DE10230166A1

DE10230166A1 - Elektrischer Kapazitätsdrucksensor mit einer Elektrode mit fester Fläche und Herstellungsverfahren davon

Info

Publication number: DE10230166A1
Application number: DE10230166A
Authority: DE
Inventors: Yasutoshi Suzuki; Seiichiro Ishio; Tetsuo Fujii; Keiichi Shimaoka; Hirofumi Funahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2003-01-16
Also published as: US20030005774A1; JP2003021565A; US6584852B2; JP4296728B2

Abstract

Ein elektrischer Kapazitätsdrucksensor besitzt eine untere Elektrode, eine bewegliche Elektrode und eine obere Elektrode. Ein erster Hohlraumabschnitt (61) ist zwischen der unteren Elektrode und der beweglichen Elektrode gebildet. Ein zweiter Hohlraumabschnitt (62) ist zwischen der oberen Elektrode und der beweglichen Elektrode gebildet. Das Substrat besitzt einen Öffnungsabschnitt (11), welcher das Substrat von der ersten Oberfläche bis zu der zweiten Oberfläche davon durchdringt. Die untere Elektrode besitzt wenigstens einen ersten Fensterabschnitt (31), welcher die untere Elektrode von der Seite des Substrats bis zu der Seite des ersten Hohlraumabschnitts durchdringt und den Hohlraumabschnitt mit dem Öffnungsabschnitt des Substrats in Verbindung setzt. Die obere Elektrode besitzt wenigstens einen zweiten Fensterabschnitt (51), welcher die obere Elektrode von der Seite des Hohlraumabschnitts bis zu der Außenseite davon durchdringt, um den Hohlraumabschnitt mit der Außenseite in Verbindung zu setzen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drucksensoren und insbesondere auf einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor und ein Herstellungsverfahren davon.
Die JP-A-2000-214035 offenbart einen herkömmlichen elektrischen Kapazitätsdrucksensor, wobei in Fig. 15 eine Querschnittsansicht davon dargestellt ist. Der Drucksensor enthält ein Substrat 10, einen Kapazitätsänderungsabschnitt 800, welcher einen Kapazitätswert davon auf der Grundlage eines angelegten Drucks ändert, und einen Bezugsabschnitt 900, welcher einen Kapazitätswert davon minimal ändert.
Der Kapazitätsänderungsabschnitt 800 besitzt eine auf einer Seite des Substrats 10 gebildete erste untere Elektrode 830, eine erste bewegliche Elektrode (erste obere Elektrode) 840, welche ein Diaphragma bildet, einen zwischen der ersten unteren Elektrode 830 und der ersten beweglichen Elektrode 840 gebildeten Hohlraumabschnitt 861 und einen Öffnungsabschnitt 11. Die erste bewegliche Elektrode 840 ist auf dem Substrat 10 derart gebildet, daß sie von der ersten unteren Elektrode 830 getrennt ist. Der Hohlraumabschnitt 861 wird durch Ätzen einer Opferschicht gebildet, die zwischen der ersten unteren Elektrode 830 und der ersten beweglichen Elektrode 840 gebildet wird. Der Öffnungsabschnitt 11 wird durch Ätzen des Substrats von der anderen Seite davon gebildet und steht mit dem Hohlraumabschnitt 861 in Verbindung.
Der Bezugsabschnitt 900 besitzt ebenfalls eine auf der Oberfläche des Substrats 10 gebildete zweite untere Elektrode 930 und eine auf der zweiten unteren Elektrode 930 durch eine Isolierschicht 920 gebildete zweite obere Elektrode 940 gegenüberliegend der zweiten unteren Schicht 930.
Bei dem Drucksensor wird die bewegliche Elektrode 840 auf der Grundlage einer Druckdifferenz (P1-P2) zwischen einem an die bewegliche Elektroden 840 auf der Seite des Hohlraumabschnitts 861 angelegten Druck P1 und einem an die bewegliche Elektrode 840 auf der Seite einer gegenüberliegenden Seite davon angelegten Druck P2. Daher wird eine Änderung einer elektrischen Kapazität, die durch die untere Elektrode 830 und die bewegliche Elektrode 840 gebildet wird, auf der Grundlage einer Differenz zwischen Ausgängen des Kapazitätsänderungsabschnitts 800 und des Bezugsabschnitts 900 erfaßt.
Bei dem in Fig. 15 dargestellten Drucksensor wird der Hohlraumabschnitt 861 durch Ätzen der Opferschicht durch Gießen einer Ätzflüssigkeit durch den Öffnungsabschnitt 11 nach dem Bilden des Öffnungsabschnitts 11 durch Ätzen des Substrats 10 und der in dem Substrat 10 gebildeten unteren Elektrode 830 gebildet. Daher wird eine Oberfläche der unteren Elektrode 830 entfernt, auf welche die Ätzflüssigkeit gegossen wird. Dementsprechend verringert sich eine Fläche der unteren Elektrode 830, und es verringert sich ebenfalls die elektrische Kapazität. Als Ergebnis verringert sich die Empfindlichkeit des Drucksensors.
Des weiteren ist die Ausgangscharakteristik des Drucksensors in Fig. 16 dargestellt. Fig. 16 stellt die Kapazitätswertänderung ΔC1 des Kapazitätsänderungsabschnitts 800 und die Kapazitätswertänderung ΔC2 des Bezugsabschnitts 900 dar, wenn der Druck P1 fest ist und der Druck P2 erhöht wird. Wie in Fig. 16 dargestellt ist der Kapazitätswert ΔC2 sogar dann fest, wenn der Druck P1 sich ändert, während sich der Kapazitätswert ΔC1 ändert, wenn der Druck C1 geändert wird, da sich die Lücke zwischen der beweglichen Elektrode 840 und der ersten unteren Elektrode 830 verringert.
Jedoch erzeugt die Charakteristik einer Ausgangsdifferenz (ΔC1-ΔC2) zwischen dem Kapazitätswert ΔC1 und dem Kapazitätswert ΔC2 zu dem angelegten Druck P1, P2 konkave graphische Ergebnisse, da die Deformationscharakteristik der beweglichen Elektrode 840 relativ zu dem angelegten Druck P1, P2 nicht linear ist. Dementsprechend ist die Genauigkeit des Drucksensors verringert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Drucksensor und ein Herstellungsverfahren davon zu schaffen, wobei die obigen Schwierigkeiten vermieden werden können.

Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines elektrischen Drucksensors zu schaffen, wobei eine Minimierung der Verringerung der Empfindlichkeit des Sensors erzielt werden kann.

Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Drucksensor zu schaffen, bei welchem eine hohe Genauigkeit, erlangt werden kann.

Bei einem elektrischen Kapazitätsdrucksensor der vorliegenden Erfindung ist eine untere Elektrode (30) auf einer ersten Oberfläche eines Substrats gebildet. Das Substrat besitzt einen Öffnungsabschnitt (11), welcher das Substrat von der ersten Oberfläche bis zu der zweiten Oberfläche durchdringt. Ebenfalls besitzt die untere Elektrode wenigstens einen Fensterabschnitt (31), welcher die untere Elektrode von der Seite des Substrats bis zu der Seite eines Hohlraumabschnitts durchdringt und wobei der Hohlraumabschnitt mit dem Öffnungsabschnitt des Substrats in Verbindung steht.

Bei dem Drucksensor der vorliegenden Erfindung kann wenigstens ein Fensterabschnitt in der unteren Elektrode durch den Öffnungsabschnitt des Substrats gebildet werden. Daher wird eine zwischen der unteren Elektrode und einer beweglichen Elektrode gebildete Opferschicht durch den wengistens einen Fensterabschnitt und den Öffnungsabschnitt entfernt. Da es in diesem Fall unnötig ist, einen Teil der unteren Elektrode zu entfernen, wird eine Verringerung der Elektrodenfläche minimiert. Dementsprechend ist es möglich, einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor zu schaffen, welcher zum Verringern der Empfindlichkeit davon geeignet ist.

Der Drucksensor besitzt alternativ ein auf der unteren Elektrode auf der Seite des Öffnungsabschnitts des Substrats gebildetes Abdeckungsteil (80). Das Abdeckungsteil (80) bedeckt den wengistens einen Fensterabschnitt, um den Hohlraumabschnitt von einer Außenseite davon zu trennen und eine Bezugsdruckkammer durch den Hohlraumabschnitt zu bilden.

Dementsprechend ist der Hohlraumabschnitt von einer Außenseite des Drucksensors getrennt und bildet eine Bezugsdruckkammer. Daher kann ein Absolutdrucksensor konstruiert werden.

