JPH0552867A - 容量型加速度センサ - Google Patents

容量型加速度センサ

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Publication number
JPH0552867A
JPH0552867A JP21342491A JP21342491A JPH0552867A JP H0552867 A JPH0552867 A JP H0552867A JP 21342491 A JP21342491 A JP 21342491A JP 21342491 A JP21342491 A JP 21342491A JP H0552867 A JPH0552867 A JP H0552867A
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JP
Japan
Prior art keywords
vibrating mass
wiring
outer peripheral
silicon substrate
hole
Prior art date
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Pending
Application number
JP21342491A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaki Esashi
正喜 江刺
Noritake Ura
則岳 裏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Koki KK
Original Assignee
Toyoda Koki KK
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Publication date
Application filed by Toyoda Koki KK filed Critical Toyoda Koki KK
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Publication of JPH0552867A publication Critical patent/JPH0552867A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】梁22の形成を容易にするとともに密閉性を損
なうことなく、寄生容量を極力少なくして精度の向上を
はかる。 【構成】シリコン基板11を振動マス部12と中継部1
3と配線取出し部14a,14bおよび外周部15にて
構成し、この振動マス部12と中継部13および外周部
15を梁22にて結合するとともに、中継部13と外周
部15および配線取出し部14a,14bを支持部30
にて結合し、この梁22と支持部30を気相成長させた
絶縁層にて形成し、前記配線取出し部14a,14bを
電気的に絶縁して第1の穴部32と第3の穴部34から
配線を取出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は加速度による慣性力によ
って移動し周囲から弾性を有した梁にて支持された振動
マスが形成されたシリコン基板と、絶縁材に形成された
絶縁基板上に前記振動マスと微小ギャップを有して対向
する固定電極を形成し、この振動マスと固定電極間の静
電容量の変化により、加速度を測定するようにした容量
型加速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に容量型加速度センサは、図5に示
すようにシリコン基板50の表面からエッチングを施
し、振動マス51および梁52を残してシリコン基板5
0の内部に空洞を形成し、この振動マス51および梁5
2を形成したシリコン基板50の両面から振動マス51
と対向する部分に凹部53を形成したガラス基板54,
55が陽極接合され、さらに台座63が接着されてい
る。
【0003】そしてガラス基板54,55に形成された
凹部53にはアルミニウム等をスパッタリングもしくは
蒸着して電極56,57が形成され、この電極56,5
7にはリード線58,59が同様にスパッタリングもし
くは蒸着されている。また、振動マス51の表面には不
純物を拡散して拡散層60が形成され、この拡散層60
からそれぞれ拡散リード61が拡散層60と同様に不純
物を拡散して形成されている。そしてこの拡散リード6
1およびリード線58の端部では金線にてウエッジボン
ディングされて外部に信号が取り出されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ここで、梁は振動マス
の移動量を決定するのに非常に重要な役目を有してお
り、この梁の厚みは高精度を要求されるものである。と
ころが、エッチングで高精度に梁を形成するにはエッチ
ング速度の管理が困難なうえ、エッチングで梁を形成し
