(57)【要約】【課題】  シリコン基板とガラス基板との陽極接合の際に、質量体とガラス基板との対向面が付着して離れず、動作不良により加速度の測定ができなくなる恐れのない容量式加速度センサを得る。【解決手段】  一対の固定電極２Ａ、３Ａと、これらの間に配設された質量体４Ａａを有する可動電極４Ａとが形成されたシリコン基板１Ａと、シリコン基板１Ａの両主面に陽極接合された一対のガラス基板６Ａ、７Ａとを備え、質量体４Ａａとガラス基板６Ａ、７Ａとの間にはそれぞれ隙間が形成されており、質量体４Ａａの両主面の少なくとも一方側における質量体４Ａａ又は一対のガラス基板６Ａ、７Ａの対向面の少なくとも一方に、これらの付着を防止する付着防止手段として窒化珪素膜１１を被着させた。【選択図】        図６
2006133245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の固定電極間に配設された可動部を有する可動電極と、前記可動部にそれぞれ隙間を介して対向配設された一対の保護カバーとを備えた容量式加速度センサにおいて、前記一対の保護カバーの前記可動部との対向面の少なくとも一方、若しくは前記可動部の前記一対の保護カバーとの対向面の少なくとも一方に、前記一対の保護カバーと前記可動部との対向面の付着を防止する付着防止手段を有することを特徴とする容量式加速度センサ。
【請求項２】
付着防止手段は保護カバーの表面に被着された前記保護カバーの材質と異なる異種材質膜からなることを特徴とする請求項１記載の容量式加速度センサ。
【請求項３】
付着防止手段は保護カバーの表面を非鏡面に形成したものであることを特徴とする請求項１記載の容量式加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一対の固定電極とこれらの間に配設された可動部を有する可動電極とを一対の絶縁性保護カバーにより密封した容量式加速度センサ及びその製造方法に関し、特に、前記可動部と前記一対の絶縁性保護カバーとの衝突の衝撃緩和に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
容量式加速度センサは、加速度センシング部をシリコン基板内に形成し、該シリコン基板をガラス基板でサンドイッチ状に挟み込んだ構造を為し、半導体微細加工技術を用いて製造するため、均一な品質で、安価、大量に製造可能であり、近年、自動車用のエアバッグセンサ等の加速度検出素子として広く用いられるようになった。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３２０９０号公報  （図８）
【０００４】
図１０は、従来の容量式加速度センサにおける加速度センシング部を示す平面図、図１１は図１０におけるＡ−Ａ断面を示す模式図である。図において、１はシリコン基板であり、シリコンウエハの異方性エッチングによって固定電極２、３及び可動電極４からなる加速度センシング部と外枠５とが形成されている。６、７はシリコン基板１の両主面にそれぞれ固着された一対の保護カバーとしてのガラス基板であり、シリコン基板１とは陽極接合されている。
【０００５】
固定電極２は固定電極端子部２ａを、固定電極３は固定電極端子部３ａを備えている。そして、可動電極４は、固定電極２、３の間に配設された可動部としての質量体４ａと、アンカーとしての可動電極端子部４ｂと、質量体４ａと可動電極端子部４ｂ間を接続する梁４ｃとを備え、質量体４ａは固定電極２、３とそれぞれ隙間Ｇを介して対向している。そして、外枠５はＧＮＤ端子部５ａを備え、固定電極２、３及び可動電極４を取囲むように形成されている。また、質量体４ａとガラス基板６との対向面間には、シリコン基板１のエッチングにより隙間Ｘが形成されている。
【０００６】
そして、ガラス基板７には、固定電極端子部２ａ、３ａ、可動電極端子部４ｂ及びＧＮＤ端子部５ａを外部接続可能にスルーホール７ａがそれぞれ形成され、各スルーホール７ａから覗く固定電極端子部２ａ、３ａ、可動電極端子部４ｂ及びＧＮＤ端子部５ａの位置にアルミニウム膜９が蒸着されていると共に、質量体４ａとの対向面に凹部７ｂが形成され、隙間Ｙが形成されている。さらに、固定電極２、３及び可動電極４と外枠５との間には空隙Ｚが形成され、固定電極２、３及び可動電極４が、ガラス基板６、７と外枠５とにより密封保護されると共に、質量体４ａが梁４ｃを介してガラス基板６、７とシリコン基板１との接合面に平行に変位可能に支持されている。
【０００７】
なお、シリコン基板１は、その厚さに比べて固定電極２、３と質量体４ａとの隙間Ｇの幅や質量体４ａの梁４ｃの幅が極めて小さなハイアスペクト比の構造が得られるように、その両主面を単結晶シリコンウエハの結晶方位が（１１０）の面と一致させ、この結晶面に対して垂直となる結晶方位が（１１１）の面に沿ってウエットエッチングされており、従って、図１０から明らかなように、加速度センシング部の平面形状は鋭角が約７０度、鈍角が約１１０度の平行四辺形を為す。なお、１０は、シリコン基板１上に隙間Ｇ等を形成するに際し、シリコン基板１に被着された二酸化珪素膜からなるマスクにおける、シリコン基板１とガラス基板６との間に挟まれ、除去工程において除去されずに残った部分である。
