JPH04116465A - 半導体容量式加速度センサ及びその製造方法 - Google Patents

半導体容量式加速度センサ及びその製造方法

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JPH04116465A
JPH04116465A JP2235539A JP23553990A JPH04116465A JP H04116465 A JPH04116465 A JP H04116465A JP 2235539 A JP2235539 A JP 2235539A JP 23553990 A JP23553990 A JP 23553990A JP H04116465 A JPH04116465 A JP H04116465A
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plate
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Kiyomitsu Suzuki
清光 鈴木
Shigeki Tsuchiya
茂樹 土谷
Masayuki Miki
三木　政之
Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Kazuo Sato
一雄 佐藤
Akira Koide
晃 小出
Norio Ichikawa
市川　範男
Yukiko Kawai
河合　由紀子
Hiromichi Ebine
広道 海老根
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車などの移動体の加速度を検出する半導体
容量式加速度センサに関する。
〔従来の技術〕
従来の加速度センサとして、特開昭６２−３０９６８４
号や特開昭６３−７８０３４号公報に記載されているよ
うに、上部ガラス板、中部シリコン板、下部ガラス板を
３層に積層した検出部構造を有する半導体容量式加速度
センサが知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は」１部ガラス板とゼ部ガラス板に形成し
た固定電極のζＪ　−ｒ：取出し方法について十分な配
慮がされておらず、量産性や信頼性の点て問題があった
。
即ち、量産性に欠（づる点を以下に示す。
（１）上部ガラス板に形成した固定電極のり−トを外部
に引き出すために、ガラス板へスルーホールを加工する
必要がある。
（２）ワイヤ・ボンディング用のパッドと固定電極の電
気的接続を図るために、スルーホールの内側へリード部
を形成するプロセスが複雑である。
（３）ワイヤ・ボンディング用のパッドを上部ガラス板
、中部シリコン板、下部ガラス板上へそれぞれ］個ずつ
配置したため、」二部ガラス板の一部へ角型の孔を加工
する必要がある。
（４）各パッド部に段差があるため、信号処理回路と電
気的に接続するためのワイヤ・ボンディングの作業性が
悪い。また、上部ガラス板、中部シリコン板、下部ガラ
ス板を陽極接合した後にスパッタによってパッドを形成
するとき、パッド部に段差があるためその作業性が困難
であった。
（５）検出チップにダイシングするときは水やゴミが侵
入するのを防止するために、陽極接合後にスルーホール
を完全に封止する必要があった。
また、下部ガラス板上に形成した固定電極のリード部と
中部シリコン板の電気的絶縁を図るために中部シリコン
板の一部へ異方性エツチングで溝を形成しているが、こ
の溝部からの水やゴミの侵入も防止するため、上部ガラ
ス板へ孔を加工し、この孔を利用して中部シリコン板の
下部へ形成した溝部も完全に封止する必要がある。
次に、信頼性に欠ける点を以■に示す。
（１）スルーホールの内側ヘスバッタなどによってリー
ド部を形成するとき、そのプロセス条件が少し変るとス
ルーホールの縁部での断線が発生しやすい。
本発明の目的は量産性や信頼性に優れた半導体容量式加
速度センサを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明はスルーホールを用
いることなく、固定電極のり−ｌ−を外部ヘハーメチッ
ク的に取り出し、各パッドを下部ガラス板上にのみ配列
したものである。
〔作用〕
エツチング技術で中部シリコン板中へ形成した導体部分
を介して、上部ガラス板上の固定電極を下部ガラス板上
に形成したリード部へ電気的に接続する方法を用いるこ
とにより、上部ガラス板へのスルーホールの加工を不要
とした。
下部ガラス板上に形成したリードをハーメチツク・シー
ル的に外部に引き出してパッドと接続することにより、
