(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側の略中央部に形成された凹部と、前記凹部と離間して表面に形成された第１の電極部とを有した、半導体からなる基板と、
前記凹部及び前記第１の電極部と離間して前記基板の表面に絶縁体層を介して形成されている第２の電極部と、
金属間接合によって前記凹部の縁部に沿って形成された環状のボンディング層を介して前記第２の電極部に一部が電気的に接続され、圧力に応じて変形する半導体からなるダイアフラム部と、
前記凹部の縁部に沿って前記絶縁体層と前記ボンディング層との間に環状に設けられ、少なくとも白金を含む第１のバリアメタル層と、
前記凹部の縁部に沿って前記絶縁体層と前記第２の電極部との間に環状に設けられ、少なくとも白金を含む第２のバリアメタル層と、
前記第１のバリアメタル層及び前記第２のバリアメタル層とともに一体形成され、前記第１のバリアメタル層と前記第２のバリアメタル層とを接続している少なくとも白金を含む配線と、
前記第１のバリアメタル層の外縁に沿って且つ離間して、前記絶縁体層の表面に形成され、少なくとも白金を含む材料からなる温度センサ部と、
前記凹部、前記絶縁体層、前記第１のバリアメタル層、及び、前記ボンディング層で囲まれた空間を、蓋部材としての前記ダイアフラム部で前記ボンディング層側から塞ぐことによって形成された密閉空間と、を備えていることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
前記第１の電極部と前記基板との間、及び、前記ボンディング層と前記ダイアフラム部との間に、少なくとも白金を含むバリアメタル層が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３】
前記ボンディング層が、金−金接合によるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載した静電容量型圧力センサと、
表面側の略中央部に形成された別の凹部と、前記別の凹部と離間して表面に形成された第３の電極部とを有した、半導体からなる基板と、前記別の凹部及び前記第３の電極部と離間して前記基板の表面に絶縁体層を介して形成されている第４の電極部と、貫通孔が設けられ、金属間接合によって形成されたボンディング層を介して前記第４の電極部に一部が電気的に接続され、圧力によって変形しない半導体からなる別のダイアフラム部と、前記絶縁体層の表面に形成されている少なくとも白金を含む材料からなる温度センサ部と、前記別のダイアフラム部を蓋部材として、外部と前記貫通孔を介して連通するように形成された空間と、を有し、前記静電容量型圧力センサに並列形成されている他の静電容量型圧力センサと、を備えており、
前記静電容量型圧力センサの静電容量変化と前記他の静電容量型圧力センサとの静電容量変化の差分から圧力値を検出するものであることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の静電容量型圧力センサの製造方法であって、
基板上に絶縁体層を形成する工程と、
前記絶縁体層を所定形状に加工する工程と、
前記加工後の前記絶縁体層上に少なくとも白金を含む材料からなる層を形成する工程と、
前記少なくとも白金を含む材料からなる層をエッチングによって所定形状に形成し、前記温度センサ部、前記第２の電極部と前記絶縁体層との間の第２のバリアメタル層、前記ボンディング層と前記絶縁体層との間の第１のバリアメタル層、及び、前記第１のバリアメタル層と前記第２のバリアメタル層とを接続している配線を同時に形成するとともに、前記第１のバリアメタル層、前記第２のバリアメタル層、及び、前記配線を一体形成する工程と、を有している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、圧力に応じて変形するダイアフラム部を有した静電容量型圧力センサ及びその製造方法、並びに、静電容量型圧力センサを用いた圧力測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に代表されるように、圧力に応じて変形するダイアフラム部を有した静電容量型圧力センサは公知となっている。