JP2006047300A - Glass substrate and electrostatic capacity type pressure sensor using the same - Google Patents

Glass substrate and electrostatic capacity type pressure sensor using the same Download PDF

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Shigefumi Sakai
重史 酒井
Manabu Tamura
学 田村
Takashi Hatauchi
隆史 畑内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a glass substrate for electrostatic capacity type pressure sensor capable of accurately detecting pressure changes. <P>SOLUTION: This glass substrate 11 has a pair of main faces 11a, 11b that face each other. The glass substrate 11 is embedded with island-like bodies 12a, 12b formed of silicon. The island-like bodies 12a, 12b are respectively exposed in both the main faces of the glass substrate 11. On the main face 11a of the glass substrate 11, an electrode 13a is formed, such that the electrode 13a is electrically connected to one exposure portion of the island-like body 12a, and an electrode 13b is formed such that the electrode 13b is electrically connected to one exposure portion of the island-like body 12b. An electrode 14 is formed on the main face 11b of the glass substrate 11, such that the electrode 14 is electrically connected to the other exposure portion of the island-like body 12a, and a silicon substrate 15, having a pressure-sensitive diaphragm 15a, is jointed on the main face 11b of the glass substrate 11. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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。   The present invention relates to a capacitance pressure sensor having a glass substrate and a silicon diaphragm as a pressure sensitive part on the glass substrate.

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。   As such a pressure sensor, there are a differential pressure sensor that measures relative pressure and an absolute pressure sensor that measures absolute pressure.

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。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional capacitive pressure sensor. A capacitive pressure sensor 1 shown in FIG. 10 is configured by bonding a silicon substrate 3 having a pressure-sensitive diaphragm 2 that is a movable electrode that receives a pressure to be measured, and a glass substrate 4. An electrode 5 is provided on the surface of the silicon substrate 3 on the glass substrate 4 side. A predetermined interval is provided between the pressure-sensitive diaphragm 2 and the glass substrate 4, and a space 6 is formed. A fixed electrode 7 is provided on the glass substrate 4 in the space 6. The glass substrate 4 is provided with a through hole 4 a, and a connection electrode 8 is formed on the bottom surface and side surface of the through hole 4 a so as to be electrically connected to the fixed electrode 7.

特許第2772111号公報Japanese Patent No. 2772111

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。   The conventional capacitive pressure sensor shown in FIG. 10 is manufactured as follows. First, a through-hole 4a is formed in the glass substrate 4 by sandblasting, the glass substrate on which the through-hole 4a is formed and the silicon substrate are joined, and silicon is left only in the through-hole 4a portion so as to cover the through-hole 4a. To remove other silicon. Next, the fixed electrode 7 and the connection electrode 8 are formed so as to be electrically connected to the remaining silicon, and then the silicon substrate having the pressure-sensitive diaphragm 2 and having the electrode 5 on the glass substrate 4 side is formed into a space. It joins to the glass substrate 4 so that the part 6 may be formed.

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。   However, in the conventional capacitive pressure sensor, the through hole 4a is formed by sandblasting as described above, and then the connection electrode 8 is formed on the side surface of the through hole 4a. Usually, when sandblasting is performed, the processed surface becomes very rough, and thus the connection electrode 8a cannot be satisfactorily deposited on the processed surface. For this reason, there is a problem that the connection electrode 8a is disconnected. Moreover, in such a structure, since the processing surface is in a rough state, the coverage of the connection electrode is not sufficient, and thus the airtightness is inferior. When the airtightness is lowered, the pressure sensitive diaphragm does not operate well, and the pressure change cannot be detected accurately.

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。   This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the glass substrate for electrostatic capacitance type pressure sensors which can detect a pressure change correctly.

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。   The glass substrate of the present invention includes a glass substrate body having a pair of main surfaces opposed to each other, and a silicon island body embedded in the glass substrate body so that at least a part thereof is exposed on both of the pair of main surfaces. It is characterized by comprising.

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。   According to this configuration, it is possible to form the wiring from the fixed electrode while exhibiting high adhesion at the interface between the glass substrate and the island-shaped body and the interface between the glass substrate and the silicon substrate. For this reason, the glass substrate for electrostatic capacitance type pressure sensors which can detect a pressure change correctly can be obtained.

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。   In the glass substrate of the present invention, it is preferable that the silicon islands are electrically connected to each other by a silicon layer formed on the one main surface of the glass substrate body.