ダイシング時の水やゴミの侵入を防止した。ハーメチツ
ク・シールの手法として、以下に示す２つの案を考案し
た。第一の手法は、中部シリコン板の下部へ異方性エツ
チングで表面に絶縁層を有する三角形状の凸起を形成し
、この凸起で歌い金属よりなるリード部を押しつぶすこ
とにより、リードの一部を中部シリコン板とは電気的に
絶縁し、かつ気密にシールする方法である。
第２の手法は、中部シリコン板へ異方性エツチングで孔
を形成し、この孔を絶縁物で封止することによって、リ
ードの一部を中部シリコン板とは電気的に絶縁し、かつ
気密にシールする方法である。
ワイヤ・ボンディング用のパッドを下部ガラス板上にの
み配列することにより、パッド形成の作業性やワイヤ・
ボンディングの作業性が改善される。
ワイヤ・ボンディング用のパツドを下部ガラス板上にの
み配列した結果、検出チップにダイシングするとき、パ
ッド上の上部ガラス板の一部を部分的に切断することに
よってパッド配列部を開口させることができるため、上
部ガラス板の一部へ角型の孔加工を不要にした。この結
果、上部ガラス板中への全ての孔加工は不要になり、量
産性が著しく改善された。
〔実施例〕
以下、本発明による半導体容量式加速度センサの一実施
例を第１図により説明する。本センサ検出部の基本構造
は上部ガラス板１．中部シリコン板２．下部ガラス板３
を陽極接合にて３層に積層。
接着したものよりなり、下部ガラス板３上にのみワイヤ
・ボンディング用のパッド４，５．６を配列している。
これらのパッド４，５．６はそれぞれ後述するように、
センサ内部に形成した電極部と薄膜状のリード７．８．
９を介して電気的に接続される。なお、本センサは金線
あるいはアルミ線などの導線１０，１１．１２をパッド
４，５゜６ヘワイヤ・ボンディングすることにより、信
号処理回路（注；図には示していない）へ結線される。
図に示すように、パッド４，５．６は同一平面上に配列
されており、パッド間の段差がないためワイヤ・ボンデ
ィングの作業性が良い。また。
上部ガラス板１はスルーホールなどの孔加工が不要なた
め、検出部は量産性に適した基本構造である。
第２図へ本発明による中部シリコン板２の平面図の一実
施例を示す。シリコンの異方性エツチングを繰返すこと
によって、少なくとも一本以上のビーム１３で支持され
た可動電極１４、少なくとも一本以上の脚１５．１６で
支持された導体部１７．１８をシリコン板２中に形成し
ている。また、可動電極１４の表面の一部には絶縁膜１
９ａ。
１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを形成、導体部１７゜１８の表
面にはそれぞれｎ＋領域２０ａ、２０ｂを形成している
。なお、シリコン板２はｎ型のシリコン基板よりなり、
その一部へリンを拡散することによってｎ＋領領域得ら
れる。シリコン板２の裏面には、破線で示すような三角
形状の凸起２１．２２及びｎ十領域２３を形成している
。
第３図へ本発明による加速度センサのｘ−ｘ断面（第２
図参照）の一実施例を示す。なお、本図以後において図
中に示した同一番号は同一部材を示すものとする。上部
ガラス板１．中部シリコン板２．下部ガラス板３はウェ
ハ状態で積層した後、良く知られた陽極接合により接着
される。各板の厚さは約数百μｍであり、検出部積層体
のトータル厚さは約１■である。上部ガラス板１と下部
ガラス板３は中部シリコン板２と熱膨張係数のほぼ等し
いホウケイ酸ガラス（例えばパイレックス・ガラスなど
）よりなる。なお、雰囲気温度３００℃の状態で、中部
シリコン板２と上部ガラス板１゜下部ガラス板３間へ８
００ボルトの高電圧を印加し、検出部積層体の陽極接合
を行なった。重錘の機能を有する可動電極１４はビーム
１３で支持され、検出部に加速度が作用したとき、可動
電極〕４はビーム１３の固定端２４を支点として一ヒ下
方向に動く構造になっている。［一部ガラス板１と下部
ガラス板３にはそれぞれ固定電極２５．２６を形成して
いる。固定電極２５．２６は導電性の金属（アルミ、モ
リブテン、ＩＴ○など）をガラス板上ヘスバッタあるい
は蒸着することによって形成される薄膜状の導電部制で
あり、その厚さは１μｍ以下である。可動電極１／ｌと
固定電極２５゜２６間の空隙寸法は数μｍであり、上下
の空隙部に電気容量ＣＩ、Ｃ２が形成される。検出部に
加速度か作用すると、可動電極１４は上下に変位するた
め上下の電気容ｉｃ工、Ｃ２が変化する。可動電極１４
の表面に形成した絶縁ｌｌＡ１９ａ、１９ｂ。
１９ａａ、］、９ｂｂは溶着防止用の膜であり、センサ