なお、この特許文献１に開示されている静電容量型圧力センサは、電極部が形成されている第１の基板と、圧力に応じて変形するダイアフラム部が形成されている第２の基板とを有し、前記ダイアフラム部と前記電極部とがギャップをもって互いに対向する関係となるキャビティー部を設け、前記第１及び前記第２の基板とが接合されたセンサチップを備え、前記ダイアフラム部に加わる被測定圧力と前記キャビティー部内の圧力との圧力差に応じて前記ギャップのギャップ幅を変化させて該ギャップ幅の変化による前記ダイアフラム部と前記電極部との間の静電容量の変化によって前記圧力差を検出するようにした静電容量型圧力センサにおいて、前記キャビティー部内を密閉した密閉部材を有しているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１９７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の静電容量型圧力センサは圧力を検出できるものであるが、近年では、温度などの他の物理量も一つのセンサで検出できるようなものが望まれている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、圧力だけでなく温度をも検出できる静電容量型圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）  本発明の静電容量型圧力センサは、表面側の略中央部に形成された凹部と、前記凹部と離間して表面に形成された第１の電極部とを有した、半導体からなる基板と、前記凹部及び前記第１の電極部と離間して前記基板の表面に絶縁体層を介して形成されている第２の電極部と、金属間接合によって前記凹部の縁部に沿って形成された環状のボンディング層を介して前記第２の電極部に一部が電気的に接続され、圧力に応じて変形する半導体からなるダイアフラム部と、前記凹部の縁部に沿って前記絶縁体層と前記ボンディング層との間に環状に設けられ、少なくとも白金を含む第１のバリアメタル層と、前記凹部の縁部に沿って前記絶縁体層と前記第２の電極部との間に環状に設けられ、少なくとも白金を含む第２のバリアメタル層と、前記第１のバリアメタル層及び前記第２のバリアメタル層とともに一体形成され、前記第１のバリアメタル層と前記第２のバリアメタル層とを接続している少なくとも白金を含む配線と、前記第１のバリアメタル層の外縁に沿って且つ離間して、前記絶縁体層の表面に形成され、少なくとも白金を含む材料からなる温度センサ部と、前記凹部、前記絶縁体層、前記第１のバリアメタル層、及び、前記ボンディング層で囲まれた空間を、蓋部材としての前記ダイアフラム部で前記ボンディング層側から塞ぐことによって形成された密閉空間と、を備えているものである。ここで、バリアメタルとは、（１）緻密な膜形成が可能で、配線材料とシリコン基板との反応に対するバリア効果を有しているもの、（２）金属及び絶縁膜との接着性に優れるもの、（３）ドライエッチングによる微細加工が可能、（４）電気抵抗が低い、など優位な効果を有した金属などの材料のことを言う。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、圧力だけでなく温度をも検出できる静電容量型圧力センサとすることができる。また、上述したバリアメタルの効果を享受することができる。
【０００８】
（２）  上記（１）の静電容量型圧力センサにおいては、前記第１の電極部と前記基板との間、及び、前記ボンディング層と前記ダイアフラム部との間に、少なくとも白金を含むバリアメタル層が形成されていることが好ましい。
【０００９】
上記（２）の構成によれば、上述したバリアメタルの効果を享受することができる。
【００１０】
（３）  上記（１）又は（２）の静電容量型圧力センサにおいては、前記ボンディング層が、金−金接合によるものであることが好ましい。
【００１１】
上記（３）の構成によれば、電気的な接続信頼性を向上させることができる。特に上記（２）の静電容量型圧力センサにおいて、前記ボンディング層が金−金接合によるものである場合、バリアメタル層の効果を享受することができることから、さらに高い接続信頼性を有したものとできる。
【００１２】
（４）  本発明の圧力測定装置は、上記（１）〜（３）のいずれかに記載した静電容量型圧力センサと、表面側の略中央部に形成された別の凹部と、前記別の凹部と離間して表面に形成された第３の電極部とを有した、半導体からなる基板と、前記別の凹部及び前記第３の電極部と離間して前記基板の表面に絶縁体層を介して形成されている第４の電極部と、貫通孔が設けられ、金属間接合によって形成されたボンディング層を介して前記第４の電極部に一部が電気的に接続され、圧力によって変形しない半導体からなる別のダイアフラム部と、前記絶縁体層の表面に形成されている少なくとも白金を含む材料からなる温度センサ部と、前記別のダイアフラム部を蓋部材として、外部と前記貫通孔を介して連通するように形成された空間と、を有し、前記静電容量型圧力センサに並列形成されている他の静電容量型圧力センサと、を備えている。また、本発明の圧力測定装置は、前記静電容量型圧力センサの静電容量変化と前記他の静電容量型圧力センサとの静電容量変化の差分から圧力値を検出するものである。
【００１３】
上記（４）の構成によれば、より精度よく且つ容易に、気圧などの圧力値を検出することができる。
