JP2013124949A - Electrostatic capacitance type sensor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an electrostatic capacitance type sensor capable of further reliably suppressing conduction between a movable electrode and fixed electrodes due to wire removal parts while removing the wiring removal parts of equipotential wires.SOLUTION: An acceleration sensor (electrostatic capacitance type sensor) S includes: a semiconductor substrate 1 on which a movable electrode 4 (5) is formed; an insulation substrate 2 having fixed electrodes 20a and 20b (21a and 21b) arranged opposite to the movable electrode 4 (5) and anodic-bonded to the semiconductor substrate 1; and equipotential wires 30 wired between the semiconductor substrate 1 and the insulation substrate 2 to electrically connect the movable electrode 4 (5) to the fixed electrodes 20a and 20b (21a and 21b). After anodic bonding between a pair of the substrates 1 and 2, electrode parts (wire removal parts ) 28 and 29 of the equipotential wires 30 are removed by etching from an opposite plane 1b side of a bonding plane 1a between the semiconductor substrate 1 and the insulation substrate 2.

Description

本発明は、静電容量式センサに関する。   The present invention relates to a capacitive sensor.

従来より、可動電極が形成された半導体基板と、可動電極と対向して配置される固定電極を有するとともに、半導体基板に陽極接合される絶縁基板と、これら半導体基板と絶縁基板との間に配線され、可動電極と固定電極とを電気的に接続する同電位配線とを備えた静電容量式センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, a semiconductor substrate on which a movable electrode is formed, a fixed electrode disposed opposite to the movable electrode, an insulating substrate that is anodically bonded to the semiconductor substrate, and a wiring between the semiconductor substrate and the insulating substrate In addition, there is known a capacitance type sensor including equipotential wiring that electrically connects a movable electrode and a fixed electrode (see, for example, Patent Document 1).

半導体基板と絶縁基板の陽極接合時には、これらの基板どうし間に高電圧が印加されるため、予め同電位配線によって可動電極と固定電極とを電気的に接続しておくことで、両電極間の放電を防止することができる。その一方で、同電位配線を施したままでは、所望のセンサ特性が得られないため、陽極接合後には、絶縁基板の半導体基板との接合面とは反対面側からレーザ照射によって同電位配線を切断するようになっている。   At the time of anodic bonding of the semiconductor substrate and the insulating substrate, a high voltage is applied between these substrates. Therefore, by electrically connecting the movable electrode and the fixed electrode with the same potential wiring beforehand, Discharge can be prevented. On the other hand, since the desired sensor characteristics cannot be obtained if the same potential wiring is applied, after the anodic bonding, the same potential wiring is applied by laser irradiation from the side opposite to the bonding surface of the insulating substrate to the semiconductor substrate. It is designed to cut.

特開２００６−１９４７７１号公報JP 2006-194771 A

しかしながら、上記従来の静電容量式センサでは、同電位配線をレーザ照射により切断する構成であるため、同電位配線の配線除去部の一部が、基板どうしの接合面間に飛散して残留してしまい、その飛散した一部を介して可動電極と固定電極とが導通してしまう恐れがあった。   However, since the conventional electrostatic capacitance sensor is configured to cut the equipotential wiring by laser irradiation, a part of the wiring removal portion of the equipotential wiring is scattered and remains between the bonding surfaces of the substrates. As a result, the movable electrode and the fixed electrode may be electrically connected through the scattered part.

そこで、本発明は、同電位配線の配線除去部を除去しつつ、配線除去部によって可動電極と固定電極とが導通してしまうのをより確実に抑制することのできる静電容量式センサを得ることを目的とする。   Therefore, the present invention provides a capacitive sensor that can more reliably suppress conduction between the movable electrode and the fixed electrode by the wiring removal unit while removing the wiring removal unit of the equipotential wiring. For the purpose.

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、可動電極が形成された半導体基板と、前記可動電極と対向して配置される固定電極を有するとともに、前記半導体基板に陽極接合される絶縁基板と、前記半導体基板と前記絶縁基板との間に配線され、前記可動電極と前記固定電極とを電気的に接続する同電位配線と、を備え、前記基板どうしの陽極接合後に、前記半導体基板の前記絶縁基板との接合面とは反対面側からエッチングして前記同電位配線の配線除去部を除去することを要旨とする。   In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is that a semiconductor substrate having a movable electrode formed thereon, a fixed electrode disposed opposite to the movable electrode, and anodically bonded to the semiconductor substrate. And an equipotential wiring that is wired between the semiconductor substrate and the insulating substrate and electrically connects the movable electrode and the fixed electrode, and after anodic bonding of the substrates, The gist is to remove the wiring removal portion of the equipotential wiring by etching from the side opposite to the bonding surface of the semiconductor substrate to the insulating substrate.

本発明の第２の特徴は、前記配線除去部の周縁部における前記一対の基板の接合面どうしを接合したことを要旨とする。   The gist of the second feature of the present invention is that the joint surfaces of the pair of substrates at the peripheral edge of the wiring removal portion are joined together.

本発明の第３の特徴は、前記配線除去部をポリシリコンで構成したことを要旨とする。   The gist of the third feature of the present invention is that the wiring removal portion is made of polysilicon.

本発明によれば、陽極接合後に半導体基板の反対面側からエッチングして同電位配線の配線除去部を除去するようにしたので、配線除去部の一部が基板どうしの接合面間に飛散して残留すのを防止することができる。そのため、配線除去部を介して可動電極と固定電極とが導通してしまうのをより確実に抑制することができるようになる。   According to the present invention, after the anodic bonding, etching is performed from the opposite surface side of the semiconductor substrate to remove the wiring removal portion of the equipotential wiring, so that a part of the wiring removal portion is scattered between the bonding surfaces of the substrates. It can be prevented from remaining. For this reason, it is possible to more reliably suppress the conduction between the movable electrode and the fixed electrode through the wiring removal portion.

