(57)【要約】【課題】放電防止用の配線部の切断に伴う不具合の発生を抑制する。【解決手段】センサチップ１の上面に絶縁材料製の保護壁12が形成されている。また保護壁12の一部である第１保護壁120は、放電防止用配線部25，26と可動電極4A，4Bを導通させる導電部11を放電防止用配線部25，26と隔てる位置に起立している。故に、放電防止用配線部25，26の切断部分Ｘの金属材料Ｙは、保護壁12に遮られることで広い範囲に飛散しないので、不要な箇所(導電部11)への付着が抑制される。その結果、放電防止用配線部25，26の切断に伴う不具合の発生を抑制することができる。【選択図】        図１
2012220213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に固定電極が形成された絶縁基板と、前記固定電極と離間して対向する可動電極が形成されて前記絶縁基板と陽極接合される半導体基板と、前記絶縁基板の前記一面に形成されて前記固定電極を前記可動電極に導通させ且つ前記陽極接合後に切断される放電防止用配線部と、前記絶縁基板の前記一面と対向する前記半導体基板の一面に起立する絶縁材料製の保護壁とを備え、当該保護壁は、前記放電防止用配線部と、当該放電防止用配線部を前記可動電極に導通させる導電部とを隔てる位置に設けられることを特徴とする静電容量型半導体物理量センサ。
【請求項２】
前記半導体基板は、前記放電防止用配線部と対向する位置に貫通孔が形成されることを特徴とする請求項１記載の静電容量型半導体物理量センサ。
【請求項３】
前記半導体基板はＳＯＩ基板からなり、前記放電防止用配線部と対向する位置に、活性層が除去されてなる凹部が形成されることを特徴とする請求項１記載の静電容量型半導体物理量センサ。
【請求項４】
前記半導体基板の前記一面には、前記放電防止用配線部と対向する位置に絶縁膜が形成されることを特徴とする請求項１記載の静電容量型半導体物理量センサ。
【請求項５】
前記固定電極と前記可動電極と前記放電防止用配線部の組を複数備え、当該複数の放電防止用配線部毎に前記保護壁が設けられることを特徴とする静電容量型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、圧力や加速度などの物理量を検出する静電容量型半導体物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電容量型半導体物理量センサとして、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１記載の従来例は、半導体の微細加工技術を利用してダイヤフラム状の感圧部(可動電極)が形成された半導体基板(シリコン基板)と、一面に固定電極が形成されるとともに固定電極を感圧部に対向させて半導体基板と接合される絶縁基板(ガラス基板)とを備える。そして、外部から印加される圧力で感圧部が撓むと感圧部(可動電極)と固定電極の距離に応じて両電極間の静電容量が変化するので、当該静電容量の変化を電気信号として外部に取り出すことで圧力を検出することができる。
【０００３】
ここで、半導体基板と絶縁基板とは互いの周縁部分で陽極接合されているが、陽極接合時に半導体基板と絶縁基板の間に印加される高電圧により、可動電極と固定電極の間に放電が生じる虞がある。特許文献１記載の従来例では、半導体基板の可動電極と絶縁基板の固定電極を電気的に接続する放電防止用配線部(配線パターン)が絶縁基板に形成され、陽極接合時には可動電極と固定電極が前記配線部によって同電位に保たれることで放電が防止されていた。そして、陽極接合が終了した後、外部からのレーザ光の照射等により、前記放電防止用配線部が切断されていた。つまり、陽極接合時には可動電極と固定電極が放電防止用配線部を介して導通しているが、陽極接合後に放電防止用配線部が切断されることで可動電極と固定電極が電気的に絶縁されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９４７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１記載の従来例では、放電防止用配線部が切断される際、切断された部分の金属材料(アルミニウム系合金など)が周辺に飛散し、不要な箇所に付着するなどして様々な不具合が生じる虞があった。