JP3605846B2 - 容量型加速度センサ及び容量型圧力センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、容量型加速度センサ及び容量型圧力センサに関する。具体的にいうと、本発明は、加速度や振動によって生じる重り部の変位を加速度の変化として検出する容量型の加速度センサに係るものである。また、本発明は、空気等の圧力によって生じる感圧ダイアフラムの変位を圧力の変化として検知する容量型の圧力センサに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２３に従来の容量型の加速度センサＷの断面図を示す。この加速度センサＷは、例えば自動車の加速度や振動、衝撃を検出する用途に用いることができるものであって、シリコン半導体基板１０１よりなる角枠状をした支持部１０２の開口部分の中央に重り部１０３が配設されており、重り部１０３は２本の梁部１０４によって片持ち状に支持部１０２に支持されている。重り部１０３は、梁部１０４の弾性変形によって重り部１０３の厚さ方向に自由に微小変形できるようになっており、重り部１０３の上下両面はそれぞれ可動電極１０５となっている。
【０００３】
支持部１０２の上面及び下面にはそれぞれガラス基板１０６ａ，１０６ｂが重ねられ、ガラス基板１０６ａ，１０６ｂの周辺部は陽極接合法により、支持部１０２に接合されている。支持部１０２の上面及び下面のガラス基板１０６ａ，１０６ｂの内面には、重り部１０３の可動電極１０５と微小なギャップを隔てて固定電極１０７が設けられており、重り部１０３の可動電極１０５と固定電極１０７との間に静電容量部が形成されている。
【０００４】
さらに、支持部１０２の上下のガラス基板１０６ａ，１０６ｂの外側には、シリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂが重ねられている。上下のガラス基板１０６ａ，１０６ｂにはそれぞれ接続孔１０９が設けられ、接続孔１０９に封入された導電性樹脂によって電極接続部１１０が形成され、電極接続部１１０は固定電極１０７と電気的に接続されている。また、シリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂには予めエッチングにより接続孔１０９の開口径より大きな開口径を有するエッチング孔１１１が設けられており、このエッチング孔１１１の内周面に金属薄膜により導電材料部１１２を形成して導電材料部１１２を電極接続部１１０に導通させることで、固定電極１０７を外部に引き出す構造となっている。
【０００５】
ところで、この加速度センサＷを作製するにあたっては、まずガラス基板１０６ａ，１０６ｂに接続孔１０９を形成し、この接続孔１０９に導電性樹脂を充填して電極接続部１１０を形成し、ガラス基板１０６ａ，１０６ｂに形成された固定電極１０７を電極接続部１１０と接続する。ついで、エッチング孔１１１を形成したシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂとガラス基板１０６ａ，１０６ｂとを陽極接合法にて接合した後に、これを支持部１０２の表面に接合し、最後にエッチング孔１１１内に金属薄膜等からなる導電材料部１１２を形成し、電極接続部１１０及び導電材料部１１２を介して固定電極１０７を導電材料部１１２へ電気的に接続し、固定電極１０７を外部に引き出すようにしている。一方、可動電極１０５を形成されたシリコン半導体基板１０１はガラス基板１０６ａ，１０６ｂによってシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂと電気的に絶縁されている。
【０００６】
ここで、一体に接合されたガラス基板１０６ａ，１０６ｂ及びシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂを支持部１０２に陽極接合する場合、エッチング孔１１１に導電材料部１１２を形成して固定電極１０７と導通させた後に支持部１０２及びシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂ間に電圧を加えて陽極接合すると、小さなギャップを隔てて対向している可動電極１０５と固定電極１０７が静電吸引力によって電気的に短絡してしまい、加速度センサＷの歩留りが低下してしまう。そこで、上述のようにシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂにエッチング孔１１１を開口することで、電極接続部１１０とシリコン半導体基板１０１とが接触しないようにし、シリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂから固定電極１０７に至る電気的な経路を断った状態で、支持部１０２にガラス基板１０６ａ，１０６ｂ及びシリコン半導体基板１０１を陽極接合し、接合し終えた後にエッチング孔１１１内に導電材料部１１２を設けてシリコン半導体基板１０１を固定電極１０７に導通させ、可動電極１０５と固定電極１０７とが短絡して歩留りが低下するのを防いでいる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の加速度センサＷの構造のように、導電性樹脂により接続孔１０９を封止して形成された電極接続部１１０では、ゴミ等の外部からの異物の侵入を防ぐことができるが、その導電性樹脂の劣化のため、重り部１０３が形成されたセンサ内部を完全に、しかも、長期にわたりその気密性を保持することができない。このため、センサ内部の気密を保ちながら内部の固定電極１０７を外部へ取り出すことが困難となっており、腐食ガス雰囲気中で使用された場合には、重り部１０３や梁部１０４に変質や劣化が生じ、加速度センサＷの安定性に問題があった。さらに、電極接続部１１０の樹脂からアウトガスが発生する不都合もあった。
【０００８】
また、この加速度センサＷの作製にあたっては、シリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂにエッチング孔１１１を開口し、陽極接合後に再びエッチング孔１１１に導電材料部１１２を形成しなければならず、固定電極１０７を外部に引き出すための工程に手間が掛かっていた。
【０００９】
本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、センサ内部を完全に密封しながら内部の電極を外部へ引き出すことができると同時に、その製造工程が簡単で、しかも、回路基板当への実装が容易な容量型の加速度センサと圧力センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の容量型加速度センサは、半導体基板をエッチング加工して支持部と重り部と当該重り部を支持部に連結する梁部とを形成し、前記半導体基板の両面にそれぞれ固定基板を接合して前記重り部及び梁部を密閉空間内に封止し、前記重り部を可動電極とし、当該可動電極と対向させて少なくとも一方の固定基板に固定電極を形成し、前記可動電極と前記固定電極間の容量変化を加速度の変化として検出する容量型加速度センサにおいて、前記半導体基板の支持部から電気的に分離された独立領域を支持部内に設け、前記支持部の表面に前記密閉空間と前記独立領域とを結ぶ溝条を形成し、前記固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることによって当該リード部を前記独立領域に電気的に接続し、前記固定基板に前記独立領域と対向させて接続孔を貫通させ、当該接続孔を封止する位置で独立領域を固定基板に接合させ、前記接続孔に導電体処理を施すことにより独立領域を介して前記固定電極を前記接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の容量型加速度センサの一実施態様は、前記支持部に対向させて固定基板に第２の接続孔を開口し、当該第２の接続孔を封止する箇所で前記支持部を固定基板に接合させ、当該第２の接続孔に導電体処理を施すことにより前記支持部を介して前記可動電極を当該第２の接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の容量型圧力センサは、半導体基板をエッチング加工して支持部と弾性を有する感圧ダイアフラム部を形成し、前記半導体基板の両面に固定基板を接合して前記感圧ダイアフラム部の少なくとも片側の面を密閉空間内に封止し、前記感圧ダイアフラム部を可動電極とし、前記密閉空間内で前記可動電極と対向させて少なくとも一方の固定基板に固定電極を形成し、前記可動電極と前記固定電極間の容量変化を圧力の変化として検出する容量型圧力センサにおいて、前記半導体基板の支持部から電気的に分離された独立領域を支持部内に設け、前記支持部の表面に前記密閉空間と前記独立領域とを結ぶ溝条を形成し、前記固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることによって当該リード部を前記独立領域に電気的に接続し、前記固定基板に前記独立領域と対向させて接続孔を貫通させ、当該接続孔を封止する位置で独立領域を固定基板に接合させ、前記接続孔に導電体処理を施すことにより独立領域を介して前記固定電極を前記接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしたことを特徴としている。
【００１３】
本発明の容量型圧力センサの一実施態様は、前記支持部に対向させて固定基板に第２の接続孔を開口し、当該第２の接続孔を封止する箇所で前記支持部を固定基板に接合させ、当該第２の接続孔に導電体処理を施すことにより前記支持部を介して前記可動電極を当該第２の接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしたことを特徴としている。
【００２９】
【作用】
本発明の容量型加速度センサ又は容量型圧力センサにあっては、半導体基板内に形成した独立領域に固定電極を電気的に接続し、固定基板に貫通させた接続孔に導電体処理を施し、接続孔の位置で独立領域を固定基板に接合させているので、独立領域を介して固定電極を固定基板の表面側から外部へ取り出すことができる。また、固定基板に固定電極を引き出すための接続孔を貫通させたにも拘らず、接続孔を封止する位置で独立領域を固定基板に接合させているので、接続孔を独立領域によって確実に塞ぐことができ、重り部や梁部を密閉空間内に高い密閉精度で封止させることができる。
【００３０】
しかも、本発明の容量型加速度センサ及び容量型圧力センサにあっては、固定電極と電気的に接続されている独立領域は重り部や感圧ダイアフラムを支持している支持部と独立して形成されているので、重り部や感圧ダイアフラムを形成されている半導体基板を用いて接続孔を塞ぐようにしたにも拘らず、独立領域を介して固定電極と可動電極とが短絡することがない構造となっている。さらに、支持部の表面に密閉空間と独立領域とを結ぶ溝条を形成しているので、固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることができ、固定電極と可動電極の短絡を防止することができる。また、固定電極を固定基板と半導体基板との接合面の端部から外部へ引き出すのでなく、固定基板に貫通させた接続孔から固定基板の表面側へ引き出すことができるので、固定基板と半導体基板の接合面の周囲領域に固定電極引き出しのための電極が介在することがなく、重り部や感圧ダイアフラム等を密閉空間内に高い密閉精度で封止することができる。
【００３１】
本発明の容量型加速度センサ又は容量型圧力センサのそれぞれの実施態様にあっては、支持部に対向させて固定基板に第２の接続孔を開口し、第２の接続孔を封止する箇所で前記支持部を固定基板に接合させ、第２の接続孔に導電体処理を施すことにより前記支持部を介して可動電極を第２の接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしているので、重り部や感圧ダイアフラム部を密閉空間内に封止したままで、可動電極を固定基板の表面側から外部へ引き出すことができる。
