(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される静電容量式圧力センサにおいて、
シリコン部品が単結晶シリコンからなり、
ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、
シリコン部品の凹部表面には絶縁性薄膜が形成され、
シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている
ことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
【請求項２】
固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される静電容量式圧力センサにおいて、
シリコン部品が単結晶シリコンからなり、
ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、
シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、
シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている
ことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
【請求項３】
固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される静電容量式圧力センサにおいて、
シリコン部品が単結晶シリコンからなり、
ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、
シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、
前記凹部のざぐり穴の外周には絶縁性薄膜が形成され、
シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている
ことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
【請求項４】
前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離が、定格圧力を受けた状態における固定電極と可動電極とのギャップより小さい
ことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の静電容量式圧力センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の静電容量式圧力センサの製造方法であって、
前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離を凹部表面に形成する絶縁性薄膜の厚さで制御し、その距離を、定格圧力を受けた状態における固定電極と可動電極とのギャップより小さくする
ことを特徴とする静電容量式圧力センサの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電容量式圧力センサの製造方法であって、
前記シリコン部品の凹部を、可動電極と固定電極とのギャップを形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成する
ことを特徴とする静電容量式圧力センサの製造方法。
【請求項７】
請求項２または請求項３に記載の静電容量式圧力センサの製造方法であって、
前記シリコン部品のざぐり穴を、シリコン部品の溝を形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成する
ことを特徴とする静電容量式圧力センサの製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電容量式圧力センサの製造方法であって、
前記ガラス部品を、スルーホールを形成する工程、両面及びスルーホール内面に導電性薄膜を成膜する工程、ドライフィルムレジストにより導電性薄膜をパターニングする工程の順で作製する
ことを特徴とする静電容量式圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス等の流体の圧力を検出して圧力に応じた信号を出力する静電容量式圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスメータ等に搭載される小型軽量で安価な静電容量式圧力センサ（以下では圧力センサと略称する）としては、リング状溝の内側の部分を可動電極とする単結晶シリコン板からなるシリコン部品と、この可動電極に対向する位置に固定電極を形成した硼硅酸ガラスからなるガラス部品とを、可動電極と固定電極との間に所定のギャップをもたせて接合した構造の圧力センサがある。リング状溝に対応する肉薄部が印加された圧力によって変形することによって、可動電極が変位し、両電極間の静電容量値が変化する。
図９は、このような圧力センサの一例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図である。
【０００３】
