JPH06169095A - Method for joining silicon structure with glass structure and dynamics quantum sensor based thereon - Google Patents
Method for joining silicon structure with glass structure and dynamics quantum sensor based thereonInfo
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- JPH06169095A JPH06169095A JP4341707A JP34170792A JPH06169095A JP H06169095 A JPH06169095 A JP H06169095A JP 4341707 A JP4341707 A JP 4341707A JP 34170792 A JP34170792 A JP 34170792A JP H06169095 A JPH06169095 A JP H06169095A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン構造体とガラ
ス構造体を接合する接合方法、それを用いた変位量、加
速度などの力学量を検出する力学量センサに関し、特に
半導体製造技術を用いて作成することのできる力学量セ
ンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a joining method for joining a silicon structure and a glass structure, and a mechanical quantity sensor using the same for detecting a mechanical quantity such as displacement and acceleration. The present invention relates to a mechanical quantity sensor that can be created.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、外力による変形、変位を、その変
形、変位した物体の抵抗変化、容量変化等を検知するこ
とにより外力を間接的に検出するセンサとして力学量セ
ンサがある。現在、主として使われている力学量センサ
は、圧電効果を用いた圧電型、金属抵抗体、又は半導体
を用いた歪ゲージ型などがあり、加速度、圧力等を検出
する。また、半導体のICプロセス技術を用い、カンチ
レバーを製作し、小型の加速度センサを作る試みもなさ
れている。例えば、特開平1−240865では、梁部
の歪を圧電素子で検出し、これをフィードバックして静
電力により、錘りの変位を補正するサーボ型加速度セン
サが提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, there is a mechanical quantity sensor as a sensor for indirectly detecting an external force by detecting a deformation, a displacement caused by an external force, a resistance change, a capacitance change or the like of the deformed or displaced object. Currently, mechanical quantity sensors that are mainly used include a piezoelectric type using a piezoelectric effect, a metal resistor, or a strain gauge type using a semiconductor, and detect acceleration, pressure, and the like. Attempts have also been made to manufacture a small acceleration sensor by manufacturing a cantilever using semiconductor IC process technology. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-240865 proposes a servo type acceleration sensor that detects a strain of a beam portion by a piezoelectric element and feeds back the strain to correct a displacement of a weight by an electrostatic force.
【0003】図7に、半導体ICプロセスを用いて形成
したこの加速度センサを示す。振動体は、単結晶シリコ
ンをマイクロファブリケーションにより一体形成した支
持梁74と錘り75からなる片持梁構造となっている。
図7の上下方向に加速度が加わると梁74は曲げ変形を
うけ、梁表面に形成したピエゾ抵抗素子76によってそ
の変形が検出される。この信号がサーボ回路77に送ら
れ梁74の変形が検出される。この信号がサーボ回路7
7に送られ、梁74の変形を抑制する静電力を錘り75
の上下に形成された電極73a、73bに発生させる。
センサの出力は2つの電極73a、73bに印加される
電圧を演算処理回路78を通して得ることができる。電
極73a、73bはそれぞれ溝を形成した構造体72
a、72bの溝部分に形成され、構造体72a、72b
はシリコン基板本体71をはさんで接合されている。FIG. 7 shows this acceleration sensor formed by using a semiconductor IC process. The vibrating body has a cantilever structure including a support beam 74 and a weight 75 in which single crystal silicon is integrally formed by microfabrication.
When acceleration is applied in the vertical direction of FIG. 7, the beam 74 undergoes bending deformation, and the deformation is detected by the piezoresistive element 76 formed on the surface of the beam. This signal is sent to the servo circuit 77 to detect the deformation of the beam 74. This signal is the servo circuit 7
7 and the electrostatic force that suppresses the deformation of the beam 74 is applied to the weight 75.
It is generated in the electrodes 73a and 73b formed above and below.
As the output of the sensor, the voltage applied to the two electrodes 73a and 73b can be obtained through the arithmetic processing circuit 78. Electrodes 73a and 73b are structural bodies 72 in which grooves are formed, respectively.
Structures 72a, 72b formed in the groove portions of a, 72b
Are bonded by sandwiching the silicon substrate body 71.
