(57)【要約】【課題】半導体基板を用いた静電容量型圧力センサにおいて、ダイナミックレンジをより広くすることにある。【解決手段】Ｐ型又はＮ型の半導体基板３２の上面を、誘電体層３３によって覆う。誘電体層３３の上面にリセス３４を形成する。誘電体層３３の上面に上基板３５を積層する。上基板３５のうちリセス３４と対向する領域は、変形可能なダイアフラム３６となっており、ダイアフラム３６の外周部分３７は誘電体層３３の上面に固定されている。半導体基板３２の表層部には、半導体基板３２と逆極性の導電型を有する不純物層からなる固定電極４２が設けられている。また、半導体基板３２の表層部において上基板３５の固定された領域（外周部分３７）の下方には、半導体基板３２と逆極性の導電型を有する不純物層からなる逆極性層４６が形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型又はＮ型の半導体基板と、
上面又は下面の一方に凹部を有し、前記半導体基板の上面を覆う誘電体層と、
前記誘電体層の上に設けた上基板と、
前記上基板のうち前記凹部と対向する領域に形成された、変形可能なダイアフラムと、
前記半導体基板に設けた固定電極と、
前記半導体基板の表層部において前記上基板の固定された領域の下方に形成された、前記半導体基板と逆極性の導電型を有する不純物層からなる逆極性層と、
を有することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
前記逆極性層の幅が、前記上基板の固定された領域の幅と等しいか、あるいは前記上基板の固定された領域の幅よりも広いことを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項３】
前記半導体基板の上面に垂直な方向から見たとき、前記逆極性層の幅方向の両側縁がいずれも前記上基板の固定された領域の縁と重なっているか、あるいは前記上基板の固定された領域の縁よりも外側に位置することを特徴とする、請求項２に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項４】
前記固定電極は、前記半導体基板の表層部に形成された、前記半導体基板と逆極性の導電型を有する不純物層からなり、
前記固定電極と前記逆極性層は、分離して形成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５】
前記逆極性層と前記固定電極は、互いに同じ深さに形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項６】
前記逆極性層と前記固定電極は、互いに同じ不純物濃度を有していることを特徴とする、請求項４に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項７】
前記逆極性層は、一部が不連続に形成され、
前記固定電極から延出した電極延出部は、前記逆極性層の不連続となって流域を通過していることを特徴とする、請求項４に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項８】
前記逆極性層と前記固定電極との中間において、前記半導体基板の上面に分離溝を設けたことを特徴とする、請求項４に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項９】
前記半導体基板の上面において前記上基板の固定された領域の下方に凹溝を形成し、前記凹溝の底面の下に前記逆極性層を設けたことを特徴とする、請求項４に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項１０】
請求項１に記載した静電容量型圧力センサをケーシングに納めた圧力検出器。
【請求項１１】
請求項１に記載した静電容量型圧力センサを搭載した入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型圧力センサ及び入力装置に関する。具体的には、本発明は、圧力で撓んだダイアフラムが誘電体層に接触して圧力を検知するタッチモードの静電容量型圧力センサに関する。また、本発明は、当該圧力センサを利用した入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な静電容量型圧力センサでは、導電性のダイアフラム（可動電極）と固定電極がギャップを隔てて対向しており、圧力で撓んだダイアフラムと固定電極との間の静電容量の変化から圧力を検出している。しかし、この圧力センサが、ガラス基板やシリコン基板を用いてＭＥＭＳ技術で製造されるマイクロデバイスである場合には、ダイアフラムに大きな圧力が加わると、ダイアフラムが大きく撓んで破損するおそれがある。