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。   In the glass substrate of the present invention, it is preferable that the silicon island has a metal layer embedded so as to be exposed on at least one main surface of the glass substrate body. According to this configuration, it is possible to reduce the resistance at the conduction part of the island-like body, and to reduce the power consumption of the device to be used.

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。   In the glass substrate of this invention, it is preferable to have a Si-Si bond or a Si-O bond in the interface of the said glass substrate main body and the said silicon island. According to this configuration, since the Si-Si bond or the Si-O bond is present at the interface between the glass substrate body and the silicon island body, the glass substrate body and the silicon island body are firmly bonded to each other. Adhesion is improved.

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。   The capacitance-type pressure sensor of the present invention includes the glass substrate, an electrode provided on the main surface where the silicon island is exposed, and the electrode electrically connected to the silicon island, and the electrode is formed. A silicon substrate provided on the principal surface, the silicon substrate having a pressure-sensitive diaphragm that is located at a predetermined interval from the electrode and is displaced by a pressure to be measured; and A change in capacitance between the pressure-sensitive diaphragm and the pressure-sensitive diaphragm is detected as a pressure change.

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。   According to this configuration, since high adhesion is exhibited at the interface between the glass substrate and the island-shaped body and the interface between the glass substrate and the silicon substrate, it can be considered that the displacement of the pressure sensitive diaphragm accurately reflects the pressure to be measured. it can. Therefore, it is possible to accurately detect the capacitance between the pressure-sensitive diaphragm and the fixed electrode, and it is possible to accurately detect the pressure change corresponding to the change in the capacitance.

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。   The method for producing a glass substrate of the present invention includes a step of forming an island-shaped body on the surface of a silicon substrate, a step of pressing the island-shaped body into the glass substrate under heating, and bonding the silicon substrate and the glass substrate. And polishing the surface of the glass substrate to expose the islands from the surface of the glass substrate.

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。   According to this method, the glass substrate and the island-shaped body and the glass substrate and the silicon substrate can be bonded with high adhesion. Therefore, it is possible to obtain a glass substrate for a capacitive pressure sensor that can accurately detect a pressure change.

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した後に、前記シリコン基板をウェットエッチ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。   In the manufacturing method of the glass substrate of this invention, it is preferable to form the said island-like body by carrying out the wet etching of the said silicon substrate, after carrying out the half dicing of the surface of the said silicon substrate.

この方法によれば、幅の狭いブレードを用いてハーフダイシングを行うことができ、島状体の欠けなどを防止することができる。また、幅の狭いブレードを用いたとしても、ウェットエッチングにより島状体を小さくすることができるので、すなわち、島状体の断面における底角を比較的大きくすることができるので、島状体の間隔を狭くすることができる。このため、島状体をデバイスの取り出し電極として使用する場合にデバイス設計の自由度を大きくすることができる。   According to this method, half dicing can be performed using a narrow blade, and island-like objects can be prevented from being chipped. Moreover, even if a narrow blade is used, the island can be made smaller by wet etching, that is, the base angle in the cross section of the island can be made relatively large. The interval can be narrowed. For this reason, when using an island-like body as an extraction electrode of a device, the freedom degree of device design can be enlarged.

本発明のガラス基板の製造方法においては、前記シリコン基板上にマスクを形成し、前記マスクを形成した領域以外の前記シリコン基板の領域表面をハーフダイシングした後に、前記シリコン基板をウェットエッチングし、その後前記マスクを除去することにより前記島状体を形成することが好ましい。   In the method for producing a glass substrate of the present invention, a mask is formed on the silicon substrate, and after the region surface of the silicon substrate other than the region where the mask is formed is half-diced, the silicon substrate is wet etched, It is preferable to form the islands by removing the mask.