【００４７】
【実施例】
図１に示すものは本発明の一実施例による容量型加速度センサＡであって、図１（ａ）は当該加速度センサＡの断面図、図１（ｂ）はシリコン半導体基板１の下面図、図１（ｃ）は下の固定基板２ｂを示す上面図、図１（ｄ）は上の固定基板２ａの下面図である。この加速度センサＡにおいては、シリコン半導体基板１をエッチング加工することによってフレーム状の支持部３、重り部４、梁部５及び一対の独立領域６ａ，６ｂが形成されている。重り部４は変位可能となるように支持部３よりも薄くなっており、弾性を有する一対の梁部５を介して支持部３の内周部中央で上下方向に変位可能に弾性的に支持されている。また、独立領域６ａ，６ｂは図示例では逆角錐台状に形成されており、同じく支持部３に角錐台状に開口された分離用孔７内に位置しており、独立領域６ａ，６ｂと支持部３とは電気的に互いに分離独立している。このシリコン半導体基板１の上下両面にはそれぞれ陽極接合法によってガラス基板等の絶縁性を有する固定基板２ａ，２ｂが接合されており、特に両固定基板２ａ，２ｂと支持部３とが外周部全周にわたってくまなく陽極接合されているので、重り部４及び梁部５は支持部３と両固定基板２ａ，２ｂによって囲まれた密閉空間８内に完全に封止されている。しかも、支持部３の上下両面と独立領域６ａ，６ｂの上下両面が各固定基板２ａ，２ｂに陽極接合されており、それによって支持部３と独立領域６ａ、６ｂとは互いの機械的関係を保ちながら互いに電気的に絶縁されている。
【００４８】
重り部４はシリコン半導体基板１によって形成されているため、その導電性によって重り部４の上下両面は可動電極（可動電極面）９となっている。この可動電極９は、図中には示していないが、梁部５及び支持部３を介して例えばシリコン半導体基板１（すなわち、支持部３）の外周側面等から外部へ電気的に取り出される。また、この可動電極９と対向させて上下の固定基板２ａ，２ｂの内面にはそれぞれ固定電極１０が設けられており、可動電極９と固定電極１０とによって加速度検出用の静電容量部が構成されている。
【００４９】
図１（ｂ）に示すように支持部３の下面には密閉空間８から一方の独立領域６ｂに向けて溝条１１が凹設されており、図１（ｃ）に示すように下面側の固定電極１０から延出されたリード部１２はこの溝条１１を通過して独立領域６ｂと電気的に接続されている。また、支持部３の上面にも密閉空間８から他方の独立領域６ａに向けて溝条１１が凹設されており、図１（ｄ）に示すように上面側の固定電極１０から延出されたリード部１２は溝条１１を通過して独立領域６ａと電気的に接続されている。図２にはリード部１２と独立領域６ａ，６ｂの電気的接続構造の一例を示してあり、リード部１２の端部を独立領域６ａ，６ｂの端面と固定基板２ａ，２ｂとの間に挟み込むようにしてリード部１２と独立領域６ａ，６ｂとを電気的に接続している。なお、図２には独立領域６ａだけを示すが、独立領域６ｂも同様な構造である。但し、リード部１２は溝条１１との間にギャップを隔てていて支持部３に接触することのないようにしてあり、これによって可動電極９と固定電極１０との短絡を防止している。さらに、下の固定基板２ｂには一方の独立領域６ｂと対向させて円柱状の接続孔１３を貫通させてある。独立領域６ｂの端面はこの接続孔１３の周囲で固定基板２ｂの上面に陽極接合されていて、接続孔１３の全周を完全に封止しており、密閉空間８の気密性が接続孔１３から漏れることのないようにしている。さらに、この接続孔１３の内面及び固定基板２ｂの下面全面に導電性被膜（金属被膜）１４を蒸着により形成し、接続孔１３内面の導電性被膜１４を独立領域６ｂの端面と電気的に接続している。同じく、上の固定基板２ａには他方の独立領域６ａと対向させて円柱状の接続孔１３を貫通させてあり、この接続孔１３の内面及び固定基板２ａの上面全面には導電性被膜１４を形成してある。独立領域６ａの端面は接続孔１３の周囲で固定電極２ａの下面に陽極接合されていて、接続孔１３の全周を完全に封止しており、密閉空間８の気密性が接続孔１３から漏れることのないようにしており、さらに、接続孔１３内の導電性被膜１４は独立領域６ａの端面と電気的に接合されている。よって、上面側の固定電極１０は上の固定基板２ａの上面へ引き出されており、下面側の固定電極１０は下の固定基板２ｂの下面へ引き出されている。なお、リード部１２と独立領域６ａ，６ｂとの接合箇所においては、図１及び図２に示すように、リード部１２の先端が接続孔１３に達しないようにしている。これはリード部１２が接続孔１３に接すると、その部分で固定基板２ａ，２ｂと独立領域６ａ，６ｂとの接合が妨げられ、接続孔１３の全周にわたって接続孔１３を封止できなくなって接続孔１３における気密性が損われるためである。
【００５０】
上記密閉空間８内は、真空状態に保持してもよく、減圧状態としてもよい。あるいは、密閉空間８内にガス（好ましくは、窒素等の不活性なガス）を充填しておいてもよい。
【００５１】
しかして、この容量型加速度センサＡにおいては、加速度や振動を検出すると、重り部４が加速度の大きさに応じて変位し、可動電極９と固定電極１０との間の静電容量が変化するので、信号処理回路等によってこの静電容量の変化を検出することにより加速度の大きさを知ることができる。
【００５２】
この加速度センサＡにあっては、支持部３と分離して形成した独立領域６ａ，６ｂに固定電極１０を電気的に接続し、固定基板２ａ，２ｂに貫通させた接続孔１３に導電性被膜１４を形成し、接続孔１３の周囲で独立領域６ａ，６ｂを固定基板２ａ，２ｂに接合させているので、独立領域６ａ，６ｂ及び導電性被膜１４を介して固定電極１０を固定基板２ａ，２ｂの表面へ取り出すことができる。また、固定基板２ａ，２ｂに固定電極１０を引き出すための接続孔１３を貫通させたにも拘らず、接続孔１３を封止する位置で独立領域６ａ，６ｂを固定基板２ａ，２ｂに陽極接合させているので、接続孔１３を独立領域６ａ，６ｂによって確実に塞ぐことができ、重り部４や梁部５を密閉空間８内に高い密閉精度で封止することができ、内部にゴミや腐食性のガス等が侵入するのを防止できる。
【００５３】
しかも、固定電極１０と電気的に接続されている独立領域６ａ，６ｂは重り部４を支持している支持部３と独立して形成されているので、重り部４等を形成されているシリコン半導体基板１を用いて接続孔１３を塞ぐようにしたにも拘らず、独立領域６ａ，６ｂを介して固定電極１０と可動電極９とが短絡することがない構造となっている。また、固定電極１０を固定基板２ａ，２ｂとシリコン半導体基板１との接合面の端部から外部へ引き出すのでなく、固定基板２ａ，２ｂに貫通させた接続孔１３から固定基板２ａ，２ｂの表面側へ引き出すことができるので、固定基板２ａ，２ｂとシリコン半導体基板１の接合面の周囲領域に固定電極１０を引き出すための電極構造が介在することがなく、重り部４や梁部５を密閉空間８内に高い精度で封止することができる。
【００５４】
また、図３は独立領域６ａ，６ｂとリード部１２との間の別な構成を示す部分拡大断面図である。図３に示すように（独立領域６ａだけを示すが、独立領域６ｂも同様な構造となっている）、独立領域６ａ，６ｂの端部ないし全体には、不純物拡散もしくはイオン打込みによって導電率の高い高濃度不純物層１６を形成してある。導電率の高い高濃度不純物層１６を設けることにより独立領域６ａ，６ｂとリード部１２との導通を確実にすると共に固定電極１０の引き出し抵抗を小さくすることができる。また、同じく図３の実施例では、独立領域６ａ，６ｂの端面外周部にはリード部１２の端部が納まるような凹溝１７を形成しておいてもよい。但し、この凹溝１７は固定基板２ａ，２ｂの接合孔と接しないよう離れた位置に設けてある。また、凹溝１７を形成しておけば、リード部１２の厚みによって独立領域６ａ，６ｂと固定基板２ａ，２ｂとの接合が妨げられにくくなる。もっとも、リード部１２と独立領域６ａ，６ｂとが圧接する必要もあるので、凹溝１７の深さはリード部１２の厚みよりも浅いことが好ましい。
【００５５】
また、図４は独立領域６ａ，６ｂとリード部１２との間のまた別な構成を示す部分拡大断面図である。この実施例においては、独立領域６ａ，６ｂの端面に設けた凹溝１７の内面に蒸着法等によって電極膜１８を形成してある。このような構成によれば、当該電極膜１８とリード部１２の端部とが圧接することによってリード部１２と独立領域６ａ，６ｂとの電気的接続を確実にさせることができる。
【００５６】
図５及び図６は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＢを示す斜視図及び分解斜視図である。この加速度センサＢにあっては、支持部３の独立領域６ａ，６ｂの中間領域に対向させて上の固定基板２ａに円錐状の接続孔１９を開口してあり、固定基板２ａ下面の接続孔１９全周は固定基板２ａとシリコン半導体基板１とを陽極接合する際に支持部３に接合されており、これによって接続孔１９の下面周囲が気密的に封止されている。さらに、この接続孔１９の内面にも導電性被膜２０が形成されている。従って、可動電極９は、密閉空間８を完全に封止したままで支持部３及び導電性被膜２０を介して固定基板２ａの上面へ電気的に引き出されている。
【００５７】
また、下の固定基板２ｂの下面には、接続孔１３の導電性被膜１４と連続的に外部電極パッド１５を設けてある。そして、加速度センサＡは回路基板２１上に載置され、下面の外部電極パッド１５を回路基板２１の接続パッド２２に電気的及び機械的に接合される。回路基板２１には接続パッド２２とつながったボンディングパッド２３が設けられている。この結果、両固定電極１０及び可動電極９が加速度センサＢの上面ないし回路基板２１の上面へ取り出され、信号処理回路等との接続を容易にすることができる。
【００５８】
図７は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＣを示す分解斜視図である。この加速度センサＣにおいては、上の固定基板２ａに設けた接続孔１３，１９の周囲に各導電性被膜１４，２０と導通した外部電極パッド１５を設けている。また、下の固定基板２ｂに設けた接続孔１３の周囲にも導電性被膜１４と導通した外部電極パッド１５を設けている。この実施例では、全ての接続孔１３，１９に外部電極パッド１５を設けているから、ワイヤボンディング等による回路基板２１の電極パッドや信号処理回路（図示せず）等との接合をより一層容易にすることができる。例えば、下面の外部電極パッド１５は回路基板２１の接続パッド２２に半田接合し、上面の外部電極パッド１５と信号処理回路とをワイヤボンディングによって接続することができる。
【００５９】
図８は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＤを示す分解斜視図である。この実施例では、上の固定基板２ａに設けられた２つの接続孔１３，１９のうち一方の接続孔、例えば１３の周囲にのみ外部電極パッド１５を設けたものである。外部電極パッドを有していない接続孔１９では、例えば導電性接着剤を用いてボンディングワイヤの端部を導電性被膜２０に結線することができる。
【００６０】
図９は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＥを示す分解斜視図である。この加速度センサＥにおいては、上の固定基板２ａが支持部３よりも短くなっており、支持部３と固定基板２ａ，２ｂを重ねて接合した状態で支持部３の端部が上の固定基板２ａからはみ出すようになっている。この支持部３上面の露出部分には蒸着金属膜等によって可動電極パッド２４が設けられている。この加速度センサＥにあっても、可動電極パッド２４によって固定基板２ａと支持部３との陽極接合が妨げられないので、密閉空間８の気密性を損うことなく、上面側に配置した可動電極パッド２４へ可動電極９を電気的に引き出すことができる。しかも、図６〜図８の実施例のように固定基板２ａに接続孔１９や導電体被膜２０等を形成する必要がなく、センサ製作プロセスを簡単にすることができる。また、上下の固定基板２ａ，２ｂの接続孔１３の周囲に導電性被膜１４と導通した外部電極パッド１５を設けている。
