(57)【要約】【課題】シリコン基板の錘部の共振特性を安定化させることの可能な半導体物理量センサを得る。【解決手段】加速度センサ（半導体物理量センサ）１は、錘部２５が形成されたシリコン基板２と、シリコン基板２の一方の面２ａに接合されるとともに、電位を取り出すためのスルーホール（開口穴）３１が形成された第１の絶縁基板３と、シリコン基板２の他方の面２ｂに接合される第２の絶縁基板４と、第１の絶縁基板３と第２の絶縁基板４とで画成され、錘部２５の動作を許容する内部空間８と、第１の絶縁基板３の開口穴３１の周縁部におけるシリコン基板２への接合面と、シリコン基板２の前記周縁部と対向する位置の第１の絶縁基板３への接合面とのうち少なくとも何れか一方に設けられ、内部空間８とスルーホール（開口穴）３１とを連通させる連通孔７と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錘部が形成されたシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の面に接合されるとともに、電位を取り出すための開口穴が形成された第１の絶縁基板と、
前記シリコン基板の他方の面に接合される第２の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板とで画成され、前記錘部の動作を許容する内部空間と、
前記第１の絶縁基板の前記開口穴の周縁部における前記シリコン基板への接合面と、前記シリコン基板の前記周縁部と対向する位置の前記第１の絶縁基板への接合面とのうち少なくとも何れか一方に設けられ、前記内部空間と前記開口穴とを連通させる連通孔と、
を備えることを特徴とする半導体物理量センサ。
【請求項２】
前記連通孔が、前記シリコン基板側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体物理量センサ。
【請求項３】
前記連通孔には、異物の浸入を抑制するトラップ部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体物理量センサ。
【請求項４】
前記トラップ部が、二股状または二股以上に前記連通孔の通路を分岐させた分岐部であることを特徴とする請求項３に記載の半導体物理量センサ。
【請求項５】
前記トラップ部が、渦巻状に前記連通孔の通路を旋回させた渦巻部であることを特徴とする請求項３に記載の半導体物理量センサ。
【請求項６】
前記連通孔が、前記開口穴から前記錘部と離間する方向に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のうち何れか１項に記載の半導体物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、錘部が形成されたシリコン基板と、シリコン基板の一方の面に接合されるとともに、電位を取り出すための開口穴が形成された第１の絶縁基板と、シリコン基板の他方の面に接合される第２の絶縁基板と、を備えた半導体物理量センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなセンサにあっては、シリコン基板と第１の絶縁基板および第２の絶縁基板とを例えば陽極接合などによって接合するようになっている。そして、シリコン基板と一対の絶縁基板とを接合した時に、錘部の周辺に第１の絶縁基板と第２の絶縁基板とで画成された内部空間が形成され、これにより錘部の動作性の確保が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０２２０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術にあっては、内部空間が第１の絶縁基板と第２の絶縁基板とで密閉された空間部となっているため、錘部の共振特性（Ｑ値）が安定化し難くいという問題があった。
【０００６】
すなわち、錘部の共振特性は錘部の周辺の気圧に依存することとなるが、その錘部の周辺の気圧は、シリコン基板と絶縁基板との接合持の環境に依存することとなるため、プロセスバラつきの影響を受けやすく安定化し難くなる。したがって、錘部の共振特性も安定化し難くなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、シリコン基板の錘部の共振特性を安定化させることの可能な半導体物理量センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、錘部が形成されたシリコン基板と、前記シリコン基板の一方の面に接合されるとともに、電位を取り出すための開口穴が形成された第１の絶縁基板と、前記シリコン基板の他方の面に接合される第２の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板とで画成され、前記錘部の動作を許容する内部空間と、前記第１の絶縁基板の前記開口穴の周縁部における前記シリコン基板への接合面と、前記シリコン基板の前記周縁部と対向する位置の前記第１の絶縁基板への接合面とのうち少なくとも何れか一方に設けられ、前記内部空間と前記開口穴とを連通させる連通孔と、を備えることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、前記連通孔が、前記シリコン基板側に設けられていることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第３の特徴は、前記連通孔には、異物の浸入を抑制するトラップ部が設けられていることを要旨とする。