単結晶シリコン板からなるシリコン部品１には、上面から、コンデンサ３のギャップとなるギャップ部13と上側のリング状溝12とリング状溝12の外側に位置する凹部14とが選択エッチングによって形成されており、下面から、下側のリング状溝12が選択エッチングによって形成されている。このシリコン部品１のいずれかの面に圧力が印加されると、この上下のリング状溝12によって囲まれた領域が、リング状溝12によって薄肉になった部分の変形によって変位する。すなわち、このリング状溝12によって囲まれた領域が可動電極部11として機能する。凹部14は、ガラス部品２のスルーホール電極24の下端とシリコン部品１とが接触することを避けるために形成される。スルーホール電極24は、ガラス部品に形成された固定電極21を外部回路と接続するために固定電極用スルーホール22の内面及び下側開口部周辺に形成されたメタライズ層である。ガラス部品２のスルーホール電極24とシリコン部品１とが接触すると、可動電極部11と固定電極21とが短絡された状態となり、このセンサの機能が失われる。
【０００４】
単結晶シリコン板の選択エッチング方法としては、アルミをマスク材料とするプラズマエッチング法が最も一般的であり、浅いエッチング加工であるギャップ部13の加工及び凹部14の加工が先に実施され、次に、深いエッチング加工である上下のリング状溝12の加工が別々の工程で実施される。
【０００５】
硼硅酸ガラスからなるガラス部品２には、シリコン部品１の凹部14の中央部に対応して固定電極用スルーホール22が形成され、固定電極用スルーホール22の対角位置の角に可動電極用スルーホール23が形成され、シリコン部品１の可動電極部11に対向する位置に固定電極21が形成されている。固定電極21には、可動電極部11に対向する部分だけではなく固定電極用スルーホール22までのリード部も含まれている。固定電極用スルーホール22の内面及び開口部周辺には、固定電極21が形成されている側からスルーホール電極24が形成され、固定電極21を固定電極用スルーホール22の上端まで引き出している。可動電極用スルーホール23は、図９では円形の４分の１に表現されているが、隣り合う４つの分と合わせると円形をしている。
【０００６】
ガラス部品２は次のようにして製造される。
まず、固定電極21を形成するための導電性薄膜、例えばクロムと金との積層金属膜、がスパッタリング法によって下面に生成され、この積層金属膜がフォトリソグラフィ技術によってパターニングされて、固定電極21が形成される。フォトリソグラフィ技術によるのは高い寸法精度を得るためである。次に、固定電極用スルーホール22及び可動電極用スルーホール23が、例えばサンドブラスト等の方法で同時に形成される。最後に、例えばクロムと金との積層金属膜からなるスルーホール電極24が、金属マスクを用いるマスクスパッタリング法によって形成される。
【０００７】
以上のようなシリコン部品１とガラス部品２とが、可動電極部11と固定電極21とがギャップ部13を挟んで対向し、凹部14の中央部に固定電極用スルーホール22が位置するように位置決めされて、外周部で静電接合される。静電接合の後、ガラス部品２の上面側から、固定電極用スルーホール22の内面及び開口部周辺に固定電極の端子25が形成され、可動電極用スルーホール23の内面（図９では側面）及び開口部周辺（図９では上面）に可動電極の端子26が形成されて、固定電極21と可動電極部11とからなるコンデンサ３を備えた圧力センサが完成する。固定電極の端子25及び可動電極の端子26は、スルーホール電極24と同様に、例えばクロムと金との積層金属膜からなり、マスクスパッタリング法によって形成される。固定電極の端子25の形成によって、固定電極の端子25とスルーホール電極24とが固定電極用スルーホール22の内面で接続され、外部回路と接続するための固定電極の端子25に固定電極21が接続された状態になる。一方、可動電極の端子26の形成によって、シリコン部品１の可動電極部11の電気配線が、固定電極の端子25と同じ平面上に取り出された状態になる。同一平面上に両端子25及び26が形成されることによって、外部回路との接続が非常に容易となる。なお、固定電極の端子25と可動電極の端子26とは、同時に形成できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス部品２の固定電極用スルーホール22及び可動電極用スルーホール23を形成する方法として、加工時間が短くて済むサンドブラスト等の機械的加工方法を採用すると、固定電極用スルーホール22等の端部にバリを発生する。このバリの大きさがシリコン部品１の凹部14の深さから固定電極用スルーホール22の下面開口部周辺の金属層の厚さを差し引いた値より大きい場合には、凹部14と固定電極用スルーホール22の下面開口部周辺の金属層とが接触し、コンデンサ３が短絡状態となり、必要なセンサ機能が得られなくなる。その結果、作成した圧力センサの良品率が低下する。また、完全な短絡状態にならない場合にも、特性をばらつかせ、信頼性を悪化させる。
【０００９】
また、コンデンサ３のギャップ相当の大きさの塵埃が、固定電極用スルーホール22を通ってコンデンサ３にまで到達すると、この塵埃がコンデンサ３を短絡したり可動電極部11の変位を妨げたりする。その結果、必要なセンサ機能が得られなくなり、圧力センサの信頼性が悪化する。
【００１０】
また、ガラス部品２に固定電極21等を高精度で形成するためには、フォトリソグラフィ技術の適用が必要である。しかし、従来のフォトレジストによるフォトリソグラフィ技術では、スルーホールの内面に形成された金属層を残すことは困難である。そのため、金属層のパターニング後にスルーホールを形成し、次いでスルーホール内面に金属層を形成しなければならず、２回の金属層形成工程が必要である。
【００１１】
この発明の課題は、上記の良品率の低下や信頼性の悪化や工程の多さという問題点を解決して、特性と信頼性とが優れ、良品率が高く、且つ工程数が少ない安価な圧力センサを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、
固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部表面には絶縁性薄膜が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている（請求項１の発明）。