本発明の第１実施形態にかかる静電容量式センサを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the electrostatic capacitance type sensor concerning 1st Embodiment of this invention. 図１の平面図である。It is a top view of FIG. 図２のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 図１に示す静電容量式センサの陽極接合前を示した図であって、（ａ）は図２のＢ部を示した拡大図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。It is the figure which showed before the anodic bonding of the electrostatic capacitance type sensor shown in FIG. 1, (a) is the enlarged view which showed the B section of FIG. 2, (b) is CC sectional view taken on the line of (a). It is. 図１に示す静電容量式センサの陽極接合後を示した図であって、（ａ）は図２のＢ部を示した拡大図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。It is the figure which showed the anodic bonding of the electrostatic capacitance type sensor shown in FIG. 1, Comprising: (a) is the enlarged view which showed the B section of FIG. 2, (b) is CC sectional view taken on the line of (a). It is. 本発明の第２実施形態にかかる静電容量式センサの陽極接合後を示した図であって、（ａ）は図２のＢ部と同位置の拡大図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。It is the figure which showed after anodic bonding of the capacitive sensor concerning 2nd Embodiment of this invention, Comprising: (a) is an enlarged view of the same position as the B section of FIG. 2, (b) is the figure of (a). It is sectional drawing.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

［第１実施形態］
図１〜図５は、本発明の第１実施形態にかかる静電容量式センサを示した図である。なお、以下では、静電容量式センサとして加速度センサを例示する。また、本実施形態を説明するにあたって、半導体基板１の短手方向をＸ方向、半導体基板１の長手方向をＹ方向、半導体基板１の厚さ方向をＺ方向として説明する。 [First Embodiment]
1 to 5 are diagrams showing a capacitive sensor according to a first embodiment of the present invention. In the following, an acceleration sensor is exemplified as the capacitive sensor. In the description of the present embodiment, the short direction of the semiconductor substrate 1 is the X direction, the long direction of the semiconductor substrate 1 is the Y direction, and the thickness direction of the semiconductor substrate 1 is the Z direction.

本実施形態の加速度センサ（静電容量式センサ）Ｓは、図１に示すように、半導体素子デバイスを形成した半導体基板１と、この半導体基板１の上面１ａに接合される絶縁基板２と、を備えている。そして、本実施形態では、半導体基板１と絶縁基板２とを陽極接合により接合するようにしている。   As shown in FIG. 1, the acceleration sensor (capacitance sensor) S of the present embodiment includes a semiconductor substrate 1 on which a semiconductor element device is formed, an insulating substrate 2 bonded to the upper surface 1a of the semiconductor substrate 1, It has. In this embodiment, the semiconductor substrate 1 and the insulating substrate 2 are bonded by anodic bonding.

半導体基板１は、シリコンＳＯＩ基板により形成されており、２つの矩形枠３ａ、３ｂを有するフレーム３と、矩形枠３ａ、３ｂの側壁に対して隙間をあけた状態で配置された矩形形状の２つの可動電極４、５とを備えている。   The semiconductor substrate 1 is formed of a silicon SOI substrate, and has a rectangular shape 2 arranged with a gap between the frame 3 having two rectangular frames 3a and 3b and the side walls of the rectangular frames 3a and 3b. Two movable electrodes 4 and 5 are provided.

可動電極４、５は、それぞれの側面の対向する二辺の略中央が、一対のビーム（ばね部）６ａ、６ｂおよび７ａ、７ｂによって矩形枠３ａ、３ｂの側壁に連結されている。そして、一方の可動電極４がビーム６ａ、６ｂによってフレーム３に対して揺動自在に支持されるとともに、他方の可動電極５がビーム７ａ、７ｂによってフレーム３に対して揺動自在に支持されている。   The movable electrodes 4 and 5 are connected to the side walls of the rectangular frames 3a and 3b at the substantially center of two opposite sides of each side surface by a pair of beams (spring portions) 6a and 6b and 7a and 7b. One movable electrode 4 is swingably supported with respect to the frame 3 by the beams 6a and 6b, and the other movable electrode 5 is swingably supported with respect to the frame 3 by the beams 7a and 7b. Yes.

また、シリコン基板１は、フレーム３および一方の可動電極４に対して所定の間隔をおいて配置された検出電極８ａ、８ｂと、フレーム３および他方の可動電極５に対して所定の間隔をおいて配置された検出電極９ａ、９ｂとを備えている。そして、検出電極８ｂと検出電極９ａとの間には接地電極１０が形成されている。   Further, the silicon substrate 1 has a predetermined distance from the frame 3 and one movable electrode 4 with respect to the detection electrodes 8a and 8b disposed at a predetermined distance and the frame 3 and the other movable electrode 5. The detection electrodes 9a and 9b are arranged. A ground electrode 10 is formed between the detection electrode 8b and the detection electrode 9a.

検出電極８ａ、８ｂは、互いに所定間隔をおいて配置されており、検出電極９ａ、９ｂも互いに所定間隔をおいて配置されている。なお、検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂは、それぞれ、後述する固定電極２０ａ、２０ｂおよび固定電極２１ａ、２１ｂと電気的に接続されている。   The detection electrodes 8a and 8b are arranged at a predetermined interval, and the detection electrodes 9a and 9b are also arranged at a predetermined interval. The detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b are electrically connected to fixed electrodes 20a and 20b and fixed electrodes 21a and 21b described later, respectively.

