JPH10153617A - 小型電子部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機能部を収容するキャビティにガス抜き用の貫
通孔を設けて、機能部と封止構造を縦構造にして小形化
を図り、封止構造を簡略化しかつ封止の信頼性を向上さ
せた小型電子部品およびその製造方法を提供する。 【解決手段】機能部１ａの形成された支持基板１と、ガ
ス抜き用の貫通孔２ｂを有し、支持基板１に接合されて
機能部１ａを蓋被するキャビティ２ｃを形成する蓋被基
板２と、封止弁３ｂを有し、蓋被基板２に接合されて蓋
被基板２の貫通孔２ｂを封止弁３ｂにより封止する封止
基板３と、よりなる小型電子部品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、機能部を減圧下
に保持しなければならない、加速度センサ、ジャイロセ
ンサなどの小型電子部品およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のジャイロセンサなどの小型電子部
品およびその製造方法に関し、その機能部の収容されて
いるキャビティを減圧密閉する手段として、Sensors an
d Actuators A.43(1994)243-248)に記載されている真空
封止法について図１９〜図２１を参照して説明する。

【０００３】図１９において、シリコン基板２１を薄く
加工し、機能部としてストレインゲージを有するダイア
フラム２１ａと真空室２１ｂとを形成する。また、シリ
コン基板２１に貫通孔２１ｃを形成する。この貫通孔２
１ｃはチャネルを介して真空室２１ｂにつながってい
る。

【０００４】一方、２２はパイレックスガラス基板で、
陽極接合によりシリコン基板２１に接合される。この陽
極接合の際に、接合面から発生する酸素ガスが真空室２
１ｂに一部流入して、真空中で陽極接合を行ったにして
も、真空室２１ｂの真空度を所定の値に設定できないの
で、シリコン基板２１に貫通孔２１ｃを設け、真空室２
１ｂに流入したガスを貫通孔２１ｃより真空槽中に排出
して、その後、図２０に示すように、貫通孔２１ｃにア
ルミニュウム２３などの金属を蒸着またはスパッタリン
グして封止し、真空室２１ｂを所定の真空度に密閉する
というものである。

【０００５】また、図２１に示す真空封止法は、図１９
および図２０に示す真空封止法と同様に、シリコン基板
２４を薄く加工して形成し、機能部としてストレインゲ
ージを有するダイアフラム２４ａと真空室２４ｂとを有
し、また、この真空室２４ｂとチャネルを介して通じる
ゲッター室２４ｃを有する。このゲッター室２４ｃにゲ
ッター材２５を封入した状態で、シリコン基板２４とパ
イレックスガラス基板２６とを陽極接合する。このゲッ
ター材２５は、陽極接合時のほぼ４００℃の温度で活性
化し、真空室２４ｂに流入した酸素ガスを吸着して、真
空室２４ｂを減圧密閉することになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１９
および図２０に示す従来の小型電子部品は、外部から封
止される構造のチャネルを備えた貫通孔を有しているの
で、形状が大きくなるという欠点を有している。また、
その製造方法は、陽極接合の後、蒸着、スパッタリング
などの物理的蒸着工程により貫通孔２１の封止を行うの
で、封止工程が煩雑になるという欠点を有している。

【０００７】さらに、図２１に示す従来の小型電子部品
は、ゲッター材２５を収納するゲッター室２４ｃを余分
に設けなければならず、形状が大きくなるという欠点を
有している。また、その製造方法は、ゲッター材２５の
処理工程を必要として煩雑になるという欠点を有してい
る。

【０００８】そこで、本発明は、支持基板に設けた機能
部の収容されたキャビティにガス抜き用の貫通孔を設け
て、機能部と封止構造を上下方向に形成して小形化を図
り、封止構造を簡略化しかつ封止の信頼性を向上させた
小型電子部品およびその製造方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の小形電
子部品の発明は、機能部の形成された支持基板と、ガス
抜き用の貫通孔を有し、前記支持基板に接合されて前記
機能部を蓋被するキャビティを形成する蓋被基板と、封
止弁を有し、前記蓋被基板に接合されて該蓋被基板の前
記貫通孔を前記封止弁により封止する封止基板と、より
なるものである。

【００１０】この発明は、蓋被基板に形成したガス抜き
用の貫通孔が、支持基板に形成した機能部を収容するキ
ャビティに形成されているので、ガス抜き用の貫通孔と
機能部が縦構造となり、水平方向に広がる構造ではない
ので、小形化を図ることができる。また、ガス抜き用の
貫通孔が外部から封止弁により減圧封止されるので、封
止構造が簡単となり、かつ、大気圧が封止弁を外部から
押さえる状態になり、封止の信頼性が向上する。