【0004】錘り75の微小変位を静電力で抑制したり
静電容量により検知したりする際、精度良く測定するた
めに、電極73a、73b間空隙を制御性良く、また平
滑で低抵抗な電極を作製する必要がある。よって、精度
の良いセンサを形成するためには、上下構造体72a、
72bの溝を制御性良く、平滑に作製するとともに、シ
リコン基板71との寸法精度を保持した状態での接合が
必須である。現在は、上下構造体ともシリコンで形成
し、これを異方性エッチングで制御性良く溝を形成し、
これを直接整合することにより寸法精度を出したり、ガ
ラス構造体をエッチングして、ガラス構造体を、比較的
低温で寸法精度良く接合できる陽極接合することによっ
て、作製が試みられている。When the minute displacement of the weight 75 is suppressed by an electrostatic force or detected by an electrostatic capacity, in order to measure it with high accuracy, the gap between the electrodes 73a and 73b is well controlled, and is smooth and has a low resistance. It is necessary to make electrodes. Therefore, in order to form an accurate sensor, the upper and lower structures 72a,
It is essential that the groove of 72b be manufactured with good controllability and be smooth, and that the groove be bonded to the silicon substrate 71 while maintaining dimensional accuracy. Currently, both the upper and lower structures are made of silicon, and anisotropic etching is used to form grooves with good controllability.
Fabrication has been attempted by directly aligning this to obtain dimensional accuracy, or by etching the glass structure to perform anodic bonding that enables the glass structure to be bonded at relatively low temperature with good dimensional accuracy.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では以下の様な問題点があった。シリコン構造体を用
いれば、制御性良く溝が形成できるものの直接接合が高
温プロセスであるため金属電極の作製がプロセス工程上
困難となる。However, the above-mentioned prior art has the following problems. If a silicon structure is used, a groove can be formed with good controllability, but direct bonding is a high-temperature process, which makes it difficult to manufacture a metal electrode in terms of process steps.
【0006】一方、ガラス構造体は、比較的低温で寸法
精度のある接合が可能であるが、ガラスのエッチングは
等方的に進みやすく、また微妙な組成比によりエッチン
グ速度が大きく変化するため、制御性良く平滑な溝を形
成するのが困難である。On the other hand, the glass structure can be joined with dimensional accuracy at a relatively low temperature, but the glass etching tends to proceed isotropically, and the etching rate greatly changes due to a delicate composition ratio. It is difficult to form a smooth groove with good controllability.
【0007】従って、本発明の目的は、前述の問題を解
決し、シリコン構造体とガラス構造体を接合する接合方
法及びこの方法を用いて電極間空隙を制御性良く作製し
高精度で小型の力学量センサを提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to bond a silicon structure and a glass structure, and to manufacture an air gap between electrodes with good controllability by using this method. It is to provide a mechanical quantity sensor.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による接合方法では、シリコンとガラス構造体を接合
する方法において、ガラス構造体は、金属イオンを含有
したガラス基板上にガラス薄膜を成膜して成り、シリコ
ンとガラス構造体を陽極接合で接合することを特徴とす
る。In the bonding method according to the present invention for achieving the above object, in the method for bonding silicon and a glass structure, the glass structure forms a glass thin film on a glass substrate containing metal ions. It is formed as a film and is characterized in that silicon and a glass structure are joined by anodic bonding.
【0009】より具体的には、例えば、シリコン上に熱
酸化膜或はスパッタ酸化膜を形成して接合する。More specifically, for example, a thermal oxide film or a sputtered oxide film is formed on silicon and bonded.
【0010】上記目的を達成する本発明による力学量セ
ンサでは、シリコン基板の一部をエッチングしたシリコ
ン構造体と溝を形成したガラス構造体を接合して作製し
た力学量を検知する力学量センサにおいて、ガラス構造
体は、金属イオンを含有したガラス基板上にガラス薄膜
を成膜し、このガラス薄膜をエッチングすることによっ
て溝を形成して成ることを特徴とする。A mechanical quantity sensor according to the present invention for achieving the above object is a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity produced by joining a silicon structure obtained by etching a part of a silicon substrate and a glass structure having a groove. The glass structure is characterized in that a glass thin film is formed on a glass substrate containing metal ions and the groove is formed by etching the glass thin film.
【0011】より具体的には、ガラス基板はケイ酸ガラ
ス或は硼ケイ酸ガラスであったり、ガラス薄膜は、イオ
ンを含有しないケイ酸ガラスであったり、ガラス薄膜
は、りん酸ガラス、硼酸ガラス、酸化ヒ素ガラスの1つ
であったり、ガラス薄膜は、りん、硼酸、ヒ素の少なく
とも1つを元素あるいは酸化物として含有するケイ酸ガ
ラスであったりする。More specifically, the glass substrate is silicate glass or borosilicate glass, the glass thin film is silicate glass containing no ions, and the glass thin film is phosphate glass or borate glass. The glass thin film may be one of arsenic oxide glass or a silicate glass containing at least one of phosphorus, boric acid and arsenic as an element or an oxide.
