JP2006047279A - ガラス基板及びそれを用いた静電容量型圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力変化を正確に検知することができる静電容量型圧力センサ用のガラス基板を提供すること。
【解決手段】ガラス基板１１は、互いに対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。ガラス基板１１には、シリコンで構成された島状体１２ａ，１２ｂが埋設されている。島状体１２ａ，１２ｂは、ガラス基板１１の両主面でそれぞれ露出している。ガラス基板１１の主面１１ａ上には、島状体１２ａの一方の露出部分と電気的に接続するように電極１３ａが形成されており、島状体１２ｂの一方の露出部分と電気的に接続するように電極１３ｂが形成されている。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、島状体１２ａの他方の露出部分と電気的に接続するように電極１４が形成されている。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、感圧ダイヤフラム１５ａを有するシリコン基板１５が接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板及びガラス基板上に感圧部としてのシリコンダイヤフラムを有する静電容量型圧力センサに関する。

このような圧力センサとしては、相対圧を測定するタイプの差圧型圧力センサと、絶対圧を測定するタイプの絶対圧型圧力センサがある。

図１０は、従来の静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。図１０に示す静電容量型圧力センサ１は、被測定圧力を受ける可動電極である感圧ダイヤフラム２を有するシリコン基板３とガラス基板４とを接合することにより構成されている。シリコン基板３のガラス基板４側の表面には、電極５が設けられている。感圧ダイヤフラム２とガラス基板４との間には、所定の間隔が設けられており、空間部６が形成されている。この空間部６内のガラス基板４上には、固定電極７が設けられている。ガラス基板４には、貫通穴４ａが設けられており、その貫通穴４ａの底面及び側面には、固定電極７と電気的に接続するように接続電極８が形成されている。

特許第２７７２１１１号公報

図１０に示す従来の静電容量型圧力センサは、次のように作製される。まず、ガラス基板４にサンドブラスト加工により貫通穴４ａを形成し、貫通穴４ａを形成したガラス基板とシリコン基板とを接合し、貫通穴４ａに蓋をするように貫通穴４ａ部分のみにシリコンを残して、その他のシリコンを除去する。次いで、残存させたシリコンと電気的に接続するように固定電極７及び接続電極８を形成し、その後、感圧ダイヤフラム２を有し、ガラス基板４側に電極５を設けたシリコン基板を、空間部６が形成されるようにガラス基板４に接合する。

しかしながら、従来の静電容量型圧力センサは、上述のようにサンドブラスト加工で貫通穴４ａを形成し、その後貫通穴４ａの側面に接続電極８を形成している。通常サンドブラスト加工を施すと、加工面は非常に荒れた状態となるので、その加工面上に接続電極８ａを良好に被着することができない。このため、接続電極８ａが断線してしまうという問題がある。また、このような構成では、加工面が荒れた状態であるので、接続電極のカバレッジが十分でなく、このため気密性が劣る。気密性が低下すると、感圧ダイヤフラムが良好に作動せず、正確に圧力変化を検知することができない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、正確に圧力変化を検知することができる静電容量型圧力センサ用のガラス基板を提供することを目的とする。

本発明のガラス基板は、相互に対向する一対の主面を有するガラス基板本体と、前記一対の主面の両方で少なくとも一部が露出するように前記ガラス基板本体に埋設されたシリコン島状体と、を具備することを特徴とする。

この構成によれば、ガラス基板と島状体との界面及びガラス基板とシリコン基板との界面で高い密着性を発揮しながら固定電極からの配線を形成することができる。このため、正確に圧力変化を検知することができる静電容量型圧力センサ用のガラス基板を得ることができる。

本発明のガラス基板においては、前記シリコン島状体は、前記ガラス基板本体の一方の主面で該一方の主面上に形成されたシリコン層により相互に導通されていることが好ましい。

本発明のガラス基板においては、前記シリコン島状体は、前記ガラス基板本体の少なくとも一方の主面で露出するように埋め込まれた金属層を有することが好ましい。この構成によれば、島状体の導通部における抵抗を低減させることができ、使用するデバイスの低消費電力化を図ることができる。

