(57)【要約】【課題】温度外乱歪みを軽減させることにより高感度かつ小型で安価な物理量センサ、および、その製造方法を提供すること。【解決手段】二つの基板３０，４０と、二つの基板３０，４０の間に設けられ二つの基板３０，４０と接合された可動電極２０と、を備え、可動電極２０は、弾性変形可能なダイアフラム部２３を有し、二つの基板３０，４０うち一枚は、ダイアフラム部２３に対向する検出面３０Ａに検出電極３１を有する電極基板であり、ダイアフラム部２３と検出電極３１との間の静電容量変化を検出する物理量センサであって、二つの基板３０，４０と可動電極２０とを接合する際の接合温度と室温との間における、二つの基板３０，４０の熱膨張係数は、可動電極２０より小さく、物理量センサを使用する温度範囲内において、可動電極２０の熱膨張係数は、第一基板３０と第二基板４０との間の値である。【選択図】図１
2009250874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの基板と、前記二つの基板の間に設けられ前記二つの基板と接合された可動電極と、を備え、
前記可動電極は、弾性変形可能なダイアフラム部を有し、
前記二つの基板の少なくとも一枚は、前記ダイアフラム部に対向する面に少なくとも一つ以上の検出電極を有する電極基板であり、
前記ダイアフラム部と前記検出電極との間の静電容量変化を検出する物理量センサであって、
前記二つの基板と前記可動電極とを接合する際の接合温度と室温との間において、前記二つの基板の熱膨張係数は、前記可動電極の熱膨張係数より小さく、
前記物理量センサを使用する温度範囲内において、
前記二つの基板は、互いに異なる熱膨張係数を有する第一基板および第二基板であり、
前記可動電極の熱膨張係数は、前記第一基板の熱膨張係数と前記第二基板の熱膨張係数との間の値である
ことを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量センサであって、
前記可動電極は、前記二つの基板に対向する面それぞれに凹部を有し、
前記ダイアフラム部は、二つの前記凹部の底面の間に位置する薄肉部であり、
二つの前記凹部の内の一方は、他方の前記凹部よりも深く形成され、
前記一方の凹部の底面の面積は、前記他方の凹部の底面の面積よりも大きい
ことを特徴とする物理量センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の物理量センサの製造方法であって、
前記電極基板に形成された前記検出電極と前記可動電極とを同電位にした状態において、前記電極基板と前記可動電極とを互いに陽極接合する接合工程を備える
ことを特徴とする物理量センサの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の物理量センサの製造方法において、
前記接合工程は、
複数の前記基板が一体に形成された基板ウェーハと、複数の前記可動電極が一体に形成されたダイアフラムウェーハと、を積層する積層工程と、
前記基板ウェーハに所定のパターンで形成された接合用電極に電圧を印加して前記基板ウェーハと前記ダイアフラムウェーハとを互いに陽極接合する電圧印加工程と、
前記電圧印加工程で陽極接合された前記基板ウェーハおよび前記ダイアフラムウェーハを切断線に沿って切断する切断工程と、を有し、
前記接合用電極の少なくとも一部は、前記切断線に沿って設けられている
ことを特徴とする物理量センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサおよびその製造方法に係わり、温度外乱歪みが低減され、高感度かつ小型で安価な物理量センサ、および、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物理量センサとして、電極間の静電容量の変化により圧力を検出する圧力センサや（例えば、特許文献１参照）、歪み量により圧力を検出する圧力センサが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図１に、特許文献１に記載された圧力センサの分解斜視図を、図２に、圧力センサのII−II線断面図を示す。
静電容量型の圧力センサ１０は、図１および２に示すように、導電性を有する可動電極２０と、この可動電極２０の周囲の厚肉部２１に接合されたガラス基板である第一基板３０および第二基板４０と、第一基板３０に設けられた一対の検出電極３１と、を備える。
【０００４】
このような圧力センサ１０において、第二基板４０に設けられた圧力導入孔４１から印加された圧力で第一基板３０および第二基板４０間の空隙内に設けられた可動電極２０が撓む。
すると、可動電極２０と第一基板３０に設けられた一対の検出電極３１との間の静電容量が変化し、この変化量が電気的に処理されることで圧力が計測される。
【０００５】
一方、特許文献２に記載のような歪み測定型の圧力センサは、図１および２において、検出電極３１等を省略し、可動電極２０に半導体圧力検出素子を設けたものである。この半導体圧力検出素子の抵抗値変化などに基づいて圧力が計測される。
特許文献２においては、第一基板３０と第二基板４０とを、異なる熱膨張係数を有する材料で形成することで、周囲温度や静圧の変化による非線形な外乱歪みを軽減させている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−８２７０９号公報