In diesem Fall wird der wenigstens eine Fensterabschnitt vorzugsweise diagonal bezüglich einer senkrechten Richtung der unteren Elektrode gebildet. Wenigstens ein Teil mit einem großen Durchmesser (81), welches einen Durchmesser besitzt, der größer als derjenige des Fensterabschnitts ist, kann alternativ den Fensterabschnitt bedecken. Beispielsweise kann das wenigstens eine Teil mit großem Durchmesser ein Kugelteil oder ein Teil mit einem kreisförmigen Zylinder sein.

Ebenfalls ist bei einem elektrischen Kapazitätsdrucksensor der vorliegenden Erfindung eine obere Elektrode (50) auf der beweglichen Elektrode gebildet und ist um einen vorbestimmten Abstand von der beweglichen Elektrode getrennt. Ein zweiter Hohlraumabschnitt (62) ist zwischen der oberen Elektrode und der beweglichen Elektrode gebildet, um eine zweite elektrische Kapazität zu bilden, welche auf einen zweiten Kapazitätswert davon geändert wird, wenn die bewegliche Elektrode sich auf der Grundlage einer Druckdifferenz zwischen beiden Seiten davon deformiert. Die obere Elektrode besitzt wenigstens einen zweiten Fensterabschnitt (51), welcher die untere Elektrode von der Seite des zweiten Hohlraumabschnitts bis zu der Außenseite davon durchdringt, so daß der zweite Hohlraumabschnitt mit der Außenseite in Verbindung steht.

Der Drucksensor erfaßt einen relativen Druck zwischen Drücken des ersten Hohlraumabschnitts und des zweiten Hohlraumabschnitts. Der wenigstens eine zweite Fensterabschnitt ist in der oberen Elektrode ebenso wie der wenigstens eine erste Fensterabschnitt in der unteren Elektrode gebildet. Daher wird eine zwischen der beweglichen Elektrode und der oberen Elektrode gebildete zweite Opferschicht durch den wenigstens einen zweiten Fensterabschnitt entfernt. Dementsprechend ist es möglich, einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor zu schaffen, welcher zum Minimieren einer Verringerung der Empfindlichkeit davon geeignet ist. Die Ausgangscharakteristik des Drucksensors besitzt eine gute Linearität.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren verständlich, wobei:
Fig. 1 eine Vorderansicht zeigt, welche einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang Linie 2-2 von Fig. 1 darstellt;
Fig. 3A-3D Querschnittsansichten zeigen, welche den Herstellungsprozeß des elektrischen Kapazitätsdrucksensors der ersten Ausführungsform darstellen;
Fig. 4A-4D Querschnitte zeigen, welche zusätzliche Ansichten des Herstellungsprozesses des elektrischen Kapazitätsdrucksensors folgend auf Fig. 3D darstellen;
Fig. 5A-5C Querschnittsansichten zeigen, welche zusätzliche Ansichten des Herstellungsprozesses des elektrischen Kapazitätsdrucksensors folgend auf Fig. 4D darstellen;
Fig. 6A und 6B Querschnittsansichten zeigen, welche den Betrieb des elektrischen Kapazitätsdrucksensors der ersten Ausführungsform darstellen;
Fig. 7 einen Graphen zeigt, welcher eine Beziehung zwischen dem an dem elektrischen Kapazitätsdrucksensor angelegten Druck und der Änderung der elektrischen Kapazität bei der ersten Ausführungsform darstellt;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht zeigt, welche einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor einer zweiten Ausführungsform darstellt;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht zeigt, welche einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor einer dritten Ausführungsform darstellt;
Fig. 10A und 10B Querschnittsansichten zeigen, welche den Herstellungsprozeß des elektrischen Kapazitätsdrucksensors der dritten Ausführungsform darstellen;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht zeigt, welche einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor einer vierten Ausführungsform darstellt;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht zeigt, welche einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor einer fünften Ausführungsform darstellt;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht zeigt, welche einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor einer sechsten Ausführungsform darstellt; und
Fig. 14 eine Querschnittsansicht zeigt, welche einen modifizierten elektrischen Kapazitätsdrucksensor der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 15 eine Querschnittsansicht zeigt, welche einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor nach dem Stand der Technik darstellt; und
Fig. 16 einen Graphen zeigt, welcher eine Beziehung entsprechend dem Stand der Technik zwischen dem an den elektrischen Kapazitätsdrucksensor angelegten Druck und einer Änderung der elektrischen Kapazität darstellt.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben, welche in den Figuren dargestellt sind.