【００６１】
図１０は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＦを示す断面図である。この加速度センサＦにあっては、導電性被膜１４を形成された接続孔１３の内部にエポキシ樹脂等の封止部材２５を充填している。このように接続孔１３の内部に封止部材２５を充填することにより接続孔１３での封止性を向上させることができ、また、封止部材２５によって導電性被膜１４の浮き上がりを防止できるので、導電性被膜１４が独立領域６ａ，６ｂから剥離して導通不良となることを防げる。
【００６２】
図１１は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＧにおける独立領域６ａ，６ｂの構造を示す拡大断面図である。このように独立領域６ａ，６ｂの接続孔１３と対向する端面に、不純物拡散やイオン打込み等によって接続孔１３よりも小さな面積で高濃度不純物層１６を形成すれば、接続孔１３内の導電性被膜１４との電気的な接続を向上させることができ、導電性被膜１４との間における電気的な断線を確実に防止することができる。
【００６３】
図１２は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＨにおける独立領域６ａ，６ｂの構造を示す拡大断面図である。この実施例では、独立領域６ａ，６ｂの接続孔１３と対向する端面に接続孔１３よりも小さな面積で高濃度不純物層１６を形成し、さらに、高濃度不純物層１６の上に接続孔１３の開口面積よりも小さな金属薄膜パッド２６を形成している。従って、接続孔１３内の導電性被膜１４との電気的な接続をより向上させ、導電性被膜１４との間における電気的な断線をなくすことができる。
【００６４】
図１３は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＪの分解斜視図である。この実施例では、下の固定基板２ｂに３つの接続孔１３，１９，１３を開口してある。上面側の固定電極１０と上面を導通させられた一方の独立領域６ａは下面を一つの接続孔１３の周囲に接合されて接続孔１３を封止しており、その接続孔１３内の導電性被膜１４に導通している。また、下面側の固定電極１０と下面を導通させられた別な独立領域６ｂは同じく下面で別な接続孔１３の周囲に接合されて当該接続孔１３を封止しており、その接続孔１３内の導電性被膜１４と導通している。さらに、接続孔１９の周囲には支持部３が接合されて接続孔１９が封止されており、当該接続孔１９内の導電性被膜２０には可動電極９が導通している。これら下の固定電極２ｂに設けられた各接続孔１３，１９，１３の下面周囲にはそれぞれ外部電極パッド１５が設けられており、これらの外部電極パッド１５を回路基板２１の接続パッド２２に半田接合することにより加速度センサＡを回路基板２１上に機械的に固定すると共に各固定電極１０及び可動電極９を回路基板２１のボンディングパッド２３に電気的に接続している。このような構造によれば、全ての外部電極パッド１５を下面に配置して回路基板２１の接続パッド２２に半田接合させることができ、ワイヤボンディングによる接合を無くすことができる。
【００６５】
図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサＫの製造方法を示す断面図である。なお、図１４では図１の容量型加速度センサＡと同様な構造を例にとって説明しているが、他の実施例の加速度センサであってもよいことはいうまでもない（以下同じ）。まず、シリコン半導体基板１の重り部４下面及び溝条１１となる領域（また、不要部分２７となる領域を含んでいてもよい）を浅くエッチングした後、支持部３、重り部４及び独立領域６ａ，６ｂとなる領域の下面をエッチング用マスクで覆い、電気化学エッチングによって下面側からシリコン半導体基板１を深くエッチングして梁部５及び不要部分２７の各下面を形成する。ついで、支持部３及び独立領域６ａ，６ｂとなる領域の上面をエッチング用マスクで覆って上面側からシリコン半導体基板１をウエットエッチング法又はドライエッチング法（例えば、ＲＩＥ法）によってエッチングして重り部４、梁部５及び不要部分２７の各上面と溝条１１を形成し、重り部４、梁部５、独立領域６ａ，６ｂ及び支持部３が薄い不要部分２７でつながったシリコン半導体基板１を作製する。ここで、不要部分２７全体及び梁部５の厚みは同じ厚み（一定厚み）となっている。ついで、固定電極１０と接続孔１３を設けた固定基板２ｂの上面に当該シリコン半導体基板１を載置し、図１４（ａ）に示すように支持部３及び独立領域６ａ，６ｂの下面を固定基板２ｂに陽極接合法で接合し、固定電極１０のリード部１２を独立領域６ｂの下面に導通させ、接続孔１３を独立領域６ｂの下面で封止すると同時に各独立領域６ａ，６ｂの周囲の分離用孔７の下面を固定基板２ｂによって封止し、さらに接続孔１３の内面及び固定基板２ｂの下面に導電性被膜１４と外部電極パターン１５を形成する。この後、図１４（ａ）に示すように支持部３、重り部４及び梁部５の上面をエッチング用マスク２８で覆い、シリコン半導体基板１の不要部分２７をエッチングによって除去し、図１４（ｂ）のように重り部４及び梁部５を上下方向に弾性的に変位可能にすると同時に、独立領域６ａ，６ｂを支持部３から電気的に分離する。ここで、不要部分２７を除去するエッチングは、ウエットエッチング法でもドライエッチング法（例えば、ＲＩＥ法）でもよい。ついで、図１４（ｃ）に示すように、固定電極１０と接続孔１３を形成された上の固定基板２ａをシリコン半導体基板１の上面に陽極接合法によって接合し、その固定電極１０のリード部１２を独立領域６ａの上面に導通させ、その接続孔１３を独立領域６ａの上面によって封止すると同時に各独立領域６ａ，６ｂの周囲の分離用孔７の上面を固定基板２ａで封止し、さらに接続孔１３の内面及び固定基板２ａの上面に導電性被膜１４と外部電極パターン１５を形成し、加速度センサＫを完成する。
【００６６】
このようにして加速度センサＫを作製すれば、独立領域６ａ，６ｂがまだ支持部３から完全に分離されていない状態で支持部３及び独立領域６ａ，６ｂを固定基板２ｂに接合させ、その後独立領域６ａ，６ｂを支持部３から分離させているので、支持部３と独立領域６ａ，６ｂとの位置関係を精度よく一定位置に保ちながら独立領域６ａ，６ｂを支持部３から島状に分離させることができ、センサ製造プロセスを簡便にすることができる。また、シリコン半導体基板１の下面を電気化学エッチングによって深くエッチングすれば、そのエッチング深さをシリコン半導体基板１に印加した電位によって制御することができるので、梁部５の厚み精度を得ることができ、この結果重り部４も梁部５も厚み精度を得ることができ、センサ製造の歩留りが向上する。さらに、不要部分２７と梁部５の厚みを均一にしているので、シリコン半導体基板１の上面側からのエッチング加工を一度で行なうことができる。
【００６７】
図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサＫの別な製造方法を示す図である。シリコン半導体基板１を固定基板２ｂに接合した後、不要部分２７をエッチングによって除去する際、エッチング槽内は真空ないし減圧されているので、重り部４及び梁部５の周囲の不要部分２７を除去した瞬間に重り部４と固定基板２ｂの間の空間に密閉されていた空気が瞬間的に外部へ噴出し、その衝撃が重り部４に加わって梁部５が破損する恐れがある。この実施例はこのような不都合を防止し、加速度センサＫの歩留りを向上させるものである。すなわち、この実施例では、不要部分２７と梁部５とが同じ厚みのシリコン半導体基板１を作製した後、もう一度シリコン半導体基板１をエッチングして独立領域６ａ，６ｂの周囲の不要部分２７の少なくとも一部領域２７ａの厚みを薄くしている。図１５（ａ）のように当該シリコン半導体基板１を固定基板２ａに接合した後、当該シリコン半導体基板１をエッチングすると、まず独立領域６ａ，６ｂ周囲の不要部分２７のうち比較的厚みの薄い領域２７ａがエッチング除去され、図１５（ｂ）に示すように重り部４と固定基板２ｂの間の空間に密閉されていた空気は溝条１１を通じて独立領域６ａ，６ｂの周囲の開口から排気され、重り部４と固定基板２ｂの間の空間が外部と同じ真空ないし減圧状態となる。従って、遅れて残りの厚みの比較的厚い不要部分２７が除去された時に空気の噴出によって梁部５等が破損されるのを防止することができる。この後、図１５（ｃ）のようにシリコン半導体基板１の上面には固定基板２ａが接合される。
【００６８】
図１４の構成でも、２種のエッチング用マスクを用いてエッチングによる不要部分２７の除去工程を２度に分けることによってエア噴き出しによる梁部５等の破損を防止できるが、図１５の方法によればエッチング工程は１度で済み、エッチング時のエッチング用マスクが１種で足りることになる。
【００６９】
図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明のさらに別な製造方法を示す断面図である。この実施例では、不要部分２７と梁部５とが同じ厚みのシリコン半導体基板１を作製した後、もう一度シリコン半導体基板１をエッチングして重り部４又は梁部５の周囲の不要部分２７の一部を開口している。図１６（ａ）のように当該シリコン半導体基板１を固定基板２ａに接合した後、これをエッチング槽に入れてエッチング槽内を減圧した時点で既に重り部４と固定基板２ｂの間の空間は真空ないし減圧状態となるので、図１６（ｂ）のように当該シリコン半導体基板１をエッチングして不要部分２７を除去しても、空気の噴出によって梁部５等が破損することがない。こうしてエッチングによって全ての不要部分２７を除去して重り部４及び梁部５を可動状態とした後、支持部３の上面に固定基板２ａを陽極接合する（図１６（ｃ））。
【００７０】
上記実施例ではいずれも容量型加速度センサの場合について説明したが、上記各実施例はそれぞれ容量型圧力センサにも適用することができる。
【００７１】
図１７（ａ）は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＬを示す断面図、図１７（ｂ）はシリコン半導体基板３１の下面図、図１７（ｃ）は上の固定基板３２ａの下面図、図１７（ｄ）は下の固定基板３２ｂの平面図である。この圧力センサＬにあっては、シリコン半導体基板３１によって支持部３３、感圧ダイアフラム３４及び独立領域３６を形成してあり、薄膜状の感圧ダイアフラム３４は支持部３３に支持されており、独立領域３６は分離用孔３７によって支持部３３と電気的に分離されている。すなわち、独立領域３６は支持部３３に開口された分離用孔３７内に島状に配置されている。また、シリコン半導体基板３１の上面及び下面には固定基板３２ａ，３２ｂが陽極接合法によって接合されている。感圧ダイアフラム３４の上面は可動電極３９となっており、可動電極３９と対向させて固定基板３２ａの内面には固定電極４０が設けられ、可動電極３９及び固定電極４０によって圧力検出用の静電容量部が形成されている。支持部３３上面の固定基板３２ａから露出した領域には、可動電極３９を電気的に外部へ引き出すための可動電極パッド４７が設けられている。また、固定電極４０から延出されたリード部４２は、支持部３３と接触することなく支持部３３の上面に凹設された溝条４１を通過して独立領域３６と導通させられている。固定基板３２ａの独立領域３６と対向する位置には円柱状の接続孔４３が開口されており、接続孔４３周囲の固定基板３２ａ下面には独立領域３６の上端面が陽極接合されており、独立領域３６によって接続孔４３が完全に封止されている。この場合も、リード部４２は接続孔４３の位置まで達しないようにしている（図３参照）。また、独立領域３６には高濃度不純物層を形成したり、リード部４２の納まる凹溝を設けたりしても差し支えない。さらに、接続孔４３の内面及び固定基板３２ａの上面には導電性被膜４４が形成されており、接続孔４３内の導電性被膜４４は独立領域３６と電気的に接合されており、したがって固定電極４０と電気的に導通している。こうして、固定電極４０と感圧ダイアフラム３４の間の密閉空間３８は完全密閉されており、この密閉空間３８は真空にしたり、減圧したり、ガスを封入して一定圧力に保ち、基準圧力を得られるようにしている。下面側の固定基板３２ｂには圧力導入口３５が開口されている。しかして、圧力導入口３５の内側の圧力導入室４６へ流体が導かれると、感圧ダイアフラム３４がその圧力によって撓み、それによって可動電極３９と固定電極４０との間の静電容量が変化するので、その静電容量値を検出することによって流体の圧力を知ることができる。また、密閉空間３８の周囲は支持部３３と固定基板３２ａ，３２ｂの陽極接合と独立領域３６による接続孔４３の封止によって完全に密閉されており、真空漏れやガス漏れ、あるいはゴミ等の侵入を確実に防止することができる。なお、上記実施例では、固定電極４０は一方の固定基板３２ａにのみ設けたが、他方の固定基板３２ｂの内面にも感圧ダイアフラム３４と対向させて固定電極を設けても差し支えない。また、下面側の固定基板３２ｂは少なくとも独立領域３６の周囲の分離用孔３７を密閉できるだけあれば差し支えない。
