(57)【要約】【課題】  電流の損失を小さくして、低い消費電力でも正確に圧力変動の検出が可能な圧力センサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  キャビティー枠体２０の支持部１５の一端には、シリサイド層１８の表面に引出し電極１９が形成される。こうした引出し電極１９は、例えば、メタル膜から構成されれば良い。こうした構成によって、ダイヤフラム１４は、導電性に優れ、電気抵抗値の低いシリサイド層１８を介して引出し電極１９と接続される。【選択図】        図１
2005283312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板に対して一定の距離を置いて空間を保持し対向するシリコンダイヤフラムと、前記シリコンダイヤフラムの変形を検出する電気信号を取り出す引出し電極と、前記シリコンダイヤフラムの周縁に接続されて広がり、前記シリコンダイヤフラムと前記引出し電極とを電気的に接続するシリサイド層とを備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記基板上に固定電極が形成されるとともに、前記シリコンダイヤフラムは前記固定電極に対向して前記空間を保持して配置され、前記距離の変化による前記固定電極と前記シリコンダイヤフラムとの間の静電容量の変化によって圧力変化を検出することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記シリコンダイヤフラムにはピエゾ抵抗素子が形成され、前記ピエゾ抵抗素子に加わる歪によって生じる抵抗値の変化に基づいて圧力変化を検出することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項４】
シリコン基板の一面および他面に互いに対面する第１と第２のギャップを形成する工程と、前記第１と第２のギャップの底面にそれぞれ酸化膜を形成する工程と、前記第１ギャップの周縁にシリサイド層を形成する工程と、前記シリコン基板の他面側に、表面に固定電極を形成したガラス基板を接合する工程とを備えたことを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項５】
シリコン基板の一面をエッチングしてシリコンダイヤフラムを形成する工程と、前記シリコンダイヤフラム上にピエゾ抵抗素子を形成する工程と、シリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコンダイヤフラムの周縁にシリサイド層を形成する工程とを備えたことを特徴とする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、基板に一定の空間を保って形成されたダイヤフラムの湾曲によって圧力変動を検出する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、絶縁膜が積層されたシリコン基板上に固定電極を形成し、この固定電極とダイヤフラムとの間の距離が変化することにより生じる静電容量の変動によって、ダイヤフラムにかかる圧力変動を検出する圧力センサが記載されている。こうした従来の圧力センサでは、ダイヤフラムの延長部分に引出し電極を接続してダイヤフラム側への導電を図っている。
【特許文献１】特開２０００−７４７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示す圧力センサでは、ダイヤフラムの延長部分に引出し電極を接続することによってダイヤフラム側への導電を図っているので、ダイヤフラムおよびその延長部分が比較的抵抗値の高いシリコンで一体に形成されていると、圧力センサの電気的抵抗が高くなるという課題があった。電気的抵抗が高くなると、電流の損失が大きくなり、消費電力の増大をもたらす。特に、こうした圧力センサをバッテリーレスでの環境で用いる場合には、消費電力の増大は大きな問題となる。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電流の損失を小さくして、少ない消費電力でも正確に圧力変動の検出が可能な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】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、基板と、この基板に対して一定の距離を置いて空間を保持し対向するシリコンダイヤフラムと、前記シリコンダイヤフラムの変形を検出する電気信号を取り出す引出し電極と、前記シリコンダイヤフラムの周縁に接続されて広がり、前記シリコンダイヤフラムと前記引出し電極とを電気的に接続するシリサイド層とを備えることを特徴とする圧力センサが提供される。
【０００６】
前記基板上に固定電極が形成されるとともに、前記シリコンダイヤフラムは前記固定電極に対向して前記空間を保持して配置され、前記距離の変化による前記固定電極と前記シリコンダイヤフラムとの間の静電容量の変化によって圧力変化を検出するように構成すればよい。
【０００７】
前記シリコンダイヤフラムにはピエゾ抵抗素子が形成され、前記ピエゾ抵抗素子に加わる歪によって生じる抵抗値の変化に基づいて圧力変化を検出するように構成してもよい。
【０００８】