本発明のガラス基板においては、前記ガラス基板本体と前記シリコン島状体との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有することが好ましい。この構成によれば、ガラス基板本体とシリコン島状体との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有するので、ガラス基板本体とシリコン島状体とが強固に接合されて、両者間の密着性が向上する。

本発明の静電容量型圧力センサは、上記ガラス基板と、前記シリコン島状体が露出した主面上に設けられ、前記シリコン島状体と電気的に接続された電極と、前記電極が形成された主面上に設けられたシリコン基板と、を具備し、前記シリコン基板は、前記電極と所定の間隔をおいて位置し、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムを有し、前記電極と前記感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化を圧力変化として検知することを特徴とする。

この構成によれば、ガラス基板と島状体との界面及びガラス基板とシリコン基板との界面で高い密着性を発揮するので、感圧ダイヤフラムの変位が正確に被測定圧力を反映するとみなすことができる。したがって、感圧ダイヤフラムと固定電極との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力変化を正確に検知することができる。

本発明のガラス基板の製造方法は、シリコン基板の表面に島状体を形成する工程と、加熱下において前記島状体をガラス基板に押し込んで前記シリコン基板と前記ガラス基板とを接合する工程と、前記ガラス基板の表面を研磨して前記島状体を前記ガラス基板の表面から露出させる工程と、を具備することを特徴とする。

この方法によれば、ガラス基板と島状体との間及びガラス基板とシリコン基板との間を高い密着性で接合することができる。したがって、正確に圧力変化を検知することができる静電容量型圧力センサ用のガラス基板を得ることができる。

本発明のガラス基板の製造方法においては、前記シリコン基板の表面にマスクを形成し、このマスクを用いて前記シリコン基板をサンドブラスト処理することにより前記島状体を形成することが好ましい。また、本発明のガラス基板の製造方法においては、前記シリコン基板の表面をハーフダイシングすることにより前記島状体を形成することが好ましい。

本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、上記方法によりガラス基板を製造する工程と、前記ガラス基板の表面から露出した前記島状体と電気的に接続するように前記ガラス基板上に電極を形成する工程と、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムを有するシリコン基板を、前記感圧ダイヤフラムが前記電極と所定の間隔をおいて位置するように、前記ガラス基板上に接合する工程と、を具備することを特徴とする。

この方法によれば、ガラス基板と島状体との間及びガラス基板とシリコン基板との間を高い密着性で接合することができる。したがって、感圧ダイヤフラムと固定電極との間で正確に静電容量の変化を検知することができ、圧力変化を正確に検知することができる静電容量型圧力センサを得ることができる。

本発明によれば、ガラス基板とシリコン基板との間の界面の密着性を向上させるので、静電容量型圧力センサにおける固定電極と可動電極との間の空間部の気密性を高くすることができ、被測定圧力に対応する静電容量を正確に検知することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るガラス基板を備えた静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。

図中１１はガラス基板を示す。ガラス基板１１は、互いに対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。ガラス基板１１には、シリコンで構成された島状体１２ａ，１２ｂが埋設されている。島状体１２ａは、固定電極との接続部材であり、島状体１２ｂは、可動電極との接続部材である。島状体１２ａ，１２ｂは、ガラス基板１１の両主面でそれぞれ露出している。なお、この島状体１２ａ，１２ｂの形成については後述する。

ガラス基板１１の主面１１ａ上には、島状体１２ａの一方の露出部分と電気的に接続するように電極１３ａが形成されており、島状体１２ｂの一方の露出部分と電気的に接続するように電極１３ｂが形成されている。このように電極１３ａ，１３ｂが同一の主面１１ａ上に設けられていることにより、外部機器への接続が容易となる。また、ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、島状体１２ａの他方の露出部分と電気的に接続するように電極１４が形成されている。

ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、感圧ダイヤフラム１５ａ（可動電極）を有するシリコン基板１５が接合されている。感圧ダイヤフラム１５ａは、シリコン基板１５の両面からエッチングなどによりそれぞれ凹部を形成することにより設けられている。シリコン基板１５のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも電極１４を収容できる大きさを有しており、シリコン基板１５をガラス基板１１に接合することにより、空間部（ギャップ）１５ｃを構成する。すなわち、シリコン基板１５の凹部の側面１５ｂと感圧ダイヤフラム１５ａとにより空間部１５ｃを構成する。これにより、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間に所定の間隔が設けられ、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間に静電容量が発生する。

ガラス基板１１と島状体１２ａ，１２ｂとの界面１１ｃは、高い密着性を有することが好ましい。後述するように、この界面１１ｃは、加熱下において島状体１２ａ，１２ｂをガラス基板１１に押し込むことにより形成される。このような方法により得られた界面１１ｃでも高い密着性を発揮できるが、島状体１２ａ，１２ｂをガラス基板１１に押し込んだ後に、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。陽極接合処理とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、界面で共有結合を起こさせる処理をいう。この界面での共有結合は、シリコンのＳｉ原子とガラスに含まれるＳｉ原子との間のＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合である。したがって、このＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合により、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く行うために、ガラス基板１１のガラス材料としては、ナトリウムなどのアルカリ金属を含むガラス材料（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）であることが好ましい。

これは、ガラス基板１１の主面１１ｂとシリコン基板１５との間の界面においても同様である。すなわち、ガラス基板１１の主面１１ｂ上にシリコン基板１５を搭載して、陽極接合処理を施すことにより、密着性を高くすることができる。このようにガラス基板１１と島状体１２ａとの界面１１ｃと、ガラス基板１１とシリコン基板１５との界面１１ｄとで高い密着性を発揮することにより、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１の主面１１ｂとの間で構成する空間部１５ｃ内の気密性を高く保つことができる。

このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１上の電極１４との間に所定の静電容量を有する。この静電容量型圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム１５ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム１５ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１上の電極１４との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。上述したように、ガラス基板１１と島状体１２ａとの界面１１ｃと、ガラス基板１１とシリコン基板１５との界面１１ｄとで高い密着性を発揮するので、感圧ダイヤフラム１５ａの変位は被測定圧力のみとみなすことができる。したがって、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力変化を正確に検知することができる。

次に、本実施の形態のガラス基板を用いた静電容量型センサの製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態１に係るガラス基板の製造方法を説明するための断面図である。また、図３は、図２（ｅ）で得られたガラス基板を用いた静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。

まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板１２を準備する。不純物としては、ｎ型不純物でも良く、ｐ型不純物でも良い。濃度としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。このシリコン基板をエッチングして、図２（ａ）に示すように、島状体１２ａ，１２ｂを形成する。エッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。ただし、ウェットエッチングの場合には、エッチングレートに差が出るようにシリコン基板１２の表面の結晶面を規定して異方性エッチングすることが好ましい。なお、後述するガラス基板との接合のために、島状体１２ａ，１２ｂの角部１２ｃは、できるだけ曲面であることが好ましい。

次いで、図２（ｂ）に示すように、島状体１２ａ，１２ｂを形成したシリコン基板１２上にガラス基板１１を置く。さらに、このシリコン基板１２及びガラス基板１１を加熱し、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板１２をガラス基板１１に押圧して島状体１２ａ，１２ｂをガラス基板１１の主面１１ａに押し込んで、シリコン基板１２とガラス基板１１とを接合する。このときの温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度が好ましい。例えば加熱温度は約６００℃である。

さらに、シリコン基板１２の島状体１２ａ，１２ｂとガラス基板１１との界面１１ｃでの密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板１２及びガラス基板１１にそれぞれ電極をつけて、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することにより行う。これにより界面１１ｃでの密着性がより高くなり、静電容量型センサの空間部１５ｃの気密性を向上させることができる。