【００７２】
図１８は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＭを示す分解斜視図である。これは図５及び図６の加速度センサＢに対応するものであって、固定基板３２ａに開口した円錐状の接続孔４８の下面に支持部３３を陽極接合して接続孔４８を封止し、接続孔４８の内面に導電性被膜４９を形成して支持部３３と接続し、この導電性被膜４９を可動電極３９と導通させて可動電極３９を固定基板３２ａの上面へ引き出している。
【００７３】
図１９は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＮを示す分解斜視図である。これは図７の加速度センサＣに対応するものであって、固定基板３２ａ上面の接続孔４３，４８の周囲にそれぞれ外部電極パッド４５を設け、各外部電極パッド４５を導電性被膜４４，４９に電気的に接続させ、固定電極４０及び可動電極３９を固定基板３２ａの表面の各外部電極パッド４５へ引き出すようにしている。
【００７４】
図２０は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＰを示す分解斜視図である。これは図９の加速度センサＥに対応するものであって、固定基板３２ａよりもシリコン半導体基板３１の長さを長くして支持部３３の端部上面を固定基板３２ａから露出させ、当該露出部分に可動電極３９を外部へ引き出すための可動電極パッド４７を設けたものである。
【００７５】
図２１は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＱを示す分解斜視図である。これは図１３の加速度センサＪに対応するものであって、下の固定基板３２ｂに２つの接続孔４３，４８を開口し、独立領域３６の上面を固定電極４０のリード部４２に接続すると共に独立領域３６の下面で接続孔４３を封止し、当該接続孔４３の内面に導電性被膜４４を形成し、その周囲に外部電極パッド４５を形成している。また、もう一方の接続孔４８を支持部３３の陽極接合によって封止し、接続孔４８の導電性被膜４９を可動電極３９に導通させると共にその周囲に外部電極パッド４５を形成している。しかして、この下面の外部電極パッド４５を回路基板５１上面の接続パッド５２に半田接合させることにより回路基板５１上に圧力センサＱを機械的に固定すると共に固定電極４０及び可動電極３９を回路基板５１のボンディングパッド５３へ引き出すことができる。
【００７６】
図２２（ａ）（ｂ）（ｃ）は上記圧力センサＲの製造方法の一例を示すものであって、シリコン半導体基板３１の下面を電気化学エッチングして感圧ダイアフラム３４と、不要部分５４により支持部３３につながった独立領域３６とを形成し、さらにシリコン半導体基板３１をエッチングして不要部分５４の厚みを感圧ダイアフラム３４よりも薄くした後、図２２（ａ）に示すように当該シリコン半導体基板３１を固定基板３２ｂに陽極接合する。ついで、シリコン半導体基板３１をエッチングすると、独立領域３６の周囲の不要部分５４が除去され、図２２（ｂ）に示すように独立領域３６が支持部３３から分離される。この後、真空中、減圧雰囲気下もしくはガス雰囲気中において図２２（ｃ）のようにシリコン半導体基板３１の上面に固定基板３２ａを接合する。
【００７７】
このようにして不要部分５４の厚みを感圧ダイアフラム３４よりも薄くしておいてエッチングを行なえば、エッチング用マスクを用いることなくエッチングを行なうことができる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の容量型加速度センサ又は容量型圧力センサにあっては、固定基板に設けた導電体処理された接続孔によって固定電極等を外部へ取り出すことができるが、この接続孔は独立領域を接合させることによって封止されているので、接続孔を独立領域によって確実に塞ぐことができる。そして、固定電極を固定基板に貫通させた接続孔から外部へ引き出しているので、固定基板と半導体基板の接合面の周囲領域に固定電極引き出しのための電極が介在することがなく、固定基板と半導体基板とを隙間なく確実に接合させることができる。従って、固定電極や重り部等を空間内に高い密閉精度で封止することができ、ゴミや腐食性ガスなどが内部に侵入することがなく、センサの耐久性を向上させることができる。
【００７９】
しかも、固定電極と電気的に接続されている独立領域は重り部や感圧ダイアフラムを支持している支持部と独立して形成されているので、重り部や感圧ダイアフラムを形成されている半導体基板を用いて接続孔を塞ぐようにしたにも拘らず、独立領域を介して固定電極と可動電極とが短絡することがない。さらに、支持部の表面に密閉空間と独立領域とを結ぶ溝条を形成しているので、固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることができ、固定電極と可動電極の短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施例による容量型加速度センサを示す断面図である。（ｂ）はそのシリコン半導体基板の構造を示す下面図、（ｃ）は下の固定基板を示す上面図、（ｄ）は上の固定基板を示す下面図である。
【図２】同上の独立領域の近傍の構造を示す拡大断面図である。
【図３】独立領域の近傍の別な構造を示す拡大断面図である。
【図４】独立領域の近傍のさらに別な構造を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の別な実施例による容量型加速度センサを示す斜視図である。
【図６】同上の分解斜視図である。
【図７】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す分解斜視図である。
【図８】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す分解斜視図である。
【図９】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す分解斜視図である。
【図１０】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す断面図である。
【図１１】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサの独立領域の近傍の構造を示す部分拡大断面図である。
【図１２】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサの独立領域の近傍の構造を示す部分拡大断面図である。
【図１３】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す分解斜視図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサの製造方法を示す断面図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサの別な製造方法を示す断面図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサのさらに別な製造方法を示す断面図である。
【図１７】（ａ）は本発明の一実施例による容量型圧力センサを示す断面図である。（ｂ）はそのシリコン半導体基板の構造を示す下面図、（ｃ）は上の固定基板を示す下面図、（ｄ）は下の固定基板を示す平面図である。
【図１８】本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサを示す分解斜視図である。
【図１９】本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサを示す分解斜視図である。
【図２０】本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサを示す分解斜視図である。
【図２１】本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサを示す分解斜視図である。
【図２２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図２３】従来の加速度センサを示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン半導体基板
２ａ，２ｂ 固定基板
３ 支持部
４ 重り部
５ 梁部
６ａ、６ｂ 独立領域
８ 密閉空間
９ 可動電極
１０ 固定電極
１１ 溝条
１２ 固定電極のリード部
１３ 接続孔
１４ 導電性薄膜
１６ 高濃度不純物層
３１ シリコン半導体基板
３２ａ，３２ｂ 固定基板
３３ 支持部
３４ 感圧ダイアフラム
３６ａ，３６ｂ 独立領域
３８ 密閉空間
【産業上の利用分野】
本発明は、容量型加速度センサ及び容量型圧力センサに関する。具体的にいうと、本発明は、加速度や振動によって生じる重り部の変位を加速度の変化として検出する容量型の加速度センサに係るものである。また、本発明は、空気等の圧力によって生じる感圧ダイアフラムの変位を圧力の変化として検知する容量型の圧力センサに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２３に従来の容量型の加速度センサＷの断面図を示す。この加速度センサＷは、例えば自動車の加速度や振動、衝撃を検出する用途に用いることができるものであって、シリコン半導体基板１０１よりなる角枠状をした支持部１０２の開口部分の中央に重り部１０３が配設されており、重り部１０３は２本の梁部１０４によって片持ち状に支持部１０２に支持されている。重り部１０３は、梁部１０４の弾性変形によって重り部１０３の厚さ方向に自由に微小変形できるようになっており、重り部１０３の上下両面はそれぞれ可動電極１０５となっている。
【０００３】
支持部１０２の上面及び下面にはそれぞれガラス基板１０６ａ，１０６ｂが重ねられ、ガラス基板１０６ａ，１０６ｂの周辺部は陽極接合法により、支持部１０２に接合されている。支持部１０２の上面及び下面のガラス基板１０６ａ，１０６ｂの内面には、重り部１０３の可動電極１０５と微小なギャップを隔てて固定電極１０７が設けられており、重り部１０３の可動電極１０５と固定電極１０７との間に静電容量部が形成されている。