【００１３】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成された絶縁性薄膜が、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホールの内部側開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。
【００１４】
また、固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている（請求項２の発明）。
【００１５】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成されたざぐり穴が、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホール部の開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。
【００１６】
更に、固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、前記凹部のざぐり穴の外周には絶縁性薄膜が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている（請求項３の発明）。
【００１７】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成されたざぐり穴とその周辺の絶縁性薄膜とが、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホール部の開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。更に、ざぐり穴周辺の絶縁性薄膜は、ガラス部品との間隔を狭くするので、スルーホール部から侵入してきた塵埃が更に内部へ侵入することを防止する。
【００１８】
請求項１の発明または請求項３の発明において、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離が、定格圧力を受けた状態における固定電極と可動電極とのギャップ（以下では定格圧力時ギャップという）より小さい（請求項４の発明）。
【００１９】
スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離が定格圧力時ギャップより小さいので、スルーホールから侵入してきた塵埃の内で更に内部へ侵入できる塵埃はその距離未満の大きさのものに限定され、定格圧力までの圧力を受けて変位する可動電極の動きが妨げられたり、両電極間が短絡状態になったりすることが非常に少なくなる。
【００２０】
請求項４に記載の圧力センサの製造方法として、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離を凹部表面に形成する絶縁膜の厚さで制御し、その距離を定格圧力時ギャップより小さくする（請求項５の発明）。
【００２１】
凹部に形成する絶縁膜の厚さを制御することによって、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離を定格圧力時ギャップより小さくすることは、非常に容易な作業である。
【００２２】
また、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法として、前記シリコン部品の凹部を、可動電極と固定電極とのギャップを形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成する（請求項６の発明）。
凹部とギャップとが同時に形成されるので、凹部を形成するために追加の工程を必要としない。
【００２３】
更に、請求項２または請求項３に記載の圧力センサの製造方法として、前記シリコン部品のざぐり穴を、シリコン部品の溝を形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成する（請求項７の発明）。
ざぐり穴と溝とが同時に形成されるので、ざぐり穴を形成するために追加の工程を必要としない。
【００２４】
更にまた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法として、前記ガラス部品を、スルーホールを形成する工程、両面及びスルーホール内面に導電性薄膜を成膜する工程、ドライフィルムレジストによる導電性薄膜のパターニング工程の順で作製する（請求項８の発明）。
この工程によれば、スルーホールを形成した後に導電性薄膜を成膜するので、スルーホール内面に導電性薄膜を成膜する専用工程は不要となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この発明による圧力センサの実施の形態を実施例を用いて説明する。
なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付している。
【００２６】
〔第１の実施例〕