Erste Ausführungsform

Entsprechend Fig. 1A-1C ist ein elektrischer Kapazitätsdrucksensor (Drucksensor) S1 auf einem Substrat 10 hergestellt. Das Substrat 10 ist beispielsweise ein Halbleitersubstrat wie Polysilizium und besitzt eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche. Viele Arten von Schichten, Elektroden und dergleichen sind auf der ersten Oberfläche gebildet. Ein Öffnungsabschnitt 11 ist in dem Substrat 10 derart gebildet, daß eine Durchdringung von der zweiten Oberfläche bis zu der ersten Oberfläche in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 10 vorliegt. Der Öffnungsabschnitt 11 ist auf der zweiten Oberfläche rechtwinklig geformt, was durch die entsprechende gestrichelte Linie in Fig. 1 angezeigt wird, und wird für einen Druckeinführungspfad verwendet.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist eine erste Isolierschicht 20, welche auf einer Siliziumnitridschicht oder dergleichen hergestellt ist, auf der ersten Oberfläche des Substrats 10 gebildet. Die erste Isolierschicht 20 bedeckt die erste Oberfläche des Substrats 10. Eine untere Elektrode 30 ist auf der ersten Isolierschicht 20 gebildet, um den Öffnungsabschnitt 11 zu bedecken.
Bei dieser Ausführungsform wird die untere Elektrode 30 in einer rechtwinkligen Form auf der ersten Oberfläche wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellt gebildet und wird von einem Randabschnitt des Öffnungsabschnitts 11 getragen. Die untere Elektrode 30 ist beispielsweise aus Polysilizium gebildet, in welches Bor (Verunreinigungen) dotiert und eindiffundiert ist, um das Merkmal einer hohen Leitfähigkeit zu erzielen. Die untere Elektrode 30 ist elektrisch von dem Substrat 10 durch die erste Isolierschicht 20 isoliert.
Eine Mehrzahl von Fensterabschnitten (ersten geätzten Fenstern) 31 ist auf einem Teil der unteren Elektrode 30 auf dem Öffnungsabschnitt 11 positioniert gebildet, so daß eine Durchdringung in einer Richtung senkrecht zu der unteren Elektrode 30 erzielt wird. Die Fensterabschnitte 31 sind in einer matrixähnlichen oder maschenähnlichen Form angeordnet. Die jeweiligen Durchmesser der Fensterabschnitte 31 können beispielsweise wenigstens etwa 0,5 µm betragen.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist eine zweite Isolierschicht 41, welche aus einer Siliziumnitridschicht oder dergleichen hergestellt wird, auf der unteren Elektrode 30 und der an dem Rand der unteren Elektrode 30 gebildeten ersten Isolierschicht gebildet. Die zweite Isolierschicht 41 ist um einen vorbestimmten Abstand von der auf dem Öffnungsabschnitt 1 positionierten unteren Elektrode 30 getrennt.
Eine Zwischenelektrode 42 ist auf der über dem Öffnungsabschnitt 11 positionierten zweiten Isolierschicht 41 gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist die Zwischenelektrode 42 auf der ersten Oberfläche wie durch die gestrichelte Linie dargestellt rechtwinklig geformt. Die Zwischenelektrode 42 ist beispielsweise aus Polysilizium gebildet, in welches Bor (Verunreinigungen) dotiert und eindiffundiert ist, um das Merkmal einer hohen Leitfähigkeit zu erzielen. Die Zwischenelektrode 42 ist von der unteren Elektrode 30 durch die zweite Isolierschicht 41 elektrisch isoliert.
Eine dritte Isolierschicht 43, welche aus einer Siliziumnitridschicht oder dergleichen hergestellt wird, ist auf der Zwischenelektrode 42 und der an dem Rand der Zwischenelektrode 42 gebildeten zweiten Isolierschicht 41 gebildet.
Dementsprechend ist eine dreischichtige Konstruktion der zweiten Isolierschicht 41, der Zwischenschicht 42 und der dritten Isolierschicht 43 auf der auf dem Öffnungsabschnitt 11 positionierten unteren Elektrode 30 gebildet. Die dreischichtige Konstruktion bildet somit eine bewegliche Elektrode 40 oder ein Diaphragma, an welches Druck angelegt werden kann.
Eine obere Elektrode 50 ist auf der dritten Isolierschicht 43 auf den Öffnungsschnitt 11 (d. h. auf der beweglichen Elektrode 40) gebildet und um einen vorbestimmten Abstand von der Elektrode 40 getrennt. Die obere Elektrode 50 ist beispielsweise aus Polysilizium gebildet, in welches Bor (Verunreinigungen) dotiert und eindiffundiert ist, um das Merkmal einer hohen Leitfähigkeit zu erzielen. Die obere Elektrode 50 ist von der Zwischenelektrode 40 durch die dritte Isolierschicht 42 elektrisch isoliert.
Eine Mehrzahl von Fensterabschnitten (zweiten geätzten Fenstern) 51 ist auf einem Teil der auf dem Öffnungsabschnitt 11 positionierten oberen Elektrode 50 gebildet, so daß eine Durchdringung in einer Richtung senkrecht zu der unteren Elektrode 30 erzielt wird. Die Fensterabschnitte 51 sind in einer matrixähnlichen Form wie die Fensterabschnitte 31 der unteren Elektrode 30 angeordnet. Jeweilige Durchmesser der Fensterabschnitte 31 können beispielsweise wenigstens etwa 0,5 µm betragen.
Bei dieser Konstruktion ist ein erster Hohlraumabschnitt 61 zwischen der unteren Elektrode und der beweglichen Elektrode 40 gebildet, und es ist ein zweiter Hohlraumabschnitt 62 zwischen der beweglichen Elektrode 40 und der oberen Elektrode 50 gebildet.
Der in dem Substrat 10 gebildete Öffnungsabschnitt 11 bildet eine Durchdringung von einer Außenseite der zweiten Oberfläche des Substrats 10 zu der ersten Oberfläche davon und steht mit dem ersten Hohlraumabschnitt 61 über die ersten Fensterabschnitte 31 der unteren Elektrode 30 in Verbindung. Des weiteren steht die Außenseite der oberen Elektrode 50 mit dem zweiten Hohlraumabschnitt 62 über die zweiten Fensterabschnitte 51 in Verbindung.
In der vorbestimmten Position der ersten Oberfläche des Substrats 10 sind ein unterer Elektrodenanschluß 50 zum elektrischen Kontaktieren der unteren Elektrode 30, ein Zwischenelektrodenanschluß 45 zum elektrischen Kontaktieren der Zwischenelektrode 42 der beweglichen Elektrode 40 und ein oberer Elektrodenanschluß 55 zum elektrischen Kontaktieren der oberen Elektrode 50 jeweils auf der dritten Isolierschicht 43 gebildet. Der untere Elektrodenanschluß 35 ist elektrisch mit der unteren Elektrode 30 durch eine Öffnung verbunden, welche in den zweiten und dritten Isolierschichten 41, 43 auf einem Erstreckungsabschnitt 34 von der unteren Elektrode 30 gebildet ist. Der Zwischenelektrodenanschluß 45 ist elektrisch mit der Zwischenelektrode 42 durch eine Öffnung verbunden, welche in der dritten Isolierschicht 43 auf einem Erstreckungsabschnitt 44 von der Zwischenelektrode 42 aus gebildet ist. Der obere Elektrodenanschluß 55 ist elektrisch mit der oberen Elektrode 50 verbunden. Die jeweiligen Elektrodenanschlüsse 35, 45, 55 sind aus Aluminium oder dergleichen gebildet.
Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist eine Passivierungsschicht 70, welche eine Siliziumnitridschicht oder dergleichen ist, auf den jeweiligen Elektrodenanschlüssen 35, 45, 55 und dem Rand der dritten Isolierschicht 43 der oberen Elektrode 50 gebildet, um sie zu bedecken.
Ein Herstellungsprozeß des Drucksensors S1 der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf Fig. 3-5 beschrieben, welche Querschnittsansichten eines Teils des Drucksensors 1 entsprechend Fig. 2 darstellen.
Entsprechend Fig. 3A wird zuerst die untere Elektrode 30 auf der ersten Oberfläche des Substrats 10 gebildet. Insbesondere wird die aus Siliziumnitrid gebildete erste Isolierschicht 20 mit einer Dicke von etwa 100 µm über der gesamten ersten Oberfläche des Substrats 10 durch CVD unter geringem Druck gebildet. Die aus Polysilizium mit einer Dicke von beispielsweise 200-500 µm gebildete untere Elektrode 30 wird danach durch CVD unter geringem Druck gebildet.
Als nächstes wird Bor als Verunreinigung in die untere Elektrode 31 mit einer hohen Konzentration außer mehreren Teilen der unteren Elektrode 31 eindiffundiert, in welcher die Fensterabschnitte 31 zu bilden sind, wodurch das Merkmal einer hohen Leitfähigkeit und eine Beständigkeit gegenüber einer alkalischen Ätzflüssigkeit erzielt werden. Übrigens bezeichnet Bezugszeichen 30a das Gebiet, in welchem die Verunreinigungen nicht diffundieren, und Bezugszeichen 30b bezeichnet das Gebiet, in welchem die Verunreinigungen diffundieren.
Entsprechend Fig. 3B wird eine erste Opferschicht 61a auf einem Teil der unteren Elektrode 30 gebildet, wo die bewegliche Elektrode 40 zu bilden ist, d. h. wo der Druck aufzubringen ist. Beispielsweise wird die aus Siliziumoxid mit einer Dicke von etwa 200 nm gebildete erste Opferschicht 61a auf dem Teil der unteren Elektrode 30 durch Plasma-CVD gebildet.
Als nächstes wird ein Bildungsprozeß einer beweglichen Elektrode durchgeführt, bei welchem die bewegliche Elektrode 40 auf der ersten Opferschicht 61a gebildet wird. Beispielsweise wird die aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von etwa 200 nm gebildete zweite Isolierschicht 41 zur Bedeckung der ersten Opferschicht 61a durch CVD unter geringem Druck gebildet.