【００１４】
（５）  本発明の製造方法は、上記（１）の静電容量型圧力センサの製造方法であって、基板上に絶縁体層を形成する工程と、前記絶縁体層を所定形状に加工する工程と、前記加工後の前記絶縁体層上に少なくとも白金を含む材料からなる層を形成する工程と、前記少なくとも白金を含む材料からなる層をエッチングによって所定形状に形成し、前記温度センサ部、前記第２の電極部と前記絶縁体層との間の第２のバリアメタル層、前記ボンディング層と前記絶縁体層との間の第１のバリアメタル層、及び、前記第１のバリアメタル層と前記第２のバリアメタル層とを接続している配線を同時に形成するとともに、前記第１のバリアメタル層、前記第２のバリアメタル層、及び、前記配線を一体形成する工程と、を有しているものである。
【００１５】
上記（５）の構成によれば、絶縁体層上の温度センサ部、第２の電極部及びボンディング層と前記絶縁体層との間の第１及び第２のバリアメタル層、並びに、第１のバリアメタル層と第２のバリアメタル層とを接続している配線、を同時に形成することができる。また、第１のバリアメタル層、第２のバリアメタル層、及び、配線を一体形成することができる。したがって、上記（１）の静電容量型圧力センサを容易に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る静電容量型圧力センサの概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１に示した静電容量型圧力センサの各製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る圧力測定装置の概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
以下、図を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る静電容量型圧力センサについて説明する。
【００１８】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、静電容量型圧力センサ１００は、基板１と、絶縁体層２と、バリアメタル層３と、第１の電極部４と、バリアメタル層５と、バリアメタル層６と、第２の電極部７と、ボンディング層８と、バリアメタル層９と、ダイアフラム部１０と、温度センサ用電極部２０，２１と、温度センサ部２２と、を備えているものである。
【００１９】
基板１は、ケイ素などの半導体からなるものであり、略中央部に円形状の凹部１ａを有したものである。
【００２０】
絶縁体層２は、二酸化ケイ素などの絶縁体からなる層であり、基板１上に形成されているものである。また、絶縁体層２は、基板１の凹部１ａに合わせて略中央部に形成された円形状の貫通部２ａと、図１（ａ）に示したような略四角形状の貫通部２ｂとを有しているものである。
【００２１】
バリアメタル層３は、少なくとも白金を含む材料（白金、白金／チタン、など）からなるものであり、基板１上であって貫通部２ｂ内部に形成されているものである。
【００２２】
第１の電極部４は、金、銀又は銅などの金属材料からなり、バリアメタル層３上に形成されているものである。
【００２３】
バリアメタル層５、６は、少なくとも白金を含む材料（白金、白金／チタン、など）からなるものである。また、バリアメタル層５は、絶縁体層２上において、貫通部２ａの形状に合わせた内環部を有したリング状となるように形成されているものである。なお、バリアメタル層６は、バリアメタル層５とバリアメタル層６とを接続している配線とともに、バリアメタル層５と一体形成されているものである。
【００２４】
第２の電極部７は、金、銀又は銅などの金属材料からなり、バリアメタル層６上に形成されているものである。
【００２５】
ボンディング層８は、金、銀、又は銅などの金属材料からなる金属層８ａと金属層８ｂとを接合して形成したものである。金属層８ａは、バリアメタル層５上において、貫通部２ａの形状に合わせた内環部を有したリング状となるように形成されているものである。同様に、金属層８ｂは、金属層８ａ上において、貫通部２ａの形状に合わせた内環部を有したリング状となるように形成されているものである。ここで、金属層８ａは、金属層８ａと第２の電極部７とを接続している配線１２とともに、第２の電極部７と一体形成されているものである。
【００２６】
バリアメタル層９は、少なくとも白金を含む材料（白金、白金／チタン、など）からなるものであり、金属層８ｂ上において、貫通部２ａの形状に合わせた内環部を有したリング状となるように形成されているものである。
【００２７】