そして、本実施形態では、検出電極８ａと検出電極８ｂとの間、検出電極９ａと検出電極９ｂとの間に隙間が形成されている。また、検出電極８ａ、８ｂとフレーム３との間、検出電極９ａ、９ｂとフレーム３との間、検出電極８ａ、８ｂと一方の可動電極４との間、および検出電極９ａ、９ｂと他方の可動電極５との間にそれぞれ隙間が形成されている。すなわち、検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂは、図３に示すように、フレーム３から独立した電極島として形成されている。そして、それぞれの検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂを電極島となるように形成することで、各検出電極を電気的に絶縁することが可能となり、それぞれの検出電極の寄生容量や検出電極間のクロストークを低減できるようにしている。   In this embodiment, a gap is formed between the detection electrode 8a and the detection electrode 8b and between the detection electrode 9a and the detection electrode 9b. Also, between the detection electrodes 8a, 8b and the frame 3, between the detection electrodes 9a, 9b and the frame 3, between the detection electrodes 8a, 8b and one movable electrode 4, and between the detection electrodes 9a, 9b and the other A gap is formed between each electrode and the movable electrode 5. That is, the detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b are formed as electrode islands independent of the frame 3, as shown in FIG. Then, by forming the detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b to be electrode islands, it becomes possible to electrically insulate each detection electrode, and the parasitic capacitance and detection of each detection electrode Crosstalk between electrodes can be reduced.

可動電極４、５は、肉厚に形成されており、錘としての機能も有している。本実施形態では、図３に示すように、一対のビーム６ａ、６ｂを結ぶ直線を境界線とした場合、可動電極４の裏面４ｂにおける境界線の一方側に凹部１１が形成されており、可動電極４の重心が他方側に片寄るようにしている。その一方で、一対のビーム７ａ、７ｂを結ぶ直線を境界線とした場合、可動電極５の裏面における一方の可動電極４に凹部１１が設けられた一方側とは反対となる他方側に凹部が形成されており、可動電極５の重心が一方側に片寄るようにしている。そして、Ｘ方向もしくはＺ方向に加速度が印加されると、そのＸ方向もしくはＺ方向に印加された加速度を検出できるようにしている。   The movable electrodes 4 and 5 are formed thick and have a function as a weight. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, when a straight line connecting a pair of beams 6a and 6b is used as a boundary line, a recess 11 is formed on one side of the boundary line on the back surface 4b of the movable electrode 4, and the movable electrode 4 is movable. The center of gravity of the electrode 4 is offset to the other side. On the other hand, when a straight line connecting the pair of beams 7a and 7b is used as a boundary line, a concave portion is formed on the other side opposite to one side where the concave portion 11 is provided on one movable electrode 4 on the back surface of the movable electrode 5. The center of gravity of the movable electrode 5 is shifted to one side. When acceleration is applied in the X direction or Z direction, the acceleration applied in the X direction or Z direction can be detected.

このとき、双方の可動電極４、５は、例えば図３によって一方の可動電極４を例にとって述べるとすると、凹部１１が形成されない側の重心Ｇから表面４ａに下ろした垂線と、その重心Ｇと境界線とを結ぶ直線とでなす角度θが略４５度となるように設定されている。なお、他方の可動電極５にあっても同様であるが、この場合は上述したように重心位置が境界線を挟んで可動電極４の重心Ｇとは反対側に存在することになる。このように重心Ｇを配置すれば、Ｘ方向とＺ方向の検出感度が等価になるため、それぞれの方向の検出感度を略同一とすることができる。   At this time, if one movable electrode 4 is described as an example with reference to FIG. 3 for example, both the movable electrodes 4 and 5 are perpendicular to the surface 4a from the center of gravity G on the side where the recess 11 is not formed, and the center of gravity G The angle θ formed by the straight line connecting the boundary line is set to be approximately 45 degrees. The same applies to the other movable electrode 5, but in this case, as described above, the position of the center of gravity exists on the side opposite to the center of gravity G of the movable electrode 4 across the boundary line. If the center of gravity G is arranged in this way, the detection sensitivities in the X direction and the Z direction are equivalent, so that the detection sensitivities in the respective directions can be made substantially the same.

絶縁基板２は、本実施形態ではガラス基板により形成されており、図３に示すように、可動電極４、５の表面４ａに対して所定間隔をあけて対向配置されている。そして、絶縁基板２の一方の可動電極４と対向する位置の下面２ｂには、平面視でビーム６ａとビーム６ｂの中心を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側および他方側にそれぞれ第１および第２の固定電極としての固定電極２０ａ、２０ｂが設けられている。この固定電極２０ａ、２０ｂは、一方の可動電極４の表面４ａに対して所定の間隔をあけて対向配置されている。   The insulating substrate 2 is formed of a glass substrate in the present embodiment, and is disposed so as to face the surface 4a of the movable electrodes 4 and 5 with a predetermined interval as shown in FIG. The lower surface 2b of the insulating substrate 2 facing the one movable electrode 4 has one side and the other side of the boundary line when a straight line connecting the center of the beam 6a and the beam 6b is used as the boundary line in plan view. Are provided with fixed electrodes 20a and 20b as first and second fixed electrodes, respectively. The fixed electrodes 20a and 20b are arranged to face the surface 4a of one movable electrode 4 with a predetermined interval.

また、絶縁基板２の他方の可動電極５と対向する位置の下面２ｂにも、平面視でビーム７ａとビーム７ｂの中心を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側および他方側にそれぞれ第１および第２の固定電極としての固定電極２１ａ、２１ｂが設けられている。この場合にあっても固定電極２１ａ、２１ｂは、他方の可動電極５の表面に対して所定間隔をあけて対向配置されている。本実施形態では、固定電極２０ａ、２０ｂおよび２１ａ、２１ｂは、アルミニウムで形成されている。   Further, the lower surface 2b of the insulating substrate 2 facing the other movable electrode 5 also has one side and the other side of the boundary line when a straight line connecting the centers of the beam 7a and the beam 7b is used as a boundary line in a plan view. Are provided with fixed electrodes 21a and 21b as first and second fixed electrodes, respectively. Even in this case, the fixed electrodes 21 a and 21 b are arranged to face the surface of the other movable electrode 5 with a predetermined interval. In the present embodiment, the fixed electrodes 20a, 20b and 21a, 21b are made of aluminum.

