JPH09196700A

JPH09196700A - 静電容量型半導体力学量センサ及び製造方法

Info

Publication number: JPH09196700A
Application number: JP8021785A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Hosoya; 克己細谷; Takayuki Haruyama; 隆之春山
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1996-01-13
Filing date: 1996-01-13
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】特殊な治具を用いることなく陽極接合時に固
定電極と可動電極を同電位にできる静電容量型半導体力
学量センサの製造方法を提供すること【解決手段】ガラス基板２０上に固定電極２１等を製
造するのと同時に固定電極から引き出される短絡導電パ
ターン２３を形成する。このパターン２３の先端部２３
ａを、シリコン半導体基板側の支持枠と、ガラス基板の
接合領域２４に位置させる。陽極接合時には短絡導電パ
ターンの先端部がシリコン半導体基板に接触するので、
短絡導電パターン及びシリコン半導体基板を介して固定
電極と可動電極は電気的に短絡し、同電位になるため、
電極間の静電引力による電極同士の接触がなくなる。陽
極接合後には、両電極間に高電圧を印加し、短絡導体タ
ーンに通電して発熱させる。電流値がある一定以上にな
ると、短絡導電パターンが溶断され電極間は絶縁され、
センサとして機能する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型半導体
力学量センサ及び製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１，図２は、従来の容量型加速度セン
サの一例を示している。同図に示すように、シリコン半
導体基板１の上下両面にガラス基板２ａ，２ｂを配置し
ている。そして、両基板１と２ａ，２ｂは、その周辺部
Ｓにおいて陽極接合法により接合されている。

【０００３】シリコン半導体基板１は、エッチング加工
によりフレーム状の支持枠３に対し、重り部４が梁部５
を介して片持ち支持されるように形成されている。具体
的には、重り部４は変位可能となるように支持枠３より
も薄くなっており、弾性を有する梁部５を介して支持枠
３の内周部中央で上下に変位可能に弾性支持されてい
る。

【０００４】この重り部４の上下両面が可動電極とな
り、この可動電極に対向させて上側のガラス基板２ａの
内面には上側固定電極７ａが設けられており、また、下
側のガラス基板２ｂの内面には下側固定電極７ｂ（以
下、上側固定電極７ａと下側固定電極７ｂとを区別する
必要がない箇所では、単に「固定電極」と称する）が設
けられている。

【０００５】そして、可動電極と固定電極との間には、
ギャップに応じた静電容量が発生する。よって、加速度
が加わることにより、梁部５が撓み、重り部４が移動す
るため上記ギャップが変化し、両電極間に発生する静電
容量も変化する。そして、その静電容量の変化を検出す
ることにより、ギャップの変化、すなわち加速度を求め
るようになっている。

【０００６】その静電容量の変化を外部に取り出すため
の構造は、以下のようになっている。まず、可動電極側
は、シリコン半導体基板１が導電性を有するので、重り
部４と一体化されている支持枠３までは導通状態とな
る。そこで、図１に示すように絶縁体である固定電極２
ａの所定位置にスルーホール８ａを形成し、そのスルー
ホール８ａを介してガラス基板２ａの表面に形成された
導電性薄膜９ａに導通させる。そして、その導電性薄膜
９ａにボンディングされたワイヤ（図示せず）によって
外部回路に接続可能となる。

【０００７】同様に、図２に示すように、下側固定電極
７ｂに連続して引き出し用のリード部１０を形成する。
一方、そのリード部１０の先端部に対向するシリコン半
導体基板１の支持枠３内の所定位置には、逆角錐台状の
ブロック部１１を形成する。そしてこのブロック部６
は、支持枠３と電気的に互いに分離独立するとともに、
その底面で上記リード部１０に接触させる。さらにその
ブロック部１１の上面を、ガラス基板２ａに形成したス
ルーホール８ｂに接触させる。これにより、下側固定電
極７ｂは、リード部１０，ブロック部１１，スルーホー
ル８ｂを介してガラス基板２ａの表面に形成された導電
性薄膜９ｂに導通される。そして、その導電性薄膜９ｂ
にボンディングされたワイヤ（図示せず）によって外部
回路に接続可能となる。

【０００８】なお、図示省略するが、上側のガラス基板
２ａに形成された上側固定電極７ａも、ガラス基板２ａ
に形成されたスルーホールを介して上記各導電性薄膜９
ａ，９ｂと絶縁状態に形成された導体薄膜に導通され、
外部回路に接続されるようになっている。

【０００９】ところで、この加速度センサを製造するに
あたっては、まずシリコン半導体基板１に電気化学エッ
チング等によって支持枠３，重り部４，およびブロック
部１１が完全に分離されていない状態を形成した後、シ
リコン半導体基板１とガラス基板２ｂを陽極接合法によ
って接合する。その後、エッチングによって梁部５を形
成し、重り部４を分離して変位可能とする。さらにブロ
ック部１１を支持枠３より分離した後、シリコン半導体
基板１とガラス基板２ａを陽極接合法によって接合する
ことによって加速度センサを作製する。