Entsprechend Fig. 3C wird die aus Polysilizium mit einer Dicke von beispielsweise etwa 200 nm gebildete Zwischenelektrode 42 auf der zweiten Isolierschicht 41 zur Bedeckung der ersten Opferschicht 61a durch CVD unter geringem Druck gebildet. Des weiteren wird Bor als Verunreinigung in die Zwischenelektrode 42 mit einer hohen Konzentration eindiffundiert, wodurch eine hohe Leitfähigkeit erzielt wird. Die aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von beispielsweise etwa 200 nm gebildete dritte Isolierschicht 43 wird zur Bedeckung der Zwischenelektrode 43 durch CVD unter geringem Druck gebildet. Auf diese Weise wird die bewegliche Elektrode 40 fertiggestellt.
Entsprechend Fig. 3D wird eine zweite Opferschicht 62a auf der beweglichen Elektrode 40 gebildet, wo Druck anzulegen ist.. Beispielsweise wird die aus Siliziumoxid mit einer Dicke von etwa 200 nm hergestellte zweite Opferschicht 62a auf dem Teil der beweglichen Elektrode 40 durch Plasma-CVD gebildet.
Als nächstes wird ein Bildungsprozeß einer oberen Elektrode durchgeführt, bei welchem die obere Elektrode 50 auf der zweiten Opferschicht 62a gebildet wird. Beispielsweise wird die aus Polysilizium mit einer Dicke von etwa 200 nm bis 500 nm hergestellte obere Elektrode 50 zur Bedeckung der zweiten Opferschicht 62a durch CVD unter geringem Druck gebildet.
Als nächstes wird Bor als Verunreinigung in die obere Elektrode 50 mit einer hohen Konzentration außer für mehrere Teile der oberen Elektrode 50 eindiffundiert, auf welcher die Fensterabschnitte 51 zu bilden sind, wodurch das Merkmal einer hohen Leitfähigkeit und eine Beständigkeit gegenüber einer alkalischen Ätzflüssigkeit erzielt wird. Übrigens bezeichnet Bezugszeichen 50a das Gebiet, in welchem Verunreinigungen nicht diffundieren, und Bezugszeichen 50b bezeichnet das Gebiet, in welchem Verunreinigungen diffundieren.
Entsprechend Fig. 4A wird der Öffnungsabschnitt 11 durch Ätzen des Substrats 10 von der zweiten Oberfläche aus gebildet. Insbesondere wird eine aus Siliziumoxid hergestellte Schutzschicht 12 auf der zweiten Oberfläche durch Plasma-CVD gebildet. Ein Teil der Schutzschicht 12 entsprechend dem Öffnungsabschnitt 11 wird danach durch Ätzen entfernt, wodurch eine Öffnung darin gebildet wird.
Das Substrat 10 mit der Schutzschicht 12 wird in eine alkalische Ätzflüssigkeit (beispielsweise eine Kaliumhydroxidlösung, Tetramethylammoniumhydroxid oder dergleichen) eingetaucht, um das Substrat 10 von der Öffnung der Schutzschicht 12 aus anisotrop zu ätzen. Beim Ätzen wird es bevorzugt, die Seite der ersten Oberfläche des Substrats 10 von der Ätzflüssigkeit aus zu schützen.
Entsprechend Fig. 4B wird die von dem entfernten Abschnitt des Substrats 10 aus bloßgelegte erste Isolierschicht 20 einer Lösung einer HF-Serie entfernt, wodurch der Öffnungsabschnitt 11 gebildet wird, welcher für einen Druckeinführungsgrad verwendet wird.
Entsprechend Fig. 4C werden Fensterabschnitte 31 in der unteren Elektrode 30 gebildet, um sie zu durchdringen und die erste Opferschicht 61a zu erreichen. Gleichzeitig werden die Fensterabschnitte 51 in der oberen Elektrode 50 gebildet, um sie zu durchdringen und die zweite Opferschicht 62a zu erreichen.
Beispielsweise wird das Substrat 10 nach Fig. 4D in eine alkalische Ätzflüssigkeit eingetaucht. Daher werden die Fensterabschnitte 31, 51 in der unteren Elektrode 30 bzw. der oberen Elektrode 50 gebildet.
Entsprechend Fig. 4D werden die ersten und zweiten Opferschichten 61a, 62a durch Ätzen von den mehreren Fensterabschnitten 31, 51 der unteren und oberen Elektroden 30, 50 aus entfernt, wodurch die ersten und zweiten Hohlraumabschnitte 61, 62 gebildet werden. Beispielsweise wird eine Lösung einer HF-Serie für das Ätzen der ersten und zweiten Opferschichten 61a, 62a verwendet.
Entsprechend Fig. 5A wird die Schutzschicht 12 durch Ätzen entfernt. Des weiteren werden ein Kontaktloch 45a für einen Anschluß an die Zwischenelektrode 40 und ein Kontaktloch 34a für einen Anschluß an die untere Elektrode 30 gebildet. D. h., ein Teil der zweiten Isolierschicht 41, welcher mit der Zwischenelektrode 40 zu verbinden ist, und ein Teil der zweiten und dritten Isolierschichten 41, 43, welche mit der unteren Elektrode 30 zu verbinden sind, werden entfernt.
Entsprechend Fig. 5B wird eine Aluminiumschicht gebildet und strukturiert, wodurch der untere Elektrodenanschluß 35, der Zwischenelektrodenanschluß 45 und der obere Elektrodenanschluß 55 (Fig. 1) gebildet werden.
Entsprechend Fig. 5C wird eine aus Siliziumnitrid hergestellte Passivierungsschicht 70 durch Plasma-CVD gebildet. Auf diese Weise wird der Drucksensor S1 der vorliegenden Ausführungsform fertiggestellt.
Als nächstes wird ein Auslösen des Drucksensors S1 beschrieben. Wie in Fig. 6A und 6B dargestellt wird eine erste elektrische Kapazität C1 zwischen der beweglichen Elektrode 40 und der unteren Elektrode 30 gebildet, und es wird eine zweite elektrische Kapazität C2 zwischen der beweglichen Elektrode 40 und der oberen Elektrode 50 gebildet.
Der Druck P1 auf der Seite der zweiten Oberfläche des Substrats 10 wird in dem ersten Hohlraumabschnitt 61 durch den Öffnungsabschnitt 11 und den Sensorabschnitt 31 der unteren Elektrode 30 eingeführt. Der Druck P2 auf der Seite der ersten Oberfläche des Substrats 10 wird in den zweiten Hohlraumabschnitt 62 durch den Fensterabschnitt 51 der oberen Elektrode 50 eingeführt.
Die bewegliche Elektrode 40 wird auf der Grundlage der Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Hohlraumabschnitten 61, 62 deformiert. Kapazitivwerte der ersten und zweiten elektrischen Kapazitäten C1, C2 ändern sich entsprechend der Deformierung der beweglichen Elektrode 40. Daher kann eine Druckdifferenz (P1-P2) zwischen dem Druck P1 und dem Druck P2 auf der Grundlage der Kapazitätsdifferenz (C1-C2) zwischen den ersten und zweiten elektrischen Kapazitäten C1, C2 erfaßt werden. D. h., der Drucksensor S1 der vorliegenden Ausführungsform erfaßt einen relativen Druck auf der Grundlage der Druckdifferenz (P1-P2).
Dabei ist wie in Fig. 6A dargestellt der erste elektrische Kapazitätswert C1 gleich dem zweiten elektrischen Kapazitätswert C2, wenn der Druck C1 gleich dem Druck C2 und die Druckdifferenz (P1-P2) gleich Null ist. Wie in Fig. 6B dargestellt ändern sich ebenfalls der erste elektrische Kapazitätswert C1+ΔC1, und es ändert sich der zweite elektrische Kapazitätswert C2+ΔC2, wenn der Druck P1 größer als der Druck P2 ist.
Wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 7 dargestellt erhöht sich beispielsweise die Änderung der ersten elektrischen Kapazität ΔC1 im Ansprechen auf ein Erhöhen des Drucks P2, da sich die Lücke zwischen der unteren und der Zwischenelektrode 30, 40 verringert, wenn der Druck P1 fest ist und der Druck P2 erhöht wird. Demgegenüber verringert sich wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 7 dargestellt die zweite elektrische Kapazität ΔC2 im Ansprechen auf das Erhöhen des Drucks P2, da sich die Lücke zwischen der Zwischen- und der oberen Elektrode 40, 50 erhöht.
Mit anderen Worten, die Charakteristik der ersten elektrischen Kapazität bezüglich des Drucks ist negativ nicht linear, und diejenige der zweiten elektrischen Kapazität zu dem Druck ist positiv nicht linear. Dementsprechend gibt der Drucksensor der vorliegenden Ausführungsform die Kapazitätsdifferenz zwischen den ersten und zweiten elektrischen Kapazitäten aus. Als Ergebnis erhöht sich der Wert der elektrischen Kapazität im Ansprechen auf den Druck, und wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 7 dargestellt besitzt die Ausgangscharakteristik (ΔC1-ΔC2) eine gute Linearität. Des weiteren werden die Kapazitätswertänderungen der ersten und zweiten elektrischen Kapazitäten auf der Grundlage der Temperaturänderung ausgeglichen.
Entsprechend dem vorliegenden Drucksensor S1 ist es möglich, einen Grad der Genauigkeit zu erzielen, welcher größer als derjenige bei herkömmlichen Drucksensoren ist.
Des weiteren werden bei dem vorliegenden Drucksensor S1 die ersten und zweiten Hohlraumprozesse 61, 62 durch Ätzen der Opferschichten 61a, 62a gebildet, welche zwischen der unteren Elektrode 30 oder der oberen Elektrode 50 und der Zwischenelektrode 40 vorhanden sind. Damit die ersten und zweiten Hohlraumabschnitte 61, 62 mit der Außenseite davon durch die ersten und zweiten Fensterabschnitte 31, 51 in Verbindung stehen, werden ebenfalls die unteren und oberen Elektroden 30, 50 aus einem Material hergestellt, welches der Ätzflüssigkeit der ersten und zweiten Opferschichten 61a, 62a (alkalische Ätzflüssigkeit) widerstehen kann.
Daher ist es möglich, die ersten und zweiten Opferschichten 61a, 62a durch die mehreren Fensterabschnitte 31, 51 als Pfade der Ätzflüssigkeit ohne Ätzen der unteren und oberen Elektroden 30, 50 zu ätzen.
Da es dementsprechend unnötig ist, einen Teil der unteren und oberen Elektroden 30, 50 durch die Ätzflüssigkeit zu entfernen, wird ein Verringern einer Elektrodenfläche minimiert, ist es möglich, einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor zu schaffen, welcher zum Steuern eines Verringerns der Empfindlichkeit davon geeignet ist. Ebenfalls ist eine Anordnung und Form davon unter Berücksichtigung einer Entfernungsfläche nicht beschränkt, da die unteren und oberen Elektroden 30, 50 nicht entfernt werden.

