(57)【要約】【課題】腐食性ガスが存在するような状況下でも使用できかつ製造コストを低減できる変換器を提供すること。【解決手段】圧力センサ１０は、検出面３０Ａを有する上基板３０と、この上基板３０の検出面に空隙を介して設けられかつ上基板３０に対して変位可能なダイアフラム２０と、上基板３０の検出面３０Ａに設けられた固定電極３２，３３と、ダイアフラム２０に導通された第１の信号取出部２２とを備え、第１の信号取出部２２は、高耐食性を有するチタンで形成され、ダイアフラム２０は、抵抗値を下げる元素を含有させることにより抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下とされた単結晶シリコンをドライエッチングすることにより形成されている。【選択図】　　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面を有する第１の基板と、この第１の基板の検出面に空隙を介して設けられかつ前記第１の基板に対して変位可能な可動電極と、前記第１の基板の検出面に設けられた固定電極と、前記可動電極に導通された第１の信号取出部とを備えた変換器であって、
前記第１の信号取出部は、高耐食性を有する金属で形成され、
前記可動電極は、抵抗値を下げる元素を含有させることにより抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下とされた単結晶シリコンをドライエッチングすることにより形成されていることを特徴とする変換器。
【請求項２】
検出面を有する第１の基板と、この第１の基板の検出面に空隙を介して設けられかつ前記第１の基板に対して変位可能な可動電極と、前記第１の基板の検出面に設けられた固定電極と、前記可動電極に導通された第１の信号取出部とを備えた変換器であって、
前記第１の信号取出部は、高耐食性を有する金属で形成され、
前記可動電極は、抵抗値を下げる元素を含有させることにより抵抗率が０．００５〜１．０Ω・ｃｍとされた単結晶シリコンをウェットエッチングすることにより形成されていることを特徴とする変換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の変換器において、
前記可動電極を形成するシリコンは、伝導型がｐ型とされていることを特徴とする変換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の変換器において、
前記第１の信号取出部を形成する金属は、チタンとされていることを特徴とする変換器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の変換器において、
前記可動電極の前記第１の基板の検出面に対向する面とは反対側に空隙を介して設けられた第２の基板を備え、
前記第２の基板には、前記第１の基板の側面よりも延出した延出部が設けられ、
前記第１の信号取出部は、前記延出部の前記第１の基板側の表面から、前記第１の基板の検出面と反対側の表面にかけて設けられていることを特徴とする変換器。
【請求項６】
請求項５に記載の変換器において、
前記第１の信号取出部には、ワイヤボンドパッドが設けられ、このワイヤボンドパッドは、少なくとも２つの層を有し、下層部は、前記第１の信号取出部を形成する金属の表面の酸化膜との接合性が良好な金属で形成され、上層部は、前記下層部に対して接合性が良好でかつボンディング性良好な高耐食性を有する金属で形成されていることを特徴とする変換器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の変換器において、
前記可動電極の面であって前記第１の基板の検出面に対向する面とは反対側の面に測定圧力が導入される静電容量型圧力センサチップであることを特徴とする変換器。
【請求項８】
請求項５または６に記載の変換器の製造方法であって、
前記第１および第２の基板と可動電極とを陽極接合した後に、前記第１の信号取出部をマスク蒸着によって形成することを特徴とする変換器の製造方法。
【請求項９】
請求項６に記載の変換器の製造方法であって、
前記第１および第２の基板と可動電極とを陽極接合した後に、前記ワイヤボンドパッドの下層部をマスク蒸着によって形成した後、このワイヤボンドパッドの下層部の表面を酸化状態とすることなく、連続して前記ワイヤボンドパッドの上層部を形成することを特徴とする変換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、液体、気体の圧力、加速度、温度等の一の状態量を電気信号等の他の状態量に変換する変換器およびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、一の状態量を他の状態量に変換する変換器としては、例えば、圧力を電気信号に変換する圧力センサが知られている。
図１０および図１１には、従来例に係る圧力センサ１１０の全体斜視図および分解斜視図が示されている。
