JPH0815305A

JPH0815305A - 半導体センサ

Info

Publication number: JPH0815305A
Application number: JP17356694A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Wakai; 仁資若井
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコン基板と接合部材との陽極接合時の熱
による影響を受けず、かつ内部への異物の侵入を防止す
る半導体センサを提供する。【構成】おもり部５と、おもり部５を囲む固定部２
と、おもり部５を固定部２に支持する複数の梁部４とを
備えたシリコン基板１と、おもり部５の変位により抵抗
値の変化するピエゾ抵抗６と、ピエゾ抵抗６を安定保護
するためにシリコン基板１の上面に形成した保護層１２
と、固定部２に接合される接合部材１４，１５と固定部
２とで形成される収納部１６と、接合部材１４とシリコ
ン基板１との接合面１８に保護層１２の厚みを介して半
導体センサ１７外部と収納部１６とを連通する孔部２０
と、接合部材１４の接合面１８に孔部２０と連通する溝
からなる凹部２１とを備えた半導体センサ１７。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両の加速
度等をピエゾ抵抗の抵抗値の変化により検出する半導体
センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】かかる半導体センサを加速度センサとし
て利用した従来の技術として、IEEE TRANS. Vol. ED-26
DEC. 1979. "A Batch-Fabricated Silicon Accelerome
ter"に開示されている。図５〜７において、図５は要部
断面図で、１は固定部２を有するＰ型シリコン基板であ
り、シリコン基板１は選択的なエッチングにより溝３の
部分が取り除かれ、固定部２の所定位置には薄肉の梁部
４が固定され、その自由端部には略正方形のおもり部５
が設けられている。また、梁部４の上面には複数のピエ
ゾ抵抗６がブリッジ回路を構成するように形成されてい
て、おもり部５に加わる加速度により梁部４が撓んだ
時、その応力によってピエゾ抵抗６の抵抗値が変化する
ようになっている。そして、前記ブリッジ回路には図示
しないリード線が接続され、ピエゾ抵抗６の抵抗値の変
化を外部へ出力するようになっている。

【０００３】図６は、図５の梁部４付近のピエゾ抵抗６
の配置例を示す平面図で、７は端部に図示しないリード
線接続用の電極端子７ａを有する配線電極、８は配線電
極７とピエゾ抵抗６とを接続するリード、９は配線電極
７とリード８とを接続するためのコンタクトホールであ
り、ピエゾ抵抗６とリード８とは直に接続されている。
そして、配線電極７及び電極端子７ａを除いて他の上面
には、外部からの影響を阻止するための後述する各種絶
縁層（図示しない）が設けられている（このような配置
例として、例えば特開平 4− 13975号公報参照）。

【０００４】このような加速度センサの製造方法の一例
を図７を用いて説明すると、Ｐ型（１００）シリコン基
板１の表面にＮ型エピタキシャル層１ａを成長形成し、
この層１ａの表面の一部からおもり部５を囲むようにＰ
型素子分離拡散領域１ｂをシリコン基板１へ達するよう
に形成する（図７（ａ））。

【０００５】次に、エピタキシャル層１ａの所定個所
に、リンの拡散等によりウエハコンタクト１ｃ、ボロン
の拡散等によりリード８、ボロンのイオン注入等により
ピエゾ抵抗６を夫々＜１１０＞方向に設け、その上面に
ＳｉＯ₂ からなる安定化膜１０及びＳｉ₃Ｎ₄からなる保
護膜１１等の絶縁層である保護層１２を形成する（図７
（ｂ））。

【０００６】次に、ウエハコンタクト１ｃ及びリード８
の所定個所に対応する安定化膜１０及び保護膜１１から
なる保護層１２にコンタクトホール９を形成し、保護層
１２の上面にアルミの印刷等によりコンタクトホール９
に合わせて配線電極７及び電極端子７ａを形成する。ま
た、シリコン基板１の下面には、Ｓｉ₃Ｎ₄からなる耐エ
ッチング膜１３をパターン形成する（図７（ｃ））。

【０００７】そして、Ｎ型エピタキシャル層１ａを正電
位にバイアスしながらシリコン基板１をＫＯＨ等のアル
カリエッチング液により異方性エッチングする。これに
より、Ｐ型シリコン基板１は、（１１１）面を残すよう
にエッチングが進行し、同時にＰ型素子分離拡散領域１
ｂまでエッチングが行われ、梁部４はＮ型エピタキシャ
ル層１ａが残り、耐エッチング膜１３を除去すると、梁
部４や重り部５を有するウエハ構造が得られる（図７
（ｄ））。

【０００８】このようなシリコン基板１の上，下側には
絶縁材料であるパイレックスガラスからなる接合部材を
設けている。この接合部材は、おもり部５の上下方向へ
の変位を規制するストッパの役割を果たし、過大な加速
度に対する梁部４の応力破壊を防止するものである。そ
して、シリコン基板１に接合部材を陽極接合により固定
した後、個々のチップにダイシングされ、電極端子７ａ
に図示しないリード線をワイヤボンディングにより接続
し、半導体センサが完成する。