【００１０】この際、シリコン半導体基板１とガラス基
板２ａの陽極接合は、重り部４を変位可能とした後に接
合しなければならず、接合の際、変位可能となった重り
部４が静電引力により一方のガラス基板２ａまたは２ｂ
に形成された固定電極７ａまたは７ｂと接近する。そし
て、重り部４と一方の固定電極が静電引力によって接触
したり、あるいは重り部４と一方の固定電極が熱によっ
て合金化して溶着するおそれがある。係る事態を生じる
と、加速度が加わっても重り部４は変位しなくなり、こ
れにより重り部４と固定電極間の静電容量が変化せず加
速度が検出できなくなるという欠点があった。

【００１１】係る問題を解決するため、上記した加速度
センサと類似し、本発明が対象とする同一の技術分野で
ある圧力センサの従来技術として、特公平４−６８８８
号公報に開示された発明がある。この発明は、図３〜図
５に示すように、シリコンウエハ１′の表面（ガラス基
板２′との対向面）に、多数のくぼんだ部分（凹部）１
３を格子状の交点上に形成する。その凹部１３に対向す
るガラス基板２′の表面には、固定電極１４が形成され
る。そして、シリコンウエハ１′とガラス基板２′を接
合した状態では、図５に示すように、凹部１３が最終的
な半導体圧力センサにおける圧力室を構成することにな
る。

【００１２】次いで、シリコンウエハ１′を陽極接合用
電源の正極に接続するとともに、ガラス基板２′を陽極
接合用電源の負極に接続し、その状態で両極間に所定の
電圧を印加する。これにより、シリコンウエハ１′とガ
ラス基板２′間に電流を流し、接触部分を接合一体化
（陽極接合）する。このようにして陽極接合した後、
縦，横方向に切断することにより、多数のセンサチップ
が分離され、切り出される。

【００１３】ここで、図４に拡大して示すように、接合
する前に固定電極１４に導通するスルーホール１５ａ
と、シリコンウエハ１′に導通するスルーホール１５ｂ
をガラス基板２′の所定位置に形成しておく。

【００１４】そして、陽極接合する際には、まず図５に
示すように、各固定電極１４に接続された各スルーホー
ル１５ａにそれぞれピン１７を接触させる。この各ピン
１７は、陽極接合用電源の正極に接続しておく。この状
態で陽極接合すると、各ピン１７に接触しているスルー
ホール１５ａ，固定電極１４は、陽極接合時にシリコン
ウエハ１′側に印加された所定のプラス電位とほぼ同レ
ベルの電位になる。従って、固定電極１４とシリコンウ
エハ１′（凹部１３の底面）との電位差がほとんどな
く、互いに反発するので、接触して融着することがなく
なる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の方法で
は、陽極接合時に固定電極と重り部が溶着することが防
止できるものの、新たに以下に示す問題を生じる。すな
わち、外部から同電位にするためのピン等の治具及びそ
のピンを電源に接続するための配線等が必要となり、陽
極接合するための装置が大型化する。しかも、その治具
の各ピンを対応するスルーホールに確実に接触された状
態で陽極接合を行わなければならないため、高精度な組
立精度が要求され、係る装置の製造も煩雑となる。さら
に、そのように治具で接触させた状態を保持しながら陽
極接合するための装置を作動させることが煩雑で、仮に
ピンの接触が十分でないと、同電位に保てず、上記した
問題を発生し、不良品の発生を招いてしまう。

【００１６】また、各スルーホールとピン１７とを確実
に接触させるためには、各ピン１７を相互に独立して昇
降移動可能とするとともに、公報でも開示されたように
スプリングなどによりスルーホール側に所定の圧力で押
しつける機構が不可欠となり、さらに、各ピン自体を互
いに短絡させておく必要があることも相俟って、治具の
構成が複雑で高価なものとなってしまう。

【００１７】さらに、ピンはすべての固定電極に対して
接触させるため、ピンの数は、少なくとも１つのウエハ
から製造するチップ数と同数必要となり、非常に多数の
ピンが必要となり、治具の構造がより複雑化する。さら
に、センサの小型化に伴い、ピンを含めた治具も小型化
しなければならないが、それには限界がある。その結
果、装置側の要請からセンサの小型化の限界が生じ、セ
ンサ形状のさらなる小型化を図る上でのネックとなる。
また、異なる種類のセンサに対しては、ウエハ上でのレ
イアウトに応じて上記ピンの配置等も変えなければなら
ず、汎用性に欠ける。

【００１８】また、シリコンウエハ１′と、固定電極１
４は、同一電源の正極端子に接続されているため、ほぼ
同電位となるものの、直接短絡されているわけではな
く、完全に同電位になるとは限らない。そして、部分的
に電位差が大きくなる部位があると、その部分でのチッ
プは従来の問題と同様の理由により不良品となる。

【００１９】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、固定電極側と半導体基板（可動電極）側を同電位に
するための特殊な治具を不要とし、異種のセンサに対し
て対応でき、センサチップの小型化にも適応でき確実に
個々のチップ部分で同電位にすることができ特性ばらつ
きの小さなセンサを製造することのできる静電容量型半
導体力学量センサ及び製造方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る静電容量型半導体力学量センサの
製造方法では、絶縁性の固定基板の表面に固定電極を形
成し、前記固定電極に対向するように前記固定基板と、
可動電極を有する半導体基板を接触させるとともに、両
基板間に陽極接合電圧を印加して陽極接合させて一体化
する工程を含む静電容量型半導体力学量センサの製造方
法を前提とし、下記の２つのステップを行うようにした
（請求項１）。