圧力センサ１１０は、ガラス等の絶縁性材料で形成された上基板１３０および下基板１４０と、これら上、下基板１３０，１４０間に空隙を介して設けられるとともに、上、下基板１３０，１４０に対して変位可能とされ、かつ、シリコンで形成された可動電極１２０と、この可動電極１２０と対向する上基板１３０の検出面１３０Ａに設けられた固定電極１３１とを含んで構成されている。
固定電極１３１は、図１１に二点鎖線で示されるように、上基板１３０の検出面１３０Ａの略中央部分に設けられた中央電極１３２と、この中央電極１３２を囲むように設けられた周辺電極１３３とを備えている。
【０００３】
可動電極１２０は、その側面１２１Ｃから上基板１３０の上面１３０Ｂにかけて設けられた第１の信号取出部１２２と導通されている。
ここで、可動電極１２０はシリコンで形成されているため、第１の信号取出部１２２は、シリコンと電気的にオーミック接合となってかつワイヤボンド可能な金属であるアルミニウムで形成されている。
【０００４】
中央電極１３２および周辺電極１３３は、耐食性を有するチタンで形成され、上基板１３０の上面１３０Ｂ（検出面１３０Ａとは反対側の面）にアルミニウムで形成された第２の信号取出部１３４，１３５とスルーホール１３６，１３７を介してそれぞれ導通されている。
【０００５】
このような構成によれば、可動電極１２０の下基板１４０側の面に測定圧力を導入すると、可動電極１２０が撓み、この可動電極１２０とこれに対向する中央電極１３２および周辺電極１３３との間の静電容量が変化する。各電極１２０，１３２，１３３を、信号取出部１２２，１３４，１３５を介して、信号処理用回路に導通することにより、中央電極１３２と可動電極１２０との静電容量の変化、および周辺電極１３３と可動電極１２０との静電容量の変化を測定して、測定圧力を正確に計測できるようになっている。
【０００６】
ところで、腐食性ガスの存在下で変換器１１０が使用される場合、各信号取出部１２２，１３４，１３５の周囲にも腐食性ガスが存在することになり、これら信号取出部１２２，１３４，１３５を形成するアルミニウムが腐食性ガスに侵される、という問題があった。
この問題を解決するため、この腐食性ガスに対して高耐食性を有する金属、例えばチタンを用いて、各信号取出部１２２，１３４，１３５を形成する場合を考える。チタンは、不純物の含有量の少ないシリコンに対しては良好なオーミック接合を得られないが、不純物を多く含有するシリコンに対しては良好なオーミック接合が得られる、という性質を有している。一方、シリコンは、不純物の含有量が増大すると、抵抗率が低くなるとともに、アルカリ溶液を用いたウェットエッチング性も低下する、という性質を有している。
【０００７】
例えば、可動電極のうち第１信号取出部に接する部分にのみ不純物を含有させた変換器が知られている（特開平０８−９４４７２号公報参照）。
この構成によれば、可動電極のうち第１信号取出部に接する部分では、第１信号取出部に対して良好なオーミック接合を得ることができるとともに、第１信号取出部に接する部分以外の部分では、エッチング性の低下を抑えることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可動電極の一部に不純物を含有させた変換器では、可動電極を形成するシリコンウェーハの製造工程において、不純物拡散等の方法で局所的に不純物を混入するため、製造工程が増加し、変換器の製造コストが増大していた。
【０００９】
本発明の目的は、腐食性ガスが存在するような状況下でも使用できかつ製造コストを低減できる変換器およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、高耐食性を有する金属の種類とこの高耐食性金属に対して良好なオーミック接合が得られるシリコンの抵抗率との関係、さらに、シリコンの抵抗率とエッチング性との関係について鋭意研究した。その結果、シリコンの抵抗率を所定の範囲内とすることにより、シリコンのエッチング性および高耐食性金属とのオーミック接合性とを両立できることを見出し、この知見に基づいて本発明を得たものである。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の変換器およびその製造方法は、次の構成を採用する。
請求項１に記載の変換器は、検出面を有する第１の基板と、この第１の基板の検出面に空隙を介して設けられかつ前記第１の基板に対して変位可能な可動電極と、前記第１の基板の検出面に設けられた固定電極と、前記可動電極に導通された第１の信号取出部とを備えた変換器であって、前記第１の信号取出部は、高耐食性を有する金属で形成され、前記可動電極は、抵抗値を下げる元素を含有させることにより抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下とされた単結晶シリコンをドライエッチングすることにより形成されていることを特徴とする。
【００１２】