【０００４】
さらに、支持部１０２の上下のガラス基板１０６ａ，１０６ｂの外側には、シリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂが重ねられている。上下のガラス基板１０６ａ，１０６ｂにはそれぞれ接続孔１０９が設けられ、接続孔１０９に封入された導電性樹脂によって電極接続部１１０が形成され、電極接続部１１０は固定電極１０７と電気的に接続されている。また、シリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂには予めエッチングにより接続孔１０９の開口径より大きな開口径を有するエッチング孔１１１が設けられており、このエッチング孔１１１の内周面に金属薄膜により導電材料部１１２を形成して導電材料部１１２を電極接続部１１０に導通させることで、固定電極１０７を外部に引き出す構造となっている。
【０００５】
ところで、この加速度センサＷを作製するにあたっては、まずガラス基板１０６ａ，１０６ｂに接続孔１０９を形成し、この接続孔１０９に導電性樹脂を充填して電極接続部１１０を形成し、ガラス基板１０６ａ，１０６ｂに形成された固定電極１０７を電極接続部１１０と接続する。ついで、エッチング孔１１１を形成したシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂとガラス基板１０６ａ，１０６ｂとを陽極接合法にて接合した後に、これを支持部１０２の表面に接合し、最後にエッチング孔１１１内に金属薄膜等からなる導電材料部１１２を形成し、電極接続部１１０及び導電材料部１１２を介して固定電極１０７を導電材料部１１２へ電気的に接続し、固定電極１０７を外部に引き出すようにしている。一方、可動電極１０５を形成されたシリコン半導体基板１０１はガラス基板１０６ａ，１０６ｂによってシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂと電気的に絶縁されている。
【０００６】
ここで、一体に接合されたガラス基板１０６ａ，１０６ｂ及びシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂを支持部１０２に陽極接合する場合、エッチング孔１１１に導電材料部１１２を形成して固定電極１０７と導通させた後に支持部１０２及びシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂ間に電圧を加えて陽極接合すると、小さなギャップを隔てて対向している可動電極１０５と固定電極１０７が静電吸引力によって電気的に短絡してしまい、加速度センサＷの歩留りが低下してしまう。そこで、上述のようにシリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂにエッチング孔１１１を開口することで、電極接続部１１０とシリコン半導体基板１０１とが接触しないようにし、シリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂから固定電極１０７に至る電気的な経路を断った状態で、支持部１０２にガラス基板１０６ａ，１０６ｂ及びシリコン半導体基板１０１を陽極接合し、接合し終えた後にエッチング孔１１１内に導電材料部１１２を設けてシリコン半導体基板１０１を固定電極１０７に導通させ、可動電極１０５と固定電極１０７とが短絡して歩留りが低下するのを防いでいる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の加速度センサＷの構造のように、導電性樹脂により接続孔１０９を封止して形成された電極接続部１１０では、ゴミ等の外部からの異物の侵入を防ぐことができるが、その導電性樹脂の劣化のため、重り部１０３が形成されたセンサ内部を完全に、しかも、長期にわたりその気密性を保持することができない。このため、センサ内部の気密を保ちながら内部の固定電極１０７を外部へ取り出すことが困難となっており、腐食ガス雰囲気中で使用された場合には、重り部１０３や梁部１０４に変質や劣化が生じ、加速度センサＷの安定性に問題があった。さらに、電極接続部１１０の樹脂からアウトガスが発生する不都合もあった。
【０００８】
また、この加速度センサＷの作製にあたっては、シリコン半導体基板１０８ａ，１０８ｂにエッチング孔１１１を開口し、陽極接合後に再びエッチング孔１１１に導電材料部１１２を形成しなければならず、固定電極１０７を外部に引き出すための工程に手間が掛かっていた。
【０００９】
本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、センサ内部を完全に密封しながら内部の電極を外部へ引き出すことができると同時に、その製造工程が簡単で、しかも、回路基板当への実装が容易な容量型の加速度センサと圧力センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の容量型加速度センサは、半導体基板をエッチング加工して支持部と重り部と当該重り部を支持部に連結する梁部とを形成し、前記半導体基板の両面にそれぞれ固定基板を接合して前記重り部及び梁部を密閉空間内に封止し、前記重り部を可動電極とし、当該可動電極と対向させて少なくとも一方の固定基板に固定電極を形成し、前記可動電極と前記固定電極間の容量変化を加速度の変化として検出する容量型加速度センサにおいて、前記半導体基板の支持部から電気的に分離された独立領域を支持部内に設け、前記支持部の表面に前記密閉空間と前記独立領域とを結ぶ溝条を形成し、前記固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることによって当該リード部を前記独立領域に電気的に接続し、前記固定基板に前記独立領域と対向させて接続孔を貫通させ、当該接続孔を封止する位置で独立領域を固定基板に接合させ、前記接続孔に導電体処理を施すことにより独立領域を介して前記固定電極を前記接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の容量型加速度センサの一実施態様は、前記支持部に対向させて固定基板に第２の接続孔を開口し、当該第２の接続孔を封止する箇所で前記支持部を固定基板に接合させ、当該第２の接続孔に導電体処理を施すことにより前記支持部を介して前記可動電極を当該第２の接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の容量型圧力センサは、半導体基板をエッチング加工して支持部と弾性を有する感圧ダイアフラム部を形成し、前記半導体基板の両面に固定基板を接合して前記感圧ダイアフラム部の少なくとも片側の面を密閉空間内に封止し、前記感圧ダイアフラム部を可動電極とし、前記密閉空間内で前記可動電極と対向させて少なくとも一方の固定基板に固定電極を形成し、前記可動電極と前記固定電極間の容量変化を圧力の変化として検出する容量型圧力センサにおいて、前記半導体基板の支持部から電気的に分離された独立領域を支持部内に設け、前記支持部の表面に前記密閉空間と前記独立領域とを結ぶ溝条を形成し、前記固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることによって当該リード部を前記独立領域に電気的に接続し、前記固定基板に前記独立領域と対向させて接続孔を貫通させ、当該接続孔を封止する位置で独立領域を固定基板に接合させ、前記接続孔に導電体処理を施すことにより独立領域を介して前記固定電極を前記接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしたことを特徴としている。
【００１３】
本発明の容量型圧力センサの一実施態様は、前記支持部に対向させて固定基板に第２の接続孔を開口し、当該第２の接続孔を封止する箇所で前記支持部を固定基板に接合させ、当該第２の接続孔に導電体処理を施すことにより前記支持部を介して前記可動電極を当該第２の接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしたことを特徴としている。
【００２９】
【作用】
本発明の容量型加速度センサ又は容量型圧力センサにあっては、半導体基板内に形成した独立領域に固定電極を電気的に接続し、固定基板に貫通させた接続孔に導電体処理を施し、接続孔の位置で独立領域を固定基板に接合させているので、独立領域を介して固定電極を固定基板の表面側から外部へ取り出すことができる。また、固定基板に固定電極を引き出すための接続孔を貫通させたにも拘らず、接続孔を封止する位置で独立領域を固定基板に接合させているので、接続孔を独立領域によって確実に塞ぐことができ、重り部や梁部を密閉空間内に高い密閉精度で封止させることができる。
【００３０】
しかも、本発明の容量型加速度センサ及び容量型圧力センサにあっては、固定電極と電気的に接続されている独立領域は重り部や感圧ダイアフラムを支持している支持部と独立して形成されているので、重り部や感圧ダイアフラムを形成されている半導体基板を用いて接続孔を塞ぐようにしたにも拘らず、独立領域を介して固定電極と可動電極とが短絡することがない構造となっている。さらに、支持部の表面に密閉空間と独立領域とを結ぶ溝条を形成しているので、固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることができ、固定電極と可動電極の短絡を防止することができる。また、固定電極を固定基板と半導体基板との接合面の端部から外部へ引き出すのでなく、固定基板に貫通させた接続孔から固定基板の表面側へ引き出すことができるので、固定基板と半導体基板の接合面の周囲領域に固定電極引き出しのための電極が介在することがなく、重り部や感圧ダイアフラム等を密閉空間内に高い密閉精度で封止することができる。
【００３１】
本発明の容量型加速度センサ又は容量型圧力センサのそれぞれの実施態様にあっては、支持部に対向させて固定基板に第２の接続孔を開口し、第２の接続孔を封止する箇所で前記支持部を固定基板に接合させ、第２の接続孔に導電体処理を施すことにより前記支持部を介して可動電極を第２の接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしているので、重り部や感圧ダイアフラム部を密閉空間内に封止したままで、可動電極を固定基板の表面側から外部へ引き出すことができる。
【００４７】
【実施例】
図１に示すものは本発明の一実施例による容量型加速度センサＡであって、図１（ａ）は当該加速度センサＡの断面図、図１（ｂ）はシリコン半導体基板１の下面図、図１（ｃ）は下の固定基板２ｂを示す上面図、図１（ｄ）は上の固定基板２ａの下面図である。この加速度センサＡにおいては、シリコン半導体基板１をエッチング加工することによってフレーム状の支持部３、重り部４、梁部５及び一対の独立領域６ａ，６ｂが形成されている。重り部４は変位可能となるように支持部３よりも薄くなっており、弾性を有する一対の梁部５を介して支持部３の内周部中央で上下方向に変位可能に弾性的に支持されている。また、独立領域６ａ，６ｂは図示例では逆角錐台状に形成されており、同じく支持部３に角錐台状に開口された分離用孔７内に位置しており、独立領域６ａ，６ｂと支持部３とは電気的に互いに分離独立している。このシリコン半導体基板１の上下両面にはそれぞれ陽極接合法によってガラス基板等の絶縁性を有する固定基板２ａ，２ｂが接合されており、特に両固定基板２ａ，２ｂと支持部３とが外周部全周にわたってくまなく陽極接合されているので、重り部４及び梁部５は支持部３と両固定基板２ａ，２ｂによって囲まれた密閉空間８内に完全に封止されている。しかも、支持部３の上下両面と独立領域６ａ，６ｂの上下両面が各固定基板２ａ，２ｂに陽極接合されており、それによって支持部３と独立領域６ａ、６ｂとは互いの機械的関係を保ちながら互いに電気的に絶縁されている。