【０００３】
そのため、固定電極の表面に誘電体層を設けておき、圧力によって撓んだダイアフラムが誘電体層に接触し、その接触面積の変化によってダイアフラムと固定電極との間の静電容量が変化するようにした圧力センサが提案されている。このような圧力センサは、タッチモード静電容量型圧力センサと呼ばれることがある。
【０００４】
タッチモード静電容量型圧力センサとしては、たとえば非特許文献１に記載されたものがある。図１は非特許文献１に記載された圧力センサ１１を示す断面図である。この圧力センサ１１では、ガラス基板１２の上面に金属薄膜からなる固定電極１３を形成し、固定電極１３の上からガラス基板１２の上面に誘電体膜１４を形成している。誘電体膜１４にはスルーホール１５を開口してあり、誘電体膜１４の上面に設けた電極パッド１６はスルーホール１５を通って固定電極１３に接続している。誘電体膜１４の上面にはシリコン基板１７が積層しており、シリコン基板１７の上面に窪み１８を設けるとともに下面にリセス１９を設け、窪み１８とリセス１９の間に薄膜状のダイアフラム２０を形成している。ダイアフラム２０は、固定電極１３と重なり合う位置に設けられている。また、シリコン基板１７の下面はＢ（ホウ素）が高濃度にドーピングされたＰ＋層２１となっている。ダイアフラム２０は、Ｐ＋層２１によって導電性を付与されており、可動電極として機能する。ダイアフラム２０の下面と誘電体膜１４との間には、リセス１９によって数μｍのギャップ２２が生じている。
【０００５】
図２は、圧力センサ１１のダイアフラム２０に加わる荷重Ｗ[gF]と、固定電極１３とダイアフラム２０の間に発生する静電容量Ｃ[pF]との関係（荷重−容量特性）を模式的に示す図である。また、図２には荷重付加部材２３によって圧力センサ１１を押さえた様子を表しており、各図には荷重−容量特性を示す曲線上の各点におけるダイアフラム２０の変形具合を表現している。
【０００６】
圧力センサ１１のダイアフラム２０に荷重Ｗが加わると、ダイアフラム２０はその荷重Ｗに応じて撓み、ある荷重Ｗaで誘電体膜１４に接触する。図２における荷重が０からＷaまでの区間（未接触領域）は、ダイアフラム２０が誘電体膜１４に接触していない状態である。荷重がＷaからＷbまでの区間（接触開始領域）は、ダイアフラム２０が誘電体膜１４に接触してからある程度の面積で確実に接触するまでの状態を表している。荷重がＷbからＷcまでの区間（動作領域）は、荷重の増加に伴ってダイアフラム２０が誘電体膜１４に接触している部分の面積が次第に増加している。荷重がＷc以上の区間（飽和領域）は、ダイアフラム２０のほぼ全面が誘電体膜１４に接触していて、荷重が増加してもほとんど接触面積が増えない領域である。
【０００７】
図２の荷重−容量特性によれば、ダイアフラム２０が接触していない未接触領域では静電容量Ｃの変化は非常に小さいが、接触開始領域になると次第に静電容量Ｃの変化率（増加速度）が大きくなる。動作領域では線形性は良くなるものの静電容量Ｃの変化率は次第に減少し、飽和領域になると静電容量Ｃはほとんど増加しなくなる。特に、荷重がＷdを超えると、静電容量Ｃは飽和値Ｃdとなって変化しなくなる。
【０００８】
このようなタッチモードの圧力センサ１１では、ダイアフラム２０と誘電体膜１４との接触面積をＳ、誘電体膜１４の厚さをｄ、誘電体膜１４の比誘電率をεr、真空中の誘電率をεoとすれば、ダイアフラム２０と誘電体膜１４の間における静電容量Ｃは、つぎの数式１で表せる。
Ｃ＝Ｃo＋εo・εr・（Ｓ／ｄ）      …（数式１）
ここで、Ｃoは未接触領域での静電容量である。
【０００９】
誘電体膜１４の厚さｄ及び比誘電率εrは変化しないので、数式１によれば、荷重Ｗが大きくなるとダイアフラム２０の接触面積Ｓが増大し、その結果圧力センサ１１の静電容量Ｃが増加することが分かる。この結果、図２の荷重−容量特性は、未接触領域を除けば、対数的な変化を示す。
【００１０】
ところで、人間の感覚（五感）については、ヴェーバー‐フェヒナーの法則（Weber-Fechner law）が知られている。ヴェーバー‐フェヒナーの法則は、感覚に関する精神物理学の基本法則であって、人が気づくことのできる最小の刺激差ΔＲは、基準となる刺激の強度Ｒに比例するというものである。すなわち、この法則は、つぎの数式２のように表現される。
ΔＲ／Ｒ＝const.      …（数式２）
ヴェーバー‐フェヒナーの法則は、数式２の微分方程式の解として、つぎの数式３でも表現される。
Ｅ＝Ｋ・logＲ      …（数式３）
ここで、Ｋは定数である。数式３は、刺激量の強度Ｒが変化するとき、これに対応する感覚量Ｅは刺激の強度Ｒの対数関数で表されるという意味に解されている。つまり、心理的な感覚量Ｅは、刺激の強度Ｒではなく、その対数（logＲ）に比例して知覚される。