この方法によれば、マスクを形成した領域の島状体は相対的に高さが高く、マスクを形成した領域以外の領域の島状体は相対的に高さが低くなる。すなわち、高低差のある島状体を形成することができる。このような島状体をガラス基板に押し込んで表面を研磨すると、高さの高い島状体が表面から露出し、高さの低い島状体はガラス基板内に埋め込まれることになる。したがって、この高さの低い島状体がガラス基板とシリコン基板との間の密着性を高くするので、基板の端部のように比較的に強度が低い部分においても、その後の工程において基板に加わる力に対抗できる強度を確保することができる。また、マスクのパターンにより任意の部分に高さの高い島状体を形成することができるので、アライメントマークのようなマークを島状体で形成することが可能となる。   According to this method, the islands in the region where the mask is formed are relatively high, and the islands in the region other than the region where the mask is formed are relatively low. That is, an island-like body having a height difference can be formed. When such an island is pushed into the glass substrate and the surface is polished, the island having a high height is exposed from the surface, and the island having a low height is embedded in the glass substrate. Therefore, since the island-shaped body having a low height enhances the adhesion between the glass substrate and the silicon substrate, even in a relatively low strength portion such as an end portion of the substrate, the substrate is formed in the subsequent process. It is possible to secure strength that can counter the applied force. In addition, since an island-like body having a high height can be formed in an arbitrary portion depending on the mask pattern, a mark such as an alignment mark can be formed using an island-like body.

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。   The method of manufacturing a capacitive pressure sensor according to the present invention includes a step of manufacturing a glass substrate by the above method, and the glass substrate is electrically connected to the islands exposed from the surface of the glass substrate. A step of forming an electrode, and a step of bonding a silicon substrate having a pressure-sensitive diaphragm displaced by a pressure to be measured on the glass substrate so that the pressure-sensitive diaphragm is positioned at a predetermined distance from the electrode; It is characterized by comprising.

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。   According to this method, the glass substrate and the island-shaped body and the glass substrate and the silicon substrate can be bonded with high adhesion. Therefore, it is possible to obtain a capacitance-type pressure sensor that can accurately detect a change in capacitance between the pressure-sensitive diaphragm and the fixed electrode, and can accurately detect a change in pressure.

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。   According to the present invention, since the adhesion of the interface between the glass substrate and the silicon substrate is improved, the airtightness of the space between the fixed electrode and the movable electrode in the capacitive pressure sensor can be increased. It is possible to accurately detect the capacitance corresponding to the pressure to be measured.

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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a capacitive pressure sensor including a glass substrate according to Embodiment 1 of the present invention.

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。   In the figure, 11 indicates a glass substrate. The glass substrate 11 has a pair of main surfaces 11a and 11b facing each other. In the glass substrate 11, islands 12a and 12b made of silicon are embedded. The island-shaped body 12a is a connection member with a fixed electrode, and the island-shaped body 12b is a connection member with a movable electrode. The islands 12a and 12b are exposed on both main surfaces of the glass substrate 11, respectively. The formation of the islands 12a and 12b will be described later.

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。   An electrode 13a is formed on the main surface 11a of the glass substrate 11 so as to be electrically connected to one exposed portion of the island 12a, and is electrically connected to one exposed portion of the island 12b. Thus, an electrode 13b is formed. Since the electrodes 13a and 13b are thus provided on the same main surface 11a, connection to an external device is facilitated. An electrode 14 is formed on the main surface 11b of the glass substrate 11 so as to be electrically connected to the other exposed portion of the island 12a.

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。   On the main surface 11 b of the glass substrate 11, a silicon substrate 15 having a pressure-sensitive diaphragm 15 a (movable electrode) is bonded. The pressure-sensitive diaphragm 15a is provided by forming recesses from both sides of the silicon substrate 15 by etching or the like. The concave portion on the glass substrate bonding surface side of the silicon substrate 15 has a size that can accommodate at least the electrode 14. By bonding the silicon substrate 15 to the glass substrate 11, a space (gap) 15 c is formed. That is, the space 15c is constituted by the side surface 15b of the concave portion of the silicon substrate 15 and the pressure-sensitive diaphragm 15a. As a result, a predetermined interval is provided between the pressure-sensitive diaphragm 15 a and the electrode 14, and an electrostatic capacity is generated between the pressure-sensitive diaphragm 15 a and the electrode 14.

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。   The interface 11c between the glass substrate 11 and the islands 12a and 12b preferably has high adhesion. As will be described later, the interface 11c is formed by pushing the islands 12a and 12b into the glass substrate 11 under heating. Although high adhesion can be exhibited even at the interface 11c obtained by such a method, the adhesion can be further improved by performing anodic bonding treatment after the islands 12a and 12b are pushed into the glass substrate 11. it can. Anodic bonding treatment is applied at a predetermined temperature (for example, 400 ° C. or lower) at a predetermined voltage (for example, 300 V to 1 kV), thereby generating a large electrostatic attraction between silicon and glass and sharing at the interface. A process that causes a bond to occur. The covalent bond at this interface is a Si—Si bond or a Si—O bond between the Si atom of silicon and the Si atom contained in the glass. Therefore, silicon and glass are firmly bonded by this Si—Si bond or Si—O bond, and very high adhesion is exhibited at the interface between the two. In order to perform such anodic bonding efficiently, the glass material of the glass substrate 11 is preferably a glass material containing an alkali metal such as sodium (for example, Pyrex (registered trademark) glass).