図２に示すように、固定電極２０ａは、配線２４ｂと電極２７ｂとを介して検出電極８ａと電気的に接続されており、固定電極２０ｂは、配線２４ａと電極２７ａとを介して検出電極８ｂと電気的に接続されている。一方、固定電極２１ａは、配線２４ｄと電極２７ｄとを介して検出電極９ｂと電気的に接続されており、固定電極２１ｂは、配線２４ｃと電極２７ｃとを介して検出電極９ｂと電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the fixed electrode 20a is electrically connected to the detection electrode 8a via the wiring 24b and the electrode 27b, and the fixed electrode 20b is connected to the detection electrode 8b via the wiring 24a and the electrode 27a. And are electrically connected. On the other hand, the fixed electrode 21a is electrically connected to the detection electrode 9b via the wiring 24d and the electrode 27d, and the fixed electrode 21b is electrically connected to the detection electrode 9b via the wiring 24c and the electrode 27c. Has been.

また、図１に示すように、絶縁基板２の検出電極８ａ、８ｂ、検出電極９ａ、９ｂおよび接地電極１０に対向する位置には、スルーホール２２ａ〜２２ｅが形成されている。そして、このスルーホール２２ａ〜２２ｅを介して、固定電極２０ａ、２０ｂおよび固定電極２１ａ、２１ｂにそれぞれ接続された検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂと接地電極１０とが外部に露出、配線される。こうして、検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂと接地電極１０の電位を外部に取り出せるようにしている。   Further, as shown in FIG. 1, through holes 22 a to 22 e are formed at positions facing the detection electrodes 8 a and 8 b, the detection electrodes 9 a and 9 b and the ground electrode 10 of the insulating substrate 2. The detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b and the ground electrode 10 connected to the fixed electrodes 20a and 20b and the fixed electrodes 21a and 21b, respectively, are exposed to the outside through the through holes 22a to 22e, and are wired. Is done. In this way, the potentials of the detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b and the ground electrode 10 can be extracted to the outside.

このように構成された加速度センサＳは、可動電極４にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ以下に示す数式（１）、（２）のようになる。なお数式（１）、（２）中、パラメータＣ０は、可動電極４にＸ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量を示す。   In the acceleration sensor S configured as described above, when the X-direction acceleration is applied to the movable electrode 4, the capacitances C1 and C2 between the movable electrode 4 and the fixed electrodes 20a and 20b are expressed by the following mathematical formulas (1 ) And (2). In Equations (1) and (2), the parameter C0 indicates the capacitance between the movable electrode 4 and the fixed electrodes 20a and 20b when no acceleration in the X direction is applied to the movable electrode 4.

Ｃ１＝Ｃ０−ΔＣ …（１）
Ｃ２＝Ｃ０＋ΔＣ …（２）
また同様に、可動電極５にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ以下に示す数式（３）、（４）のようになる。なお数式（３）、（４）中、パラメータＣ０は、可動電極５にＸ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量を示す。 C1 = C0−ΔC (1)
C2 = C0 + ΔC (2)
Similarly, when acceleration in the X direction is applied to the movable electrode 5, the capacitances C3 and C4 between the movable electrode 5 and the fixed electrodes 21a and 21b are expressed by the following equations (3) and (4), respectively. become. In Equations (3) and (4), the parameter C0 indicates the capacitance between the movable electrode 5 and the fixed electrodes 21a and 21b when no acceleration in the X direction is applied to the movable electrode 5.

Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（３）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（４）
したがって、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介して上記容量Ｃ１〜Ｃ４を検出し、ＡＳＩＣ等を利用して容量Ｃ１と容量Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と容量Ｃ３と容量Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）を算出する。そして、算出された差分値ＣＡと差分値ＣＢの和（±４ΔＣ）をＸ出力として出力することにより、静電容量の変化から可動電極４、５に加えられたＸ方向の加速度を検出できる。 C3 = C0−ΔC (3)
C4 = C0 + ΔC (4)
Therefore, the capacitances C1 to C4 are detected via the through electrodes 22a to 22e, and the difference value CA (= C1-C2) between the capacitance C1 and the capacitance C2 and the difference value CB between the capacitance C3 and the capacitance C4 using ASIC or the like. (= C3-C4) is calculated. Then, by outputting the sum (± 4ΔC) of the calculated difference value CA and difference value CB as an X output, the acceleration in the X direction applied to the movable electrodes 4 and 5 can be detected from the change in capacitance.

一方、可動電極４にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ以下に示す数式（５）、（６）のようになる。なお数式（５）、（６）中、パラメータＣ０は、可動電極４にＺ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量を示す。   On the other hand, when acceleration in the Z direction is applied to the movable electrode 4, the capacitances C1 and C2 between the movable electrode 4 and the fixed electrodes 20a and 20b are as shown in the following equations (5) and (6), respectively. . In Equations (5) and (6), the parameter C0 indicates the capacitance between the movable electrode 4 and the fixed electrodes 20a and 20b when no acceleration in the Z direction is applied to the movable electrode 4.