Zweite Ausführungsform

Bei der in Fig. 8 dargestellten zweiten Ausführungsform besitzt ein elektrischer Kapazitätsdrucksensor (Drucksensor) S2 bezüglich der ersten Ausführungsform eine unterschiedliche Konstruktion. Wie in Fig. 8 dargestellt, ist bei dieser Ausführungsform der Drucksensor S2 bezüglich dem Drucksensor S1 der ersten Ausführungsform modifiziert.
Die obere Elektrode 50 und der obere Elektrodenanschluß 55 sind bei der ersten Ausführungsform gebildet, und bei dem Drucksensor S2 ist eine Passivierungsschicht 70 zur Bedeckung der gesamten Oberfläche des Substrats 10 bezüglich der jeweiligen Elemente gebildet.
Der Drucksensor S2 enthält eine erste Isolierschicht 20, eine untere Elektrode 30 mit mehreren Fensterabschnitten (geätzten Fenstern) 31, einen Hohlraumabschnitt 61, eine zweite Isolierschicht 41, eine Zwischenelektrode 42, eine dritte Isolierschicht 43, einen unteren Elektrodenabschnitt 35, einen beweglichen Elektrodenanschluß 45 und eine Passivierungsschicht 70.
Der Drucksensor S2 wird üblicherweise unter Verwendung derselben Prozesse wie die erste Ausführungsform hergestellt. Die Herstellung des Drucksensors S2 wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 5 beschrieben.
Wie bei der ersten Ausführungsform werden ein Bildungsprozeß einer unteren Elektrode (Fig. 3A) zur Bildung der unteren Elektrode 30 auf einer ersten Oberfläche eines Substrats 10, ein Bildungsprozeß einer Opferschicht (Fig. 3B) zur Bildung einer Opferschicht 61a auf der unteren Elektrode 30 und ein Bildungsprozeß einer beweglichen Elektrode (Fig. 3C) zur Bildung der beweglichen Elektrode 40 durchgeführt.
Darauffolgend wird ein Bildungsprozeß eines Öffnungsabschnitts (Fig. 4A, 4B) zur Bildung eines Öffnungsabschnitts 11 in dem Substrat 10 und ein Bildungsprozeß von Fensterabschnitten (Fig. 4C) zur Bildung von mehreren Fensterabschnitten 31 durchgeführt, welche die untere Elektrode 30 durchdringen und die Opferschicht 61a erreichen. D. h., es wird der Bildungsprozeß der oberen Elektrode zur Bildung der oberen Elektrode 50 entsprechend der ersten Ausführungsform nicht durchgeführt.
Ein Bildungsprozeß eines Hohlraumabschnitts (Fig. 4D) zur Bildung des Hohlraumabschnitts 61 wird durch Ätzen der Opferschicht 61a durch Eingießen einer Ätzflüssigkeit durch den Öffnungsabschnitt 11 und die Fensterabschnitte 31 durchgeführt. Danach wird ein Bildungsprozeß eines Kontaktlochs (Fig. 5A) zur Bildung von Kontaktlöchern 35a, 55a danach durchgeführt.
Ein Bildungsprozeß eines Elektrodenanschlusses (Fig. 5B) zur Bildung des unteren Elektrodenanschlusses 35 und des beweglichen Elektrodenanschlusses 45 wird durch Ätzen einer Aluminiumschicht durchgeführt. Des weiteren wird ein Bildungsprozeß einer Passivierungsschicht zur Bildung der Passivierungsschicht 70 durchgeführt. Daher wird der elektrische Kapazitätsdrucksensor S2 wie in Fig. 8 dargestellt fertiggestellt.
Bei dem Drucksensor S2 wird die bewegliche Elektrode 40 derart angordnet, daß sie um einen vorbestimmten Abstand von der unteren Elektrode 30 getrennt ist und als Diaphragma arbeitet. Eine elektrische Kapazität wird zwischen der unteren Elektrode 30 und der beweglichen Elektrode 40 gebildet.
Es wird ein Druck P1 in den Hohlraumabschnitt 61 durch den Öffnungsabschnitt 11 in dem Substrat 10 und die Fensterabschnitte 31 eingeführt, und es wird ein Druck P2 an die Seite der ersten Oberfläche des Substrats 10 angelegt. Die bewegliche Elektrode 40 deformiert sich auf der Grundlage der Druckdifferenz zwischen den beiden Drücken P1, P2. Ebenfalls ändert sich ein Kapazitätswert der elektrischen Kapazität bezüglich der Deformierung der beweglichen Elektrode 40. Daher kann eine Druckdifferenz (P1-P2) zwischen dem Druck P1 und dem Druck P2 auf der Grundlage einer Kapazitätswertänderung der elektrischen Kapazität erfaßt werden. D. h., der Drucksensor S2 der vorliegenden Ausführungsform erfaßt einen relativen Druck auf der Grundlage der Druckdifferenz (P1-P2).
Entsprechend dem Drucksensor S2 der zweiten Ausführungsform wird der Hohlraum 61 durch Ätzen der Opferschicht 61a gebildet, welche zwischen der unteren Elektrode 30 und der beweglichen Elektrode 40 vorhanden ist. Damit der Hohlraumabschnitt 61 mit der Außenseite davon durch die in der unteren Elektrode 30 gebildeten Fensterabschnitte 31 in Verbindung steht, wird ebenfalls die untere Elektrode 30 aus einem Material gebildet, welches der Ätzflüssigkeit der Opferschicht 61a (alkalische Ätzflüssigkeit) widerstehen kann.
Daher ist es möglich, die Opferschicht 61a durch die mehreren Fensterabschnitte 31, welche als Ätzflüssigkeitspfade fungieren, ohne Ätzen der unteren Elektrode 30 zu ätzen.
Da es unnötig ist, einen Teil der Elektrode 30 mit der Ätzflüssigkeit zu entfernen, wird dementsprechend eine Verringerung der Elektrodenfläche minimiert, und es ist möglich, einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor zu schaffen, welcher zum Steuern des Verringerns der Empfindlichkeit davon geeignet ist. Ebenfalls ist eine Anordnung und eine Form davon unter Berücksichtigung einer Entfernungsfläche nicht beschränkt, da die untere Elektrode 30 nicht entfernt wird.

