JPH04369279A - 半導体加速度センサおよびその製造方法 - Google Patents
半導体加速度センサおよびその製造方法Info
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- JPH04369279A JPH04369279A JP3145151A JP14515191A JPH04369279A JP H04369279 A JPH04369279 A JP H04369279A JP 3145151 A JP3145151 A JP 3145151A JP 14515191 A JP14515191 A JP 14515191A JP H04369279 A JPH04369279 A JP H04369279A
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Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体加速度センサおよ
びその製造方法に関するものである。
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の切削加工に代ってシリコンのエッ
チング技術を利用して半導体加速度センサを作る試みが
なされている。通常、加速度センサは、図５に示したよ
うに上部ストッパ５１，センサ本体５２，下部ストッパ
５３からなる３層のサンドイッチ構造をしている。真中
の層に加速度を検出するためのセンサ本体５２があり、
この部分にはシリコンから出来たおもり５４が同じくシ
リコンから出来た梁５５と一体となった構造が実現され
ている。その両面にセンサを保護しダンピングをかける
ためのストッパが配置されている。ストッパにはおもり
の振動を許すために僅かに穴５６が施してある。ダンピ
ングの温度特性を良くするためにダンピング材としては
空気が利用されている。空気は気体であるため、非常に
温度に対しての反応が小さく温度によって粘度の変化を
受けにくい性質がある。ただし、空気の粘性係数は非常
に小さいのでダンピングを有意に加えるためにはセンシ
ング部分とストッパとの間隔を非常に小さく設定する必
要がある。この間隙の大きさは通常、数ミクロンのオー
ダーである。ストッパ材料としては、熱膨張によるひず
みを最小限に抑えるために、センシング部分と同じ材料
であるシリコンもしくは熱膨張係数をシリコンに近くし
たパイレックスガラスが利用される。このシリコンとシ
リコンの接続には、金の圧着を利用している。シリコン
とガラスの接合は静電接着法を利用している。金の圧着
を利用する場合には、金の厚みを調整することによって
間隙長をコントロールし、ダンピングのかかる量を最適
化する。シリコンとガラスを利用する場合には予め、ガ
ラスをエッチングして穴を設けておき、ギャップの大き
さを調節する。
チング技術を利用して半導体加速度センサを作る試みが
なされている。通常、加速度センサは、図５に示したよ
うに上部ストッパ５１，センサ本体５２，下部ストッパ
５３からなる３層のサンドイッチ構造をしている。真中
の層に加速度を検出するためのセンサ本体５２があり、
この部分にはシリコンから出来たおもり５４が同じくシ
リコンから出来た梁５５と一体となった構造が実現され
ている。その両面にセンサを保護しダンピングをかける
ためのストッパが配置されている。ストッパにはおもり
の振動を許すために僅かに穴５６が施してある。ダンピ
ングの温度特性を良くするためにダンピング材としては
空気が利用されている。空気は気体であるため、非常に
温度に対しての反応が小さく温度によって粘度の変化を
受けにくい性質がある。ただし、空気の粘性係数は非常
に小さいのでダンピングを有意に加えるためにはセンシ
ング部分とストッパとの間隔を非常に小さく設定する必
要がある。この間隙の大きさは通常、数ミクロンのオー
ダーである。ストッパ材料としては、熱膨張によるひず
みを最小限に抑えるために、センシング部分と同じ材料
であるシリコンもしくは熱膨張係数をシリコンに近くし
たパイレックスガラスが利用される。このシリコンとシ
リコンの接続には、金の圧着を利用している。シリコン
とガラスの接合は静電接着法を利用している。金の圧着
を利用する場合には、金の厚みを調整することによって
間隙長をコントロールし、ダンピングのかかる量を最適
化する。シリコンとガラスを利用する場合には予め、ガ
ラスをエッチングして穴を設けておき、ギャップの大き
さを調節する。
【０００３】もう１つの方法として、シリコンオイルを
ダンピング材に利用する方法がある。シリコンオイルは
空気に比較して非常に粘度が大きいため小さな空隙を設
けることなくダンピングを掛けることが出来る。ただし
、シリコンオイルは本質的に液体であり、液体を封じ込
めるための特別な配慮が必要である。図６（ａ），（ｂ