【0012】前述の構成を有する力学量センサは、ガラ
ス基板上に、基板とは組成の異なるガラス薄膜を成膜
し、組成が異なるためエッチング速度が異なることを利
用してガラスに制御性を良く、所望の溝を形成するもの
である。In the mechanical quantity sensor having the above-mentioned structure, a glass thin film having a composition different from that of the substrate is formed on the glass substrate, and the etching rate is different because the composition is different, so that the glass has good controllability. , To form a desired groove.
【0013】また、前述の目的を達成するための本発明
に係る力学量センサの1つの形態では、エッチングによ
り梁にささえられた錘りを形成したSi構造体と錘りの
対向部分に溝を形成したガラス構造体を接合して作製す
る力学量センサにおいて、ガラス母体基板上に、基板ガ
ラスと組成の異なるガラス薄膜を所望の溝深さ形成し、
この薄膜部分をエッチングして、ガラス構造体を作製す
ることを特徴とするものである。Further, in one mode of the mechanical quantity sensor according to the present invention for achieving the above-mentioned object, a groove is formed in a facing portion of the weight and the Si structure having the weight supported by the beam by etching. In a mechanical quantity sensor manufactured by joining the formed glass structures, on a glass base substrate, a glass thin film having a different composition from the substrate glass is formed to a desired groove depth,
This thin film portion is etched to produce a glass structure.
【0014】[0014]
【作用】前述の構成を有する力学量センサは、ガラス基
板上に、基板とは組成の異なるガラス薄膜を成膜し、組
成が異なるためエッチング速度が異なることを利用して
ガラスに制御性を良く、所望の溝を形成するものであ
る。In the mechanical quantity sensor having the above-mentioned structure, a glass thin film having a composition different from that of the substrate is formed on the glass substrate, and since the composition is different, the etching rate is different so that the glass has good controllability. , To form a desired groove.
【0015】エッチング速度比がガラス薄膜の方が十分
大きければ、深さ方向へのエッチングは基板ガラスの表
面が表われた時点で終了することができる。このため平
滑で深さ制御性も良い溝が得られ、電極間空隙が制御性
良く得られる様になる。If the etching rate ratio of the glass thin film is sufficiently large, the etching in the depth direction can be completed when the surface of the substrate glass is exposed. For this reason, a groove which is smooth and has good depth controllability can be obtained, and the inter-electrode gap can be obtained with good controllability.
【0016】さらに、シリコン構造体とガラス構造体の
接合は陽極接合法を用い接合可能で、比較的低温で接合
可能となり、金属電極作成も容易になる。Further, the silicon structure and the glass structure can be bonded together by using the anodic bonding method, which can be carried out at a relatively low temperature, and the metal electrode can be easily manufactured.
【0017】[0017]
【実施例1】以下に本発明の実施例について図を用いて
詳細に説明する。Embodiment 1 An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0018】図1は第1の実施例の加速度センサの主要
部の断面構成図である。シリコンを異方性エッチングし
て回りに方形の溝13aを形成し、一体的に形成した支
持梁14、錘り15からなるシリコン基板13が、ガラ
ス薄膜12a、12bを介してガラス基板11a、11
bに上下から挟まれている。FIG. 1 is a sectional view of the main part of the acceleration sensor of the first embodiment. The silicon substrate 13 including the support beam 14 and the weight 15 integrally formed by anisotropically etching silicon to form a rectangular groove 13a around the glass substrate 11a, 11b is formed through the glass thin films 12a, 12b.
It is sandwiched by b from above and below.
【0019】錘り15の上面とガラス構造体11b、1
2bの溝部分11cに、それぞれ電極16aと固定電極
16bが、真空蒸着、鍍金、スパッタリング法等を用い
て金属を成膜しその後にフォトリソグラフィーによりパ
ターニングすることにより、対向して形成されている。
電極の位置は、錘り15の下面とガラス構造体11a、
12aの凹部11dに対向して配置しても良い。なお、
電極16a、16b間間隔dは数μm程度である。The upper surface of the weight 15 and the glass structures 11b, 1
In the groove portion 11c of 2b, the electrode 16a and the fixed electrode 16b are formed so as to face each other by forming a metal film using a vacuum deposition method, a plating method, a sputtering method or the like, and then patterning it by photolithography.