【００２１】第１のステップ陽極接合する前の所定のタイミングで、前記両基板を接
触させる前に、前記固定電極に導通するとともに、その
一部が前記両基板が接触する接合領域に位置する短絡導
電部を、前記固定基板の表面に設ける。この短絡導電部
は、固定電極と同一部材、すなわち、固定電極をパター
ン形成する際に同時に形成することもできる（請求項
２）。この場合には、実施の形態では短絡導電パターン
２３，２３′，２３″に相当する。また、別部材で構成
しても良い（請求項３）。これに相当する実施の形態で
は、短絡導電体２７に相当する。

【００２２】第２のステップ陽極接合した後の所定のタイミングで、前記短絡導電部
を切断あるいは抵抗値を上昇させるようにする。通常係
る半導体力学量センサは、ウエハ上に多数のチップ部分
を形成し、最終的に縦・横方向に切断（ダイシング）し
て１個ごとのセンサチップに分離するが、この第２のス
テップは、係る切断前のウエハの段階で行ってもよく、
あるいは切断後のチップごとに行ってもよい。

【００２３】本発明では、陽極接合する際には、半導体
基板（可動電極）と固定電極が短絡導電部により接続さ
れており、可動電極と固定電極は同電位となっている。
そのため陽極接合する際に、両電極が静電引力によって
接触することがなく、合金化もしない。そして、この短
絡導電部は、例えば接合終了後に、固定電極の外部接続
電極と可動電極の外部接続電極間に高電圧を加える等に
より、短絡導電部に電流を流し、その時に生じる発熱に
よりこの短絡導電部を溶断したり、あるいは変質させて
抵抗値を上昇させる。これにより、可動電極と固定電極
を電気的に分離させる。よって、加速度，圧力等の力学
量の検出は、従来の各種センサと同様に得ることができ
る。また、特に短絡導電部を変質させる場合には、加熱
手段を用いて加熱しても同様の作用効果が得られる。

【００２４】また、上記した目的を達成するための別の
解決手段としては、前記短絡導電部が、ウエハ上のチッ
プ形成領域以外の部分で前記半導体基板と接触させ、前
記ウエハをダイシングすることにより、前記短絡導電部
を切断するようにしても良い（請求項４）。

【００２５】係る構成にすると、ウエハからセンサチッ
プごとに分離するダイシング処理と、短絡導電部の切断
処理とを兼用させることができる。よって、固定電極等
のパターニング時や半導体基板に対するエッチング時に
用いるマスクパターンを変更するだけで、製造工程数や
各工程での処理も従来と同様に行なえ、製造設備の変更
も不要となる。

【００２６】そして、好ましくは、前記短絡導電部の一
部を細く形成することである（請求項５）。係る構成に
すると、切断のために短絡導電部に電流を流した場合
に、その細くなった部分に電流および電圧が集中するの
で、短絡導電部の切断または変質による抵抗の上昇が容
易に達成できる。

【００２７】さらに、前記短絡導電部を絶縁膜で覆うよ
うにしたり（請求項６）、前記短絡導電部及び前記固定
電極を絶縁膜で覆うようにしたりする（請求項７）と、
より好ましい。係る構成にすると、接合終了後に例えば
固定電極の外部接続電極と、可動電極の外部接続電極間
に高電圧を加える等の手段によって、この短絡導電部を
切断あるいは変質させて抵抗値を上昇させた場合に、短
絡導電部が切断された断片、あるいは変質の際に生ずる
アウトガスなどの飛散・発生を抑えることができる。そ
して、固定電極側も絶縁膜で覆うと、上記した作用に加
えて、電極間に絶縁膜が存在するので、仮に短絡が確実
に行なえなかったとしても、対向する可動電極と固定電
極が直接接触するおそれがなく、両電極の絶縁が確実に
とられる。

【００２８】一方、上記した目的を達成するための別解
決手段としての本発明に係る静電容量型半導体力学量セ
ンサでは、固定電極が設けられた固定基板と、半導体基
板とが陽極接合されて一体化された静電容量型半導体力
学量センサにおいて、陽極接合のための高電圧印加時に
は導通し、通常の力学量測定時には非導通となるギャッ
プを有する短絡導電パターンを設け、陽極接合時に前記
短絡導電パターンを介して前記固定電極と半導体基板と
が導通するようにした（請求項８）。