本発明によれば、シリコン基板の一面および他面に互いに対面する第１と第２のギャップを形成する工程と、前記第１と第２のギャップの底面にそれぞれ酸化膜を形成する工程と、前記第１ギャップの周縁にシリサイド層を形成する工程と、前記シリコン基板の他面側に、表面に固定電極を形成したガラス基板を接合する工程とを備えたことを特徴とする圧力センサの製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、シリコン基板の一面をエッチングしてシリコンダイヤフラムを形成する工程と、前記シリコンダイヤフラム上にピエゾ抵抗素子を形成する工程と、シリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコンダイヤフラムの周縁にシリサイド層を形成する工程とを備えたことを特徴とする圧力センサの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の圧力センサによれば、シリコンダイヤフラムやこのシリコンダイヤフラム上に形成されるピエゾ抵抗素子を電気抵抗の比較的低いシリサイド層を介して引出し電極に接続することによって、圧力センサの電気抵抗を低く抑えることを可能にする。抵抗を低くすることで、従来の圧力センサよりも省電力で高感度な静電容量型圧力センサを実現することができる。
【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、本発明の一例を示す静電容量型の圧力センサの断面図であり、図２は上方から見た平面図である。圧力センサ１０は、ガラス基板１１とこのガラス基板１１の上面の一部を覆うキャビティー枠体２０とから構成されている。
【００１２】
ガラス基板１１の上面１１ａには、キャビティー枠体２０のほぼ中心に対面する位置から広がり、一端がキャビティー枠体２０の外側に延びる固定電極１２が形成される。こうした固定電極１２は、例えば、メタル膜から構成されれば良い。
【００１３】
キャビティー枠体２０は、例えば厚みｔが５０μｍ程度のダイヤフラム（シリコンダイヤフラム）１４と、下面１５ａでガラス基板１１に接合される支持部１５とからなる。こうしたキャビティー枠体２０とガラス基板１１とで、一定の静電容量を持つ空間１６が区画される。この空間１６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。ダイヤフラム１４は、単結晶シリコンから形成されていれば良い。
【００１４】
ダイヤフラム１４の両面にはそれぞれ熱酸化膜１３が形成される。この熱酸化膜１３は、例えば、キャビティー枠体２０を構成する単結晶シリコンを熱酸化させて形成した酸化シリコン膜であれば良い。キャビティー枠体２０の上面には、ダイヤフラム１４の周縁に接続されて、ダイヤフラム１４を取り囲むように広がるシリサイド層１８が形成されている。このシリサイド層１８は、金属とシリコンとの金属間化合物で構成され、この金属としては、例えば、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｐｔ等が挙げられる。
【００１５】
キャビティー枠体２０の支持部１５の一端には、シリサイド層１８の表面に引出し電極１９が形成される。こうした引出し電極１９は、例えば、メタル膜から構成されれば良い。こうした構成によって、ダイヤフラム１４は、導電性に優れ、電気抵抗値の低いシリサイド層１８を介して引出し電極１９と接続される。
【００１６】
以上のような構成の圧力センサ１０は、固定電極１２と、これに対面するダイヤフラム１４と、これらの間に広がる空間１６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１４に圧力が加わると、薄膜であるダイヤフラム１４は湾曲し、固定電極１２とダイヤフラム１４との距離が変化する。
【００１７】
ダイヤフラム１４に加わる圧力によって固定電極１２とダイヤフラム１４との距離が変化すると、固定電極１２とダイヤフラム１４との間の静電容量が変化する。この変化量を固定電極１２と、ダイヤフラム１４からシリサイド層１８を介して接続された引出し電極１９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、ダイヤフラム１４を電気抵抗の比較的低いシリサイド層１８を介して引出し電極１９に接続することによって、圧力センサ１０の電気抵抗を低く抑えることを可能にする。抵抗を低くすることで、従来の圧力センサよりも低消費電力で高感度な圧力センサを実現することが可能になる。
【００１９】
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３に示すように、Ｓｉ単結晶板（シリコン基板）３１に、両側からウエットエッチングやドライエッチングを施して第１ギャップ３８および第２ギャップ３９を形成することで、ダイヤフラム１４および支持部１５を形成する。次に、図４に示すように、このＳｉ単結晶板３１を熱酸化し、ダイヤフラム１４および支持部１５を覆う熱酸化膜１３を形成する。
【００２０】
そして、図５に示すように、ダイヤフラム１４部分だけにレジスト層３２を形成した後、エッチバックを行い、ダイヤフラム１４部分だけに熱酸化膜１３を残す（図６参照）。続いて、図７に示すように、ダイヤフラム１４および支持部１５を覆うＴｉ／ＴｉＮ膜３３を形成し、これを例えば窒素雰囲気中で８５０℃で１分程度熱処理を行う。この熱処理によって、図８に示すように、Ｔｉ／ＴｉＮ膜３３とＳｉ単結晶板３１とが反応し、熱酸化膜１３で覆われていないダイヤフラム１４の周縁部分だけにＴｉのシリサイド層１８が形成される。
【００２１】
この後、アンモニア水、過酸化水素水、水などの混合液を用いて、Ｓｉ単結晶板３１の表面を覆うＴｉ／ＴｉＮ膜３３をエッチング除去すれば、ダイヤフラム１４の周縁にシリサイド層１８を形成することができる（図９参照）。そして、図１０に示すように、シリサイド層１８の一端にメタル膜からなる引出し電極１９を形成すれば、キャビティー枠体２０が完成する。
【００２２】
一方、図１１に示すように、ガラス基板１１の上面１１ａにメタル膜からなる固定電極１２を形成し、これにキャビティー枠体２０を陽極接合すれば、図１に示す静電容量型の圧力センサ１０が完成する。
【００２３】