図１は、この発明による圧力センサの実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図である。図２は、この実施例のシリコン部品1aの製造工程を示し、（ａ）はギャップ部13の形成工程後のシリコン部品1a-1の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は絶縁膜15の形成工程後のシリコン部品1a-2の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はリング状溝12の形成工程後のシリコン部品1a-3の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図である。図３は、ガラス部品２の製造工程を示し、（ａ）は固定電極21及び格子電極27の形成工程後のガラス部品2-1 の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は固定電極用スルーホール22及び可動電極用スルーホール23の形成工程後のガラス部品2-2 の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はスルーホール電極24の形成工程後のガラス部品2-3 の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図である。
【００２７】
この実施例においては、従来技術と同様に、測定対象圧力によってその静電容量値を変化させるコンデンサ３が、上下のリング状溝12によって囲まれ、ギャップ部13分だけ凹まされたシリコン部品1aの可動電極部11と、ガラス部品２のシリコン部品1a側の面に形成された固定電極21とで構成されている。可動電極部11は可動電極用スルーホール23に形成された可動電極の端子26によって、固定電極21は固定電極用スルーホール22に形成されたスルーホール電極24及び固定電極の端子25によってガラス部品２の上面まで接続されている。
シリコン部品1aの凹部14には絶縁膜15が形成されており、このことが従来技術のシリコン部品１と異なる点である。
【００２８】
凹部14は、ガラス部品２のスルーホール電極24とシリコン部品１とが接触してコンデンサ17が短絡状態になることを避けるために形成されるが、その底面に形成されている絶縁膜15が両者の電気的絶縁状態をより完全なものにする。この点に関して更に詳しく説明すると、スルーホール電極24は、ガラス部品に形成された固定電極21を外部回路と接続するために固定電極用スルーホール22の内面及び下側開口部周辺に形成されたメタライズ層であるので、ガラス部品２のスルーホール電極24とシリコン部品１の凹部14とが接触して導通状態になると、可動電極部11と固定電極21とが短絡された状態となり、センサの機能が失われる。そのため、両者が接触して導通状態になることを防止することは必要不可欠の条件なのである。
【００２９】
ここで、シリコン部品1aの製造工程を、図２を用いて説明する。
単結晶シリコン板からなるシリコン部品1aは、まず、その上面から、コンデンサ３のギャップとなるギャップ部13と凹部14とが、フォトリソグラフィによってパターニングされたアルミパターンをマスクとするプラズマエッチングによって同時に形成され〔図２（ａ）及び（ｂ）〕、次いで、絶縁膜15が、所定領域だけに成膜できる金属マスクを用いた石英のスパッタリングによって凹部14の底面に形成され〔図２（ｃ）及び（ｄ）〕、最後に上面及び下面から、上下のリング状溝12がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成される〔図２（ｅ）及び（ｆ）〕。
【００３０】
絶縁膜15の形成領域は、ガラス部品１のスルーホール22の加工時にバリが発生する範囲をカバーするために、スルーホール22の大きさより一回り大きく設定されている。
【００３１】
なお、ギャップ部13及び凹部14の形成工程においては、アルミマスクに替えて熱酸化によるシリコン酸化膜をフォトリソグラフィによってパターニングしてマスクにすることもできる。また、絶縁膜15の形成には熱酸化膜をフォトリソグラフィによりパターニングする方法を採用することもできる。
【００３２】
このシリコン部品1aのいずれかの面に圧力が印加されると、この上下のリング状溝12によって囲まれた領域が、リング状溝12によって薄肉になった部分の変形によって変位し、このリング状溝12によって囲まれた領域が可動電極部11として機能する。
【００３３】
次に、ガラス部品２の製造工程を図３を用いて説明する。
まず、硼硅酸ガラスからなるガラス板の両面に、例えばクロムと金の積層膜からなる厚さ数百〜数千オングストロームの導電性薄膜が蒸着あるいはスパッタリングによって形成された後、両面マスク合わせによるフォトリソグラフィによって、下面にはシリコン部品１の可動電極部11に対向する位置に固定電極21が形成され、上面には外周部に幅数十〜数百μm の格子電極27が形成される〔図３（ａ）及び（ｂ）〕。格子電極27はウェハ状態で製造した場合の切断位置を示し、更に静電接合時の電極の役目をする。この格子電極27の存在によって、静電接合のために印加する電圧がウェハ全体に均一に行きわたり、静電接合の良品率が大幅に向上し、接合時間も短縮される。
【００３４】
続いて、シリコン部品1aの凹部14の中央部に対応する固定電極用スルーホール22と、固定電極用スルーホール22の対角位置の角の可動電極用スルーホール23とが、サンドブラスト等によって形成され〔図３（ｃ）及び（ｄ）〕、スルーホール電極24が、固定電極21が形成されている側から、固定電極用スルーホール22の内面及び開口部周辺に、上記と同じクロムと金の積層膜としてマスクスパッタリングによって形成され〔図３（ｅ）及び（ｆ）〕、固定電極21を固定電極用スルーホール22の上端まで引き出している。この場合の積層膜形成にスパッタリングを採用するのは、スルーホール内部への十分な膜形成を確保するためである。なお、可動電極用スルーホール23は、図１及び図３では円形の４分の１に表現されているが、隣り合う４つの分と合わせると円形をしている。
【００３５】