特に、飛散した金属材料によって固定電極と可動電極とが導通してしまうとセンサ出力が得られなくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、放電防止用配線部の切断に伴う不具合の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の静電容量型半導体物理量センサは、一面に固定電極が形成された絶縁基板と、前記固定電極と離間して対向する可動電極が形成されて前記絶縁基板と陽極接合される半導体基板と、前記絶縁基板の前記一面に形成されて前記固定電極を前記可動電極に導通させ且つ前記陽極接合後に切断される放電防止用配線部と、前記絶縁基板の前記一面と対向する前記半導体基板の一面に起立する絶縁材料製の保護壁とを備え、当該保護壁は、前記放電防止用配線部と、当該放電防止用配線部を前記可動電極に導通させる導電部とを隔てる位置に設けられることを特徴とする。
【０００８】
この静電容量型半導体物理量センサにおいて、前記半導体基板は、前記放電防止用配線部と対向する位置に貫通孔が形成されることが好ましい。
【０００９】
この静電容量型半導体物理量センサにおいて、前記半導体基板はＳＯＩ基板からなり、前記放電防止用配線部と対向する位置に、活性層が除去されてなる凹部が形成されることが好ましい。
【００１０】
この静電容量型半導体物理量センサにおいて、前記半導体基板の前記一面には、前記放電防止用配線部と対向する位置に絶縁膜が形成されることが好ましい。
【００１１】
この静電容量型半導体物理量センサにおいて、前記固定電極と前記可動電極と前記放電防止用配線部の組を複数備え、当該複数の放電防止用配線部毎に前記保護壁が設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の静電容量型半導体物理量センサは、放電防止用の配線部の切断に伴う不具合の発生を抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態を示し、(ａ)は要部の平面図、(ｂ)は要部の断面図である。
【図２】同上の平面図である。
【図３】同上の一部省略した分解斜視図である。
【図４】(ａ)〜(ｃ)は同上の別の構成を示す要部の断面図である。
【図５】同上の別の構成を示す要部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、物理量として加速度を検出する加速度センサに本発明の技術思想を適用した実施形態について説明する。ただし、本発明の技術思想が適用可能な物理量センサは加速度センサに限定されず、例えば、圧力センサなどの加速度以外の物理量を検出するセンサにも適用可能である。
【００１５】
まず、図２及び図３を参照して本実施形態の全体構造を説明する。ただし、以下の説明では図３におけるｘ軸方向を縦方向、ｙ軸方向を横方向、ｚ軸方向を上下方向と定める。
【００１６】
本実施形態は、図３に示すように外形が矩形平板状であるセンサチップ(半導体基板)１と、センサチップ１の上面側に固定される上部固定板(絶縁基板)2Aと、センサチップ１の下面側に固定される下部固定板2Bとを備える。センサチップ１は、フレーム部３、重り部４，５などを備える。フレーム部３は、上下方向から見て矩形の２つの枠部3A，3Bが長手方向(横方向)に並設されている。重り部４，５は、直方体形状に形成され、枠部3A，3Bの内周面に対して隙間を空けた状態で枠部3A，3B内に配置されるとともに、各一対のビーム部6A，6B及び7A，7Bによって回動自在に支持される。なお、重り部４，５の上面に可動電極4A，5Aが形成されている。
【００１７】