【特許文献２】特開２００６−２５０８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に記載のような、従来の圧力センサ１０を製造する場合、可動電極２０の周囲の厚肉部２１と、第一基板３０および第二基板４０と、を接合する。
接合には陽極接合等の一般的な接合方法を用いることができるが、このような接合に際しては、可動電極２０、第一基板３０および第二基板４０が高温（例えば、４００℃程度）に加熱される。
ここで、接合により加熱された圧力センサ１０を室温まで冷ます際に、可動電極２０の熱膨張係数と第一基板３０および第二基板４０の熱膨張係数とが異なることから、可動電極２０に撓みが発生するおそれがあった。
【０００８】
また、可動電極２０が静電引力により第一基板３０または第二基板４０に引き寄せられ、可動電極２０が撓んだ状態で接合されるおそれもある。
可動電極２０が撓んでいると、特に、静電容量型の圧力センサ１０では、可動電極２０と検出電極３１との間の距離、静電容量が変化して、温度特性が悪化する。
さらには、可動電極２０と第一基板３０または第二基板４０が接合されてしまい、歩留まりが低下して製造コストが増加するおそれがある。
【０００９】
特許文献１、２に記載のような、従来の圧力センサにおいては、高感度化を実現するために、可動電極２０を薄くする必要がある。
また、圧力センサ１０の小型化を図る場合、必然的に可動電極２０のサイズが小さくなるが、小さな可動電極２０で圧力に対する変位を十分に得るためにも、可動電極２０を薄くする必要がある。
しかし、可動電極２０を薄くした場合、陽極接合時に可動電極２０が静電引力により第一基板３０または第二基板４０に引き寄せられ易くなる。また、周囲温度変化によって生じる各部品の熱膨張による外乱歪みを受けやすくなり、温度特性が悪化する原因となる。
したがって、従来までの構造では、温度特性を維持しながら高感度化や小型化するのに限界があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、温度外乱歪みを軽減させることにより高感度かつ小型で安価な物理量センサ、および、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の様な課題を達成するため、
本発明の物理量センサは、二つの基板と、前記二つの基板の間に設けられ前記二つの基板と接合された可動電極と、を備え、前記可動電極は、弾性変形可能なダイアフラム部を有し、前記二つの基板の少なくとも一枚は、前記ダイアフラム部に対向する面に少なくとも一つ以上の検出電極を有する電極基板であり、前記ダイアフラム部と前記検出電極との間の静電容量変化を検出する物理量センサであって、前記二つの基板と前記可動電極とを接合する際の接合温度と室温との間において、前記二つの基板の熱膨張係数は、前記可動電極の熱膨張係数より小さく、前記物理量センサを使用する温度範囲内において、前記二つの基板は、互いに異なる熱膨張係数を有する第一基板および第二基板であり、前記可動電極の熱膨張係数は、前記第一基板の熱膨張係数と前記第二基板の熱膨張係数との間の値であることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、二つの基板と可動電極とを接合する際の接合温度と室温との間において、二つの基板の熱膨張係数を、可動電極の熱膨張係数よりも小さくしている。これにより、物理量センサの製造時、可動電極と二つの基板との接合により加熱された物理量センサを室温まで冷ます際に、可動電極の収縮は、二つの基板の収縮よりも大きくなる。
よって、室温まで冷ました状態においては、可動電極が二つの基板により外側に引っ張られることとなる。
この引張り力（プリテンション）の存在により、ダイアフラム部の撓みが防止され、温度外乱歪みを軽減することができる。したがって、ダイアフラム部を薄くすることが可能となり、高感度かつ小型で安価な物理量センサを提供することができる。
【００１３】
また、物理量センサを使用する温度範囲において、可動電極の熱膨張係数が第一基板の熱膨張係数と第二基板の熱膨張係数との間の値なので、可動電極の温度変化による熱変形（熱膨張または熱収縮）は、物理量センサを使用する温度範囲内において、つねに、第一基板の温度変化による熱変形と第二基板の温度変化による熱変形の間の大きさとなる。
これにより、物理量センサに温度変化があった場合、第一基板と第二基板とは、可動電極に対して互いに逆方向の力を作用させることになる。
【００１４】
例えば、物理量センサが加熱され、第一基板が可動電極よりも大きく熱膨張したとする。すると、相対的に、第一基板は、可動電極を外側に引っ張る力を作用させることとなる。
一方、第二基板は可動電極よりも小さく熱膨張する。すると、相対的に、第二基板は、可動電極を内側に圧縮する力を作用させることとなる。
ここで、第一基板からの引っ張り力と第二基板からの圧縮力が相殺されるので、周囲温度変化によるダイアフラム部の外乱歪みが防止できる。
よって、ダイアフラム部をより薄くすることが可能となり、高感度かつ小型で安価な物理量センサを提供することができる。
【００１５】
本発明の物理量センサにおいて、前記可動電極は、前記二つの基板に対向する面それぞれに凹部を有し、前記ダイアフラム部は、二つの前記凹部の底面の間に位置する薄肉部であり、二つの前記凹部の内の一方は、他方の前記凹部よりも深く形成され、前記一方の凹部の底面の面積は、前記他方の凹部の底面の面積よりも大きいことが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、深い凹部の底面は面積が大きく、浅い凹部の底面は小さく形成されているので、第一基板および第二基板から可動電極の両面に、大きさや向きの異なる力が作用しても、これにより発生するモーメントがダイアフラム部に伝わりにくい。このため、モーメントによるダイアフラム部の変形を防ぐことができ、変形に伴う出力誤差を防止することができる。