The positions of the electrodes are the lower surface of the weight 15 and the glass structure 11a,
You may arrange | position facing the recessed part 11d of 12a. In addition,
The distance d between the electrodes 16a and 16b is about several μm.
【0020】図2は上下ガラス構造体11a、12a;
11b、12bの構成図である。たとえば、ガラス基板
21には、シリコンとの熱膨張係数差の小さい金属イオ
ンを4%含有する硼ケイ酸ガラス(硼酸12.7%)
(商品名:#7740、コーニング社製 )を用いる。
このガラス基板21の上に、金属イオンを含有しないケ
イ酸ガラス薄膜22を所望の溝深さだけスパッタリング
法で堆積する。ただし、膜厚を制御して堆積できる方法
であれば、どの様な方法で成膜しても良い。その後、フ
ォトリソグラフィによりレジストマスクを形成し、エッ
チングにより溝23を形成する。上記材料の場合、たと
えばHFとNH4Fの重量比1:6の緩衝エッチング液
を用いれば、金属イオン含有硼ケイ酸ガラス21のエッ
チング速度が500Å/min程度であるのに対し、ケ
イ酸ガラス薄膜22のエッチング速度は2500Å/m
in以上であり、選択エッチングに十分なエッチング速
度比を持つ。これにより底面に、基板の硼ケイ酸ガラス
21の比較的平滑な表面を持ち所望の深さの溝23を形
成できる。FIG. 2 shows the upper and lower glass structures 11a, 12a;
It is a block diagram of 11b, 12b. For example, the glass substrate 21 contains borosilicate glass containing 4% of metal ions having a small thermal expansion coefficient difference with silicon (12.7% boric acid).
(Product name: # 7740, manufactured by Corning Incorporated) is used.
On the glass substrate 21, a silicate glass thin film 22 containing no metal ions is deposited by a sputtering method to a desired groove depth. However, the film may be formed by any method as long as the film thickness can be controlled and deposited. After that, a resist mask is formed by photolithography, and the groove 23 is formed by etching. In the case of the above materials, for example, when a buffer etching solution having a weight ratio of HF and NH 4 F of 1: 6 is used, the etching rate of the metal ion-containing borosilicate glass 21 is about 500 Å / min, whereas the silicate glass is The etching rate of the thin film 22 is 2500 Å / m
It is not less than in and has an etching rate ratio sufficient for selective etching. Thus, the groove 23 having a relatively smooth surface of the borosilicate glass 21 of the substrate and having a desired depth can be formed on the bottom surface.
【0021】ガラス構造体11a、12aとシリコン基
板13は陽極接合によって接合する。図3は、熱酸化膜
あるいはスパッタ酸化膜を形成したガラス構造体とシリ
コン基板の接合時のV−I特性の膜厚依存性を示す。電
圧Vは目視にて全面接合を確認した後(ガラス構造体と
シリコン基板の接合面の干渉縞で見る)に測定し、電流
は電圧印加後3分経過し、安定した時点での電流値を測
定している。図3中、33はシリコン基板上に熱酸化膜
を0.15μm、34は0.3μm、35は0.5μ
m、36は1μm形成した場合、37はシリコン基板上
にスパッタ法でケイ酸ガラスを2μm形成した場合、3
1はガラス上にスパッタ法でケイ酸ガラスを2μm、3
2は1μm形成した場合のシリコン基板とガラス構造体
の接合条件を示す。接合時の試料温度は400°Cであ
る。シリコン基板上にスパッタ酸化膜を2μm形成した
場合は接合しなかったが、他の場合ではすべて接合可能
であった。又、比抵抗は膜厚にほとんど依存しなかっ
た。The glass structures 11a and 12a and the silicon substrate 13 are joined by anodic bonding. FIG. 3 shows the film thickness dependence of VI characteristics when a glass structure having a thermal oxide film or a sputtered oxide film and a silicon substrate are bonded. The voltage V was measured after visually confirming the entire surface bonding (as seen by the interference fringes of the bonding surface of the glass structure and the silicon substrate), and the current was 3 minutes after the voltage was applied. I'm measuring. In FIG. 3, 33 is a thermal oxide film on the silicon substrate, 0.15 μm, 34 is 0.3 μm, and 35 is 0.5 μm.
m and 36 are formed in a thickness of 1 μm, 37 is a case where silicate glass is formed in a thickness of 2 μm on a silicon substrate by a sputtering method, 3
1 is 2 μm of silicate glass on the glass by the sputtering method, 3
Reference numeral 2 indicates a bonding condition between the silicon substrate and the glass structure when the film is formed to 1 μm. The sample temperature at the time of joining is 400 ° C. When the sputtered oxide film was formed to a thickness of 2 μm on the silicon substrate, no bonding was performed, but in all other cases, bonding was possible. Further, the specific resistance hardly depended on the film thickness.
