(57)【要約】【課題】錘部がその周囲にスティッキングするのを抑制することのできる静電容量式センサおよびその製造方法を得る。【解決手段】シリコン基板４を、スリット１７内に形成された連結部１８によって錘部５、ばね部６および支持部１６を連結させた状態で絶縁基板２に陽極接合し、絶縁基板２にシリコン基板４を陽極接合した後に連結部を除去することで静電容量式センサ１を形成した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錘部と、当該錘部の外周に沿ってスリットを形成することで錘部の外周縁に沿って延長した形状に形成されたばね部と、当該ばね部を介して錘部を支持する支持部と、が形成されたシリコン基板を、絶縁基板に陽極接合することで形成される静電容量式センサの製造方法において、
前記静電容量式センサは、前記シリコン基板を、前記スリット内に形成された連結部によって前記錘部、ばね部および支持部を連結させた状態で前記絶縁基板に陽極接合し、前記絶縁基板に前記シリコン基板を陽極接合した後に前記連結部を除去することで形成されることを特徴とする静電容量式センサの製造方法。
【請求項２】
前記連結部を、当該連結部に働く重力の前記錘部の重心回りのモーメントの和がゼロとなるように配置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の製造方法。
【請求項３】
前記錘部を矩形状に形成するとともに、前記錘部の各辺の中間部に前記連結部をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電容量式センサの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の方法で製造したことを特徴とする静電容量式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量式センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電容量式センサとして、支持基板と、支持基板の一表面側に形成された固定電極と、支持基板の厚み方向において固定電極から離間して配置され可動電極を備えた錘部と、支持基板に固着され錘部を前記厚み方向に変位可能とする可撓な複数本のビームを介して錘部を支持する支持部とを備え、各ビームを錘部の外周縁に沿って延長した形状に形成したものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、この特許文献１では、錘部が形成された支持部と支持基板とを陽極接合により固着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９１０３０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、上記従来技術のように、錘部が形成された支持部と支持基板とを陽極接合させると、支持基板の厚み方向に変位可能な錘部が陽極接合時に生じる静電引力によって支持基板の下面に張り付いてしまうおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、錘部がその周囲にスティッキングするのを抑制することのできる静電容量式センサおよ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】
【０００７】
請求項１の発明にあっては、錘部と、当該錘部の外周に沿ってスリットを形成することで錘部の外周縁に沿って延長した形状に形成されたばね部と、当該ばね部を介して錘部を支持する支持部と、が形成されたシリコン基板を、絶縁基板に陽極接合することで形成される静電容量式センサの製造方法において、前記静電容量式センサは、前記シリコン基板を、前記スリット内に形成された連結部によって前記錘部、ばね部および支持部を連結させた状態で前記絶縁基板に陽極接合し、前記絶縁基板に前記シリコン基板を陽極接合した後に前記連結部を除去することで形成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の静電容量式センサの製造方法において、前記連結部を、当該連結部に働く重力の前記錘部の重心回りのモーメントの和がゼロとなるように配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明にあっては、請求項１または請求項２に記載の静電容量式センサの製造方法において、前記錘部を矩形状に形成するとともに、前記錘部の各辺の中間部に前記連結部をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明にあっては、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の方法で静電容量式センサを製造したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリコン基板を、スリット内に形成された連結部によって錘部、ばね部および支持部を連結させた状態で絶縁基板に陽極接合し、その後に連結部を除去するようにしたため、シリコン基板と絶縁基板との陽極接合時に、錘部がその周囲にスティッキングするのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる加速度センサを要部拡大図とともに示す平