次いで、図２（ｄ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ｂ側を研磨処理することにより島状体１２ａ，１２ｂを主面１１ｂで部分的に露出させる。これにより、ガラス基板１１に島状体１２ａ，１２ｂが埋め込まれた状態となる。さらに、図２（ｅ）に示すように、シリコン基板１２を研磨処理することにより、島状体１２ａ，１２ｂがガラス基板１１の両面から部分的に露出する。このようにして本発明のガラス基板（図２（ｄ），（ｅ））を作製する。

ここで、本発明に係るガラス基板を製造工程について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、図２（ａ）に示すようにシリコン基板１１に島状体１２ａ，１２ｂを形成する方法を説明する図である。まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２１の一方の主面上の島状体１２ａ，１２ｂの形成領域にマスク２２を設ける。マスク２２としては、ステンシルマスクや、レジスト又はシリコン酸化膜で構成されたマスクなどを用いることができる。レジスト又はシリコン酸化膜でマスク２２を構成する場合には、シリコン基板２１上にレジスト層又はシリコン酸化膜を形成し、レジスト層又はシリコン酸化膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして島状体１２ａ，１２ｂの形成領域にレジスト層を残存させる。

図３（ａ）に示すシリコン基板２１をドライエッチングすると、図３（ｂ）に示す形状の島状体２１ａをシリコン基板２１上に形成することができる。ドライエッチングとしては、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などを用いることができる。このようにドライエッチングで島状体２１ａを形成することにより、シリコン基板２１上に島状体２１ａを精度良く位置合わせして形成することができる。

図３（ａ）に示すシリコン基板２１をウェットエッチングすると、図３（ｃ）に示す形状の島状体２１ｂをシリコン基板２１上に形成することができる。ウェットエッチングに使用するエッチャントとしては、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液やＫＯＨ溶液などを用いることができる。このようにウェットエッチングで島状体２１ｂを形成することにより、シリコン基板２１上に島状体２１ｂを精度良く位置合わせして形成することができる。図３（ｃ）に示す形状においては、島状体２１ｂがテーパ形状であるので、後述するガラス基板との接合において有利である。

図３（ａ）に示すシリコン基板２１をサンドブラスト処理すると、図３（ｄ）に示す形状の島状体２１ｃをシリコン基板２１上に形成することができる。サンドブラスト処理は、例えばミクロン単位の粒径の粒子を用いて行う。このようにサンドブラスト処理で島状体２１ｃを形成することにより、島状体２１ｃの側壁の垂直性を維持しつつテーパ形状にすることができるので、島状体２１ｃの配置密度を高くすることが可能となる。また、サンドブラスト処理は、ドライエッチング装置のような高価な設備が必要なく、低コスト化を図ることができ、工程時間も短縮することができる。

また、図４に示すように、シリコン基板２１の表面をダイシングブレード２３を用いてハーフダイシング（溝加工）して島状体２１ｄを形成することもできる。このようにハーフダイシングで島状体２１ｄを形成することにより、島状体２１ｄの側壁の垂直性を高くすることができ、島状体２１ｄの配置密度を高くすることが可能となる。また、ハーフダイシングは、ドライエッチング装置のような高価な設備が必要なく、低コスト化を図ることができる。

シリコン基板１２をガラス基板１１に押し込む場合、図２（ａ）に示す島状体１２ａ，１２ｂの角部１２ｃに隙間（巣）ができる恐れがあるので、角部１２ｃにおいてシリコン基板１２とガラス基板１１との間に中間層を設けて両者の密着性を向上させることが好ましい。図５（ａ）〜（ｅ）は、シリコン基板上に層形成した後に、このシリコン基板をガラス基板に押し込む工程を説明するための図である。