【００１１】
図２の荷重−容量特性は、上記のように対数的変化を示している。よって、タッチモード静電容量型圧力センサによれば、圧力センサから人の感覚に比例した出力（静電容量値）を出力することができる。したがって、この圧力センサによれば、ある対象物を押さえたときの人の感覚、またはある物体で押されたときの人の感覚を検知することが可能になり、有用性の高いセンサを提供できることになる。
【００１２】
しかしながら、図２の荷重−容量特性では、非接触領域では静電容量の値がほぼ一定となっており、ここでは対数的変化から外れている。圧力センサの分解能を向上させるためには、出力のダイナミックレンジを大きくする必要があるので、図２のような荷重−容量特性を示す圧力センサでは、初期容量値（非接触領域における静電容量値）Ｃoを小さくすることが望まれる。
【００１３】
図１に示した圧力センサ１１では、上面に固定電極１３を設けたガラス基板１２を用いているので、シリコン基板１７と固定電極１３の間の寄生容量Ｃsが小さく、初期容量値Ｃoも小さい。しかし、ガラス基板を用いる場合にはウエハの大判化が難しいので、一枚のウエハから同時に製造できる圧力センサの数が少なく、圧力センサの製造コストも高価になる。
【００１４】
そのため、近年においては、基板として半導体基板たとえばＳｉ基板を用い、半導体基板に形成した拡散層によって固定電極と抵抗配線を設けたものが製造されるようになっている。このような圧力センサとしては、特許文献１に開示されたものがある。しかし、圧力センサの基板部分として半導体基板を用いる場合には、ダイアフラムと半導体基板の間の寄生容量が大きくなり、寄生容量のために初期容量値Ｃoを小さくすることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−９７７９３号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】山本敏、外４名、「タッチモード容量型圧力センサ」、フジクラ技報、株式会社フジクラ、２００１年１０月、第１０１号、ｐ.７１−７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的とするところは、半導体基板を用いた静電容量型圧力センサにおいて、ダイナミックレンジをより広くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る静電容量型圧力センサは、Ｐ型又はＮ型の半導体基板と、上面又は下面の一方に凹部を有し、前記半導体基板の上面を覆う誘電体層と、前記誘電体層の上に設けた上基板と、前記上基板のうち前記凹部と対向する領域に形成された、変形可能なダイアフラムと、前記半導体基板に設けた固定電極と、前記半導体基板の表層部において前記上基板の固定された領域の下方に形成された、前記半導体基板と逆極性の導電型を有する不純物層からなる逆極性層とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る静電容量型圧力センサにおいては、前記半導体基板の表層部において前記上基板の固定された領域の下方に、前記半導体基板と逆極性の導電型を有する不純物層からなる逆極性層を設けているので、上基板と半導体基板との間の絶縁性が向上し、圧力センサの寄生容量が小さくなる。その結果、圧力センサの初期静電容量値が小さくなり、圧力センサのダイナミックレンジが広くなる。
【００２０】
本発明に係る静電容量型圧力センサのある実施態様は、前記逆極性層の幅が、前記上基板の固定された領域の幅と等しいか、あるいは前記上基板の固定された領域の幅よりも広いことを特徴とする。特に、前記半導体基板の上面に垂直な方向から見たとき、前記逆極性層の幅方向の両側縁がいずれも前記上基板の固定された領域の縁と重なっているか、あるいは前記上基板の固定された領域の縁よりも外側に位置している。かかる実施態様によれば、上基板と半導体基板との間の絶縁性を向上させ、圧力センサの寄生容量を小さくする効果が高くなる。
【００２１】
本発明に係る静電容量型圧力センサの別な実施態様は、前記固定電極は、前記半導体基板の表層部に形成された、前記半導体基板と逆極性の導電型を有する不純物層からなり、前記固定電極と前記逆極性層は、分離して形成されていることを特徴とする。固定電極と逆極性層はいずれも不純物層からなるが、それぞれ異なる働きを有するものだからである。
【００２２】
本発明に係る静電容量型圧力センサのさらに別な実施態様は、前記逆極性層と前記固定電極は、互いに同じ深さに形成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、逆極性層と固定電極を同一工程で作製することが可能になり、圧力センサの製造コストが安価になる。