【０００９】以上のようなストッパの役目を果たす接合
部材を設けた例として、例えば実開昭64− 10665号公報
に示されている。この接合部材は半導体センサ外部と連
通している開口部を備えているため、例えばダイシング
時におもり部と接合部材との間に異物が侵入し、おもり
部の変位をさまたげる不具合が生じるおそれがあった。

【００１０】そこで、前記の不具合を防止するため図
８，９で示すように、シリコン基板１の固定部２と接合
部材１４，１５とで、おもり部５を囲い外部と遮断し、
密閉した収納部１６を備えた半導体センサ１７がある。

【００１１】しかし、シリコン基板１と接合部材１４，
１５とを陽極接合で接合するときに、シリコン基板１と
保護層１２を設けた側に接合する接合部材１４との接合
は、保護層１２により、確実な接合ができないので、確
実な接合をするために、保護層１２の上側に図９の斜線
部で示す接合面１８に安定な酸化膜が生じる金属膜１９
を形成したものがある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例に
おいて、接合部材１４を保護層１２を備えたシリコン基
板１に接合するために接合面１８に金属膜１９を形成す
ることは工程数が増えコストの上昇を招くものであっ
た。

【００１３】また、収納部１６を密閉した状態で接合し
た半導体センサ１７においては、シリコン基板１と接合
部材１４，１５との陽極接合時に発生する熱により、収
納部１６内の空気が膨張した状態で密閉され、空気の温
度の低下とともに空気の収縮がおこり、結果的に収納部
１６内の空気が半導体センサ１７外部の気圧より低い状
態となり、この低い気圧のためにおもり部５の所望のダ
ンピング特性を得ずらいなどの不具合が生じている。

【００１４】そこで、前記の問題点を解決するものとし
て、例えば特開平 4− 47272号公報に開示されているよ
うに、前記実施例のピエゾ抵抗を用いた半導体センサで
なく、静電容量の変化を検出することによって加速度を
検出する半導体センサではあるが、前記問題点を解決す
るためにストッパにスルーホールを設ける手段を前記従
来例のピエゾ抵抗を用いた半導体センサに適用すること
も容易であるが、スルーホールの形成と内部に水分，異
物，ゴミ等が入らぬようにスルーホール部にシリコーン
ゴム等を充填硬化させることは、工程数の増加となり、
生産性の向上を妨げていた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、シリ
コン基板と接合部材との陽極接合時の熱による影響を少
なくし、かつ異物などが入りずらく、生産性の良い半導
体センサを提供するために、おもり部と固定部と梁部と
を備え、前記おもり部が前記梁部を介して前記固定部に
支持されるとともに、前記おもり部の変位により抵抗値
の変化するピエゾ抵抗を上面あるいは下面の少なくとも
どちらか一方に設けたシリコン基板と、このシリコン基
板の固定部の上下面に接合される接合部材と、前記固定
部と前記接合部材とで形成される前記おもり部を収納す
る収納部と、前記ピエゾ抵抗を保護するために前記シリ
コン基板上の少なくともピエゾ抵抗上に積層形成した保
護層と、前記固定部と接合部材との接合面に設けた前記
保護層の厚みを介して形成した前記収納部と外部とを連
通する孔部と、前記固定部と接合部材との接合面であり
前記固定部あるいは接合部材の少なくともどちらか一方
に前記孔部と連通する凹部とを設けたものである。

【００１６】

【作用】本発明では、半導体センサ内部の収納部と外部
とを連通する孔部を設けたことにより、シリコン基板と
接合部材との接合時に生じる熱による半導体センサ内部
の収納部の空気の熱膨張とその冷却による収縮による内
部の気圧と外部の気圧との差異による影響を受けないよ
うにすることができ、かつ、孔部と連通する凹部を設け
たことにより、半導体センサ内部の収納部に水などの異
物が入りにくく、シリコン基板と接合部材との接合が少
ない工程数で確実に行える。

【００１７】

【実施例】以下、本発明について図１〜４に基づいて説
明するが、前記従来例と同一または相当個所には同一符
号を付してその詳細な説明は省く。

【００１８】図１は本発明の実施例の要部斜視図、図２
は同実施例の側面図、図３は同実施例の要部上面図、図
４は同実施例の断面図である。

【００１９】本発明は、十字状のおもり部５と、このお
もり部５を囲む固定部２と、おもり部５を固定部２に支
持する複数の梁部４とを備えたシリコン基板と、このシ
リコン基板１上におもり部５の変位により抵抗値の変化
するピエゾ抵抗６やリード８を形成し、このピエゾ抵抗
６の他に配線電極７，リード８等を安定させ保護するた
めに、これら上面に安定化膜１０及び保護膜１１の二層
からなる保護層１２でシリコン基板１上を覆っている。
保護層１２は、おもり部５，梁部４，固定部２（枠体）
上の特にピエゾ抵抗６，配線電極７，リード８の上面に
選択的に形成してある。

【００２０】このシリコン基板１に設けた保護層１２の
厚さは、安定化膜１０が約０．１μｍ保護膜１１が約
０．０５μｍで、つまり保護層１２は約０．１５μｍの
厚みを有する