【０００８】
次に、この容量式加速度センサにおける加速度センシング部の動作について説明する。この加速度センシング部は、アンカーとしての可動電極端子部４ｂに梁４ｃを介して変位自在に支持された質量体４ａをセンシング部の質量とし、所定幅の隙間Ｇを介して対向する固定電極２、３と可動電極４との対向面をセンシング部の容量Ｃの対向電極として利用している。
【０００９】
このセンシング部に、質量体４ａの変位可能方向と一致する方向に加速度が加わると、質量体４ａの変位により隙間Ｇの寸法が変化し、前記容量Ｃが前記加速度の大小に応じて変化するので、この容量Ｃの変化を計測することによりセンシング部が受けた加速度を外付けの加速度演算手段（図示せず）により演算する。この容量Ｃの変化を利用した容量式加速度センサは、質量体４ａの変位可能方向と一致する方向の加速度測定を可能とし、実用に供される。
【００１０】
なお、梁４ｃの幅はその厚さに比較して狭く、質量体４ａの変位可能方向に直交するガラス基板６、７側へは変位し難い構造を為すが、例えば落下等により大きな衝撃を受けた場合には、質量体４ａがガラス基板６、７の対向面に衝突して破損したり、また、シリコン基板１とガラス基板６、７の陽極接合に際して、その電圧印加時に、質量体４ａがガラス基板６、７の何れかに吸着され、電圧印加を止めた後においても、これらの対向面が付着して離れず、加速度の測定ができなくなる恐れがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の容量式加速度センサは、以上のように構成されているので、例えば、落下等により、質量体４ａがガラス基板６、７の対向面に衝突して破損する恐れがあるという問題点があった。さらに、シリコン基板１とガラス基板６、７の陽極接合に際し、質量体４ａとガラス基板６、７との対向面が付着して離れず、動作不良により加速度の測定ができなくなる恐れがあるという問題点があった。
【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、落下等により可動部が破損したり、該可動部が保護カバーの対向面に付着して離れず、動作不良により加速度の測定ができなくなる恐れのない容量式加速度センサ及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明に係わる容量式加速度センサは、一対の固定電極間に配設された可動部を有する可動電極と、該可動部にそれぞれ隙間を介して対向配設された一対の保護カバーとを備えた容量式加速度センサにおいて、前記一対の保護カバーの前記可動部との対向面の少なくとも一方、若しくは前記可動部の前記一対の保護カバーとの対向面の少なくとも一方に、前記一対の保護カバーと前記可動部との対向面の付着を防止する付着防止手段を有するものである。
【００１４】
第２の発明に係わる容量式加速度センサは、第４の発明に係わる容量式加速度センサにおいて、付着防止手段が保護カバーの表面に被着された前記保護カバーの材質と異なる異種材質膜からなるものである。
【００１５】
第３の発明に係わる容量式加速度センサは、第４の発明に係わる容量式加速度センサにおいて、付着防止手段が保護カバーの表面を非鏡面に形成したものである。
【発明の効果】
【００１６】
また、第１の発明によれば、一対の保護カバーの可動部との対向面の少なくとも一方、若しくは前記可動部の前記一対の保護カバーとの対向面の少なくとも一方に、前記可動部と前記保護カバーとの付着を防止する付着防止手段を備えたので、前記可動部が前記保護カバーと密着しても離間不能による誤動作の恐れのない高信頼性の容量式加速度センサが得られる効果がある。
【００１７】
また、第２の発明によれば、付着防止手段として保護カバーの表面に前記保護カバーとは異種材質の膜を被着したので、前記保護カバーの製造工程において、可動部と前記保護カバーとが密着しても化学的に接合する恐れがなく、製造時の不良発生を防止できる容量式加速度センサを安価に得られる効果がある。
【００１８】
また、第３の発明によれば、付着防止手段として保護カバーの表面を非鏡面に形成したので、可動部が前記保護カバーと密着しても離間不能になる恐れが少ないと共に、前記凹凸は前記保護カバーの製造工程において容易かつ安価に得られるので、高信頼性の容量式加速度センサを安価に得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図１から図３に基づき説明する。図１は容量式加速度センサの断面を示す模式図、図２は容量式加速度センサのガラス基板の製造方法の説明用模式図、図３は容量式加速度センサの製造方法の説明用模式図である。図中、従来例と同じ符号で示されたものは従来例のそれと同一若しくは同等なものを示す。尚、容量式加速度センサにおける平面図は図１０に示した従来例とほぼ同じであり、図示を省略する。
