(57)【要約】【課題】可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うことができる静電容量型圧力センサを提供すること。【解決手段】ガラス基板１１の主面１１ｂ側には、シリコン基板１２が接合されている。ガラス基板１１の主面１１ａ側におけるキャビティ内には、突出部１１ｃが形成されている。シリコン基板１２において、突出部１２ａがキャビティ内に配置され、突出部１２ｂがキャビティ外に配置される。ガラス基板１１の突出部１１ｃ上には、固定電極１３が形成されている。突出部１２ｂ上には、コンタクト層１４及びシード層１５を介して電極パッド１６が形成されている。ガラス基板１１の主面１１ａの接合面（凹部１１ｄ以外の領域）１１ｅ上には、圧力センサの可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａを有するシリコン基板１７が接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の主面を有し、前記一対の主面の一方の主面にキャビティ用に形成された凹部及び前記凹部内に設けられた第１突出部を有するガラス基板と、前記突出部上に形成された固定電極と、前記固定電極との間に所定の間隔をおいて配置された可動電極を有する第１シリコン基板と、を具備し、前記第１突出部は、中央に向って深くなる凹部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】
前記ガラス基板の他方の主面に接合され、前記ガラス基板を貫通して前記一方の主面側で露出した第２突出部を有する第２シリコン基板をさらに具備し、前記第２突出部が前記凹部内における第１突出部以外の領域で露出しており、前記固定電極が前記第２突出部と電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項３】
前記ガラス基板と前記第１及び第２シリコンとの界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電容量型圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量を用いて圧力を検知する静電容量型圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型圧力センサは、可動電極である感圧ダイヤフラムを有する基板と、固定電極を有する基板とを、感圧ダイヤフラムと固定電極との間に所定の間隔（キャビティ）を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラムに圧力が加わると感圧ダイヤフラムが変形し、これにより感圧ダイヤフラムと固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化により感圧ダイヤフラムと固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して圧力の変化を検出する（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特許第２７７２１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような静電容量型圧力センサは、さらなる小型化が望まれており、固定電極と可動電極との間のキャビティの間隔もより狭いものが要求される。また、静電容量型圧力センサにおいては、このようにキャビティ間隔が狭い状態で高い圧力を検出できることも望まれている。したがって、相対的に高い圧力が加わっても可動電極と固定電極との間の短絡がなく、しかも高感度で圧力検出が可能である静電容量型圧力センサへの要求が高まってきている。
【０００４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うことができる静電容量型圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の静電容量型圧力センサは、相互に対向する一対の主面を有し、前記一対の主面の一方の主面にキャビティ用に形成された凹部及び前記凹部内に設けられた第１突出部を有するガラス基板と、前記突出部上に形成された固定電極と、前記固定電極との間に所定の間隔をおいて配置された可動電極を有する第１シリコン基板と、を具備し、前記第１突出部は、中央に向って深くなる凹部を有することを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、第１突出部が中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる凹部を有するので、可動電極である感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極と接触せず、固定電極のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔がほぼ均一になる。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となり、センサとしてのダイナミックレンジが大きくなる。また、キャビティ用に形成された凹部は第１突出部の周りに存在するので、ガラス基板とシリコン基板との間の陽極接合の際に生じるガスを拡散させる空間を確保することができる。このため、ガスによるキャビティ内の圧力への影響を抑えることができる。
【０００７】