第１の基板は、絶縁体であって、例えばガラスで形成されるが、その他陶磁器、ニューセラミックス等の材料で形成されてもよい。第１の信号取出部は、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウム等の金属のほか、これらを主成分とする合金で形成されてもよい。なお、これら第１の基板および第１の信号取出部を形成する材料は、以下の各請求項においても同様である。
また、ドライエッチングの方法としては、特に制限はなく、反応性イオンガスやプラズマガス等を用いる方法が含まれる。
【００１３】
この発明によれば、第１の信号取出部を腐食性ガスに対して高耐食性の金属で形成したので、従来のように耐食性の低いアルミニウムで形成した場合に比べ、腐食性ガスが存在するような状況下でも、変換器としての機能を低下させることなく使用することができる。
また、可動電極を抵抗値を下げる元素を含有させた単結晶シリコンで形成したので、第１信号取出部との接触面にエネルギー障壁の問題を生じることがなく、第１信号取出部を形成する高耐食性の金属に対して良好なオーミック接合を得ることができ、可動電極から信号を確実に取り出すことができる。
【００１４】
さらに、可動電極を形成するシリコン全体の抵抗率を１．０Ω・ｃｍ以下としたので、可動電極に用いるシリコンウェーハの製造工程において、ウェーハ全体に抵抗値を下げる元素（不純物）を混入させてよいから、従来のように局所的に不純物を混入する場合に比べ、製造工程を削減でき、変換器の製造コストを低減できる。
なお、可動電極を形成するシリコンの抵抗率が１．０Ω・ｃｍを超えると、第１の信号取出部を形成する材料に対して良好なオーミック接合が得られない。また、ドライエッチングにより可動電極を形成したので、シリコンの抵抗率を低下させてもエッチング性に影響が出ないため、シリコンに抵抗値を下げる元素を固溶限界量まで含有させてもよい。
【００１５】
請求項２に記載の変換器は、検出面を有する第１の基板と、この第１の基板の検出面に空隙を介して設けられかつ前記第１の基板に対して変位可能な可動電極と、前記第１の基板の検出面に設けられた固定電極と、前記可動電極に導通された第１の信号取出部とを備えた変換器であって、前記第１の信号取出部は、高耐食性を有する金属で形成され、前記可動電極は、抵抗値を下げる元素を含有させることにより抵抗率が０．００５〜１．０Ω・ｃｍとされた単結晶シリコンをウェットエッチングすることにより形成されていることを特徴とする。
【００１６】
ウェットエッチングの方法としては、特に制限はなく、水酸化カリウムやＴＭＡＨ等を用いる方法が含まれる。
この発明によれば、請求項１と同様の効果を得られる。なお、可動電極を形成するシリコンの抵抗率が０．００５Ω・ｃｍ未満では、エッチングレートが遅くなって可動電極の加工に時間がかかったり、表面粗さが粗くなってしまう。
【００１７】
請求項３に記載の変換器は、請求項１または２に記載の変換器において、前記可動電極を形成するシリコンは、伝導型がｐ型とされていることを特徴とする。
この発明によれば、伝導型がｎ型のシリコンを用いた場合に比べ、接触抵抗を低くできるので、より良好なオーミック接合を得ることができる。
【００１８】
請求項４に記載の変換器は、請求項１から３のいずれかに記載の変換器において、前記第１の信号取出部を形成する金属は、チタンとされていることを特徴とする。
この発明によれば、第１の信号取出部をチタンで形成したので、第１の信号取出部を腐食性ガスから安価かつ確実に保護できる。
【００１９】
請求項５に記載の変換器は、請求項１から４のいずれかに記載の変換器において、前記可動電極の前記第１の基板の検出面に対向する面とは反対側に空隙を介して設けられた第２の基板を備え、前記第２の基板には、前記第１の基板の側面よりも延出した延出部が設けられ、前記第１の信号取出部は、前記延出部の前記第１の基板側の表面から、前記第１の基板の検出面と反対側の表面にかけて設けられていることを特徴とする。
【００２０】
変換器は、例えば、第１の基板の上面に固定電極に導通された第２の信号取出部を有し、第２の基板を下方にして回路基板上にマウントされた後、第１信号取出部および第２の信号取出部と、回路基板上の信号処理回路とが、ワイヤーボンディング等により結線される。
この発明によれば、第２の基板に延出部を設けて、この延出部の第１の基板側の表面から、第１の基板の表面にかけて第１の信号取出部を形成したので、第１の信号取出部が第２の基板の端縁（可動電極から離間した側の面の端縁を意味する、以下についても同様）まで及ばない。従って、変換器を第２の基板の端縁側を下方にして回路基板等にマウントしても、回路基板と第１の信号取出部とが接触せず、ノイズを拾うような電気的障害を避けることができる。
【００２１】
請求項６に記載の変換器は、請求項５に記載の変換器において、前記第１の信号取出部には、ワイヤボンドパッドが設けられ、このワイヤボンドパッドは、少なくとも２つの層を有し、下層部は、前記第１の信号取出部を形成する金属の表面の酸化膜との接合性が良好な金属で形成され、上層部は、前記下層部に対して接合性が良好でかつボンディング性良好な高耐食性を有する金属で形成されていることを特徴とする。
【００２２】
