(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１０）と、
前記基板の一面に形成された第１の下部電極（２１）、および、前記第１の下部電極の上に前記第１の下部電極とは第１の空洞部（２２）を隔てて対向して形成されたダイアフラム状の第１の上部電極（２３）を有する第１の容量部（２０）と、
前記基板の一面に形成された第２の下部電極（３１）、および、前記第２の下部電極の上に前記第２の下部電極とは第２の空洞部（３２）を隔てて対向して形成されたダイアフラム状の第２の上部電極（３３）を有する第２の容量部（３０）と、
前記第１の空洞部と前記第２の空洞部とを連通する連通部（７０）とを備える静電容量型圧力センサの製造方法であって、
シリコン基板よりなる前記基板（１０）の前記一面に、拡散層によりなる前記第１、第２の下部電極（２１、３１）を形成する工程と、
前記基板（１０）の前記一面全域にて、前記第１、第２の下部電極（２１、３１）の上に、第１の絶縁膜（４１）を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜（４１）上のうち前記第１、第２の空洞部（２２、３２）および前記連通部（７０）に対応した部位に、犠牲層（８０）を形成する工程と、
前記基板（１０）の前記一面全域にて、前記犠牲層（８０）および前記第１の絶縁膜（４１）の上に、第２の絶縁膜（４２）を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜（４２）の上に前記第１、第２の上部電極（２３、３３）を形成する工程と、
前記基板（１０）の前記一面全域にて、前記第１、第２の上部電極（２３、３３）および前記第２の絶縁膜（４２）の上に、第３の絶縁膜（４３）を形成する工程と、
前記基板（１０）の前記一面にて、前記第１、第２の上部電極（２３、３３）の非形成領域に、前記第２、第３の絶縁膜（４２、４３）および前記犠牲層（８０）を貫通して前記第１の絶縁膜（４１）にまで到達する貫通穴（６０）を形成する工程と、
前記貫通穴（６０）から前記犠牲層（８０）を除去する工程と、
前記基板（１０）の前記一面全域にて、前記貫通穴（６０）の内部および前記第３の絶縁膜（４３）の上に保護膜（５０）を形成することで、前記貫通穴（６０）を封止して圧力基準室となる前記第１、第２の空洞部（２２、３２）および前記連通部（７０）を形成する工程とを有する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２】
前記第１の絶縁膜（４１）を形成する工程では、前記第１の絶縁膜（４１）としてＳｉＮ膜を形成す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の製造方法。
【請求項３】
前記犠牲層（８０）を形成する工程では、前記犠牲層（８０）として多結晶シリコン層を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項４】
前記第２の絶縁膜（４２）を形成する工程では、前記第２の絶縁膜（４２）としてＳｉＮ膜を形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記第３の絶縁膜（４３）を形成する工程では、前記第３の絶縁膜（４３）としてＳｉＮ膜を形成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の一面上に下部電極を形成し、該下部電極の上に空洞部を介してダイアフラム状の上部電極を形成してなる静電容量型圧力センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種の静電容量型圧力センサとしては、特開平９−２５７６１８号公報や特開２０００−２２１７２号公報に記載のものが提案されている。これらのものは、基板の一面上に下部電極を形成し、該下部電極の上に空洞部を介してダイアフラム状の上部電極を形成してなり、圧力が加わったときに上部電極が変位し、この変位に伴う上部電極と下部電極との間の静電容量変化に基づいて印加圧力を検出するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した圧力センサにおいては、上部電極としてのダイアフラムの破損や劣化によって実際の圧力とは異なる圧力値を出力してしまう等の異常が発生し、例えば、そのセンサを用いた制御系において、誤動作が発生する恐れがある。そのため、本発明者等は、圧力センサにおいて、センサの作動状態を検知することのできる自己診断機能を設け、故障等を検出可能にすることを検討している。
【０００４】
単純には、上記した下部電極、空洞部および上部電極よりなる容量部を２個設け、互いの容量変化を検出して比較するようにすれば、一方の容量部にて故障が発生しても、他方の容量部の容量変化に基づいて異常等を判断することが可能であると考えられる。