）に示したように、この種のセンサではセンサ本体６１
を特別な金属筐体６２に封止した後、外からシリコンオ
イルをシリコン注入口６３より注ぎ込み蓋をしている例
がある。シリコンを注入するためには中に閉じ込められ
ている空気を抜く必要があるため空気穴６４が設けてあ
る。筐体の底部には、外部への電気信号をやり取りする
ための取り出し電極６５が設けてある。
ダンピング材に利用する方法がある。シリコンオイルは
空気に比較して非常に粘度が大きいため小さな空隙を設
けることなくダンピングを掛けることが出来る。ただし
、シリコンオイルは本質的に液体であり、液体を封じ込
めるための特別な配慮が必要である。図６（ａ），（ｂ
）に示したように、この種のセンサではセンサ本体６１
を特別な金属筐体６２に封止した後、外からシリコンオ
イルをシリコン注入口６３より注ぎ込み蓋をしている例
がある。シリコンを注入するためには中に閉じ込められ
ている空気を抜く必要があるため空気穴６４が設けてあ
る。筐体の底部には、外部への電気信号をやり取りする
ための取り出し電極６５が設けてある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来から製造されてい
る半導体を用いた加速度センサにおいては、ダンピング
を加えるために空気を利用しているため、温度特性は良
いが非常に微小な間隙を正確に設定する必要があり製造
が困難であった。また、センシング部分をストッパで被
うために接合が行われその際に応力ひずみが生じる欠点
があった。間隙を作る場合にはセンサのリム部の高さが
基準となるが、その高さに対して、実際にダンピングを
受けるセンシング部分は製造時に生じるひずみのためリ
ムの高さとは一般に異なっており全ての製造された素子
に対して均一なダンピング特性を実現することは困難で
あった。
る半導体を用いた加速度センサにおいては、ダンピング
を加えるために空気を利用しているため、温度特性は良
いが非常に微小な間隙を正確に設定する必要があり製造
が困難であった。また、センシング部分をストッパで被
うために接合が行われその際に応力ひずみが生じる欠点
があった。間隙を作る場合にはセンサのリム部の高さが
基準となるが、その高さに対して、実際にダンピングを
受けるセンシング部分は製造時に生じるひずみのためリ
ムの高さとは一般に異なっており全ての製造された素子
に対して均一なダンピング特性を実現することは困難で
あった。
【０００５】シリコンオイルをデバイスに注入して封止
する工程は通常の半導体工業では行わない工程なため、
特別な金属筐体とシリコンオイル注入装置とが必要とさ
れ複雑な工程を必要とした。また、それによってコスト
の増大が生じた。
する工程は通常の半導体工業では行わない工程なため、
特別な金属筐体とシリコンオイル注入装置とが必要とさ
れ複雑な工程を必要とした。また、それによってコスト
の増大が生じた。
【０００６】本発明の目的は、このような問題を解決し
た半導体加速度センサおよびその製造方法を提供するこ
とにある。
た半導体加速度センサおよびその製造方法を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体を利用
した加速度センサにおいて、梁の表面または裏面もしく
はその両面に機械的減衰定数の大きな材料を設けたこと
を特徴とする。
した加速度センサにおいて、梁の表面または裏面もしく
はその両面に機械的減衰定数の大きな材料を設けたこと
を特徴とする。
【０００８】また本発明は、半導体加速度センサにおい
て、センサのリムと可動部で囲まれる領域に機械的減衰
定数の大きな材料を設けたことを特徴とする。
て、センサのリムと可動部で囲まれる領域に機械的減衰
定数の大きな材料を設けたことを特徴とする。
【０００９】さらに本発明は、半導体加速度センサの製
造方法において、可動部の形状を決定するためのエッチ
ングを行う前に、エッチングによって除去される領域を
含む領域に支持膜を設けその上にダンピング材料を堆積
する工程を含むことを特徴とする。
造方法において、可動部の形状を決定するためのエッチ
ングを行う前に、エッチングによって除去される領域を
含む領域に支持膜を設けその上にダンピング材料を堆積
する工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
【作用】一般に高分子は金属などの弾性材料と異なり、
加えられた力学的衝撃に対して時間をおいて反応する粘
弾性を示し、外から加えられた力によって変形する際に
そのエネルギーを熱などに変換して放出する作用がある
。そのため、一般に機械系を構成する材料に付属して利
用された場合には、その機械系に存在する運動エネルギ
ーを減らすように働く。結果的にある機械系に振動が起
こっている場合にはその振動エネルギーが速やかに熱エ
ネルギーとして逸散し、振動が急激に弱められる様に働