【００２０】
図１において、１Ａは厚さ約１４０μｍのシリコン基板であり、エッチングによって固定電極２Ａ、３Ａ及び可動電極４Ａからなる加速度センシング部と外枠５Ａとが形成されている。６Ａ、７Ａはシリコン基板１Ａの両主面にそれぞれ陽極接合された保護カバーとしての熱膨張係数がシリコンに近い厚さ約４００μｍの硼珪酸系の耐熱性のガラス基板である。
【００２１】
固定電極２Ａは固定電極端子部２Ａａを、固定電極３Ａは固定電極端子部３Ａａを備えている。また、可動電極４Ａは固定電極２Ａと固定電極３Ａとの間に配設された可動部としての質量体４Ａａ、アンカーとしての可動電極端子部（図示せず）、及び質量体４Ａａと前記可動電極端子部とを接続する梁（図示せず）にて形成されている。そして、固定電極２Ａ、３Ａ及び前記可動電極端子部がガラス基板６Ａ、７Ａに接合固着されると共に質量体４Ａａが前記梁を介して変位可能に支持され、かつ、外枠５Ａとガラス基板６Ａ、７Ａとにより固定電極２Ａ、３Ａ及び可動電極４Ａを密封保護している。
【００２２】
質量体４Ａａはガラス基板６Ａ側に突起した凸部４Ａｂを有し、質量体４Ａａの断面形状がＴ字状を為す。そして、凸部４Ａｂの先端部にはガラス基板６Ａとの対向面４Ａｃが形成されており、質量体４Ａａがガラス基板６Ａ側へ変位した場合には、凸部４Ａｂの対向面４Ａｃがガラス基板６Ａに当接し、質量体４Ａａの変位を規制する。
【００２３】
即ち、質量体４Ａａを支持する前記梁は、その幅がその厚さに比較して狭く、質量体４Ａａはガラス基板６Ａ、７Ａ側へは変位し難い構造を為すが、落下等の大きな衝撃を受けるとガラス基板６Ａ、７Ａ側へ変位してこれらと衝突する恐れがあり、この変位量が大きいと受ける衝撃も大きく、前記梁若しくは質量体４Ａａが破損する恐れがある。それゆえ、質量体４Ａａにガラス基板６Ａ側に突起した凸部４Ａｂを形成し、該凸部４Ａｂに、そのガラス基板６Ａ側への変位を規制するストッパーとしての役割を持たせた。
【００２４】
さらに、ガラス基板６Ａには、質量体４Ａａの凸部４Ａｂとの対向面に深さ約１５μｍの凹部６Ａａが形成され、凹部６Ａａの底面には、凸部４Ａｂとの衝突による衝撃を緩衝するための緩衝材としての厚さ約５μｍのアルミニウム層８が蒸着により被着されている。
【００２５】
なお、質量体４Ａａは、固定電極２Ａとの対向面４Ａｄ、３Ａとの対向面４Ａｅを備え、この対向面４Ａｄ、４Ａｅは、その長さが約３０００μm、厚さが約５０μm、隙間Ｇの幅が約５μmの細長いスリット状を為す。
【００２６】
また、ガラス基板７Ａには、固定電極端子部２Ａａ、３Ａａ、可動電極端子部（図示せず）、外枠５ＡのＧＮＤ端子部（図示せず）の位置にスルーホール７Ａａがそれぞれ形成されており、各スルーホール７Ａａから覗く固定電極端子部２Ａａ、３Ａａ、前記可動電極端子部、外枠５Ａの前記ＧＮＤ端子部に外部接続可能にアルミニウム膜９が蒸着されている。さらに、ガラス基板７Ａには、質量体４Ａａとの対向面に深さ約２０μｍの凹部７Ａｂが形成され、かつ、凹部７Ａｂの中央部に厚さ約１０μｍの凸部７Ａｃが形成されている。
【００２７】
即ち、質量体４Ａａの凸部４Ａｂとガラス基板６Ａの凹部６Ａａに被着されたアルミニウム層８との間には約１０μｍ幅の隙間ＸＡが形成され、質量体４Ａａとガラス基板７Ａの凸部７Ａｃとの間にも約１０μｍ幅の隙間ＹＡが形成されている。なお、固定電極２Ａ、３Ａ及び可動電極４Ａと外枠５Ａとの間に空隙ＺＡが形成されている。
【００２８】
次に、図１に示した加速度センサの製造方法について図２、図３を用いて説明する。図２Ａは完成したガラス基板６Ａの断面を示す図であり、厚さ約４００μmのガラス基板６Ａの一方の主面に、選択的にサンドブラストを行って深さ約１５μmの凹部６Ａａを形成し、次に、凹部６Ａａに約５μmのアルミニウム層８を蒸着した後、凹部６Ａａ周辺の余分なアルミニウム層を除去してガラス基板６Ａができあがる。
【００２９】
図２Ｂから図２Ｅはガラス基板７Ａの製造方法を示すものである。まず、図２Ｂに示すように、厚さ約４００μmのガラス基板７Ａの一方の主面における質量体（図１における４Ａａ）との対向面を除いてレジスト膜からなるマスク１０Ａを設け、サンドブラストにより深さ約１０μmの凹部７Ａｂを形成する。次に、図２Ｃに示すように、凹部７Ａｂの中央部にレジスト膜からなるマスク１０Ｂを設け、さらにサンドブラストにより凹部７Ａｂの前記主面からの深さを約２０μmとし、凹部７Ａｂの中央部に高さ１０μmの凸部７Ａｃを形成する。
【００３０】
さらに、図２Ｄに示すように、ガラス基板７Ａのもう一方の主面にレジスト膜からなるマスク１０Ｃを設け、一対の固定電極端子部（図示せず）、可動電極端子部（図示せず）、枠体の端子部（図示せず）に対応する位置に、サンドブラストによりスルーホール７Ａａをそれぞれ形成し、図２Ｅに示すごとき形状のガラス基板７Ａができあがる。