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態にかかる加速度センサの錘部を形成する工程を概略的に示す断面図であって、（ａ）はエッチング前のシリコン基板を示す断面図、（ｂ）はエッチングによって形成した錘部を支持部に結合させた状態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態にかかる加速度センサの錘部を形成する工程を概略的に示す断面図であって、（ｃ）はシリコン基板と第１の絶縁性基板とを陽極接合させた状態を示す断面図、（ｄ）は錘部と支持部との結合部を除去した状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態にかかる加速度センサの錘部を形成する工程を概略的に示す断面図であって、（ｅ）はシリコン基板と第２の絶縁性基板とを陽極接合させた状態を示す断面図である。
【図６】図６は、図３（ｂ）を要部拡大図とともに示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。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。
【００１４】
本実施形態にかかる加速度センサ１は、図１および図２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４と、このシリコン基板４の上下両面にそれぞれ接合されたガラス製の第１の絶縁性基板（絶縁基板）２および第２の絶縁性基板３と、を備えている。本実施形態では、このシリコン基板４と第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３とを陽極接合によって接合している。そして、第１の絶縁性基板２には、当該第１の絶縁性基板２の下面に錘部５の設置領域に対応した固定電極２１が設けられている。なお、本実施形態では、固定電極２１は、第１の絶縁性基板２のシリコン基板４に形成した後述するギャップ７と対向する領域に形成されている。
【００１５】
シリコン基板４は略矩形状に形成されており、このシリコン基板４には、第１の絶縁性基板２の厚み方向（図２中上下方向）に変位可能な錘部５が設けられている。さらに、本実施形態では、錘部５が可動電極を構成している。この錘部（可動電極）５は、当該錘部（可動電極）５を囲むように配置された略枠状の支持部１６にばね部６としての２本のビーム６１を介して支持されている。なお、各ビーム６１は、厚み方向に可撓性を有するように厚み寸法を錘部（可動電極）５および支持部１６のそれぞれの厚みよりも十分に小さく設定している。すなわち、ビーム６１は、支持部１６に対して錘部（可動電極）５を弾性的に可動支持するバネ要素として機能している。
【００１６】
このように、本実施形態では、錘部（可動電極）５に、バネ要素としてのビーム６１によって可動支持される質量要素としての機能を与え、これらバネ要素と質量要素とによってバネ−マス系を構成し、質量要素としての錘部（可動電極）５の変位から、その加速度や角加速度を得ることができるようになっている。
【００１７】
そして、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３との接合面には比較的浅いギャップ７および凹部３１がそれぞれ形成されており、シリコン基板４各部の絶縁性や錘部（可動電極）５の動作性の確保が図られている。
【００１８】
具体的には、シリコン基板４の上面４ａを、錘部（可動電極）５およびビーム６１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（可動電極）５の上方への変位を許容するギャップ７を形成するとともに、第２の絶縁性基板３の上面３ａを、錘部（可動電極）５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（可動電極）５の下方への変位を許容する凹部３１を形成している。こうして、固定電極２１と錘部（可動電極）５との間にギャップ７を形成し、このギャップ７を検知ギャップとして、ギャップ７を介して相互に対向する固定電極２１と錘部（可動電極）５との間の静電容量を検出するようになっている。
【００１９】
なお、本実施形態では、アルカリ性湿式異方性エッチング液（例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＥＤＰ水溶液等）を用いたシリコン異方性エッチングによりシリコン基板４の一部を除去することでギャップ７を形成しており、このギャップ７を形成する際に、錘部５の第１の絶縁性基板２との対向面５ａに、四角錐状のマイクロピラミッドを同時に形成させている。マイクロピラミッド１２は対向面５ａのほぼ全域に一様に分布するように形成されており、このマイクロピラミッド１２によって加速度センサ１使用時における錘部５のスティッキングが抑制される。
【００２０】
また、本実施形態では、錘部（可動電極）５は、図１に示すように、略矩形状をしており、各ビーム６１は、錘部（可動電極）５の外周縁に沿って延長した形状に形成されている。そして、全てのビーム６１で錘部（可動電極）５の外周縁の略全周を囲むような形状に形成されている。
【００２１】