【０００５】
図１３は、本発明者等が試作検討したセンサの概略断面を示す図である。基板１０の一面上に下部電極２１、空洞部２２および上部電極２３よりなる容量部２０、３０が２個形成されており、例えば、圧力印加時に第１の容量部２０にて印加圧力を求めるとともに、第１の容量部２０における静電容量と第２の容量部３０における静電容量とを比較することにより、第１の容量部２０における上部電極２３の破損といった異常等を検出することができる。
【０００６】
しかし、図１３に示すように、単純に、基板１０に容量部２０、３０を２個設けただけでは、互いの容量部２０、３０の空洞部２２に同一の圧力を導入するためのポート等の圧力導入通路を、基板１０の下側（他面側）等に設ける必要があるため、結果としてセンサが大型化するという問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、静電容量型圧力センサにおいて、小型化を可能にしつつ自己診断を可能にすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１０）と、基板の一面に形成された第１の下部電極（２１）および第１の下部電極の上に第１の下部電極とは第１の空洞部（２２）を隔てて対向して形成されたダイアフラム状の第１の上部電極（２３）を有する第１の容量部（２０）と、基板の一面に形成された第２の下部電極（３１）および第２の下部電極の上に第２の下部電極とは第２の空洞部（３２）を隔てて対向して形成されたダイアフラム状の第２の上部電極（３３）を有する第２の容量部（３０）と、第１の空洞部と第２の空洞部とを連通する連通部（７０）とを備える静電容量型圧力センサの製造方法であって、
シリコン基板よりなる基板（１０）の一面に、拡散層によりなる第１、第２の下部電極（２１、３１）を形成する工程と、基板（１０）の一面全域にて、第１、第２の下部電極（２１、３１）の上に、第１の絶縁膜（４１）を形成する工程と、第１の絶縁膜（４１）上のうち第１、第２の空洞部（２２、３２）および連通部（７０）に対応した部位に、犠牲層（８０）を形成する工程と、基板（１０）の一面全域にて、犠牲層（８０）および第１の絶縁膜（４１）の上に、第２の絶縁膜（４２）を形成する工程と、第２の絶縁膜（４２）の上に第１、第２の上部電極（２３、３３）を形成する工程と、基板（１０）の一面全域にて、第１、第２の上部電極（２３、３３）および第２の絶縁膜（４２）の上に、第３の絶縁膜（４３）を形成する工程と、基板（１０）の一面にて、第１、第２の上部電極（２３、３３）の非形成領域に、第２、第３の絶縁膜（４２、４３）および犠牲層（８０）を貫通して第１の絶縁膜（４１）にまで到達する貫通穴（６０）を形成する工程と、貫通穴（６０）から犠牲層（８０）を除去する工程と、基板（１０）の一面全域にて、貫通穴（６０）の内部および第３の絶縁膜（４３）の上に保護膜（５０）を形成することで、貫通穴（６０）を封止して圧力基準室となる第１、第２の空洞部（２２、３２）および連通部（７０）を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
この静電容量型圧力センサによれば、例えば、第１及び第２の容量部のうちどちらか一方の容量部を圧力測定用とした場合、圧力印加時には、圧力測定用の容量部における上部電極が変位し、この変位に伴う下部電極と上部電極との間の静電容量の変化に基づいて、印加圧力を求めるようにすることができる。
【００１１】
また、第１の下部電極と第１の上部電極との間の第１の静電容量に基づく値と、第２の下部電極と第２の上部電極との間の第２の静電容量に基づく値とを比較することにより、自己診断を行うことができるため、一方の容量部に異常等が発生した場合、他方の正常な容量部の静電容量に基づく値との比較によって、当該異常等を検出することができる。
【００１２】
また、本発明の静電容量型圧力センサによれば、両容量部における空洞部に同一の圧力を導入するための圧力導入通路等を設けることなく、連通部を通して第１および第２の空洞部を同一の圧力にすることができる。そのため、自己診断を行うための第１の静電容量に基づく値および第２の静電容量に基づく値を、同一の印加圧力に基づいたものにすることができ、精度の良い自己診断が可能となる。
【００１３】
