシン
グエレメント１のピエゾ抵抗５（ｐ）や配線用の拡散層
６（ｐ＋）とシリコン基板（ｎ）との間でリークが生じ
る場合があった。なお、上記実施例１においては比較的
に薄い熱酸化膜によって絶縁膜７を形成しており、陽極
接合は可能であるが絶縁膜７の絶縁性が若干低くなって
しまう。
グエレメント１との接合部にセンシングエレメント１を
構成するシリコン基板に導通するアルミニウムから成る
接合層１３を形成した点に特徴がある。すなわち、陽極
接合はシリコンとガラスとを接合する技術であるが、一
般的にはシリコンウェハ側の接合面に絶縁膜があると接
合しにくく、薄い熱酸化膜であれば接合できる場合があ
る。従来例においてはセンシングエレメント３３の上面
及び下面とも絶縁膜を除去して接合しており、センシン
グエレメント１のピエゾ抵抗５（ｐ）や配線用の拡散層
６（ｐ＋）とシリコン基板（ｎ）との間でリークが生じ
る場合があった。なお、上記実施例１においては比較的
に薄い熱酸化膜によって絶縁膜７を形成しており、陽極
接合は可能であるが絶縁膜７の絶縁性が若干低くなって
しまう。
【００２６】そこで、本実施例では、センシングエレメ
ント１の上面には充分な絶縁性が得られるような膜厚の
絶縁膜７’を形成し、その絶縁膜７’上の上部キャップ
１０との接合部にアルミウムのような金属から成る接合
層１３を形成し、この接合層１３をセンシングエレメン
ト１を構成するシリコン基板と導通させてある。ここ
で、接合層１３とシリコン基板との導通は、例えば、セ
ンシングエレメント１の上面の接合面にコンタクト窓を
形成し、このコンタクト窓を通して接合層１３とシリコ
ン基板とを電気的に接続するようにすればよい。
ント１の上面には充分な絶縁性が得られるような膜厚の
絶縁膜７’を形成し、その絶縁膜７’上の上部キャップ
１０との接合部にアルミウムのような金属から成る接合
層１３を形成し、この接合層１３をセンシングエレメン
ト１を構成するシリコン基板と導通させてある。ここ
で、接合層１３とシリコン基板との導通は、例えば、セ
ンシングエレメント１の上面の接合面にコンタクト窓を
形成し、このコンタクト窓を通して接合層１３とシリコ
ン基板とを電気的に接続するようにすればよい。
【００２７】そして、上部キャップ１０をマイナス、セ
ンシングエレメント１をプラスとして両者間に電圧を印
加することで接合層１３と上部キャップ１０とが陽極接
合されて上部キャップ１０が固定される。このとき、本
実施例の構成では、センシングエレメント１を構成する
シリコン基板とアルミの接合層１３とが同電位となるの
で、リークの発生を防止することができる。
ンシングエレメント１をプラスとして両者間に電圧を印
加することで接合層１３と上部キャップ１０とが陽極接
合されて上部キャップ１０が固定される。このとき、本
実施例の構成では、センシングエレメント１を構成する
シリコン基板とアルミの接合層１３とが同電位となるの
で、リークの発生を防止することができる。
【００２８】ところで、本実施例では図４に示すよう
に、上部キャップ１０に形成されたストッパ１１の下面
は、センシングエレメント１に形成された接合層１３と
絶縁膜７’との境界面と略面一としてある。したがっ
て、実施例１と同様にストッパ１１及び接合部を残して
上部キャップ１０をエッチング加工すればストッパ１１
を形成することができ、また、上部キャップ１０の接合
部（周縁部）を、例えば接合層１３の厚み分だけ研磨す
れば上記のようにストッパ１１の下面をセンシングエレ
メント１の絶縁膜７’の上面と略面一にすることができ
る。ここで、耐熱ガラスの研磨は比較的に精度良く行な
うことができ、また、アルミウムの接合層１３の厚みの
管理も精度良く形成できることから、本実施例の構成に
おいても、実施例１と同様の効果を奏することができ
る。
に、上部キャップ１０に形成されたストッパ１１の下面
は、センシングエレメント１に形成された接合層１３と
絶縁膜７’との境界面と略面一としてある。したがっ
て、実施例１と同様にストッパ１１及び接合部を残して
上部キャップ１０をエッチング加工すればストッパ１１
を形成することができ、また、上部キャップ１０の接合
部（周縁部）を、例えば接合層１３の厚み分だけ研磨す
れば上記のようにストッパ１１の下面をセンシングエレ
メント１の絶縁膜７’の上面と略面一にすることができ
る。ここで、耐熱ガラスの研磨は比較的に精度良く行な
うことができ、また、アルミウムの接合層１３の厚みの
管理も精度良く形成できることから、本実施例の構成に
おいても、実施例１と同様の効果を奏することができ