【0022】図4は、実験値より求めた電流を一定とし
た場合の接合に必要な電圧の膜厚依存性である。図4
中、41はシリコン基板上にガラス薄膜を形成した場
合、42はガラス基板上にガラス薄膜を形成した場合の
関係である。ガラス薄膜をシリコン上に2μm形成した
場合は接合せず(ハッチングを施した丸印)、ガラス上
に2μm形成した場合は接合可能であったことより、7
00〜800V電圧印加まで接合可能であるとすれば、
ガラス基板上にガラス薄膜を形成した場合、膜厚5〜6
μmまで十分に接合可能である。。FIG. 4 shows the film thickness dependence of the voltage required for bonding when the current obtained from the experimental value is constant. Figure 4
In the figure, 41 is the relationship when the glass thin film is formed on the silicon substrate, and 42 is the relationship when the glass thin film is formed on the glass substrate. When the glass thin film was formed on silicon by 2 μm, it was not joined (hatched circle), and when it was formed on glass by 2 μm, it was possible to join.
If it is possible to bond up to a voltage of 00 to 800 V,
When a glass thin film is formed on a glass substrate, the film thickness is 5-6.
It is possible to bond up to μm. .
【0023】以上より、陽極接合法を用い、低温で接合
強度が大きく寸法精度を保持したガラス構造体11a、
12aとシリコン基板13の接合ができる。From the above, the glass structure 11a, which has a large bonding strength at a low temperature and maintains dimensional accuracy, by using the anodic bonding method,
12a and the silicon substrate 13 can be joined.
【0024】シリコン基板13とガラス構造体11b、
12bの接合も同様にして行なう。A silicon substrate 13 and a glass structure 11b,
The joining of 12b is performed in the same manner.
【0025】この様にして平滑平面の溝11cが、電極
16a、16b間空隙dの寸法精度良く強固な接合で得
られるため、図1に示す加速度センサで高精度で静電容
量の変化を検出し、精度良く加速度が検出できる様にな
る。In this way, the smooth flat groove 11c can be obtained by firmly joining the gap d between the electrodes 16a and 16b with high dimensional accuracy. Therefore, the acceleration sensor shown in FIG. However, the acceleration can be accurately detected.
【0026】[0026]
【実施例1の変更例】第1の実施例の変更例として、第
1の実施例(図1)と同じ構成でガラス基板11a、1
1b、ガラス薄膜12a、12bに他の組成のガラスを
用いる。[Modification of Embodiment 1] As a modification of the first embodiment, glass substrates 11a, 1a having the same configuration as the first embodiment (FIG. 1) are used.
1b and glass thin films 12a and 12b are made of glass having another composition.
【0027】図5は、代表的なガラスのエッチング速度
とエッチング液を示す表である。たとえば、ガラス基板
に、金属イオン入りケイ酸ガラス、ガラス薄膜に金属イ
オンを含まないケイ酸ガラスを用い、エッチング液にH
F:NH4F=1:6の緩衝エッチング液を用いれば
8:1(=4000:500)のエッチング比でエッチ
ングされ、ガラス基板に金属イオン入り硼ケイ酸ガラ
ス、ガラス薄膜にリンケイ酸ガラスを用い、エッチング
液にHF:NH4F=1:10を純水で100倍にうす
めた緩衝エッチング液を用いれば、薄膜部分のみエッチ
ングされる。FIG. 5 is a table showing typical glass etching rates and etching solutions. For example, silicate glass containing metal ions is used for the glass substrate, silicate glass containing no metal ions is used for the glass thin film, and H is used for the etching solution.
If a buffer etching solution of F: NH 4 F = 1: 6 is used, etching is performed at an etching ratio of 8: 1 (= 4000: 500), and the glass substrate is made of borosilicate glass containing metal ions and the glass thin film is made of phosphosilicate glass. If a buffer etching solution prepared by diluting HF: NH 4 F = 1: 10 with pure water 100 times is used as the etching solution, only the thin film portion is etched.