Dritte Ausführungsform

Bei der in Fig. 9 dargestellten dritten Ausführungsform besitzt ein elektrischer Kapazitätsdrucksensor (Drucksensor) S3 bezüglich der zweiten Ausführungsform eine unterschiedliche Konstruktion. Wie in Fig. 9 dargestellt ist bei dieser Ausführungsform der Drucksensor S3 bezüglich dem Drucksensor S2 der zweiten Ausführungsform modifiziert.
Der Drucksensor S3 enthält ein Kappenteil 80 zum Bedecken mehrerer Fensterabschnitte 31 einer unteren Elektrode 30 von einer Seite eines Öffnungsabschnitts 11 eines Substrats aus. Beispielsweise wird das Abdeckungsteil 80 aus Siliziumnitrid hergestellt. Die mehreren Fensterabschnitte 31 werden derart gebildet, daß eine Durchdringung in einer diagonalen Richtung bezüglich einer senkrechten Richtung der unteren Elektrode 30 erzielt wird.
Die anderen Elemente sind dieselben wie bei dem Drucksensor S2 der zweiten Ausführungsform. D. h., der Drucksensor S3 enthält das Substrat 10 mit dem Öffnungsabschnitt 11 und darüber liegend eine erste Isolierschicht 20, eine untere Elektrode 30, einen Hohlraumabschnitt 61, eine zweite Isolierschicht 41, eine Zwischenelektrode 42, eine dritte Isolierschicht 43, unteren und beweglichen Elektrodenanschlüssen (nicht dargestellt) und eine Passivierungsschicht 70.
Bei dem Drucksensor S3 ist der Hohlraumabschnitt 61 luftdicht durch das Abdeckungsteil 80 verschlossen, um einen vorbestimmten Druck (beispielsweise einen Vakuumdruck) aufzubauen, und arbeitet als Druckbezugskammer.
Es wird ein Herstellungsprozeß des Drucksensors S3 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der Drucksensor S3 wird üblicherweise unter Verwendung derselben Prozesse wie bei der zweiten Ausführungsform hergestellt.
Wie bei der zweiten Ausführungsform werden ein Bildungsprozeß einer unteren Elektrode (Fig. 3A) zur Bildung der untere Elektrode 30 auf einer ersten Oberfläche eines Substrats 10, ein Bildungsprozeß einer Opferschicht (Fig. 3B) zur Bildung einer Opferschicht 61a auf der unteren Elektrode 30 und ein Bildungsprozeß einer beweglichen Elektrode (Fig. 3C) zur Bildung der beweglichen Elektrode 40 durchgeführt.
Jedoch wird in dem Bildungsprozeß der unteren Elektrode eine schräge Ionenimplantierung mit Bor durchgeführt, um die Ionen in die untere Elektrode 30 außer in Gebiete schräg zu implantieren, in welchen die mehreren Fensterabschnitte 31 zu bilden sind.
Auf einen Bildungsprozeß eines Öffnungsabschnitts (Fig. 4A, 4B) zur Bildung des Öffnungsabschnitts 11 in dem Substrat 10 werden ein Bildungsprozeß von Fensterabschnitten (Fig. 4C) zur Bildung der mehreren Fensterabschnitte 31 durchgeführt, welche die untere Elektrode 30 durchdringen und die Opferschicht 61a erreichen. Ebenfalls wird ein Bildungsprozeß eines Hohlraumabschnitts (Fig. 4D) zur Bildung des Hohlraumabschnitts 61 durch Ätzen der Opferschicht 61a durch Eingießen einer ätzenden Flüssigkeit durch den Öffnungsabschnitt 11 und die Fensterabschnitte 31 durchgeführt. Der Zustand aufgrund der oben beschriebenen Prozesse ist in Fig. 10A dargestellt.
Als nächstes wird wie in Fig. 10A dargestellt das Abdeckungsteil 80 gebildet, um die mehreren Fensterabschnitte 31 der unteren Elektrode 30 von der Seite des Öffnungsabschnitts 11 des Substrats 10 aus zu bedecken, wodurch der Hohlraumabschnitt 61 luftdicht verschlossen wird. Insbesondere wird eine Siliziumnitridschicht durch Plasma-CVD oder dergleichen unter Vakuumdruck gebildet.
Danach wird ein Bildungsprozeß eines Kontaktlochs (Fig. 5A) zur Bildung von Kontaktlöchern 35a, 55a durchgeführt. Ein Bildungsprozeß eines Elektrodenanschlusses (Fig. 5B) zur Bildung des unteren Elektrodenanschlusses 35 und des beweglichen Elektrodenanschlusses 45 wird durch Ätzen einer Aluminiumschicht durchgeführt. Des weiteren wird ein Bildungsprozeß einer Passivierungsschicht zur Bildung der (nicht dargestellten) Passivierungsschicht durchgeführt. Damit ist wie in Fig. 10B dargestellt der elektrische Kapazitätsdrucksensor S2 fertiggestellt.
Bei dem Drucksensor S3 ist eine bewegliche Elektrode 40 in einem vorbestimmten Abstand von der unteren Elektrode 30 angeordnet und wirkt als Diaphragma. Eine elektrische Kapazität wird zwischen der unteren Elektrode 30 und der beweglichen Elektrode 40 gebildet. Der Hohlraumabschnitt 61 wirkt als Bezugsdruckkammer, da der Abdeckungsabschnitt 80 die Fensterabschnitte 31 verschließt, um den Hohlraumabschnitt 61 von einer Außenseite davon zu trennen.
Ein außenseitiger Druck des Hohlraumabschnitts 61 wird an die bewegliche Elektrode 40 über die Passivierungsschicht 70 angelegt. Dementsprechend deformiert sich die bewegliche Elektrode 40 auf der Grundlage der Druckdifferenz zwischen den außenseitigen und innenseitigen Drücken des Hohlraumabschnitts 61. Ebenfalls ändert sich ein Kapazitätswert der elektrischen Kapazität entsprechend der Deformierung der beweglichen Elektrode 40. Daher kann der außenseitige Druck auf der Grundlage einer Kapazitätswertänderung der elektrischen Kapazität erfaßt werden. D. h., der Drucksensor S3 der vorliegenden Erfindung erfaßt einen absoluten Druck.
Bei dem Drucksensor S3 der dritten Ausführungsform wird der Hohlraumabschnitt 21 durch Ätzen der Opferschicht 61a gebildet, welche zwischen der unteren Elektrode 30 und der beweglichen Elektrode 40 vorhanden ist. Damit der Hohlraumabschnitt 61 mit der Außenseite davon durch die in der unteren Elektrode 30 gebildeten Fensterabschnitte 31 in Verbindung steht, wird die untere Elektrode 30 ebenfalls aus einem Material hergestellt, welches eine Widerstandsfähigkeit gegenüber der ätzenden Flüssigkeit der Opferschicht 61a (alkalische ätzende Flüssigkeit) besitzt.
Daher ist es möglich, die Opferschicht 61a durch die mehreren Fensterabschnitte 31 als Pfade der Ätzflüssigkeit ohne Ätzen der unteren Elektrode 30 zu ätzen.
Da es unnötig ist, einen Teil der Elektrode 30 durch die ätzende Flüssigkeit zu entfernen, wird dementsprechend eine Verringerung der Elektrodenfläche minimiert, und es ist möglich, einen elektrischen Kapazitätsdrucksensor zu schaffen, welcher zum Minimieren einer Verringerung der Empfindlichkeit davon geeignet ist. Ebenfalls sind eine Anordnung und eine Form davon unter Berücksichtigung einer Entfernungsfläche nicht beschränkt, da die untere Elektrode 30 nicht entfernt wird.
Bei dem durch die JP-A-214035 offenbarten elektrischen Kapazitätsdrucksensor nach dem Stand der Technik wird ein Fensterabschnitt, durch welchen eine Opferschicht zur Bildung eines Hohlraumabschnitts geätzt wird, in einer beweglichen Elektrode gebildet, und danach wird eine Bezugsdruckkammer durch Verschließen des Fensterabschnitts gebildet. D. h., es wird ein Verschlußteil auf der beweglichen Elektrode gebildet, welche in ein Diaphragma zu bilden ist. Dementsprechend ist es schwierig, gleichförmige Diaphragmamerkmale zu erzielen.
Jedoch werden bei dem Drucksensor S3 der dritten Ausführungsform die Fensterabschnitte 31 nicht in der beweglichen Elektrode 40 gebildet, welche als das Diaphragma zu bilden ist. Vielmehr werden sie in der unteren Elektrode 30 gebildet. Daher ist es möglich, gleichförmige Diaphragmamerkmale zu erzielen.
Bei dem Herstellungsprozeß des Drucksensors S3 werden die Fensterabschnitte 31 derart gebildet, daß eine Durchdringung in einer diagonalen Richtung bezüglich der senkrechten Richtung der unteren Elektrode 30 erzielt wird. Da das Abdeckungsteil 80 nicht in dem Hohlraumabschnitt 65 verlaufen kann, wird dementsprechend eine Bezugsdruckkammer mit einer gewünschten Form erlangt.
Übrigens können die Fensterabschnitte 31 alternativ in einer Richtung senkrecht zu der unteren Elektrode 30 gebildet werden. Jedoch besteht eine Möglichkeit, daß das Abdeckungsteil 80 in dem Hohlraumabschnitt 65 verlaufen kann. Daher wird es bevorzugt, den Fensterabschnitt 31 in die diagonale Richtung bezüglich der senkrechten Richtung der unteren Elektrode 30 zu bilden.
Wenn jedoch das Abdeckungsteil 80 durch Plasma-CVD oder dergleichen gebildet wird und sich eine Aufwachsrichtung davon in einer diagonalen Richtung bezüglich der senkrechten Richtung der unteren Elektrode 30 befindet, kann das Abdeckungsteil 80 bestimmt nicht in dem Hohlraumabschnitt 61 verlaufen.

Vierte Ausführungsform

Bei der in Fig. 11 dargestellten vierten Ausführungsform besitzt ein elektrischer Kapazitätsdrucksensor (Drucksensor) S4 bezüglich der dritten Ausführungsform eine unterschiedliche Konstruktion. Wie in Fig. 11 dargestellt enthält der Drucksensor S4 Kugelteile (Teile mit großem Durchmesser) 81a und ein Abdeckungsteil 80. Ein Durchmesser jedes Kugelteils 81a ist größer als derjenige von jeweiligen Fensterabschnitten 31, die in der unteren Elektrode 30 gebildet sind. Die Kugelteile 81a füllen die Fensterabschnitte 31 in dem Abdeckungsabschnitt 80.
Bei der vierten Ausführungsform kann das Abdeckungsteil 80 nicht in dem Hohlraumabschnitt 61 verlaufen, da das Kugelteil 81a, welches einen größeren Durchmesser als die Fensterabschnitte 31 besitzt, die Fensterabschnitte 31 bedeckt. Daher ist es möglich, dieselben Vorteile wie bei der dritten Ausführungsform zu erzielen.
Übrigens kann der Drucksensor S4 der vierten Ausführungsform durch denselben Prozeß wie bei der dritten Ausführungsform hergestellt werden. In diesem Fall werden die Kugelteile 81a auf der unteren Elektrode 30 angeordnet, um die mehreren Fensterabschnitte 31 zu bedecken, bevor das Abdeckungsteil 80 gebildet wird.