よって、本発明の静電容量型圧力センサによれば、静電容量型圧力センサにおいて、小型化を可能にしつつ自己診断を可能にすることができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明では、前記第１の絶縁膜（４１）を形成する工程で、前記第１の絶縁膜（４１）としてＳｉＮ膜を形成することを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明では、前記犠牲層（８０）を形成する工程で、前記犠牲層（８０）として多結晶シリコン層を形成することを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明では、前記第２の絶縁膜（４２）を形成する工程で、前記第２の絶縁膜（４２）としてＳｉＮ膜を形成することを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明では、前記第３の絶縁膜（４３）を形成する工程で、前記第３の絶縁膜（４３）としてＳｉＮ膜を形成することを特徴とする。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態において、説明を簡略化するために、同一部分には各図中、同一符号を付してある。
【００２５】
（第１実施形態）
本第１実施形態は、小型化を可能にしつつ自己診断を可能にするという本発明の静電容量型圧力センサを、主として絶対圧を測定する絶対圧センサに具体化したものとして説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る静電容量型圧力センサＳ１の概略平面図であって主として各電極部分の平面構成を示す図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。なお、図１及び後述の平面図においても、各電極等の形状線は識別のために便宜上、線種を変えて示してある。
【００２７】
１０は半導体または絶縁体よりなる基板であり、本例では、主表面の面方位が（１００）面であるｐ型の単結晶シリコンよりなる半導体基板である。
【００２８】
基板１０の一面には、第１の下部電極２１および第１の下部電極２１の上に第１の空洞部２２を隔てて対向して形成されたダイアフラム状の第１の上部電極２３を有する第１の容量部２０と、第２の下部電極３１および第２の下部電極３１の上に第２の空洞部３２を隔てて対向して形成されたダイアフラム状の第２の上部電極３３を有する第２の容量部３０と、が形成されている。
【００２９】
第１及び第２の下部電極２１、３１は、導体材料により形成されており、本例では、基板１０の一面に形成された拡散層（ｎ型拡散層）よりなる。そして、各下部電極２１、３１は、図１に一点鎖線にて示す様に、略円形の膜形状をなしている。
【００３０】
基板１０の一面上には、この第１及び第２の下部電極２１、３１の上を被覆し絶縁保護する第１の絶縁膜４０、４１が形成されている。本例では、第１の絶縁膜は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）４０及びこのＳｉＯ2膜４０を被覆するように形成されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）４１より構成されている。
【００３１】
また、第１の絶縁膜４０、４１の上には、第２の絶縁膜４２が形成されている。本例では、第２の絶縁膜４２はシリコン窒化膜よりなる。この第２の絶縁膜４２は、第１の絶縁膜４０、４１のうち下部電極２１、３１に位置する領域上では、第１の絶縁膜４０、４１に対して上記第１及び第２の空洞部２２、３２を隔てて形成されている。
【００３２】
また、第２の絶縁膜４２のうち第１の下部電極２１に位置する領域上、第２の下部電極３１に位置する領域上には、それぞれ、導体材料よりなる第１の上部電極２３、第２の上部電極３３が形成されている。本例では、第１及び第２の上部電極２３、３３は、多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）よりなり、図１に実線にて示す様に、それぞれ略円形のダイアフラム形状をなしている。
【００３３】
また、各上部電極２３、３３の上および各上部電極２３、３３が形成されていない第２の絶縁膜４２の上には、これら部位を被覆するように、第３の絶縁膜４３が形成されている。本例では、第３の絶縁膜４３は、シリコン窒化膜等よりなる。そして、上記した第１〜第３の絶縁膜４０〜４３により、各々の上部及び下部電極は、互いに電気的に絶縁されている。
【００３４】
また、基板１０の一面上の所望の部位において、上記各電極２１、２３、３１、３３を取り出すための電極パッド２１ａ、２３ａ、３１ａ、３３ａが設けられている。下部電極２１、３１を取り出すための下部電極パッド２１ａ、３１ａは、例えば、図２に示す様に、各下部電極２１、３１の延設部上に位置する第１〜第３の絶縁膜４０〜４３を除去した部位にて、下部電極２１、３１と電気的に接続されている。
【００３５】
また、上部電極２３、３３を取り出すための上部電極パッド２３ａ、３３ａは、第３の絶縁膜４３の上にて、上部電極２３、３３の延設部と電気的に接続されている。なお、これら各電極パッドは、アルミニウム（Ａｌ）やＡｌ−Ｓｉ等の導体材料より形成されている。
【００３６】