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。   The same applies to the interface between the main surface 11 b of the glass substrate 11 and the silicon substrate 15. That is, the adhesion can be enhanced by mounting the silicon substrate 15 on the main surface 11b of the glass substrate 11 and performing an anodic bonding process. Thus, by exhibiting high adhesiveness at the interface 11c between the glass substrate 11 and the island-like body 12a and the interface 11d between the glass substrate 11 and the silicon substrate 15, the pressure sensitive diaphragm 15a and the main surface of the glass substrate 11 The airtightness in the space part 15c comprised between 11b can be kept high.

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。   The capacitance type pressure sensor having such a configuration has a predetermined capacitance between the pressure sensitive diaphragm 15 a and the electrode 14 on the glass substrate 11. When pressure is applied to the capacitance type pressure sensor, the pressure sensitive diaphragm 15a moves according to the pressure. Thereby, the pressure sensitive diaphragm 15a is displaced. At this time, the capacitance between the pressure sensitive diaphragm 15a and the electrode 14 on the glass substrate 11 changes. Therefore, the change can be a pressure change using the capacitance as a parameter. As described above, since the high adhesion is exhibited at the interface 11c between the glass substrate 11 and the island 12a and the interface 11d between the glass substrate 11 and the silicon substrate 15, the displacement of the pressure-sensitive diaphragm 15a is a pressure to be measured. Can be considered only. Therefore, it is possible to accurately detect the capacitance between the pressure sensitive diaphragm 15a and the electrode 14, and it is possible to accurately detect a pressure change corresponding to the change in the capacitance.

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。   Next, a method for manufacturing a capacitive sensor using the glass substrate of the present embodiment will be described. 2 (a) to 2 (e) are cross-sectional views for explaining the glass substrate manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention.

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。   First, a silicon substrate 12 having a low resistance by doping impurities is prepared. The impurity may be an n-type impurity or a p-type impurity. The concentration is, for example, about 0.01 Ω · cm. This silicon substrate is etched to form islands 12a and 12b as shown in FIG. Etching may be dry etching or wet etching. However, in the case of wet etching, it is preferable to perform anisotropic etching by defining the crystal plane of the surface of the silicon substrate 12 so that the etching rate is different. In addition, it is preferable that the corner | angular part 12c of the island-like bodies 12a and 12b is as curved as possible for joining with the glass substrate mentioned later.

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。   Next, as shown in FIG. 2B, a glass substrate 11 is placed on the silicon substrate 12 on which the islands 12a and 12b are formed. Further, the silicon substrate 12 and the glass substrate 11 are heated, and as shown in FIG. 2C, the silicon substrate 12 is pressed against the glass substrate 11 so that the islands 12a and 12b are applied to the main surface 11a of the glass substrate 11. The silicon substrate 12 and the glass substrate 11 are bonded by pressing. The temperature at this time is preferably a temperature below the melting point of silicon and capable of deforming the glass. For example, the heating temperature is about 600 ° C.

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。   Further, in order to further improve the adhesion at the interface 11c between the islands 12a, 12b of the silicon substrate 12 and the glass substrate 11, it is preferable to perform an anodic bonding treatment. In this case, an electrode is attached to each of the silicon substrate 12 and the glass substrate 11 and a voltage of about 300 V to 1 kV is applied under heating at about 400 ° C. or lower. Thereby, the adhesiveness in the interface 11c becomes higher, and the airtightness of the space portion 15c of the capacitive sensor can be improved.

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。   Next, as shown in FIG. 2D, the islands 12a and 12b are partially exposed at the main surface 11b by polishing the main surface 11b side of the glass substrate 11. As a result, the islands 12a and 12b are embedded in the glass substrate 11. Further, as shown in FIG. 2E, the islands 12a and 12b are partially exposed from both surfaces of the glass substrate 11 by polishing the silicon substrate 12. Thus, the glass substrate (FIGS. 2D and 2E) of the present invention is produced.