【００２３】
本発明に係る静電容量型圧力センサのさらに別な実施態様は、前記逆極性層と前記固定電極は、互いに同じ不純物濃度を有していることを特徴とする。かかる実施態様によれば、逆極性層と固定電極を同一工程で作製することが可能になり、圧力センサの製造コストが安価になる。
【００２４】
本発明に係る静電容量型圧力センサのさらに別な実施態様は、前記逆極性層は、一部が不連続に形成され、前記固定電極から延出した電極延出部は、前記逆極性層の不連続となって流域を通過していることを特徴とする。逆極性層と電極延出部を分離して形成するためである。
【００２５】
本発明に係る静電容量型圧力センサのさらに別な実施態様は、前記逆極性層と前記固定電極との中間において、前記半導体基板の上面に分離溝を設けたことを特徴とする。かかる実施態様によれば、逆極性層と固定電極との間における絶縁性を高めることができ、圧力センサの寄生容量をより小さくすることができる。
【００２６】
本発明に係る静電容量型圧力センサのさらに別な実施態様は、前記半導体基板の上面において前記上基板の固定された領域の下方に凹溝を形成し、前記凹溝の底面の下に前記逆極性層を設けたことを特徴とする。かかる実施態様によれば、上基板と半導体基板の間の絶縁性をより高めることができ、圧力センサの寄生容量をより小さくすることができる。
【００２７】
本発明に係る静電容量型圧力センサは、圧力検出器や入力装置に用いることができる。
【００２８】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、従来のタッチモード静電容量型圧力センサを示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示した圧力センサに加えた荷重の大きさと、当該センサに発生する静電容量との関係を示す図である。
【図３】図３は、ヴェーバー-フェヒナーの法則を説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明の実施形態１による静電容量型圧力センサを示す平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の静電容量型圧力センサに用いられる半導体基板の平面図である。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の静電容量型圧力センサを示す下面図である。
【図５】図５は、図４（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、比較例１による静電容量型圧力センサの平面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の静電容量型圧力センサを示す下面図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、比較例２による静電容量型圧力センサの平面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の静電容量型圧力センサを示す下面図である。図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。
【図８】図８は、比較例２の圧力センサにおける初期容量値の大きさと、実施形態１の圧力センサにおける初期容量値の大きさとを比較して表した図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の実施形態２による静電容量型の圧力センサを示す概略断面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の圧力センサに用いられている半導体基板の平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態３による静電容量型の圧力センサを示す概略断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、本発明の実施形態４による圧力検知器を示す一部分解した斜視図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す圧力検知器の断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態５による入力装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００３１】
（実施形態１）