本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記ガラス基板の他方の主面に接合され、前記ガラス基板を貫通して前記一方の主面側で露出した第２突出部を有する第２シリコン基板をさらに具備し、前記第２突出部が前記凹部内における第１突出部以外の領域で露出しており、前記固定電極が前記第２突出部と電気的に接続することが好ましい。この構成によれば、第２突出部の頂面が第１突出部の頂面よりも低い位置にある。すなわち、第１シリコン基板との距離は、第１突出部の領域よりも第２突出部の領域の方が大きい。このように第１シリコン基板と第２突出部との間の距離を大きくすることにより、寄生容量を小さくすることが可能となり、より精度良く圧力検出を行うことができる。
【０００８】
本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記ガラス基板と前記第１及び第２シリコン基板との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有することが好ましい。この構成によれば、ガラス基板とシリコンとの界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有するので、ガラスとシリコンとが強固に接合されて、両者間の密着性が向上し、凹部と第１シリコン基板とで構成されるキャビティの気密性が向上する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、一対の主面を有し、前記一対の主面の一方の主面にキャビティ用に形成された凹部及び前記凹部内に設けられた第１突出部を有するガラス基板と、前記突出部上に形成された固定電極と、前記固定電極との間に所定の間隔をおいて配置された可動電極を有する第１シリコン基板と、を具備し、前記第１突出部は、中央に向って深くなる凹部を有するので、可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うことができる静電容量型圧力センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本出願人は、突出部を有するシリコン基板をガラス基板に加熱加圧下で押し込んで接合して、両基板を研磨することにより突出部をガラス基板に埋め込み、この埋め込み基板を用いて静電容量型圧力センサの固定電極を得る技術を開発した。この技術においては、前記埋め込み基板を用いて静電容量型圧力センサを製造する際に、ガラスとシリコン固定電極を同時に研磨する工程を含むことがある。この工程においては、ガラスとシリコン固定電極を同時に研磨して所望の形状を得ることが難しい。固定電極と可動電極との間で静電容量を求める領域において、固定電極が所望の形状を有していないと、固定電極と可動電極との間の間隔にばらつきが生じてしまい、高感度に圧力を検出することができなくなる恐れがある。
【００１１】
本発明者らはこの点に着目し、ガラスとシリコン固定電極を同時に研磨し、所望の形状を有するシリコン固定電極を形成する工程を経ずに静電容量型圧力センサを実現できる構成を見出し本発明をするに至った。また、本発明者らは、この場合において、可動電極である感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極と接触せず、固定電極のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔をほぼ均一にすることにより、高感度に圧力を検出することができる構成を見出し本発明をするに至った。すなわち、本発明の骨子は、相互に対向する一対の主面を有し、前記一対の主面の一方の主面にキャビティ用に形成された凹部及び前記凹部内に設けられた第１突出部を有するガラス基板と、前記突出部上に形成された固定電極と、前記固定電極との間に所定の間隔をおいて配置された可動電極を有する第１シリコン基板と、を具備し、前記第１突出部は、中央に向って深くなる凹部を有することにより、可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うことができる静電容量型圧力センサを提供することである。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る静電容量型圧力センサの図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【００１３】
図中１１はガラス基板を示す。ガラス基板１１は、相互に対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。ガラス基板１１の主面１１ｂ側には、シリコン基板１２が接合されている。ガラス基板１１の主面１１ａ側におけるキャビティ内には、突出部１１ｃが形成されている。この突出部１１ｃは固定電極が形成される領域であるので、突出部１１ｃの高さは、可動電極との間の間隔に応じて適宜決定する。ガラス基板１１ａ側には、後述するキャビティを構成するための凹部１１ｄが形成されている。この凹部１１ｄの深さは、キャビティ内の固定電極が後述する感圧ダイヤフラムと接触しないような範囲で所定のキャビティ間隔を保持できるように設定する。また、凹部１１ｄの幅は、寄生容量を小さくするために、少なくとも固定電極の幅よりも大きく設定することが望ましい。また、固定電極１３は、できるだけ寄生容量を小さくするために、凹部１１ｄの突出部１１ｃ上のみに形成することがより好ましい。なお、突出部１１ｃは、寄生容量や全体の厚さ（加工時間）を考慮して、凹部１１ｄの底面より３〜６μｍの高さで形成することが好ましい。