また、図２において、センサＳ１における基板１０の一面側の最表面すなわち第３の絶縁膜４３および各電極パッド２１ａ、２３ａ、３１ａ、３３ａの上には、シリコン窒化膜等よりなる保護膜５０が、被覆形成されている。なお、保護膜５０は、各電極パッドの一部の上では除去されて開口部５１を形成しており、この開口部５１を介して各電極パッドと外部とが接続可能となっている。
【００３７】
また、第１及び第２の容量部２０、３０のそれぞれにおいて、空洞部２２、３２の所定領域（本例では、略円形の空洞部の中心部）には、第２の絶縁膜４２、上部電極２３、３３および第３の絶縁膜４３を、空洞部２２、３２から保護膜５０まで貫通する貫通穴６０が形成されている。そして、保護膜５０が、この貫通穴６０に充填されて、貫通穴６０の下に位置する第１の絶縁膜４０、４１に密着している。
【００３８】
このように、貫通穴６０を保護膜５０にて封止することにより封止部６１が形成され、それによって、各空洞部２２、３２は封止されて所定内圧（本例では、真空装置にて実現可能な程度の真空）を有する圧力基準室として構成されている。
【００３９】
こうして、第１の下部電極２１および第１の下部電極２１の上に第１の空洞部２２を隔てて対向して形成されたダイアフラム状の第１の上部電極２３を有する第１の容量部２０と、第２の下部電極３１および第２の下部電極３１の上に第２の空洞部３２を隔てて対向して形成されたダイアフラム状の第２の上部電極３３を有する第２の容量部３０とが形成されている。
【００４０】
そして、第１の容量部２０および第２の容量部３０のそれぞれにおいて、空洞部２２、３２上に位置する第２の絶縁膜４２、上部電極２３、３３、第３の絶縁膜４３および保護膜５０よりなる積層膜は、図２中の上側から印加される圧力により変位可能な可動ダイアフラム２４、３４として構成される。
【００４１】
さらに、上記構成を有する静電容量型圧力センサＳ１において、本実施形態では、第１の空洞部２２と第２の空洞部３２とを連通する通路としての連通部７０が形成されており、それによって、両空洞部２２、３２は同一の内圧を有するようになっている。
【００４２】
この連通路７０は、図２に示す様に、両容量部２０、３０の間に位置する第１の絶縁膜４０、４１の上にて、第１の絶縁膜４０、４１と第２の絶縁膜４２との間に設けられた空隙として構成されている。本実施形態では、この連通部７０の間隔は、各可動ダイアフラム２４、３４の変位特性を損なわないように、空洞部２２、３２の間隔よりも小さくしている。
【００４３】
また、図２に示す様に、第１の容量部２０と第２の容量部３０とは、共に、基板１０の一面上に下部電極２１、３１、第１の絶縁膜４０、４１、空洞部２２、３２、第２の絶縁膜４２、上部電極２３、３３、第３の絶縁膜４３および保護膜５０が積層された構造である。つまり、両容量部２０、３０は同一の積層構造を有する、言い換えれば、同一の縦断面構造を有する。
【００４４】
そして、第１の上部電極２３と第２の上部電極３３とでは面積が異なっており、本例では、第２の上部電極３３の方が大きな面積（封止部６１の面積は除く）を有している。例えば、第１の容量部２０の可動ダイアフラム２４の直径Ｗ１はφ２０μｍ、第２の容量部３０の可動ダイアフラム３４の直径Ｗ２はφ２００μｍであり（図１参照）、空洞部２２、３２の間隔（キャビティギャップ）ｔは０．１μｍにすることができる（図２参照）。
【００４５】
次に、上記構成に基づき、本実施形態に係る静電容量型圧力センサＳ１の製造方法について具体的に一例を挙げて説明する。図３〜図５は、上記図２に対応した断面にて、本製造方法を示す工程図である。
【００４６】
［図３（ａ）に示す工程］
まず、主表面の面方位が（１００）面であるｐ型シリコン基板よりなる基板１０の一面に、熱酸化によりイオン注入用のＳｉＯ2膜４０を形成する。このＳｉＯ2膜４０の上に、下部電極２１、３１のパターンに対応したマスク（図示せず）をレジストにより形成した後、イオン注入によりｎ＋拡散層よりなる下部電極２１、３１を形成する（下部電極形成工程）。
【００４７】
［図３（ｂ）に示す工程］
次に、基板１０の一面全域にＣＶＤ法等により第１のＳｉＮ膜４１を成膜する。これにより、ＳｉＯ2膜４０及びＳｉＮ膜４１よりなる第１の絶縁膜４０、４１が形成される（第１の絶縁膜形成工程）。
【００４８】
次に、空洞部２２、３２および連通部７０に対応した部位にて第１の絶縁膜４０、４１の上に、ＣＶＤ法等により多結晶シリコンよりなる犠牲層８０を形成する。さらに、この犠牲層８０のうち空洞部２２、３２に対応した部位に多結晶シリコンよりなる犠牲層８１を形成する（犠牲層形成工程）。こうして、第１の絶縁膜４０、４１の上において、空洞部２２、３２に対応した部位の方が、連通部７０に対応した部位よりも犠牲層の厚さを大きくすることができる。
【００４９】
［図３（ｃ）に示す工程］
次に、基板１０の一面全域にて犠牲層８０、８１の上および第１の絶縁膜４０、４１の上に、ＣＶＤ法等により第２の絶縁膜としての第２のＳｉＮ膜４２を成膜する（第２の絶縁膜形成工程）。次に、この上の全面に、ＣＶＤ法等により多結晶シリコンを成膜し、これをパターニングして上部電極２３、３３を形成する（上部電極形成工程）。