【0028】この様に、母体基板ガラスとガラス薄膜の
組成によって、温度、エッチング液等を考慮して、エッ
チング速度に十分差がある材料、条件を選べば、平滑な
溝を制御性良く形成することができる。As described above, depending on the composition of the mother substrate glass and the glass thin film, the temperature and the etching solution are taken into consideration, and if materials and conditions having a sufficient difference in etching rate are selected, a smooth groove can be formed with good controllability. be able to.
【0029】さらに、上述したごとく、ガラス構造体と
シリコン構造体の接合は陽極接合法で低温接合可能であ
るため、金属電極の作製も容易となる。Further, as described above, since the glass structure and the silicon structure can be bonded at a low temperature by the anodic bonding method, the metal electrode can be easily manufactured.
【0030】こうして、ガラス基板とガラス薄膜の材料
として、エッチング比が十分大きい材料を選ぶことによ
り、平滑平面の溝が電極間空隙の寸法精度良く強固な接
合が得られる様になり、高精度で静電容量の変化を検出
し精度良く加速度を検出することが可能になった。Thus, by selecting a material having a sufficiently large etching ratio as the material of the glass substrate and the glass thin film, it becomes possible to obtain a strong joint with a groove on a smooth flat surface having a dimensional accuracy of an interelectrode gap and a high accuracy. It has become possible to detect changes in electrostatic capacity and accurately detect acceleration.
【0031】[0031]
【実施例2】以下に本発明の第2の実施例を図6を用い
て説明する。Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【0032】図6は第2の実施例の圧力センサの主要部
の断面構成図である。第2実施例では、シリコンを異方
性エッチングして、被測定圧力をうける感圧ダイヤフラ
ム部66を形成したシリコン基板63を、ガラス薄膜6
2を介して、ガラス基板61と接合し、基準圧室64が
形成されている。FIG. 6 is a sectional view of the main part of the pressure sensor of the second embodiment. In the second embodiment, the glass thin film 6 is formed by anisotropically etching silicon to form the silicon substrate 63 on which the pressure sensitive diaphragm portion 66 that receives the pressure to be measured is formed.
A reference pressure chamber 64 is formed by being joined to the glass substrate 61 through 2.
【0033】ガラス構造体61、62の溝部分61aと
感圧ダイヤフラム部66の基準圧室64側に、夫々、電
極65a、65bが形成してある。また、ダイヤフラム
部66の基準圧室64側には蒸着、拡散等による集積回
路67が形成されている。電極65a、65b間間隔d
は数μm程度である。Electrodes 65a and 65b are formed on the groove portions 61a of the glass structures 61 and 62 and on the reference pressure chamber 64 side of the pressure sensitive diaphragm portion 66, respectively. An integrated circuit 67 formed by vapor deposition, diffusion, etc. is formed on the reference pressure chamber 64 side of the diaphragm portion 66. Distance d between the electrodes 65a and 65b
Is about several μm.
【0034】ガラス構造体61、62は上記実施例と同
じ構成である。また、上記実施例の如く、ガラス基板6
1とガラス薄膜62に十分エッチング速度が異なる組成
のガラスを用いて、平滑で制御性良く溝61aを形成す
る。さらに、ガラス構成体61、62とシリコン構造体
63、66は、上記実施例の如く比較的低温で陽極接合
が可能であるため、金属電極65a、65bの作製も容
易である。The glass structures 61 and 62 have the same structure as in the above embodiment. Further, as in the above embodiment, the glass substrate 6
1 and the glass thin film 62 are made of glass having a composition sufficiently different in etching rate to form the groove 61a with smoothness and good controllability. Further, since the glass structures 61 and 62 and the silicon structures 63 and 66 can be anodically bonded at a relatively low temperature as in the above-mentioned embodiment, the metal electrodes 65a and 65b can be easily manufactured.
【0035】この様にしてガラス構造体61、62を形
成することにより、平滑平面の溝61aを電極間間隔d
の寸法精度良くかつ強固な接合で得られる様になり、高
精度に静電容量の変化を検出し微少な圧力変化を測定す
ることが可能となった。尚、図6において、68はシリ
コン基板63に形成された穴を貫通する集積回路67か
らのリード線である。By forming the glass structures 61 and 62 in this way, the grooves 61a on the smooth plane are formed in the interelectrode gap d.