【００１１】
本発明の第４の特徴は、前記トラップ部が、二股状または二股以上に前記連通孔の通路を分岐させた分岐部であることを要旨とする。
【００１２】
本発明の第５の特徴は、前記トラップ部が、渦巻状に前記連通孔の通路を旋回させた渦巻部であることを要旨とする。
【００１３】
本発明の第６の特徴は、前記連通孔が、前記開口穴から前記錘部と離間する方向に形成されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、内部空間と開口穴とを連通させる連通孔を設けたので、連通孔を介して大気を内部空間に導入することができ、内部空間における錘部の周辺の気圧を安定化させて錘部の共振特性を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体物理量センサの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す半導体物理量センサの開口穴近傍の斜視図である。
【図４】図１に示す半導体物理量センサの連通孔の変形例を示した図であって、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる半導体物理量センサの図１のＡ−Ａ線と同位置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。なお、以下では、半導体物理量センサとして静電容量式の加速度センサを例示する。また、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１７】
[第１実施形態]
本実施形態の加速度センサ１は、図１〜図３に示すように、半導体素子ディバイスを形成したシリコン基板２と、そのシリコン基板２の上面（一方の面）２ａに接合される第１の絶縁基板３と、下面（他方の面）２ｂに接合される第２の絶縁基板４と、を備えている。
【００１８】
シリコン基板２は、フレーム２１と、そのフレーム２１の内側に配置される一対の島部２２と、一対の島部２２の間に配置される錘部２５と、錘部２５と一方の島部２２との間および錘部２５と他方の島部２２との間に配置される一対の矩形枠２４と、を備えている。
【００１９】
一対の島部２２は、フレーム２１の長手方向（図１の上下方向）両側に、フレーム２１と隙間をあけた状態で配置されている。一対の矩形枠２４は、その一対の島部２２の長手方向（図１の上下方向）の内側にそれぞれ設けられ、これら一対の矩形枠２４と一対の島部２２とが支持部２３によって連結されている。
【００２０】
錘部２５は、略長方形状を成しており、長辺側の対向する二辺の略中央が、一対のビーム（ばね部）２６によって矩形枠２４に連結されている。これにより、錘部２５は、一対のビーム２６によって一対の島部２２および一対の矩形枠２４に対して揺動自在に支持されている。
【００２１】
また、シリコン基板２は、フレーム２１の四隅に配置されて図示せぬ検出電極が設けられた電極島２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄを備えている。そして、電極島２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄの検出電極（図示せぬ）は、それぞれ第１の絶縁基板３および第２の絶縁基板４に設けられる固定電極（図示せぬ）と電気的に接続されるようになっている。一方、一対の島部２２のうちの一方側には、錘部２５（可動電極）と電気的に接続された図示せぬ接地電極が形成されている。
【００２２】
第１の絶縁基板３は、本実施形態ではガラス基板により形成されている。そして、第１の絶縁基板３の錘部２５と対向する位置の下面３ｂには、平面視で一対のビーム２６を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側と他方側とにそれぞれ固定電極が設けられるようになっている。この固定電極は、錘部２５の表面２５ａに対して所定の間隔をあけて対向配置される。
【００２３】
第２の絶縁基板４も、本実施形態ではガラス基板により形成されている。そして、第２の絶縁基板４の錘部２５と対向する位置の上面４ａには、平面視で一対のビーム２６を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側と他方側とにそれぞれ固定電極が設けられるようになっている。この固定電極は、錘部２５の下面２５ｂに対して所定の間隔をあけて対向配置される。
【００２４】
そして、図１に示すように、第１の絶縁基板３の一方の島部２２における接地電極と対向する位置には、錘部２５（可動電極）の電位を取り出すためのスルーホール（開口穴）３１が形成されている。また、第１の絶縁基板３の電極島２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄの検出電極と対向する位置にも、固定電極の電位を取り出すためのスルーホール（図示せぬ）が形成されるようになっている。そして、このスルーホール３１およびスルーホール（図示せぬ）を介して、接地電極と固定電極にそれぞれ接続された検出電極とが外部に露出、配線される。こうして、接地電極と検出電極の電位を外部に取り出せるようにしている。
