專利名稱：用于測量動力學(xué)參量的電容傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量動力學(xué)參量的電容傳感器，該傳感器用于檢測動力學(xué)物理參量，比如當(dāng)電容變化時的加速度和角速度；本發(fā)明更具體地涉及一種通過半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝制備的電容動力學(xué)參量傳感器。
背景技術(shù)：
到目前為止，人們所熟知的靜電電容動力學(xué)參量傳感器具有質(zhì)量塊，該質(zhì)量塊根據(jù)外部所施加的加速度或角速度的大小發(fā)生位移，其還具有一個橫梁，并且該橫梁用于支持形成在半導(dǎo)體基片中支持的質(zhì)量塊，并且該傳感器用來檢測在包括質(zhì)量塊的可移動電極和形成于從可移動電極的微小距離處的固定電極之間產(chǎn)生的靜電電容中的變化(例如，參照日本專利8-94666A)。圖9是傳統(tǒng)的靜電電容動力學(xué)參量傳感器的剖面示意圖。在該傳感器中，重物91和橫梁92通過精密成圖工藝形成在半導(dǎo)體基片93中，并通過接合頂部基片94和底部基片95從兩面對其密封。在這樣的電容動力學(xué)參量傳感器中，為了具有重物來作為可移動電極運(yùn)行，固定電極98的一部分具有與半導(dǎo)體基片93的接觸，以控制重物91的電勢。圖10是基片接觸部分的剖面示意圖。形成疊置在玻璃基片95上的固定電極98的一部分，從而延伸至玻璃基片95和半導(dǎo)體基片93之間的連接區(qū)域，并通過連接物與半導(dǎo)體基片93接觸。接觸部分99的提供使可能控制形成于半導(dǎo)體基片93中的重物91的電勢(例如參見日本專利8-94666 A)。
然而，傳統(tǒng)的電容動力學(xué)參量傳感器包括下面的問題。
如圖10中所示，由于固定電極98的厚度，在接觸區(qū)域99的外圍產(chǎn)生其中玻璃基片95不與半導(dǎo)體基片93接觸的區(qū)域100，會引起嚴(yán)重的脫縫。這種脫縫引起漏氣等，并且會降低裝置的可靠性。另外，這可能使得為了防止降低裝置的可靠性，而在連接部的外圍設(shè)計更大的連接區(qū)域來防止其脫縫，可是芯片的尺寸就會變大從而導(dǎo)致成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述提及的問題提出本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，基于電容的改變來測量動力學(xué)參量的電容電容傳感器的特征包括具有質(zhì)量塊的半導(dǎo)體基片，質(zhì)量塊由橫梁支持并且質(zhì)量塊的位移是與外部所施加的包括加速度和角速度的動力學(xué)參量是相一致的；其上設(shè)置有固定電極和基板電極相層疊的玻璃基片，固定電極設(shè)置在與質(zhì)量塊相對的位置上，并間隔有微小縫隙，所述基板電極與半導(dǎo)體基片的一部分相接觸；其中尺寸等于或大于接觸區(qū)域的凹槽形成在半導(dǎo)體基片中的一個區(qū)域上，在接觸區(qū)域中半導(dǎo)體基片與基板電極相接觸。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，凹槽的深度小于基板電極的厚度。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，在凹槽中形成接觸電極與基板電極相接觸。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，凹槽的深度大于基板電極的厚度，并且接觸電極厚度的總和與基板電極的厚度都大于凹槽的深度。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，在接觸電極的一部分中形成多個凹槽或多個孔。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，以均勻的間隔設(shè)置多個凹槽或多個孔。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，在凹槽中存在多個接觸電極。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，以均勻的間隔設(shè)置多個接觸電極。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，相鄰的接觸電極具有基本上相同的電勢。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，相鄰的接觸電極與和接觸電極相同的材料連接。
