(57)【要約】【課題】  簡単な工程で封止性を維持しつつ効率よく製造が可能であり、かつ温度の変動による検出精度の変化を抑えることが可能な高性能な静電容量型圧力センサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  圧力センサ１０は、ガラス基板１１と、このガラス基板１１の第１面１１ａに形成される第１シリコン層１２と、ガラス基板１１の第２面１１ｂに形成される第２シリコン層１３とから概略構成されている。ガラス基板１１の一部には、第１面１１ａから第２面１１ｂに向けて貫通するコンタクトホール１４が形成されている。ガラス基板１１の第１面１１ａには、ガラス基板１１のほぼ中心付近に広がる固定電極１５が形成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面とこの第１面の背面である第２面との間を貫通するコンタクトホールが一部に形成された絶縁層と、前記絶縁層の第１面上に形成され、少なくとも一部にダイヤフラム部を有する第１シリコン層と、前記第１面の背面である第２面上に配置された第２シリコン層と、前記第２シリコン層から引き出されて前記コンタクトホールを介し、少なくとも前記ダイヤフラム部に対面して前記絶縁層の第１面に広がる固定電極とを備えたことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
前記第２シリコン層は相互に絶縁された２領域に分割され、また、前記コンタクトホールは前記第２シリコン層の分割された２領域のそれぞれに形成され、前記第２シリコン層の分割された一方の領域が一方のコンタクトホールを介して前記固定電極と導通されるとともに、前記第２シリコン層の分割された他方の領域が他方のコンタクトホールを介して前記第１シリコン層と導通されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項３】
前記絶縁層はガラスで形成され、前記絶縁層と前記第１シリコン層、および前記絶縁層と前記第２シリコン層とは、それぞれ陽極接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項４】
第１シリコン層をエッチングしてダイヤフラム部の一方の面を形成する工程と、絶縁層の第１面から背面側の第２面に貫通するコンタクトホールを形成する工程と、前記絶縁層の第２面に第２シリコン層を陽極接合する工程と、前記コンタクトホールから延び前記絶縁層の第１面に広がる固定電極を形成する工程と、前記絶縁層の第１面に第１シリコン層を陽極接合する工程と、第１シリコン層をエッチングしてダイヤフラム部の他方の面を形成する工程とを備えたことを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された固定電極と、固定電極に対面する可撓性電極との間の静電容量の変動によって圧力変動を検出する静電容量型圧力センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、絶縁性の膜基板上に固定電極の引き出し層となるシリコン層を形成し、固定電極と可撓性電極となるダイヤフラムとの間の距離変化により生じる静電容量の変動によって、可撓性電極にかかる圧力変動を検出する容量型圧力センサが記載されている。こうした従来の静電容量型圧力センサでは、空間内の固定電極からシリコン層を延長して空間外に引き出し、外部電極に接続している。
【特許文献１】特許第２７７２１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
こうした特許文献１に示す従来の容量型圧力センサは、ガラス基板とシリコン基板とからなり、その製造時には、ガラス基板に対してサンドブラスト等で貫通穴を形成した後、このガラス基板とシリコン基板とを接合して封止し、不要部分を除去する。そして、ガラス基板の貫通穴の側壁にメタル膜を形成した後、この封止構造部分から引き出し電極を形成していた。
【０００４】
しかしながら、こうした従来の容量型圧力センサの製造方法では、封止状態を維持したまま一定の厚みのシリコン層を残すための工程が複雑であり、製造効率の向上にあたって障害となっていた。また、シリコンダイヤフラムを形成したシリコン基板と、固定電極を形成したガラス基板との間で、熱膨張率に差があり、圧力の検出特性が温度変化に大きく依存するという課題もあった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡単な工程で封止性を維持しつつ効率よく製造が可能であり、かつ温度の変動による検出精度の変化を抑えることが可能な高性能な静電容量型圧力センサおよびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、第１面とこの第１面の背面である第２面との間を貫通するコンタクトホールが一部に形成された絶縁層と、前記絶縁層の第１面上に形成され、少なくとも一部にダイヤフラム部を有する第１シリコン層と、前記第１面の背面である第２面上に配置された第２シリコン層と、前記第２シリコン層から引き出されて前記コンタクトホールを介し、少なくとも前記ダイヤフラム部に対面して前記絶縁層の第１面に広がる固定電極とを備えたことを特徴とする静電容量型圧力センサが提供される。