上述したようにシリコン基板１２上に島状体１２ａ，１２ｂを形成する。そして、図５（ａ）に示すように、島状体１２ａ，１２ｂを形成したシリコン基板１２上に、シリコン基板１２とガラス基板１１との間の中間層として、シリコン酸化膜１８を形成する。シリコン酸化膜１８は、例えばスパッタリングやＣＶＤにより形成する。シリコン基板１２とガラス基板１１との間に設ける中間層の材質としては、シリコン基板１２をガラス基板１１に押し込む際の熱プレスによる熱により、シリコン基板１２及び／又はガラス基板１１とＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合を形成するものであれば良い。このような材質としては、シリコン酸化物、ガラスなどを挙げることができる。また、中間層の厚さは、シリコン基板１２及び／又はガラス基板１１とＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合を形成するように適宜設定される。

次いで、図５（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１８を形成したシリコン基板１２上にガラス基板１１を置く。さらに、このシリコン基板１２及びガラス基板１１を加熱し、図５（ｃ）に示すように、シリコン基板１２をガラス基板１１に押圧して島状体１２ａ，１２ｂをガラス基板１１の主面１１ａに押し込んで、シリコン基板１２とガラス基板１１とを接合する。このとき、シリコン基板１２とガラス基板１１との間にシリコン酸化膜１８が介在する。また、加熱温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度が好ましい。例えば加熱温度は約６００℃である。

さらに、シリコン基板１２とシリコン酸化膜１８との間の界面及びガラス基板１１とシリコン酸化膜１８との間の界面での密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板１２及びガラス基板１１にそれぞれ電極をつけて、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することにより行う。これにより界面での密着性がより高くなり、静電容量型センサとした場合の空間部１５ｃの気密性を向上させることができる。

次いで、図５（ｄ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ｂ側を研磨処理することにより島状体１２ａ，１２ｂを主面１１ｂで部分的に露出させる。これにより、ガラス基板１１に島状体１２ａ，１２ｂが埋め込まれた状態となる。さらに、図５（ｅ）に示すように、シリコン基板１２を研磨処理することにより、島状体１２ａ，１２ｂがガラス基板１１の両面から部分的に露出する。このようにして本発明のガラス基板（図５（ｄ），（ｅ））を作製する。

このように、シリコン基板１２とガラス基板１１との間に中間層であるシリコン酸化膜１８を介在させることにより、島状体１２ａ，１２ｂの角部１２ｃにおいてシリコン酸化膜１８とシリコン基板１２及びガラス基板１１との間でＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合を形成するので、角部１２ｃにおけるシリコン基板１２とガラス基板１１との間の密着性を向上させることができる。これにより、シリコン基板１２とガラス基板１１との間の気密性をより高めることが可能となり、両者の界面におけるエアリークを低減させることができる。このようにガラス基板へのシリコン基板の埋め込み特性を改善することにより、島状体を高密度化、微細化することが可能となる。

図２（ｄ），（ｅ）に示す本発明に係るガラス基板においては、島状体１２ａ，１２ｂ部分の抵抗を低減させるために、図６（ａ），（ｂ）に示すように、島状体１２ａ，１２ｂの内部に金属層を形成することが好ましい。図６（ａ）に示す構成においては、島状体１２ａ，１２ｂの一方の主面側に凹部が形成され、その凹部に金属が埋め込まれて金属層１９が形成されている。図６（ｂ）に示す構成においては、島状体１２ａ，１２ｂの両方の主面側にそれぞれ凹部が形成され、それらの凹部に金属が埋め込まれて金属層１９ａ，１９ｂが形成されている。なお、このように金属層１９の材質としては、Ｃｕなどの低抵抗材料などが挙げられる。ガラス基板１１の少なくとも一方の主面で露出するように島状体１２ａ，１２ｂに金属層１９が埋め込まれることにより、島状体１２ａ，１２ｂの導通部における抵抗を低減させることができ、使用するデバイスの低消費電力化を図ることができる。その結果、本発明に係るガラス基板を高周波デバイスなどに適用することが可能となる。

島状体１２ａ，１２ｂに金属層１９を形成する場合、図２（ｅ）に示すガラス基板を作製した後に、島状体１２ａ，１２ｂの金属層１９を形成する領域にマスクを設け、そのマスクを介して島状体１２ａ，１２ｂに凹部を形成する。この凹部の形成は、例えばドライエッチングやサンドブラストなどにより行う。次いで、形成された凹部内に金属を埋め込んで金属層１９を形成する。凹部内への金属の埋め込みは、例えばスパッタリング、蒸着、めっきなどにより行う。その後、必要に応じてガラス基板の表面を研磨処理して平坦にする。