た場合には残留応力が発生するため、梁の強度に問題が
あった。
【0005】また、シリコン基板上に拡散リードを用い
ているので、PN接合による寄生容量が発生する。この
寄生容量はセンサが測定する感度とほぼ同等の容量を有
するため、容量型加速度センサの感度が低下あるいは感
度特性が非直線的を呈する等の性能の劣化を生じる問題
があった。また、この寄生容量の発生を防止するために
スパッタリングもしくは蒸着にて形成した金属リードを
用いて信号の取り出しを行おうとした場合には、シリコ
ン基板の表面に金属リードが乗るかたちになり、ガラス
基板とシリコン基板の接合面に隙間が形成されることと
なり、振動マスが位置する凹部内の密封が不完全にな
る。このため、大気等の粘性ダンピングを極力おさえる
ために凹部内の雰囲気を真空にすることができなくな
り、精度の良い加速度の測定が困難になる問題があっ
た。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題を
解決するためになされたものであり、第1の特徴は、シ
リコン基板は表面に拡散層が形成された振動マスと該振
動マスを包囲する外周部とで構成され、この振動マスと
外周部を気相成長させた絶縁層の結合する梁と、この梁
の外周に前記振動マスと外周部を電気的に結合する第1
配線部を形成したものである。
【0007】また、第2の特徴は第1の特徴に加えてシ
リコン基板は表面に拡散層が形成された振動マスと該振
動マスを包囲する外周部と配線取出し部とで構成され、
前記外周部と配線取出し部を気相成長させた絶縁層にて
結合する支持部と、固定電極と前記配線取出し部とを電
気的に接続する第2配線部と、前記絶縁基板の前記配線
取出し部と対向する位置にて絶縁基板を貫通して形成さ
れた第1穴部と、この第1穴部内周に形成された金属薄
膜からなり前記配線取出し部と接続された第1リード部
と、前記絶縁基板の前記外周部と対向する位置にて絶縁
基板を貫通して形成された第2穴部と、この第2穴部内
周に形成された金属薄膜からなり前記外周部と接続され
た第2リード部とを備えたことである。
【0008】
【作用】第1の特徴の作用としては、振動マスと外周部
を気相成長させた絶縁層で形成した梁にて結合したこと
によって残留応力を生じさせずに梁を形成することがで
きる。また、第2の特徴の作用としては固定電極から周
囲と電気的に絶縁された配線取出し部を介して第1穴部
の内面に形成された金属薄膜から成る第1リード部と電
気的に接続されて外部に信号が取り出される。振動マス
から第1配線部を介して外周部に接続され、さらに外周
部から第2穴部の内面に形成された金属薄膜から成る第
2リード部と電気的に接続され、信号が取り出されてい
る。このため、拡散リードを用いてもセンサを密封する
ことができる。
【0009】
【実施例】以下、本願発明を具体的な実施例に基づいて
説明する。図1は本発明に係わる差動容量型加速度セン
サの加速度検出部10を示した平面図であり、図2は図
1のA−A線に沿った断面図である。11は慣性力を受
ける振動マス部12と、中継部13と、配線取出し部1
4a,14bおよび外周部15とで構成されるシリコン
基板である。16,17はシリコン基板11の両面から
陽極接合にて配線取出し部14a,14bおよび外周部
15に接合された上部ガラス基板および下部ガラス基板
であり、この上部ガラス基板16と下部ガラス基板17
には振動マス部12に対して微小ギャップを有して対向
する上部固定電極20と下部固定電極21がそれぞれ形
成されている。この上部固定電極20および下部固定電
極21は蒸着もしくはスパッタリングによってチタンと
白金の金属薄膜にて形成されている。
【0010】前記シリコン基板11の両面はn型の拡散
層が形成されており、このシリコン基板11の前記振動
マス部12と中継部13はそれぞれ複数の梁22にて弾
性的に結合されている。この梁22は科学堆積法(Che
mical Vapor Deposision以下CVD法と略す)にて
気相成長されたオキシナイトライド(SiON)の絶縁
層23の上にCVD法にてシリカ(SiO2 )の絶縁膜
25が気相成長された二層構造にされている。また、振
動マス部12と中継部13を結合する梁22の数本には
絶縁層23と絶縁膜25の間にアルミニウムを蒸着して
金属配線24を施した上部配線梁26と下部配線梁27
が形成されており、この上部配線梁26および下部配線
梁27は振動マス部12と外周部15を電気的に同電位
にしている。
【0011】また、外周部15と中継部13および配線
取出し部14a,14bは梁22と同様にCVD法にて
気相成長されたシリカの絶縁層にて形成された支持部3
0にて電気的に絶縁されて接続されている。前記振動マ
ス12の前記上部固定電極20および下部固定電極21
を囲む位置には、シリカにてストッパ31が形成され、
固定電極20,21と振動マス12が接触して導通する
ことを防止している。
【0012】一方、上部ガラス基板16には配線取出し
部14a,14b上および、この配線取出し部14a,