【００４８】
重り部４はシリコン半導体基板１によって形成されているため、その導電性によって重り部４の上下両面は可動電極（可動電極面）９となっている。この可動電極９は、図中には示していないが、梁部５及び支持部３を介して例えばシリコン半導体基板１（すなわち、支持部３）の外周側面等から外部へ電気的に取り出される。また、この可動電極９と対向させて上下の固定基板２ａ，２ｂの内面にはそれぞれ固定電極１０が設けられており、可動電極９と固定電極１０とによって加速度検出用の静電容量部が構成されている。
【００４９】
図１（ｂ）に示すように支持部３の下面には密閉空間８から一方の独立領域６ｂに向けて溝条１１が凹設されており、図１（ｃ）に示すように下面側の固定電極１０から延出されたリード部１２はこの溝条１１を通過して独立領域６ｂと電気的に接続されている。また、支持部３の上面にも密閉空間８から他方の独立領域６ａに向けて溝条１１が凹設されており、図１（ｄ）に示すように上面側の固定電極１０から延出されたリード部１２は溝条１１を通過して独立領域６ａと電気的に接続されている。図２にはリード部１２と独立領域６ａ，６ｂの電気的接続構造の一例を示してあり、リード部１２の端部を独立領域６ａ，６ｂの端面と固定基板２ａ，２ｂとの間に挟み込むようにしてリード部１２と独立領域６ａ，６ｂとを電気的に接続している。なお、図２には独立領域６ａだけを示すが、独立領域６ｂも同様な構造である。但し、リード部１２は溝条１１との間にギャップを隔てていて支持部３に接触することのないようにしてあり、これによって可動電極９と固定電極１０との短絡を防止している。さらに、下の固定基板２ｂには一方の独立領域６ｂと対向させて円柱状の接続孔１３を貫通させてある。独立領域６ｂの端面はこの接続孔１３の周囲で固定基板２ｂの上面に陽極接合されていて、接続孔１３の全周を完全に封止しており、密閉空間８の気密性が接続孔１３から漏れることのないようにしている。さらに、この接続孔１３の内面及び固定基板２ｂの下面全面に導電性被膜（金属被膜）１４を蒸着により形成し、接続孔１３内面の導電性被膜１４を独立領域６ｂの端面と電気的に接続している。同じく、上の固定基板２ａには他方の独立領域６ａと対向させて円柱状の接続孔１３を貫通させてあり、この接続孔１３の内面及び固定基板２ａの上面全面には導電性被膜１４を形成してある。独立領域６ａの端面は接続孔１３の周囲で固定電極２ａの下面に陽極接合されていて、接続孔１３の全周を完全に封止しており、密閉空間８の気密性が接続孔１３から漏れることのないようにしており、さらに、接続孔１３内の導電性被膜１４は独立領域６ａの端面と電気的に接合されている。よって、上面側の固定電極１０は上の固定基板２ａの上面へ引き出されており、下面側の固定電極１０は下の固定基板２ｂの下面へ引き出されている。なお、リード部１２と独立領域６ａ，６ｂとの接合箇所においては、図１及び図２に示すように、リード部１２の先端が接続孔１３に達しないようにしている。これはリード部１２が接続孔１３に接すると、その部分で固定基板２ａ，２ｂと独立領域６ａ，６ｂとの接合が妨げられ、接続孔１３の全周にわたって接続孔１３を封止できなくなって接続孔１３における気密性が損われるためである。
【００５０】
上記密閉空間８内は、真空状態に保持してもよく、減圧状態としてもよい。あるいは、密閉空間８内にガス（好ましくは、窒素等の不活性なガス）を充填しておいてもよい。
【００５１】
しかして、この容量型加速度センサＡにおいては、加速度や振動を検出すると、重り部４が加速度の大きさに応じて変位し、可動電極９と固定電極１０との間の静電容量が変化するので、信号処理回路等によってこの静電容量の変化を検出することにより加速度の大きさを知ることができる。
【００５２】
この加速度センサＡにあっては、支持部３と分離して形成した独立領域６ａ，６ｂに固定電極１０を電気的に接続し、固定基板２ａ，２ｂに貫通させた接続孔１３に導電性被膜１４を形成し、接続孔１３の周囲で独立領域６ａ，６ｂを固定基板２ａ，２ｂに接合させているので、独立領域６ａ，６ｂ及び導電性被膜１４を介して固定電極１０を固定基板２ａ，２ｂの表面へ取り出すことができる。また、固定基板２ａ，２ｂに固定電極１０を引き出すための接続孔１３を貫通させたにも拘らず、接続孔１３を封止する位置で独立領域６ａ，６ｂを固定基板２ａ，２ｂに陽極接合させているので、接続孔１３を独立領域６ａ，６ｂによって確実に塞ぐことができ、重り部４や梁部５を密閉空間８内に高い密閉精度で封止することができ、内部にゴミや腐食性のガス等が侵入するのを防止できる。
【００５３】
しかも、固定電極１０と電気的に接続されている独立領域６ａ，６ｂは重り部４を支持している支持部３と独立して形成されているので、重り部４等を形成されているシリコン半導体基板１を用いて接続孔１３を塞ぐようにしたにも拘らず、独立領域６ａ，６ｂを介して固定電極１０と可動電極９とが短絡することがない構造となっている。また、固定電極１０を固定基板２ａ，２ｂとシリコン半導体基板１との接合面の端部から外部へ引き出すのでなく、固定基板２ａ，２ｂに貫通させた接続孔１３から固定基板２ａ，２ｂの表面側へ引き出すことができるので、固定基板２ａ，２ｂとシリコン半導体基板１の接合面の周囲領域に固定電極１０を引き出すための電極構造が介在することがなく、重り部４や梁部５を密閉空間８内に高い精度で封止することができる。
【００５４】
また、図３は独立領域６ａ，６ｂとリード部１２との間の別な構成を示す部分拡大断面図である。図３に示すように（独立領域６ａだけを示すが、独立領域６ｂも同様な構造となっている）、独立領域６ａ，６ｂの端部ないし全体には、不純物拡散もしくはイオン打込みによって導電率の高い高濃度不純物層１６を形成してある。導電率の高い高濃度不純物層１６を設けることにより独立領域６ａ，６ｂとリード部１２との導通を確実にすると共に固定電極１０の引き出し抵抗を小さくすることができる。また、同じく図３の実施例では、独立領域６ａ，６ｂの端面外周部にはリード部１２の端部が納まるような凹溝１７を形成しておいてもよい。但し、この凹溝１７は固定基板２ａ，２ｂの接合孔と接しないよう離れた位置に設けてある。また、凹溝１７を形成しておけば、リード部１２の厚みによって独立領域６ａ，６ｂと固定基板２ａ，２ｂとの接合が妨げられにくくなる。もっとも、リード部１２と独立領域６ａ，６ｂとが圧接する必要もあるので、凹溝１７の深さはリード部１２の厚みよりも浅いことが好ましい。
【００５５】
また、図４は独立領域６ａ，６ｂとリード部１２との間のまた別な構成を示す部分拡大断面図である。この実施例においては、独立領域６ａ，６ｂの端面に設けた凹溝１７の内面に蒸着法等によって電極膜１８を形成してある。このような構成によれば、当該電極膜１８とリード部１２の端部とが圧接することによってリード部１２と独立領域６ａ，６ｂとの電気的接続を確実にさせることができる。
【００５６】
図５及び図６は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＢを示す斜視図及び分解斜視図である。この加速度センサＢにあっては、支持部３の独立領域６ａ，６ｂの中間領域に対向させて上の固定基板２ａに円錐状の接続孔１９を開口してあり、固定基板２ａ下面の接続孔１９全周は固定基板２ａとシリコン半導体基板１とを陽極接合する際に支持部３に接合されており、これによって接続孔１９の下面周囲が気密的に封止されている。さらに、この接続孔１９の内面にも導電性被膜２０が形成されている。従って、可動電極９は、密閉空間８を完全に封止したままで支持部３及び導電性被膜２０を介して固定基板２ａの上面へ電気的に引き出されている。
【００５７】
また、下の固定基板２ｂの下面には、接続孔１３の導電性被膜１４と連続的に外部電極パッド１５を設けてある。そして、加速度センサＡは回路基板２１上に載置され、下面の外部電極パッド１５を回路基板２１の接続パッド２２に電気的及び機械的に接合される。回路基板２１には接続パッド２２とつながったボンディングパッド２３が設けられている。この結果、両固定電極１０及び可動電極９が加速度センサＢの上面ないし回路基板２１の上面へ取り出され、信号処理回路等との接続を容易にすることができる。
【００５８】
図７は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＣを示す分解斜視図である。この加速度センサＣにおいては、上の固定基板２ａに設けた接続孔１３，１９の周囲に各導電性被膜１４，２０と導通した外部電極パッド１５を設けている。また、下の固定基板２ｂに設けた接続孔１３の周囲にも導電性被膜１４と導通した外部電極パッド１５を設けている。この実施例では、全ての接続孔１３，１９に外部電極パッド１５を設けているから、ワイヤボンディング等による回路基板２１の電極パッドや信号処理回路（図示せず）等との接合をより一層容易にすることができる。例えば、下面の外部電極パッド１５は回路基板２１の接続パッド２２に半田接合し、上面の外部電極パッド１５と信号処理回路とをワイヤボンディングによって接続することができる。
【００５９】
図８は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＤを示す分解斜視図である。この実施例では、上の固定基板２ａに設けられた２つの接続孔１３，１９のうち一方の接続孔、例えば１３の周囲にのみ外部電極パッド１５を設けたものである。外部電極パッドを有していない接続孔１９では、例えば導電性接着剤を用いてボンディングワイヤの端部を導電性被膜２０に結線することができる。
【００６０】
図９は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＥを示す分解斜視図である。この加速度センサＥにおいては、上の固定基板２ａが支持部３よりも短くなっており、支持部３と固定基板２ａ，２ｂを重ねて接合した状態で支持部３の端部が上の固定基板２ａからはみ出すようになっている。この支持部３上面の露出部分には蒸着金属膜等によって可動電極パッド２４が設けられている。この加速度センサＥにあっても、可動電極パッド２４によって固定基板２ａと支持部３との陽極接合が妨げられないので、密閉空間８の気密性を損うことなく、上面側に配置した可動電極パッド２４へ可動電極９を電気的に引き出すことができる。しかも、図６〜図８の実施例のように固定基板２ａに接続孔１９や導電体被膜２０等を形成する必要がなく、センサ製作プロセスを簡単にすることができる。また、上下の固定基板２ａ，２ｂの接続孔１３の周囲に導電性被膜１４と導通した外部電極パッド１５を設けている。
【００６１】
図１０は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＦを示す断面図である。この加速度センサＦにあっては、導電性被膜１４を形成された接続孔１３の内部にエポキシ樹脂等の封止部材２５を充填している。このように接続孔１３の内部に封止部材２５を充填することにより接続孔１３での封止性を向上させることができ、また、封止部材２５によって導電性被膜１４の浮き上がりを防止できるので、導電性被膜１４が独立領域６ａ，６ｂから剥離して導通不良となることを防げる。
【００６２】
図１１は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＧにおける独立領域６ａ，６ｂの構造を示す拡大断面図である。このように独立領域６ａ，６ｂの接続孔１３と対向する端面に、不純物拡散やイオン打込み等によって接続孔１３よりも小さな面積で高濃度不純物層１６を形成すれば、接続孔１３内の導電性被膜１４との電気的な接続を向上させることができ、導電性被膜１４との間における電気的な断線を確実に防止することができる。
【００６３】