ガラス部品２に使用される硼硅酸ガラスとしては、パイレックスガラスが最も適している。それは、パイレックスガラスの熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に極めて近いため、両者を静電接合等の方法で接合した場合に発生する歪みが非常に小さくなるからである。
【００３６】
以上のようなシリコン部品1aとガラス部品２とが、可動電極部11と固定電極21とがギャップ部13を挟んで対向し、凹部14の中央部に固定電極用スルーホール22が位置するように位置決めされて、外周部で静電接合される。静電接合の後、ガラス部品２の表面側から、固定電極の端子25が固定電極用スルーホール22の内面及び開口部周辺に上記と同じクロムと金の積層膜としてマスクスパッタリングで形成され、同時に可動電極の端子26が可動電極用スルーホール23の内面及び開口部周辺に形成されて、固定電極21と可動電極部11とからなるコンデンサ３を備えた圧力センサが完成する。固定電極の端子25の形成によって、固定電極の端子25とスルーホール電極24とがスルーホール22内面で接続され、固定電極24が外部回路と接続するための固定電極の端子25に接続された状態になる。一方、可動電極の端子26の形成によって、シリコン部品１の可動電極部11の電気配線が、固定電極の端子25と同じ平面上に取り出された状態になる。同一平面上に両端子25及び26が形成されることによって、外部回路との接続が非常に容易となる。
【００３７】
図１から図３に示した図及び以上の説明においては、１つの圧力センサの単位で説明してきたが、実際に圧力センサを製造する場合には、ウエハの状態で以上に述べた全ての工程が実施され、最後に、そのウェハが格子電極27にしたがって切断されて、個々の圧力センサに分離される。したがって、製造工程においては、可動電極用スルーホール23は円形をしており、格子電極27は格子状をしている。
【００３８】
以上の説明から明らかなように、この実施例においては、シリコン部品1aの凹部14に絶縁膜15が形成されているので、固定電極用スルーホール22の開口部周辺にバリを有するガラス部品２がシリコン部品1aに接合され、バリの表面に形成されたスルーホール電極24がシリコン部品1aの凹部14に接触しても、シリコン部品1aとスルーホール電極24とが導通状態になることがなく、圧力センサの機能を失うことはない。したがって、この絶縁膜15の形成によって、固定電極用スルーホール22の加工に伴って発生するバリに起因する特性不良をなくすることができ、圧力センサの良品率を向上させることができ、不安定な接触に伴う特性の不安定さも解消される。
【００３９】
〔第２の実施例〕
この実施例は、第１の実施例において、シリコン部品1aの凹部14に形成される絶縁性薄膜15の厚さが制御されて、固定電極用スルーホール22の内側開口部周辺におけるシリコン部品1aとガラス部品２との距離が定格圧力時ギャップより小さくなるように製造されている。このような絶縁性薄膜15の厚さの制御は、例えば絶縁性薄膜15を形成するスパッタリングの時間の設定を変えるだけで容易に実施できる。
【００４０】
絶縁性薄膜15の厚さについて、ギャップ部13と同時に凹部14を形成する場合を例にとって具体的に数値を示す。
圧力が印加されていない状態におけるコンデンサ３の固定電極21と可動電極部11とのギャップ（以下では圧力無印加時ギャップという）を1.5 μm とすると、凹部14の凹み量はギャップ部13の凹み量と同じで、〔1.5 μm ＋固定電極21の厚さ〕となる。定格圧力によるギャップの変化量は圧力無印加時ギャップの70％に設定されているので、定格圧力時ギャップは0.45μm となる。固定電極用スルーホール22の開口部周辺にはスルーホール電極24が形成されるので、その厚さが固定電極の厚さと同じであるとし、固定電極21の厚さを0.2 μm とすると、必要な絶縁性薄膜15の厚さは、最少で0.85μm であり、最大で（1.5 μm −α）となる。この最大値は、シリコン部品1aとガラス部品２とが静電接合される場合に、絶縁性薄膜15が開口部周辺のスルーホール電極24に突き当たって、静電接合されるべき部分が接触できなくなることを避ける条件と基準圧導入のための間隙を確保する条件とから決められる。
【００４１】
このように絶縁性薄膜15の厚さを制御することによって、固定電極用スルーホール22から圧力センサ内部に侵入する塵埃の大きさが制限され、固定電極11と可動電極部21とが短絡されることや可動電極部11の変位が妨げられることが防止され、良品率と信頼性とに優れた圧力センサを製造することができる。
【００４２】
〔第３の実施例〕
この実施例は、第１の実施例におけるシリコン部品１と固定電極21との短絡防止のための絶縁性薄膜15に替えて、凹部14にざぐり穴16を形成したシリコン部品1bと、ガラス部品の製作において、スルーホール加工の後でメタライズ加工をして各面１回ずつの金属層生成として金属層生成回数を少なくしたガラス部品2aとが静電接合されたものである。
【００４３】
図４は第３の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図である。図５はこの実施例のシリコン部品1bの製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品1b-1の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は上面のリング溝形成工程後のシリコン部品1b-2の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）は下面のリング溝形成工程後のシリコン部品1b-3の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図である。図６はこの実施例のガラス部品2aの製造工程を示し、（ａ）はスルーホール形成工程後のガラス部品2a-1の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は導電性薄膜形成工程後のガラス部品2a-2の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はドライフィルムレジストのパターニング工程後のガラス部品2a-3の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図、（ｇ）は電極形成工程後のガラス部品2a-4の平面図、（ｈ）は（ｇ）のＡＡ断面図である。