くためダンピング材料として利用できる。また、高分子
は通常質量を持つため、高分子を載せられた部分には高
分子による重さが加わり、間接的に加速度を検出するた
めのおもりの増加になるため、感度の向上をもたらす。 一方、感光性の樹脂は光を必要箇所に当てることによっ
て容易にその形状を整形することが可能であるため、整
形性のよいダンピング材を所望の場所に配置することが
可能である。
加えられた力学的衝撃に対して時間をおいて反応する粘
弾性を示し、外から加えられた力によって変形する際に
そのエネルギーを熱などに変換して放出する作用がある
。そのため、一般に機械系を構成する材料に付属して利
用された場合には、その機械系に存在する運動エネルギ
ーを減らすように働く。結果的にある機械系に振動が起
こっている場合にはその振動エネルギーが速やかに熱エ
ネルギーとして逸散し、振動が急激に弱められる様に働
くためダンピング材料として利用できる。また、高分子
は通常質量を持つため、高分子を載せられた部分には高
分子による重さが加わり、間接的に加速度を検出するた
めのおもりの増加になるため、感度の向上をもたらす。 一方、感光性の樹脂は光を必要箇所に当てることによっ
て容易にその形状を整形することが可能であるため、整
形性のよいダンピング材を所望の場所に配置することが
可能である。
【００１１】
【実施例】図１に本発明の一実施例を示した。この例で
は、センサの梁２とおもり３の領域に樹脂１のダンピン
グ材をのせた例を示している。図１では梁の大きさに沿
って樹脂がきれいに盛られているが、梁の上とおもりを
被うことが出来ればよい。この様にすると梁に対してダ
ンピングがかかるだけでなく、本来上下方向に非対称で
あるおもり質量の分布が加えた樹脂のおもさによって、
補正される。最初に形成されているおもりと同じ質量に
なるように加える樹脂の量を調節することによって、上
下方向のおもり質量の分布が等しくなり横方向の加速度
が加わった際に力が生じなくなるため、横感度が小さい
良好な指向性を有したセンサを得ることができる。樹脂
を表面に載せるためには種々の方法が考えられるが、最
も簡単には自動ディスペンサーを利用して樹脂を滴下す
るのがよい。また、図１のように樹脂の形を整形したい
場合には感光性の樹脂を利用することによって達成でき
る。その場合には通常のフォトレジスト工程と同様に樹
脂を塗布して必要箇所に光を当てて樹脂を硬化した後、
不必要な樹脂は溶剤によって取り除くことによって行わ
れる。
は、センサの梁２とおもり３の領域に樹脂１のダンピン
グ材をのせた例を示している。図１では梁の大きさに沿
って樹脂がきれいに盛られているが、梁の上とおもりを
被うことが出来ればよい。この様にすると梁に対してダ
ンピングがかかるだけでなく、本来上下方向に非対称で
あるおもり質量の分布が加えた樹脂のおもさによって、
補正される。最初に形成されているおもりと同じ質量に
なるように加える樹脂の量を調節することによって、上
下方向のおもり質量の分布が等しくなり横方向の加速度
が加わった際に力が生じなくなるため、横感度が小さい
良好な指向性を有したセンサを得ることができる。樹脂
を表面に載せるためには種々の方法が考えられるが、最
も簡単には自動ディスペンサーを利用して樹脂を滴下す
るのがよい。また、図１のように樹脂の形を整形したい
場合には感光性の樹脂を利用することによって達成でき
る。その場合には通常のフォトレジスト工程と同様に樹
脂を塗布して必要箇所に光を当てて樹脂を硬化した後、
不必要な樹脂は溶剤によって取り除くことによって行わ
れる。
【００１２】図２には別の実施例である第２の実施例を
示した。この例は、センサの裏面より梁２４に対して樹
脂２１を塗布したことが特徴である。この場合には、セ
ンサ裏面がくぼみ２５を有しているためその中へ樹脂を
流し込むことが出来、粘度の小さな樹脂でも厚く盛るこ
とが可能であり、大きなダンピングを得ることが出来る
。また、表面に樹脂を付けないのでセンサの見栄えがよ
くなる特徴がある。
示した。この例は、センサの裏面より梁２４に対して樹
脂２１を塗布したことが特徴である。この場合には、セ
ンサ裏面がくぼみ２５を有しているためその中へ樹脂を
流し込むことが出来、粘度の小さな樹脂でも厚く盛るこ
とが可能であり、大きなダンピングを得ることが出来る
。また、表面に樹脂を付けないのでセンサの見栄えがよ
くなる特徴がある。
【００１３】図３に別の実施例である第３の実施例を示
した。この例では、樹脂３０が梁３１の形成されている
領域の横に膜状に作られていることが特徴である。一般
に共振状態にある物体はその開放端が振動の腹となり大
きな振幅を有する。そのため、梁のすぐ横の領域に樹脂
を膜状に張って、ダンピングを施すと非常に有効にダン
ピングを掛けることが出来る。また、膜を形成したこと
による空気抵抗が増加したことによるダンピング効果と
樹脂のダンピング効果の２つを得ることが出来る。この