在電容動力學(xué)參量傳感器中，接觸電極的每一個包含鋁。


圖1所示為說明了根據(jù)本發(fā)明實施例1的電容動力學(xué)參量傳感器的剖面示意圖；圖2所示為說明了根據(jù)本發(fā)明實施例1的電容動力學(xué)參量傳感器的剖面示意圖；圖3所示為說明了根據(jù)本發(fā)明實施例1的電容動力學(xué)參量傳感器中的硅質(zhì)基板接觸部分的剖面示意圖；圖4所示為說明了根據(jù)本發(fā)明實施例2的電容動力學(xué)參量傳感器中硅質(zhì)基板接觸部分的剖面示意圖；圖5所示為說明了根據(jù)本發(fā)明實施例2的電容動力學(xué)參量傳感器中硅質(zhì)基板接觸部分的平面示意圖；
圖6所示為說明了根據(jù)本發(fā)明實施例2的電容動力學(xué)參量傳感器中硅質(zhì)基板接觸部分的平面示意圖；圖7所示說明了根據(jù)本發(fā)明實施例2的電容動力學(xué)參量傳感器中硅質(zhì)基板接觸部分的平面示意圖；圖8所示為說明了根據(jù)本發(fā)明實施例2的電容動力學(xué)參量傳感器中硅質(zhì)基板接觸部分的平面示意圖；圖9所示為說明了傳統(tǒng)電容動力學(xué)參量傳感器的剖面示意圖；圖10所示為說明了傳統(tǒng)電容動力學(xué)參量傳感器的基板接觸部分的剖面示意圖。
具體實施例方式
下文將參照附圖通過給出的作為示例的角速度傳感器來詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，該角速度傳感器是典型的電容動力學(xué)參量傳感器。
實施例1圖1所示為說明了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的電容動力學(xué)參量傳感器的剖面示意圖。電容動力學(xué)參量傳感器具有三層結(jié)構(gòu)，三層結(jié)構(gòu)具有頂部玻璃基板1、硅質(zhì)基板2和底部玻璃基板3。這三個基板1、2和3相互連接以形成結(jié)構(gòu)。振動體具有通過蝕刻工藝形成于半導(dǎo)體(硅質(zhì))基板2中的橫梁4和質(zhì)量塊5，由于外部施加的力，振動體(具有橫梁4和質(zhì)量塊5)振動或扭曲。橫梁4的每一個的厚度、寬度和長度以及質(zhì)量塊5的厚度、面積等都設(shè)計成具有理想的彈性系數(shù)和諧振頻率。另外，狹縫6和7限定于橫梁4和形成在半導(dǎo)體基板2中的質(zhì)量塊5之間，頂部和底部的玻璃基板1和3分別與橫梁4和質(zhì)量塊5相對。振動體(具有橫梁4和質(zhì)量塊5)通過橫梁4連接在半導(dǎo)體基板2的外圍部分。通過外力的作用，支持質(zhì)量塊5的橫梁4支持彎曲，因此質(zhì)量塊5移動到狹縫6和7中。
通孔8形成在頂部和底部玻璃基板1和3的一部分中，頂部和底部的玻璃基板中夾持有硅質(zhì)基板2，在硅質(zhì)基板2中設(shè)置有振動體(具有橫梁4和質(zhì)量塊5)。電極形成在頂部和底部玻璃基板1和3的里面并通過通孔8延伸至外面。導(dǎo)電材料9被疊壓在通孔8的每一個的外端部的開口上，空間(狹縫6和7)限定在頂部和底部玻璃基板1和3兩者之間以至為導(dǎo)電材料9所密封。用于激發(fā)的固定電極10，用于檢測的固定電極11和基板電極12都形成在頂部和底部玻璃基板1和3的內(nèi)側(cè)面，并分別通過形成在通孔8側(cè)壁上的導(dǎo)線向外連接到導(dǎo)電材料9上。
例如，基于日本專利8-94666 A中所描述的傳感器相同的原理操作根據(jù)實施例1的電容動力學(xué)參量傳感器。在此將在下文中簡要描述電容動力學(xué)參量傳感器的操作原理。對頂部和底部玻璃基板1和3內(nèi)表面上用于激發(fā)的每一個固定電極10提供一交流(AC)電壓，振動體(具有橫梁4和質(zhì)量塊5)通過作用在用于激發(fā)的固定電極10和振動體(具有橫梁4和質(zhì)量塊5)兩者之間的靜電力來垂直地振動，振動體作為一個移動電極保持在接地電勢(ground potential)。當(dāng)繞y軸的角速度施加到振動體(具有橫梁4和質(zhì)量塊5)上，并且速度也以這樣的方式依z軸方向施加到振動體上時，自轉(zhuǎn)偏向力(Coriolis force)就表現(xiàn)為速度和角速度的矢量積的形式，并呈現(xiàn)在x軸方向上，其結(jié)果就如圖2中所示的橫梁4彎曲。用于激發(fā)的固定電極11分別提供在頂部和底部的玻璃基板1和3上。接著，角速度的值從用于檢測的固定電極11和質(zhì)量塊5兩者之間形成的電容的改變來得以檢測，質(zhì)量塊5作為移動電極是由于橫梁4的彎曲而發(fā)生傾斜的。