【００２９】係る構造のセンサでは、陽極接合時は高電
圧が印加されるので、ギャップ間を固定基板の表面を流
れるようにして電子が飛び、電流が流れる。よって、両
電極はほぼ同電位になるので、静電引力によって接触す
ることがなくなる。一方、陽極接合後の通常のセンサ使
用時では、ギャップ間に発生する電圧は小さく、電流は
流れない。よって、両電極間は、絶縁状態となるので、
両電極間に発生する静電容量に基づく信号を外部に出力
することができる。つまり、本構成では、陽極接合後に
短絡導電部を切断したり、変質させたりする絶縁化処理
が不要となり、従来と同様の製造工程（固定電極を生成
する際のマスクパターンを替えるだけですむ）で対応で
きる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図６，図７は本発明の第１の実施
の形態を示している。図６は、１個のセンサチップ部分
に対応するガラス基板２０を示しており、実際の製造工
程では、図３に示すように大きなガラス基板の表面の各
部に上記ガラス基板２０に対応する領域が割り振られ
る。そして、まず通常の工程では、このガラス基板２０
の接合側表面に、蒸着或いはスパッタにより所定パター
ン形状からなる固定電極２１及びリード部２２を同時に
形成する（図６参照）。

【００３１】ここで本発明では、上記固定電極２１等を
製造する工程の際に、それと同時に固定電極２１から引
き出されるようにして短絡導電パターン２３を形成する
ようにしている。そしてこの短絡導電パターン２３の先
端部２３ａが、図示省略のシリコン半導体基板側の支持
枠と、ガラス基板２０の接合領域（一点鎖線の外側の領
域）２４に位置するようにしている。

【００３２】このようにガラス基板２０の表面に所定の
金属を蒸着／スパッタする際のパターン形状を変更する
だけで、その他の各製造工程は、従来のものと同様に行
える。すなわち、シリコン半導体基板（ウエハ）に対し
ては、エッチングにより支持枠，重り部並びに梁部など
を形成する。そして、従来の技術の欄でも説明したよう
に、係るシリコン半導体基板とガラス基板２０を、その
相対位置を合わせて接触させる。

【００３３】すると、短絡導電パターン２３の先端部２
３ａがシリコン半導体基板に接触する。これにより、短
絡導電パターン２３及びシリコン半導体基板を介して固
定電極２１と可動電極（重り部に形成される）は電気的
に短絡する。この状態でガラス基板２０とシリコン半導
体基板間に陽極接合電圧を印加し、接合領域２４にて両
基板を陽極接合する。

【００３４】この時、固定電極と可動電極は短絡されて
同電位になっているので、両者間での電位差が発生しに
くくなる。これによって陽極接合時に電極間の静電引力
による接触や、放電にともなう電極同士の合金化による
溶着がなくなる。

【００３５】そして、上記のように陽極接合及びその他
の所定の処理工程を施すことにより、図７に示すよう
に、重り部（可動電極）を備えたシリコン半導体基板２
５の上下両面にガラス基板２０を接合して一体化する。
さらに、上側のガラス基板２０の所定位置には、上下に
貫通する３つのスルーホール２６ａ〜２６ｃが形成され
る。各スルーホール２６ａ〜２６ｃは、ガラス基板２０
の表面に相互に分離して成膜された導体薄膜２７ａ〜２
７ｃにそれぞれに導通されている。

【００３６】そして、スルーホール２６ａ，２６ｂは、
上下のガラス基板に形成された各固定電極にそれぞれ導
通され、スルーホール２６ｃはシリコン半導体基板２５
に導通するようになっている。

【００３７】そこで、陽極接合した後、導体薄膜２７ａ
と２７ｃの間並びに、導体薄膜２７ｂと２７ｃの間に、
それぞれ所定の高電圧を印加する。すると、陽極接合し
た直後の状態では、対応する固定電極と可動電極とは短
絡導電パターン２３を介して導通されているので、短絡
導電パターン２３に電流が流れる。そして、電流値をあ
る一定以上にすると、短絡導電パターン２３は、一種の
ヒューズと同様の機能を発揮して溶断される。このと
き、短絡導電パターン２３の幅は、固定電極２１及びシ
リコン半導体基板側の幅に比べて非常に小さいので、そ
の短絡導電パターン２３の抵抗値は他の部分に比べて高
く、当該部位が確実に溶断される。

【００３８】これにより、最終的に電極間は絶縁される
ので、その後は通常のセンサとして機能することができ
る。つまり、３つの導体薄膜２７ａ〜２７ｃにワイヤを
ボンディングすると、導体薄膜２７ａと２７ｃの間で一
方の固定電極と可動電極との間の静電容量が検出され、
導体薄膜２７ｂと２７ｃの間で他方の固定電極と可動電
極との間の静電容量が検出される。

【００３９】また、上記した短絡導電パターン２３の溶
断処理は、ウエハ上で行ってもよく、あるいは切断して
個々のチップ形状に分離した後に行ってもよい。そし
て、ウエハ上で行う場合も、ウエハ上に存在するすべて
のチップ部分に対して同時に溶断するための電流を流す
必要はないので、係る溶断するための電流を流すための
装置の構造が簡易化できる。すなわち、ピンの数も少な
くすることができ、また所定数のチップ部分ごとに通電
するようにすると、異なる種類のセンサチップに対して
も対応でき、汎用性に富むことになる。

【００４０】図８は、本発明の第２の実施の形態の要部
を示しており、図６に対応する図である。この実施の形
態では、基本的には第１の実施の形態と同様であるが、
短絡導電パターン２３′を固定電極２１のリード部２２
から引き出すようにしている点で異なる。