ここで、ワイヤボンドパッドの上層部は、例えば、金で形成されるが、その他金を主成分とする合金等でもよい。また、ワイヤボンドパッドの下層部は、例えばチタンで形成されるが、その他クロム、ニッケル、コバルト、タンタル等の材料でもよく、または、チタン、クロム、ニッケル、鉄、タングステン、シリコン、アルミニウム、コバルト、パラジウム、タンタルおよび金のいずれかを主成分とする合金等でもよい。
【００２３】
変換器の製造途中、ワイヤボンドパッド形成前において、第１の信号取出部の上層部が、空気等の酸化性ガスに接触することにより、表層に酸化膜が生成される可能性がある。
この発明によれば、ワイヤボンドパッドの下層部を、第１の信号取出部を形成する金属の表面の酸化膜との接合性が良好な金属で形成し、ワイヤボンドパッドの上層部を、前記下層部に対して接合性が良好でかつボンディング性良好な高耐食性を有する金属で形成したので、第１の信号取出部の表層に酸化膜が生成されていても、下層部を第１の信号取出部に接合できる。また、ボンディング性良好な上層部をワイヤを介して信号処理用回路等の必要箇所に電気的に接続することができるから、第１の信号取出部からの信号をワイヤボンドパッドを介して信号処理用回路に確実に伝えることができる。
【００２４】
例えば、第１の信号取出部の上層部をチタンで形成した場合、ワイヤボンドパッド形成前に、チタンが空気等に接触することにより、表面に酸化膜が生成される場合がある。この酸化チタンに対して接着し、かつボンディング性が良好な１種類の金属が存在しないため、酸化チタンに対して接合性が良好なチタンを下層部とし、酸化チタンには接合性が良くないが、チタンに対しては接合性の良い金を用いることによって、所要特性を備えたワイヤボンドパッドを形成することができる。
【００２５】
請求項７に記載の変換器は、請求項１から６のいずれかに記載の変換器において、前記可動電極の面であって前記第１の基板の検出面に対向する面とは反対側の面に測定圧力が導入される静電容量型圧力センサチップであることを特徴とする。
この発明によれば、前記可動電極の面であって前記第１の基板の検出に対向する面とは反対側の面に測定圧力を導入したので、この導入された測定圧力によって可動電極が撓み、この可動電極とこれに対向する固定電極との間の距離が変化し、この距離の変化に反比例して、静電容量が変化する。この可動電極および固定電極の静電容量を測定することによって、静電容量型圧力センサとして利用できる。
【００２６】
請求項８に記載の変換器の製造方法は、請求項５または６に記載の変換器の製造方法であって、前記第１および第２の基板と可動電極とを陽極接合した後に、前記第１の信号取出部をマスク蒸着によって形成することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、第１および第２の基板と可動電極とを陽極接合した後に、第１の信号取出部をマスク蒸着で形成したので、フォトリソグラフィのような複雑な工程を経ずに第１の信号取出部を形成できるから、変換器を容易に製造することができる。
なお、陽極接合より前に第１の信号取出部をマスク蒸着で形成した場合、第１の信号取出部が可動電極と同じ電位となるため、陽極接合の電位を乱し、良好な接合強度が得られない可能性がある。
【００２８】
請求項９に記載の変換器の製造方法は、請求項６に記載の変換器の製造方法であって、前記第１および第２の基板と可動電極とを陽極接合した後に、前記ワイヤボンドパッドの下層部をマスク蒸着によって形成した後、このワイヤボンドパッドの下層部の表面を酸化状態とすることなく、連続して前記ワイヤボンドパッドの上層部を形成することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、ワイヤボンドパッドを形成する際に、その下層部をマスク蒸着によって形成した後、この下層部の表面を酸化状態とせずに、つまり下層部の表面に酸化膜を生成させずに、連続してその上層部をマスク蒸着によって形成したので、ワイヤボンドパッドの下層部と上層部とを確実に接着できる。
したがって、フォトリソグラフィのような複雑な工程を経ずにワイヤボンドパッドを形成できるので、変換器を容易に製造することができる。
【００３０】
ここで、陽極接合より前にワイヤボンドパッドをマスク蒸着した場合、陽極接合時の熱でワイヤボンドパッドを構成する複数の金属、例えば金とチタンとが拡散してしまう可能性があるため、陽極接合より後にワイヤボンドパッドをマスク蒸着する必要がある。
また、ワイヤボンドパッドの下層部を形成した後に、その表面が空気等に接触することによって酸化状態となった場合、表面に酸化膜が生成されてワイヤボンドパッドの上層部が接着しない可能性があるため、下層部の形成後その表面を酸化状態とすることなく、連続して上層部を形成する必要がある。
例えば、ワイヤボンドパッドの下層部を、例えばチタンで形成し、上層部を、例えば金で形成した場合、チタンが空気等に接触することにより、その表層に酸化膜が生成されて金が接着しない可能性がある。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施の形態に係る変換器としての圧力センサ１０の全体斜視図が示され、図２には、圧力センサ１０の分解斜視図が示されている。