る。
【００２９】なお、上記実施例１，２では上部及び下部
キャップ１０，２０は耐熱ガラス（例えば、パイレック
スガラス）で形成してあるが、材質はこれに限定される
ものではなく、センシングエレメント１を構成するシリ
コン基板との間で陽極接合が可能な材質であればよく、
特に加工する必要がないために正確な位置決めを行なわ
なくてもよい。
キャップ１０，２０は耐熱ガラス（例えば、パイレック
スガラス）で形成してあるが、材質はこれに限定される
ものではなく、センシングエレメント１を構成するシリ
コン基板との間で陽極接合が可能な材質であればよく、
特に加工する必要がないために正確な位置決めを行なわ
なくてもよい。
【００３０】
【発明の効果】請求項１の発明は、重り部と、一端が重
り部に一体連結された起歪部と、この起歪部の他端が一
体連結され起歪部により重り部を揺動自在に支持する支
持部とを半導体基板を加工して形成したセンシングエレ
メントを有するとともに、このセンシングエレメントの
上下にそれぞれ配置され、少なくとも重り部と起歪部を
封止する上部及び下部キャップを有し、重り部の自由端
近傍と対向する上部キャップの下面に、過大な加速度が
印加されたときに重り部が一定値以上変位しないように
規制する突起から成るストッパを設けた半導体加速度セ
ンサであって、上部キャップをセンシングエレメントの
上面に接合し、センシングエレメントとの接合部と、接
合面と略面一となるストッパとを残して重り部と対向す
る上部キャップの下面に凹所を形成するとともに、スト
ッパに対向する重り部の上面に凹部を設けたので、半導
体加速度センサに過大な加速度が印加された場合の起歪
部の破損を防止でき、また、ストッパを容易に形成する
ことができるとともに、ストッパの下面と重り部の凹部
の底面とのギャップの範囲内で重り部が揺動可能であっ
て、しかも、ストッパの下面は特に加工する必要がな
く、重り部の凹部の深さによってギャップを管理でき、
上部キャップへのストッパの形成が容易になるという効
果がある。
り部に一体連結された起歪部と、この起歪部の他端が一
体連結され起歪部により重り部を揺動自在に支持する支
持部とを半導体基板を加工して形成したセンシングエレ
メントを有するとともに、このセンシングエレメントの
上下にそれぞれ配置され、少なくとも重り部と起歪部を
封止する上部及び下部キャップを有し、重り部の自由端
近傍と対向する上部キャップの下面に、過大な加速度が
印加されたときに重り部が一定値以上変位しないように
規制する突起から成るストッパを設けた半導体加速度セ
ンサであって、上部キャップをセンシングエレメントの
上面に接合し、センシングエレメントとの接合部と、接
合面と略面一となるストッパとを残して重り部と対向す
る上部キャップの下面に凹所を形成するとともに、スト
ッパに対向する重り部の上面に凹部を設けたので、半導
体加速度センサに過大な加速度が印加された場合の起歪
部の破損を防止でき、また、ストッパを容易に形成する
ことができるとともに、ストッパの下面と重り部の凹部
の底面とのギャップの範囲内で重り部が揺動可能であっ
て、しかも、ストッパの下面は特に加工する必要がな
く、重り部の凹部の深さによってギャップを管理でき、
上部キャップへのストッパの形成が容易になるという効
果がある。
【００３１】請求項２の発明は、上部キャップが耐熱ガ
ラスにより形成されたので、請求項１の発明と同様の効
果を奏する。
ラスにより形成されたので、請求項１の発明と同様の効
果を奏する。
【００３２】請求項３の発明は、上部キャップとセンシ
ングエレメントとの接合部にセンシングエレメントを構
成する半導体基板に導通する金属製の接合層を形成した
ので、陽極接合時のセンシングエレメントにおけるリー
クの発生を防止できるという効果がある。
ングエレメントとの接合部にセンシングエレメントを構
成する半導体基板に導通する金属製の接合層を形成した
ので、陽極接合時のセンシングエレメントにおけるリー
クの発生を防止できるという効果がある。
【図１】実施例１を示す側面断面図である。
【図２】同上の外観斜視図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は同上の製造工程を説明する
図である。
図である。
【図４】実施例２を示す側面断面図である。
【図５】同上の外観斜視図である。
【図６】従来例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面
断面図である。
断面図である。
１ センシングエレメント