一対のビーム部6A，6Bは、横方向に対向する枠部3Aの内周面における縦方向の中央部に一端が連結され、重り部４の側面に他端が連結されている。同じく一対のビーム部7A，7Bは、横方向に対向する枠部3Bの内周面における縦方向の中央部に一端が連結され、重り部５の側面に他端が連結されている。つまり、一対のビーム部6Aと6B、7Aと7Bをそれぞれ結ぶ直線が回動軸となり、回動軸の回りに各重り部４，５が回動することになる。また、センサチップ１は、後述するように半導体の微細加工技術によりシリコン基板(半導体基板)を加工して形成されるものであり、重り部４，５の上面を含む部分が可動電極4A，5Aとなる。
【００１８】
上部固定板2Aは、石英ガラスなどの絶縁材料製であって、その下面には、上下方向に沿ってセンサチップ１の重り部４(可動電極4A)と対向する位置に第１の固定電極20Aと第２の固定電極20Bが縦方向に並設される。また上部固定板2Aは、上下方向に沿ってセンサチップ１の重り部５(可動電極5A)と対向する位置に第１の固定電極21Aと第２の固定電極21Bが縦方向に並設されている。さらに上部固定板2Aは、縦方向の一端側に５つの貫通孔22A〜22Eが横方向に並べて貫設されている。またさらに、上部固定板2Aの下面には各固定電極20A，20B及び21A，21Bと電気的に接続された４つの配線パターン23A，23B及び24A，24Bが形成されている(図２参照)。
【００１９】
一方、センサチップ１の縦方向一端側にはフレーム部３から離間された合計４つの電極部8A，8B，9A，9Bが並設されている。これら４つの電極部8A，8B，9A，9Bは、上面における略中央に金属膜からなる検出電極80A，80B，90A，90Bがそれぞれ形成されるとともに、枠部3A，3Bに臨む端部の上面に金属膜からなる圧接電極81A，81B，91A，91Bがそれぞれ形成されている。なお、フレーム部３上面の電極部8B，9Aの間には接地電極10が形成されている。そして、センサチップ１の上面に上部固定板2Aが接合(陽極接合)されると、上部固定板2Aの下面に形成されている導電パターン23A，23B，24A，24Bと圧接電極81A，81B，91A，91Bとが各々圧接接続される。これにより、各検出電極80A，80B，90A，90Bが各固定電極20A，20B，21A，21Bと電気的に接続されるとともに、上部固定板2Aの貫通孔22A〜22Dを通して各検出電極80A，80B，90A，90Bが外部に露出する。なお、接地電極10も貫通孔22Eを通して外部に露出する。
【００２０】
下部固定板2Bは、上部固定板2Aと同じく石英ガラスなどの絶縁材料製であって、その上面には上下方向に沿ってセンサチップ１の重り部４，５と対向する位置にそれぞれ付着防止膜27A，27Bが形成されている。この付着防止膜27A，27Bは、アルミニウム系合金等の固定電極20A，…と同じ材料で形成されており、回動した重り部４，５の下面が下部固定板2Bに付着することを防止している。なお、下部固定板2Bはフレーム部３の下面に接合(陽極接合)される。
【００２１】
ここで、枠部3A、重り部４、ビーム部6A，6B、可動電極4A、第１及び第２の固定電極20A，20B、検出電極80A，80Bと、枠部3B、重り部５、ビーム部7A，7B、可動電極5A、第１及び第２の固定電極21A，21B、検出電極81A，81Bとで各々加速度センサが構成されている。
【００２２】
次に、本実施形態の検出動作について説明する。
【００２３】
まず、一方の重り部４にｘ軸方向の加速度が印加された場合を考える。ｘ軸方向に加速度が印加されると重り部４が回動軸の回りに回動して可動電極4Aと第１の固定電極20A並びに第２の固定電極20Bとの間の距離が変化し、その結果、可動電極4Aと各固定電極20A，20Bとの間の静電容量C1，C2も変化する。ここで、ｘ軸方向の加速度が印加されていないときの可動電極4Aと各固定電極20A，20Bとの間の静電容量をC0とし、加速度の印加によって生じる静電容量の変化分をΔCとすれば、ｘ軸方向の加速度が印加されたときの静電容量C1，C2は、
C1=C0-ΔC …（１）
C2=C0+ΔC …（２）
と表すことができる。
【００２４】
同様に、他方の重り部５にｘ軸方向の加速度が印加された場合、可動電極5Aと各固定電極21A，21Bとの間の静電容量C3，C4は、