It is now possible to obtain a strong joint with good dimensional accuracy, and it has become possible to detect changes in capacitance with high accuracy and measure minute pressure changes. In FIG. 6, 68 is a lead wire from the integrated circuit 67 which penetrates the hole formed in the silicon substrate 63.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によるシリコ
ン構造体とガラス構造体の接合法を用いて作製した力学
量センサは、電極間空隙は制御性良く金属電極を容易な
工程で得られる。As described above, in the mechanical quantity sensor manufactured by using the bonding method of the silicon structure and the glass structure according to the present invention, the interelectrode gap is well controlled, and the metal electrode can be obtained in the easy process. .
【0037】従って、高精度で静電容量変化を検知し微
小な力学量を検出することができる力学量センサの作製
が可能となった。Therefore, it has become possible to manufacture a mechanical quantity sensor capable of detecting a change in capacitance with high accuracy and detecting a minute mechanical quantity.
【図1】本発明の第1実施例の主要構成断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of the main components of a first embodiment of the present invention.
【図2】第1実施例の主要構成の1部を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a part of the main configuration of the first embodiment.
【図3】ガラス構造体とシリコン構造体の接合時の電圧
−電流特性のグラフである。FIG. 3 is a graph of voltage-current characteristics when joining a glass structure and a silicon structure.
【図4】ガラス構造体とシリコン構造体の接合時におけ
る薄膜の膜厚と接合に必要な電圧の関係を表わすグラフ
である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the film thickness of a thin film and the voltage required for bonding when bonding a glass structure and a silicon structure.
【図5】代表的なガラスのエッチング速度とエッチング
液の例を示す表である。FIG. 5 is a table showing examples of typical glass etching rates and etching solutions.
【図6】第2の実施例の主要構成断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing the main configuration of a second embodiment.
【図7】従来の例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional example.
11a,11b,21,61……ガラス基板 11c,11d,23,61a……ガラス構造体の溝部 12a,12b,22,62……ガラス薄膜 13,63,71……シリコン構造体基板 13a,23……シリコン基板の溝 14,74……支持梁 15,75……錘り 16a,16b,65a,65b,73a,73b……
電極 31……シリコン基板と硼ケイ酸ガラス基板上にケイ酸
ガラス薄膜を2μm成膜したガラス構造体の接合時電圧
電流特性 32……シリコン基板と硼ケイ酸ガラス基板上にケイ酸
ガラス薄膜を1μm成膜したガラス構造体の接合時電圧
電流特性 33……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
膜を0.15μm成膜した構造体の接合時電圧電流特性 34……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
を0.3μm成膜した構造体の接合時電圧電流特性 35……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
を0.5μm成膜した構造体の接合時電圧電流特性 36……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上に熱酸化
を1μm成膜した構造体の接合時電圧電流特性 37……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上にケイ酸
ガラス薄膜を2μm成膜した構造体の接合時電圧電流特
性 41……硼ケイ酸ガラス基板とシリコン基板上にケイ酸
ガラス薄膜を成膜した構造体の接合時に必要な電圧とガ
ラス薄膜膜厚との関係 41……シリコン基板と硼ケイ酸ガラス基板上にケイ酸
ガラス薄膜を成膜した構造体の接合時に必要な電圧とガ
ラス薄膜膜厚との関係 64……基準圧室 66……感圧ダイヤフラム部 67……信号処理回路 68……リード線 72a,72b……溝が形成されている構造体 76……ピエゾ抵抗素子 77……サーボ回路 78……演算処理回路11a, 11b, 21, 61 ... Glass substrate 11c, 11d, 23, 61a ... Groove portion of glass structure 12a, 12b, 22, 62 ... Glass thin film 13, 63, 71 ... Silicon structure substrate 13a, 23 …… Silicon substrate groove 14,74 …… Support beam 15,75 …… Weight 16a, 16b, 65a, 65b, 73a, 73b ……
Electrode 31 …… Voltage-current characteristics at the time of joining of a glass structure in which a silicate glass thin film is formed to a thickness of 2 μm on a silicon substrate and a borosilicate glass substrate 32 …… A silicate glass thin film is deposited on a silicon substrate and a borosilicate glass substrate. Voltage-current characteristics during bonding of glass structure with 1 μm film thickness 33 ... Borosilicate voltage-current characteristics during bonding of structure with thermal oxide film formed on glass substrate and silicon substrate 0.15 μm 34 ... Borosilicate acid Voltage-current characteristics at the time of joining structures with a thermal oxidation film of 0.3 μm deposited on a glass substrate and a silicon substrate 35 ... Bonding of structures with a thermal oxidation film of 0.5 μm deposited on a borosilicate glass substrate and a silicon substrate Voltage-current