【００１７】
本発明の物理量センサの製造方法は、上述の物理量センサの製造方法であって、前記電極基板に形成された前記検出電極と前記可動電極とを同電位にした状態において、前記電極基板と前記可動電極とを互いに陽極接合する接合工程を備えることを特徴とする。
本発明によれば、接合工程において、検出電極と可動電極とを同電位とするので、検出電極と可動電極との間に静電引力が生じなくなり、ダイアフラム部が電極基板側に引き寄せられることを防止できる。
したがって、ダイアフラム部に撓みが生じることを防止し、安定した陽極接合を実施することができる。また、温度外乱歪みが軽減されるので、ダイアフラム部を薄くすることが可能となり、高感度かつ小型で安価な物理量センサを提供することができる。
【００１８】
本発明の物理量センサの製造方法において、前記接合工程は、複数の前記基板が一体に形成された基板ウェーハと、複数の前記可動電極が一体に形成されたダイアフラムウェーハと、を積層する積層工程と、前記基板ウェーハに所定のパターンで形成された接合用電極に電圧を印加して前記基板ウェーハと前記ダイアフラムウェーハとを互いに陽極接合する電圧印加工程と、前記電圧印加工程で陽極接合された前記基板ウェーハおよび前記ダイアフラムウェーハを切断線に沿って切断する切断工程と、を有し、前記接合用電極の少なくとも一部は、前記切断線に沿って設けられていることが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、接合用電極が切断線に沿って設けられているので、一つの接合用電極が隣接する二つの物理量センサに共有されていることになる。
したがって、本発明によれば、基板ウェーハに設ける接合用電極の数を減らして、効率的に陽極接合を実施することができる。
【００２０】
なお、複数の電極基板が一体に形成された基板ウェーハには、一般に、検出電極からの引き出し電極が設けられるが、この引き出し電極は、接合用電極と交差しないように配置されることが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、二つの基板と可動電極とを接合する際の接合温度と室温との間における、二つの基板の熱膨張係数を、可動電極の熱膨張係数よりも小さくすることにより、可動電極にプリテンションをかけてダイアフラム部の撓みを防止し、温度外乱歪みを軽減することができる。
また、物理量センサを使用する温度範囲において、可動電極の熱膨張係数が、第一基板の熱膨張係数と第二基板の熱膨張係数との間の値なので、物理量センサに温度変化があった場合に、第一基板および第二基板から可動電極に作用する力が相殺され、周囲温度変化によるダイアフラム部の外乱歪みが防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
［圧力センサの構成］
本発明の物理量センサは、圧力センサであり、部品の熱膨張係数を除けば、従来の圧力センサと同様であるから、上述の図１および図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る圧力センサ１０の分解斜視図であり、図２は、圧力センサ１０のII−II線断面図である。
【００２４】
本実施形態の圧力センサ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る。
圧力センサ１０は、図１および図２に示すように、第一基板３０と、第二基板４０と、二つの基板３０，４０の間に設けられ二つの基板３０，４０と接合された可動電極２０と、を備える。
【００２５】
可動電極２０は、第一基板３０と第二基板４０に対向する面のそれぞれに形成された凹部２４，２５と、二つの凹部２４，２５の底面の間に薄肉に形成され弾性変形可能なダイアフラム部２３と、このダイアフラム部２３の周囲に形成された厚肉部２１とを備える。
すなわち、可動電極２０は、第一基板３０と対向する面２０Ａと、この面２０Ａとは反対側の面つまり第二基板４０と対向する面２０Ｂとを有する。図１に示すように、面２０Ａのうちダイアフラム部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、面２０Ｂのうちダイアフラム部２３の下面２３Ｂは、厚肉部２１の下面２１Ｂよりも凹んで（図１において高くなって）いる。
したがって、図２に示すように、ダイアフラム部２３と第一基板３０および第二基板４０との間には、空隙が形成されており、ダイアフラム部２３は、第一基板３０に対して弾性変形可能とされている。
このような可動電極２０は、導電性が付与されたシリコン、例えば、単結晶シリコンから形成されている。
【００２６】
なお、図２に示すように、一方の凹部２５は、他方の凹部２４よりも深く形成されている。また、凹部２５の底面は、凹部２４の底面よりも面積が大きい。
【００２７】
第一基板３０は、図１に示すように、可動電極２０と対向する検出面３０Ａと、この検出面３０Ａとは反対側に位置する上面３０Ｂとを備える。
電極基板である第一基板３０は、検出面３０Ａに設けられた検出電極３１と、上面３０Ｂに設けられた第一信号取出部２２および第二信号取出部３４，３５と、を備える。
第二信号取出部３４，３５は、図１および図２に示すように、スルーホール３６，３７を介して検出電極３１に導通されている。