【００２５】
また、図２に示すように、シリコン基板２と第１の絶縁基板３および第２の絶縁基板４との接合面にはギャップ６およびギャップ５がそれぞれ形成されている。すなわち、シリコン基板２の少なくとも錘部２５と一対の絶縁基板３、４との間にギャップ６、５が形成されており、これにより、シリコン基板２各部の絶縁性や錘部２５の動作性の確保が図られている。
【００２６】
なお、本実施形態では、シリコン基板２の上面２ａを、錘部２５の形成領域およびその周縁部を含めて凹設することで、錘部２５の上方への変位を許容するギャップ６を形成している。また、第２の絶縁基板４の上面４ａを、錘部２５の形成領域およびその周縁部を含めて凹設することで、錘部２５の下方への変位を許容するギャップ５を形成している。
【００２７】
そして、シリコン基板２と第１の絶縁基板３とを接合するとともに、その第１の絶縁基板３が接合されたシリコン基板２に対して第２の絶縁基板４を接合することにより、三層構造の加速度センサ１が形成される。なお、シリコン基板２と第１の絶縁基板３および第２の絶縁基板４の接合方法としては例えば陽極接合などを用いることができる。
【００２８】
このとき、シリコン基板２の錘部２５の周辺には、第１の絶縁基板３と第２の絶縁基板４とで画成された内部空間８が形成されることになる。そして、そのギャップ６およびギャップ５による内部空間８は、一対の絶縁基板３、４により密閉された空間部となる。このように、内部空間８が密閉されてしまうと錘部２５の周辺の密閉空間気圧がプロセスバラつきの影響をうけバラつくため、錘部２５の共振特性（Ｑ値）も製造バラつきが大きくなってしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態では、シリコン基板２のスルーホール（開口穴）３１の周縁部と対向する位置の第１の絶縁基板３への接合面に、内部空間８をスルーホール（開口穴）３１を介して大気と連通させる連通孔７を設けている。
【００３０】
具体的には、図３に示すように、本実施形態の連通孔７は、上述したシリコン基板２の接合面に凹溝を設けることで形成されている。連通孔７は、一端側がスルーホール３１内にオーバーラップしてスルーホール３１と連通しているとともに、他端側が島部２２の側面に開口して内部空間８と連通している。
【００３１】
なお、本実施形態では、連通孔７をシリコン基板２側に設けるようにしたが、第１の絶縁基板３側に設けるようにしてもよい。この場合、連通孔７は、第１の絶縁基板３のスルーホール３１の周縁部におけるシリコン基板２への接合面に設けられることになる。
【００３２】
また、図１にも示すように、本実施形態では、連通孔７がスルーホール３１から錘部２５と離間する方向に形成されている。すなわち、本実施形態では、連通孔７が錘部２５と離間する方向となるフレーム２１の長手方向（図１の上下方向）の外側に向けて延在している。これにより、塵埃などの異物が連通孔７内に浸入したとしても、その浸入した異物が錘部２５に達するのを抑制できるようにしている。
【００３３】
以上、説明したように、本実施形態によれば、シリコン基板２のスルーホール（開口穴）３１の周縁部と対向する位置の第１の絶縁基板３への接合面に、内部空間８とスルーホール３１とを連通させる連通孔７を設けている。そのため、連通孔７を介して大気を内部空間８に導入することができ、内部空間８における錘部２５の周辺の気圧を安定化させて錘部２５の共振特性（Ｑ値）を安定化させることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、連通孔７をスルーホール（開口穴）３１の形成部位に設けたので、加速度センサ（半導体物理量センサ）１の使用時に、連通孔７内に塵埃などの異物が浸入してしまうのを抑制することができるという利点がある。すなわち、スルーホール（開口穴）３１は通常、錘部２５の電位を取り出すためにスルーホール３１の内周面上にかけて導電性薄膜が成膜されることととなる。したがって、その導電性薄膜によって連通孔７の開口を塞ぐことができるようになるので好適である。
【００３５】
さらに、本実施形態では、連通孔７をシリコン基板２側に設けたので、連通孔７の加工精度を高めることができる。すなわち、連通孔７を第１の絶縁基板３と比べて硬度の低いシリコン基板２に形成することができるので、第１の絶縁基板３側に連通孔７を形成する場合と比べて加工精度が高まるとともに、連通孔７の形状の自由度も広がる。
【００３６】
さらにまた、本実施形態では、連通孔７をスルーホール（開口穴）３１から錘部２５と離間する方向に形成している。そのため、万が一塵埃などの異物が連通孔７内に浸入したとしても、その浸入した異物が錘部２５に達するのを抑制することができ、異物が錘部２５の揺動の妨げとなって動作不良を起こしてしまうことなどを防止することができる。
【００３７】
次に、図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照して、第１実施形態にかかる連通孔の変形例について説明する。図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す変形例では、連通孔７Ａ、７Ｂ、７Ｃに、異物の浸入を抑制するトラップ部４０を設けた点が上記第１実施形態と異なっている。