【００３１】
次に、図３Ｆに示すように、両面が鏡面研磨された厚さ約２５０μmのウエハ状のシリコン基板１Ａの一方の面に二酸化珪素膜からなるマスク１０Ｄを形成し、深さ約５０μmの細溝１Ａａ及び溝１Ａｂを選択的に異方性エッチングにより形成する。
【００３２】
即ち、シリコン基板１Ａを形成する半導体ウエハは、その主表面の結晶方位が（１１０）のシリコンウエハであり、この表面に二酸化珪素膜からなるマスク１０Ｄを形成し、例えば、濃度約２０重量％の水酸化カリウム水溶液のごとき異方性エッチング液を用いて、結晶方位が（１１１）の面に沿って異方性エッチングを行い、細溝１Ａａ及び溝１Ａｂを形成する。この時、細溝１Ａａの深さが約５０μmとなるようにウエットエッチングを行うが、同時形成される溝１Ａｂの開口幅が細溝１Ａａの開口幅に比べて格段に広いので、必然的に細溝１Ａａよりも相当に深く形成される。
【００３３】
なお、単結晶シリコンウエハの結晶方位が（１１０）の面に対して垂直となる結晶方位が（１１１）の面に沿ってエッチングするので、溝の深さｄに比べて溝幅ｗが極めて小さくなるようなハイアスペクト比（例えば、ｗ／ｄ＜０．０５）の細溝１Ａａが形成される。
【００３４】
次に、図３Ｇに示すように、ガラス基板７Ａの凹部７Ａｂを形成した面と、シリコン基板１Ａの細溝１Ａａ、溝１Ａｂを形成した面とを密着させてこれらを陽極接合により接合する。即ち、ウエハ状のシリコン基板１Ａとガラス基板７Ａとを位置合せして密着させ、不活性雰囲気中で、例えば３５０℃から４５０℃程度の高温に保持した状態で、ガラス基板７Ａ側が負極（−）、シリコン基板１Ａの裏面が正極（＋）になるように、例えば、２００Ｖから１０００Ｖ程度の直流電圧を加え、数分から数時間保持した後に冷却する。この結果、シリコン基板１Ａとガラス基板７Ａとの接触部分が原子間接合されて一体となる。
【００３５】
なお、マスク１０Ｄとして二酸化珪素膜が１μm程度であれば、これを挟んだ状態であってもガラス基板７Ａとシリコン基板１Ａとの陽極接合が可能であるので、前記接合に際し、マスク１０Ｄを被着したまま陽極接合する。次に、ガラス基板７Ａと一体化されたシリコン基板１Ａは、その約２５０μmの厚さの表面をラップオフ（研削）して約１４０μmの厚さに、即ち、前工程で形成した溝１Ａｂが露出しない程度の厚さに仕上げる。
【００３６】
次に、図３Ｈに示すように、ガラス基板７Ａと一体化されたシリコン基板１Ａの表面に、比較的低温で被着可能な窒化珪素膜からなるマスク１０Ｅを設けて選択的にシリコン異方性エッチングを行い、質量体４Ａａの固定電極２Ａ、３Ａとの対向面近傍、即ち、間隙Ｇの部分が約５０μmの厚さに形成されるように、深さ約９０μmの凹部１Ａｃを、その中央部に凸部１Ａｄを残すように形成すると共に、溝１Ａｅを形成し、凹部１Ａｃと先に形成した細溝１Ａａとを連通させることにより隙間Ｇを、溝１Ａｅと先に形成した溝１Ａｂとを連通させることにより空隙ＺＡを形成し、シリコン基板１Ａを固定電極２Ａ、３Ａ、凸部４Ａｂを有する質量体４Ａａ、及び外枠５Ａ等に分離する。
【００３７】
なお、シリコン基板１Ａの素材として、厚さ約２５０μmのシリコンウエハを用いた理由はハンドリングの容易さからであり、ガラス基板７Ａと一体化後のシリコン基板１Ａをラップオフして薄形化を図った理由は、ガラス基板７Ａが約４００μmの厚さを有し、ハンドリング上の問題がないので、厚さ約５０μmの質量体４Ａａを形成するに際し、凹部１Ａｃのエッチング深さをできるだけ浅くするためである。
【００３８】
次に、ガラス基板７Ａと一体化されたシリコン基板１Ａの露出したマスク１０Ｄ、１０Ｅを溶解除去した後、図３Ｉに示すように、シリコン基板１Ａの表面にガラス基板６Ａの凹部６Ａａが形成され、アルミニウム層８が被着された面を密着させて陽極接合する。即ち、シリコン基板１Ａとガラス基板７Ａとの陽極接合の場合とほぼ同じ環境下で、ガラス基板７Ａの側が負極（−）、ガラス基板６Ａの側が正極（＋）になるように直流電圧を印加して直接接合する。次に、図１に示すごとく、シリコン基板１Ａにおけるガラス基板７Ａの各スルーホール７Ａａから覗ける位置の表面に厚さ約３μmのアルミニウム薄膜９を被着し、加速度センサが完成する。
【００３９】
上記、図３に示した製造方法の特徴は、シリコン基板１Ａの一方の主面における固定電極２Ａ、３Ａと質量体４Ａａとを分離する隙間Ｇを形成するに際して、図３Ｆに示すごとく、シリコン基板１Ａがガラス基板７Ａとの陽極接合前であるので、細溝１Ａａを形成するためのマスク１０Ｄとして、１０００℃以上の高温処理を要するがシリコン基板１Ａの表面に対して密着性が極めて優れた二酸化珪素膜を形成でき、水酸化カリウム水溶液を用いたウエットエッチングにおいて、このエッチング液がシリコン基板１Ａと前記二酸化珪素膜との接合面の間に浸入することがなく、極めて優れたハイアスペクト比の隙間Ｇが得られる。
【００４０】