【００２８】
第一基板３０は、可動電極２０と接合される際の接合温度と室温との間における熱膨張係数が、可動電極２０の熱膨張係数より小さい。また、第一基板３０は、圧力センサ１０の使用温度範囲内（例えば−２０〜１００℃）における熱膨張係数が、可動電極２０より小さい。
このような第一基板３０は、例えば、アルミノ珪酸系ガラス等で形成される。
アルミノ珪酸系ガラスとしては、例えば、特開平４−８３７３３号公報や特開２００１−０７２４３３号公報に記載のガラスを利用することができる。
例えば、ＳｉＯ２５０質量％以上７０質量％以下、Ａｌ２Ｏ３１４質量％以上２８質量％以下、Ｎａ２Ｏ１質量％以上５質量％以下、ＭｇＯ１質量％以上１３質量％以下を含み、前記成分の合量が少なくとも８０質量％以上であるガラスや、実質的にＮａ２Ｏを含有せず、かつモル％表示でＬｉ２Ｏが４〜８％含まれているガラス等が挙げられる。
具体的には、例えば、ＨＯＹＡ  ＣＡＮＤＥＯ  ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製「ＳＤ２（商品名）」や、ＡＧＣテクノガラス社製「ＳＷ−Ｙ（商品名）」等が挙げられる。
【００２９】
検出電極３１はチタン等の導電性を有する金属で形成され、図１に示すように、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。
第二信号取出部３４，３５は、検出電極３１と同様にチタン等の導電性を有する金属で形成されている。中央電極３２と導通された第二信号取出部３４および、周辺電極３３と導通された第二信号取出部３５は、第一基板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。
可動電極２０のダイアフラム部２３と第一基板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。
【００３０】
第二基板４０は、図１および図２に示すように、その略中央に圧力導入孔４１を備える。この圧力導入孔４１は、ダイアフラム部２３の下面２３Ｂに圧力を導入する。
また、第二基板４０の一側面側は、可動電極２０および第一基板３０の側面よりも延出されて、延出部４２とされている。
第二基板４０は、可動電極２０と接合される際の接合温度と室温との間における熱膨張係数が、可動電極２０の熱膨張係数より小さい。また、第二基板４０は、圧力センサ１０の使用温度範囲内における熱膨張係数が、可動電極２０より大きい。
このような第二基板４０は、例えば、硼珪酸系ガラス（コーニング社パイレックス（登録商標）、ショット社ＴＥＭＰＡＸ  Ｆｌｏａｔ（登録商標）等）等で形成される。
【００３１】
上述した第一信号取出部２２は、図１および図２に示すように、延出部４２の第一基板３０側の表面から第一基板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、第一信号取出部２２は、可動電極２０の厚肉部２１の延出部４２側の側面２１Ｃに導通されている。
【００３２】
第一信号取出部２２のうち、第一基板３０の上面３０Ｂに位置する部分には、図示しないワイヤを結線するためのワイヤボンドパッド５１が設けられている。また、第二信号取出部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、第一信号取出部２２、第二信号取出部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。
【００３３】
［圧力センサの動作］
図１および図２を参照して圧力センサ１０の動作を説明する。
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、ダイアフラム部２３が湾曲するように弾性変形して、ダイアフラム部２３と検出電極３１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、第一信号取出部２２、第二信号取出部３４，３５およびワイヤボンドパッド５１，５２，５３を介して、ダイアフラム部２３および検出電極３１と導通されている信号処理用回路等が、ダイアフラム部２３と検出電極３１との間の静電容量を検出・処理し、圧力が計測される。
【００３４】
ここで、圧力に対するダイアフラム部２３の変位は中央近辺が大きく、周辺部が小さいため、ダイアフラム部２３と中央電極３２との間に生じる静電容量変化は大きく、ダイアフラム部２３と周辺電極３３との間に生じる静電容量変化は小さくなる。
この双方の静電容量変化の差を求めることにより、圧力に対する電気信号を取り出すことができるようになる。また、この双方の静電容量変化を用いて演算（例えば、静電容量変化の差／静電容量変化の和）を実施すれば、温度・湿度の変化や電気的ノイズによる誤差影響を低減することができ、より正確な圧力検出が可能となる。
【００３５】
なお、この圧力センサ１０は、ダイアフラム部２３の上面２３Ａ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が、スルーホール３６，３７を密閉し、ダイアフラム部２３と第一基板３０との間の空隙を真空室とした絶対圧センサとしてもよい。
【００３６】
［圧力センサの製造方法］
次に、圧力センサ１０の製造方法を説明する。
本実施形態の圧力センサの製造方法は、電極基板（第一基板３０）に形成された検出電極３１（図３では図示省略。図１および図２参照。）と可動電極２０とを同電位にした状態において、電極基板と可動電極２０とを互いに陽極接合する接合工程を備える。