【００４１】係るパターン形状を異ならせる以外は、第
１の実施の形態と同様の工程により製造できる。そし
て、陽極接合時は、固定電極２１は、リード部２２，短
絡導電パターン２３′を介してシリコン半導体基板（可
動電極）と短絡されているので、両電極間が接触し融合
することがなくなる。また、陽極接合後は、両電極に接
続された導体薄膜間に電圧を印加することにより、リー
ド部２２→短絡導電パターン２３′→シリコン半導体基
板の順（あるいはその逆）に電流が流れ、短絡導電パタ
ーン２３′部分で溶断させて、両電極間の絶縁をはか
る。

【００４２】なお、確実に短絡導電パターン２３′の部
分で溶断させるためには、溶断させるための電流が流れ
るリード部２２の幅Ｗ１よりも短絡導電パターン２３′
の幅Ｗ２を小さくすることである。なお、リード部２２
と短絡導電パターン２３′の接続部分よりも固定電極２
１側のリード部２２には、上記溶断させるための電流が
流れないので、その幅は不問となる。

【００４３】図９は、本発明の第３の実施の形態の要部
を示している。本実施の形態は、基本的には第２の実施
の形態と同様で、短絡導電パターン２３″を固定電極２
１のリード部２２から引き出すようにしている。ここで
第２の実施の形態と相違するのは、その短絡導電パター
ン２３″の中間部分２３″ｂの幅を他の部分に比べて狭
くしている。

【００４４】係る構成にすることにより、短絡導電パタ
ーン２３″に溶断用の電流を流した際に、その中間部分
２３″ｂに電荷が集中し、確実にその部分で溶断（断
線）するようになっている。換言すれば、断線の場所を
任意の所に設定できる。なお、その他の工程は、上記し
た各実施の形態と同様であるので、同一符号を付しその
詳細な説明を省略する。

【００４５】図１０は、本発明の第４の実施の形態を示
している。上記した各実施の形態では、短絡導電パター
ンを固定電極のパターン形成の際に同時に同一材料で形
成するようにしたが、本実施の形態では固定電極とは別
部材で形成するようにしている。

【００４６】すなわち、図示するように、まずＴｉ／Ｐ
ｔを用いて固定電極２１，リード部２２を形成する。こ
の工程は従来のものと同様である。次いで、固定電極２
１等を形成した金属（Ｔｉ／Ｐｔ）よりも低温で変質
（酸化）するＡｌを用いて、帯状の短絡導電体２７を形
成する。そして、この短絡導電体２７の一端をリード部
２２に接触させ、他端を接合領域２４に位置させる。

【００４７】この状態で、別途形成したシリコン半導体
基板を接触させ、陽極接合する。すると、固定電極２１
は、リード部２２並びに短絡導電体２７を介してシリコ
ン半導体基板ひいては可動電極と短絡されて同電位にな
るので、両電極が吸引されて接触することがない。

【００４８】そして、陽極接合後に、対向する固定電極
と可動電極間を絶縁するのは、短絡導電体３０を加熱し
て変質（酸化）させることにより行う。すなわち、短絡
導電体３０を構成するＡｌを酸化させて酸化アルミニウ
ムにすることにより抵抗値を上昇させて絶縁物にする。
これにより、電気的に両電極間は分離され、通常のセン
サとしての機能を発揮する。

【００４９】そして、上記加熱する方法としては、上記
各実施の形態の際の短絡導電パターンの溶断と同様に、
両電極間に高電圧を印加して短絡導電体３０に高電流を
流し、この通電に伴う発熱を利用したり、或いは高温雰
囲気下に設置したり、ホットプレート等の加熱手段の上
に載置するなど種々の方法をとることができる。そし
て、いずれの場合も、固定電極２１は、Ｔｉ／Ｐｔで熱
的に安定（Ａｌに比べ）なため、最初に短絡導電体３０
部分が酸化され、絶縁化される。

【００５０】本実施の形態では、短絡導電体３０が加熱
されればよいので、センサチップ自体を所定の加熱装置
内に配置すればよく、短絡導電体３０に通電しなくても
よいので、多数のセンサチップに対して同時に処理が行
えるとともに、センサチップの大きさ・形状を問わない
ので、絶縁処理が容易に行える。

【００５１】図１１は、本発明の第５の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した各実施の形態と
相違して、リード部２２から引き出した短絡導電パター
ン２８の中間部位にて狭い距離を隔てて固定電極２１側
と接合領域２４側とを分断している。

【００５２】すなわち、図１２に拡大して示すように、
短絡導電パターン３１の両端３１ａ，３１ｂは、それぞ
れリード部２２及び接合領域２４に接続している。そし
て、その短絡導電パターン３１の中間部位３１ｃを、極
狭い隙間をおいて交互に入り込んだ櫛歯状に形成する。
そして、係るパターンは、第１，第２の実施の形態と同
様に、固定電極２１等を形成する際に、同時に形成する
ことができる。つまり、短絡導電パターン３１を形成す
るための独立した工程が不要となる。

【００５３】次いで、従来と同様の製造プロセスを行い
陽極接合をする。するとこの陽極接合時に固定電極と可
動電極電極間に過大な電圧が加わり、短絡導電パターン
３１の中間部位３１ｃの近接する櫛歯状部分の間も大き
な電位差が発生する。すると、ガラス基板２０の表面を
電子が伝わり、物理的に離れた短絡導電パターン３１の
中間部位３１ｃを電流が流れる。これにより、固定電極
２１と可動電極は短絡状態になり、電極間の電圧は低減
され電極間の接触や溶着が生じなくなる。