具体的には、各ビーム６１は、錘部（可動電極）５の外周縁の隣り合う２辺に沿ったＬ字状に形成されており、各ビーム６１の両端部のうち錘部（可動電極）５側の端部（錘部に連結された側の端部）は、錘部（可動電極）５の矩形状の外周縁において対角位置にある２つの角部それぞれに連結されている。つまり、図１における右側のビーム６１は、一端部が錘部（可動電極）５の左下の角部に連続一体に連結され、支持部１６に連続一体に連結された他端部が錘部（可動電極）５の右上の角部の近傍に位置しており、左側のビーム６１は、一端部が錘部（可動電極）５の右上の角部に連続一体に連結され、支持部１６に連続一体に連結された他端部が錘部（可動電極）５の左下の角部の近傍に位置している。各ビーム６１は、錘部（可動電極）５の周囲をビーム６１の厚み方向に貫通させて２つのスリット１７を形成することで形成されており、これら２つのスリット１７により幅寸法が規定されている。
【００２２】
このスリット１７は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などにより垂直エッチング加工をすることで、スリット１７の側壁面をシリコン基板４の表面と垂直となるように形成される。このようにして、垂直エッチング加工により形成されたスリット１７の側壁面同士は、互いに略平行に対向することになる。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を備えたエッチング装置によるＩＣＰ加工を利用することができる。
【００２３】
なお、各ビーム６１の各両端部にそれぞれ支持部１６および錘部（可動電極）５に滑らかに連続するような弧状部を設け、各ビーム６１の両端部の機械的強度を高めるようにしてもよい。
【００２４】
このように、各ビーム６１を錘部（可動電極）５の外周縁に沿って延長した形状に形成することで、従来に比べてチップサイズを大型化したり錘部（可動電極）５の外周形状を小さくすることなしにビーム６１の長さ寸法を大幅に大きくすることが可能となり、従来に比べてチップサイズを大型化することなしに高感度化を図ることが可能となる。また、錘部（可動電極）５の外周形状を矩形状とし、各ビーム６１を錘部（可動電極）５の外周縁の隣り合う２辺に沿ったＬ字状に形成することで、ビーム６１の本数を２本としてビーム６１の長さを長くしながらも、錘部（可動電極）５における固定電極２１との対向面５ａが固定電極２１に対して傾きにくくなるようにしている。
【００２５】
本実施形態では、単結晶のシリコン基板（Ｓｉ基板）に公知のエッチング加工を施すことで錘部（可動電極）５と各ビーム６１と支持部１６とが形成されている。そして、錘部５が可動電極を構成し、錘部５の変位に応じた可動電極と固定電極２１との間の静電容量値の変化として加速度や角加速度（物理量）を検知するようになっている。このとき、錘部５は、略四角錘台状に形成されており、固定電極２１との対向面５ａが略平面になっている。なお、本実施形態では、錘部５が可動電極を構成しているが、錘部５における固定電極２１との対向面５ａに可動電極を別途形成するようにしてもよい。
【００２６】
また、第１の絶縁性基板２の表面２ａ上に、第１の導電性薄膜１１を成膜し、固定電極２１の電位を取得するための配線パターンとして用いるとともに、第２の導電性薄膜（図示せず）を成膜し、錘部５の電位を取得するための配線パターンとして用いている。
【００２７】
本実施形態では、図１に示すように、第１の絶縁性基板２のギャップ７は、錘部５が形成される略枠状の部分から支持部１６の一部まで延在させたアーム状の延在部７ａを有しており、第１の絶縁性基板２の延在部７ａに対応する部位に、サンドブラスト加工等によって第１のスルーホール２２を形成するとともに、第１の絶縁性基板２のギャップ７から外れた部位、すなわち、平面視で第１の絶縁性基板２の固定電極２１が形成されていない部位に、第２のスルーホール２３をそれぞれ形成し、シリコン基板４の上面の一部を当該第１のスルーホール２２および第２のスルーホール２３の奥にそれぞれ露出させ、第１の絶縁性基板２の表面２ａ上から第１のスルーホール２２および第２のスルーホール２３の内周面上および第１の絶縁性基板２の表面２ａ上にかけて電気的に接続された一連の第１の導電性薄膜１１および第２の導電性薄膜（図示せず）を成膜するようにして、当該第１の導電性薄膜１１および第２の導電性薄膜（図示せず）から固定電極２１および錘部５の電位を検出できるようにしている。なお、第１の導電性薄膜１１および第２の導電性薄膜（図示せず）は、互いに接触しないように形成されている。
【００２８】
また、図２中、９は各導電性薄膜に導通される導電層であり、１０はその導電層９とシリコン基板４とを絶縁する絶縁層である。なお、シリコン基板４の第２のスルーホール２３に対応する部位には、図１に示すように、凹部４２が形成されておりこの凹部４２内に導電層９が形成されている。そして、第１のスルーホール２２に対応した導電層９は固定電極２１に短絡されるとともに、第２のスルーホール２３に対応した導電層９はシリコン基板４の支持部１６に短絡されている。ところで、本実施形態では、上述したように、シリコン基板４にギャップ７を形成するとともにシリコン基板４の厚み方向に貫通した２つのスリット１７を形成することで、錘部５を支持部１６に２本のビーム６１を介して支持させており、錘部５、ビーム６１および支持部１６は一体に形成されている。したがって、錘部５、ビーム６１および支持部１６の電位はほぼ等電位とみなすことができる。なお、第１の絶縁性基板２の表面２ａ上は、樹脂層（図示せず）によって被覆（モールド成形）するのが好適である。
【００２９】