【００１１】請求項２に記載の小形電子部品の製造方法
の発明は、機能部を有する支持基板と貫通孔を有する蓋
被基板とを接合し、前記蓋被基板と封止弁を有する封止
基板とを真空槽中において、前記貫通孔の上に前記封止
弁の先端部を加熱により垂下させて、前記貫通孔を前記
封止弁により封止するものである。

【００１２】この発明は、第１回目の接合において、支
持基板と蓋被基板との主接合を行う。そして、第２回目
の接合において、封止基板の封止弁により蓋被基板の貫
通孔の封止接合を行う。第１回目の接合によりキャビテ
ィ内に流入したガスは、真空装置中で行われる第２回目
の接合によりガス抜き用の貫通孔より外部の真空槽中に
排出され、その後、ガス抜き用の貫通孔が封止されるの
で、キャビティ内の真空度を真空槽の真空度に合わせる
ことができる。

【００１３】また、第２回目の接合において接合面から
発生したガスは、その殆どが封止弁の周囲のコ字型スリ
ットより真空槽中に排出され、キャビティ内には殆ど流
入しない。たとえ流入したにしても、その流入するガス
は、ガス抜き用の貫通孔の直径が数１０〜数１００μｍ
と小さいので、極微量であり、キャビティの真空度を必
要範囲に維持し得る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の小型電子部品の
１実施例の角速度センサについて図面を参照して説明す
る。

【００１５】図１において、１はシリコン基板で、その
中央部には、図２Ｃに示すように、活性層で角速度セン
サの機能部１ａが形成される。この機能部１ａの詳細に
ついては後述する。

【００１６】２は蓋被基板で、シリコン基板、パイレッ
クスガラス基板などよりなり、図２Ｂに示すように、裏
面中央部に凹部２ａが形成され、この凹部２ａの天面の
片隅に直径が数１０〜数１００μｍのガス抜き用の貫通
孔２ｂが形成されている。この蓋被基板２は、シリコン
基板１に直接接合または陽極接合により接合されて、シ
リコン基板１の機能部１ａを蓋被するキャビティ２ｃが
形成される。前記貫通孔２ｂは、このキャビティ２ｃの
ガス抜き用の開口としての機能を果たす。

【００１７】３は、封止基板で、シリコン基板、パイレ
ックスガラス基板などよりなり、図２Ａに示すように、
裏面中央部に凹部３ａが形成されている。そして、この
凹部３ａの天面の片側に短冊状で先端部が下方に湾曲し
た封止弁３ｂが、凹部３ａの天面をコ字型スリット３ｃ
に切り欠いて形成されている。この封止基板３の裏面４
辺および封止弁３ｂの先端部は、蓋被基板２に直接接
合、陽極接合または溶着により接合される。この接合に
より、封止弁３ｂの先端部は、蓋被基板２のガス抜き用
の貫通孔２ｂを封止することになる。

【００１８】なお、支持基板１と蓋被基板２および蓋被
基板２と封止基板３の接合において、直接接合とは、両
方がシリコンよりなる場合、陽極接合とは片方がシリコ
ンで他方がパイレックスガラスよりなる場合、溶着とは
両方がパイレックスガラスよりなる場合である。

【００１９】シリコンよりなる支持基板１とパイレック
スガラスよりなる蓋被基板２とが４００℃の温度で接合
されるとき、接合面からガスが発生して、その発生ガス
の一部がキャビティ２ｃ内に流入してキャビティ２ｃの
真空度を低下させることになる。キャビティ２ｃに通じ
る貫通孔２ｂは、この流入ガスをキャビティ２ｃから外
部（真空槽）に排出させるものである。そして、蓋被基
板２と封止基板３との真空槽中における接合の際に、キ
ャビティ２ｃ内に残留しているガスを貫通孔２ｃから外
部（真空槽）に排出し、しかる後、蓋被基板２と封止基
板３とを５００℃の温度で接合して、貫通孔２ｂを封止
弁３ｂにより封止することになる。この封止弁３ｂは、
細長い短冊状をしているので、蓋被基板２と封止基板３
との接合の際の温度で、その先端部が軟化して自重で垂
下し、貫通孔２ｂの周辺に面接触して接合され、貫通孔
２ｂを封止することになる。

【００２０】この封止弁３ｂは、第１回目の陽極接合の
温度４００℃では垂下せず、第２回目の陽極接合の温度
５００℃で軟化して垂下するように、その厚みおよび幅
が決められる。