【００５４】その後通常の処理を行いセンサチップを製
造する。この時、上記した各実施の形態では、短絡導電
パターンや短絡導電体を溶断或いは変質させるための処
理を行ったが、本実施の形態では係る特殊な処理を行わ
なくてよい。つまり、短絡導電パターン３１の中間部位
３１ｃは離反・分離されているので、通常のセンサとし
て使用する場合に発生する電極間の電圧は小さいので、
当該中間部位３１ｃを電流が流れない。従って両電極間
は絶縁状態が保たれ、センサは正しく機能する。

【００５５】よって、本実施の形態では、固定電極を形
成する際のマスクのパターン形状を替える（短絡導体パ
ターン３１を同時に形成する）だけで、その他の製造プ
ロセスは従来と同様に行えるので、従来の設備をそのま
ま使用できるという効果も奏する。

【００５６】なお、上記した実施の形態では、短絡導電
体パターン３１の中間部位で分離したが、本発明はこれ
に限ることはなく、リード部２２との接続側端部３１ａ
或いは接合領域２４側の端部３１ｂ側で分離しても良
い。また、その分離部分の形状も、上記した櫛歯状に限
ることはなく、例えば図１３に示すように、一点で対向
する部分に接近させるようにしても良い。これにより、
その三角形の頂点３１ｄ部分に電荷が集中しやすくな
り、陽極接合時に確実に電流を流すことができる。さら
にまた、分離部分は各図に示したように、凹凸をつける
のではなく、直線状にしていてももちろん良い。

【００５７】さらにまた、上記したいずれのものも、短
絡導体パターン３１をリード部２２から引き出すように
したが、第１の実施の形態と同様に固定電極２１側から
直接引き出すようにしてももちろん良い。

【００５８】図１４は、本発明の第６の実施の形態を示
している。本実施の形態は、短絡導電パターン２３″の
中間部分を幅狭にした第３の実施の形態を基本とし、そ
の短絡導電パターン２３″を覆うように、ポリイミドの
ような絶縁性の樹脂からなる保護膜３４を形成してい
る。そして、その保護膜３０を形成した状態で陽極接合
をし、その後所定の工程で短絡導電パターン２３″に電
流を流して溶断する際に、その溶断・切断したときの短
絡導電パターンの断片の飛散を防止できる。よって、電
極間に異物（短絡導電パターンの断片）が混入してセン
サーが不良となることが妨げる。

【００５９】そして、係る保護膜３４は、少なくとも溶
断する部分を覆うようになっていれば良いが、それとは
逆に例えば図１５に示すように、固定電極２１上までも
覆うようにしていても良い。そして、固定電極２１を覆
う場合には、可動電極とのギャップが短いため、ＳｉＯ
_２薄膜などを用いると良い。

【００６０】係る構成にすると、短絡導電パターンの設
置による接合時の電極間の接触、溶着を防止する効果を
いっそう高くでき（たとえ両電極が接近しても、ＳｉＯ
２両電極間には絶縁体からなるＳｉＯ_２薄膜が存在する
ので、融合しない）、さらに切断したときの断片の飛散
を防止して電極間に異物が混入してセンサーが不良とな
ることが妨げる。

【００６１】また、係る保護膜を設けるのは、短絡導電
パターン（短絡導電体）を溶断するもののすべてに適用
できる。

【００６２】図１６は、本発明の第６の実施の形態を示
している。本実施の形態では、陽極接合後に短絡導体パ
ターンを切断し、固定電極と可動電極とを分離する工程
が上記した各実施の形態と異なる。すなわち、まず、ガ
ラス基板２０上のチップ形成領域３５を一点鎖線で囲む
矩形領域にし、隣り合うチップ形成領域３５との間に所
定の空き領域３６を形成するようにしている。この空き
領域３６は、最終的にガラス基板２０を縦・横方向に切
断してセンサチップごとに分離した際には、不要部分と
なる領域である。但し、この空き領域３６の部分は、シ
リコン半導体基板と接触し陽極接合される。

【００６３】そして、本実施の形態ではガラス基板２０
上に、所定の金属膜をパターン形成することにより、固
定電極２１及びリード部２２のそれぞれから引き出すよ
うにして短絡導電パターン３８を形成する。そして、各
短絡導電パターン３８の先端部３８ａは、上記空き領域
３６にまで延長形成している。なお、本例では、図中上
下に隣接するチップ形成領域３５の固定電極とも接続し
ているが、係る条件は必須ではない。

【００６４】さらに、シリコン半導体基板（シリコンウ
エハ）側をエッチングして、重り部，梁部，支持枠等を
形成するに際し、チップ形成領域３５内においては、上
記短絡導電パターン３８とシリコン半導体基板が非接触
になるようにしている。具体的には、短絡導電パターン
３８に対応する部分３５ａを凹状に除去する。これによ
り、短絡導電パターン３８は、空き領域３６に存在する
シリコン半導体基板と接触し、固定電極と可動電極が導
通して同電位になるようにしている。