Ｃ１＝Ｃ０＋ΔＣ …（５）
Ｃ２＝Ｃ０−ΔＣ …（６）
また同様に、可動電極５にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ以下に示す数式（７）、（８）のようになる。なお数式（７）、（８）中、パラメータＣ０は、可動電極５にＺ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量を示す。 C1 = C0 + ΔC (5)
C2 = C0−ΔC (6)
Similarly, when acceleration in the Z direction is applied to the movable electrode 5, the capacitances C3 and C4 between the movable electrode 5 and the fixed electrodes 21a and 21b are expressed by the following equations (7) and (8), respectively. become. In Equations (7) and (8), the parameter C0 indicates the capacitance between the movable electrode 5 and the fixed electrodes 21a and 21b when no acceleration in the Z direction is applied to the movable electrode 5.

Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（７）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（８）
したがって、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介して上記容量Ｃ１〜Ｃ４を検出し、ＡＳＩＣ等を利用して容量Ｃ１と容量Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と容量Ｃ３と容量Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）を算出する。そして、算出された差分値ＣＡと差分値ＣＢの和（±４ΔＣ）をＺ出力として出力することにより、静電容量値の変化から可動電極４、５に加えられたＺ方向の加速度を検出できる。 C3 = C0−ΔC (7)
C4 = C0 + ΔC (8)
Therefore, the capacitances C1 to C4 are detected via the through electrodes 22a to 22e, and the difference value CA (= C1-C2) between the capacitance C1 and the capacitance C2 and the difference value CB between the capacitance C3 and the capacitance C4 using ASIC or the like. (= C3-C4) is calculated. Then, by outputting the sum (± 4ΔC) of the calculated difference value CA and difference value CB as the Z output, the acceleration in the Z direction applied to the movable electrodes 4 and 5 can be detected from the change in the capacitance value. .

なお、上述したように、本実施形態の加速度センサＳは、一方の可動電極４を備えた第１の加速度センサ単体Ｓａと、他方の可動電極５を備えた第２の加速度センサ単体Ｓｂとが同一チップ面内において、それぞれのセンサ単体が相対的に１８０度回転した状態で配置されている。このように、第１の加速度センサ単体Ｓａにおける一方の可動電極４と、第２の加速度センサ単体Ｓｂにおける他方の可動電極５との重心位置が、互いに反対側に位置するように配置することで、Ｘ方向およびＺ方向の加速度を検出できるようにしている。   As described above, the acceleration sensor S of the present embodiment includes the first acceleration sensor single body Sa including the one movable electrode 4 and the second acceleration sensor single body Sb including the other movable electrode 5. In the same chip surface, each sensor unit is arranged in a state of being rotated by 180 degrees relatively. In this way, by arranging the center of gravity positions of one movable electrode 4 in the first acceleration sensor single unit Sa and the other movable electrode 5 in the second acceleration sensor single unit Sb so as to be opposite to each other. The acceleration in the X direction and the Z direction can be detected.

ところで、上述した加速度センサＳを製造する際には、図３に示したように、まずは半導体基板１の上面１ａ側および下面１ｂ側に、ウエットエッチングやドライエッチングなどによって可動電極４、５が変位するためのギャップ３２ａ、３２ｂを形成する。そして、半導体基板１の裏面１ｂ側を更にエッチングすることで、双方の可動電極４、５および凹部１１を形成する。その後、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂおよびスルーホール２２ａ〜２２ｅが形成された絶縁基板２の下面（接合面）２ｂを、半導体基板１の上面（接合面）１ａに陽極接合することとなる。   Incidentally, when the acceleration sensor S described above is manufactured, as shown in FIG. 3, first, the movable electrodes 4 and 5 are displaced on the upper surface 1a side and the lower surface 1b side of the semiconductor substrate 1 by wet etching, dry etching, or the like. Gaps 32a and 32b are formed. Then, by further etching the back surface 1b side of the semiconductor substrate 1, both the movable electrodes 4 and 5 and the recess 11 are formed. Thereafter, the lower surface (bonding surface) 2b of the insulating substrate 2 in which the fixed electrodes 20a, 20b, 21a, 21b and the through holes 22a to 22e are formed is anodically bonded to the upper surface (bonding surface) 1a of the semiconductor substrate 1. .

ここで、本実施形態では、半導体基板１と絶縁基板２の陽極接合時に、可動電極４、５と固定電極２０ａ、２０ｂおよび２１ａ、２１ｂ間の放電を防止する同電位配線３０を設けている。具体的には、図２および図４に示すように、本実施形態の同電位配線３０は、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ側のリード線２５ａ、２５ｂおよび２６ａ、２６ｂと、可動電極４、５側の電極部２８および２９とにより構成されている。   Here, in this embodiment, the equipotential wiring 30 for preventing discharge between the movable electrodes 4 and 5 and the fixed electrodes 20a and 20b and 21a and 21b is provided at the time of anodic bonding of the semiconductor substrate 1 and the insulating substrate 2. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 4, the equipotential wiring 30 of this embodiment includes the lead wires 25 a, 25 b and 26 a, 26 b on the fixed electrodes 20 a, 20 b, 21 a, 21 b side and the movable electrode 4. 5 side electrode portions 28 and 29.

リード線２５ａ、２５ｂは、固定電極２０ｂ、２１ｂと検出電極８ｂ、９ａとをそれぞれ接続する配線２４ａ、２４ｃの途中を分岐させたものである。これらのリード線２５ａ、２５ｂの先端部には、絶縁材料から成る被覆部２７によって被覆された導体の一部を露出させた露出部（図示せぬ）が設けられており、この露出部が半導体基板３の上面１ａから突設された電極部２８と電気的に接続されている。   The lead wires 25a and 25b are branched in the middle of the wirings 24a and 24c that connect the fixed electrodes 20b and 21b and the detection electrodes 8b and 9a, respectively. An exposed portion (not shown) in which a part of the conductor covered with the covering portion 27 made of an insulating material is exposed is provided at the tip end portion of these lead wires 25a and 25b, and this exposed portion is a semiconductor. It is electrically connected to an electrode portion 28 that protrudes from the upper surface 1 a of the substrate 3.