この圧力センサ１０は、圧力の変化を静電容量の変化として検出する静電容量型の圧力センサであり、可動電極としての弾性変形可能なダイアフラム２０と、このダイアフラム２０に陽極接合されてダイアフラム２０を挟持する第１の基板としての上基板３０および第２の基板としての下基板４０とを備えている。
【００３２】
ダイアフラム２０は、薄肉部２３と、この薄肉部２３周囲に形成された厚肉部２１とを備えている。すなわち、ダイアフラム２０は、上基板３０と対向する対向面２０Ａと、この対向面２０Ａとは反対側の面つまり下基板４０と対向する対向面２０Ｂとを有し、対向面２０Ａのうち薄肉部２３の上面２３Ａは、厚肉部２１の上面２１Ａよりも一段低く凹んでおり、対向面２０Ｂのうち薄肉部２３の下面２３Ｂは、厚肉部２１の下面２１Ｂよりも凹んで（図２中高くなって）いる。したがって、薄肉部２３と上基板３０および下基板４０との間には、空隙が形成されており、薄肉部２３は、上基板３０に対して弾性変形可能とされている。
また、ダイアフラム２０は、伝導型がｐ型で、抵抗値を下げる元素を含有することにより抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下とされた単結晶シリコンで形成されている。
【００３３】
上基板３０は、絶縁材料、本実施形態ではガラスで形成され、図２中二点鎖線で示すように、ダイアフラム２０と対向する面に検出面３０Ａと、この検出面３０Ａとは反対側に上面３０Ｂとを備えている。
この上基板３０は、この検出面３０Ａに設けられた固定電極３２，３３と、上面３０Ｂに設けられて固定電極３２，３３にスルーホール３６，３７を介して導通された第２の信号取出部３４，３５と、上面３０Ｂに設けられてダイアフラム２０に導通された第１の信号取出部２２とを備えている。
【００３４】
固定電極３２，３３は、耐食性の高い金属としてのチタンで形成され、検出面３０Ａの略中央部分に設けられた中央電極３２と、中央電極３２を囲むように設けられた周辺電極３３とで構成されている。
第２の信号取出部３４，３５は、各電極３２，３３と同様にチタンで形成されている。中央電極３２と導通された第２の信号取出部３４は、上基板３０の一端縁部分まで引き出された引出部３９を備え、周辺電極３３と導通された第２の信号取出部３５は、上基板３０の対向する両端縁部分まで引き出された引出部３８を備えている。
ダイアフラム２０の薄肉部２３と上基板３０との間の空隙は、各スルーホール３６，３７を通じて大気に開放されている。
【００３５】
下基板４０は、絶縁材料、本実施形態ではガラスで形成され、その略中央にはダイアフラム２０の対向面２０Ｂに圧力を導入するための圧力導入孔４１が設けられている。また、下基板４０の一側面側は、ダイアフラム２０および上基板３０の側面よりも延出されて、延出部４２とされている。
【００３６】
第１の信号取出部２２は、延出部４２の上基板３０側の表面から上基板３０の上面３０Ｂの延出部４２側の２つの角部にかけて設けられている。これにより、第１の信号取出部２２は、ダイアフラム２０の厚肉部２１の延出部４２側の側面２１Ｃに導通されている。
【００３７】
第１の信号取出部２２のうち上基板３０の上面３０Ｂの延出部４２側の２つの角部には、ワイヤを結線するためのワイヤボンドパッド５１が設けられ、第２の信号取出部３４，３５には、ワイヤボンドパッド５２，５３がそれぞれ設けられている。これらワイヤボンドパッド５１，５２，５３を介して、信号取出部２２，３４，３５と信号処理用回路（図示省略）等の所定箇所とが導通されるようになっている。
【００３８】
図３（Ａ）には、第１の信号取出部２２およびワイヤボンドパッド５１の拡大断面図が示されている。
第１の信号取出部２２は、上基板３０との密着性に優れかつ高耐食性を有する金属、本実施形態ではチタンで形成されており、この表面は大気によって酸化されて酸化膜２２Ｃが生成されている。
各ワイヤボンドパッド５１は、２つの層５１Ａ，５１Ｂを有し、下層部５１Ａは、第１の信号取出部２２を形成するチタン表面の酸化膜２２Ｃとの接合性が良好な金属、本実施形態ではチタンで形成され、上層部５１Ｂは、下層部５１Ａと接合性が良好でかつボンディング性良好な高耐食性を有する金属、本実施形態では金で形成されている。
【００３９】
図３（Ｂ）には、第２の信号取出部３４，３５およびワイヤボンドパッド５２，５３の拡大断面図が示されている。
第２の信号取出部３４，３５を形成するチタンの表面は、第１の信号取出部２２と同様に、大気によって酸化されて酸化膜２２Ｃが生成されている。
ワイヤボンドパッド５２，５３は、ワイヤボンドパッド５１と同様に、下層、上層の２つの層５１Ａ，５１Ｂを有し、下層部５１Ａはチタンで形成され、上層部５１Ｂは金で形成されている。
【００４０】