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),(b)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の表面をダイシングブレードを用いてハーフダイシング(溝加工)して島状体21aを形成する。このとき、島状体21aの幅は、ハーフダイシングにより形成された溝21bの幅よりも広いことが望ましい。これにより、ハーフダイシングの際に島状体21aが欠けたりすることを防止できる。また、このようにハーフダイシングで島状体21aを形成することにより、島状体21aの側壁の垂直性を高くすることができ、島状体21a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。   Here, the manufacturing process of the glass substrate according to the present invention will be described. 3A and 3B are views for explaining a method of forming islands 12a and 12b on the silicon substrate 11 as shown in FIG. First, as shown in FIG. 3A, the surface of the silicon substrate 21 is half-diced (grooved) using a dicing blade to form an island 21a. At this time, it is desirable that the width of the island-shaped body 21a is wider than the width of the groove 21b formed by half dicing. Thereby, it can prevent that the island-shaped body 21a is missing in the case of half dicing. Further, by forming the islands 21a by half dicing as described above, the verticality of the sidewalls of the islands 21a can be increased, and the arrangement density of the islands 21a can be increased. In addition, the half dicing does not require expensive equipment such as a dry etching apparatus, and can reduce the cost.

次いで、図3(b)に示すように、島状体21aを形成したシリコン基板21に対してウェットエッチングを行って島状体21cを形成する。このように図3(a)に示すシリコン基板21にウェットエッチングを施すことにより、島状体21aの上面及び側面がエッチングされて島状体21aの幅が狭くなる。したがって、島状体21c間の間隔が広くなる。また、この島状体21cはハーフダイシングで形成されており、垂直性が高く、島状体の断面における底角を比較的大きくすることができるので、島状体の間隔を狭くすることができる。このため、島状体をデバイスの取り出し電極として使用する場合にデバイス設計の自由度を大きくすることができる。なお、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。また、これらのエッチャントを使用するために、あらかじめシリコン基板21の表面が(100)面になるようにすることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 3B, wet etching is performed on the silicon substrate 21 on which the islands 21a are formed to form islands 21c. In this way, by performing wet etching on the silicon substrate 21 shown in FIG. 3A, the upper surface and the side surface of the island-shaped body 21a are etched, and the width of the island-shaped body 21a is narrowed. Therefore, the space between the islands 21c is increased. Further, the island-shaped body 21c is formed by half dicing, has high verticality, and can make the base angle in the cross section of the island-shaped body relatively large, so that the interval between the island-shaped bodies can be narrowed. . For this reason, when using an island-like body as an extraction electrode of a device, the freedom degree of device design can be enlarged. As an etchant used for wet etching, a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution, a KOH solution, or the like can be used. In order to use these etchants, it is preferable that the surface of the silicon substrate 21 be a (100) plane in advance.

図4(a)〜(e)は、図4(a)に示すようにシリコン基板11の両面に島状体12a,12bを形成する方法の他の例を説明する図である。まず、シリコン基板21上に酸化膜22を形成する。この酸化膜22としては、加熱処理により形成された熱酸化膜や、CVD処理により形成された酸化膜などを用いることができる。次いで、図4(b)に示すように、一方の酸化膜22をパターニングしてマスク22aを形成する。なお、このパターニングは、通常のフォトリソグラフィー及びエッチングにより行う。また、マスク22aはアルカリエッチングの際に生じるサイドエッチングを考慮した形状、大きさとすることが望ましい。このため、後述するハーフダイシングにより形成する島状体の幅よりも狭い幅で形成することが望ましい。   FIGS. 4A to 4E are views for explaining another example of a method of forming islands 12a and 12b on both surfaces of the silicon substrate 11 as shown in FIG. 4A. First, an oxide film 22 is formed on the silicon substrate 21. As the oxide film 22, a thermal oxide film formed by heat treatment, an oxide film formed by CVD treatment, or the like can be used. Next, as shown in FIG. 4B, one oxide film 22 is patterned to form a mask 22a. This patterning is performed by ordinary photolithography and etching. The mask 22a is preferably shaped and sized in consideration of side etching that occurs during alkali etching. For this reason, it is desirable to form with the width | variety narrower than the width | variety of the island-shaped body formed by the half dicing mentioned later.