上記のようにして作製されたガラス基板を用いて、静電容量型圧力センサを製造する。図７に示すように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に、島状体１２ａと電気的に接続するように電極１４を形成する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。

次いで、図１に示すように、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム１５ａを有するシリコン基板１５を、感圧ダイヤフラム１５ａが電極１４と所定の間隔をおいて位置するように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に接合する。この場合、まず、シリコン基板１５を両主面側からそれぞれエッチングして凹部を設けて感圧ダイヤフラム１５ａを形成する。エッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。ただし、ウェットエッチングの場合には、エッチングレートに差が出るようにシリコン基板１５の表面の結晶面を規定して異方性エッチングすることが好ましい。特に、シリコン基板１５の空間部１５ｃを構成しない凹部には、テーパ面１５ｄが形成されるので、異方性エッチングにより凹部を形成する。

シリコン基板１５の空間部１５ｃ側の凹部は、ガラス基板１１上の電極１４を囲繞できる程度に電極１４よりも大きく形成する。また、凹部の深さは、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間の間隔及び電極１４の厚さなどを考慮して決定する。このようにして作製した両面に凹部を有するシリコン基板１５を、テーパ面１５ｄを有する凹部が上になるように、すなわちテーパ面を有しない凹部がガラス基板１１と対面するようにしてガラス基板１１の主面１１ｂ上に載置し、陽極接合処理を施す。このとき、シリコン基板１５及びガラス基板１１に対して、約４００℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより行う。これによりシリコン基板１５とガラス基板１１との間の界面での密着性がより高くなり、空間部１５ｃの気密性を向上させることができる。

次いで、ガラス基板１１の主面１１ａ上に、島状体１２ａ，１２ｂとそれぞれ電気的に接続するように電極１３ａ，１３ｂを形成する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ａ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。

このようにして得られた静電容量型圧力センサは、固定電極である電極１４が島状体１２ａを介して電極１３ａと電気的に接続されており、可動電極である感圧ダイヤフラム１５ａが島状体１２ｂを介して電極１３ｂと電気的に接続されている。したがって、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体１２ｂを介して電極１３ａから取得することができる。この信号に基づいて測定圧力を算出することができる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るガラス基板を備えた静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。なお、図８において、図１と同じ部分については図１と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

ガラス基板１１とシリコン基板１２とが接合されている。このとき、ガラス基板１１には、シリコンで構成された島状体１２ａ，１２ｂが埋設されている。また、島状体１２ａ，１２ｂは、部分的にガラス基板１１の主面１１ｂで露出している。このため、島状体１２ａ，１２ｂは、主面１１ａ上に形成されたシリコン層で相互に導通されている。

ガラス基板１１の主面１１ａ上には、島状体１２ａの露出部分と電気的に接続するように電極１６ａが形成されており、島状体１２ｂの露出部分と電気的に接続するように電極１６ｂが形成されている。

ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、感圧ダイヤフラム１５ａ（可動電極）を有するシリコン基板１５が接合されている。感圧ダイヤフラム１５ａは、実施の形態１と同様な構成を有する。これにより、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間に所定の間隔が設けられ、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間に静電容量が発生する。また、シリコン基板１５のガラス基板１１との接合面と反対側の面には、可動電極用の電極１７が設けられている。

実施の形態１と同様に、ガラス基板１１と島状体１２ａとの界面１１ｃと、ガラス基板１１とシリコン基板１５との界面１１ｄとは、高い密着性を発揮する。このため、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１の主面１１ｂとの間で構成する空間部１５ｃ内の気密性を高く保つことができる。

このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、実施の形態１と同様に、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１上の電極１４との間に所定の静電容量を有する。この静電容量型圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム１５ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム１５ａが変位して、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１上の電極１４との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量の変化を圧力変化とすることができる。上述したように、ガラス基板１１と島状体１２ａとの界面１１ｃと、ガラス基板１１とシリコン基板１５との界面１１ｄとで高い密着性を発揮するので、感圧ダイヤフラム１５ａの変位は被測定圧力のみとみなすことができる。したがって、感圧ダイヤフラム１５ａの変位による感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間の静電容量の変化が圧力の変化に正確に反映することになり、圧力変化を正確に検知することができる。

次に、本実施の形態のガラス基板を用いた静電容量型センサの製造方法について説明する。図９は、図２（ｄ）で得られたガラス基板を用いた静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。

ガラス基板を製造する方法は、実施の形態１と同様である。本実施の形態では、ガラス基板として図２（ｄ）に示す構造のものを用いる。図９（ａ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に、島状体１２ａ，１２ｂとそれぞれ電気的に接続するように電極１６ａ，１６ｂを形成する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。

次いで、図９（ｂ）に示すように、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム１５ａを有するシリコン基板１５を、感圧ダイヤフラム１５ａが電極１６ａと所定の間隔をおいて位置するように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に接合する。感圧ダイヤフラム１５ａの形成方法は実施の形態１と同様である。

その後、シリコン基板１５のガラス基板１１に対する接合面とは反対側の面１５ｅ上に電極１７を形成する。この場合、まず、シリコン基板１５の面１５ｅ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。ここでは、電極１７をシリコン基板１５の面１５ｅ上に設けているが、電極１７をガラス基板１１の主面１１ｂ上であって、島状体１２ａ，１２ｂと電気的に接合せず、シリコン基板１５と電気的に接合する領域に設けても良い。この場合、電極１７が電極１６ｂと同じ面上に形成されるので、配線レイアウトの自由度が増す。

このようにして作製した両面に凹部を有するシリコン基板１５を、テーパ面１５ｄを有する凹部が上になるように、すなわちテーパ面を有しない凹部がガラス基板１１と対面するようにしてガラス基板１１の主面１１ｂ上に載置し、陽極接合処理を施す。陽極接合処理は、実施の形態１と同様に行う。これによりシリコン基板１５とガラス基板１１との間の界面での密着性がより高くなり、空間部１５ｃの気密性を向上させることができる。

このようにして得られた静電容量型圧力センサは、固定電極である電極１６ａが島状体１２ａ，１２ｂを介して電極１６ｂと電気的に接続されており、可動電極である感圧ダイヤフラム１５ａが電極１７と電気的に接続されている。したがって、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１６ａとの間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体１２ａ，１２ｂを介して電極１６ｂから取得することができる。この信号に基づいて測定圧力を算出することができる。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図１及び図８に示す本発明の静電容量型圧力センサ、並びに従来の静電容量型圧力センサの気密性について調べた。具体的には、図１及び図８に示す静電容量型圧力センサ、並びにガラス基板に穴を開けた後にその穴にめっきで金属を埋め込んで作製した従来の静電容量型圧力センサを準備し、それぞれを加圧チャンバ内に置き、内部の圧力を加圧した。そのときの感圧ダイヤフラムが可動するかどうかについて調べた。その結果、図１及び図８に示す静電容量型圧力センサは、加圧することにより感圧ダイヤフラムが作動し、その状態を保持した。このことから、ガラス基板１１と島状体１２ａとの界面１１ｃ及びガラス基板１１とシリコン基板１５との界面１１ｄで高い密着性を発揮しており、空間部１５ｃの気密性に優れていることが分かった。一方、従来の静電容量型圧力センサは、加圧すると一旦感圧ダイヤフラムが作動してガラス基板１１側に撓んだが、僅かな時間後に感圧ダイヤフラムは元の位置に戻ってしまった。このことから、ガラス基板と島状体での密着性が悪く、空間部の気密性に劣ることが分かった。