【００５０】
［図４（ａ）に示す工程］
次に、この上の全面に、ＣＶＤ法等により第３の絶縁膜としての第３のＳｉＮ膜４３を成膜する（第３の絶縁膜形成工程）。
【００５１】
次に、上記貫通穴６０となる部位にて、第３のＳｉＮ膜４３の上からＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等を行うことにより、第２及び第３のＳｉＮ膜４２、４３と犠牲層をエッチング除去し、第１の絶縁膜４０、４１にまで到達する上記貫通穴６０を形成する（貫通穴形成工程）。
【００５２】
［図４（ｂ）に示す工程］
続いて、この貫通穴６０をエッチング注入口として、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等のアルカリエッチング液やＸｅＦ6等のエッチングガスを注入し、犠牲層８０、８１をエッチング除去する（犠牲層エッチング工程）。この工程の終了に伴い、空洞部２２、３２が形成される。
【００５３】
［図５（ａ）に示す工程］
次に、第１〜第３の絶縁膜４０〜４３の所定部位を、ＲＩＥ等によって除去し、上記した下部電極パッド２１ａ、３１ａと下部電極２１、３１とを電気的に接続するための開口部を形成する。次に、Ａｌ−Ｓｉを用いた蒸着法等により、上記した下部及び上部電極パッド２１ａ、２３ａ、３１ａ、３３ａを形成する（電極パッド形成工程）。
【００５４】
［図５（ｂ）に示す工程］
次に、この上の全面にＣＶＤ法等によりＳｉＮよりなる保護膜５０を成膜する（保護膜形成工程）。これにより、上記貫通穴６０は封止されて封止部６１が形成され、空洞部２２、３２は圧力基準室となる。このとき、真空装置のチャンバ内にワークを入れ、真空雰囲気において本工程を行うことで、真空雰囲気の圧力基準室が形成される。
【００５５】
次に、ＲＩＥ等により各電極パッド上の保護膜５０をエッチング除去し、各電極パッドと外部とを接続するための開口部５１を形成する。こうして、上記静電容量型圧力センサＳ１ができあがる。
【００５６】
次に、この静電容量型圧力センサＳ１の作動について説明する。本実施形態では、例えば、ダイアフラムサイズの小さい第１の容量部２０を圧力測定用、ダイアフラムサイズの大きい第２の容量部３０を自己診断用とすることができる。これは、ダイアフラムサイズの大きい方が破損や劣化等を生じやすく、故障に対して敏感なためである。
【００５７】
両可動ダイアフラム２４、３４は、互いにサイズが異なるため、ダイアフラムの剛性すなわち圧力に対する感度が異なる。このような両可動ダイアフラム２４、３４に対して圧力が印加されると、圧力測定用の第１の容量部２０では、可動ダイアフラム２４すなわち第１の上部電極２３が変位し、この変位に伴う第１の下部電極２１と第１の上部電極２３との間の静電容量（第１の静電容量）の変化に基づいて、印加圧力を求めることができる。
【００５８】
また、この第１の静電容量に基づく値と、第２の容量部３０における第２の下部電極３１と第２の上部電極３３との間の第２の静電容量に基づく値とを比較することにより、自己診断を行うことができる。
【００５９】
例えば、第１及び第２の容量部２０、３０における可動ダイアフラム２４、３４に同一の圧力を印加したり、両容量部２０、３０における下部電極２１、３１と上部電極２３、３３との間に同一の電圧や周波数を印加する。すると、互いの可動ダイアフラム２４、３４の感度が異なるため、これら印加した圧力や電圧等に応じて、上記第１の静電容量と上記第２の静電容量は互いに異なる値となり、また、その変化の度合も異なる。
【００６０】
そのため、第１の静電容量の変化（ΔＣ１とする）と第２の静電容量の変化（ΔＣ２とする）の差（ΔＣ１−ΔＣ２）をとったり、互いに異なる第１及び第２の静電容量の値を比較したり、あるいは、各静電容量の値や変化を電圧に変換して同様に比較したりする等により、一方の容量部に故障（ダイアフラム部の劣化や破損等）が発生した場合、他方の正常な容量部の静電容量に基づく値との比較によって、当該故障等を検出することができる。
【００６１】
例えば、静電容量の変化ΔＣは、（Ｗ4／ｔ3）×ΔＰに比例する。ここで、Ｗは可動ダイアフラムの面積、ｔは空洞部のギャップ、ΔＰは印加圧力の変化である。上記したように、第１の容量部２０の可動ダイアフラム２４の直径Ｗ１がφ２０μｍ、第２の容量部３０の可動ダイアフラム３４の直径Ｗ２がφ２００μｍ、空洞部２２、３２の間隔ｔが０．１μｍの場合、互いの容量部２０と３０とでは、約４×１０2Ｐａの圧力差に相当する静電容量変化の差が生じ、自己診断を可能としている。
【００６２】
このように、本実施形態では、センサの故障や作動状態等を検知する自己診断が可能になっている。また、連通部７０を通して第１および第２の空洞部２２、３２を同一の圧力にすることができる。
【００６３】