ダイアフラム部１０は、ケイ素などの半導体材料からなり、圧力に応じて変形可能なものである。また、ダイアフラム部１０は、ボンディング層８の一端部を塞ぐ円形状の蓋部材であって、基板１、絶縁体層２、バリアメタル層５、ボンディング層８、バリアメタル層９とともに、密閉空間１１を形成している。
【００２８】
温度センサ用電極部２０，２１は、絶縁体層２上において、ダイアフラム部１０などを間に挟むように対向して設けられ、温度センサ部２２に配線を介して接続されているものである。
【００２９】
温度センサ部２２は、少なくとも白金を含む材料（白金、白金／チタン、など）からなるものであり、絶縁体層２上において、バリアメタル層５の外縁に沿って半円状に形成されているものである。ここで、変形例として、温度センサ部２２の形状は半円状でなくともよく、絶縁体層２上に形成できるのであれば、どのような形状のものであってもよい。
【００３０】
次に、静電容量型圧力センサ１００の製造方法の一例について、図２を用いて説明する。なお、図２各図における右端部分（図１（ｂ）での右端部分に対応する部分）は一部省略して示しているため、図１（ｂ）と対応していない部分があることを断っておく。以下、静電容量型圧力センサ１００の製造方法の一例について説明していく。
【００３１】
まず、ケイ素からなる板状材料（例えば、シリコンウェハー）の表面を熱酸化し、基板１の両面に二酸化ケイ素からなる加工されていない絶縁体層２、１４を形成する（図２（ａ）参照）。次に、絶縁体層２をエッチングし、貫通部２ａ，２ｂを有した絶縁体層２を形成する（図２（ｂ）参照）。
【００３２】
続いて、絶縁体層２側から、スパッタリングによって、バリアメタル層３、５、６及び温度センサ部２２の前駆体層１５と、第１の電極部４、金属層８ａ、及び第２の電極部７の前駆体層１６とを、前駆体層１５、１６の順に積層形成する（図２（ｃ）参照）。その後、前駆体層１６の所定部分をエッチングして、第１の電極部４、金属層８ａ、及び第２の電極部７を形成する（図２（ｄ）参照）。
【００３３】
続いて、前駆体層１５の所定部分をエッチングして、バリアメタル層３、５、６及び温度センサ部２２を形成する（図２（ｅ）参照）。その後、基板１の上面側からＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によって、凹部１ａを形成する（図２（ｆ）参照）。
【００３４】
次に、上述の基板１とは異なる、絶縁体層２０を有したＳＯＩウェハーからなる基板２４を用いて、スパッタリングによって、絶縁体層２０上に、ダイアフラム部１０の前駆体層１９、バリアメタル層９の前駆体層１８、金属層８ｂの前駆体層１７を順に積層形成する。（図２（ｇ）参照）。
【００３５】
続いて、前駆体層１７、１８を所定形状となるようにエッチングし、バリアメタル層９及び金属層８ｂを形成する（図２（ｈ）参照）。その後、前駆体層１９をエッチングし、ダイアフラム部１０を形成する（図２（ｉ）参照）。
【００３６】
続いて、図２（ｉ）に示した素子を反転させ、図２（ｆ）に示した素子と合体させ、図２（ｉ）に示した素子における金属層８ｂと、図２（ｆ）に示した素子における金属層８ａとを接合する。ここで、一変形例として、図２（ｆ）に示した素子を反転させ、図２（ｉ）に示した素子と合体させ、図２（ｉ）に示した素子における金属層８ｂと、図２（ｆ）に示した素子における金属層８ａとを接合することとしてもよい。
【００３７】
続いて、基板２４をエッチングして除去し（図２（ｋ）参照）、最後に、絶縁体層２０及び絶縁体層１４をエッチングして除去することにより、静電容量型圧力センサ１００を得る（図２（ｌ）参照）。
【００３８】
次に、静電容量型圧力センサ１００の動作について説明する。静電容量型圧力センサ１００のダイアフラム部１０側から気圧による圧力が印加された場合、ダイアフラム部１０は、該圧力に応じて変形する。該変形によって生じた、ダイアフラム部１０と第１の電極部４及び第２の電極部７との間の静電容量変化を検出し、圧力の測定を行う。同時に、温度センサ部２２によって気温を測定する。
【００３９】
上記構成によれば、圧力だけでなく温度をも検出できる静電容量型圧力センサ１００とすることができる。
【００４０】
また、バリアメタル層が設けられているので、（１）緻密な膜形成が可能で、配線材料とシリコン基板との反応に対するバリア効果を有しているもの、（２）金属及び絶縁膜との接着性に優れるもの、（３）ドライエッチングによる微細加工が可能、（４）電気抵抗が低い、などのバリアメタル層の有利な効果を備えた静電容量型圧力センサ１００とすることができる。
【００４１】
また、例えば、ボンディング層８が金−金接合によるものである場合には、電気的な接続信頼性を向上させることができる。特に、ボンディング層８が金−金接合によるものである場合には、上述のバリアメタル層の効果を享受することができることから、さらに高い接続信頼性を有したものとできる。
【００４２】