接合工程は、積層工程と、電圧印加工程と、回路形成工程と、切断工程と、を有する。
【００３７】
図３（Ａ）および（Ｂ）に、第一基板３０、第二基板４０と可動電極２０の陽極接合前のウェーハ状態の平面図および断面図を示す。
接合工程では、図３（Ａ）および（Ｂ）にしめすような、複数の第一基板３０が一体に形成された第一基板ウェーハ８０と、複数の可動電極２０が一体に形成されたダイアフラムウェーハ７０と、複数の第二基板４０が一体に形成された第二基板ウェーハ９０と、を積層し、陽極接合した後、切断する。
以下、ウェーハの構成および各工程について詳細に説明する。
【００３８】
［ウェーハの構成］
ダイアフラムウェーハ７０は、シリコンウェーハをエッチング等で加工し、複数のダイアフラム部２３が所定間隔で並んだ形状としたものである（図３（Ｂ）参照）。
【００３９】
第一基板ウェーハ８０は、複数のスルーホール３６，３７が所定間隔で設けられ、これらに対して中央電極３２、周辺電極３３、第二信号取出部３４，３５、および接合用電極８３が、チタン等の金属蒸着およびエッチング等により形成されたガラスウェーハである（図３（Ａ）参照。なお、中央電極３２、周辺電極３３の図示は省略している。図３（Ｂ）では、中央電極３２、周辺電極３３、第二信号取出部３４，３５、および接合用電極８３の図示を省略している）。
【００４０】
このうち、各第二信号取出部３４、３５の各引出部３８は、図３（Ａ）に示すように、第一基板ウェーハ８０上で一方向に連続するように形成されている。
また、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。
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、後述する切断工程において、積層ウェーハ６０を切断する位置として設定された線である。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。
なお、接合用電極８３は、図３に示すように、切断線８７（８７Ａ，８７Ｂ）に沿って設けられている。
【００４１】
第二基板ウェーハ９０は、複数の圧力導入孔４１が所定間隔で設けられたガラスウェーハである（図３（Ｂ）参照。）。
【００４２】
ここで、これらダイアフラムウェーハ７０の各ダイアフラム部２３、第一基板ウェーハ８０の各第一基板３０、および第二基板ウェーハ９０の各第二基板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。
【００４３】
［積層工程］
図４は、積層工程および電圧印加工程における各ウェーハ７０，８０，９０の概略図である。
積層工程は、第一基板ウェーハ８０と、ダイアフラムウェーハ７０と、第二基板ウェーハ９０と、を積層する工程である。具体的には、図４に示すように、各ウェーハ７０，８０，９０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。
【００４４】
［電圧印加工程］
電圧印加工程は、第一基板ウェーハ８０の接合用電極８３に電圧を印加して各ウェーハ７０，８０，９０を互いに陽極接合する工程である。
具体的には、ダイアフラムウェーハ７０と引出部３８がプラス、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（例えば３００〜４５０℃、３００〜１０００Ｖ）、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が形成される。
このとき、引出部３８が第二信号取出部３４，３５に接続されているため、可動電極２０と検出電極３１とが同電位となる（図１および図２参照。）。よって、可動電極２０と検出電極３１との間に静電引力が生じなくなり、ダイアフラム部２３が電極基板（第一基板３０）側に引き寄せられることを防止し、適切に陽極接合を実施することができる。
【００４５】
［回路形成工程］
本実施形態では、電圧印加工程の後、切断工程に先立ち、第一信号取出部２２とワイヤボンドパッド５１，５２，５３を形成する回路形成工程が実施される。
図５に回路形成工程および切断工程における積層ウェーハ６０の平面図を、図６に断面図を示す。
【００４６】
電圧印加工程の後、先ず、積層ウェーハ６０を載置台１００から取り出す。
次に、接合用電極８３の幹線電極部８３Ａの幅寸法よりも大きい所定の刃幅寸法を有する切断刃等を用いて、隣接する第二信号取出部３４同士の間の切断線８７Ａに沿って溝加工する。これにより、幹線電極部８３Ａ（図５における破線）を削り取るとともに溝８９を形成する。
この溝８９の内面には、図６に示すように、ダイアフラムウェーハ７０および第一基板ウェーハ８０の切断面７０Ａ，８０Ａがそれぞれ露出している。
【００４７】
続いて、積層ウェーハ６０を図示しない蒸着装置内に配置する。
このとき、図５に二点鎖線で示すように、第一基板ウェーハ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（図６参照）。
そして、マスク開口９２に対して、例えば、上方斜め４５°方向から、チタン等の導電性の蒸着材料を供給する（図６における破線矢印参照）。
これにより、溝８９の底面および溝８９の両側面、すなわちダイアフラムウェーハ７０の各切断面７０Ａおよび第一基板ウェーハ８０の各切断面８０Ａ、およびセンサチップ６１の角部３０Ｄに蒸着膜２２Ａが形成される。
なお、蒸着に際しては、積層ウェーハ６０を鉛直軸回りに回転させて行うことが好ましい。