【００２１】つぎに、図１および図２Ｃに示す支持基板
１に形成されている角速度センサの機能部１ａの構造に
ついて、図３を参照して説明する。この角速度センサは
コリオリ力を検知して角度を検出するものである。４は
長方形板状の振動体である。この振動体４の両側面に
は、直角方向に伸びる複数本の可動柄に形成された複数
個の可動櫛歯電極４ａ（点集合部分）が設けられてい
る。また、この可動櫛歯電極４ａと対抗してコンデンサ
を形成する固定櫛歯電極５ａ（白地部分）も複数設けら
れている。これらの固定櫛歯電極５ａは、固定柄を介し
て固定基部５に結合している。

【００２２】また、振動体４の長手方向の両端は、その
両側の直角方向にそれぞれ伸びて可動柄部４ｂとなり、
これらの可動基部４ｂには、直角方向に延びる複数本の
可動柄に形成された複数個の可動櫛歯電極４ｃ（点集合
部分）が設けられている。また、この可動櫛歯電極４ｃ
と対抗してコンデンサを形成する固定櫛歯電極６ａ（白
地部分）も複数設けられている。これらの固定櫛歯電極
６ａは、固定柄を介して固定柄部６に結合している。

【００２３】更に、振動体４の両端部は、可動柄部４ｂ
およびコ字型の支持梁７を介して固定部８にそれぞれ支
持されている。

【００２４】この角速度センサの機能部１ａは、以上の
ような構成よりなり、機能部１ａのうち、点集合部分で
示すものは可動部分、即ち、可動部４ｂ、可動柄、可動
柄部４ｂ、可動櫛歯電極４ａ、４ｃを構成し、白地部分
で示すものは固定部分、即ち、固定櫛歯電極５ａ、６
ａ、固定柄、固定柄部５、６、固定部８を構成する。こ
の機能部１ａは、リソグラフィ技術、エッチング技術な
どの半導体微細加工技術を用いて形成され、特に点集合
部分で示す可動部分は、その下部および周辺の酸化シリ
コン層（犠牲層）ｓ２（図２参照）をエッチング除去し
て自由振動可能に形成される。

【００２５】つぎに、図３に示す角速度センサの機能部
１ａの動作について説明する。可動櫛歯電極４ｃと固定
櫛歯電極６ａとに逆位相の交流電圧を印加する。する
と、振動体４は、可動櫛歯電極４ｃが静電力により固定
櫛歯電極６ａの方に吸引されたり、またこの吸引が解除
されたりしてＸ軸方向に振動するようになる。

【００２６】このように、振動体４がＸ軸方向に振動し
ているときに、この角速度センサが紙面に垂直なＺ軸を
中心にして回転すると、Ｙ軸方向にコリオリ力による振
動が現れて、振動体４はＹ軸方向に振動するようにな
る。すると、振動体４の両側の可動櫛歯電極４ａと固定
櫛歯電極５ｂとの間の静電容量が、振動体４の両側で一
方は増加し、他方は減少するようになる。この静電容量
の差を電圧変換して差動増幅することにより、コリオリ
力を利用して回転角度を求めることができる。

【００２７】上記実施例においては、キャビティ２ｃを
形成する凹部２ａは、蓋被基板２に設けたが、支持基板
１に設けてもよい。

【００２８】つぎに、本発明の小型電子部品の角速度セ
ンサの製造方法の実施例について図面を参照して説明す
る。まず、図１および図２Ａに示す封止基板３の製造方
法について、図４〜図７を参照して説明する。

【００２９】図４において、矩形状のパイレックスガラ
ス基板３ｇの一つの主面の４辺部に、フォトリソグラフ
ィ技術を用いて、枠状のフォトレジスト１１をパターニ
ングする。

【００３０】図５において、フォトレジスト１１をマス
クとして、フッ酸を用いたウエットエッチングにより、
パイレックスガラス基板３ｇに凹部３ａを形成する。

【００３１】図６において、凹部３ａを設けたパイレッ
クスガラス基板３ｇ’の他の主面に、コ字型のスリット
１２ａを有するフォトレジスト１２をパターニングす
る。

【００３２】図７において、フォトレジスト１２をマス
クとして、フッ酸を用いたウエットエッチングにより、
封止基板３ｇ’の凹部３ａの底辺にコ字型のスリット３
ｃを形成し、このコ字型のスリット３ｃにより３辺が切
り取られ（図２Ａ参照）、１辺が封止基３に接合した封
止弁３ｂを形成する。