以下、図４及び図５を参照して本発明の実施形態１による圧力センサ３１の構造を説明する。図４（Ａ）は圧力センサ３１の平面図、図４（Ｃ）は圧力センサ３１の下面図である。図４（Ｂ）は、上基板３５及び誘電体層３３を上面から取り除いた状態の、半導体基板３２の平面図である。図５は、図４（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【００３２】
この圧力センサ３１は、一方の電極型の半導体基板３２の上面を誘電体層３３により覆われている。半導体基板３２としては一般にＳｉ基板を用いるが、Ｓｉ基板以外の半導体基板であってもよい。半導体基板３２としては、抵抗率が５００ohm・cm以上のＰ型半導体基板を用いるが、抵抗率が５００ohm・cm以上のＮ型半導体基板を用いてもよい。誘電体層３３は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴＥＯＳ等の誘電体材料からなる。誘電体層３３は、その上面中央部に円板状のリセス３４（凹部）を凹設されている。リセス３４の底面は、誘電体層３３によって覆われている。
【００３３】
誘電体層３３の上面には、導電性材料たとえばＰ型低抵抗Ｓｉからなる薄膜円板状の上基板３５が積層している。上基板３５は、リセス３４の上面開口を覆っている。上基板３５のうちリセス３４の外側に位置する外周部分３７は、誘電体層３３の上面に固定されている。上基板３５のうちリセス３４の上方で浮いている部分は、荷重又は圧力によって弾性変形可能な感圧用ダイアフラム３６となっている。
【００３４】
上基板３５の上面には、金属材料によって環状の上電極３８を設けている。上電極３８をダイアフラム３６の上面に設けると、ダイアフラム３６の変形が妨げられたり、ダイアフラム３６の変形で上電極３８に亀裂が生じたりする恐れがある。そのため、上電極３８は、上基板３５の外周部分３７の上面に設けている。
【００３５】
円板状をした上基板３５の縁には延出部３９が膨出しており、延出部３９の上面には金属材料からなる電極パッド４０を設けてあり、上電極３８と電極パッド４０は金属配線４１によって接続されている。よって、この電極パッド４０は、ダイアフラム３６と電気的に導通している。
【００３６】
また、半導体基板３２の表層部には、不純物拡散により半導体基板３２の導電型と逆極性の不純物拡散層を形成し、この不純物拡散層を固定電極４２としている。固定電極４２は、半導体基板３２の上面に垂直な方向から見たとき、リセス３４の外周よりも内側に位置する円形領域に納まっている。固定電極４２から外周方向へ向けて不純物拡散層が線状に延出しており、この線状の不純物拡散層によって電極延出部４３が形成されている。電極延出部４３の上方において、誘電体層３３にはスルーホール４５が開口されており、スルーホール４５内に金属材料により電極パッド４４が形成されている。電極パッド４４は、電極延出部４３に接合されており、電極延出部４３を介して固定電極４２に導通している。
【００３７】
固定電極４２及び電極延出部４３は半導体基板３２の導電型と逆極性であるから、半導体基板３２と上基板３５がＰ型基板であれば、固定電極４２及び電極延出部４３はＮ型半導体となる。反対に、半導体基板３２と上基板３５がＮ型基板であれば、固定電極４２及び電極延出部４３はＰ型半導体となる。
【００３８】
半導体基板３２の表層部において、固定電極４２及び電極延出部４３の外側に、不純物拡散により半導体基板３２の導電型と逆極性の不純物拡散層を形成し、この不純物拡散層を逆極性層４６としている。逆極性層４６は、固定電極４２及び電極延出部４３と分離しており、逆極性層４６と固定電極４２及び電極延出部４３とは異なる不純物を拡散させた不純物拡散層であってもよい。したがって、逆極性層４６は、固定電極４２及び電極延出部４３と同じ導電型を有するが、逆極性層４６と固定電極４２及び電極延出部４３とは、不純物濃度又は拡散深さが異なっていてもよい。しかし、逆極性層４６と固定電極４２及び電極延出部４３とは、不純物濃度又は拡散深さが同じであることが望ましい。逆極性層４６と固定電極４２及び電極延出部４３とが同じ不純物濃度と拡散深さを有していれば、固定電極４２、電極延出部４３及び逆極性層４６を同じ不純物拡散工程によって一度に作製できるからである。逆極性層４６のための不純物拡散層を形成するためには、逆極性層４６がＮ型半導体であれば半導体基板３２の表層部に不純物としてたとえばリン（Ｐ）を拡散させればよい。また、逆極性層４６がＰ型半導体であれば、不純物としてたとえばホウ素（Ｂ）を拡散させればよい。
【００３９】