次に、本実施形態にかかる加速度センサ１の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示す略板状のシリコン基板４に公知のエッチング加工を施すことで、錘部５と、当該錘部５の外周に沿うスリット１７と、錘部５の外周縁に沿って延長した形状に形成されたばね部６と、当該ばね部６を介して錘部５を支持する支持部１６とを形成し、図３（ｂ）および図６に示すように、スリット１７内に連結部１８を形成して錘部５、ばね部６および支持部１６を連結する。
【００３１】
この連結部１８は、シリコン基板４に公知のエッチング加工を施す際に、一部を残してスリット１７を形成することで設けてもよいし、スリット１７を設けた後にスリット１７内に新たに設けるようにしてもよい。
【００３２】
スリット１７内に新たに設ける場合、レーザーにより溶断させることが可能なクロムや耐熱性を有する金属材料、絶縁膜、ポリイミド等を連結部１８の材料として用いるのが好適である。
【００３３】
本実施形態では、連結部１８は、４箇所に設けられており、各連結部１８は、錘部５の４つの辺のそれぞれの中間部に配置されている。このように、連結部１８を、錘部５の４つの辺のそれぞれの中間部に配置することで、連結部１８に働く重力の錘部５の重心回りのモーメントの和がほぼゼロとなるようにしている。
【００３４】
次に、図４（ｃ）に示すように、第１の絶縁性基板２に固定電極２１を設けるとともにシリコン基板４に絶縁層１０および導電層９を形成し、シリコン基板４を、スリット１７内に形成された連結部１８によって錘部５、ばね部６および支持部１６を連結させた状態で第１の絶縁性基板２に陽極接合する。
【００３５】
具体的には、図４（ｃ）に示すように積層したシリコン基板４と第１の絶縁性基板２とを３００℃〜４００℃に温め、シリコン基板４を陽極として約５００Ｖの電圧を印加する。このとき、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２との間に静電引力が生じ、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２との界面で共有結合が起こり、この共有結合によりシリコン基板４と第１の絶縁性基板２とが接合される。
【００３６】
次に、図４（ｄ）に示すように、第１の絶縁性基板２にシリコン基板４を陽極接合した状態で連結部１８をレーザーやエッチングにより除去する。
【００３７】
次に、シリコン基板４と第２の絶縁性基板３とを陽極接合によって接合する。
【００３８】
そして、第１の絶縁性基板２の表面２ａに導電性薄膜を成膜する等して加速度センサ１を形成する。
【００３９】
なお、導電性薄膜の成膜は、シリコン基板４と第２の絶縁性基板３との陽極接合前に行ってもよい。
【００４０】
以上の本実施形態によれば、シリコン基板４を、スリット１７内に形成された連結部１８によって錘部５、ばね部６および支持部１６を連結させた状態で第１の絶縁性基板（絶縁基板）２に陽極接合し、その後に連結部１８を除去することで、加速度センサ１を形成するようにしたため、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２との陽極接合時に静電引力が生じたとしても、連結部１８によって錘部５が上方に移動するのが抑制される。その結果、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２との陽極接合時に、錘部５がその周囲（第１の絶縁性基板２の下面等）にスティッキングするのを抑制することができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、連結部１８に働く重力の錘部５の重心回りのモーメントの和がほぼゼロとなるように連結部１８を配置したため、錘部５が連結部１８によって安定して支持することができ、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２との陽極接合時に、錘部５がその周囲にスティッキングするのをより一層抑制することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、連結部１８を、矩形状の錘部５の４つの辺のそれぞれの中間部に配置することで、錘部５の支持部１６との連結領域を最小限に抑えることができ、連結部１８の除去を容易に行うことができる。
【００４３】
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。
【００４４】
たとえば、上記実施形態では、連結部１８を４箇所に設けたものを例示したが、これに限ることなく、連結部をスリット全域に形成してもよいし、連結部を錘部の各辺の２箇所にそれぞれ設け、各辺の中点からの距離がほぼ同一となるように連結部を配置するようにしてもよい。
【００４５】
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】
【００４６】
１  加速度センサ（静電容量式センサ）
２  第１の絶縁性基板（絶縁基板）
４  シリコン基板
５  錘部
６  ばね部
１６  支持部
１７  スリット
１８  連結部
【図１】
2011047663.tif 000003
【図２】
2011047663.tif 000004
【図３】
2011047663.tif 000005
【図４】
2011047663.tif 000006
【図５】
2011047663.tif 000007
【図６】
2011047663.tif 000008