【００１４】
ガラス基板１１の突出部１１ｃは、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる凹部１１ｈを有する。この凹部１１ｈは、任意の段階の段差により構成されている。凹部１１ｈは、後述する感圧ダイヤフラムの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。すなわち、凹部１１ｈの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極と接触せず、固定電極のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔がほぼ均一になるように適宜設定することが好ましい。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となる。なお、本実施の形態においては、突出部１１ｃの頂面が所望の形状に形成できるので、凹部１１ｈを精度良く形成することができる。
【００１５】
シリコン基板１２は、固定電極用の接続部である突出部１２ａと、電極パッド用の接続部である突出部１２ｂを有しており、ガラス基板１１に突出部１２ａ，１２ｂが貫通して一方の主面１１ａ側で露出している。シリコン基板１２において、突出部１２ａがキャビティ内に配置され、突出部１２ｂがキャビティ外に配置される。突出部１２ａは、ガラス基板１１の凹部１１ｄにおいて突出部１１ｃ以外の領域（固定電極として機能する領域以外の領域）に配置されており、その頂面が突出部１１ｃよりも低い位置にある。すなわち、後述するシリコン基板１７との距離は、突出部１１ｃの領域よりも突出部１２ａの領域の方が大きい。また、突出部１２ａは、凹部１１ｄの突出部１１ｃ以外の領域において、その一部の領域に部分的に形成されている。このようにシリコン基板１７と突出部１２ａとの間の距離を大きくし、突出部１２ａの形成面積を相対的に小さくすることにより、寄生容量を小さくすることが可能となり、より精度良く圧力検出を行うことができる。さらに、突出部１２ａと突出部１２ｂとを接続する接続部１２ｃを、突出部１２ａ及び突出部１２ｂの頂面よりも低い位置に形成し、接続部１２ｃとシリコン基板１７との間の距離を、シリコン基板１７と突出部１２ａ及び突出部１２ｂとの間の距離よりも大きくしている。これにより、寄生容量を小さくすることが可能となる。また、突出部１２ａ，１２ｂの高さは、寄生容量の低減の観点から、例えば約２００μｍ程度とすることが好ましい。
【００１６】
ガラス基板１１の突出部１１ｃ上には、凹部１１ｈに沿って固定電極１３が形成されている。この固定電極１３は、突出部１１ｃの側面を介してシリコン基板１２の突出部１２ａ上にまで延在している。したがって、固定電極１３とシリコン基板１２の突出部１２ａとは電気的に接続されている。なお、固定電極１３は、例えばＴｉ／Ｃｒ／Ｔａの三層構造を用いることができる。ＣｒはＴａの下地層として用いることにより抵抗を低減させることができるので好ましい。また、固定電極１３は、スパッタリング法などにより形成することができる。また、固定電極１３の厚さは、全体で０．２μｍ〜０．３μｍ程度であることが好ましい。
【００１７】
また、突出部１２ｂ上には、コンタクト層１４及びシード層１５（メッキシード層）を介して電極パッド１６が形成されている。突出部１２ａと突出部１２ｂとは同じシリコン基板１２に形成されているので、固定電極１３と電極パッド１６とは、シリコン基板１２、コンタクト層１４及びシード層１５を介して電気的に接続されている。電極パッド１６は、ワイヤボンディングなどの接続手段により外部回路と電気的に接続するようになっている。なお、コンタクト層１４やシード層１５を構成する材料としては、金属などの導電性材料を用いることができる。この場合、電極パッド１６と接触抵抗が低い材料を選択することが好ましい。また、電極パッド１６領域における構造については、これに限定されず種々変更することができる。
【００１８】
ガラス基板１１の主面１１ａの接合面（凹部１１ｄ以外の領域）１１ｅ上には、圧力センサの可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａを有するシリコン基板１７が接合されている。これにより、ガラス基板１１の凹部１１ｄとシリコン基板１７との間でキャビティ１８が形成される。これにより、感圧ダイヤフラム１７ａ（可動電極）と固定電極１３との間に静電容量が発生する。
【００１９】
ガラス基板１１とシリコン基板１７との間の界面（接合面１１ｅ）は、高い密着性を有することが好ましい。ガラス基板１１にシリコン基板１７を接合する場合には、ガラス基板１１の接合面１１ｅ上にシリコン基板１７を搭載し、陽極接合処理を施すことにより、両基板１１，１７の密着性を高くすることができる。このようにガラス基板１１とシリコン基板１７との界面で高い密着性を発揮することにより、感圧ダイヤフラム１７ａとガラス基板１１の凹部１１ｄとの間で構成するキャビティ１８内の気密性を高く保つことができる。また、ガラス基板１１の凹部１１ｄにおいて、突出部１１ｃ以外の領域であって、シリコン基板１７との間の距離が大きい領域１１ｇを形成することにより、陽極接合時にシリコン基板１７がガラス基板１１に静電引力により引き寄せられても、両者が接触して接合面１１ｅ以外の部分で陽極接合されることを防止できる。なお、突出部１１ｃは、金属で構成された固定電極１３があるため、シリコン基板１７と接触しても陽極接合はされない。