【００６５】したがって、陽極接合する際には、両電極
が同電位になるので、互いに接触などせず、溶着しな
い。この点は上記した各実施の形態と同様である。そし
て、通常の各種処理を経た後、センサチップ毎に分離す
る切断工程を行う。すなわち、基板を縦横に所定間隔毎
に切断する。具体的には図１６に示す一点鎖線上を切断
する。これにより、図１７に示すような１個のセンサチ
ップが形成される。

【００６６】そして、シリコン形成領域ではシリコン半
導体基板と短絡導電パターン３８とが非接触状態に形成
されていたので、図１７から明らかなようにチップに分
離された状態では、短絡導電パターン３８はシリコン半
導体基板（ハッチングで示す領域でガラス基板２０と接
合される）と接触せず、固定電極と可動電極間は絶縁状
態となる。よって、通常のセンサとして機能する。

【００６７】本実施の形態では、両電極間を分離するた
めの工程は、従来から行われているウエハの切断処理に
兼用されたため、製造プロセスとしては従来のものに比
べてパターン形状を替えるだけでその他の構成は基本的
従来のものをそのまま用いることができる。

【００６８】なお、上記した実施の形態では、短絡導電
パターン３８を固定電極２１とリード部３３の両方から
引き出すようにしたが、本発明はこれに限ることはな
く、いずれか一方から引き出すようにしてももちろん良
い。

【００６９】なお、上記した各実施の形態は、いずれも
加速度センサに適用した例を示したが、本発明はこれに
限ることはなく、圧力センサに用いることもできる。す
なわち、圧力センサは、よく知られているように図１８
に示すように、ガラス基板４０の表面に固定電極４１及
びそこから外部に引き出されるリード部４２が所定の金
属膜を蒸着等することにより形成される。

【００７０】ガラス基板４０に陽極接合されて一体化さ
れたシリコン半導体基板４４には、前記固定電極４１に
対向する位置にダイアフラム４５が形成され、このダイ
アフラム４５が可動電極となる。このダイアフラム４５
と固定電極４１との間で圧力室４６が構成され、ガラス
基板４０に形成された圧力導入口４７を介して圧力室４
６内に導入された圧力に応じてダイアフラム４５が変形
（通常は膨らむ）し、ダイアフラム（可動電極）４５と
固定電極４１間の距離が変化する。この変化に伴う容量
変化をリード部４２を介して外部回路に出力する。そし
て、通常シリコン半導体基板４４の接合面のうち、リー
ド部４２に対向する部分は凹部４８が形成されて非接触
状態となっている。

【００７１】ここで本発明では、前記凹部４８に対向す
るリード部４２から、側方に突出する短絡導電パターン
４９を形成し、その短絡導電パターン４９の先端部４９
ａをシリコン半導体基板４４のガラス基板４０との接合
部分Ｓに位置させるようにする。係る構成にすると、陽
極接合時は、固定電極４１とダイアフラム４５が短絡さ
れて同電位になるので、互いに引き寄せられて接触する
ことが防止できる。

【００７２】そして、その後上記した各実施の形態と同
様に両電極間に所定の高電流を流して短絡導電パターン
４９の部分を溶断し、両電極間を絶縁することにより、
センサとしての機能を発揮させる。

【００７３】また、図示の例では、第３の実施の形態と
同様に、短絡導電パターン４９の一部を幅狭にしている
ので、当該部位から確実に溶断される。なお、具体的な
図示は省略するが、上記した加速度センサの各実施の形
態と同様のものを圧力センサ側でも適用できるのはもち
ろんである。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
半導体力学量センサ及び製造方法では、陽極接合時に可
動電極と固定電極を同電位にするために従来のように外
部からの特別の治具を使用することなく、チップ単位で
同電位にすることができる。従って、同電位（短絡）す
るための特別の装置が不要となり、製造プロセスが簡易
化する。なお、短絡導電部を溶断等するための装置が必
要になるが、従来の陽極接合時に同電位にするのと異な
り、すべてのチップに対して同時に接触させる必要がな
いので、装置も簡易化できる。

【００７５】しかも、治具が不要となるので、異種のセ
ンサに対しても、短絡導電部を適宜形状に形成するだけ
で対応できるので、陽極接合装置は共通化でき、量産性
が向上する。さらに、治具が不要であるので、センサ形
状の小型化を図ることができる。

【００７６】また、個々のセンサチップごとに固定電極
と可動電極（半導体基板）とを短絡することができるの
で、より確実に同電位にすることができ、特性のばらつ
きが小さくなる。

【００７７】また、短絡導電部を固定電極と同じ材質に
よって形成した場合（請求項２）には、固定電極を製造
する際に同時に形成することができ、短絡導電部の作製
が簡単な工程で行うことができる。

【００７８】また、短絡導電部を固定電極に比べて電
圧、または電流によって切断、または変質しやすい材料
で構成したり（請求項３）、短絡導電部の一部が周囲の
幅よりも狭くした（請求項４）場合には、陽極接合終了
後に、固定電極の外部接続電極と可動電極の外部接続電
極間に高電圧を加える等の手段によって、短絡導電部の
切断または変質による抵抗値の上昇が容易に達成でき
る。