圖3所示為說明了根據(jù)本發(fā)明實施例1的電容動力學(xué)參量傳感器中硅質(zhì)基板2和頂部玻璃基板1上的基板電極兩者之間的連接部分的剖面示意圖。凹槽31形成在置于頂部玻璃基板1內(nèi)表面上的基板電極12與硅質(zhì)基板2中硅質(zhì)基片2相搭接的區(qū)域中。凹槽31的深度小于基板電極12的厚度，因此基板電極12在凹槽31中與硅質(zhì)基板2相連接?；咫姌O12能夠在水平方向移動與頂部玻璃基板1相同的量，其中基板電極12與硅質(zhì)基板2相接觸。然而，因為凹槽31的底面積大于硅質(zhì)基板2與基板電極12連接區(qū)域的面積，基板電極12的移動始終保持在凹槽31中。因此在凹槽31的外圍中不會出現(xiàn)由于基板電極12的厚度引起的脫縫，從而能夠提高電容動力學(xué)參量傳感器的可靠性。
實施例2圖4所示為說明了根據(jù)本發(fā)明實施例2的電容動力學(xué)參量傳感器中頂部玻璃基板上的基板電極12和硅質(zhì)基板兩者之間形成的連接區(qū)域的剖面示意圖，連接電極41形成在凹槽31中。為此連接電極41連接基板電極12，因此通過接觸確保半導(dǎo)體基板的電勢。基板電極12的厚度設(shè)置的要比從凹槽31的深度中減去連接電極41的厚度所獲得的值大一些，并使得基板電極12與連接電極41相接觸。圖5、圖6和圖7是連接區(qū)域的示意性平面圖。
如圖5中所示，設(shè)置連接電極42使其疊蓋住凹槽31中的基板電極12。為了防止基板電極12從突出處至接縫區(qū)域都疊蓋住連接電極42，有一個空間來防止移動后的基板電極12的一部分確保其在凹槽31中的連接電極42的外圍中。
同樣，在圖6中，在連接電極42中形成允許移動后的基板電極的一部分形成在其中的凹槽61。每一個凹槽61的寬度都設(shè)置的小于連接電極42的寬度，因此允許確定地獲得接觸。由于移動后的基板電極的一部分容納在槽61中相應(yīng)的一個上，移動到連接基板42外圍的基板電極12的一部分變得相對較小。因此，凹槽31的面積減小，芯片的尺寸減小。在圖6中所示的情況是凹槽61形成在連接電極42中的同時，可以理解在連接電極42中也可以形成圓形、矩形或橢圓形的孔來代替凹槽。
另外，如圖7中所示，可以提供多個連接電極71。在這種情況下，考慮到基板電極12的寬度方向，相鄰兩個連接電極71之間的距離設(shè)置的小于基板電極12的寬度，為此甚至當(dāng)一個小的位置變換發(fā)生在連接電極71和基板電極12兩者之間時，在連接電極71和基板電極12之間也能夠獲得完全接觸。即使在這樣的機(jī)構(gòu)中，由于確保移動空間在每一個連接71的外圍，在基板電極12的移動導(dǎo)致連接和連接電極之間的接合不會失敗，這樣就減小了凹槽的面積。因此，連接的可靠性得以提高，并以可電容動力學(xué)參量傳感器制成微型化。
另外，如圖8中所示，相鄰的連接電極71可以通過連接部分81來彼此連接。當(dāng)相鄰的連接電極71彼此連接的時，如果僅基板電極12連接到相鄰連接電極71的任何一個上，通過連接部81彼此連接的所有連接電極71具有相同的電勢。這樣即使當(dāng)在硅質(zhì)基板2和頂部玻璃基板兩者之間的結(jié)合處有微小的位置移動時，只要基板電極12連接到連接電極71的任何一個上，就能正常穩(wěn)定地獲得連接電阻。當(dāng)連接部分81的每一個都是由如每一個連接電極71相同的材料制成時，能夠形成連接部81而不必增加生產(chǎn)成本。此外，金屬的連接用容易塑性成型的鋁，并且具有較低的生產(chǎn)成本的鋁作為連接電極71和連接部81的合適材料。當(dāng)然，例如金、銀、鈦或鉻的金屬連接材料，或者是摻雜的硅都可以作為連接材料使用。
在這些實施例中，一旦在凹槽中獲得基板電極和半導(dǎo)體基板兩者之間的連接，由此就可以避免凹槽外圍中的脫縫，并且可靠性能夠得到提高。另外由于此處不需要增加連接區(qū)域，所以本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)避免了增加成本。