組立時のプロセスにおいて静電気がパラｌ−４゜５．６
部に印加されたとき、可動電極］４が固定電極２５ある
いは２６側へ部分的にロックされる現象を防止するため
の役目を果す。脚１５．１５ａで支持された導体部］７
は、陽極接合時に−Ｌ部ガラス板１と下部ガラス板３間
に挟持され動けない状態になっている。導体部１７の上
面と下面にはそれぞれｎ中領域２０ａ、２０ａａが形成
されており、陽極接合時の高電圧印加によるクーロン力
によってｎ中領域２０ａと２０ａａはそれぞれ固定電極
２５とリート７部へ強く固着される。脚１５．１５ａは
熱酸化膜やシリコン・ナイ）・ライドなどの絶縁膜ある
いはｐ→十要素（シリコン基板中ヘボロンなどの不純物
を拡散することによって得られる）で構成される。この
導体部〕７を利用することによって、固定電極２５→ｒ
）中領域２０ａ→導体部１７→ｎ十領域２０ａａ→リー
ト７→パッド４間を電気的に接続することが可能になり
、図に示すように上部ガラス板子上に形成した固定電極
２Ｓのパット４を下部ガラス板３上に配列することがで
きる。この結果、上部ガラス板１ヘスルーホールの孔加
工をすることなく、固定電極２５のリードを外部のパッ
ド側へ引き出すことが可能になった。中部シリコン板２
の下部に形成した三角形状の凸起２１は、陽極接合時の
高電圧部加によるクーロン力でリート７部を押しつぶす
ことによって、このリート引き出し部をハーメチック的
に気密にシールする。リード７の材料がアルミなどの軟
い金属であるほど完全な気密が得られる。なお、リード
７はスパッタあるいは蒸着などの手法で形成され、その
厚さは約１μｍである。
また、三角形状の凸起２１の表面には酸化膜が形成され
ており、リード７は中部シリコン板２とは電気的に絶縁
され、リード引き出し部を気密にシールすることができ
る。このリード引き出し部０部（ぐ：）で示した部分）
の詳細について後述する。
このように、リード引き出し部は気密にシールされるた
め、ダイシングによって検出チップを得るとき、リード
引き出し部を介してゴミや水などが可動電極１４と固定
電極２５．２６間の空隙部へ侵入することはなく、本加
速度センサの信頼性が向上する。また、上部ガラス板１
．中部シリコン板２．下部ガラス板３を陽極接合で３層
に積層。
接着した後は、ダイシング前にリード引き出し部を封止
することはなく量産性が向上する。
本加速度センサにおける検出部の等価回路を第４図及び
第５図に示す。図において、ＣＩ、Ｃ２は可動電極１４
と固定電極２５．２６間の電気容量を示しており、パッ
ト４，５．６を介して信号処理回路と結線される。導体
部１７．１８を支持する脚１５，１．６が熱酸化１摸や
シリコン・ティ１〜ライドなどの絶縁膜て構成されると
きの等価回路は第４図、Ｐ＋＋要素で構成されるときの
等価回路は第５図になる。第５図において、３０．３１
は脚で決まるｎｐｎトランジスタを示している。本加速
度センサの信号処理方法としては次の２つの手法が考え
られる。電気容量Ｃｉ、Ｃ２の変化から加速度を検出す
る手法と、電気容量の差へＣ＝　ＣｉＣ２が常に零にな
るように静電気力で静電サーボ的に可動電極の位置を拘
束して加速度を検出する手法が考えられる。
第６図へ本発明による加速度センサのｙ−ｙ断面（第２
図参照）の一実施例を示す。可動電極］４はｎ＋領域２
３．リ−１（８を介してパット５へ電気的に接続される
。陽極接合時の高電圧印加によるクーロン力によって、
ｎ＋領域２３部とリード８部は強く固着される。
第７図へ本発明による加速度センサのＺ−Ｚ断面（第２
図参照）の一実施例を示す。図において、１９ｃｃ、１
９ｄｄは絶縁膜、２０ｂｂはｎ子領域、１６ａは脚、３
２は固定電極と同一材料で構成される金属薄膜である。
固定電極２６はり一ド９を介してパッド６へ電気的に接
続される。なお、リード９の引き出し部は三角形状の凸
起２２部でハーメチック的にシールされる。また、金属
薄膜３２は独立した要素であり、固定電極２５とは分離
されている。第４図に示した等価回路の場合、導体部１
８は不要である。第５図に示した等価回路の場合、ｎｐ
ｎトランジスタ３１を設けて等価回路のバランス設計を
図るため、導体部１８は必要になる。
次に、リード引き出し部０部の詳細を第８図により説明
する。異方性エツチングにより中部シリコン板２の下部
に、その表面へ絶縁層を有する三角形状の凸起２１（２
１ａと２１ｂ）を形成している。三角形状の凸起２１ａ
の頂部は中部シリコン板２の底面と同一の高さになって
いる。図において、領域Ｂはリード７が通る部分を示し
ている。
本図のａ−ａ断面、ｂ−ｂ断面、ｃ−ａ断面、ｄ−ｄ断