以上のようにして得られた質量体４Ａａをセンシング部の可動部質量とし、隙間Ｇで対向する固定電極２Ａ、３Ａと質量体４Ａａにおける固定電極２Ａ、３Ａとの対向面４Ａｄ、４Ａｅとがセンシング部の容量Ｃの対向電極として利用され、この対向電極の容量Ｃの変化の測定により質量体４Ａａの変位可能方向に加わる加速度を測定する。
【００４１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図４、図５に基づき説明する。図４は容量式加速度センサの断面を示す模式図、図５は容量式加速度センサの製造方法の説明用模式図である。なお、図４に示した容量式加速度センサは、図１に示した実施の形態１の容量式加速度センサとは、後述するその製造方法が異なり、シリコン基板１Ａが厚さ約７０μｍに形成され、ガラス基板６Ａの凹部６Ａａに設けられた緩衝材として金／クロム層８Ａが形成された点を除いて、即ち、凹部６Ａａにクロム層を被着し、その上に金層を被着した点を除いて図１に示したものと同じ構造であり、図４に示した構造の説明を省略する。なお、１０Ｆはシリコン基板１Ａの主面に被着した後述のマスクである。
【００４２】
次に、図５Ｊから図５Ｍに基づき、図４に示した加速度センサの製造方法を説明する。図３に示した実施の形態１の製造方法とは、シリコン基板１Ａに対する細溝１Ａａ、溝１Ａｂを形成する工程と、凹部１Ａｃ、溝１Ａｅを形成する工程の順序が逆になっている点が大きな相違点であり、その他の工程は図３に示した製造方法とほぼ同じである。
【００４３】
即ち、図５Ｊに示すように、厚さ約２５０μmのシリコン基板１Ａの一方の面に二酸化珪素膜からなるマスク１０Ｆを設けてエッチングにより、中央部に凸部１Ａｄを残すように厚さ約２０μmの凹部１Ａｃと溝１Ａｅとを形成し、図５Ｋに示すように、凹部１Ａｃの形成面にマスク１０Ｆを再被着し、ガラス基板６Ａにおける凹部６Ａａが形成され、金／クロム層８Ａが被着された面と、シリコン基板１Ａの凹部１Ａｃの形成面とを密着させて陽極接合により一体化後、シリコン基板１Ａの表面をラップオフして約７０μmの厚さに仕上げる。
【００４４】
次に、図５Ｌに示すように、シリコン基板１Ａの表面に比較的低温で形成可能な窒化珪素膜からなるマスク１０Ｇを設けて選択的にシリコン異方性エッチングを行って細溝１Ａａ、溝１Ａｂを形成し、これらと先に形成した凹部１Ａｃ、溝１Ａｅとをそれぞれ連通させて隙間Ｇ、空隙ＺＡを形成する。
【００４５】
次に、ガラス基板６Ａと一体化されたシリコン基板１Ａの露出したマスク１０Ｆ、１０Ｇを溶解除去した後、図５Ｍに示すように、シリコン基板１Ａの主面とガラス基板７Ａにおける凹部７Ａｂの形成面と密着させて陽極接合し、シリコン基板１Ａにおけるガラス基板７Ａのスルーホール７Ａａから覗ける位置に厚さ約３μmのアルミニウム薄膜９を被着して図４に示すごとき加速度センサが完成する。
【００４６】
上記、図５に示した製造方法によれば、細溝１Ａａを形成するためのマスク１０Ｇとして、シリコン基板１Ａがガラス基板６Ａと陽極接合された後であるので、比較的低温で形成可能な窒化珪素膜を形成する。なお、細溝１Ａａを形成するためのエッチングが最後のウエットエッチングとなるため、形成済の細溝１Ａａが後工程のエッチング液に暴露されて変形する恐れがなく、処理工程が簡単となる。
【００４７】
さらに、最初のウエットエッチングにより形成される凹部１Ａｃ、溝１Ａｅはそのエッチング深さに対して充分に幅広の開口幅のため、同時エッチングによりほぼ同じ深さに形成できる。従って、厚さ約５０μmの質量体４Ａａを形成するために、ガラス基板６Ａと一体化されたシリコン基板１Ａを、凹部１Ａｃ及び溝１Ａｅを約２０μmの深さに形成後、約７０μmの厚さにラップオフし、凸部４Ａｂの厚さが約２０μmの極めて軽量な質量体４Ａａが得られた。
【００４８】
しかし、図５に示した製造方法の場合において、ガラス基板６Ａの凹部６Ａａに設けられた緩衝材層が後工程のエッチング液に暴露されるので、アルミニウム層８では前記エッチング液の暴露に耐えられないので、エッチング液に対する耐性の優れた金／クロム層８Ａ等を選定する必要がある。
【００４９】
なお、図５に示した実施の形態２による製造方法において、ガラス基板６Ａと一体化前のシリコン基板１Ａの両主面に、二酸化珪素膜を形成しておき、ガラス基板６Ａと一体化後においてラップオフを行わず、形成済の前記二酸化珪素膜をマスクとして利用して隙間Ｇを形成すれば、図３に示した製造方法の場合と同様なハイアスペクト比の隙間Ｇを得ることができる。
【００５０】
しかし、シリコン基板１Ａとして厚さ約２５０μmのシリコンウエハを用いると、厚さ約５０μmの質量体４Ａａを得るために、深さ約２００μmの凹部１Ａｃ及び溝１Ａｅの形成を要するので、厚さ７０μm以上、かつ、ハンドリング上許容される範囲で、できるだけ薄いシリコンウエハを選定する。
【００５１】