このような圧力センサ１０では、圧力導入孔４１に測定圧力が導入されると、ダイアフラム２０が湾曲するように弾性変形して、ダイアフラム２０と上基板３０の中央電極３２および周辺電極３３との間の距離が変化し、その距離に反比例して静電容量が変化する。この時、ダイアフラム２０、中央電極３２および周辺電極３３は、第１および第２の信号取出部２２，３４，３５およびワイヤボンドパッド５１，５２，５３を介して、信号処理用回路等に導通されているから、ダイアフラム２０と各電極３２，３３の静電容量を信号処理用回路で処理することによって、圧力を計測できるようになっている。
【００４１】
この際、ダイアフラム２０の変位は中央近辺が大きく、周辺部が小さいため、ダイアフラム２０と上基板３０の中央電極３２および周辺電極３３との間の静電容量に差が生じ、両者の差異を測定することにより、温度等の変化に基づく誤差を校正するとともに、ノイズ等を取り除き、より正確に圧力を検出する。
なお、この圧力センサ１０は、ダイアフラム２０の上基板３０側がスルーホール３６，３７を通じて大気に開放されているため、いわゆるゲージ圧（大気圧をゼロとしたときの、大気圧に対する差圧）センサとなっている。
【００４２】
次に、圧力センサ１０の製造手順を説明する。
図４（Ａ）および（Ｂ）には、上、下基板３０，４０とダイアフラム２０の陽極接合前のウェーハ状態の平面図および断面図が示されている。
圧力センサ１０は、シリコンウェーハ７０、および上、下基板ウェーハ８０，９０を互いに陽極接合して積層ウェーハ６０とした後、図４中に１点鎖線で示す格子状の切断線８７（８７Ａ，８７Ｂ）に従って切断することにより、複数のセンサチップ６１として製造される。
【００４３】
シリコンウェーハ７０は、次の方法で製造される。先ず、抵抗値を下げる元素を混入してシリコン単結晶を生成することにより、伝導型がｐ型でかつ抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下のシリコン単結晶ウェーハを製造する。次に、このシリコン単結晶ウェーハにフォトリソグラフィを施し、ドライエッチングすることによって、複数のダイアフラム２０が所定間隔で一体に形成された状態とする。
【００４４】
上基板ウェーハ８０は、中央電極３２、周辺電極３３、スルーホール３６，３７、第２の信号取出部３４，３５、および陽極接合用電極８３がフォトリソグラフィ等により形成されており、複数の上基板３０が一体に形成された状態となっている。
このうち、各第２の信号取出部３５の各引出部３８は、上基板ウェーハ８０上で一方向に連続するように形成されている。
また、陽極接合用電極８３は、引出部３８と交わらないように格子状に形成されている。陽極接合用電極８３は、引出部３８に沿って延びる幹線電極部８３Ａと、この幹線電極部８３Ａと直交して延びる支線電極部８３Ｂとで構成されている。
切断線８７は、幹線電極部８３Ａ上を通る切断線８７Ａと、この切断線８７Ａと直交しかつ支線電極部８３Ｂ上を通る切断線８７Ｂとで構成されている。
【００４５】
下基板ウェーハ９０は、複数の圧力導入孔４１を形成され、複数の下基板４０が一体に形成された状態である。
ここで、これらシリコンウェーハ７０の各ダイアフラム２０、上基板ウェーハ８０の各上基板３０、および下基板ウェーハ９０の各下基板４０は、各ウェーハ７０，８０，９０が積層されたとき、各々が圧力センサ１０のセンサチップ６１を構成するように、互いに対応した位置に設けられている。
【００４６】
図５には、上、下基板３０，４０とダイアフラム２０をウェーハ状態で陽極接合する手順を説明するための図が示されている。
下基板ウェーハ９０、シリコンウェーハ７０、および上基板ウェーハ８０を、導電性を有する陽極接合用の載置台１００上に順に積層する。この後、シリコンウェーハ７０と引出部３８がプラス、陽極接合用電極８３と載置台１００とがマイナスとなるように、高温下で高電圧を印加し、各ウェーハ７０，８０，９０を陽極接合する。これにより、積層ウェーハ６０を製造する。
【００４７】
図６および図７には、第１信号取出部２２とワイヤボンドパッド５１，５２，５３を形成する手順を説明するための平面図および断面図が示されている。
陽極接合が完了した後、先ず、積層ウェーハ６０を載置台１００から取り出し、陽極接合用電極８３の幹線電極部８３Ａの幅寸法よりも十分に大きい所定の刃幅寸法を有する切断刃等を用いて、第２の信号取出部３４同士の間の切断線８７Ａに沿って溝加工を行い、幹線電極部８３Ａ（図６中破線で示す）を削り取るとともに、溝８９を形成する。
この溝８９は、下基板ウェーハ９０を若干削り取る深さで設けられており、溝８９の内面にはシリコンウェーハ７０および上基板ウェーハ８０の切断面７０Ａ，８０Ａがそれぞれ露出している。
【００４８】
次に、図６中二点鎖線で示すように、上基板ウェーハ８０の各切断線８７Ａ，８７Ｂが交差する部分、つまりセンサチップ６１の角部３０Ｄに相当する部分が露出するように、略長方形のマスク開口９２を有するメタルマスク９１を配置する。そして、積層ウェーハ６０または図示しない蒸着ノズルのうちいずれか一方を鉛直軸回りに回転させるか、あるいはこれらを互いに反対方向に回転させるかしながら、マスク開口９２に対して例えば上方斜め４５°方向から蒸着材料、ここではチタンを供給する（図７中の破線矢印参照）。これにより、溝８９の底面および溝８９の両側面、すなわちシリコンウェーハ７０の各切断面７０Ａおよび上基板ウェーハ８０の各切断面８０Ａ、および上基板ウェーハ８０の各切断線８７Ａ，８７Ｂが交差する部分にチタン蒸着膜２２Ａが形成される。