面をそれぞれ第９図、第１０図、第１１図。
第１２図に示す。第９図に示すように、ａ−ａ断面では
リード７と中部シリコン板２間には空隙部３３が存在す
る故、この部分ではシールされない。
これに対して、第１０図に示すようにｂ−ｂ断面ではり
一ド７と中部シリコン板２間には空隙部が存在せず、リ
ード引き出し部はハーメチック的にシールされる。また
、三角形状の凸起２１の表面に形成した絶縁膜３４によ
って、リード７と中部シリコン板２は電気的には完全に
絶縁される。第１１図、第１２図に示すように、三角形
状の凸起２１ａ、２１ｂは陽極接合時の高電圧印加によ
るクーロン力によってリード７を部分的に押しつぶし、
この部分を完全にハーメチック的にシールすることがで
きる。
本発明による半導体容量式加速度センサの他の実施例を
第１３図及び第１４図に示す。これらは、リード引き出
し部０部の手法のみが第３図と異なる実施例であり、同
−要速への番号の付記は一部省略した。
第１３図は、異方性エツチングで中部シリコン板２中に
形成した孔３５．低融点ガラスなどの絶縁物３６を封入
することによってハーメチツク・シールを達成する手法
である。なお、封入用絶縁物としてシリコーン・ゴムを
用いたときはハーメチックなシールは期待できないが、
検出チップヘダイシングするときの水やゴミの侵入を防
止できる。
第１４図は異方性エツチングで中部シリコン板２へ形成
した孔３７の形状が、底部はど一様に狭くなる場合のシ
ール方法を示したものである。この場合は．スパツタや
ＣＶＤ　（ケミカル・ペーパー・デボシイジョン）の手
法で孔３７の底面を絶縁物３８で完全にふさぐことがで
きる故、中部シリコン板２とリード７の間をハーメチッ
ク的にシールすることができる。
第３図に示した検出部の場合、上部ガラス板１゜中部シ
リコン板２．下部ガラス板３を３層間時に陽極接合する
ことができる。これに対して、第１３図と第１４図に示
した検出部の場合は、まず中部シリコン板２と下部ガラ
ス板３のみを陽極接合にて接着し、次に孔３５や孔３７
へ絶縁物を封止し、最後に上部ガラス板１を陽極接合に
て接着する必要がある。つまり、陽極接合を２回に分け
て実施する必要がある。
次に、本発明による半導体容量式加速度センサの検出チ
ップを得るときのダイシング方法について説明する。第
１５図は陽極接合後における検出チップの配列状態を示
したものである。図に示すように、多数の検出チップ４
１がウェハ４ｏ中へ配列されている。本発明によるダイ
シング方法を第１６図に示す。ダイシング前の検出チッ
プの状態としては第１４図に相当するものを示している
が、もちろん第３図や第１３図に示した検出チップの場
合も考え方は余ったく同じである。中部シリコン板２に
は異方性エツチングによって、空所５３があらかじめ形
成されている。ダイシング前には空所５３の上部まで」
二部ガラス板１がのびており、５２部を形成している。
上部ガラス板１゜中部シリコン板２．下部ガラス板３の
３層積層体よりなるウェハ４０をダイ４２しこ固定して
、ダイサーにより検出チップに切断する。５０ａ、５０
ｂは適当な刃幅を有するダイサーで３層積層体を完全に
切断する位置、５１は上部ガラス板１と中部シリコン板
２を部分的に切断する位置を示している。ダイシングに
よって、上部ガラス板１中の５２部が取り除かれ、パッ
ド４．．５．６を配列した下部ガラス板１の上部が開口
する。それ故、ダイシングによって上部ガラス板１へ孔
（５２部を除去した部分）を加工したことと等価な状態
が得られ、量産性が著しく向上する。つまり、上部ガラ
ス板１にはあらかじめ一切の孔加工が不要である。
本発明によるダイシング方法の平面図を第］−７図に示
す。図において、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ。
５０ｄが完全切断部、５１が部分切断部であり、斜線で
示した５２部が取り除かれる上部ガラス板の位置を示し
ており、ダイシング後に下部ガラス板上に配列したパッ
ド部が開口する。
〔発明の効果〕
本発明ｕｎよれば、上部ガラス板へスルーポール用の孔
加工をする必要がなく量産性が向上する。
また、スルーホールを用いないリードの取り出し方法で
あり、リード形成のプロセスが簡単になる。
ダイシング時にパッド配列部を開口させることができる
ので、上部ガラス板の一部へ角型の孔を加工する必要が
ない。各パッド間に段差がないため、ワイヤ・ボンディ
ング時の作業性が改善される。
陽極接合が終了する前にリード取り出し部をハーメチツ
ク・シールできるので生産性が向上する。
また、スルーホールを使用しないため、断線などの１〜