膜状のダンピング構造は、図４に示した工程によって製
造される。先ず、通常の半導体工程によってセンサのゲ
ージ抵抗体４１を形成した後に、裏面からエッチングを
行いシリコンのダイアフラム４２およびおもり４３を得
る。次にシリコン基板の裏面より、耐ヒドラジンの性質
をもつ保護膜４４、例えば金などの金属を付着させる。 その後基板表面からエッチングによって梁４５を形成し
、エッチングした後そのエッチングによって取り除かれ
た領域に樹脂４６をコートして膜を形成し終える。必要
により最後に先ほどの耐ヒドラジン性を有する材料を除
去する。以上に挙げた実施例１〜３は別々に実施しても
よいし各々を組み合わせて用いてもよい。ダンピングに
利用される材料としては高分子などのプラスチック材料
のほかゲルや無機材料などを利用できる。
した。この例では、樹脂３０が梁３１の形成されている
領域の横に膜状に作られていることが特徴である。一般
に共振状態にある物体はその開放端が振動の腹となり大
きな振幅を有する。そのため、梁のすぐ横の領域に樹脂
を膜状に張って、ダンピングを施すと非常に有効にダン
ピングを掛けることが出来る。また、膜を形成したこと
による空気抵抗が増加したことによるダンピング効果と
樹脂のダンピング効果の２つを得ることが出来る。この
膜状のダンピング構造は、図４に示した工程によって製
造される。先ず、通常の半導体工程によってセンサのゲ
ージ抵抗体４１を形成した後に、裏面からエッチングを
行いシリコンのダイアフラム４２およびおもり４３を得
る。次にシリコン基板の裏面より、耐ヒドラジンの性質
をもつ保護膜４４、例えば金などの金属を付着させる。 その後基板表面からエッチングによって梁４５を形成し
、エッチングした後そのエッチングによって取り除かれ
た領域に樹脂４６をコートして膜を形成し終える。必要
により最後に先ほどの耐ヒドラジン性を有する材料を除
去する。以上に挙げた実施例１〜３は別々に実施しても
よいし各々を組み合わせて用いてもよい。ダンピングに
利用される材料としては高分子などのプラスチック材料
のほかゲルや無機材料などを利用できる。
【００１４】
【発明の効果】従来の空気ダンピングを利用した方法で
は、非常に高い精度で微小間隙を作ることが必要であっ
たのに比較して、本発明の方法では本質的に微小間隙を
作る必要がないため、非常に容易に加速度センサを製造
することが可能である。ダンピング材は自動滴下装置に
より、デバイスのあらゆる部分に選択的に載せられるた
め的確なダンピング特性を得ることが出来る。ダンピン
グ材料には重さがあるため、シリコンから出来たおもり
の対面に樹脂を載せた場合にはおもりの対称性を向上さ
せることができ、重心がデバイスの中心に近寄るため、
横感度の低減を図ることが可能である。ダンピングの掛
かり具合制御もダンピング材料を選ぶことによって容易
に実現可能であり、種々の目的に的確に応えることが可
能である。樹脂を梁の横に樹脂を付けた方式では、梁の
周辺をダンピング材が囲むため、梁の自由端振動を有効
に押え込みダンピングによる不要な感度低下を起こさず
大きなダンピングを掛けることが出来る。また、形成さ
れた膜はセンシング部分の周囲にある空気の動きを下部
基板と共に遮り太鼓構造となるためそのためのダンピン
グも生じ、より大きなダンピング効果を生むことができ
る。膜で被ったことにより梁の強度は相対的に向上し、
製造過程での破損も非常に低下できる。従来のシリコン
オイルを利用した方式では特別なセンサ筐体が必要とさ
れたが、本発明では樹脂がそれ自身で形状を保持可能な
ため、そのような筐体が不要でありコストの低減小型化
が出来る。
は、非常に高い精度で微小間隙を作ることが必要であっ
たのに比較して、本発明の方法では本質的に微小間隙を
作る必要がないため、非常に容易に加速度センサを製造
することが可能である。ダンピング材は自動滴下装置に
より、デバイスのあらゆる部分に選択的に載せられるた
め的確なダンピング特性を得ることが出来る。ダンピン
グ材料には重さがあるため、シリコンから出来たおもり
の対面に樹脂を載せた場合にはおもりの対称性を向上さ
せることができ、重心がデバイスの中心に近寄るため、
横感度の低減を図ることが可能である。ダンピングの掛
かり具合制御もダンピング材料を選ぶことによって容易
に実現可能であり、種々の目的に的確に応えることが可
能である。樹脂を梁の横に樹脂を付けた方式では、梁の
周辺をダンピング材が囲むため、梁の自由端振動を有効
に押え込みダンピングによる不要な感度低下を起こさず
大きなダンピングを掛けることが出来る。また、形成さ
れた膜はセンシング部分の周囲にある空気の動きを下部
基板と共に遮り太鼓構造となるためそのためのダンピン
グも生じ、より大きなダンピング効果を生むことができ
る。膜で被ったことにより梁の強度は相対的に向上し、
製造過程での破損も非常に低下できる。従来のシリコン