２ 重り部
２ａ 凹部
３ 起歪部
４ 支持部
１０ 上部キャップ
１１ ストッパ
１２ 凹所
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−128360（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−274766（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−92188（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01P 15/12
G01P 15/02
Claims (3)
- 【請求項１】 重り部と、一端が重り部に一体連結され
た起歪部と、この起歪部の他端が一体連結され起歪部に
より重り部を揺動自在に支持する支持部とを半導体基板
を加工して形成したセンシングエレメントを有するとと
もに、このセンシングエレメントの上下にそれぞれ配置
され、少なくとも重り部と起歪部を封止する上部及び下
部キャップを有し、重り部の自由端近傍と対向する上部
キャップの下面に、過大な加速度が印加されたときに重
り部が一定値以上変位しないように規制する突起から成
るストッパを設けた半導体加速度センサであって、上部
キャップをセンシングエレメントの上面に接合し、セン
シングエレメントとの接合部と、接合面と略面一となる
ストッパとを残して重り部と対向する上部キャップの下
面に凹所を形成するとともに、ストッパに対向する重り
部の上面に凹部を設けたことを特徴とする半導体加速度
センサ。 - 【請求項２】 上部キャップが耐熱ガラスにより形成さ
れたことを特徴とする請求項１記載の半導体加速度セン
サ。 - 【請求項３】 上部キャップとセンシングエレメントと
の接合部にセンシングエレメントを構成する半導体基板
に導通する金属製の接合層を形成したことを特徴とする
請求項２記載の半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12853995A JP3433570B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12853995A JP3433570B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08320340A JPH08320340A (ja) | 1996-12-03 |
| JP3433570B2 true JP3433570B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=14987264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12853995A Expired - Fee Related JP3433570B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3433570B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10038099A1 (de) * | 2000-08-04 | 2002-02-21 | Bosch Gmbh Robert | Mikromechanisches Bauelement |
| JP5069671B2 (ja) * | 2008-12-22 | 2012-11-07 | パナソニック株式会社 | 加速度センサの製造方法 |
| JP4968371B2 (ja) | 2010-06-30 | 2012-07-04 | 大日本印刷株式会社 | センサデバイスの製造方法及びセンサデバイス |
| JP2012181198A (ja) * | 2012-04-05 | 2012-09-20 | Dainippon Printing Co Ltd | センサデバイスの製造方法及びセンサデバイス |
-
1995
- 1995-05-26 JP JP12853995A patent/JP3433570B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08320340A (ja) | 1996-12-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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