C3=C0-ΔC …（３）
C4=C0+ΔC …（４）
と表すことができる。
【００２５】
ここで、静電容量C1〜C4の値は、検出電極80A，80B及び81A，81Bから取り出す電圧信号を演算処理することで検出することができる。そして、一方の加速度センサから得られる静電容量C1，C2の差分値CA(=C1-C2)と、他方の加速度センサから得られる静電容量C3，C4の差分値CB(=C3-C4)との和(±4ΔC)を算出すれば、この差分値CA，CBの和に基づいてｘ軸方向に印加された加速度の向きと大きさを演算することができる。
【００２６】
次に、一方の重り部４にｚ軸方向の加速度が印加された場合を考える。ｚ軸方向に加速度が印加されると重り部４が回動軸の回りに回動して可動電極4Aと第１の固定電極20A並びに第２の固定電極20Bとの間の距離が変化し、その結果、可動電極4Aと各固定電極20A，20Bとの間の静電容量C1，C2も変化する。ここで、ｚ軸方向の加速度が印加されていないときの可動電極4Aと各固定電極20A，20Bとの間の静電容量をC0とし、加速度の印加によって生じる静電容量の変化分をΔCとすれば、ｚ軸方向の加速度が印加されたときの静電容量C1，C2は、
C1=C0+ΔC …(５)
C2=C0-ΔC …(６)
と表すことができる。
【００２７】
同様に、他方の重り部５にｚ軸方向の加速度が印加された場合、可動電極5Aと各固定電極21A，21Bとの間の静電容量C3，C4は、
C3=C0-ΔC …(７)
C4=C0+ΔC …(８)
と表すことができる。
【００２８】
そして、一方の加速度センサから得られる静電容量C1，C2の差分値CA(=C1-C2)と、他方の加速度センサから得られる静電容量C3，C4の差分値CB(=C3-C4)との差(±４ΔC)を算出すれば、この差分値CA，CBの差に基づいてｚ軸方向に印加された加速度の向きと大きさを演算することができる。ただし、差分値CA，CBの和と差に基づいてｘ軸方向及びｚ軸方向の加速度の向き及び大きさを求める演算処理については従来周知であるから詳細な説明を省略する。
【００２９】
ところで、上部固定板2Aの下面には、上部固定板2A及び下部固定板2Bとセンサチップ１とが陽極接合される際に可動電極4A，4Bと固定電極20A，20B，21A，21Bとを導通させる放電防止用配線部25，26が形成されている。一方の放電防止用配線部25(図２において破線で囲まれた部分)は、第１の固定電極20Bに接続された第１配線部25Aと、第２の固定電極21Bに接続された第２配線部25Bと、第１及び第２配線部25A，25Bの端部に接続された第３配線部25Cとを有する(図１(ａ)参照)。なお、第３配線部25Cは、センサチップ１に形成されている導電部11を介して可動電極4A，4Bと導通する。他方の放電防止用配線部26は、第１の固定電極20Aに接続された第１配線部26Aと、第２の固定電極21Aに接続された第２配線部26Bと、第１及び第２配線部26A，26Bの端部に接続された第３配線部(図示せず)とを有する。
【００３０】
而して、センサチップ１と上部固定板2Aとが陽極接合される際、放電防止用配線部25，26を介して固定電極20A，20B及び21A，21Bと可動電極4A，4Bが導通しているために放電が生じ難くなる。そして、センサチップ１と上部固定板2A(又は上部固定板2Aと下部固定板2B)との陽極接合が終了した後、レーザ光の照射等によって各放電防止用配線部25，26が切断され、固定電極20A，20B及び21A，21Bと可動電極4A，4Bが非導通となる。
【００３１】
しかしながら、従来技術で説明したように、放電防止用配線部25，26が切断される際、切断された部分の金属材料(放電防止用配線部25，26を形成するアルミニウム系合金などの金属材料)が周辺に飛散し、不要な箇所に付着するなどして様々な不具合が生じる虞がある。
【００３２】
これに対して本実施形態では、図１に示すようにセンサチップ１の上面に絶縁材料製の保護壁12が形成されている。この保護壁12は、上下方向から見て矩形枠状に形成された酸化膜で構成されている。なお、酸化膜を矩形枠状に形成する方法については、従来周知である半導体の微細加工技術を利用することで実現できる。