図１２は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＨにおける独立領域６ａ，６ｂの構造を示す拡大断面図である。この実施例では、独立領域６ａ，６ｂの接続孔１３と対向する端面に接続孔１３よりも小さな面積で高濃度不純物層１６を形成し、さらに、高濃度不純物層１６の上に接続孔１３の開口面積よりも小さな金属薄膜パッド２６を形成している。従って、接続孔１３内の導電性被膜１４との電気的な接続をより向上させ、導電性被膜１４との間における電気的な断線をなくすことができる。
【００６４】
図１３は本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサＪの分解斜視図である。この実施例では、下の固定基板２ｂに３つの接続孔１３，１９，１３を開口してある。上面側の固定電極１０と上面を導通させられた一方の独立領域６ａは下面を一つの接続孔１３の周囲に接合されて接続孔１３を封止しており、その接続孔１３内の導電性被膜１４に導通している。また、下面側の固定電極１０と下面を導通させられた別な独立領域６ｂは同じく下面で別な接続孔１３の周囲に接合されて当該接続孔１３を封止しており、その接続孔１３内の導電性被膜１４と導通している。さらに、接続孔１９の周囲には支持部３が接合されて接続孔１９が封止されており、当該接続孔１９内の導電性被膜２０には可動電極９が導通している。これら下の固定電極２ｂに設けられた各接続孔１３，１９，１３の下面周囲にはそれぞれ外部電極パッド１５が設けられており、これらの外部電極パッド１５を回路基板２１の接続パッド２２に半田接合することにより加速度センサＡを回路基板２１上に機械的に固定すると共に各固定電極１０及び可動電極９を回路基板２１のボンディングパッド２３に電気的に接続している。このような構造によれば、全ての外部電極パッド１５を下面に配置して回路基板２１の接続パッド２２に半田接合させることができ、ワイヤボンディングによる接合を無くすことができる。
【００６５】
図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサＫの製造方法を示す断面図である。なお、図１４では図１の容量型加速度センサＡと同様な構造を例にとって説明しているが、他の実施例の加速度センサであってもよいことはいうまでもない（以下同じ）。まず、シリコン半導体基板１の重り部４下面及び溝条１１となる領域（また、不要部分２７となる領域を含んでいてもよい）を浅くエッチングした後、支持部３、重り部４及び独立領域６ａ，６ｂとなる領域の下面をエッチング用マスクで覆い、電気化学エッチングによって下面側からシリコン半導体基板１を深くエッチングして梁部５及び不要部分２７の各下面を形成する。ついで、支持部３及び独立領域６ａ，６ｂとなる領域の上面をエッチング用マスクで覆って上面側からシリコン半導体基板１をウエットエッチング法又はドライエッチング法（例えば、ＲＩＥ法）によってエッチングして重り部４、梁部５及び不要部分２７の各上面と溝条１１を形成し、重り部４、梁部５、独立領域６ａ，６ｂ及び支持部３が薄い不要部分２７でつながったシリコン半導体基板１を作製する。ここで、不要部分２７全体及び梁部５の厚みは同じ厚み（一定厚み）となっている。ついで、固定電極１０と接続孔１３を設けた固定基板２ｂの上面に当該シリコン半導体基板１を載置し、図１４（ａ）に示すように支持部３及び独立領域６ａ，６ｂの下面を固定基板２ｂに陽極接合法で接合し、固定電極１０のリード部１２を独立領域６ｂの下面に導通させ、接続孔１３を独立領域６ｂの下面で封止すると同時に各独立領域６ａ，６ｂの周囲の分離用孔７の下面を固定基板２ｂによって封止し、さらに接続孔１３の内面及び固定基板２ｂの下面に導電性被膜１４と外部電極パターン１５を形成する。この後、図１４（ａ）に示すように支持部３、重り部４及び梁部５の上面をエッチング用マスク２８で覆い、シリコン半導体基板１の不要部分２７をエッチングによって除去し、図１４（ｂ）のように重り部４及び梁部５を上下方向に弾性的に変位可能にすると同時に、独立領域６ａ，６ｂを支持部３から電気的に分離する。ここで、不要部分２７を除去するエッチングは、ウエットエッチング法でもドライエッチング法（例えば、ＲＩＥ法）でもよい。ついで、図１４（ｃ）に示すように、固定電極１０と接続孔１３を形成された上の固定基板２ａをシリコン半導体基板１の上面に陽極接合法によって接合し、その固定電極１０のリード部１２を独立領域６ａの上面に導通させ、その接続孔１３を独立領域６ａの上面によって封止すると同時に各独立領域６ａ，６ｂの周囲の分離用孔７の上面を固定基板２ａで封止し、さらに接続孔１３の内面及び固定基板２ａの上面に導電性被膜１４と外部電極パターン１５を形成し、加速度センサＫを完成する。
【００６６】
このようにして加速度センサＫを作製すれば、独立領域６ａ，６ｂがまだ支持部３から完全に分離されていない状態で支持部３及び独立領域６ａ，６ｂを固定基板２ｂに接合させ、その後独立領域６ａ，６ｂを支持部３から分離させているので、支持部３と独立領域６ａ，６ｂとの位置関係を精度よく一定位置に保ちながら独立領域６ａ，６ｂを支持部３から島状に分離させることができ、センサ製造プロセスを簡便にすることができる。また、シリコン半導体基板１の下面を電気化学エッチングによって深くエッチングすれば、そのエッチング深さをシリコン半導体基板１に印加した電位によって制御することができるので、梁部５の厚み精度を得ることができ、この結果重り部４も梁部５も厚み精度を得ることができ、センサ製造の歩留りが向上する。さらに、不要部分２７と梁部５の厚みを均一にしているので、シリコン半導体基板１の上面側からのエッチング加工を一度で行なうことができる。
【００６７】
図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサＫの別な製造方法を示す図である。シリコン半導体基板１を固定基板２ｂに接合した後、不要部分２７をエッチングによって除去する際、エッチング槽内は真空ないし減圧されているので、重り部４及び梁部５の周囲の不要部分２７を除去した瞬間に重り部４と固定基板２ｂの間の空間に密閉されていた空気が瞬間的に外部へ噴出し、その衝撃が重り部４に加わって梁部５が破損する恐れがある。この実施例はこのような不都合を防止し、加速度センサＫの歩留りを向上させるものである。すなわち、この実施例では、不要部分２７と梁部５とが同じ厚みのシリコン半導体基板１を作製した後、もう一度シリコン半導体基板１をエッチングして独立領域６ａ，６ｂの周囲の不要部分２７の少なくとも一部領域２７ａの厚みを薄くしている。図１５（ａ）のように当該シリコン半導体基板１を固定基板２ａに接合した後、当該シリコン半導体基板１をエッチングすると、まず独立領域６ａ，６ｂ周囲の不要部分２７のうち比較的厚みの薄い領域２７ａがエッチング除去され、図１５（ｂ）に示すように重り部４と固定基板２ｂの間の空間に密閉されていた空気は溝条１１を通じて独立領域６ａ，６ｂの周囲の開口から排気され、重り部４と固定基板２ｂの間の空間が外部と同じ真空ないし減圧状態となる。従って、遅れて残りの厚みの比較的厚い不要部分２７が除去された時に空気の噴出によって梁部５等が破損されるのを防止することができる。この後、図１５（ｃ）のようにシリコン半導体基板１の上面には固定基板２ａが接合される。
【００６８】
図１４の構成でも、２種のエッチング用マスクを用いてエッチングによる不要部分２７の除去工程を２度に分けることによってエア噴き出しによる梁部５等の破損を防止できるが、図１５の方法によればエッチング工程は１度で済み、エッチング時のエッチング用マスクが１種で足りることになる。
【００６９】
図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明のさらに別な製造方法を示す断面図である。この実施例では、不要部分２７と梁部５とが同じ厚みのシリコン半導体基板１を作製した後、もう一度シリコン半導体基板１をエッチングして重り部４又は梁部５の周囲の不要部分２７の一部を開口している。図１６（ａ）のように当該シリコン半導体基板１を固定基板２ａに接合した後、これをエッチング槽に入れてエッチング槽内を減圧した時点で既に重り部４と固定基板２ｂの間の空間は真空ないし減圧状態となるので、図１６（ｂ）のように当該シリコン半導体基板１をエッチングして不要部分２７を除去しても、空気の噴出によって梁部５等が破損することがない。こうしてエッチングによって全ての不要部分２７を除去して重り部４及び梁部５を可動状態とした後、支持部３の上面に固定基板２ａを陽極接合する（図１６（ｃ））。
【００７０】
上記実施例ではいずれも容量型加速度センサの場合について説明したが、上記各実施例はそれぞれ容量型圧力センサにも適用することができる。
【００７１】
図１７（ａ）は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＬを示す断面図、図１７（ｂ）はシリコン半導体基板３１の下面図、図１７（ｃ）は上の固定基板３２ａの下面図、図１７（ｄ）は下の固定基板３２ｂの平面図である。この圧力センサＬにあっては、シリコン半導体基板３１によって支持部３３、感圧ダイアフラム３４及び独立領域３６を形成してあり、薄膜状の感圧ダイアフラム３４は支持部３３に支持されており、独立領域３６は分離用孔３７によって支持部３３と電気的に分離されている。すなわち、独立領域３６は支持部３３に開口された分離用孔３７内に島状に配置されている。また、シリコン半導体基板３１の上面及び下面には固定基板３２ａ，３２ｂが陽極接合法によって接合されている。感圧ダイアフラム３４の上面は可動電極３９となっており、可動電極３９と対向させて固定基板３２ａの内面には固定電極４０が設けられ、可動電極３９及び固定電極４０によって圧力検出用の静電容量部が形成されている。支持部３３上面の固定基板３２ａから露出した領域には、可動電極３９を電気的に外部へ引き出すための可動電極パッド４７が設けられている。また、固定電極４０から延出されたリード部４２は、支持部３３と接触することなく支持部３３の上面に凹設された溝条４１を通過して独立領域３６と導通させられている。固定基板３２ａの独立領域３６と対向する位置には円柱状の接続孔４３が開口されており、接続孔４３周囲の固定基板３２ａ下面には独立領域３６の上端面が陽極接合されており、独立領域３６によって接続孔４３が完全に封止されている。この場合も、リード部４２は接続孔４３の位置まで達しないようにしている（図３参照）。また、独立領域３６には高濃度不純物層を形成したり、リード部４２の納まる凹溝を設けたりしても差し支えない。さらに、接続孔４３の内面及び固定基板３２ａの上面には導電性被膜４４が形成されており、接続孔４３内の導電性被膜４４は独立領域３６と電気的に接合されており、したがって固定電極４０と電気的に導通している。こうして、固定電極４０と感圧ダイアフラム３４の間の密閉空間３８は完全密閉されており、この密閉空間３８は真空にしたり、減圧したり、ガスを封入して一定圧力に保ち、基準圧力を得られるようにしている。下面側の固定基板３２ｂには圧力導入口３５が開口されている。しかして、圧力導入口３５の内側の圧力導入室４６へ流体が導かれると、感圧ダイアフラム３４がその圧力によって撓み、それによって可動電極３９と固定電極４０との間の静電容量が変化するので、その静電容量値を検出することによって流体の圧力を知ることができる。また、密閉空間３８の周囲は支持部３３と固定基板３２ａ，３２ｂの陽極接合と独立領域３６による接続孔４３の封止によって完全に密閉されており、真空漏れやガス漏れ、あるいはゴミ等の侵入を確実に防止することができる。なお、上記実施例では、固定電極４０は一方の固定基板３２ａにのみ設けたが、他方の固定基板３２ｂの内面にも感圧ダイアフラム３４と対向させて固定電極を設けても差し支えない。また、下面側の固定基板３２ｂは少なくとも独立領域３６の周囲の分離用孔３７を密閉できるだけあれば差し支えない。
【００７２】