【００３８】
具体的には、図４（ａ）に示すように、第１変形例にかかる連通孔７Ａでは、トラップ部４０として二股状に連通孔７Ａの通路７ａを分岐させた分岐部１１を設けている。
【００３９】
本変形例では、連通孔７Ａの上流側（スルーホール３１側）で二股状に分岐した通路７ａは、連通孔７Ａの下流側（内部空間８側）において再び合流するようになっている。
【００４０】
以上の構成の本変形例にあっても、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。
【００４１】
また、本変形例では、連通孔７Ａに異物の浸入を抑制するトラップ部４０を設けたので、万が一塵埃などの異物が連通孔７内に浸入したとしても、その浸入した異物が内部空間８に達してしまうのを抑制することができる。したがって、加速度センサ１が動作不良を起こしてしまうリスクを低減させることができる。
【００４２】
さらに、本変形例では、トラップ部４０が、二股状に連通孔７Ａの通路７ａを分岐させた分岐部１１であるので、上記第１実施形態と比べて、通路７ａの全長を長くとることができ、その分、塵埃などの異物が内部空間８に達してしまうのを抑制することができる。
【００４３】
図４（ｂ）は、連通孔７Ｂの第２変形例を示した図であり、本変形例が上記第１変形例と主に異なる点は、分岐部１２として三股状（二股以上）に連通孔７Ｂの通路７ａを分岐させたことにある。また、本変形例では、分岐部１２を連通孔７Ｂの通路７ａに複数設けた点も上記第１変形例と異なっている。
【００４４】
以上の構成の本変形例にあっても、上記第１実施形態および第１変形例と同様の作用、効果を得ることができる。
【００４５】
また、本変形例では、分岐部１２を複数設けるとともに、その分岐部１２が二股以上で連通孔７Ａの通路７ａを分岐させる構成となっているため、上記第１変形例と比べて、通路７ａを複雑化させることができる。したがって、塵埃などの異物が内部空間８に達してしまうのをより一層抑制することができる。
【００４６】
図４（ｃ）は、連通孔７Ｃの第３変形例を示した図であり、本変形例が上記第１および第２変形例と主に異なる点は、トラップ部４０として渦巻状に連通孔７Ｃの通路７ａを旋回させた渦巻部１３を設けたことにある。
【００４７】
以上の構成の本変形例にあっても、上記第１実施形態、第１および第２変形例と同様の作用、効果を得ることができる。
【００４８】
また、本変形例では、トラップ部４０が、渦巻状に連通孔７Ｃの通路７ａを旋回させた渦巻部１３であるので、上記第１実施形態と比べて、通路７ａの全長を長くとることができ、その分、塵埃などの異物が内部空間８に達してしまうのを抑制することができる。
【００４９】
［第２実施形態］
図５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は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。
【００５０】
本実施形態の加速度センサ１Ａが上記第１実施形態と主に異なる点は、連通孔７を第１の絶縁基板３側に設けたことにある。
【００５１】
すなわち、本実施形態では、連通孔７が第１の絶縁基板３のスルーホール３１の周縁部におけるシリコン基板２への接合面に設けられている。連通孔７は、一端側がスルーホール３１の内周面に開口してスルーホール３１と連通しているとともに、他端側が第１の絶縁基板３の下面３ｂに開口して内部空間８と連通している。
【００５２】
以上の構成の本実施形態にあっても、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。
【００５３】
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。
【００５４】
例えば、上記各実施形態では、連通孔７を錘部２５の電位を取り出すためのスルーホール（開口穴）３１に設けるようにしたが、固定電極の電位を取り出すためのスルーホール（図示せぬ）に設けるようにしてもよい。
【００５５】
また、上記第１〜第３変形例では、異物の浸入を抑制するトラップ部４０として分岐部１１、１２や渦巻部１３を設けたが、これに限定されない。例えば、トラップ部４０として通路７ａ内にコンデンサを設け、そのコンデンサによる静電引力によって塵埃などの異物を集塵させたり、通路７ａ内にトラップ用の溝を設けたりしてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、半導体物理量センサとして静電容量式の加速度センサを例示したが、これに限定されず、スルーホール（開口穴）が形成されたすべての半導体物理量センサに適用することができる。
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
１    加速度センサ（半導体物理量センサ）
２    シリコン基板
２５  錘部
３    第１の絶縁基板
３１  スルーホール（開口穴）
４    第２の絶縁基板
７    連通孔
８    内部空間
【図１】
2014055875.tif 000003
【図２】
2014055875.tif 000004
【図３】
2014055875.tif 000005
【図４】
2014055875.tif 000006
【図５】
2014055875.tif 000007