【００４４】
ざぐり穴16は、ガラス部品2aの固定電極用スルーホール22の直下に形成され、その大きさは、固定電極用スルーホール22の直径より一回り大きく、スルーホール加工によってバリが発生する領域をカバーしており、その深さは、スルーホール加工によって発生するバリが接触する可能性の極めて低い深さにしてある。
【００４５】
図５を用いてシリコン部品1bの製造工程を説明する。
単結晶シリコン板からなるシリコン部品1bは、まず、その上面から、コンデンサ３のギャップとなるギャップ部13と凹部14とが、フォトリソグラフィでパターニングされたアルミパターンをマスクとするプラズマエッチングによって同時に形成され〔図５（ａ）及び（ｂ）〕、次いで、上面から、上のリング状溝12及びざぐり穴16がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成され〔図５（ｃ）及び（ｄ）〕、最後に下面から、下のリング状溝12がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成される〔図２（ｅ）及び（ｆ）〕。
【００４６】
次に、ガラス部品２の製造工程を図６を用いて説明する。
まず、硼硅酸ガラスからなるガラス板に、シリコン部品1bの凹部14の中央部に対応する固定電極用スルーホール22と、固定電極用スルーホール22の対角位置の角の可動電極用スルーホール23とが、サンドブラスト等によって形成され〔図６（ａ）及び（ｂ）〕、次に、その両面にクロムと金の積層膜からなる導電性薄膜28a 及び28b がスパッタリングによって形成される〔図６（ｃ）及び（ｄ）〕。続いて、両面にドライフィルムレジストが貼り付けられた後、両面マスク合わせによるフォトリソグラフィによって、上面では固定電極の端子25及び格子電極27に相当するドライフィルムレジストのパターン41a 及び41b が形成され、下面では固定電極21とスルーホール電極24とが一体となったパターンに相当するドライフィルムレジストのパターン41c が形成され〔図６（ｅ）及び（ｆ）〕、そのパターンニングされたドライフィルムレジストによって導電性薄膜28a 及び28b がパタニーングされた後、ドライフィルムレジスト41a, 41b及び41c が除去されて、図６（ｇ）及び（ｈ）に示すガラス部品2a（図６では2a-4）が完成する。
【００４７】
この実施例におけるガラス部品2aの製造工程が可能となるのは、ドライフィルムレジストがフォトレジストとしての機能を保持しながら、固定電極用スルーホール22等のスルーホールを完全に塞いで、導電性薄膜28a 及び28b をパターニングする際のエッチングに耐えるからである。
【００４８】
この実施例を第１の実施例と比較すると、次のような利点がある。
シリコン部品1bの製作においては、絶縁性薄膜の形成が必要なく、ざぐり穴16は上面のリング状溝12の形成時に同時に形成できる。また、ガラス部品2aの製作においては、固定電極21とスルーホール電極24とが一体で形成できるため、導電性薄膜の形成回数が２回で済む。したがって、この実施例による圧力センサは少ない製造工数で製作することができる。
【００４９】
〔第４の実施例〕
この実施例は、第３の実施例に第２の実施例のような塵埃侵入防止対策を施したものであり、第３の実施例と異なる点は、ざぐり穴16の外周に厚さを制御された絶縁性薄膜17が形成されていることである。この絶縁性薄膜17の厚さは、第２の実施例における絶縁性薄膜15と同じである。したがって、この実施例の圧力センサは、第３の実施例のシリコン部品1bのざぐり穴16の外周に厚さを制御された絶縁性薄膜17が形成されているシリコン部品1cと、第３の実施例と同じガラス部品2aとが静電接合されて構成されている。
【００５０】
図７は第４の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図であり、図８はこの実施例のシリコン部品1cの製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品1c-1の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は絶縁性薄膜形成工程後のシリコン部品1c-2の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）は上面のリング溝形成工程後のシリコン部品1c-3の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図、（ｅ）は下面のリング溝形成工程後のシリコン部品1c-4の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図である。
【００５１】
図８を用いてシリコン部品1cの製造工程を説明する。