次いで、図4(c)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を用いてハーフダイシング(溝加工)して島状体21aを形成する。このとき、島状体21aの幅は、ハーフダイシングにより形成された溝21bの幅よりも広いことが望ましい。これにより、ハーフダイシングの際に島状体21aが欠けたりすることを防止できる。また、このようにハーフダイシングで島状体21aを形成することにより、島状体21aの側壁の垂直性を高くすることができ、島状体21a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。   Next, as shown in FIG. 4C, the surface of the silicon substrate 21 is half-diced (grooved) using a dicing blade to form islands 21a. At this time, it is desirable that the width of the island-shaped body 21a is wider than the width of the groove 21b formed by half dicing. Thereby, it can prevent that the island-shaped body 21a is missing in the case of half dicing. Further, by forming the islands 21a by half dicing as described above, the verticality of the sidewalls of the islands 21a can be increased, and the arrangement density of the islands 21a can be increased. In addition, the half dicing does not require expensive equipment such as a dry etching apparatus, and can reduce the cost.

次いで、図4(d)に示すように、島状体21aを形成したシリコン基板21に対してウェットエッチングを行って島状体21d,21eを形成する。ウェットエッチングを行うと、マスク22aを有する領域ではエッチングが制限されるために比較的高さの高い島状体21dが形成され、マスク22aを有しない領域ではエッチングが制限されないので比較的高さの低い島状体21eが形成される。このように高低差のある2種類の島状体21d,21eが形成される。なお、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。また、これらのエッチャントを使用するために、あらかじめシリコン基板21の表面が(100)面になるようにすることが好ましい。その後、図4(e)に示すように、マスク22aを除去する。   Next, as shown in FIG. 4D, wet etching is performed on the silicon substrate 21 on which the islands 21a are formed to form islands 21d and 21e. When wet etching is performed, the etching is limited in the region having the mask 22a, so that the island-shaped body 21d having a relatively high height is formed. A low island 21e is formed. In this way, two types of islands 21d and 21e with different heights are formed. As an etchant used for wet etching, a TMAH (tetramethylammonium hydroxide) aqueous solution, a KOH solution, or the like can be used. In order to use these etchants, it is preferable that the surface of the silicon substrate 21 be a (100) plane in advance. Thereafter, as shown in FIG. 4E, the mask 22a is removed.

このように高低差のある島状体を形成することができるので、図5(a)に示すように島状体21d,21eをガラス基板23に押し込んで表面を研磨すると、図5(b)に示すように、高さの高い島状体21dが表面から露出し、高さの低い島状体21eはガラス基板23内に埋め込まれる。したがって、この高さの低い島状体21eがガラス基板23とシリコン基板21との間の密着性を高くする。すなわち、島状体21eの上面は表面に露出せずに、ガラス基板23内に存在するので、島状体21eとガラス基板23との間の接触面積が大きく、両者が強固に密着する。このため、基板の端部のように比較的に強度が低い部分においても、その後の工程において基板に加わる力に対抗できる強度を確保することができる。   Since islands with different heights can be formed as described above, when the islands 21d and 21e are pushed into the glass substrate 23 and the surface is polished as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the island-shaped body 21d having a high height is exposed from the surface, and the island-shaped body 21e having a low height is embedded in the glass substrate 23. Therefore, the island-like body 21e having a low height increases the adhesion between the glass substrate 23 and the silicon substrate 21. That is, since the upper surface of the island-shaped body 21e is not exposed on the surface but exists in the glass substrate 23, the contact area between the island-shaped body 21e and the glass substrate 23 is large, and both are firmly adhered. For this reason, even in a relatively low strength portion such as an end portion of the substrate, it is possible to secure a strength that can resist the force applied to the substrate in the subsequent process.

例えば、図6(a)に示すように、ウエハWにおいて、内部を中心に島状体21dを形成し、外周部(端部)に島状体21eを設けることにより、外周部の強度を向上させることが可能となり、ウエハレベルの処理を行う場合でもウエハWの外周部の欠けなどを防止することができる。   For example, as shown in FIG. 6A, the strength of the outer peripheral portion is improved by forming the island-shaped body 21d around the inside and providing the island-shaped body 21e at the outer peripheral portion (end) in the wafer W. Therefore, even when wafer level processing is performed, chipping of the outer peripheral portion of the wafer W can be prevented.

また、マスク22aのパターンにより任意の部分に高さの高い島状体21dを形成することができるので、アライメントマークのようなマークを島状体21dで形成することが可能となる。例えば、図6(b)に示すように、島状体21dの矩形枠の中心に島状体21d’を配置することにより、島状体21d’をアライメントマークとして使用することができる。   Further, since the island-shaped body 21d having a high height can be formed in an arbitrary portion by the pattern of the mask 22a, it is possible to form a mark such as an alignment mark with the island-shaped body 21d. For example, as shown in FIG. 6B, the island 21d 'can be used as an alignment mark by disposing the island 21d' at the center of the rectangular frame of the island 21d.