在靜電電容動力學(xué)參量傳感器中，通過疊層在玻璃基板上實現(xiàn)連接的基板電極用來控制半導(dǎo)體基板電極的電勢，在結(jié)構(gòu)上采用其中的凹槽形成在半導(dǎo)體基板中，半導(dǎo)體基板的一部分在凹槽中連接基板電極，為此就有可能在凹槽的外圍來避免脫縫。因此，就能夠提供一種靜電電容動力學(xué)參量傳感器，該傳感器具有完美的可靠性，該傳感器適合低成本生產(chǎn)。
雖然在實施例1和2中已經(jīng)描述了作為示例給出的角速度傳感器，但是本發(fā)明并不限定于此。換句話說，本發(fā)明能夠用于各種電容變化檢測型動力學(xué)參量傳感器，例如速度傳感器和壓力傳感器。
權(quán)利要求
1.一種電容動力學(xué)參量傳感器，其基于由于質(zhì)量塊移動、在質(zhì)量塊和固定電極之間形成的電容中的變化，用于測量動力學(xué)參量，其包括具有通過橫梁支持并依據(jù)動力學(xué)參量移動的質(zhì)量塊的半導(dǎo)體基板；及玻璃基板，在玻璃基板上在與質(zhì)量塊隔一狹縫相對的位置上設(shè)置有固定電極，和與半導(dǎo)體基板的一部分連接的基板電極，所述固定電極和所述基板電極相疊和；凹槽，其中凹槽的尺寸等于或大于接觸區(qū)域的尺寸，在接觸區(qū)域中半導(dǎo)體基板與基板電極在半導(dǎo)體基板中相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電容動力學(xué)參量傳感器，其中凹槽的深度小于基板電極的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電容動力學(xué)參量傳感器，其中在凹槽中形成與基板電極相連接的連接電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電容動力學(xué)參量傳感器，其中凹槽的深度大于基板電極的厚度，連接電極的厚度與基板電極的厚度之和大于凹槽的深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的電容動力學(xué)參量傳感器，其中多個凹槽或多個孔形成在連接電極的一部分中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電容動力學(xué)參量傳感器，其中多個凹槽或多個孔以均勻的間隔設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的電容動力學(xué)參量傳感器，其中在凹槽中存在多個連接電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電容動力學(xué)參量傳感器，其中多個連接電極以均勻的間隔設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的電容動力學(xué)參量傳感器，其中相鄰的連接電極具有基本上相同的電勢。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的電容動力學(xué)參量傳感器，其中相鄰的連接電極與如連接電極相同的材料連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的電容動力學(xué)參量傳感器，其中每一個連接電極都包含鋁。
全文摘要
公開了一種基于電容的改變來測量動力學(xué)參量的電容電容傳感器；具有質(zhì)量塊5的半導(dǎo)體基板2，質(zhì)量塊5由橫梁4來支持并根據(jù)動力學(xué)參量來移動；在玻璃基板1和3上有固定電極11和基板電極12被疊合在一起，固定電極11以間隔狹縫6、7設(shè)置在與質(zhì)量塊5相對的位置上，基板電極12與半導(dǎo)體基板的一部分連接；其中凹槽形成在半導(dǎo)體基板2的一個區(qū)域內(nèi)，凹槽的尺寸具有等于或者大于接觸區(qū)域的尺寸，在所述接觸區(qū)域中半導(dǎo)體基板2中半導(dǎo)體基板2與基板電極12相接觸。
文檔編號H01L29/84GK1645152SQ20051005092
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月21日
發(fā)明者加藤健二, 須藤稔, 槍田光男 申請人:精工電子有限公司