【００４９】
次に、図示しないが、ワイヤボンドパッド５１〜５３の位置に対応したマスク開口を有するメタルマスクを用意し、このメタルマスクを用いて、上述した手順と同様の手順で、チタン蒸着膜（ワイヤボンドパッド５１〜５３の下層部５１Ａに相当する）を形成した後、真空装置の真空状態を開放することなく、つまりチタン蒸着膜の表面を酸化状態とすることなく、連続して金蒸着膜（ワイヤボンドパッド５１〜５３の上層部５１Ｂに相当する）を形成する。
【００５０】
この後、溝８９を加工した切断刃よりも刃幅寸法の小さい別の切断刃（例えば、図７中の一点鎖線で示す切りしろ９３に対応した刃幅の切断刃）を用い、蒸着膜２２Ａを溝８９の幅方向の中央すなわち切断線８７Ａに沿って下基板ウェーハ９０ごと切断（本切断）するとともに、同じ切断刃を用いて他の全ての切断線８７Ａ，８７Ｂに沿って積層ウェーハ６０を切断する。これによって、蒸着膜２２Ａを四分割し、分割された各々の蒸着膜２２Ａがダイアフラム２０と導通した第１の信号取出部２２となる。この切断作業により、積層ウェーハ６０からセンサチップ６１として圧力センサ１０が取り出される。
なお、この切断作業（本切断）時に用いられる切断刃の前記刃幅寸法は、陽極接合用電極８３の幅寸法よりも若干大きく、切断線８７Ａ，８７Ｂに沿って切断することによって、陽極接合用電極８３の支線電極部８３Ｂは完全に取り除かれる。
以上により、圧力センサ１０が完成する。
【００５１】
図８および図９には、シリコンの抵抗率を変化させた場合の実験結果が示されている。
すなわち、図８では、シリコンの抵抗率と、このシリコンとチタンとの接触抵抗（オーミック抵抗）との関係が示されている。図８中の四角は実験値を示し、実線Ａは大体の傾きを示している。抵抗値を下げる元素を含有させることによってシリコンの抵抗率を低下させると、チタンとの接触抵抗もほぼ比例して低下することが分かる。図９では、シリコンとチタンとの接触抵抗と、圧力センサの感度温度係数との関係が示されている。感度温度係数とは、温度変化に対する圧力センサ１０の特性であって、この値が低いほど、温度変化による圧力感度誤差が少なく、安定して性能を発揮できる。図９中の四角は、実験値を示し、実線Ｂ，Ｃは大体の傾きを示している。接触抵抗が約１０ｋΩ以上では、接触抵抗を低下させると、感度温度係数もほぼ比例して低下する（実線Ｂ）。ところが、接触抵抗が約１０ｋΩ未満では、接触抵抗を低下させても、感度温度係数は比例して低下せず、ほぼ一定の値となることが分かる（実線Ｃ）。
【００５２】
したがって、本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）第１の信号取出部２２を高耐食性の金属で形成したので、従来のように耐食性の低いアルミニウムで形成した場合に比べ、腐食性ガスが存在するような状況下でも、変換器としての機能を低下させることなく使用することができる。
（２）ダイアフラム２０を抵抗値を下げる元素を含有させた単結晶シリコンで形成したので、第１信号取出部２２との接触面にエネルギー障壁の問題を生じることがなく、第１信号取出部２２を形成する高耐食性の金属に対して良好なオーミック接合を得ることができ、ダイアフラム２０から信号を確実に取り出すことができる。
【００５３】
（３）ダイアフラム２０を形成するシリコン全体の抵抗率を１．０Ω・ｃｍ以下としたので、シリコンウェーハ７０の製造工程において、ウェーハ全体に抵抗値を下げる元素を混入させてよいから、従来のように局所的に不純物を混入する場合に比べ、製造工程を削減でき、圧力センサ１０の製造コストを低減できる。
また、シリコンの抵抗率を１．０Ω・ｃｍ以下としたので、図８および図９に示すように、圧力センサ１０の感度温度係数を低下させて、温度特性の良い圧力センサを製作することができる。
（４）ダイアフラム２０を形成するシリコンの伝導型をｐ型としたので、伝導型がｎ型のシリコンを用いた場合に比べ、接触抵抗を低くできるので、より良好なオーミック接合を得ることができる。
（５）第１の信号取出部２２をチタンで形成したので、第１の信号取出部２２を腐食性ガスから安価かつ確実に保護できる。
【００５４】
（６）圧力センサ１０は、下基板４０を下方にして回路基板上にマウントされた後、第１信号取出１２２および第２信号取出部３４，３５と、回路基板上の信号処理回路とが、ワイヤーボンディング等により結線される。圧力センサ１０では、下基板４０に延出部４２を設けて、この延出部４２の上基板３０側の表面から、上基板３０の表面にかけて第１の信号取出部２２を形成したので、第１の信号取出部２２が下基板４０の端縁まで及ばない。したがって、圧力センサ１０を下基板４０の端縁側を下方にして回路基板等にマウントしても、回路基板と第１の信号取出部２２とが接触せず、ノイズを拾うような電気的障害を避けることができる。