【００４８】
次に、図示しないが、ワイヤボンドパッド５１，５２，５３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金等の導電性の蒸着膜としてワイヤボンドパッド５１，５２，５３を形成する。
【００４９】
［切断工程］
切断工程は、積層ウェーハ６０を、格子状の切断線８７（８７Ａ，８７Ｂ）に沿って切断し複数のセンサチップ６１を得る工程である。
具体的には、溝８９を加工した切断刃よりも刃幅寸法が小さくかつ接合用電極８３の幅よりも広い切断刃（例えば、図６において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、切断線８７Ａに沿って、蒸着膜２２Ａおよび第二基板ウェーハ９０を切断する（本切断）。
さらに、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。
【００５０】
これによって、蒸着膜２２Ａが四分割され、可動電極２０と導通した第一信号取出部２２が形成されるとともに、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。
この切断により、接合用電極８３の支線電極部８３Ｂは完全に取り除かれる。また、支線電極部８３Ｂの延長上に形成された、引出部３８の一部も取り除かれるため、引出部３８に接続された信号取出部３４，３５が電気的に絶縁され、圧力センサ１０として完成する。
【００５１】
［実施形態の作用効果］
本実施形態の圧力センサ１０の断面図である図７を参照して、本実施形態の作用効果を説明する。
本実施形態の圧力センサ１０では、接合温度と室温との間における、二つの基板３０，４０の熱膨張係数を、可動電極２０の熱膨張係数よりも小さくしている。
これにより、圧力センサ１０の製造時、可動電極２０と二つの基板３０，４０との接合により加熱された圧力センサ１０を室温まで冷ます際に、可動電極２０の収縮は、二つの基板３０，４０の収縮よりも大きくなる。
よって、室温まで冷ました状態においては、図７（Ａ）に示すように、可動電極２０が二つの基板により外側に引っ張られることとなる。
この引張り力（プリテンション）の存在により、ダイアフラム部２３の撓みが防止され、温度外乱歪みを軽減することができる。したがって、ダイアフラム部２３を薄くすることが可能となり、高感度かつ小型で安価な圧力センサ１０を提供することができる。
【００５２】
また、本実施形態の圧力センサ１０では、圧力センサ１０を使用する温度範囲内において、可動電極２０の熱膨張係数が第一基板３０の熱膨張係数と第二基板４０の熱膨張係数との間の値なので、可動電極２０の温度変化による熱変形（熱膨張または熱収縮）は、圧力センサ１０を使用する温度範囲内において、つねに、第一基板３０の温度変化による熱変形と第二基板４０の温度変化による熱変形の間の大きさとなる。
これにより、圧力センサ１０に温度変化があった場合、第一基板３０と第二基板４０とは、可動電極２０に対して互いに逆方向の力を作用させることになる。
【００５３】
例えば、図７（Ｂ）に、圧力センサ１０が加熱された場合に、第一基板３０および第二基板４０から可動電極２０に作用する力を示す。
図７（Ｂ）において、可動電極２０より熱膨張係数の小さい第一基板３０は、可動電極２０よりも小さく熱膨張する。すると、相対的に、第一基板３０は、可動電極２０を内側に圧縮する力を作用させることとなる。
一方、可動電極２０より熱膨張係数の大きい第二基板４０は、可動電極よりも大きく熱膨張する。すると、相対的に、第二基板４０は、可動電極２０を外側に引っ張る力を作用させることとなる。
第一基板３０からの圧縮力と第二基板４０からの引っ張り力が相殺されるので、図７（Ｃ）に示すように、可動電極２０に対するプリテンションが維持され、周囲温度変化によるダイアフラム部２３の外乱歪みが防止できる。
【００５４】
本実施形態では、可動電極２０に深さの異なる二つの凹部２４，２５が形成され、深い凹部２５の底面は面積が大きく、浅い凹部２４の底面は小さく形成されているので、第一基板３０および第二基板４０から可動電極２０の両面に、大きさや向きの異なる力が作用しても、これにより発生するモーメントがダイアフラム部２３に伝わりにくい。
この点について、図８を参照して説明する。
【００５５】
図８（Ａ）に、凹部２４，２５の底面の面積を同一にした圧力センサ１０の断面図を示す。
ここで、第一基板３０および第二基板４０は、本実施形態と同様の特性を備える。すなわち、物理量センサ１０を使用する温度範囲内における、可動電極２０の熱膨張係数に対し、第一基板３０の熱膨張係数が小さく、また、第二基板の熱膨張係数が大きい。
図８（Ａ）において、点線は、＋ΔＴ℃だけ温度変化した場合のダイアフラム部２３の変形を示す。
【００５６】
＋ΔＴ℃の温度変化が起きると、図８（Ａ）に示すように、第一基板３０は小さく、第二基板４０は大きく熱膨張する。このとき、可動電極２０の厚肉部２１の上下に作用する力により、図８（Ａ）右側の厚肉部２１では反時計回りの、図８（Ａ）左側の厚肉部２１では時計回りのモーメントが発生する。
このモーメントによる影響がダイアフラム部２３に伝わり、ダイアフラム部２３が図８（Ａ）の点線に示す様に第二基板４０側に変形する。そして、このような変形が、圧力センサ１０の出力誤差の原因となる。
【００５７】
次に、図８（Ｂ）に、浅い凹部２４の底面の面積を，深い凹部２５の底面の面積よりも大きくした圧力センサ１０の断面図を示す。
ここで、第一基板３０および第二基板４０は、本実施形態と同様の特性を備える。