【００２０】
ここで、陽極接合処理とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、接触したガラス−シリコン界面で酸素を介した化学結合を形成させる、もしくは、酸素の放出による共有結合を形成させる処理をいう。この界面での共有結合は、シリコンのＳｉ原子とガラスに含まれるＳｉ原子との間のＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合である。したがって、このＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合により、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く行うために、ガラス基板１１のガラス材料としては、ナトリウムなどのアルカリ金属を含むガラス材料（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）であることが好ましい。
【００２１】
また、ガラス基板１１とシリコン基板１２との間の界面も陽極接合されていることが好ましい。後述するように、これらの界面は、加熱下においてシリコン基板１２をガラス基板１１に押し込むことにより形成される。このような方法により得られた界面でも高い密着性を発揮できるが、シリコン基板１２をガラス基板１１に押し込んだ後に、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。
【００２２】
このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム１７ａとガラス基板１１の突出部１１ｃ上に形成された固定電極１３との間に所定の静電容量を有する。この圧力センサに圧力が加わると、感圧ダイヤフラム１７ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム１７ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１７ａと固定電極１３との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。
【００２３】
この静電容量型圧力センサにおいては、ガラス基板１１に形成した突出部１１ｃ上に固定電極１３を形成している。すなわち、固定電極１３を形成する領域はすべてガラスであり、シリコンとガラスが混在した領域ではない。したがって、シリコンとガラスを同時に研磨する必要がないので、シリコンとガラスを同時に研磨する際に、シリコン表面が上に凸の湾曲形状になることを防止できる。このため、固定電極１３を形成する突出部１１ｃの頂面の形状を所望の形状とすることができる。また、この静電容量型圧力センサにおいては、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる凹部１１ｈを有するので、感圧ダイヤフラム１７ａの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。この場合、突出部１１ｃの頂面が所望の形状に形成できるので、凹部１１ｈを精度良く形成することができる。このため、凹部１１ｈの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極１３と接触せず、固定電極１３のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極１３との間の間隔がほぼ均一になる。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となり、センサとしてのダイナミックレンジが大きくなる。また、このような構成によれば、性能を維持しつつ、固定電極１３と可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａとの間のギャップを比較的小さくすることができるので、さらなる小型化を図ることが可能となる。さらに、キャビティ用に形成された凹部１１ｄは突出部１１ｃの周りに存在するので、ガラス基板とシリコン基板との間の陽極接合の際に生じるガスを拡散させる空間を確保することができる。このため、ガスによるキャビティ１８内の圧力への影響を抑えることができる。
【００２４】
次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｅ）及び図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。
【００２５】
まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板１２を準備する。不純物としては、ｎ型不純物でも良く、ｐ型不純物でも良い。抵抗率としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。そして、図２（ａ）に示すように、このシリコン基板１２の一方の主面をエッチングして、突出部１２ａ，１２ｂを形成する。この場合、シリコン基板１２上にレジスト膜を形成し、突出部１２ａ，１２ｂ形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコンをエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして突出部１２ａ，１２ｂを設ける。