上記実施の形態１，２においては、シリコン基板１５の両面に凹部を形成した後に、このシリコン基板１５をガラス基板１１に接合する場合について説明しているが、本発明においては、シリコン基板１５の一方の表面に凹部を形成し、この凹部をガラス基板１１に対向させて空間部１５ｃを形成するようにシリコン基板１５をガラス基板１１に接合した後に、シリコン基板１５の他方の表面をエッチングしてダイヤフラム１５ａを形成するようにしても良い。このように製造することにより、シリコン基板１５とガラス基板１１の陽極接合の際に静電引力によりダイヤフラムが必要以上に撓むことを防止できる。

本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態１，２で説明した数値や材質については特に制限はなく、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

本発明の実施の形態１に係るガラス基板を備えた静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態１，２に係るガラス基板の製造方法を説明するための断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、シリコン基板上に島状体を形成する方法を説明する図である。 シリコン基板上に島状体を形成する方法を説明する図である。 （ａ）〜（ｅ）は、シリコン基板上に層形成した後に、このシリコン基板をガラス基板に押し込む工程を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、島状体の他の構成を示す図である。 図２（ｅ）で得られたガラス基板を用いた静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態２に係るガラス基板を備えた静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、図２（ｄ）で得られたガラス基板を用いた静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。 従来の静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１１ ガラス基板
１１ａ，１１ｂ 主面
１１ｃ，１１ｄ 界面
１２，１５ シリコン基板
１２ａ，１２ｂ，２１ａ〜２１ｄ 島状体
１２ｃ 角部
１３ａ，１３ｂ，１４，１６ａ，１６ｂ，１７ 電極
１５ａ 感圧ダイヤフラム
１５ｂ 側面
１５ｃ 空間部
１５ｄ テーパ面
１５ｅ 面
１８ シリコン酸化膜
１９，１９ａ，１９ｂ 金属層
２２ マスク
２３ ダイシングブレード

Claims (9)

1. 相互に対向する一対の主面を有するガラス基板本体と、前記一対の主面の両方で少なくとも一部が露出するように前記ガラス基板本体に埋設されたシリコン島状体と、を具備することを特徴とするガラス基板。
2. 前記シリコン島状体は、前記ガラス基板本体の一方の主面において該一方の主面上に形成されたシリコン層により相互に導通されていることを特徴とする請求項１記載のガラス基板。
3. 前記シリコン島状体は、前記ガラス基板本体の少なくとも一方の主面で露出するように埋め込まれた金属層を有することを特徴とする請求項１記載のガラス基板。
4. 前記ガラス基板本体と前記シリコン島状体との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有することを特徴とする請求項１記載のガラス基板。
5. 請求項１記載のガラス基板と、前記シリコン島状体が露出した主面上に設けられ、前記シリコン島状体と電気的に接続された電極と、前記電極が形成された主面上に設けられたシリコン基板と、を具備し、前記シリコン基板は、前記電極と所定の間隔をおいて位置し被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムを有し、前記電極と前記感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化を圧力変化として検知することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
6. シリコン基板の表面に島状体を形成する工程と、加熱下において前記島状体をガラス基板に押し込んで前記シリコン基板と前記ガラス基板とを接合する工程と、前記ガラス基板の表面を研磨して前記島状体を前記ガラス基板の表面から露出させる工程と、を具備することを特徴とするガラス基板の製造方法。
7. 前記シリコン基板の表面にマスクを形成し、このマスクを用いて前記シリコン基板をサンドブラスト処理することにより前記島状体を形成することを特徴とする請求項６記載のガラス基板の製造方法。
8. 前記シリコン基板の表面をハーフダイシングすることにより前記島状体を形成することを特徴とする請求項６記載のガラス基板の製造方法。
9. 請求項６記載の方法によりガラス基板を製造する工程と、前記ガラス基板の表面から露出した前記島状体と電気的に接続するように前記ガラス基板上に電極を形成する工程と、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムを有するシリコン基板を、前記感圧ダイヤフラムが前記電極と所定の間隔をおいて位置するように、前記ガラス基板上に接合する工程と、を具備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。

Images