(57)【要約】【課題】  多結晶シリコン層と可撓性電極との間に広がる静電空間を確実に封止することができ、かつ抵抗値を低く抑えることが可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】  キャビティー枠体２０の脚部１５は、絶縁層１７と単結晶シリコン層１８とから構成される。絶縁層１７は、空間１６側で屈曲して下面１５ａの一部として露出し、固定電極１２に接する。キャビティー枠体２０は、脚部１５をガラス基板１１に陽極接合されればよい。これにより、固定電極１２と引出電極１３とはキャビティー枠体２０の脚部１５を構成する単結晶シリコン層１８を介して電気的に導通される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に分離して形成された固定電極および引出電極と、前記固定電極に対面する可撓性電極と、前記可撓性電極から伸び前記可撓性電極を前記固定電極との間で一定の空間を形成して前記基板上に支持する脚部とを備えた静電容量型圧力センサであって、
前記脚部は、前記可撓性電極側から、絶縁体で構成される絶縁層と単結晶シリコン層との２層からなり、前記単結晶シリコン層は、前記空間の外縁を囲んで前記基板と接合され、その一部が前記固定電極と前記引出電極とを導通させることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
前記絶縁層の一部が、前記脚部の前記基板と接合される面に露出し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】
シリコン基板の一面にＳｉＧｅ層を積層する工程と、このＳｉＧｅ層上にＳｉ層を積層する工程と、前記ＳｉＧｅ層およびＳｉ層の一部をエッチングして空間を形成しシリコン基板の一部を露出させる工程と、前記ＳｉＧｅ層を前記シリコン基板に沿って面広がり方向にエッチングする工程と、前記空間および前記Ｓｉ層を覆うようにＳｉ酸化層を形成する工程と、前記Ｓｉ層が露出するように、前記Ｓｉ層および前記Ｓｉ酸化層からなる平坦面を形成する工程と、前記平坦面から前記シリコン基板の一部まで達する深さのギャップを形成する工程と、前記シリコン基板の他面の前記ギャップに対向する領域から前記ギャップに向けてエッチングを行い前記シリコン基板を所定の厚みまで薄くした可撓性電極を形成する工程と、前記シリコン基板と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静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項４】
前記ＳｉＧｅ層およびＳｉ層はエピタキシャル成長法によって形成されることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記ＳｉＧｅ層を構成するＧｅ濃度が１５〜３０ａｔｍ％に設定されることを特徴とする請求項３または４に記載の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、絶縁膜が積層されたシリコン基板上に固定電極の引き出し層となる多結晶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多結晶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】特開平７−２８０６８４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、図１５に示す特許文献１の圧力センサ１では、固定電極となる金属膜２と多結晶シリコン層３とを接続させ、その多結晶シリコン層３をそのまま空間外に延長して外部電極４に接続する構造のため、比較的抵抗値の高い多結晶シリコン層３による導電部分が長くなり、圧力センサ１の電気的抵抗が高くなるという課題があった。
【０００４】
また、多結晶シリコン層３とガラス層５とを陽極接合して多結晶シリコン層３と可撓性電極６との間に広がる空間７を封止する構造であるため、多結晶シリコン層３の粒径が少しでも不均一になると空間７の封止状態が劣化して、所定の検出精度が保てなくな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、多結晶シリコン層と可撓性電極との間に広がる静電空間を確実に封止することができ、かつ抵抗値を低く抑えることが可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、基板と、この基板上に分離して形成された固定電極および引出電極と、前記固定電極に対面する可撓性電極と、前記可撓性電極から伸び前記可撓性電極を前記固定電極との間で一定の空間を形成して前記基板上に支持する脚部とを備えた静電容量型圧力センサであって、前記脚部は、前記可撓性電極側から、絶縁体で構成される絶縁層と単結晶シリコン層との２層からなり、前記単結晶シリコン層は、前記空間の外縁を囲んで前記基板と接合され、その一部が前記固定電極と前記引出電極とを導通させることを特徴とする静電容量型圧力センサが提供される。この絶縁層の一部は前記脚部の前記基板と接合される面に露出しているのが好ましい。
【０００７】