【００７９】さらに、短絡導電部等を絶縁膜で覆うよう
にした場合（請求項６，７）には、陽極接合終了後に行
う短絡導電部の切断の際に発生する短絡導電部の断片
や、変質の際に生じるアウトガスなどの飛散、または発
生を抑えることができる。

【００８０】さらにまた、請求項５のようにすると、短
絡導電部を切断する工程とをウエハからダイシングによ
りセンサチップに分離する工程とを共通することが可能
となるので、製造工数及びその作業が従来と同様にでき
る。同様に請求項８のように形成した半導体センサで
は、陽極接合後に短絡導電部を切断する工程が不要とな
るので、製造が容易に行え、信頼性も増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の加速度センサを示す断面図である。

【図２】従来例の加速度センサの下側ガラス基板を示す
斜視図である。

【図３】従来の圧力センサの製造方法を説明する図であ
る。

【図４】従来の圧力センサの製造方法を説明する図であ
る。

【図５】従来の圧力センサの製造方法を説明する図であ
る。

【図６】本発明の第１の実施の形態を説明する図で、加
速度センサの下側ガラス基板を示す斜視図である。

【図７】第１の実施の形態を実施して製造されるセンサ
の外観を示す斜視図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態を説明する図で、加
速度センサの下側ガラス基板を示す斜視図である。

【図９】（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態を説明す
る図で、加速度センサの下側ガラス基板を示す斜視図で
ある。（Ｂ）は、図９（Ａ）のＢ部拡大図である。

【図１０】（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態を説明
する図で、加速度センサの下側ガラス基板を示す斜視図
である。（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＢ部拡大図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態を説明する図で、
加速度センサの下側ガラス基板を示す斜視図である。

【図１２】図１１のＢ部拡大図である。

【図１３】第５の実施の形態の変形例で、図１２に対応
する図である。

【図１４】（Ａ）は、本発明の第６の実施の形態を説明
する図で、加速度センサの下側ガラス基板を示す斜視図
である。（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＢ部拡大図である。

【図１５】第６の実施の形態の変形例を示す図で、図１
４（Ａ）に対応する図である。

【図１６】本発明の第７の実施の形態を説明する図であ
る。

【図１７】本発明の第７の実施の形態を説明する図で、
切断後の加速度センサの下側ガラス基板を示す平面図で
ある。

【図１８】本発明を圧力センサに適用した実施の形態を
説明する図である。

【符号の説明】

２０ガラス基板２１固定電極２２リード部２３，２３′，２３″ 短絡導電パターン（短絡導電
部）２４シリコン半導体基板とガラス基板の接合領域２７短絡導電体（短絡導電部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性の固定基板の表面に固定電極を形
成し、前記固定電極に対向するように前記固定基板と、可動電
極を有する半導体基板を接触させるとともに、両基板間
に陽極接合電圧を印加して陽極接合させて一体化する工
程を含む静電容量型半導体力学量センサの製造方法にお
いて、前記両基板を接触させる前に、前記固定電極に導通する
とともに、その一部が前記両基板が接触する接合領域に
位置する短絡導電部を、前記固定基板の表面に設け、前記陽極接合した後、前記短絡導電部を切断あるいは抵
抗値を上昇させるようにしたことを特徴とする静電容量
型半導体力学量センサの製造方法。
【請求項２】前記短絡導電部が、前記固定電極と同一
材料で構成され、同時にパターン形成するようにし、前記陽極接合後に前記短絡導電部に電流を流し、それに
基づく発熱により前記短絡導電部を切断するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型半導体力
学量センサの製造方法。
【請求項３】前記短絡導電部が、前記固定電極よりも
変質または溶断されやすい材料で形成し、前記陽極接合後に前記短絡導電部を加熱することによ
り、前記短絡導電部を切断あるいは抵抗値を上昇させる
ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量
型半導体力学量センサの製造方法。
【請求項４】前記短絡導電部が、ウエハ上のチップ形
成領域以外の部分で前記半導体基板と接触させ、前記ウエハをダイシングすることにより、前記短絡導電
部を切断するようにしたことを特徴とする請求項１に記
載の静電容量型半導体力学量センサの製造方法。
【請求項５】前記短絡導電部の一部を細く形成したこ
とを特徴とする請求項２または３に記載の静電容量型半
導体力学量センサの製造方法。
【請求項６】前記短絡導電部を絶縁膜で覆うようにし
たことを特徴とする請求項２または３に記載の静電容量
型半導体力学量センサの製造方法。
【請求項７】前記短絡導電部及び前記固定電極を絶縁
膜で覆うようにしたことを特徴とする請求項２または３
に記載の静電容量型半導体力学量センサの製造方法。
【請求項８】固定電極が設けられた固定基板と、半導
体基板とが陽極接合されて一体化された静電容量型半導
体力学量センサにおいて、陽極接合のための高電圧印加時には導通し、通常の力学
量測定時には非導通となるギャップを有する短絡導電パ
ターンを設け、陽極接合時に前記短絡導電パターンを介して前記固定電
極と半導体基板とが導通するようにしたことを特徴とす
る静電容量型半導体力学量センサ。