単結晶シリコン板からなるシリコン部品1cは、まず、その上面から、コンデンサ３のギャップとなるギャップ部13と凹部14とが、フォトリソグラフィでパターニングされたアルミパターンをマスクとするプラズマエッチングによって同時に形成され〔図８（ａ）及び（ｂ）〕、次いで、全面に熱酸化によって所定の厚さの酸化膜が生成された後、フォトリソグラフィによって、後工程で形成されるざぐり穴16の外周部相当位置にリング状の絶縁性薄膜17が形成される〔図８（ｃ）及び（ｄ）〕。続いて、上面から、上のリング状溝12及びざぐり穴16がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成され〔図８（ｅ）及び（ｆ）〕、最後に下面から、下のリング状溝12がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成される〔図８（ｇ）及び（ｈ）〕。
【００５２】
この実施例は、第３の実施例に比べると絶縁性薄膜17を形成する工数分だけ工数が増加する。しかし、絶縁性薄膜17とガラス部品2aとの制御された狭い間隔が、固定電極用スルーホール22を通って侵入してくる塵埃の内の前記間隔以上の大きさのもののより内部へ侵入を阻止し、信頼性に優れた圧力センサを提供することができる。
【００５３】
この実施例においては、シリコン部品1bのギャップ部13と凹部14とがプラズマエッチングによって同時に形成され、塵埃侵入防止対策としては、ざぐり穴16の外周部にリング状の絶縁性薄膜17が形成されている。同様の塵埃侵入防止対策としては、凹部14の形成工程とギャップ部13の形成工程とを別工程にして、凹部14をギャップ部13より浅く加工し、ざぐり穴16の外周部のシリコン部品とガラス部品との距離を所定値以下にすることによっても実現することができる。
【００５４】
なお、以上４つの実施例の説明においては、シリコン部品1a等の可動電極部11がリング状溝12で囲まれているものを説明したが、この発明は、可動電極部を囲む溝がリング状のものに限定されるものではなく、例えば方形状溝のものにも有効である。
【００５５】
【発明の効果】
この発明によれば、
固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部表面には絶縁膜が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている。
【００５６】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成された絶縁性薄膜が、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホールの内部側開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。したがって、特性と信頼性とが優れ、良品率が高い圧力センサを提供することができる（請求項１の発明）。
【００５７】
また、固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている。
【００５８】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成されたざぐり穴が、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホール部の開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。したがって、特性と信頼性とが優れ、良品率が高い圧力センサを提供することができる（請求項２の発明）。
【００５９】
更に、固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、前記凹部のざぐり穴の外周には絶縁性薄膜が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている。
【００６０】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成されたざぐり穴とその周辺の絶縁性薄膜とが、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホール部の開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。更に、ざぐり穴周辺の絶縁性薄膜は、ガラス部品との間隔を狭くするので、スルーホール部から侵入してきた塵埃が更に内部へ侵入することを防止する。したがって、特性と信頼性とがより優れ、良品率が高い圧力センサを提供することができる（請求項３の発明）。
【００６１】
請求項１の発明または請求項３の発明において、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離が、定格圧力時ギャップより小さいので、スルーホールから侵入してきた塵埃の内で更に内部へ侵入できる塵埃はその距離未満の大きさのものに限定され、定格圧力までの圧力を受けて変位する可動電極の動きが妨げられたり、両電極間が短絡状態になったりすることが非常に少なくなる。したがって、特性と信頼性とが更により優れ、良品率が高い圧力センサを提供することができる（請求項４の発明）。
【００６２】
請求項４に記載の圧力センサの製造方法として、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離を凹部表面に形成する絶縁膜の厚さで制御し、その距離を定格圧力時ギャップより小さくする。凹部に形成する絶縁膜の厚さを制御することによって、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離を定格圧力時ギャップより小さくすることは、非常に容易な作業である。したがって、請求項４に記載の圧力センサを容易に製造することができる（請求項５の発明）。
【００６３】