なお、例えば、上記した図１３に示す様に、本実施形態においても、基板１０の他面側に各空洞部２２、３２に圧力を導入する開口部を設け、基板１０の一面側からの圧力と空洞部側の圧力との圧力差を測定する相対圧センサを構成することができる。
【００６４】
この場合、当該開口部は、例えば、第１の容量部２０の第１の空洞部２２に連通するように１個設ければ、連通部７０の作用により、第１及び第２の空洞部２２、３２の圧力を同一にすることができる。そして、図１３に示すセンサの様に、圧力導入通路を設ける必要は無くなる。よって、本実施形態によれば、小型化を可能にしつつ自己診断を可能にした静電容量型圧力センサを提供することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、両容量部２０、３０は、互いに積層構造が同一であるが、第１の上部電極２３と第２の上部電極３３とでは面積が異なっているため、第１の上部電極２３と第２の上部電極３３とでは、当該上部電極を構成するダイアフラムの剛性（感度）を異ならせることができる。
【００６６】
そして、両容量部２０、３０は、互いに積層構造が同一であるため同一の製造プロセスで形成することができる。また、第１の上部電極２３と第２の上部電極３３とで面積を異ならせることは、例えば、マスクパターンの大きさを変更することで対応できる。そのため、本実施形態によれば、互いの容量部２０、３０において上部電極２３、３３のダイアフラム剛性を異ならせた構成を、容易に製造することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
本第２実施形態は、小型化を可能にしつつ自己診断を可能にするという本発明の静電容量型圧力センサを、主として相対的な圧力差を測定する相対圧センサに具体化したものとして説明する。
【００６８】
図６は、本実施形態に係る静電容量型圧力センサＳ２の第１の例の概略平面図であって主として各電極部分の平面構成を示す図であり、図７は、図６中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。なお、図６中、第１の下部電極２１は一点鎖線、第２の下部電極３１および開口部１１は破線にて示してある。
【００６９】
本実施形態では、第２の容量部３０は、第１の容量部２０の外周にて第１の容量部２０を取り囲むように配置されており、円形リング形状を有するダイアフラム状の第２の上部電極３３（図６中、実線図示）が、円形ダイアフラム状の第１の上部電極２３（図６中、実線図示）の周辺部として構成されている。なお、本実施形態では、上記保護膜５０や電極パッドは図示されておらず、また、保護膜５０は無いものであっても良い。
【００７０】
具体的には、図７に示す様に、第１および第２の上部電極２３、３３は、その上下を第２の絶縁膜４２と第３の絶縁膜４３とに挟まれた構成となっており、第１の上部電極２３の外周と第２の上部電極３３の内周との間に、第２及び第３の絶縁膜４２、４３を介在させることで、両上部電極２３、３３は電気的に絶縁されている。
【００７１】
それにより、第１の容量部２０における可動ダイアフラム２４と第２の容量部３０における可動ダイアフラム３４とが、１個のダイアフラムより構成された形となっており、当該１個のダイアフラムの中央部に第１の容量部２０、周辺部に第２の容量部３０を配置した形態となっている。
【００７２】
そして、第１の上部電極２３の下側には、第１の空洞部２２を介して、円形リング状の第１の下部電極２１（図６中、一点鎖線図示）が対向して設けられており、第２の上部電極３３の下側には、第２の空洞部３２を介して、リング状の第２の下部電極３１（図６中、破線図示）が対向して設けられている。第２の下部電極３１は第１の下部電極２１の外周を取り囲んでいる。
【００７３】
なお、第１の空洞部２２と第２の空洞部３２とは、実質的に１つの空間となっており、当該空間における第１の上部電極２３の外周と第２の上部電極３３の内周との間に対応する部位が、連通部７０として構成されている。
【００７４】
そして、本例では、基板１０の他面側から第１及び第２の空洞部２２、３２に連通する圧力導入口としての開口部１１が形成されている。この開口部１１から圧力Ｐ１が導入されると、連通部７０を介して実質的に１個の空間となっている第１及び第２の空洞部２２、３２には、ともに同一の圧力Ｐ１が印加される。
【００７５】
また、本例では、上記１個のダイアフラムの中央部と周辺部との撓み量の違いを利用して、互いの容量部２０、３０において可動ダイアフラム２４、３４の剛性（感度）すなわち互いの上部電極２３、３３のダイアフラム剛性を異ならせた構成を実現することができる。
【００７６】
このような本例の静電容量型圧力センサＳ２は、次のように作動する。ここでは、例えば、第１の容量部２０を圧力測定用、その周辺の第２の容量部３０を自己診断用とする。
【００７７】