このような圧力センサ１０でも、＋ΔＴ℃の温度変化が起きると、第一基板３０は小さく、第二基板４０は大きく熱膨張し、モーメントが発生する。
このモーメントによる影響がダイアフラム部２３に伝わり、ダイアフラム部２３が図８（Ｂ）の点線に示す様に第二基板４０側に変形する。そして、このような変形が、圧力センサ１０の出力誤差の原因となる。
【００５８】
なお、本実施形態とは逆に、第一基板３０の熱膨張係数が可動電極２０の熱膨張係数に対して大きく、第二基板４０の熱膨張係数が可動電極２０の熱膨張係数に対して小さい場合に、図８（Ａ）、（Ｂ）のいずれの圧力センサ１０においても、モーメントの発生により、ダイアフラム部２３が変形し、圧力センサ１０の出力誤差が発生する。
【００５９】
本実施形態の圧力センサ１０の断面図を図８（Ｃ）に示す。
本実施形態の圧力センサ１０においても、可動電極２０の厚肉部２１にモーメントが発生すると考えられる。
しかし、本実施形態の圧力センサ１０では、深い凹部２５の底面は面積が大きく、浅い凹部２４の底面は小さく形成されているので、厚肉部２１のモーメントによる影響がダイアフラム部２３に伝わりにくい。このため、ダイアフラム部２３の変形が発生しにくく、圧力センサ１０の出力誤差を防止することができる。
なお、本実施形態とは逆に、第一基板３０の熱膨張係数が可動電極２０の熱膨張係数に対して大きく、第二基板４０の熱膨張係数が可動電極２０の熱膨張係数に対して小さい場合でも、厚肉部２１のモーメントによる影響はダイアフラム部２３に伝わりにくく、圧力センサ１０の出力誤差を防止することができる。
【００６０】
本実施形態では、接合工程において、検出電極３１と可動電極２０とを同電位とするので、検出電極３１と可動電極２０との間に静電引力が生じなくなり、ダイアフラム部２３が第一基板３０側に引き寄せられることを防止できる。
したがって、ダイアフラム部２３に撓みが生じることを防止し、安定した陽極接合を実施することができる。また、温度外乱歪みが軽減されるので、ダイアフラム部２３を薄くすることが可能となり、高感度かつ小型で安価な圧力センサ１０を提供することができる。
本実施形態では、第一基板ウェーハ８０の接合用電極８３が切断線８７に沿って設けられ、一つの接合用電極８３が隣接する二つのセンサチップ６１に共有されている。これにより、少ない接合用電極８３で、効率的に接合工程を実施することができる。
【００６１】
［変形例］
なお、本発明は上述の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他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
【００６２】
圧力センサ１０を構成する各部材の材質は、上述の実施形態において例示した材料に限定されない。
また、第一基板３０の材質と第二基板４０の材質とを、本実施形態と逆にしてもよい。
この場合でも、圧力センサ１０を使用する温度範囲内において、可動電極２０の熱膨張係数が第一基板３０の熱膨張係数と第二基板４０の熱膨張係数との間の値となるので、第一基板３０および第二基板４０から可動電極２０に作用する力が相殺され、周囲温度変化によるダイアフラム部２３の外乱歪みが防止される。
【００６３】
また、第一基板３０にのみ検出電極３１が設けられた圧力センサ１０を例示したが、これに限らない。例えば、図１２に示すように、第一基板３０と第二基板４０のそれぞれに検出電極３１が設けられていてもよい。このような場合でも、上述の実施形態と同様の優れた作用効果を得ることができる。
【００６４】
［実施例］
以下に、実施例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
なお、実施例で使用したアルミノ珪酸系ガラスおよび硼珪酸系ガラスの温度による伸び率を、単結晶シリコンの伸び率を基準に示したグラフを、図９に示す。
【００６５】
図９の縦軸のΔ（ΔＬ／Ｌ０）のＬ０は、（２０℃の時の）試料の全長、ΔＬは、（２０℃の時の全長を基準とした場合の）温度による伸び量を示し、単結晶シリコンの温度による伸び率、との差を縦軸にしている。
図９において、室温と、二つの基板と可動電極を接合する際の温度（例えば、３００〜４５０℃）とを結んだ直線の傾きは、単結晶シリコンが０であるのに対し、アルミノ珪酸系ガラスおよび硼珪酸系ガラスはマイナス（右下がり）であることがわかる。
即ち、室温〜接合温度間では、単結晶シリコンに比べアルミノ珪酸系ガラス及び硼珪酸系ガラスの熱膨張係数は小さくなる。
【００６６】
また、物理量センサを使用する温度範囲（例えば、０〜１００℃）では、単結晶シリコンの熱膨張係数（図９において０℃と１００℃を結んだ直線の傾きは０）に対し、アルミノ珪酸系ガラスの熱膨張係数は小さく（図９において０℃と１００℃を結んだ直線の傾きはマイナス）、硼珪酸系ガラスの熱膨張係数は大きく（図９において０℃と１００℃を結んだ直線の傾きはプラス）なる。
【００６７】
［実施例１］
第一基板３０として、アルミノ珪酸系ガラス（ＨＯＹＡ  ＣＡＮＤＥＯ  ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製「ＳＤ２（商品名）」）を、第二基板４０として、硼珪酸系ガラス（コーニング社パイレックス（登録商標））を使用した。可動電極２０としては単結晶シリコンを使用し、周辺温度変化による歪みを低減させるためダイアフラム部２３の上面２３Ａを下面２３Ｂよりも小さく形成した。そして、上述の実施形態の製造方法により、大きさ：約３．６ｍｍ×３．６ｍｍ、ダイアフラム部２３の厚さ：約２７ミクロンの圧力センサ１０を製造した。