【００２６】
次いで、突出部１２ａ，１２ｂを形成したシリコン基板１２上にガラス基板１１を置く。さらに、真空下で、このシリコン基板１２及びガラス基板１１を加熱し、シリコン基板１２をガラス基板１１に押圧して突出部１２ａ，１２ｂをガラス基板１１の主面１１ｂに押し込んで、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１２とガラス基板１１とを接合する。このときの温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度（例えば、ガラスの軟化点温度以下）が好ましい。例えば加熱温度は約８００℃である。
【００２７】
さらに、シリコン基板１２の突出部１２ａ，１２ｂとガラス基板１１との界面での密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板１２及びガラス基板１１にそれぞれ電極をつけて、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することにより行う。これにより両者の界面での密着性がより高くなり、静電容量型圧力センサのキャビティ１８の気密性を向上させることができる。
【００２８】
次いで、ガラス基板１１の主面１１ａ側を研磨処理して、シリコン基板１２の突出部１２ａ，１２ｂを露出させる。次いで、図２（ｃ）に示すように、ガラス基板１１及び突出部１２ａ，１２ｂを、例えばミリング加工して、キャビティ１８用の凹部１１ｆを形成する。次いで、図３（ａ）に示すように、凹部１１ｆの外側の領域、すなわち固定電極１３を設けない領域を、例えばミリング加工して、凹部１１ｄを形成する。このようにして固定電極１３を形成する突出部１１ｃを形成する。この突出部１１ｃの頂面は、ミリングにより形成された面であるので、略平坦面である。このため、固定電極１３の位置に拘りなく固定電極１３と可動電極１７ａとの間の間隔を一定に保持することができ、これにより高感度に圧力を検出することができるようになる。
【００２９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、例えばミリング加工して、突出部１１ｃに中央に向って深くなる凹部１１ｈを形成する。この場合、ミリング加工は、ミリング加工を施す領域以外をマスクしながら行う。また、ミリング加工は、深さｄ１で行った後に、より内側の領域について深さｄ２で行い、最後により内側の領域について深さｄ３で行う。
【００３０】
次いで、図３（ｃ）に示すように、ガラス基板１１の突出部１１ｃからシリコン基板１２の突出部１２ａにわたって固定電極１３を形成する。この場合、固定電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料を被着し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。これにより、凹部１１ｈに沿って固定電極１３を形成すると共に、固定電極１３と突出部１２ａとを電気的に接続させる。
【００３１】
次いで、図３（ｄ）に示すように、シリコン基板１２の突出部１２ｂを含む領域上にコンタクト層１４を形成する。この場合、コンタクト層形成領域にレジスト膜を形成し、コンタクト層をスパッタリング法などで成膜し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。
【００３２】
次いで、図３（ｅ）に示すように、コンタクト層１４上にシード層１５を形成する。この場合、シード層形成領域にレジスト膜を形成し、シード層１５をスパッタリング法などで成膜し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。これにより、シード層１５上にメッキにより電極パッド１６を形成することができるようになる。
【００３３】
次いで、図４（ａ）に示すように、シード層１５上に電極パッド１６を形成する。この場合、電極パッド形成領域以外の領域にマスクを設け、電極パッド形成領域のみにメッキを施して電極パッド１６を形成する。なお、メッキの条件は、材料により異なるが通常用いられている条件とする。次いで、図４（ｂ）に示すように、全体にレジスト膜を形成し、電極パッド周辺領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとしてシード層１５及びコンタクト層１４をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００３４】
次いで、あらかじめエッチングや研磨などにより数十μｍ程度の所定の厚さに形成したシリコン基板１７を、感圧ダイヤフラム１７ａが固定電極１３と所定の間隔をおいて位置するようにして、図４（ｃ）に示すように、ガラス基板１１の接合面１１ｅ上に接合する。このとき、シリコン基板１７及びガラス基板１１に対して、約４００℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板１７とガラス基板１１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ１８の気密性を向上させることができる。その後、シリコン基板１７全体にレジスト膜を形成し、電極パッド周辺領域以外の領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコン基板１７をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。これにより図１（ａ）に示す静電容量型圧力センサを得る。