また、本発明によれば、シリコン基板の一面にＳｉＧｅ層を積層する工程と、このＳｉＧｅ層上にＳｉ層を積層する工程と、前記ＳｉＧｅ層およびＳｉ層の一部をエッチングして空間を形成しシリコン基板の一部を露出させる工程と、前記ＳｉＧｅ層を前記シリコン基板に沿って面広がり方向にエッチングする工程と、前記空間および前記Ｓｉ層を覆うようにＳｉ酸化層を形成する工程と、前記Ｓｉ層が露出するように、前記Ｓｉ層および前記Ｓｉ酸化層からなる平坦面を形成する工程と、前記平坦面から前記シリコン基板の一部まで達する深さのギャップを形成する工程と、前記シリコン基板の他面の前記ギャップに対向する領域から前記ギャップに向けてエッチングを行い前記シリコン基板を所定の厚みまで薄くした可撓性電極を形成する工程と、前記シリコン基板と表面に固定電極と引出電極と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静電容量型圧力センサの製造方法が提供される。
【０００８】
前記ＳｉＧｅ層およびＳｉ層はエピタキシャル成長法によって形成されればよい。また、前記ＳｉＧｅ層を構成するＧｅ濃度が１５〜３０ａｔｍ％に設定されるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の静電容量型圧力センサによれば、固定電極を電気抵抗の比較的低い単結晶シリコン層を介して空間の外側の引出電極に接続することによって、静電容量型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、従来の静電容量型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。
【００１０】
また、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法によれば、脚部を単結晶シリコン層でガラス基板に接合して空間を封止することによって、脚部とガラス基板とを容易に密着接合させ、空間を確実に気密に保つことを可能にする。従来の静電容量型の圧力センサの如く、多結晶シリコン層の粒径の不均一による空間の封止状態の劣化などを生じることも無く、常に一定の検出精度を保つことができる。
【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、本発明の静電容量型圧力センサの一例を示す断面図であり、図２は上方から見た平面図である。圧力センサ（静電容量型圧力センサ）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る固定電極１２が形成される。また、ガラス基板１１の上面１１ａには、固定電極１２と一定の間隔を空けて分離された引出電極１３が形成される。こうした固定電極１２や引出電極１３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、厚みｔが１０μｍ程度のダイヤフラムである可撓性電極１４と、下面１５ａでガラス基板１１に接合される脚部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。可撓性電極１４は、単結晶シリコンから形成されていれば良い。
【００１４】
キャビティー枠体２０の脚部１５は、絶縁層１７と単結晶シリコン層１８とから構成される。絶縁層１７は、空間１６側で屈曲して下面１５ａの一部として露出し、固定電極１２に接する。こうした絶縁層１７は、例えば、シリコンを熱酸化したり、常圧ＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜とすれば良い。
【００１５】
このようなキャビティー枠体２０は、脚部１５をガラス基板１１に陽極接合されればよい。これにより、図１から明らかなように、固定電極１２と引出電極１３とはキャビティー枠体２０の脚部１５を構成する単結晶シリコン層１８を介して電気的に導通される。
【００１６】
以上のような圧力センサ（静電容量型圧力センサ）１０は、固定電極１２と、これに対面する可撓性電極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、可撓性電極１４に圧力Ｐが加わると、薄膜である可撓性電極１４は破線Ｒの如く湾曲し、固定電極１２と可撓性電極１４との距離が変化する。
【００１７】
可撓性電極１４に加わる圧力によって可撓性電極１４と固定電極１２の距離が変化すると、固定電極１２と可撓性電極１４との間の静電容量が変化する。この変化量を可撓性電極１４と引出電極１３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、メタル膜で形成された固定電極１２を電気抵抗の比較的低い単結晶シリコン層１８を介して空間１６の外側の引出電極１３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、従来の静電容量型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。
【００１９】
また、キャビティー枠体２０の脚部１５を単結晶シリコン層１８でガラス基板１１に接合して空間１６を封止することによって、キャビティー枠体２０とガラス基板１１とを容易に密着接合させ、空間１６を確実に気密に保つことを可能にする。従来の静電容量型の圧力センサの如く、多結晶シリコン層の粒径の不均一による空間の封止状態の劣化などを生じることも無く、常に一定の検出精度を保つことができる。