characteristics 36 …… Voltage-current characteristics at the time of bonding of a structure in which a thermal oxidation film was formed on a borosilicate glass substrate and a silicon substrate by 1 μm 37 …… A silicate glass thin film was formed on a borosilicate glass substrate and a silicon substrate. Voltage-current characteristics at the time of bonding of a structure having a film thickness of 2 μm 41 ... Relationship between voltage required for bonding a structure having a silicate glass thin film formed on a borosilicate glass substrate and a silicon film and glass thin film thickness 41 ...... Relationship between voltage and glass thin film thickness required when joining structures in which a silicate glass thin film is formed on a silicon substrate and a borosilicate glass substrate 64 …… Reference pressure chamber 66 …… Pressure sensitive diaphragm 67 ...... Signal processing circuit 68 ...... Lead wires 72a, 72b ...... Structure body in which grooves are formed 76 ...... Piezoresistive element 77 ...... Servo circuit 78 ...... Arithmetic processing circuit
Claims (10)
において、前記ガラス構造体は、金属イオンを含有した
ガラス基板上にガラス薄膜を成膜して成り、シリコンと
ガラス構造体を陽極接合で接合することを特徴とする接
合法。1. A method of bonding silicon and a glass structure, wherein the glass structure is formed by forming a glass thin film on a glass substrate containing metal ions, and the silicon and the glass structure are bonded by anodic bonding. A joining method characterized by:
リコン構造体と溝を形成したガラス構造体を接合して作
製した力学量を検知する力学量センサにおいて、前記ガ
ラス構造体は、金属イオンを含有したガラス基板上にガ
ラス薄膜を成膜し、このガラス薄膜をエッチングするこ
とによって溝を形成して成ることを特徴とする力学量セ
ンサ。2. A mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity produced by bonding a silicon structure obtained by etching a part of a silicon substrate and a glass structure having a groove formed therein, wherein the glass structure contains a metal ion. A mechanical quantity sensor characterized in that a glass thin film is formed on the glass substrate and the groove is formed by etching the glass thin film.
とを特徴とする請求項2記載の力学量センサ。3. The mechanical quantity sensor according to claim 2, wherein the glass substrate is silicate glass.
ケイ酸ガラスであることを特徴とする請求項3記載の力
学量センサ。4. The mechanical quantity sensor according to claim 3, wherein the glass thin film is a silicate glass containing no ions.
ガラス、酸化ヒ素ガラスの1つであることを特徴とする
請求項3記載の力学量センサ。5. The mechanical quantity sensor according to claim 3, wherein the glass thin film is one of phosphate glass, borate glass, and arsenic oxide glass.
少なくとも1つを元素あるいは酸化物として含有するケ
イ酸ガラスであることを特徴とする請求項3記載の力学
量センサ。6. The mechanical quantity sensor according to claim 3, wherein the glass thin film is a silicate glass containing at least one of phosphorus, boric acid, and arsenic as an element or an oxide.
ことを特徴とする請求項2記載の力学量センサ。7. The mechanical quantity sensor according to claim 2, wherein the glass substrate is borosilicate glass.
ケイ酸ガラスあるいは硼ケイ酸ガラスであることを特徴
とする請求項7記載の力学量センサ。8. The mechanical quantity sensor according to claim 7, wherein the glass thin film is silicate glass or borosilicate glass containing no ions.
ガラス、酸化ヒ素ガラスの1つであることを特徴とする
請求項7記載の力学量センサ。9. The mechanical quantity sensor according to claim 7, wherein the glass thin film is one of borate glass, phosphate glass, and arsenic oxide glass.
の少なくとも1つを元素または酸化物として含有するケ
イ酸ガラスであることを特徴とする請求項7記載の力学
量センサ。10. The mechanical quantity sensor according to claim 7, wherein the glass thin film is a silicate glass containing at least one of boron, phosphorus and arsenic as an element or an oxide.
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JP34170792A JP3313793B2 (en) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Bonding method of silicon structure and glass structure and mechanical quantity sensor using the same |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000022657A1 (en) * | 1998-10-09 | 2000-04-20 | Daimlerchrysler Ag | Method for micro-structuring glasses |
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1992
- 1992-11-27 JP JP34170792A patent/JP3313793B2/en not_active Expired - Fee Related
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