【０００７】
前記第２シリコン層は相互に絶縁された２領域に分割され、また、前記コンタクトホールは前記第２シリコン層の分割された２領域のそれぞれに形成され、前記第２シリコン層の分割された一方の領域が一方のコンタクトホールを介して前記固定電極と導通されるとともに、前記第２シリコン層の分割された他方の領域が他方のコンタクトホールを介して前記第１シリコン層と導通されていることが好ましい。また、前記絶縁層はガラスで形成され、前記絶縁層と前記第１シリコン層、および前記絶縁層と前記第２シリコン層とは、それぞれ陽極接合されていればよい。
【０００８】
本発明によれば、第１シリコン層をエッチングしてダイヤフラム部の一方の面を形成する工程と、絶縁層の第１面から背面側の第２面に貫通するコンタクトホールを形成する工程と、前記絶縁層の第２面に第２シリコン層を陽極接合する工程と、前記コンタクトホールから延び前記絶縁層の第１面に広がる固定電極を形成する工程と、前記絶縁層の第１面に第１シリコン層を陽極接合する工程と、第１シリコン層をエッチングしてダイヤフラム部の他方の面を形成する工程とを備えたことを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の静電容量型圧力センサによれば、厚みを減じて形成したダイヤフラム部を有する第１シリコン層を、固定電極に導通されるコンタクトホールを備えた絶縁層に接合して形成されるので、製造工程が簡単であり、製造効率の向上させることができる。また、圧力の検出特性の温度変化による変動の影響を抑えられ、安定した検出特性を維持することが可能になる。
【００１０】
さらに、本発明の圧力センサは、熱膨張率の同じシリコンで絶縁層の両側をはさみ込むことにより、温度変化による反りが抑制されて温度安定性に優れた静電容量型圧力センサを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を交えて説明する。図１は、本発明の静電容量型圧力センサの一例を示す断面図である。圧力センサ（静電容量型圧力センサ）１０は、ガラス基板１１（絶縁層）と、このガラス基板１１の第１面１１ａに形成される第１シリコン層１２と、ガラス基板１１の第２面１１ｂに形成される第２シリコン層１３とから概略構成されている。
【００１２】
ガラス基板１１の一部には、第１面１１ａから第２面１１ｂに向けて貫通するコンタクトホール１４が形成されている。一方、またガラス基板１１の第１面１１ａには、ガラス基板１１のほぼ中心付近に広がる固定電極１５が形成される。また、この固定電極１５の一端には、コンタクトホール１４内を通じて第２面１１ｂ側に延びる延長電極１６が一体に形成されている。こうした固定電極１５や延長電極１６は、例えばメタル膜から構成されれば良い。
【００１３】
ガラス基板１１の第１面１１ａに形成される第１シリコン層１２の一部には、この第１シリコン層１２の厚みを１０μｍ程度まで減じた可撓性電極を成すダイヤフラム部１７が形成されている。こうしたダイヤフラム部１７は、ガラス基板１１に広がる固定電極１５との間で一定の間隔を空けて形成されており、ダイヤフラム部１７と固定電極１５との間には、一定の静電容量を持つ空間１８が区画される。この空間１８内は、例えば、真空や不活性ガスが充填された環境にされればよい。
【００１４】
また、第１シリコン層１２の上面の一部には、ダイヤフラム部１７と導通する第１引出電極１９が積層形成されている。こうした第１引出電極１９は、例えばメタル膜から構成されれば良い。
【００１５】
ガラス基板１１の第２面１１ｂに接合される第２シリコン層１３は、上面の一部でコンタクトホール１４内を通じてガラス基板１１の第２面１１ｂ側に延びる延長電極１６に接続される。そして、第２シリコン層１３の下面には、固定電極１５と導通する第２引出電極２１が積層形成されている。こうした第２引出電極２１は、例えば、メタル膜から構成されれば良い。
【００１６】
以上のような構成の圧力センサ（静電容量型圧力センサ）１０は、固定電極１５と、これに対面するダイヤフラム部１７と、これらの間に広がる気密に封止された空間１８によって、一定の静電容量を持つコンデンサが形成される。そして、ダイヤフラム部１７に圧力が加わると、薄膜であるダイヤフラム部１７は湾曲し、固定電極１５とダイヤフラム部１７との距離が変化する。
【００１７】
ダイヤフラム部１７に加わる圧力によってダイヤフラム部１７と固定電極１５の距離が変化すると、固定電極１５とダイヤフラム部１７との間の静電容量が変化する。この変化量をダイヤフラム部１７と導通される第１引出電極１９と、固定電極１５と導通される第２引出電極２１に接続された検出回路（図示せず）で検出することによって、圧力センサ１０にかかる圧力変化を検出することができる。
【００１８】
こうした圧力センサ１０は、厚みを減じて形成したダイヤフラム部１７を有する第１シリコン層１２を、固定電極１５に導通されるコンタクトホール１４を備えたガラス基板１１に接合して形成されるので、製造工程が簡単であり、製造効率の向上させることができる。また、圧力の検出特性の温度変化による変動の影響を抑えられ、安定した検出特性を維持することが可能になる。
【００１９】