【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３に示すように、Ｓｉ単結晶板３１に、ＳｉＧｅ膜３２、およびＳｉ単結晶膜３３を順次エピタキシャル成長させる。こうしたエピタキシャル成長にあたっては、例えば、減圧ＣＶＤ法が用いられれば良い。次に、図４に示すように、Ｓｉ単結晶膜３３側からＳｉ単結晶板３１に向けて溝３４をエッチングによって形成する。溝３４を形成するエッチングは、例えばドライエッチング法が用いられれば良い。
【００２１】
そして、この溝３４から、ＳｉＧｅ膜３２だけを選択的にエッチングし、ＳｉＧｅ膜３２を膜厚方向に垂直な面広がり方向に一部除去する（図５参照）。こうしたＳｉＧｅ膜３２の選択エッチングは、例えば、フッ化水素酸、硝酸、酢酸の混合酸を用いたウエットエッチング法を採用すればよい。
【００２２】
続いて、図６に示すように、ＳｉＧｅ膜３２が選択的に除去されて広げられた溝３４の表面にＳｉ熱酸化膜３５を形成する。こうしたＳｉ熱酸化膜３５の形成は、例えば、Ｓｉ単結晶膜３３およびＳｉ単結晶板３１のＳｉをＨ２ Ｏ雰囲気中で熱酸化する。
【００２３】
続いて、図７に示すように、Ｓｉ熱酸化膜３５を覆うように、シリコン酸化膜３６を形成する。こうしたシリコン酸化膜３６の形成は、例えば常圧ＣＶＤ法を用いればよい。その後、窒素雰囲気中で１１５０℃で１時間程度アニール処理を行なえばよい。これにより、ＳｉＧｅ膜３２およびＳｉ単結晶膜３３はＳｉ熱酸化膜３５およびシリコン酸化膜３６によって埋め込まれる。そして、このシリコン酸化膜３６をＳｉ熱酸化膜３５が露出するレベルまで平坦化し、シリコン酸化膜３６とＳｉ単結晶膜３３の露出した表面からなる平坦面３７を形成する（図８参照）。
【００２４】
次に、図９に示すように、平坦面３７からＳｉ単結晶板３１に向けて、一定幅（圧力センサ１０の空間１６を区画する幅（図１参照））の溝３８を形成する。更に、溝３８から一定間隔を空けてＳｉ単結晶板３１の一部まで及ぶ深さの溝３９をエッチングによって形成する（図１０参照）。これにより、脚部１５が形成される。続いて、図１１に示すように、溝３８の反対側からＳｉ単結晶板３１を所定厚みまでエッチングして、ダイヤフラム状の可撓性電極１４を形成する。
【００２５】
一方、図１２に示すように、ガラス基板１１を用意して、メタル膜からなる固定電極１２と引出電極１３とを形成する。そして、図１３に示すように、このガラス基板１１に脚部１５の下面１５ａを接合する。こうしたガラス基板１１と脚部１５との接合は、例えば陽極接合が用いられれば良い。その後、ハーフダイジングによって引出電極１３上のＳｉ層を除去すれば、圧力センサ（静電容量型圧力センサ）１０が完成する（図１４参照）。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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、図１に示す静電容量型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製造方法を示す断面図である。
【図６】図６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７】図７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８】図８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９】図９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１０】図１０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１１】図１１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１２】図１２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１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５は、従来の静電容量型圧力センサを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  圧力センサ
１１  ガラス基板
１２  固定電極
１３  引出電極
１４  可撓性電極
１５ａ  下面
１６  空間
１７  絶縁層
１８  単結晶シリコン層
３１  Ｓｉ単結晶板
３２  ＳｉＧｅ膜
３３  Ｓｉ単結晶膜
【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】
2005283354.tif 000014
【図１３】
2005283354.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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