また、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法として、前記シリコン部品の凹部を、可動電極と固定電極とのギャップを形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成するので、凹部を形成するために追加の工程を必要としない。したがって、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサを少ない工程数で製造することができる（請求項６の発明）。
【００６４】
更に、請求項２または請求項３に記載の圧力センサの製造方法として、前記シリコン部品のざぐり穴を、シリコン部品の溝を形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成するので、ざぐり穴を形成するために追加の工程を必要としない。したがって、請求項２または請求項３に記載の圧力センサを少ない工程数で製造することができる（請求項７の発明）。
【００６５】
更にまた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法として、前記ガラス部品を、スルーホールを形成する工程、両面及びスルーホール内面に導電性薄膜を成膜する工程、ドライフィルムレジストによる導電性薄膜のパターニング工程の順で作製する。この製造工程によれば、スルーホールを形成した後に導電性薄膜を成膜するので、スルーホール内部に導電性薄膜を成膜する専用工程は不要となる。したがって、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサを少ない工程数で製造することができる（請求項８の発明）。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による圧力センサの第１の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図
【図２】第１の実施例のシリコン部品の製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は絶縁膜形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図
【図３】ガラス部品の製造工程を示し、（ａ）は電極形成工程後のガラス部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）はスルーホール形成工程後のガラス部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はスルーホール電極形成工程後のガラス部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図
【図４】第３の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図
【図５】第３の実施例のシリコン部品の製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は上面のリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）は下面のリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図
【図６】第３の実施例のガラス部品の製造工程を示し、（ａ）はスルーホール形成工程後のガラス部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は導電性薄膜形成工程後のガラス部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はドライフィルムレジストのパターニング工程後のガラス部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図、（ｇ）は電極形成工程後のガラス部品の平面図、（ｈ）は（ｇ）のＡＡ断面図
【図７】第４の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図
【図８】第４の実施例のシリコン部品の製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は絶縁性薄膜形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）は上面のリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図、（ｇ）は下面のリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｈ）は（ｇ）のＡＡ断面図
【図９】従来技術による圧力センサの一例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図
【符号の説明】
１, 1a, 1b, 1c  シリコン部品
11  可動電極部            12  リング状溝
13  ギャップ部            14  凹部
15, 17  絶縁性薄膜        16  ざぐり穴
２, 2a  ガラス部品
21  固定電極
22  固定電極用スルーホール
23  可動電極用スルーホール
24  スルーホール電極      25  固定電極の端子
26  可動電極の端子        27  格子電極
28a, 28b  導電性薄膜
３  コンデンサ
41a, 41b, 41c ドライフィルムレジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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