【００３５】
このようにして得られた静電容量型圧力センサは、固定電極１３が突出部１２ａを介して電極パッド１６と電気的に接続され、感圧ダイヤフラム１７ａが引き出し電極（図示せず）と電気的に接続されている。したがって、感圧ダイヤフラム１７ａと固定電極１３との間で検知された静電容量の変化の信号は、電極パッド及び引き出し電極から取得することができる。この信号に基づいて測定圧力を算出することができる。
【００３６】
本実施の形態に係る静電容量型圧力センサによれば、ガラス基板１１に形成した突出部１１ｃ上に固定電極１３を形成している。この突出部１１ｃの頂面は、略平坦面であるので、固定電極１３の位置に拘りなく固定電極１３と可動電極１７ａとの間の間隔を一定に保持することができる。このため、突出部１１ｃの凹部１１ｈ上に固定電極１３を階段状に精度良く形成することができる。凹部１１ｈの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極１３と接触せず、固定電極１３のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラム１７ａと固定電極１３との間の間隔がほぼ均一になるので、高感度に圧力を検出することができるようになる。さらに、キャビティ用に形成された凹部１１ｄは突出部１１ｃの周りに存在するので、ガラス基板とシリコン基板との間の陽極接合の際に生じるガスを拡散させる空間を確保することができる。このため、ガスによるキャビティ１８内の圧力への影響を抑えることができる。
【００３７】
また、この静電容量型圧力センサにおいては、ガラス基板１１に突出部１１ｃよりも低い凹部１１ｄを形成し、さらにシリコン基板１２の突出部１２ａと突出部１２ｂを接続する接続部１２ｃの頂面を、突出部１２ａ，１２ｂの頂面よりも低く形成しているので、固定電極１３以外の導電性部材とシリコン基板１７との間の距離を大きく保持できるので、寄生容量を大幅に低減することができる。具体的には、突出部１１ｃ以外の領域１１ｇにおける凹部１１ｄの底面からの突出部１１ｃの高さを３μｍ〜６μｍとし、突出部１２ａ，１２ｂの高さを約２００μｍ程度とした場合、寄生容量は圧力センサ全体の静電容量の４．３％程度とすることが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図１に示すような多段階形状の凹部１１ｈを持つ突出部１１ｃを有する静電容量型圧力センサと、平坦形状の突出部を有する静電容量型圧力センサについて、圧力Ｐが加わったときの感圧ダイヤフラムの変位量を調べた。この結果を図５（ａ），（ｂ）に示す。なお、図５（ａ），（ｂ）において、横軸は感圧ダイヤフラムの中心からの距離を示し、縦軸は感圧ダイヤフラムの変位量を示す。ここでは、最大圧力での感圧ダイヤフラムの変位に対して固定電極との間の接触しないクリアランスを０．１μｍに設定した。
【００３９】
感圧ダイヤフラムの変位量（Ｗ）は、以下の式により求めた。
Ｗ＝［｛３×（１−ｖ2）×Ｐ｝／（１６×Ｅ×ｔ3）］×（ｒ2−ａ2）2
式中、Ｅはヤング率（ＧＰａ）であり、ｖはポアソン比であり、Ｐは加えられる圧力（ｋＰａ）であり、ｔは感圧ダイヤフラムの厚さ（μｍ）であり、ａは感圧ダイヤフラムの半径（μｍ）であり、ｒは感圧ダイヤフラムの中心からの位置（μｍ）である。
【００４０】
図５から明らかなように、電極形状（凹部形状）が多段階である本発明の静電容量型圧力センサにおいては、電極形状が平坦である比較例のものより、電極形状が感圧ダイヤフラムの変位に適合している。すなわち、本発明に係る静電容量型圧力センサは、固定電極の範囲において感圧ダイヤフラムと固定電極がほぼ均一な間隔を保っている。これは、最大圧力５００ｋＰａに近づくにつれて顕著である。このため、加わる圧力が大きくなっても静電容量の変化を大きくとることができる。したがって、本発明に係る静電容量型圧力センサは、圧力に対して感度の高いセンサであることがわかる。
【００４１】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、凹部１１ｈが３段階で窪んだ凹部を示しているが、本発明はこれに限定されず、２段階又は４段階以上で窪んだ凹部を用いても良い。また、上記実施の形態で説明した数値や材質については特に制限はない。また、上記実施の形態におけるシリコンのエッチングやミリング加工については通常用いられる条件で行う。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、例えば大気圧をモニタリングする気圧計やガス圧をモニタリングする静電容量型圧力センサに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、静電容量型圧力センサのセンサ特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  ガラス基板
１１ａ，１１ｂ  主面
１１ｃ，１２ａ，１２ｂ  突出部
１１ｄ，１１ｆ，１１ｈ  凹部
１１ｅ  接合面
１２，１７  シリコン基板
１２ｃ  接続部
１３  固定電極
１４  コンタクト層
１５  シード層
１６  電極パッド
１７ａ  感圧ダイヤフラム
１８  キャビティ
【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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