一方、リード線２６ａ、２６ｂは、固定電極２０ａ、２１ａと検出電極８ａ、９ｂとをそれぞれ接続する配線２４ｂ、２４ｄとは別に、各固定電極２０ａ、２１ａから配線させたものである。これらのリード線２６ａ、２６ｂの先端部にあっても、絶縁材料から成る被覆部２７によって被覆された導体の一部を露出させた露出部（図示せぬ）が設けられており、この露出部が半導体基板３の上面１ａから突設された電極部２９と電気的に接続されている。   On the other hand, the lead wires 26a and 26b are wired from the fixed electrodes 20a and 21a separately from the wires 24b and 24d connecting the fixed electrodes 20a and 21a and the detection electrodes 8a and 9b, respectively. Even at the leading ends of these lead wires 26a and 26b, there are provided exposed portions (not shown) exposing a part of the conductor covered with the covering portion 27 made of an insulating material. Is electrically connected to an electrode portion 29 protruding from the upper surface 1 a of the semiconductor substrate 3.

このように、本実施形態では、リード線２５ａ、２５ｂと電極部２８とから成る同電位配線３０と、リード線２６ａ、２６ｂと電極部２９とから成る同電位配線３０と、の２つの同電位配線３０，３０を用いている。これにより、一方の可動電極４と他方の可動電極５に対して、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂをそれぞれ電気的に接続できるようにしている。   Thus, in the present embodiment, two equipotentials, that is, the equipotential wiring 30 composed of the lead wires 25 a and 25 b and the electrode portion 28, and the equipotential wiring 30 composed of the lead wires 26 a and 26 b and the electrode portion 29. Wirings 30 and 30 are used. Accordingly, the fixed electrodes 20a, 20b, 21a, and 21b can be electrically connected to the one movable electrode 4 and the other movable electrode 5, respectively.

そして、本実施形態では、半導体基板１と絶縁基板２の陽極接合後に、半導体基板１の上面（接合面）１ａとは反対の下面（反対面）１ｂ側からエッチングして同電位配線３０，３０の配線除去部を除去している。具体的には、図５に示すように、本実施形態では半導体基板１の下面１ｂ側からウエットエッチングやドライエッチングなどを行うことで、配線除去部としての電極部２８と、この電極部２８のＺ方向に沿う半導体基板１を一体に除去するようにしている。なお、図５では、リード線２５ａ、２５ｂと接続される一方の電極部２８のみを図示しているが、リード線２６ａ、２６ｂと接続される他方の電極部２９にあっても同様にエッチングされる構成となっている。   In this embodiment, after anodic bonding of the semiconductor substrate 1 and the insulating substrate 2, etching is performed from the lower surface (opposite surface) 1 b side opposite to the upper surface (bonding surface) 1 a of the semiconductor substrate 1 to equipotential wirings 30, 30. The wiring removal part is removed. Specifically, as shown in FIG. 5, in the present embodiment, wet etching, dry etching, or the like is performed from the lower surface 1b side of the semiconductor substrate 1 to thereby form an electrode portion 28 as a wiring removal portion and the electrode portion 28. The semiconductor substrate 1 along the Z direction is integrally removed. In FIG. 5, only one electrode portion 28 connected to the lead wires 25a and 25b is shown, but the other electrode portion 29 connected to the lead wires 26a and 26b is similarly etched. It is the composition which becomes.

このとき、図５（ｂ）に示すように、配線除去部としての電極部２８，２９よりも一回り大きな寸法で、半導体基板１を下面１ｂ側からエッチングしていくのが好適である。こうすれば、半導体基板１に、電極部２８，２９よりも大径な貫通穴２９を形成することができる。   At this time, as shown in FIG. 5B, it is preferable to etch the semiconductor substrate 1 from the lower surface 1b side with a size slightly larger than the electrode portions 28 and 29 as the wiring removal portions. In this way, the through hole 29 having a diameter larger than that of the electrode portions 28 and 29 can be formed in the semiconductor substrate 1.

なお、本実施形態では、半導体基板１と配線除去部としての電極部２８，２９のすべてをエッチングにより除去するようにしたが、エッチングは少なくとも半導体基板１を貫通させるように上面１ａ側まで行えばよい。こうすれば、陽極接合時に、電極部２８，２９とリード線２５ａ、２５ｂおよび２６ａ、２６ｂの露出部（図示せぬ）とが固着してしまっても、電極部２８は半導体基板１とは接触せずに宙に浮いた状態となる。そのため、電極部２８，２９を介して可動電極４、５と固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂとが導通してしまうのを防止することができる。   In the present embodiment, all of the semiconductor substrate 1 and the electrode portions 28 and 29 as wiring removal portions are removed by etching. However, if etching is performed at least up to the upper surface 1 a side so as to penetrate the semiconductor substrate 1. Good. In this way, even when the electrode portions 28 and 29 and the exposed portions (not shown) of the lead wires 25a, 25b and 26a, 26b are fixed during anodic bonding, the electrode portion 28 is in contact with the semiconductor substrate 1. It will be in the state of floating in the air without. Therefore, it is possible to prevent conduction between the movable electrodes 4 and 5 and the fixed electrodes 20a, 20b, 21a, and 21b via the electrode portions 28 and 29.