14bの間の外周部15上に第1の穴部32、第2の穴
部33および第3の穴部34がその上部ガラス基板16
を貫通して穴加工されており、この第1穴部32の近傍
まで前記上部固定電極20と接続された上部配線28が
配線されている。この上部配線28は固定電極と同様に
蒸着もしくはスパッタリングによってチタン白金の金属
薄膜にて形成され、シリコン基板11の配線取出し部1
4aに接触接続されている。そして、同様に下部ガラス
基板17の下部固定電極21と下部配線29が接続さ
れ、この下部配線29は固定電極と同様に蒸着もしくは
スパッタリングによってチタン白金の金属薄膜にて形成
され、シリコン基板11の配線取出し部14bに接触接
続されている。
【0013】また、第1穴部32と第2穴部33および
第3穴部34の内周にはクロム銅金(Cr−Cu−A
u)が蒸着されており、さらに導電エポキシでリード線
35がボンディングされている。ここで、図1および図
2におけるシリコン基板11の製作プロセスを示した図
3 (a)〜(e) および上部ガラス基板16の製作プロセス
を示した図4 (a)〜(d)を参照し、これらの製作プロセ
スを説明する。
【0014】シリコン基板11は厚さ300μmの両面
をポリッシュしたものに、リン拡散処理を施し、この後
厚さ2μmのオキシナイトライドの絶縁層23をシリコ
ン基板11の表面に選択的にCVD法にて気相成長させ
て梁22および支持部30を形成する(図3(a))。次
に一部の梁22にアルミニウムを蒸着して上部配線梁2
6と下部配線梁27を形成する(図3(b))。
【0015】次にこの梁22および支持部30にCVD
法にてシリカの絶縁膜25を気相成長させるとともに、
振動マス部12上にストッパ31をシリカの絶縁膜25
(1μm)で形成する(図3(c))。次にシリコン基板
11にCVD法にて窒化けい素(SiN)の皮膜を形成
して(図3(d))ヒドラジンにてシリコン基板11のエ
ッチングを行うことによって振動マス部12と、中継部
13と、配線取出し部14a,14bおよび外周部15
にそれぞれ分割される(図3(e))。
【0016】次にフッ酸(HF)にて窒化けい素の皮膜
を除去することで、シリコン基板11の製作が完了す
る。一方、上部ガラス基板16は厚さ300μmでシリ
コンと熱膨張係数がほぼ等しく、陽極接合後の内部応力
を小さくできるパイレックスガラスが用いられている。
そして始めに上部ガラス基板16には配線取出し部14
a,14bに対向する部分と、この配線取出し部14
a,14bの間に電気配線を取出す部分を形成するた
め、第1穴部32と第2穴部33および第3穴部34と
が加工精度の良い電界放電加工法を用いて穴加工される
(図4 (a))。
【0017】次に上部ガラス基板16にクロムとレジス
トでマスクし、選択的にフッ酸にてエッチングを施して
梁22と支持部30が収納される部分(20μm)を形
成する(図4 ( b))。次に上部固定電極20と下部固
定電極21を形成するために、レジストにて外周部15
に対向する部分をマスクしたのち、選択的にフッ酸にて
3.3μmの厚さとなるまでエンチングを施す(図4
( c))。
【0018】この後、蒸着もしくはスパッタリングによ
ってチタン白金の金属薄膜にて上部ガラス基板16では
上部固定電極20および第1穴部32付近まで延びる上
部配線28が形成される。(図4 (d )) なお、下部ガラス基板17の製作については上部ガラス
基板16の第1穴部32と第2穴部33および第3穴部
34の形成されないのみで製作プロセスは同じであるた
め、説明を省略する。次に、上述の製作プロセスにて製
作されたシリコン基板11と上部ガラス基板16および
下部ガラス基板17との組付けプロセスを説明する。
【0019】上部ガラス基板16および下部ガラス基板
17とシリコン基板11とをそれぞれ真空にて陽極接合
する。このとき、上部配線28は配線取出し部14aと
接触し、同様に下部配線29は配線取出し部14bと接
触することで、上部固定電極20と配線取出し部14a
とが電気的に接続され、また下部固定電極21と配線取
出し部14bとが電気的に接続される。
【0020】そして、次工程のダイシングをする前に、
上述したように上部ガラス基板16の第1穴部32と第
2穴部33および第3穴部34の内部にクロム銅金(C
r−Cu−Au)を蒸着する。この後、ダイシングを行
って第1穴部32と第2穴部33および第3穴部34か
ら配線をボンディングすることで、差動型圧力センサの
加速度検出部10が完成される。
【0021】これによって上部固定電極20とシリコン
基板11の上面の静電容量と上部固定電極21とシリコ
ン基板11の静電容量の差が取られて加速度の測定が行
われることになる。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明は、振動マスと外周
部とを接続する梁を気相成長させた絶縁層にて形成した
ので、残留応力のない梁が形成でき、振動マスの感度を