【００３３】
ここで、図１(ａ)における下側の平板状の部分を第１保護壁120、左右両側の平板状の部分を第２保護壁121、上側の平板状の部分を第３保護壁122と呼ぶ。つまり、第１保護壁120と第３保護壁122がセンサチップ１の上面に沿って対向し、第１保護壁120と第３保護壁122の左右両端が２つの第２保護壁121でそれぞれ連結されている。また第１保護壁120は、放電防止用配線部25，26と、放電防止用配線部25，26を可動電極4A，4Bに導通させる導電部11とを隔てる位置に起立している。
【００３４】
而して、放電防止用配線部25，26の切断部分Ｘの金属材料Ｙは、図１(ｂ)に示すように保護壁12に遮られることで広い範囲に飛散しないので、不要な箇所(導電部11)への付着が抑制される。特に、第１保護壁120が導電部11と放電防止用配線部25，26とを隔てる位置に起立しているため、飛散した金属材料Ｙによって固定電極20A，…と可動電極4A，4Bとが導通するようなことが回避できる。このように本実施形態によれば、放電防止用配線部25，26の切断に伴う不具合の発生を抑制することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では保護壁12が第１〜第３保護壁120〜122からなる矩形枠状に形成されているが、少なくとも導電部11を放電防止用配線部25，26と隔てる位置に保護壁12(第１保護壁120)が設けられていればよい。あるいは、第１保護壁120と第２保護壁121、若しくは第１保護壁120と第３保護壁122のみが設けられても構わない。
【００３６】
ところで、放電防止用配線部25，26の切断が不十分であると、半導体基板(シリコン基板)からなるセンサチップ１と導電部11を経由して固定電極20A，…と可動電極4A，4Bが導通してしまう可能性がある。そこで、図４(ａ)に示すように、センサチップ１における放電防止用配線部25，26と対向する位置(保護壁12に囲まれた部分)に貫通孔13が形成されることが好ましい。つまり、金属材料Ｙを貫通孔13内に落とすことで固定電極20A，…と可動電極4A，4Bが導通する可能性を低くすることができる。
【００３７】
あるいは、センサチップ１を構成する半導体基板がＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板である場合、図４(ｂ)に示すように、放電防止用配線部25，26と対向する位置(保護壁12に囲まれた部分)に、活性層100が除去されてなる凹部101が形成されてもよい。または、図４(ｃ)に示すように放電防止用配線部25，26と対向する位置(保護壁12に囲まれた部分)に絶縁膜14が形成されてもよい。つまり、金属材料Ｙと半導体基板(センサチップ１)との導通が、絶縁膜102，14によって遮られるので、固定電極20A，…と可動電極4A，4Bが導通する可能性を低くすることができる。
【００３８】
ここで、放電防止用配線部25，26の第１配線部25A，26Aと第２配線部25B，26Bとが第３配線部25C，26Cに対して並列接続される代わりに、図５に示すように第１配線部25A，26Aと第２配線部25B，26Bが第３配線部25C，26Cを介して直列接続されても構わない。この場合、それぞれの放電防止用配線部25，26毎に保護壁12が設けられることが好ましい。
【符号の説明】
【００３９】
１  センサチップ(半導体基板)
2A  上部固定板(絶縁基板)
4A，4B  可動電極
11  導電部
12  保護壁
120  第１保護壁
20A，20B  第１の固定電極
21A，21B  第２の固定電極
25，26  放電防止用配線部
【図１】
2012220213.tif 000003
【図２】
2012220213.tif 000004
【図３】
2012220213.tif 000005
【図４】
2012220213.tif 000006
【図５】
2012220213.tif 000007