逆極性層４６は、上基板３５と半導体基板３２の間に発生する寄生容量を小さくするものであり、外周部分３７の下方に沿って設けられている。ただし、電極延出部４３が通過している箇所では、逆極性層４６はスリット４７を有しており、電極延出部４３はスリット４７を通過して固定電極４２から外周方向へ延びている。寄生容量を小さくするための最良の形態では、半導体基板３２の上面に垂直な方向から見たとき、スリット４７の部分を除けば、外周部分３７の全体が逆極性層４６の内側に含まれている。すなわち、逆極性層４６の幅は、外周部分３７の幅と等しいか、それよりも広くなっている。さらに、図示例のように、上基板３５から延出部３９が延出している場合には、最良の形態では、半導体基板３２の上面に垂直な方向から見たとき、延出部３９の全体も逆極性層４６の内側に含まれている。
【００４０】
圧力センサ３１でも、ダイアフラム３６に徐々に大きな荷重を加えていったとき、図２に示した荷重−容量特性と同様な荷重−容量特性を示す。しかも、圧力センサ３１では、ダイアフラム３６を固定する部分の下方に、半導体基板３２と逆極性の逆極性層４６を設けているので、圧力センサ３１に発生する寄生容量を小さくすることができる。この理由を比較例１、２と比較しながら、以下に説明する。
【００４１】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、比較例１の圧力センサ５１を示す平面図、下面図及び断面図である。比較例１では、半導体基板３２に固定電極４２も逆極性層４６も設けていない。半導体基板３２の下面には、固定電極４２に代えて、金属薄膜からなる固定電極５２を設けている。その他の構造については、実施形態１の圧力センサ３１と同様であるので、同じ構成部分には同一の符号を付すことにより説明を省略する（以下、同様）。比較例１の圧力センサ５１のような構造では、固定電極５２をグランドに接続し、上電極３８に正電圧を印加しているとき、半導体基板３２の全体が電極となるので、上基板３５と半導体基板３２の間に発生する寄生抵抗が大きい。
【００４２】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、比較例２の圧力センサ５３を示す平面図、下面図及び断面図である。比較例２では、半導体基板３２に逆極性層４６を設けていない。比較例２の圧力センサ５３のような構造では、電極パッド４４をグランドに接続し、上電極３８に正電圧を印加しているとき、上基板３５と半導体基板３２の間に寄生容量が発生し、半導体基板３２と固定電極４２の間にも寄生容量が発生するので、全体として寄生抵抗が大きくなる。
【００４３】
これに対し、本発明の実施形態１による圧力センサ３１では、電極パッド４４をグランドに接続し、上電極３８に正電圧を印加しているとき、上基板３５と逆極性層４６の間に寄生容量が発生し、逆極性層４６と半導体基板３２（逆極性層４６とスルーホール４５に挟まれた領域）の間に寄生容量が発生し、半導体基板３２（逆極性層４６とスルーホール４５に挟まれた領域）と固定電極４２の間に寄生容量が発生し、逆極性層４６と半導体基板３２（逆極性層４６の下方に位置する領域）の間に寄生容量が発生するが、逆極性層４６によって上基板３５と半導体基板３２の間の絶縁性が向上するので、全体としては圧力センサ３１の寄生容量が小さくなる。
【００４４】
図８は、比較例２の圧力センサ５３における初期容量値Ｃo（寄生容量）の大きさと、実施形態１の圧力センサ３１における初期容量値Ｃo（寄生容量）の大きさとを比較した結果を図示したものである。図８の初期容量比は、比較例２の初期容量値Ｃoを１として表している。図８に示されているように、実施形態１の圧力センサ３１によれば、比較例２に比べて初期容量値Ｃoを約８６％程度まで小さくすることができる。よって、本発明の実施形態１による圧力センサ３１では、荷重−容量特性における初期容量値Ｃoを小さくすることができ、圧力センサ３１のダイナミックレンジを広くすることが可能になる。
【００４５】
（実施形態２）
図９（Ａ）は、本発明の実施形態２による静電容量型の圧力センサ６１を示す概略断面図である。図９（Ｂ）は、圧力センサ６１に用いられている半導体基板３２の平面図である。圧力センサ６１では、固定電極４２と逆極性層４６の間の領域に沿って分離溝６２を設けている。分離溝６２は、角溝状でもよく、Ｖ溝状でもよく、その他の断面形状の溝であってもよい。図示例では、逆極性層４６の内部を誘電体層３３によって覆っているが、分離溝６２は誘電体層３３から露出していてもよい。また、分離溝６２は、電極延出部４３と逆極性層４６の間の領域に沿って延びていてもよい。
【００４６】
実施形態２のように、固定電極４２と逆極性層４６の間の領域に沿って分離溝６２を設けているので、固定電極４２と逆極性層４６の間の絶縁性が向上する。その結果、圧力センサ６１の寄生容量をさらに小さくすることができる。この効果を高めるためには、分離溝６２の深さは、固定電極４２及び逆極性層４６の深さよりも深いことが好ましい。