【００３３】つぎに、図１および図２Ｂに示す蓋被基板
２の製造方法について、図８〜図１１を参照して説明す
る。

【００３４】図８において、矩形状の単結晶シリコン基
板２ｓの一つの主面の４辺に、フォトリソグラフィ技術
を用いて、枠状のフォトレジスト１３をパターニングす
る。図９において、フォトレジスト１３をマスクとし
て、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いたウエットエッチ
ングにより、シリコン基板２ｓに後述の機能部１ａを収
容する大きさの凹部２ａを形成する。

【００３５】図１０において、シリコン基板２ｓ’の他
の主面に、開口１４ａを有するフォトレジスト１４をパ
ターニングする。

【００３６】図１１において、フォトレジスト１４をマ
スクとして、水酸化カリウムを用いたウエットエッチン
グにより、シリコン２ｓ’の凹部２ａの底面に貫通孔２
ｂを形成し、図１に示す蓋被基板２を作製する。つぎ
に、図１および図２ｃに示す支持基板１の製造方法につ
いて、図１２〜図１６を参照して、説明する。

【００３７】図１２において、支持基板１上にスパッタ
リングにより酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂ ）１５を形成す
る。

【００３８】図１３において、酸化シリコン膜１５上
に、フォトレジスト１６を塗布して犠牲層１５ａの形状
（図３に示す点集合部分で示す可動部の領域）にパター
ニングする。そして、このフォトレジスト１６をマスク
として、ふっ酸を用いたウエットエッチングにより酸化
シリコン膜１５をパターニングして犠牲層１５ａを形成
する。

【００３９】図１４において、フォトレジスト１６を剥
離して、犠牲層１５ａおよび支持基板１の露出部に、Ｃ
ＶＤ（化学気相成長）によりポリシリコンなどよりなる
活性シリコン層１７を形成する。

【００４０】図１５において、図３に示す機能部１ａの
平面形状にフォトレジスト１８をパターニングする。そ
して、このフォトレジスト１８をマスクにして、活性シ
リコン層１７を、例えば６ふっ化硫黄（ＳＦ₆ ）などの
エッチングガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etchin
g）により垂直にエッチング加工する。そして、図３に
示す機能部１ａを形成する。

【００４１】図１６において、ふっ酸を用いたウエット
エッチングにより、機能部１ａの可動部ｍ（図３におい
て点集合部）の下部の犠牲層１５ａを除去し、その後に
間隙ｇを形成し、支持基板１に固定された固定部ｆと支
持基板１から離間した可動部ｍからなる機能部１ａを形
成する。

【００４２】つぎに、図１７、図１８および図１を参照
して、支持基板１、蓋被基板２および封止基板３の３つ
の部材の接合の態様について説明する。

【００４３】図１７において、図１６に示す支持基板１
上に、図１１に示すフォトレジスト１４の剥離された蓋
被基板２を反転して重ね、１１００℃の炉の中で直接接
合を行う。

【００４４】図１８において、図１７に示す複合接合体
の蓋被基板２の上に、図７に示すフォトレジスト１２を
剥離して反転した封止基板３を重ねる。

【００４５】図１において、図１８に示す複合体を真空
槽からなる陽極接合装置内に配置して、蓋被基板２と封
止基板３との陽極接合を行う。この陽極接合において、
蓋被基板２と封止基板３との４辺が接合されるが、陽極
接合時の温度により封止弁３ｂが軟化して、その先端部
が自重により下方に位置する貫通孔２ｂ側に垂下して貫
通孔２ｂの周辺と面接触し、封止弁３ｂの先端部と貫通
孔２ｂの周辺も陽極接合される。

【００４６】この陽極接合は、真空槽中で行われるの
で、キャビティ２ｃ内の残留ガスは陽極接合前に、真空
槽中に排出される。そして、陽極接合により発生する酸
素ガスは、その殆どが封止弁３ｂの周囲から真空槽中に
排出されて、貫通孔２ｂを介してキャビティ２ｃ内に流
入する酸素ガスは殆どなく、キャビティ２ｃの真空度は
殆ど低下しない。

【００４７】上記実施例においては、角速度センサとそ
の製造方法について説明したが、本発明は、加速度セン
サ、圧力計などの小型電子部品およびその製造方法にも
適用できるものである。

【００４８】

【発明の効果】請求項１に記載の小型電子部品の発明
は、蓋被基板に形成したガス抜き用の貫通孔が、支持基
板に形成した機能部を収容するキャビティに形成されて
いるので、ガス抜き用の貫通孔と機能部が縦構造とな
り、ゲッター室を有する従来構造のように、水平方向に
広がる構造ではないので、小形化を図ることができる。
また、ガス抜き用の貫通孔が外部から封止弁により減圧
封止されるので、封止構造が簡単となり、かつ、大気圧
が封止弁を外部から押さえる状態になり、封止の信頼性
が向上する。