さらに、圧力センサ１０は、熱膨張率の同じシリコンでガラス基板１１（絶縁層）の両側をはさみ込むことにより、温度変化による反りが抑制されて温度安定性に優れた静電容量型圧力センサを実現できる。
【００２０】
次に、上述したような本発明の圧力センサ（静電容量型圧力センサ）の製造方法を説明する。まず、図２ａに示すように、第１シリコン層１２の下面にリソグラフィーおよびエッチングにより第１凹部３１を形成する。この第１凹部３１は、圧力センサ１０のダイヤフラム部１７と固定電極１５との間の予め設計された間隔に応じた深さまで第１シリコン層１２の厚みを減じるように形成されれば良い。
【００２１】
次に、図２ｂに示すように、第１シリコン層１２に形成した第１凹部３１の一端側だけ更にリソグラフィーおよびエッチングを行い第１凹部３１よりも深い第２凹部３２を形成する。こうした第１凹部３１よりも深い第２凹部３２は、後工程で第２凹部３２の底面の反対面側に第１引出電極１９を形成することで、寄生容量を低減させる役割りを果たす。この後、図２ｃに示すように、第１シリコン層１２の上面側には、後工程でエッチングによってダイヤフラム部１７を形成するためのエッチングマスク３３を、例えば熱酸化膜によって形成する。
【００２２】
一方、図３ａに示すように、ガラス基板１１の一端側に、例えばサンドブラストなどによってガラス基板１１の第１面１１ａから第２面１１ｂまで貫通するコンタクトホール１４を形成する。次に、図３ｂに示すように、このコンタクトホール１４を形成した内を通じてガラス基板１１の第２面１１ｂに、第２シリコン層１３を例えば陽極接合によって接合する。この第２シリコン層１３の下面側には、予め熱酸化膜３４を形成しておく。
【００２３】
次に、ガラス基板１１の第１面１１ａおよびコンタクトホール１４内にメタル膜を積層した後、リソグラフィーおよびエッチングによって、図３ｃに示すように、固定電極１５および固定電極１５に連なりコンタクトホール１４からガラス基板１１の第２面１１ｂに達する延長電極１６を形成する。なお延長電極１６の厚みを固定電極１５よりも厚く形成することによって、断線を抑制できる構成にすることが好ましい。
【００２４】
そして、図４ａに示すように、第２シリコン層１３が接合されたガラス基板１１の第１面１１ａ側に、第１凹部３１および第２凹部３２が形成された第１シリコン層１２を、例えば陽極接合によって接合する。
【００２５】
この後、図４ｂに示すように、第１シリコン層１２の上面側に形成されたエッチングマスク３３をマスクとして、第１シリコン層１２を上面からエッチングして厚みを減じ、ダイヤフラム部１７を形成する。そして、第１シリコン層１２の上面側に形成されたエッチングマスク３３と、第２シリコン層１３の下面側に形成された熱酸化膜３４とを除去する。
【００２６】
更に、図１に示すように、第１シリコン層１２の上面に第１引出電極１９を、また第２シリコン層１３の下面に第２引出電極２１をそれぞれ形成すれば、本発明の圧力センサ（静電容量型圧力センサ）１０が形成される。
【００２７】
図５は、本発明の圧力センサ（静電容量型圧力センサ）の別な実施形態を示す断面図である。図５に示す圧力センサ４１では、ガラス基板４２に２つのコンタクトホール４３，４４を形成するとともに、それぞれのコンタクトホール４３，４４にメタル膜による延長電極４５，４６が形成される。
【００２８】
また、ガラス基板４２の第２面４２ｂに接合される第２シリコン層５１は、第１と第２の分割部５１ａ，５１ｂに電気的に分割され、第１分割部５１ａには第１引出電極５２が、第２分割部５１ｂには第２引出電極５３がそれぞれ形成される。
【００２９】
コンタクトホール４３に形成される延長電極４５は、一端がガラス基板４２の固定電極４７に接続され、他端が第２シリコン層５１の第１分割部５１ａに接続される。また、コンタクトホール４４に形成される延長電極４６は、一端がダイヤフラム部４８が形成された第１シリコン層４９に接続され、他端が第２シリコン層５１の第２分割部５１ｂに接続される。
【００３０】
このような構成にすることによって、固定電極４７に連なる第１引出電極５２と、ダイヤフラム部４８に連なる第２引出電極５３とを同一面側に配置することが可能になり、圧力センサ４１をプリント基板に実装する場合に、容易に配線の接続を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の静電容量型圧力センサの一例を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の静電容量型圧力センサの他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  圧力センサ（静電容量型圧力センサ）
１１  ガラス基板（絶縁層）
１１ａ  第１面
１１ｂ  第２面
１２  第１シリコン層
１３  第２シリコン層
１４  コンタクトホール
１５  固定電極
１７  ダイヤフラム部
１８  空間
５１ａ  第１分割部
５１ｂ  第２分割部
【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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