以上のように、実施の形態１若しくは実施の形態２としての容量式加速度センサは、実用に供される前の取扱の不注意により、例えば、落下により大きな衝撃が加わり、質量体４Ａａが図面上の上下方向、即ち、シリコン基板１Ａ面に垂直な方向に急峻に変位してガラス基板６Ａ、７Ａの対向面に衝突しても、ガラス基板６Ａにおける質量体４Ａａと約１０μmの隙間を介して対向する対向面に緩衝材としてのアルミニウム層８若しくは金／クロム層８Ａが被着されており、衝撃が緩衝されるので衝突による破損の恐れが極めて少ない。
【００５２】
なお、実施の形態１若しくは実施の形態２としての容量式加速度センサは、緩衝材としてのアルミニウム層８若しくは金／クロム層８Ａをガラス基板６Ａの凹部６Ａａに被着させたが、前記緩衝材の被着位置はガラス基板６Ａの凹部６Ａａに限定されるものではなく、ガラス基板７Ａの凸部７Ａｃに形成しても同様な耐衝撃効果が得られる。また、質量体４Ａａの凸部４Ａｂにおけるガラス基板６Ａとの対向面４Ａｃ及び質量体４Ａａにおけるガラス基板７Ａとの対向面の少なくとも何れかに形成しても耐衝撃効果が得られる。
【００５３】
特に、ガラス基板６Ａの凹部６Ａａに被着すると共に、ガラス基板７Ａの凸部７Ａｃにおける質量体４Ａａとの対向面７Ａｄにも被着すれば、より確実な緩衝効果が得られる。
【００５４】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図６に基づき説明する。図６は容量式加速度センサの断面を示す模式図である。図６において、１１はガラス基板７Ａの凸部７Ａｃにおける可動電極４Ａの質量体４Ａａとの対向面に設けられた付着防止手段としての窒化珪素膜である。なお、図６に示した容量式加速度センサは、ガラス基板７Ａに付着防止手段としての窒化珪素膜１１が被着された点を除き、図１に示した容量式加速度センサと同じものであり、構造の説明を省略する。
【００５５】
ガラス基板７Ａの凸部７Ａｃに被着した窒化珪素膜１１は約１μmの厚さを有し、シリコン基板１Ａとガラス基板７Ａとの陽極接合に際し、高温に暴露された状態で、鏡面仕上げされている質量体４Ａａがガラス基板７Ａに吸着されても、窒化珪素膜１１の存在により質量体４Ａａとガラス基板７Ａとが化学的に接合される現象を防止でき、その復元力で容易に離れ、これらが付着したまま離れずに動作不良となり、加速度の測定ができなくなるトラブルを防止できる。
【００５６】
なお、図６に示した実施の形態３においては、付着防止手段としての窒化珪素膜１１をガラス基板７Ａの凸部７Ａｃに被着したが、窒化珪素膜１１の被着位置はガラス基板７Ａの凸部７Ａｃに限定されるものではなく、質量体４Ａａにおけるガラス基板７Ａとの対向面に形成しても、即ち、質量体４Ａａとガラス基板６Ａ若しくはガラス基板７Ａの対向面のうち、陽極接合に際し、吸着される可能性のある側における対向面の何れかに形成しても相応の付着防止効果が得られる。
【００５７】
また、付着防止手段としての素材材質は窒化珪素膜１１に限定する必要はなく、ガラス基板６Ａ、７Ａと異質材料の薄膜であればよく、例えば、緩衝材としてのアルミニウム層８や金／クロム層８Ａ等でも付着防止効果が得られる。
【００５８】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４を図７から図９に基づき説明する。図７は容量式加速度センサの断面を示す模式図であり、図８、図９は容量式加速度センサの製造方法の説明用模式図である。図７において、１Ｂはシリコン基板であり、エッチングによって固定電極２Ｂ、３Ｂ、可動電極４Ｂからなる加速度センシング部及び外枠５Ｂが形成されており、シリコン基板１Ｂの両主面には、熱膨張係数がシリコンに近い硼珪酸系の耐熱ガラス製のガラス基板６、７Ｂが陽極接合されている。
【００５９】
そして、固定電極２Ｂは固定電極端子部２Ｂａを、固定電極３Ｂは固定電極端子部３Ｂａを備えており、可動電極４Ｂは固定電極２Ｂと固定電極３Ｂとの間に配設された可動部としての質量体４Ｂａ、アンカーとしての可動電極端子部（図示せず）及び前記可動電極端子部と質量体４Ｂａとを接続する梁（図示せず）からなり、質量体４Ｂａはガラス基板６との対向面に凹部４Ｂｂが形成されている。また、ガラス基板７Ｂは、その凸部７Ｂｃの表面に質量体４Ｂａとの付着を防止する付着防止手段として、凸部７Ｂｃに粗いサンドによるサンドブラストにより非鏡面としての凹凸面７Ｂｄが形成されている。
【００６０】
図１、図４、図６にそれぞれ示した実施の形態１から実施の形態３のものとの大きな相違点は、質量体４Ｂａのガラス基板６との対向面側に凹部４Ｂｂが形成され、該凹部４Ｂｂは底面が平面状で、周縁部４Ｂｃが傾斜面を為し、この傾斜面に隙間Ｇが開口している点にある。この結果として、質量体４Ｂａは、その中央部がくり抜かれた形状をなし、対向面４Ｂｄ、４Ｂｅの面積比質量を軽量化したものが得られた。
【００６１】
さらに、ガラス基板７Ｂの凸部７Ｂｃの表面に、非鏡面である目の荒い凹凸面７Ｂｄが形成されている点が、図６に示したガラス基板７Ａと異なる。凹凸面７Ｂｄは、図６に示したガラス基板７Ａの付着防止手段として窒化珪素膜１１と同じく、質量体４Ｂａとの付着防止手段として役割を有する。