Fünfte Ausführungsform

Bei der in Fig. 12 dargestellten fünften Ausführungsform besitzt der elektrische Kapazitätsdrucksensor (Drucksensor) S5 bezüglich der vierten Ausführungsform eine unterschiedliche Konstruktion. Wie in Fig. 12 dargestellt enthält der Drucksensor S5 ein kreisförmiges zylindrisches Teil (ein Teil mit großem Durchmesser) 81b und ein Abdeckungsteil 80. Ein Durchmesser des kreisförmigen zylindrischen Teils 81b ist größer als derjenige eines Gebiets, welches mehrere in der unteren Elektrode 30 gebildete Fensterabschnitte 31 enthält. Das kreisförmige zylindrische Teil 81b füllt die Fensterabschnitte 31 in dem Abdeckungsteil 80 aus.
Bei der fünften Ausführungsform kann das Abdeckungsteil 80 nicht den Hohlraumabschnitt 61 durchdringen, da das kreisförmige zylindrische Teil 81b die Fensterabschnitte 31 bedeckt.
Übrigens kann der Drucksensor S4 der fünften Ausführungsform durch denselben Prozeß wie dem bei der dritten Ausführungsform hergestellt werden. In diesem Fall wird das kreisförmige zylindrische Teil 81b auf der unteren Elektrode 30 angeordnet, um die mehreren Fensterabschnitte 31 zu bedecken, bevor das Abdeckungsteil 80 gebildet wird. Es ist daher möglich, dieselben Vorteile wie bei der vierten Ausführungsform zu erlangen.

Modifizierung

Bei der ersten bis fünften Ausführungsform werden die jeweiligen Drucksensoren S1-S5 unter Verwendung des Substrats 10, der unteren Elektrode 30 mit den mehreren Fensterabschnitten 31, der beweglichen Elektrode 40, dem Hohlraumabschnitt 61 gebildet. Jedoch kann eine unterschiedliche Konstruktion alternativ verwendet werden.
Beispielsweise enthält wie in Fig. 13 dargestellt ein elektrischer Kapazitätsdrucksensor (Drucksensor) S6 ein Substrat 10, eine auf einer Seite des Substrats 10 gebildete untere Elektrode 30, eine auf der unteren Elektrode 10 durch einen Hohlraumabschnitt 61 gebildete bewegliche Elektrode 40 und eine auf der beweglichen Elektrode 40 gebildete Passivierungsschicht 70. Mehrere Fensterabschnitte 31 sind in der unteren Elektrode 30 derart gebildet, daß eine Durchdringung des Hohlraumabschnitts 61 von einer Seite des Substrats 10 der unteren Elektrode 30 aus erzielt wird.
Eine Öffnung 40a ist in der beweglichen Elektrode 40 gebildet, um eine Durchdringung in einer Richtung senkrecht davon bezüglich den Fensterabschnitten 31 der unteren Elektrode 30 zu erzielen. Des weiteren verläuft die Passivierungsschicht 70 in die Öffnung 40a, um einen Teil des Hohlraumabschnitts 61 zu füllen und an dem Teil der unteren Elektrode 31 anzuhaften, wo die Fensterabschnitte 31 gebildet werden.
In dem Drucksensor S5 kann eine gesamte Haftungsfläche zwischen der Passivierungsschicht 70 und der unteren Elektrode 30 vergrößert werden, da die Passivierungsschicht 70 in die Fensterabschnitte 31 verläuft. Dementsprechend wird der Hohlraumabschnitt 61 luftdicht verschlossen und wirkt als Bezugsdruckkammer mit einem vorbestimmten Druck.
Der Drucksensor S5 besitzt dieselbe Konstruktion wie der in der JP-A-2000-214035 offenbarte Drucksensor nach dem Stand der Technik mit dem Fensterabschnitt 31 der unteren Elektrode 30. Es ist jedoch möglich, das Haftvermögen zu verbessern, da die gesamte Haftfläche zwischen der Passivierungsschicht 70 und der unteren Elektrode 30 des vorliegenden Drucksensors S1 größer als diejenige des Drucksensors nach dem Stand der Technik ist. Daher besitzt der Drucksensor S1 eine zuverlässigere Verschlußkonstruktion.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform kann eine Anordnung der Fensterabschnitte 31, 51 der unteren und oberen Elektroden 30, 50 bezüglich der anderen Anordnung angenommen werden. Beispielsweise kann wie in Fig. 14 dargestellt eine schlitzförmige Anordnung alternativ angenommen werden. Des weiteren kann alternativ eine Öffnung anstelle der mehreren Fensterabschnitte 31, 51 angenommen werden. Beispielsweise kann eine kreuzförmige Öffnung, eine spiralförmige Öffnung oder eine mäanderförmige Öffnung alternativ angenommen werden.
Bei der vierten Ausführungsform können mehrere Kugeln mit unterschiedlichen Durchmessern als das Kugelteil 81 angenommen werden, wenn der jeweilige Durchmesser größer als derjenige des Fensterabschnitts 61 ist.
Während die obige Beschreibung die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrifft, versteht es sich, daß die Erfindung modifiziert, geändert oder variiert werden kann, ohne daß vom Rahmen und der Bedeutung der folgenden Ansprüche abgewichen wird.

Claims

1. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor mit:
einem Substrat (10), welches eine erste und zweite Oberfläche besitzt;
einer unteren Elektrode (30), welche auf der ersten Oberfläche des Substrats gebildet ist;
einer beweglichen Elektrode (40), welche auf der unteren Elektrode gebildet und um einen vorbestimmten Abstand von der unteren Elektrode zur Bildung eines Diaphragmas getrennt ist;
einem Hohlraumabschnitt (61), welcher zwischen der unteren Elektrode und der beweglichen Elektrode zur Bildung einer elektrischen Kapazität gebildet ist, welche geändert wird, wenn die bewegliche Elektrode auf der Grundlage eines daran angelegten Drucks deformiert wird; und
einem Abdeckungsteil (80), welches auf der unteren Elektrode gebildet ist;
wobei das Substrat einen Öffnungsabschnitt (11) besitzt, welcher das Substrat von der ersten Oberfläche bis zu der zweiten Oberfläche durchdringt,
die untere Elektrode wenigstens einen Fensterabschnitt (31) besitzt, welcher die untere Elektrode von einer Seite des Substrats bis zu einer Seite des Hohlraumabschnitts durchdringt und den Verbindungsabschnitt mit dem Öffnungsabschnitt des Substrats in Verbindung setzt; und
das Abdeckungsteil (80) auf einer Seite des Öffnungsabschnitts des Substrats gebildet ist und den wenigstens einen Fensterabschnitt bedeckt, um den Hohlraumabschnitt von einer Außenseite davon zu trennen und eine Bezugsdruckkammer in dem Hohlraumabschnitt zu bilden.

2. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektrode aus Polysilizium gebildet ist.

3. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Fensterabschnitt in einer diagonalen Richtung bezüglich einer senkrechten Richtung der unteren Elektrode gebildet ist.

4. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens ein Teil (31) mit einem großen Durchmesser, welches einen Durchmesser besitzt, der größer als derjenige des Fensterabschnitts ist und den Fensterabschnitt bedeckt.

5. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Teil mit großem Durchmesser ein Kugelteil oder ein kreisförmiges zylindrisches Teil ist.

6. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Fensterabschnitt in einer senkrechten Richtung der unteren Elektrode gebildet ist.

7. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor nach Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektrode aus Polysilizium gebildet ist.

8. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor mit:
einem Substrat (10), welches erste und zweite Oberflächen besitzt;
einer unteren Elektrode (30), welche auf der ersten Oberfläche des Substrats gebildet ist;
einer beweglichen Elektrode (40), welche auf der unteren Elektrode gebildet und zur Bildung eines Diaphragmas um einen vorbestimmten Abstand von der unteren Elektrode getrennt ist;
einer oberen Elektrode (50), welche auf der beweglichen Elektrode gebildet und um einen vorbestimmten Abstand von der beweglichen Elektrode getrennt ist;
einem ersten Hohlraumabschnitt (61), welcher zwischen der unteren Elektrode und der beweglichen Elektrode zur Bildung einer elektrischen Kapazität gebildet ist, welche auf einen ersten Kapazitätswert geändert wird, wenn die bewegliche Elektrode auf der Grundlage einer Druckdifferenz zwischen beiden Seiten davon deformiert wird; und
einem zweiten Hohlraumabschnitt (62), welcher zwischen der oberen Elektrode und der beweglichen Elektrode zur Bildung einer elektrischen Kapazität gebildet ist, welche auf einem zweiten Kapazitätswert davon geändert wird, wenn die bewegliche Elektrode auf der Grundlage der Druckdifferenz zwischen beiden Seiten davon deformiert wird;
wobei das Substrat einen Öffnungsabschnitt (11) besitzt, welcher das Substrat von der ersten Oberfläche bis zu der zweiten Oberfläche davon durchdringt,
die untere Elektrode wenigstens einen ersten Fensterabschnitt (31) besitzt, welcher die untere Elektrode von der Seite des Substrats zu der Seite des ersten Hohlraumabschnitts durchdringt und den Hohlraumabschnitt mit dem Öffnungsabschnitt des Substrats in Verbindung setzt, und
die obere Elektrode wengistens einen zweiten Fensterabschnitt (51) besitzt, welcher die obere Elektrode von der Seite des Hohlraumabschnitts bis zu der Außenseite davon durchdringt, um den Hohlraumabschnitt mit einer äußeren Umgebung in Verbindung zu setzen.

9. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektrode und die obere Elektrode aus Polysilizium gebildet sind.

10. Verfahren zur Herstellung eines Kapazitätsdrucksensors, mit den Schritten:
Vorbereiten eines Substrats (10), welches erste und zweite Oberflächen besitzt;
Bilden einer unteren Elektrode (30) auf der ersten Oberfläche des Substrats;
Bilden einer Opferschicht (61a) auf der unteren Elektrode;
Bilden einer beweglichen Elektrode (40) auf der Opferschicht;
Ätzen des Substrats von der zweiten Oberfläche aus, um einen Öffnungsabschnitt (11) zu bilden;
Bilden wenigstens eines Fensterabschnitts (31), um einen Teil der unteren Elektrode zu durchdringen, welcher von dem Öffnungsabschnitt des Substrats aus bloßgelegt ist;
Ätzen der Opferschicht, um einen Hohlraumabschnitt (61) und ein Diaphragma durch die bewegliche Elektrode durch den Öffnungsabschnitt des Substrats und den wenigstens einen Fensterabschnitt der unteren Elektrode zu bilden; und
Bilden eines Abdeckungsteils (80) auf der unteren Elektrode auf einer Seite des Öffnungsabschnitts des Substrats, um den wenigstens einen Fensterabschnitt zu bedecken und eine Bezugsdruckkammer in dem Hohlraumabschnitt zu bilden.

11. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bilden der unteren Elektrode ein Bilden einer Polysiliziumschicht auf der ersten Oberfläche des Substrats beinhaltet, und
das Bilden des wenigstens einen Fensterabschnitts ein Implantieren von Ionen in die Polysiliziumschicht außer einem Gebiet, wo der wengistens eine Fensterabschnitt zu bilden ist, und das Ätzen des Gebiets der Polysiliziumschicht beinhaltet, um den wenigstens einen Fensterabschnitt zu bilden.

12. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen des Gebiets der Polysiliziumschicht nach dem Ätzen des Substrats durchgeführt wird, um den Öffnungsabschnitt durch Ätzen des Gebiets der Polysiliziumschicht durch den Öffnungsabschnitt zu bilden.

13. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden des wenigstens einen Fensterabschnitts ein Bilden des wenigstens einen Fensterabschnitts in einer diagonalen Richtung bezüglich einer senkrechten Richtung der unteren Elektrode beinhaltet.

14. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Anspruch 10, des weiteren gekennzeichnet durch ein Bedecken des wenigstens einen Fensterabschnitts mit wenigstens einem Teil (81) mit großem Durchmesser, welches einen Durchmesser besitzt, der größer als derjenige des Fensterabschnitts ist, wobei
das Bilden eines Abdeckungsteils ein Bedecken wenigstens eines Fensterabschnitts mit dem wenigstens einen Teil mit großem Durchmesser beinhaltet.

15. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedecken des wenigstens einen Fensterabschnitts ein Bedecken des wenigstens einen Fensterabschnitts mit wenigstens einem Kugelteil (81a) oder einem kreisförmigen zylindrischen Teil (81b) beinhaltet.

16. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden des wenigstens einen Fensterabschnitts ein Bilden des wenigstens einen Fensterabschnitts in einer senkrechten Richtung der unteren Elektrode beinhaltet.

17. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Ansprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bilden der unteren Elektrode ein Bilden einer Polysiliziumschicht auf der ersten Oberfläche des Substrats beinhaltet und
das Bilden des wenigstens einen Fensterabschnitts ein Implantieren von Ionen in die Polysiliziumschicht außer einem Gebiet, wo der wenigstens eine Fensterabschnitt zu bilden ist, und ein Ätzen des Gebiets der Polysiliziumschicht zur Bildung des wenigstens einen Fensterabschnitts beinhaltet.

18. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen des Gebiets der Polysiliziumschicht nach dem Ätzen des Substrats zur Bildung des Öffnungsabschnitts durch Ätzen des Gebiets der Polysiliziumschicht durch den Öffnungsabschnitt durchgeführt wird.

19. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors, mit den Schritten:
Vorbereiten eines Substrats (10), welches eine erste und eine zweite Oberfläche besitzt;
Bilden einer unteren Elektrode (30) auf der ersten Oberfläche des Substrats;
Bilden einer ersten Opferschicht (61a) auf der unteren Elektrode;
Bilden einer beweglichen Elektrode (40) auf der ersten Opferschicht;
Bilden einer zweiten Opferschicht (62a) auf der beweglichen Elektrode;
Bilden einer oberen Elektrode (50) auf der zweiten Opferschicht;
Ätzen des Substrats von der zweiten Oberfläche aus zur Bildung eines Öffnungsabschnitts (11);
Bilden wenigstens eines ersten Fensterabschnitts (31), um einen Teil der unteren Elektrode zu durchdringen, welcher von dem Öffnungsabschnitt des Substrats aus bloßgelegt ist;
Bilden wenigstens eines zweiten Fensterabschnitts (51), um einen Teil der oberen Elektrode zu durchdringen; und
Ätzen der ersten und zweiten Opferschichten, um einen ersten Hohlraumabschnitt (61), einen zweiten Hohlraumabschnitt (62) und ein Diaphragma durch die bewegliche Elektrode durch den Öffnungsabschnitt des Substrats, den wenigstens einen ersten Fensterabschnitt der unteren Elektrode und den wenigstens einen ersten Fensterabschnitt der oberen Elektrode zu bilden.

20. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bilden der unteren Elektrode ein Bilden einer ersten Polysiliziumschicht auf der ersten Oberfläche des Substrats beinhaltet,
das Bilden der oberen Elektrode ein Bilden einer zweiten Polysiliziumschicht auf der zweiten Opferschicht beinhaltet,
das Bilden wenigstens eines ersten Fensterabschnitts ein Implantieren von Ionen in die erste Polysiliziumschicht außer einem Gebiet, wo der wenigstens eine erste Fensterabschnitt zu bilden ist, und ein Ätzen des Gebiets der ersten Polysiliziumschicht zur Bildung des wenigstens einen ersten Fensterabschnitts beinhaltet und
das Bilden wenigstens eines zweiten Fensterabschnitts ein Implantieren von Ionen in die zweite Polysiliziumschicht außer einem Gebiet, wo der wenigstens eine zweite Fensterabschnitt zu bilden ist, und ein Ätzen des Gebiets der zweiten Polysiliziumschicht zur Bildung des wenigstens zweiten Fensterabschnitts beinhaltet.

21. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Ansprüchen 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen des Gebiets der ersten Polysiliziumschicht nach dem Ätzen des Substrats zur Bildung des Öffnungsabschnitts durch Ätzen des Gebiets der ersten Polysiliziumschicht durch den Öffnungsabschnitt durchgeführt wird.

22. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kapazitätsdrucksensors nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen des Gebiets der ersten Polysiliziumschicht und das Ätzen des Gebiets der zweiten Polysiliziumschicht gleichzeitig durchgeführt wird.

23. Elektrischer Kapazitätsdrucksensor mit:
einem Substrat (10), welches eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist;
einer unteren Elektrode (30), welche auf der ersten Oberfläche des Substrats gebildet ist;
einer beweglichen Elektrode (40), welche auf der unteren Elektrode gebildet und um einen vorbestimmten Abstand von der unteren Elektrode zur Bildung eines Diaphragmas getrennt ist;
einem Hohlraumabschnitt (61), welcher zwischen der unteren Elektrode und der beweglichen Elektrode gebildet ist, um eine elektrische Kapazität zu bilden, die geändert wird, wenn ein Druck an die bewegliche Elektrode angelegt wird; und
einem Abdeckungsabschnitt, welcher auf der unteren Elektrode gebildet ist; wobei
die untere Elektrode zum Durchdringen wenigstens einen Fensterabschnitt (31) besitzt, welcher die untere Elektrode von der Seite der ersten Oberfläche aus bis zu der Seite der zweiten Oberfläche durchdringt und
der Bedeckungsabschnitt den wenigstens einen Fensterabschnitt bedeckt.