【００２１】この保護層１２を形成したシリコン基板１
におもり部５の変位量を規制するストッパの役割を果た
す接合部材１４，１５を接合する。接合部材１４，１５
は、シリコン基板１に陽極接合法により接合される。接
合部材１５は、シリコン基板１のピエゾ抵抗６等を設け
ていない側に接合される。他方の接合部材１４はシリコ
ン基板１上面である保護層１２を設けている側に接合さ
れ、シリコン基板１と接合部材１４との陽極接合時に、
保護層１２の厚み分だけ接合部材１４が図２で示すよう
にたわみ、保護層１２を介して接合部材１４とシリコン
基板１との接合面１８に半導体センサ１７内部の収納部
１６と通じる孔部２０が形成される。また、接合部材１
４の接合面１８には、孔部２０と連通し、収納部１６の
外周を囲む溝を設け凹部２１が形成されている。

【００２２】このシリコン基板１と接合部材１４との接
合時に形成される孔部２０により、陽極接合時にともな
う熱による収納部１６内の空気の膨張と冷却による空気
の収縮によって生じる負圧による影響を防止できる。ま
た、負圧による収納部１８内への異物の吸入も孔部２０
を形成する保護層１２の厚みが約０．１５μｍであり、
これより大きな異物は吸入されない。また、異物が吸入
されたとして、おもり部５と接合部材１４，１５との間
の間隔は、１から１０μｍの間で設定されるので、孔部
２０の大きさに比べはるかに大きいため、おもり部５と
接合部材１４，１５との間に大きな異物が入り、おもり
部５の変位を妨げることはない。また、半導体センサ１
７を個々のチップにダイシングする時などに用いる水等
の液体は、孔部２０と連通する凹部２１に留まり半導体
センサ１７内部の収納部１６内への浸入を防止すること
ができる。

【００２３】また、本発明は下面はもちろん上面におい
ても保護層１２以外は、接合部材１４とシリコン基板１
とが他の部材を介することなく接合されるので、金属膜
１９等の他の部材を設けることなく確実な接合を行うこ
とができる。

【００２４】なお、保護層１２の形状は前記実施例にの
み限定されるものではなく、半導体センサ１７の収納部
１６と外部とを連通する孔部２０をシリコン基板１と接
合部材１４，１５との接合面１８に保護層１２を介して
設けるものであればよい。

【００２５】また、前記実施例においては、凹部２１は
接合部材１４に溝を設けることにより形成していたが、
シリコン基板１に溝を設けて凹部２１としてもよい。ま
た、凹部２１の形状は、孔部２０と連通していればよ
く、液体を留める形状であれば溝である必要はなく、単
なる空洞でもよい。また、複数の溝を設け凹部２１とし
てもよい。また、凹部２１は収納部１６全周を囲む必要
はなく、収納部１６を半周囲むものでもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明により、シリコン基板と接合部材
との接合時に生じる熱によって生じる半導体センサ内部
の負圧を防止することが出来る。また、シリコン基板と
接合部材とが直接接し接合することで、他の部材を設け
ることなく確実な接合を得ることができる。さらに異物
が入り込むのを防止でき、特に液体に対して浸入しにく
い構成のため内部のピエゾ抵抗等の素子の特性を変化さ
せない半導体センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の要部斜視図。

【図２】同上実施例の側面図。

【図３】同上実施例の要部上面図。

【図４】同上実施例の断面図。

【図５】従来例の要部断面図。

【図６】同上従来例の要部平面図。

【図７】同上従来例の製造方法を説明する工程図。

【図８】他の従来例の要部平面図。

【図９】同上従来例の要部断面図。

【符号の説明】

１シリコン基板１ａエピタキシャル層１ｂ素子分離拡散領域１ｃウエハコンタクト２固定部３溝４梁部５おもり部６ピエゾ抵抗７配線電極７ａ電極端子８リード９コンタクトホール１０安定化膜（絶縁層）１１保護膜（絶縁層）１２保護層１３耐エッチング膜１４，１５接合部材１６収納部１７半導体センサ１８接合面１９金属膜２０孔部２１凹部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】おもり部と固定部と梁部とを備え、前記
おもり部が前記梁部を介して前記固定部に支持されると
ともに、前記おもり部の変位により抵抗値の変化するピ
エゾ抵抗を上面あるいは下面の少なくともどちらか一方
に設けたシリコン基板と、このシリコン基板の固定部の
上下面に接合される接合部材と、前記固定部と前記接合
部材とで形成される前記おもり部を収納する収納部と、
前記ピエゾ抵抗を保護するために前記シリコン基板上の
少なくともピエゾ抵抗上に積層形成した保護層と、前記
固定部と接合部材との接合面に設けた前記保護層の厚み
を介して形成した前記収納部と外部とを連通する孔部
と、前記固定部と接合部材との接合面であり前記固定部
あるいは接合部材の少なくともどちらか一方に前記孔部
と連通する凹部とを設けたことを特徴とする半導体セン
サ。