図１８は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＭを示す分解斜視図である。これは図５及び図６の加速度センサＢに対応するものであって、固定基板３２ａに開口した円錐状の接続孔４８の下面に支持部３３を陽極接合して接続孔４８を封止し、接続孔４８の内面に導電性被膜４９を形成して支持部３３と接続し、この導電性被膜４９を可動電極３９と導通させて可動電極３９を固定基板３２ａの上面へ引き出している。
【００７３】
図１９は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＮを示す分解斜視図である。これは図７の加速度センサＣに対応するものであって、固定基板３２ａ上面の接続孔４３，４８の周囲にそれぞれ外部電極パッド４５を設け、各外部電極パッド４５を導電性被膜４４，４９に電気的に接続させ、固定電極４０及び可動電極３９を固定基板３２ａの表面の各外部電極パッド４５へ引き出すようにしている。
【００７４】
図２０は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＰを示す分解斜視図である。これは図９の加速度センサＥに対応するものであって、固定基板３２ａよりもシリコン半導体基板３１の長さを長くして支持部３３の端部上面を固定基板３２ａから露出させ、当該露出部分に可動電極３９を外部へ引き出すための可動電極パッド４７を設けたものである。
【００７５】
図２１は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサＱを示す分解斜視図である。これは図１３の加速度センサＪに対応するものであって、下の固定基板３２ｂに２つの接続孔４３，４８を開口し、独立領域３６の上面を固定電極４０のリード部４２に接続すると共に独立領域３６の下面で接続孔４３を封止し、当該接続孔４３の内面に導電性被膜４４を形成し、その周囲に外部電極パッド４５を形成している。また、もう一方の接続孔４８を支持部３３の陽極接合によって封止し、接続孔４８の導電性被膜４９を可動電極３９に導通させると共にその周囲に外部電極パッド４５を形成している。しかして、この下面の外部電極パッド４５を回路基板５１上面の接続パッド５２に半田接合させることにより回路基板５１上に圧力センサＱを機械的に固定すると共に固定電極４０及び可動電極３９を回路基板５１のボンディングパッド５３へ引き出すことができる。
【００７６】
図２２（ａ）（ｂ）（ｃ）は上記圧力センサＲの製造方法の一例を示すものであって、シリコン半導体基板３１の下面を電気化学エッチングして感圧ダイアフラム３４と、不要部分５４により支持部３３につながった独立領域３６とを形成し、さらにシリコン半導体基板３１をエッチングして不要部分５４の厚みを感圧ダイアフラム３４よりも薄くした後、図２２（ａ）に示すように当該シリコン半導体基板３１を固定基板３２ｂに陽極接合する。ついで、シリコン半導体基板３１をエッチングすると、独立領域３６の周囲の不要部分５４が除去され、図２２（ｂ）に示すように独立領域３６が支持部３３から分離される。この後、真空中、減圧雰囲気下もしくはガス雰囲気中において図２２（ｃ）のようにシリコン半導体基板３１の上面に固定基板３２ａを接合する。
【００７７】
このようにして不要部分５４の厚みを感圧ダイアフラム３４よりも薄くしておいてエッチングを行なえば、エッチング用マスクを用いることなくエッチングを行なうことができる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の容量型加速度センサ又は容量型圧力センサにあっては、固定基板に設けた導電体処理された接続孔によって固定電極等を外部へ取り出すことができるが、この接続孔は独立領域を接合させることによって封止されているので、接続孔を独立領域によって確実に塞ぐことができる。そして、固定電極を固定基板に貫通させた接続孔から外部へ引き出しているので、固定基板と半導体基板の接合面の周囲領域に固定電極引き出しのための電極が介在することがなく、固定基板と半導体基板とを隙間なく確実に接合させることができる。従って、固定電極や重り部等を空間内に高い密閉精度で封止することができ、ゴミや腐食性ガスなどが内部に侵入することがなく、センサの耐久性を向上させることができる。
【００７９】
しかも、固定電極と電気的に接続されている独立領域は重り部や感圧ダイアフラムを支持している支持部と独立して形成されているので、重り部や感圧ダイアフラムを形成されている半導体基板を用いて接続孔を塞ぐようにしたにも拘らず、独立領域を介して固定電極と可動電極とが短絡することがない。さらに、支持部の表面に密閉空間と独立領域とを結ぶ溝条を形成しているので、固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることができ、固定電極と可動電極の短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施例による容量型加速度センサを示す断面図である。（ｂ）はそのシリコン半導体基板の構造を示す下面図、（ｃ）は下の固定基板を示す上面図、（ｄ）は上の固定基板を示す下面図である。
【図２】同上の独立領域の近傍の構造を示す拡大断面図である。
【図３】独立領域の近傍の別な構造を示す拡大断面図である。
【図４】独立領域の近傍のさらに別な構造を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の別な実施例による容量型加速度センサを示す斜視図である。
【図６】同上の分解斜視図である。
【図７】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す分解斜視図である。
【図８】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す分解斜視図である。
【図９】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す分解斜視図である。
【図１０】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す断面図である。
【図１１】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサの独立領域の近傍の構造を示す部分拡大断面図である。
【図１２】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサの独立領域の近傍の構造を示す部分拡大断面図である。
【図１３】本発明のさらに別な実施例による容量型加速度センサを示す分解斜視図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサの製造方法を示す断面図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサの別な製造方法を示す断面図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明による容量型加速度センサのさらに別な製造方法を示す断面図である。
【図１７】（ａ）は本発明の一実施例による容量型圧力センサを示す断面図である。（ｂ）はそのシリコン半導体基板の構造を示す下面図、（ｃ）は上の固定基板を示す下面図、（ｄ）は下の固定基板を示す平面図である。
【図１８】本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサを示す分解斜視図である。
【図１９】本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサを示す分解斜視図である。
【図２０】本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサを示す分解斜視図である。
【図２１】本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサを示す分解斜視図である。
【図２２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明のさらに別な実施例による容量型圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図２３】従来の加速度センサを示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン半導体基板
２ａ，２ｂ 固定基板
３ 支持部
４ 重り部
５ 梁部
６ａ、６ｂ 独立領域
８ 密閉空間
９ 可動電極
１０ 固定電極
１１ 溝条
１２ 固定電極のリード部
１３ 接続孔
１４ 導電性薄膜
１６ 高濃度不純物層
３１ シリコン半導体基板
３２ａ，３２ｂ 固定基板
３３ 支持部
３４ 感圧ダイアフラム
３６ａ，３６ｂ 独立領域
３８ 密閉空間
Claims (4)
- 半導体基板をエッチング加工して支持部と重り部と当該重り部を支持部に連結する梁部とを形成し、前記半導体基板の両面にそれぞれ固定基板を接合して前記重り部及び梁部を密閉空間内に封止し、前記重り部を可動電極とし、当該可動電極と対向させて少なくとも一方の固定基板に固定電極を形成し、前記可動電極と前記固定電極間の容量変化を加速度の変化として検出する容量型加速度センサにおいて、
前記半導体基板の支持部から電気的に分離された独立領域を支持部内に設け、
前記支持部の表面に前記密閉空間と前記独立領域とを結ぶ溝条を形成し、
前記固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることによって当該リード部を前記独立領域に電気的に接続し、
前記固定基板に前記独立領域と対向させて接続孔を貫通させ、
当該接続孔を封止する位置で独立領域を固定基板に接合させ、
前記接続孔に導電体処理を施すことにより独立領域を介して前記固定電極を前記接続孔から電気的に外部へ取り出すようにしたことを特徴とする容量型加速度センサ。 - 前記支持部に対向させて固定基板に第２の接続孔を開口し、
当該第２の接続孔を封止する箇所で前記支持部を固定基板に接合させ、
当該第２の接続孔に導電体処理を施すことにより前記支持部を介して前記可動電極を当該第２の接続孔から電気的に外部へ取り出すようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の容量型加速度センサ。 - 半導体基板をエッチング加工して支持部と弾性を有する感圧ダイアフラム部を形成し、前記半導体基板の両面に固定基板を接合して前記感圧ダイアフラム部の少なくとも片側の面を密閉空間内に封止し、前記感圧ダイアフラム部を可動電極とし、前記密閉空間内で前記可動電極と対向させて少なくとも一方の固定基板に固定電極を形成し、前記可動電極と前記固定電極間の容量変化を圧力の変化として検出する容量型圧力センサにおいて、
前記半導体基板の支持部から電気的に分離された独立領域を支持部内に設け、
前記支持部の表面に前記密閉空間と前記独立領域とを結ぶ溝条を形成し、
前記固定電極から延出させたリード部を支持部に接触させることなく当該溝条に挿通させることによって当該リード部を前記独立領域に電気的に接続し、
前記固定基板に前記独立領域と対向させて接続孔を貫通させ、
当該接続孔を封止する位置で独立領域を固定基板に接合させ、
前記接続孔に導電体処理を施すことにより独立領域を介して前記固定電極を前記接続孔から電気的に外部へ取り出すようにした
ことを特徴とする容量型圧力センサ。 - 前記支持部に対向させて固定基板に第２の接続孔を開口し、
当該第２の接続孔を封止する箇所で前記支持部を固定基板に接合させ、
当該第２の接続孔に導電体処理を施すことにより前記支持部を介して前記可動電極を当該第２の接続孔から電気的に外部へ取り出すようにした
ことを特徴とする請求項３に記載の容量型圧力センサ。
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