以上により、本実施形態の加速度センサＳによれば、半導体基板１と絶縁基板２の陽極接合後に、半導体基板１の下面（反対面）１ｂ側からエッチングして同電位配線３０の電極部（配線除去部）２８，２９を除去するようにしている。そのため、電極部（配線除去部）２８，２９の一部が、基板１、２どうしの接合面１ａ、２ｂ間に飛散して残留すのを防止することができる。これにより、飛散した電極部（配線除去部）２８，２９を介して可動電極４、５と固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂとが導通してしまうのをより確実に抑制することができるようになる。   As described above, according to the acceleration sensor S of the present embodiment, after anodic bonding of the semiconductor substrate 1 and the insulating substrate 2, etching is performed from the lower surface (opposite surface) 1b side of the semiconductor substrate 1 and the electrode portion (wiring) of the equipotential wiring 30 (Removal part) 28 and 29 are removed. Therefore, it is possible to prevent part of the electrode portions (wiring removal portions) 28 and 29 from being scattered and remaining between the bonding surfaces 1a and 2b between the substrates 1 and 2. Thereby, it can suppress more reliably that the movable electrodes 4 and 5 and fixed electrode 20a, 20b, 21a, 21b will be conduct | electrically_connected via the scattered electrode part (wiring removal part) 28,29. become.

また、本実施形態によれば、半導体基板１の下面１ｂ側からエッチングするにあたり、電極部（配線除去部）２８，２９よりも大径な貫通穴２９が半導体基板１に形成されるようにしている。そのため、例えばエッチングによって半導体基板１のみしか除去することができなかった場合にも、電極部（配線除去部）２８，２９と半導体基板１とが直接接触するのを防止することができる。これにより、加速度センサＳの安全性をより高めることができる。   Further, according to the present embodiment, when etching from the lower surface 1 b side of the semiconductor substrate 1, the through hole 29 having a diameter larger than that of the electrode portions (wiring removing portions) 28 and 29 is formed in the semiconductor substrate 1. Yes. Therefore, even when only the semiconductor substrate 1 can be removed by etching, for example, it is possible to prevent the electrode portions (wiring removal portions) 28 and 29 and the semiconductor substrate 1 from coming into direct contact. Thereby, the safety | security of the acceleration sensor S can be improved more.

さらに、本実施形態によれば、配線除去部を同電位配線３０のうちの半導体基板１側の電極部２８，２９としたので、エッチングによってより簡単に配線除去部を除去しつつ、可動電極４、５と固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂとが導通するのを抑制できる。なお、本実施形態では、配線除去部を電極部２８，２９としたが、リード線２５ａ、２５ｂおよび２６ａ、２６ｂの一部としてもよい。   Furthermore, according to the present embodiment, since the wiring removal portion is the electrode portions 28 and 29 on the semiconductor substrate 1 side of the equipotential wiring 30, the movable electrode 4 is more easily removed while removing the wiring removal portion more easily by etching. 5 and the fixed electrodes 20a, 20b, 21a, and 21b can be prevented from conducting. In the present embodiment, the wiring removal portions are the electrode portions 28 and 29, but may be a part of the lead wires 25a and 25b and 26a and 26b.

［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態を示した図であり、上記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。 [Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, in which the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.

本実施形態の加速度センサＳが上記第１実施形態と主に異なる点は、電極部（配線除去部）２８，２９の周縁部における一対の基板１、２の接合面１ａ、２ｂどうしを接合したことにある。   The acceleration sensor S of the present embodiment is mainly different from the first embodiment in that the joint surfaces 1a and 2b of the pair of substrates 1 and 2 at the peripheral portions of the electrode portions (wiring removal portions) 28 and 29 are joined. There is.

図６（ｂ）に示すように、本実施形態では、半導体基板１の上面（接合面）１ａには、リード線２５ａ、２５ｂおよび２６ａ、２６ｂが係合される４つの溝３１が設けられている。また、各溝３１の一部に露出するようにして半導体基板１に２つの電極部２８，２９が埋設されている。そして、リード線２５ａ、２５ｂおよび２６ａ、２６ｂを各溝３１に係合させた際に、リード線側の露出部（図示せぬ）と電極部２８，２９とを接触させて配置するとともに、半導体基板１の上面（接合面）１ａと絶縁基板２の下面（接合面）２ｂとを接合している。   As shown in FIG. 6B, in the present embodiment, the upper surface (joint surface) 1a of the semiconductor substrate 1 is provided with four grooves 31 into which the lead wires 25a, 25b and 26a, 26b are engaged. Yes. Further, two electrode portions 28 and 29 are embedded in the semiconductor substrate 1 so as to be exposed in a part of each groove 31. Then, when the lead wires 25a, 25b and 26a, 26b are engaged with the respective grooves 31, an exposed portion (not shown) on the lead wire side and the electrode portions 28, 29 are arranged in contact with each other, and the semiconductor The upper surface (bonding surface) 1a of the substrate 1 and the lower surface (bonding surface) 2b of the insulating substrate 2 are bonded.

また、本実施形態では、配線除去部としての電極部２８，２９をポリシリコンで構成するとともに、フッ素系などのガスや薬液を用いて半導体基板１を裏面１ｂ側からエッチングするようにしている。具体的には、例えばフッ酸などの薬液を用いて裏面１ｂ側からウエットエッチングしたり、フッ素系のガスを用いて裏面１ｂ側からドライエッチングすることで、貫通穴２９を形成している。   In the present embodiment, the electrode portions 28 and 29 as wiring removal portions are made of polysilicon, and the semiconductor substrate 1 is etched from the back surface 1b side using a fluorine-based gas or chemical solution. Specifically, for example, the through hole 29 is formed by wet etching from the back surface 1b side using a chemical such as hydrofluoric acid or by dry etching from the back surface 1b side using a fluorine-based gas.

このとき、図６（ｂ）に示すように、上記第１実施形態と同様にして配線除去部としての電極部２８，２９よりも一回り大きな貫通穴２９を形成するように、半導体基板１を下面１ｂ側からエッチングするのが好適である。   At this time, as shown in FIG. 6B, the semiconductor substrate 1 is formed so as to form a through hole 29 that is slightly larger than the electrode portions 28 and 29 as the wiring removal portions in the same manner as in the first embodiment. It is preferable to perform etching from the lower surface 1b side.