図７に示すように、両可動ダイアフラム２４、３４に対して空洞部側からＰ１、基板１０の一面側からＰ２の圧力が印加されると、圧力測定用の第１の容量部２０では、可動ダイアフラム２４すなわち第１の上部電極２３が変位し、この変位に伴う第１の下部電極２１と第１の上部電極２３との間の静電容量（第１の静電容量）の変化に基づいて、印加圧力の差（Ｐ１−Ｐ２）を求めることができる。
【００７８】
また、１個のダイアフラムの中央部と周辺部との撓み特性の違いから、この第１の静電容量に基づく値と、第２の容量部３０における第２の下部電極３１と第２の上部電極３３との間の第２の静電容量に基づく値とを比較することにより、自己診断を行うことができる。
【００７９】
図８を参照して、圧力測定および自己診断のより具体的な方法を示す。ここでは、第１の静電容量に基づく値として第１の静電容量変化ΔＣＸ、第２の静電容量に基づく値として第２の静電容量変化ΔＣＲ、両静電容量に基づく値の比較として両静電容量変化の差（ΔＣＸ−ΔＣＲ）としている。
【００８０】
そして、図８では、空洞部側からの印加圧力Ｐ１を一定とし、基板１０の一面側からの印加圧力Ｐ２を変えていき、そのときの第１の静電容量変化ΔＣＸ、第２の静電容量変化ΔＣＲ、両静電容量変化の差（ΔＣＸ−ΔＣＲ）を表している。
【００８１】
この図８に示すように、第１の静電容量変化ΔＣＸにより、印加圧力の差（Ｐ１−Ｐ２）を求めることができ、また、一方の容量部に故障（ダイアフラム部の劣化や破損等）が発生した場合、両静電容量変化の差（ΔＣＸ−ΔＣＲ）が、図８に示す特性から外れることにより、当該故障を検出することができる。
【００８２】
このように、本実施形態の第１の例としての静電容量型圧力センサＳ２によれば、上記第１実施形態と同様、小型化を可能にしつつ自己診断を可能にした静電容量型圧力センサを提供することができ、更に、１個のダイアフラムにて第１及び第２の容量部２０、３０を形成することができるため、より小型化の可能な構成とすることができる。
【００８３】
そして、１個のダイアフラム内に近接した２個の容量部を形成することができるため、圧力測定用の容量部と自己診断用の容量部とで、静電容量変化の温度依存性を揃ったものにできる。
【００８４】
次に、本実施形態に係る静電容量型圧力センサＳ２の第２の例を示す。図９は、このものの概略平面図であって主として各電極部分の平面構成を示す図であり、図１０は、図９中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図、また、図１１は、図９中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図である。なお、図９中、第１および第２の下部電極２１、３１および開口部１１は破線にて示してある。
【００８５】
第２の例は、第１の例において、更に、第１の容量部２０と第２の容量部３０との間に、第１の上部電極２３の外周部と第２の上部電極３３の内周部とを支持し、第２の上部電極３３の変位を抑制する支持部８０を設けたことを特徴とするものである。なお、図９の斜線ハッチング領域は、支持部８０が位置する部位を示している。
【００８６】
図１０に示すように、支持部８０では、第１の上部電極２３（図１０中、実線図示）の外周部と第２の上部電極３３（図１０中、実線図示）の内周部とが、第２の絶縁膜４２を介して第１の絶縁膜４０、４１に接して固定支持されている。そして、この支持部８０の一部（図９に示す例では４箇所）には、連通部７０が設けられており、第１の空洞部２２と第２の空洞部３２とを連通している。
【００８７】
また、本第２の例では、第１の下部電極２１と第２の下部電極３１とは、一体化された円形リング状のものとなっている（図１０中、破線図示）。
【００８８】
このような第２の例によれば、上記第１の例と同様の効果を発揮できることに加えて、第２の上部電極３３を有する可動ダイアフラム３４が、支持部８０に支持されることで可動ダイアフラム２４よりも剛性の高いものになり、両可動ダイアフラム２４、３４の感度を、よりいっそう異ならせることができる。
【００８９】
そのため、第１の容量部２０における第１の静電容量に比べて第２の容量部３０における第２の静電容量の変化を小さくすることができ、互いの容量部における静電容量の変化の差を、効率よく取り出すことが可能となる。
【００９０】
この本第２の例の特有の効果は、具体的には、図１２に示される。図１２は、上記図８に準じた表し方で本第２の例の効果を示すものである。第２の容量部３０の可動ダイアフラム３４は、印加圧力が大きくなっても殆ど変位しないため、第２の静電容量変化ΔＣＲは実質的に０であり、印加圧力の増加に伴い増加する第１の静電容量変化ΔＣＸとの差（ΔＣＸ−ΔＣＲ）を効率よく取り出すことが可能となる。
【００９１】
なお、上記第１の例および第２の例として示す静電容量型圧力センサＳ２は、上記第１実施形態に示した製造方法に準じて、次のように製造することができる。
【００９２】