【００６２】
次に、図７に示した容量式加速度センサの製造方法について図８に基づき説明する。図８Ｎに示したシリコン基板１Ｂとガラス基板７Ｂとを一体に接合したものを製造する工程、即ち、両面が鏡面研磨された厚さ約２５０μmの結晶方位が（１１０）であるウエハ状のシリコン基板１Ｂの一方の面に細溝１Ｂａ、溝１Ｂｂを形成し、さらに、ガラス基板７Ｂの凹部７Ｂｂ形成面とシリコン基板１Ｂの細溝１Ｂａ、溝１Ｂｂ形成面とをマスク１０Ｄを残したまま陽極接合により一体化し、シリコン基板１Ｂの露出した面を所定の厚さにラップオフする工程は、図３に示した実施の形態１としての容量式加速度センサの製造方法と同じである。
【００６３】
まず、図８Ｏに示すように、ガラス基板７Ｂと一体化されたシリコン基板１Ｂの表面に窒化珪素のマスク１０Ｈを被着し、濃度約３２重量％以上の水酸化カリウム水溶液を用いて選択的にシリコン異方性エッチングを行って所定の厚さの凹部１Ｂｃ、溝１Ｂｄを形成し、先に形成した細溝１Ｂａ、溝１Ｂｂとそれぞれ連通させることにより、隙間Ｇ、空隙ＺＢを形成する。
【００６４】
この製造方法の特徴は、凹部１Ｂｃを形成するに際して、異方性エッチング液として濃度約３２重量％以上の水酸化カリウム水溶液を用いて異方性エッチングを行う点にある。即ち、結晶方位が（１１０）のシリコンウエハに対して、濃度約３２重量％以上の水酸化カリウム水溶液を用いて結晶方位が（１１１）の面に沿って異方性エッチングを行う。この結果、図８Ｐに拡大して示すごとく、凹部１Ｂｃの断面形状は、その周縁壁が垂直状、底面が平面状を為し、前記周縁壁と前記底面とが接する端部に傾斜面１Ｂｅが形成される。そして、傾斜面１Ｂｅと先のエッチング工程で形成した細溝１Ｂａとが交差して連通し、隙間Ｇが形成される。
【００６５】
以下、図３に示した実施の形態１の場合と同様な製造工程を経て、図７に示すごとき、固定電極２Ｂ、３Ｂとの対向面比質量を大幅に軽減じた質量体４Ｂａを備えた容量式加速度センサを完成する。
【００６６】
図８に示した製造方法は、図３に示した実施の形態１の製造方法と同じく、シリコン基板１Ｂに隙間Ｇを形成するに際して、ガラス基板７Ｂとの陽極接合前に細溝１Ｂａを形成するので、密着性が極めて優れた二酸化珪素膜からなるマスク１０Ｄを形成でき、エッチング液がシリコン基板１Ｂと前記二酸化珪素膜との接合面に浸入しないので、優れたハイアスペクト比の隙間Ｇが得られる。
【００６７】
次に、図７に示した容量式加速度センサの別の製造方法について図９に基づき説明する。図８に示した製造方法とは、シリコン基板１Ｂに対する細溝１Ｂａ、溝１Ｂｂを形成する工程と、凹部１Ｂｃ、溝１Ｂｄを形成する工程の順序が逆になっている点が異なる。
【００６８】
即ち、シリコン基板１Ｂにマスク１０Ｈを被着し、異方性エッチング液として濃度約３２重量％以上の水酸化カリウム水溶液を用いて選択的に異方性エッチングを行い、周縁部が垂直状、底面が平面状、周縁壁と底面とが接する端部に傾斜面が形成された断面形状の凹部１Ｂｃ、溝１Ｂｄを形成し、凹部１Ｂｃの形成面にマスク１０Ｈを再被着してガラス基板６とシリコン基板１Ｂの凹部１Ｂｃの形成面とを密着させて陽極接合により一体化した後、シリコン基板１Ｂを所定の厚さにラップオフすることにより図９Ｑに示したものを得る。
【００６９】
次に、図９Ｒに示すごとく、シリコン基板１Ｂの表面に窒化珪素膜からなるマスク１０Ｇを被着し、選択的に異方性エッチングを行って細溝１Ｂａ、溝１Ｂｂを形成し、図９Ｓに拡大して示すごとく、先に形成した凹部１Ｂｃの傾斜面１Ｂｅと細溝１Ｂａとを連通させ、隙間Ｇを形成し、同時に、図９Ｒに示すごとく、先のエッチング工程で形成した溝１Ｂｂと溝１Ｂｄとが連通して空隙ＺＢを形成する。
【００７０】
以下、図５に示した実施の形態１と同様な製造工程を経て、固定電極２Ｂ、３Ｂとの対向面の面積比質量を大幅に軽減した質量体４Ｂａを備えた容量式加速度センサを完成する。なお、図９Ｒ、図９Ｓに示すごとく、マスク１０Ｈの残部分がシリコン基板１Ｂとガラス基板６とに挟まれた位置に存在し、図７に示したものとは異なるが、製造工程の差異によるもので性能上の差異はない。
【００７１】
図９に示した製造方法は、隙間Ｇを形成するに際して、ガラス基板６との陽極接合後に細溝１Ｂａを形成するので、マスク１０Ｇとして比較的低温で形成可能な窒化珪素膜を形成する。なお、細溝１Ｂａを形成するためのエッチングが最後のウエットエッチングとなるため、形成済の細溝１Ｂａが後工程のエッチング液に暴露されて変形する恐れがなく、処理工程が簡単となる。
【００７２】
以上のように、実施の形態４としての容量式加速度センサは、質量体４Ｂａにおける固定電極２、３との対向面４Ｂｄ、４Ｂｅの面積に比較してその質量が小さく、軽量であるので、慣性が比較的小さくて応答性に優れると共に、落下等により受ける衝撃も小さく、破損等のトラブルが生じ難い。