向上できる。また、外周部から電気的に絶縁されたシリ
コンの島で形成された信号取出し部を介して固定電極と
の配線を行い、この信号取出し部から第1穴部の第1リ
ードにて電気的に接続されて信号が取り出される。これ
によって寄生容量の影響を防止できるとともにセンサを
完全に密閉することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に関わる容量型加速度センサの
平面図。
【図2】本発明の実施例に関わる容量型加速度センサの
図1のA−A線に沿った縦断面図。
【図3】本発明の実施例に関わる容量型加速度センサの
シリコン基板の製作プロセスを示す図。
【図4】本発明の実施例に関わる容量型加速度センサの
ガラス基板の製作プロセスを示す図。
【図5】従来の容量型加速度センサを示す図
【符号の説明】
10 加速度検出部 11 シリコン基板 12 振動マス部 13 中継部 14a 配線取出し部 14b 配線取出し部 15 外周部 16 上部ガラス基板 17 下部ガラス基板 22 梁 30 支持部 32 第1の穴部 33 第2の穴部 34 第3の穴部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加速度による慣性力によって移動し周囲
    から弾性を有した梁にて支持された振動マスが形成され
    たシリコン基板と、このシリコン基板に接合された絶縁
    基板上に前記振動マスと微小ギャップを有して対向する
    固定電極を形成し、この振動マスと固定電極間の静電容
    量の変化により、加速度を測定するようにした容量型加
    速度センサにおいて、前記シリコン基板は表面に拡散層
    が形成された振動マスと該振動マスを包囲する外周部と
    で構成され、この振動マスと外周部を気相成長させた絶
    縁層にて結合する梁と、この梁の外周に前記振動マスと
    外周部を電気的に結合する第1配線部を形成したことを
    特徴とする容量型加速度センサ。
  2. 【請求項2】 加速度による慣性力によって移動し周囲
    から弾性を有した梁にて支持された振動マスが形成され
    たシリコン基板と、このシリコン基板に接合され、絶縁
    材基板上に前記振動マスと微小ギャップを有して対向す
    る固定電極を形成し、この振動マスと固定電極間の静電
    容量の変化により、加速度を測定するようにした容量型
    加速度センサにおいて、前記シリコン基板は表面に拡散
    層が形成された振動マスと該振動マスを包囲する外周部
    と配線取出し部とで構成され、前記振動マスと外周部を
    気相成長させた絶縁層にて結合する梁と、前記外周部と
    配線取出し部を気相成長させた絶縁層にて結合する支持
    部と、前記梁上で前記振動マスと外周部とを電気的に接
    続する第1配線部と、前記固定電極と前記配線取出し部
    とを電気的に接続する第2配線部と、前記絶縁基板の前
    記配線取出し部と対向する位置にて絶縁基板を貫通して
    形成された第1穴部と、この第1穴部内周に形成された
    金属薄膜からなり前記配線取出し部と接続された第1リ
    ード部と、前記絶縁基板の前記外周部と対向する位置に
    て絶縁基板を貫通して形成された第2穴部と、この第2
    穴部内周に形成された金属薄膜からなり前記外周部と接
    続された第2リード部とを備えたことを特徴とする容量
    型加速度センサ。
JP21342491A 1991-08-26 1991-08-26 容量型加速度センサ Pending JPH0552867A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6300676B1 (en) 1998-12-21 2001-10-09 Murata Manufacturing Co., Ltd. Small size electronic part and a method for manufacturing the same, and a method for forming a via hole for use in the same
JP2009145321A (ja) * 2007-11-19 2009-07-02 Hitachi Ltd 慣性センサ

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6300676B1 (en) 1998-12-21 2001-10-09 Murata Manufacturing Co., Ltd. Small size electronic part and a method for manufacturing the same, and a method for forming a via hole for use in the same
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