以上により、本実施形態の加速度センサＳによっても、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。   As described above, also with the acceleration sensor S of the present embodiment, it is possible to obtain the same operational effects as those of the first embodiment.

また、本実施形態によれば、電極部（配線除去部）２８，２９の周縁部における一対の基板１、２の接合面１ａ、２ｂどうしを接合している。そのため、エッチングにより電極部（配線除去部）２８，２９以外の同電位配線（本実施形態では、リード線２５ａ、２５ｂおよび２６ａ、２６ｂ）の一部が断線するのを防止できるという利点がある。   Further, according to the present embodiment, the bonding surfaces 1a and 2b of the pair of substrates 1 and 2 at the peripheral edge portions of the electrode portions (wiring removal portions) 28 and 29 are bonded to each other. Therefore, there is an advantage that it is possible to prevent disconnection of a part of the same potential wiring (in this embodiment, the lead wires 25a, 25b and 26a, 26b) other than the electrode portions (wiring removing portions) 28, 29 by etching.

さらに、本実施形態によれば、電極部（配線除去部）２８，２９をポリシリコンで構成したので、半導体基板１と電極部（配線除去部）２８，２９とを同時に除去することができる。すなわち、電極部（配線除去部）２８，２９を例えば金属などで構成して、半導体基板１と電極部（配線除去部）２８，２９とが異なる材質の場合には、エッチングを複数回に分けて行う必要がある。これに対し、本実施形態では、半導体基板１と電極部（配線除去部）２８，２９とを同じ剤（例えばフッ素系などのガスや薬液）を用いて同時に除去することができるようになり、作業性を向上させることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, since the electrode portions (wiring removal portions) 28 and 29 are made of polysilicon, the semiconductor substrate 1 and the electrode portions (wiring removal portions) 28 and 29 can be removed simultaneously. That is, when the electrode portions (wiring removal portions) 28 and 29 are made of metal, for example, and the semiconductor substrate 1 and the electrode portions (wiring removal portions) 28 and 29 are made of different materials, the etching is divided into a plurality of times. Need to be done. On the other hand, in the present embodiment, the semiconductor substrate 1 and the electrode parts (wiring removal parts) 28 and 29 can be simultaneously removed using the same agent (for example, a fluorine-based gas or chemical solution). Workability can be improved.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.

例えば、上記実施形態では、Ｘ方向とＹ方向の２方向の加速度を検出する加速度センサを例示したが、錘部の一つをＸＹ平面内で９０度回転させて配置し、Ｙ方向を加えた３方向の加速度を検出する加速度センサとしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, an acceleration sensor that detects acceleration in two directions of the X direction and the Y direction has been illustrated. However, one of the weight portions is arranged by being rotated 90 degrees in the XY plane, and the Y direction is added. An acceleration sensor that detects acceleration in three directions may be used.

また、上記実施形態では、静電容量式センサとして加速度センサを例示したが、これに限ることなく、その他の静電容量式センサにあっても本発明を適用することができる。   Moreover, although the acceleration sensor was illustrated as an electrostatic capacitance type sensor in the said embodiment, this invention is applicable also in another electrostatic capacitance type sensor, without being restricted to this.

また、錘部、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。   Further, the weight part and other detailed specifications (shape, size, layout, etc.) can be changed as appropriate.

１ 半導体基板
１ａ 上面（半導体基板の接合面）
１ｂ 下面（半導体基板の接合面とは反対面）
２ 絶縁基板
２ｂ 下面（絶縁基板の接合面）
２５ａ，２５ｂ リード線
２６ａ，２６ｂ リード線
２８，２９ 電極部（配線除去部）
３０ 同電位配線
Ｓ 加速度センサ（静電容量式センサ） 1 Semiconductor substrate 1a Top surface (semiconductor substrate bonding surface)
1b Bottom surface (opposite surface of the semiconductor substrate bonding surface)
2 Insulating substrate 2b Lower surface (bonding surface of insulating substrate)
25a, 25b Lead wire 26a, 26b Lead wire 28, 29 Electrode part (wiring removal part)
30 Equipotential wiring S Acceleration sensor (capacitance sensor)

Claims (3)

可動電極が形成された半導体基板と、
前記可動電極と対向して配置される固定電極を有するとともに、前記半導体基板に陽極接合される絶縁基板と、
前記半導体基板と前記絶縁基板との間に配線され、前記可動電極と前記固定電極とを電気的に接続する同電位配線と、を備え、
前記一対の基板どうしの陽極接合後に、前記半導体基板の前記絶縁基板との接合面とは反対面側からエッチングして前記同電位配線の配線除去部を除去することを特徴とする静電容量式センサ。 A semiconductor substrate on which a movable electrode is formed;
An insulating substrate having a fixed electrode disposed opposite to the movable electrode and anodically bonded to the semiconductor substrate;
The same potential wiring that is wired between the semiconductor substrate and the insulating substrate and electrically connects the movable electrode and the fixed electrode,
After the anode bonding of the pair of substrates, the capacitance type is characterized in that the wiring removal portion of the equipotential wiring is removed by etching from the side opposite to the bonding surface of the semiconductor substrate to the insulating substrate. Sensor. 前記配線除去部の周縁部における前記一対の基板の接合面どうしを接合したことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。   The capacitive sensor according to claim 1, wherein bonding surfaces of the pair of substrates at a peripheral edge portion of the wiring removal portion are bonded to each other. 前記配線除去部をポリシリコンで構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量式センサ。   3. The capacitance type sensor according to claim 1, wherein the wiring removal portion is made of polysilicon.

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