【００７３】
なお、図７に示した実施の形態４においては、付着防止手段として、ガラス基板７Ｂの凸部７Ｂｃにおける質量体４Ｂａとの対向面に非鏡面である凹凸面７Ｂｄを形成したので、物理的に密着したまま離れない所謂付着を防止できる効果がある。なお、凹凸面７Ｂｄに窒化珪素膜１１等の付着防止膜を形成すれば、相乗効果により、さらに優れた付着防止効果が得られる。
【００７４】
以上のように、実施の形態１から実施の形態４においては、保護カバーとして、熱膨張係数がシリコン基板１Ａ、１Ｂとほぼ等しい耐熱性のガラス基板を用いたが、耐熱性のガラス材に限定されるものではなく、シリコン基板１Ａ、１Ｂに形成された加速度センシング部を機械的に保護すると共に電気的に絶縁できる材料であればよく、例えば、シリコン基板を用いても、このシリコン基板の表面にシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されていれば、同様な効果が得られる。
【００７５】
また、実施の形態１から実施の形態４においては、４００μｍ程度の厚さの耐熱性のガラス基板を用いたが、前記ガラス基板の厚さは４００μｍ程度に限定する必要はなく、例えば５０μｍから１０００μｍの範囲であってもよい。即ち、前記ガラス基板は、下限５０μｍ以上の厚さであれば、サンドブラストや、シリコン基板との位置合せや陽極接合等の一連の貼り合せ作業工程において良好なハンドリング性が得られ、また、上限１０００μｍ以下の厚さであれば、陽極接合が容易で接合不良等を生じ難いものが得られる。
【００７６】
また、実施の形態１から実施の形態４においては、加速度センシング部の形成に際して、シリコン基板１Ａ、１Ｂの異方性エッチングを、水酸化カリウム水溶液をエッチング液として用いたウエットエッチングにより実施したが、シリコン基板１Ａ、１Ｂの異方性エッチングは、ウエットエッチングに限定されるものではなく、例えば、活性ガスプラズマを用いたドライエッチングであっても、同様な精度の質量体や隙間Ｇを有するものが得られる。
【００７７】
なお、実施の形態１から実施の形態３においては、質量体４Ａａに凸部４Ａｂを形成し、質量体４Ａａの断面形状をＴ字状に形成したが、質量体４Ａａの断面形状はＴ字状に限定されるものではなく、例えば、幅の狭い複数の凸部（図示せず）を形成しても同様な効果が得られる。また、実施の形態４において、質量体４Ｂａには上記凸部に相当するものを形成していないが、質量体４Ｂａにおけるガラス基板６との対向面側の略中央部に凸部（図示せず）を形成し、ガラス基板６との対向面側方向への質量体４Ｂａの変位を規制するストッパーとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明の実施の形態１としての容量式加速度センサの断面を示す模式図である。
【図２】図１に示した容量式加速度センサにおけるガラス基板の製造方法の説明用模式図である。
【図３】図１に示した容量式加速度センサの製造方法の説明用模式図である。
【図４】この発明の実施の形態２としての容量式加速度センサの断面を示す模式図である。
【図５】図４に示した容量式加速度センサの製造方法の説明用模式図である。
【図６】この発明の実施の形態３としての容量式加速度センサの断面を示す模式図である。
【図７】この発明の実施の形態４としての容量式加速度センサの断面を示す模式図である。
【図８】図７に示した容量式加速度センサの製造方法の説明用模式図である。
【図９】図７に示した容量式加速度センサの別の製造方法の説明用模式図である。
【図１０】従来の容量式加速度センサの平面図である。
【図１１】図１０に示した従来の容量式加速度センサの断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
１Ａ、１Ｂ  シリコン基板、１Ａａ、１Ｂａ  細溝、１Ａｃ、１Ｂｃ  凹部、１Ｂｅ  傾斜面、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ  固定電極、４Ａ、４Ｂ  可動電極、４Ａａ、４Ｂａ  可動部、４Ａｂ  凸部、４Ｂｂ  凹部、５Ａ、５Ｂ  外枠、６、６Ａ、７Ａ、７Ｂ  ガラス基板、７Ａｃ、７Ｂｃ  凸部、７Ｂｄ  凹凸面、８  アルミニウム層、８Ａ  金／クロム層、１１  窒化珪素膜
【図１】
2006133245.tif 000003
【図２】
2006133245.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006133245.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006133245.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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