【００５５】
（７）ワイヤボンドパッド５１〜５３を２つの層、つまり第１の信号取出部２２を形成するチタン表面の酸化膜との接合性が良好なチタンで形成された下層部５１Ａと、下層部５１Ａに対して接合性が良好でかつボンディング性良好な高耐食性を有する金で形成された上層部５１Ｂとで構成したので、第１および第２の信号取出部２２，３４，３５の表層に酸化膜２２Ｃが生成されていても、下層部５１Ａを接合できる。また、ボンディング性良好な上層部５１Ｂをワイヤを介して信号処理用回路等の必要箇所に電気的に接続することができるから、第１および第２の信号取出部２２，３４，３５からの信号をワイヤボンドパッド５１〜５３を介して信号処理用回路に確実に伝えることができる。
【００５６】
（８）上基板３０および下基板４０とダイアフラム２０とを陽極接合した後に、第１の信号取出部２２をマスク蒸着で形成したので、フォトリソグラフィのような複雑な工程を経ずに第１の信号取出部２２を形成できるから、圧力センサ１０を容易に製造することができる。
（９）ワイヤボンドパッド５１〜５３を形成する際に、その下層部５１Ａをマスク蒸着によって形成した後、この下層部５１Ａの表面を酸化状態とせずに、つまり下層部５１Ａの表面に酸化膜を生成させずに、連続してその上層部５１Ｂをマスク蒸着によって形成したので、ワイヤボンドパッド５１〜５３の下層部５１Ａと上層部５１Ｂとを確実に接着できる。したがって、フォトリソグラフィのような複雑な工程を経ずにワイヤボンドパッド５１〜５３を形成できるので、圧力センサ１０を容易に製造することができる。
【００５７】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、シリコンウェーハ７０を、シリコン単結晶ウェーハにフォトリソグラフィを施してドライエッチングすることによって製造したが、これに限らず、ウェットエッチングすることにより製造してもよい。ただし、シリコン単結晶ウェーハの抵抗率を０．００５Ω・ｃｍ以上とする必要がある。
このようにしても、前記実施形態で述べた（１）〜（９）と同様の効果がある。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の変換器およびその製造方法によれば、次のような効果が得られる。
第１の信号取出部を腐食性ガスに対して高耐食性の金属で形成したので、従来のように耐食性の低いアルミニウムで形成した場合に比べ、腐食性ガスが存在するような状況下でも、変換器としての機能を低下させることなく使用することができる。また、可動電極を抵抗値を下げる元素を含有させた単結晶シリコンで形成したので、第１信号取出部との接触面にエネルギー障壁の問題を生じることがなく、第１信号取出部を形成する高耐食性の金属に対して良好なオーミック接合を得ることができ、可動電極から信号を確実に取り出すことができる。さらに、可動電極を形成するシリコン全体の抵抗率を１．０Ω・ｃｍ以下としたので、可動電極に用いるシリコンウェーハの製造工程において、ウェーハ全体に抵抗値を下げる元素（不純物）を混入させてよいから、従来のように局所的に不純物を混入する場合に比べ、製造工程を削減でき、変換器の製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る変換器を示す全体斜視図である。
【図２】前記実施形態に係る変換器の分解斜視図である。
【図３】前記実施形態に係る第１および第２の信号取出部およびワイヤボンドパッドの拡大断面図である。
【図４】前記実施形態に係る第１および第２の基板と可動電極の陽極接合前の平面および断面を示す図である。
【図５】前記実施形態に係る第１および第２の基板と可動電極とを陽極接合する手順を説明するための図である。
【図６】前記実施形態に係る第１の信号取出部とワイヤボンドパッドを形成する手順を説明するための平面図である。
【図７】前記実施形態に係る第１の信号取出部とワイヤボンドパッドを形成する手順を説明するための断面図である。
【図８】前記実施形態に係る、シリコンの抵抗率とこのシリコンとチタンとの接触抵抗との関係を示す図である。
【図９】前記実施形態に係る、シリコンとチタンとの接触抵抗と感度温度係数との関係を示す図である。
【図１０】従来例に係る変換器を示す全体斜視図である。
【図１１】従来例に係る変換器の分解斜視図である。
【符号の説明】
１０　　　　変換器としての圧力センサ
２０　　　　可動電極としてのダイアフラム
２２　　　　第１の信号取出部
３０　　　　第１の基板としての上基板
３０Ａ　　　検出面
３２，３３　固定電極
４０　　　　第２の基板としての下基板
５１，５２，５３　　　ワイヤボンドパッド
５１Ａ　　　下層部
５１Ｂ　　　上層部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004077325.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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