【００６８】
［比較例１］
第一基板３０および第二基板４０として、硼珪酸系ガラス（コーニング社パイレックス（登録商標））を使用した以外は、実施例１と同様にして圧力センサ１０を製造した。
なお、硼珪酸系ガラス（コーニング社パイレックス（登録商標））は、接合温度と室温との間における熱膨張係数が、可動電極２０の熱膨張係数よりも小さく、圧力センサ１０を使用する温度範囲内における熱膨張係数が、可動電極２０の熱膨張係数よりも大きい。
【００６９】
［比較例２］
第一基板３０および第二基板４０として、アルミノ珪酸系ガラス（ＨＯＹＡ  ＣＡＮＤＥＯ  ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製「ＳＤ２（商品名）」）を使用した以外は、実施例１と同様にして圧力センサ１０を製造した。
なお、アルミノ珪酸系ガラスは、接合温度と室温との間および圧力センサ１０を使用する温度範囲内における熱膨張係数が、可動電極２０の熱膨張係数よりも小さい。
【００７０】
［圧力センサの評価］
実施例１、比較例１，２で製造した圧力センサ１０について、使用温度範囲での圧力センサ１０のゼロ点温度特性およびスパン温度特性を評価した。
ゼロ点（印加圧力ゼロの時のセンサ出力）温度特性は、２０℃における圧力センサ１０のゼロ点と温度変化させたときの圧力センサ１０のゼロ点の差を、２０℃における圧力センサ１０のスパン（定格圧力（５ｋＰａ）印加時のセンサ出力と印加圧力ゼロの時のセンサ出力との差）に対する百分率（ゼロ点変化率、％）で評価した。
スパン（定格圧力印加時のセンサ出力と印加圧力ゼロの時のセンサ出力との差）温度特性は、２０℃における圧力センサ１０のスパンと温度変化させた時の圧力センサ１０のスパンの差を、２０℃における圧力センサ１０のスパンに対する百分率（スパン変化率、％）で評価した。
【００７１】
実施例１、比較例１，２の圧力センサ１０のゼロ点温度特性を図１０に、スパン温度特性を図１１に示す。
図１０から、実施例１、比較例１，２の圧力センサ１０は、いずれもゼロ点変化率が低く、ダイアフラム部２３の撓みが防止され、温度外乱歪みが軽減されていることがわかる。
図１１から、実施例１の圧力センサ１０では、周囲に温度変化があった場合でも、第一基板３０および第二基板４０から可動電極２０に作用する力が相殺され、ダイアフラム部２３の外乱歪みが防止できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、温度外乱歪みが低減され、高感度かつ小型で安価な物理量センサ、および、その製造方法として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧力センサの断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る第１および第２の基板と可動電極の陽極接合前の平面図および断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る積層工程および電圧印加工程における積層ウェーハの概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る回路形成工程および切断工程における積層ウェーハの平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る回路形成工程および切断工程における積層ウェーハの断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る圧力センサの断面図である。
【図８】モーメントによるダイアフラム部の変形を説明するための図である。
【図９】本発明に係る実施例の圧力センサに使用したアルミノ珪酸系ガラスおよび硼珪酸系ガラスの温度による伸び率を、単結晶シリコンの温度による伸び率を基準に示したグラフである。
【図１０】本発明に係る実施例の圧力センサのゼロ点温度特性を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る実施例の圧力センサのスパン温度特性を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施形態に係る変形例の圧力センサを示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０      圧力センサ
２０      可動電極
２３      ダイアフラム部
３０      第一基板
３１      検出電極
４０      第二基板
７０      ダイアフラムウェーハ
８０      第一基板ウェーハ
８３      接合用電極
８７      切断線
９０      第二基板ウェーハ
【図１】
2009250874.tif 000003
【図２】
2009250874.tif 000004
【図３】
2009250874.tif 000005
【図４】
2009250874.tif 000006
【図５】
2009250874.tif 000007
【図６】
2009250874.tif 000008
【図７】
2009250874.tif 000009
【図８】
2009250874.tif 000010
【図９】
2009250874.tif 000011
【図１０】
2009250874.tif 000012
【図１１】
2009250874.tif 000013
【図１２】
2009250874.tif 000014