オイルを利用した方式では特別なセンサ筐体が必要とさ
れたが、本発明では樹脂がそれ自身で形状を保持可能な
ため、そのような筐体が不要でありコストの低減小型化
が出来る。
【図１】本発明の第１の実施例を示した図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示した図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示した図である。
【図４】本発明の第３の実施例の製造工程を示した図で
ある。
ある。
【図５】従来例を示した図である。
【図６】他の従来例を示した図であり、（ａ）は切欠き
平面図、（ｂ）は断面図である。
平面図、（ｂ）は断面図である。
１，２１，３０，４６ 樹脂
２，２４，３１，４５ 梁
３，２３，３３，４３ おもり
４，２２，３２ リム
２５ くぼみ
４１ ゲージ抵抗体
４２ シリコンダイアフラム
４４ 保護膜
５１ 上部ストッパ
５２ センサ本体
５３ 下部ストッパ
５４ おもり
５５ 梁
５６ 穴
６１ センサ本体
６２ 金属筐体
６３ シリコン注入口
６４ 空気穴
６５ 取り出し電極
Claims (3)
- 【請求項１】半導体を利用した加速度センサにおいて、
梁の表面または裏面もしくはその両面に機械的減衰定数
の大きな材料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】半導体加速度センサにおいて、センサのリ
ムと可動部で囲まれる領域に機械的減衰定数の大きな材
料を設けたことを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項３】半導体加速度センサの製造方法において、
可動部の形状を決定するためのエッチングを行う前に、
エッチングによって除去される領域を含む領域に支持膜
を設け、その上にダンピング材料を堆積する工程を含む
ことを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3145151A JPH04369279A (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 半導体加速度センサおよびその製造方法 |
| US08/399,883 US5656846A (en) | 1991-06-18 | 1995-03-07 | Semiconductor acceleration sensor and method of fabrication thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3145151A JPH04369279A (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 半導体加速度センサおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04369279A true JPH04369279A (ja) | 1992-12-22 |
Family
ID=15378604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3145151A Pending JPH04369279A (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 半導体加速度センサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04369279A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006177768A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | 加速度センサ及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-06-18 JP JP3145151A patent/JPH04369279A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006177768A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | 加速度センサ及びその製造方法 |
| JP4542885B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2010-09-15 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 加速度センサ及びその製造方法 |
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