次に、本発明の別な実施形態であるピエゾ抵抗素子型の圧力センサについて説明する。図１２は、本発明の一例を示すピエゾ抵抗素子型の圧力センサの断面図である。圧力センサ４０は、ガラス基板４１とこのガラス基板４１の上面の一部を覆うキャビティー枠体５０とから構成されている。
【００２４】
キャビティー枠体５０は、例えば厚みｔが１０μｍ程度のダイヤフラム４４と、下面４５ａでガラス基板４１に接合される支持部４５とからなる。こうしたキャビティー枠体５０とガラス基板４１とで、一定の空間４６が区画される。この空間４６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。ダイヤフラム４４は、単結晶シリコンから形成されていれば良い。
【００２５】
ダイヤフラム４４の一面にはピエゾ抵抗素子４７が形成されている。こうしたピエゾ抵抗素子４７は、ダイヤフラム４４が湾曲することで歪が加わり、抵抗値が変化する。また、ダイヤフラム４４の両面にはそれぞれ酸化シリコン膜４３が形成される。この酸化シリコン膜４３は、例えば、キャビティー枠体５０を構成する単結晶シリコンを熱酸化させて形成すれば良い。
【００２６】
キャビティー枠体５０の上面には、ダイヤフラム４４の周縁に接続されて、ダイヤフラム４４を取り囲むように広がるシリサイド層４８が形成されている。このシリサイド層４８は、金属とシリコンとの金属間化合物で構成され、この金属としては、例えば、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｐｔ等が挙げられる。
【００２７】
キャビティー枠体５０の支持部４５の一端には、シリサイド層４８の表面に引出し電極４９が形成される。こうした引出し電極４９は、例えば、メタル膜から構成されれば良い。こうした構成によって、ダイヤフラム４４に形成されたピエゾ抵抗素子４７は、導電性に優れ、電気抵抗値の低いシリサイド層４８を介して引出し電極４９と接続される。
【００２８】
以上のような構成の圧力センサ４０は、ダイヤフラム４４に圧力が加わると、ダイヤフラム４４上に形成されたピエゾ抵抗素子４７に歪画が加わり、抵抗値が変化する。この変化量をシリサイド層４８を介して接続された引出し電極４９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４０にかかる圧力変化を検出することができる。
【００２９】
こうした圧力センサ４０も、ダイヤフラム４４上に形成されたピエゾ抵抗素子４７を電気抵抗の比較的低いシリサイド層４８を介して引出し電極４９に接続することによって、圧力センサ４０の電気抵抗を低く抑えることを可能にする。抵抗を低くすることで、従来の圧力センサよりも省電力で高感度な圧力センサを実現することが可能になる。
【００３０】
次に、上述したような本発明の圧力センサ（ピエゾ抵抗素子型圧力センサ）の製造方法を説明する。まず、図１３に示すように、Ｓｉ単結晶板（シリコン基板）６１の下面からウエットエッチングやドライエッチングを施してギャップを形成することで、ダイヤフラム４４および支持部４５を形成する。次に、図１４に示すように、ダイヤフラム４４の一部にイオン注入法などによってピエゾ抵抗素子４７を形成する。続いて、このＳｉ単結晶板６１全体を熱酸化し、ダイヤフラム４４、ピエゾ抵抗素子４７および支持部４５を覆う酸化シリコン膜４３を形成する（図１５参照）。
【００３１】
そして、図１６に示すように、ダイヤフラム４４部分だけに酸化シリコン膜４３を残す。続いて、図１７に示すように、Ｓｉ単結晶板６１の一面にシリサイド層４８を形成した後、ダイヤフラム４４部分だけシリサイド層４８を除去する。これにより、ダイヤフラム４４の周縁部分だけにＴｉのシリサイド層４８が形成されたキャビティー枠体５０が完成する（図１８参照）。
【００３２】
この後、キャビティー枠体５０をガラス基板に陽極接合すれば、図１２に示すピエゾ抵抗素子型の圧力センサ４０が完成する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の圧力センサの一例である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に示す圧力センサを上方から見た平面図である。
【図３】図３は、本発明の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、本発明の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の圧力センサである、ピエゾ抵抗素子型の圧力センサを示す断面図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図１５】図１５は、第２実施形態の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図１６】図１６は、第２実施形態の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図１７】図１７は、第２実施形態の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【図１８】図１８は、第２実施形態の圧力センサの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  圧力センサ
１１  ガラス基板
１２  固定電極
１４  ダイヤフラム（シリコンダイヤフラム）
１５  支持部
１６  空間
１８  シリサイド層
１９  引出し電極
３１  Ｓｉ単結晶板（シリコン基板）
３８  第１ギャップ
３９  第２ギャップ
４７  ピエゾ抵抗素子
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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