また、絶縁体層２上の温度センサ部２２、第１の電極部４と基板１との間のバリアメタル層３、並びに、第２の電極部７及びボンディング層８と絶縁体層２との間のバリアメタル層５、６を同時に形成することができる。したがって、静電容量型圧力センサ１００を容易に製造することが可能である。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、図３を用いて、本発明の第２実施形態に係る圧力測定装置について説明する。なお、第１実施形態の部位１〜１２と、本実施形態の部位２０１〜２１２（図示していない部位がある）とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。同様に、第１実施形態の部位１〜９、１２と、本実施形態の部位３０１〜３０９、３１２とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００４４】
本実施形態に係る圧力測定装置１０００は、第１実施形態と同様の静電容量型圧力センサ２００と、静電容量型圧力センサ２００と並列形成され、第１実施形態とダイアフラム部３１０のみが異なっている静電容量型圧力センサ３００とを備えているものである。
【００４５】
ダイアフラム部３１０は、内部空間３１１の内部と外部とを連通させる貫通孔３１０ａを有しているものである。ダイアフラム部３１０は、静電容量型圧力センサ２００におけるダイアフラム部２１０とともに、第１実施形態のダイアフラム部１０と同様のエッチングによって形成することが可能である。なお、貫通孔３１０ａは、該エッチングの際、所定箇所に貫通孔を有したマスクを用いることによって形成することが可能である。
【００４６】
次に、圧力測定装置１０００の動作について説明する。静電容量型圧力センサ２００のダイアフラム部２１０側から気圧による圧力が印加された場合、ダイアフラム部２１０は、該圧力に応じて変形する。該変形によって生じた、ダイアフラム部２１０と第１の電極部２０４及び第２の電極部２０７との間の静電容量変化を検出する。このとき、静電容量型圧力センサ３００におけるダイアフラム部３１０は、貫通孔３１０ａを有しているので、上記気圧による圧力によっては変形しない。したがって、ダイアフラム部３１０と第１の電極部３０４及び第２の電極部３０７との間の静電容量変化はない。このようにして検出した静電容量型圧力センサ２００の静電容量変化と静電容量型圧力センサ３００の静電容量変化（ゼロ）との差分を取得し、該差分から圧力値を検出する。なお、該差分を取得することにより、静電容量型圧力センサ２００の寄生容量を静電容量型圧力センサ３００の寄生容量によって相殺することができるので、より正確に圧力値を検出することができる。また、これらの動作と同時に、温度センサ部２２２、３２２によって気温を測定する。
【００４７】
本実施形態の圧力測定装置１０００によれば、より精度よく且つ容易に、気圧などの圧力値を検出することができる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。例えば、第２実施形態において、静電容量型圧力センサ２００、３００における基板に、一体化したものを用いてもよい。
【００４９】
また、第２実施形態において、静電容量型圧力センサ２００、３００における絶縁体層、バリアメタル層、金属層（基板側）、第１の電極部、及び、第２の電極部のそれぞれについて、各製造工程で各前駆体層を積層してから所定形状にエッチングして、形成することとしてもよい。これにより、第２実施形態における各部位と同様の部位を同時に形成することができることから、より容易に圧力測定装置１０００を製造することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ、３０１ａ    凹部
１、２４、３０１  基板
２、１４、２０、２０２、３０２  絶縁体層
２ａ、２ｂ、２０２ｂ、３０２ａ、３０２ｂ    貫通部
３、５、６、９、３０３、３０５、３０６、３０９    バリアメタル層
４、２０４、３０４    第１の電極部
７、２０７、３０７    第２の電極部
８、３０８    ボンディング層
８ａ、８ｂ、３０８ａ、３０８ｂ    金属層
１０、２１０、３１０    ダイアフラム部
１１    密閉空間
１２、２１２、３１２    配線
１５、１６、１７、１８、１９    前駆体層
２０、２１    温度センサ用電極部
２２、２２２、３２２    温度センサ部
１００、２００、３００    静電容量型圧力センサ
３１０ａ    貫通孔
３１１    内部空間
１０００    圧力測定装置
【図１】
0005652733.tif 000002
【図２】
0005652733.tif 000003
【図３】
0005652733.tif 000004