すなわち、上記第１実施形態と同様、下部電極形成工程、第１の絶縁膜形成工程、犠牲層形成工程、第２の絶縁膜形成工程、上部電極形成工程、第３の絶縁膜形成工程までを、本実施形態に対応した形態にて行う。
【００９３】
次に、貫通穴形成工程の代わりに、基板１０の他面から、水酸化カリウム溶液等を用いたシリコンの異方性エッチングを行い、更に、フッ酸溶液等により第１の絶縁膜４０、４１のエッチングを行う等により、基板１０の他面側から開口部１１を形成する（基板開口部形成工程）。
【００９４】
続いて、この開口部１１をエッチング注入口として、上記同様に、犠牲層エッチング工程を行い、空洞部２２、３２を形成する。その後、電極パッド形成工程や必要に応じて保護膜形成工程を行うことにより、本実施形態の静電容量型圧力センサＳ２ができあがる。
【００９５】
なお、本実施形態の静電容量型圧力センサＳ２を絶対圧センサに適用することも可能である。例えば、上記第１及び第２の例に示すものにおいて、基板１０に開口部１１は形成せず、第１の容量部２０における可動ダイアフラム２４の中央部に、貫通穴を形成し、この貫通穴を保護膜等にて封止する。
【００９６】
それにより、本実施形態においても、各空洞部２２、３２は封止されて所定内圧（本例では、真空装置にて実現可能な程度の真空）を有する圧力基準室として構成され、絶対圧センサが構成される。
【００９７】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態においては、第１の容量部２０を圧力測定用、第２の容量部３０を自己診断用としたが、第１の容量部２０を自己診断用、第２の容量部３０を圧力測定用としても良い。また、両容量部２０、３０を共に圧力測定用としても良い。
【００９８】
また、第１及び第２の容量部２０、３０のうち一方を圧力測定用とした場合、他方は、出力補正を行うための参照用容量部として用いても良い。例えば、回路にてセンサ出力の補正を行う場合、容量部が１個しかない場合には、補正対象となる出力特性を導出するために、少なくとも異なる圧力を２点測定する必要がある。その点、本発明のように、異なる感度を持つ２個の容量部を有する場合、１点の圧力測定により出力特性を導出することができ、回路補正が可能となる。
【００９９】
また、上記第１実施形態において、第１の容量部２０の可動ダイアフラム２４と第２の容量部３０の可動ダイアフラム３４とでは、積層構造は同一であるがサイズ（面積）を変えることで感度を異ならせている。しかし、互いの可動ダイアフラム２４、３４にてサイズは同一であっても積層構造を異ならせる（例えば、一方の可動ダイアフラム上に１層余分に膜を積層する等）ことで、感度を異ならせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【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平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図３】図１に示す静電容量型圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【図４】図３に続く製造方法を示す工程図である。
【図５】図４に続く製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の第２実施形態の第１の例としての静電容量型圧力センサの概略平面図である。
【図７】図６中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図８】上記図６に示す静電容量型圧力センサの具体的な効果を示す説明図である。
【図９】上記第２実施形態の第２の例としての静電容量型圧力センサの概略平面図である。
【図１０】図９中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。
【図１１】図９中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図である。
【図１２】上記図９に示す静電容量型圧力センサの具体的な効果を示す説明図である。
【図１３】本発明者等が試作検討したセンサの概略断面を示す図である。
【符号の説明】
１０…基板、２０…第１の容量部、２１…第１の下部電極、
２２…第１の空洞部、２３…第１の上部電極、３０…第２の容量部、
３１…第２の下部電極、３２…第２の空洞部、３３…第２の上部電極、
７０…連通部、８０…支持部。
【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】
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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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