ラブルがなくなり信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による半導体容量式加速度センサの一実
施例の外観図、第２図は本発明による中部シリコン板の
平面図、第３図は本発明による加】９ 速度センサの断面図、第４図、第５図は加速度センサ検
出部の等価回路図、第６図、第７図は本発明による加速
度センサの断面図、第８図〜第１２図は本発明によるリ
ード引き出し部の気密シール方法の説明図、第１３図、
第１４図は本発明による加速度センサの気密シール方法
の他の説明図、第１５図〜第１７図は本発明による加速
度センサのダイシング方法の説明図を示したものである
。 １・・上部ガラス板、２・・・中部シリコン板、３・・
下部ガラス板、４．．５．６　　・パッド、７，８．９
リード、１３・・・ビーム、１４　可動電極、１５゜１
５ａ・・脚、１６．１６ａ・脚、１７．１８・・・導体
部、２１　、２１　ａ　、　２　］、　ｂ　、　２２　
・三角形状の凸起、２５．２６　　・固定電極、３５．
３７・・・孔、＝４７ 第 図 第 図 第 図

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. １．上部ガラス板，中部シリコン板，下部ガラス板を３
    層に積層した構造体よりなり、異方性エツチング技術に
    よりビームで支持された可動電極を中部シリコン板中へ
    形成し、この可動電極に対向して上部ガラス板と下部ガ
    ラス板上へ一対の薄膜状の固定電極を形成した検出部構
    造を有するものにおいて、可動電極と一対の固定電極の
    ワイヤボンデイング用のパツドを下部ガラス板上へ配列
    したことを特徴とする半導体容量式加速度センサ。
  2. ２．エツチング技術で前記中部シリコン板中へ形成した
    導体部を介して、前記上部ガラス板上の前記固定電極を
    前記下部ガラス板上に形成した前記パツドにつながるリ
    ード部へ電気的に接続したことを特徴とする請求項１記
    載の半導体容量式加速度センサ。
  3. ３．前記導体部は非可動要素であり、少なくとも一本以
    上の脚で前記中部シリコン板へ機械的に固定されている
    ことを特徴とする請求項２記載の半導体容量式加速度セ
    ンサ。
  4. ４．前記脚は熱酸化膜やシリコン・ナイトライドなどの
    絶縁物あるいはシリコン中へ不純物を拡散して得られる
    ｐ＾＋＾＋要素で構成されることを特徴とする請求項３
    記載の半導体容量式加速度センサ。
  5. ５．前記上部ガラス板と前記下部ガラス板上の前記固定
    電極は前記下部ガラス板上に形成したリード部と電気的
    に接続され、このリード部は前記中部シリコン板とは電
    気的に絶縁され、かつハーメチツク・シール的に前記下
    部ガラス板上に配列したパツド側へ引き出されたことを
    特徴とする請求項４記載の半導体容量式加速度センサ。
  6. ６．前記中部シリコン板の下部へ異方性エツチングで表
    面に絶縁層を有する三角形状の凸起を形成し、この凸起
    が軟い金属で構成されるリードを押しつぶすことで、前
    記リードの一部を前記中部シリコン板とは電気的に絶縁
    し、かつ気密にシールしたことを特徴とする請求項５記
    載の半導体容量式加速度センサ。
  7. ７．前記中部シリコン板へ異方性エツチングで孔を形成
    し、この孔を絶縁物で封止することによつて、前記リー
    ドの一部を中部シリコン板とは電気的に絶縁し、かつ気
    密にシールしたことを特徴とする請求項５記載の半導体
    容量式加速度センサ。
  8. ８．スパツタあるいはＣＶＤ（ケミカル・ベーパー・デ
    ポジツシヨン）の手法によつて前記孔を封止することを
    特徴とする請求項７記載の半導体容量式加速度センサ。
  9. ９．前記孔の封止用の絶縁物が低融点ガラスあるいはシ
    リコーン・ゴムであることを特徴とする請求項７記載の
    半導体容量式加速度センサ。
  10. １０．上部ガラス板，中部シリコン板，下部ガラス板の
    ３層をウエハ状態で陽極接合によつて接着した後、その
    外周部分を積層体３層部を完全切断し、ボルデイングパ
    ツドを配列した部分は前記上部ガラス板と前記中部シリ
    コン板のみを部分的に切断することを特徴とする半導体
    容量式加速度センサの製造方法。
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