【００４７】
（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３による静電容量型の圧力センサ７１を示す概略断面図である。圧力センサ７１では、半導体基板３２の上面に環状の凹溝７２を形成している。凹溝７２は、上基板３５の外周部分３７の下方に位置する領域からその内周側の領域に広がっている。固定電極４２は、凹溝７２よりも内側に設けてあり、電極延出部４３は凹溝７２内を横断して固定電極４２から外周側へ延びている。誘電体層３３は、外周部分３７の下方に位置する領域では厚肉部７３となっており、凹溝７２内の内周側の領域では薄膜部７４となっている。上基板３５の外周部分３７は、厚肉部７３によって支持されている。逆極性層４６は、電極延出部４３が通過する領域を除いて、外周部分３７の下方に位置する領域において、凹溝７２の表層部に形成されている。
【００４８】
圧力センサ７１のような構造によれば、上基板３５と逆極性層４６との距離が大きくなるので、圧力センサ７１の寄生容量がより小さくなる。また、逆極性層４６と固定電極４２とが段違いに配置されることにより、逆極性層４６と固定電極４２の距離が長くなる。よって、逆極性層４６と固定電極４２との絶縁性が向上し、やはり圧力センサ７１の寄生容量が小さくなる。
【００４９】
なお、上記各実施形態では、固定電極４２、電極延出部４３及び逆極性層４６は不純物拡散層（熱拡散層）としたが、不純物を打ち込んだ不純物層によって固定電極４２、電極延出部４３及び逆極性層４６を形成していてもよい。
【００５０】
（実施形態４）
図１１（Ａ）は、本発明の実施形態４による圧力検知器８１を示す一部分解した斜視図である。図１１（Ｂ）は、圧力検知器８１の断面図である。圧力検知器８１では、本発明に係る圧力センサ８２がセラミック製の容器状をしたケーシング８３内に納められている。圧力センサ８２は、Ａｕなどのボンディング層８４によってケーシング８３の底面に固定されている。ケーシング８３には上下に貫通したスルーホール電極８５ａが設けられており、スルーホール電極８５ａの上端はボンディング層８４につながっている。ボンディング層８４が圧力センサ８２の固定電極４２に導通しているので、圧力センサ８２の固定電極４２は、スルーホール電極８５ａを通してケーシング８３の下面まで引き出されている。圧力センサ８２の固定位置の近傍において、ケーシング８３の底面には一段高くなった段部８６が設けられている。段部８６には上下に貫通したスルーホール電極８５ｂが設けられており、圧力センサ８２の電極パッド４０とスルーホール電極８５ｂの上面との間は、ボンディングワイヤ８７によって接続されている。従って、上電極３８は、スルーホール電極８５ｂを通してケーシング８３の下面まで引き出されている。ケーシング８３の上面はリッド８８によって覆われており、圧力センサ８２のダイアフラム部分はリッド８８の開口８９から露出している。
【００５１】
このような圧力検知器８１は、圧力センサ８２のダイアフラムに加わった荷重又は圧力を検出する用途に用いることができる。たとえば、筆圧検知用の圧力検知器８１として用いることができる。
【００５２】
（実施形態５）
図１２は、本発明の実施形態５によるプレート型の入力装置９１、たとえばタッチパネルの構造を示す断面図である。この入力装置９１は、本発明に係る圧力センサと同様な構造を有する多数のセンサ部９２をアレイ状（例えば、矩形状やハニカム状）に配列したものである。なお、各センサ部９２は電気的に独立しており、各センサ部９２に加わった圧力を個々に独立して検出することができる。このような入力装置９１によれば、タッチパネルのように指などで押圧された点を検出できるとともに、各点の押圧強さも検出することができる。
【符号の説明】
【００５３】
３１、６１、７１、８２      圧力センサ
３２      半導体基板
３３      誘電体層
３４      リセス
３５      上基板
３６      ダイアフラム
３７      外周部分
３８      上電極
４２      固定電極
４３      電極延出部
４６      逆極性層
６２      分離溝
７２      凹溝
７３      厚肉部
７４      窪み
８１      圧力検知器
９１      入力装置
【図１】
2015152457.tif 000003
【図２】
2015152457.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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