【００４９】請求項２に記載の小型電子部品の製造方法
の発明は、第１回目の接合において、支持基板と蓋被基
板との主接合を行う。そして、第２回目の接合におい
て、封止基板の封止弁により蓋被基板の貫通孔の封止接
合を行う。第１回目の接合によりキャビティ内に流入し
たガスは、真空槽中で行われる第２回目の接合によりガ
ス抜き用の貫通孔より外部の真空槽中に排出され、その
後、ガス抜き用の貫通孔が封止されるので、キャビティ
内の真空度を真空槽の真空度に合わせることができる。

【００５０】また、第２回目の接合において接合面から
発生したガスは、そのほとんどが封止弁の周囲のコ字型
スリットより真空槽中に排出され、キャビティ内には流
入しない。たとえ流入したにしても、その流入するガス
は、ガス抜き用の貫通孔が数１０〜数１００μｍと小さ
いので、極微量でキャビティの真空度を殆ど低下させる
ことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の小型電子部品の一実施例としての角
速度センサの断面図

【図２】 図１に示す角速度センサの展開斜視図を示す
もので、Ａは封止基板の斜視図、Ｂは蓋被基板の斜視
図、Ｃは支持基板の斜視図

【図３】 本実施例の角速度センサの機能部の平面図

【図４】 本実施の角速度センサの製造方法を示すもの
で、封止基板に凹部を形成するためのフォトレジストマ
スクを形成する工程図

【図５】 同じく、封止基板にエッチングにより凹部を
形成する工程図

【図６】 同じく、封止基板に封止弁を形成するための
フォトレジストマスクを形成する工程図

【図７】 同じく、封止基板にエッチングにより封止弁
を形成する工程図

【図８】 同じく、蓋被基板に凹部を形成するためのフ
ォトレジストマスクを形成する工程図

【図９】 同じく、蓋被基板にエッチングにより凹部を
形成する工程図

【図１０】 同じく、蓋被基板にガス抜き用の貫通孔を
形成するためのフォトレジストマスクを形成する工程図

【図１１】 同じく、蓋被基板にエッチングによりガス
抜き用の貫通孔を形成する工程図

【図１２】 同じく、支持基板に酸化シリコン膜を形成
する工程図

【図１３】 同じく、犠牲層の形状にフォトレジストを
パターニングし、このフォトレジストをマスクとして酸
化シリコン膜をエッチングして犠牲層を形成する工程図

【図１４】 同じく、図１３に示すフォトレジストマス
クを剥離して、支持基板および犠牲層の上に、活性シリ
コン層を形成する工程図

【図１５】 同じく、機能部の平面形状にフォトレジス
トをパターニングする工程図

【図１６】 同じく、図１５に示すフォトレジスをマス
クとして、活性シリコン層をエッチングする工程図

【図１７】 同じく、支持基板と蓋被基板とを直接接合
する工程図

【図１８】 同じく、蓋被基板と封止基板とを陽極接合
する工程図

【図１９】 従来の小型電子部品の機能部を真空密閉す
る形態図

【図２０】 同じく、ガス抜き用の貫通孔を封止する工
程図

【図２１】 他の従来の小型電子部品の機能部を真空密
閉する形態図

【符号の説明】

１ 支持基板 １ａ 機能部 ２ 蓋被基板 ２ａ、３ａ 凹部 ２ｂ ガス抜き用の貫通孔 ３ 封止基板 ３ｂ 封止弁 ３ｃ コ字型スリット ４ 振動体 ４ａ、４ｃ 可動櫛歯電極 ５ａ、６ａ 固定櫛歯電極 ７ コ字型支持梁 ８ 固定部 １１、１２、１３、１４ フォトレジスト １２ａ コ字型のスリット １４ａ 開口 １５ 酸化シリコン膜 １５ａ 犠牲層 １７ 活性シリコン層 ｆ 固定部 ｍ 可動部 ｇ 間隙

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機能部の形成された支持基板と、ガス抜
   き用の貫通孔を有し、前記支持基板に接合されて前記機
   能部を蓋被するキャビティを形成する蓋被基板と、封止
   弁を有し、前記蓋被基板に接合されて該蓋被基板の前記
   貫通孔を前記封止弁により封止する封止基板と、よりな
   る小型電子部品。
2. 【請求項２】 機能部を有する支持基板と貫通孔を有す
   る蓋被基板とを接合し、前記蓋被基板と封止弁を有する
   封止基板とを真空槽中において、前記貫通孔の上に前記
   封止弁の先端部を加熱により垂下させて、前記貫通孔を
   前記封止弁により封止することを特徴とする小型電子部
   品の製造方法。