さらに、上述したように、ハーフダイシングの後にウェットエッチングを施しているので、島状体21d,21eの上面及び側面がエッチングされて島状体の幅が狭くなる。したがって、島状体21d,21e間の間隔が広くなる。したがって、この島状体21d,21eは垂直性が高く、島状体の断面における底角を比較的大きくすることができるので、島状体の間隔を狭くすることができる。このため、島状体をデバイスの取り出し電極として使用する場合にデバイス設計の自由度を大きくすることができる。例えば、図6(c)に示すように、島状体21dの間隔を狭くすることができるので、ウエハW上の特定の領域に多く(ここでは6個)の島状体21dを設けることができ、引き出し電極として用いることができる。   Further, as described above, since the wet etching is performed after the half dicing, the upper surfaces and the side surfaces of the islands 21d and 21e are etched to narrow the width of the islands. Accordingly, the distance between the islands 21d and 21e is increased. Therefore, the islands 21d and 21e have high verticality, and the base angle in the cross section of the islands can be made relatively large, so that the distance between the islands can be reduced. For this reason, when using an island-like body as an extraction electrode of a device, the freedom degree of device design can be enlarged. For example, as shown in FIG. 6C, since the interval between the islands 21d can be narrowed, many (here, six) islands 21d are provided in a specific region on the wafer W. And can be used as an extraction electrode.

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。   A capacitance type pressure sensor is manufactured using the glass substrate manufactured as described above. As shown in FIG. 7, the electrode 14 is formed on the main surface 11b of the glass substrate 11 so as to be electrically connected to the island-shaped body 12a. In this case, first, an electrode material is deposited on the main surface 11b of the glass substrate 11, a resist film is formed thereon, and the resist film is patterned so that the resist film remains in the electrode formation region (photolithography). Then, the electrode material is etched using the resist film as a mask, and then the remaining resist film is removed.

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。   Next, as shown in FIG. 1, the silicon substrate 15 having the pressure-sensitive diaphragm 15a that is displaced by the pressure to be measured is placed on the main substrate of the glass substrate 11 so that the pressure-sensitive diaphragm 15a is positioned at a predetermined distance from the electrode 14. It joins on the surface 11b. In this case, first, the silicon substrate 15 is etched from both main surface sides to provide recesses to form the pressure sensitive diaphragm 15a. Etching may be dry etching or wet etching. However, in the case of wet etching, it is preferable to perform anisotropic etching by defining the crystal plane of the surface of the silicon substrate 15 so that the etching rate is different. In particular, since the tapered surface 15d is formed in the concave portion that does not constitute the space portion 15c of the silicon substrate 15, the concave portion is formed by anisotropic etching.

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。   The recess on the space 15c side of the silicon substrate 15 is formed larger than the electrode 14 to the extent that the electrode 14 on the glass substrate 11 can be surrounded. The depth of the recess is determined in consideration of the distance between the pressure sensitive diaphragm 15a and the electrode 14, the thickness of the electrode 14, and the like. The silicon substrate 15 having the recesses on both sides thus produced is formed so that the recess having the tapered surface 15d faces upward, that is, the recess having no tapered surface faces the glass substrate 11. It is placed on the main surface 11b and subjected to anodic bonding. At this time, it is performed by applying a voltage of about 500 V to the silicon substrate 15 and the glass substrate 11 under heating at about 400 ° C. or lower. Thereby, the adhesiveness in the interface between the silicon substrate 15 and the glass substrate 11 becomes higher, and the airtightness of the space 15c can be improved.

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。   Next, electrodes 13a and 13b are formed on the main surface 11a of the glass substrate 11 so as to be electrically connected to the islands 12a and 12b, respectively. In this case, first, an electrode material is deposited on the main surface 11a of the glass substrate 11, a resist film is formed thereon, and the resist film is patterned so that the resist film remains in the electrode formation region (photolithography). Then, the electrode material is etched using the resist film as a mask, and then the remaining resist film is removed.

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。   In the capacitive pressure sensor thus obtained, the electrode 14 that is a fixed electrode is electrically connected to the electrode 13a via the island 12a, and the pressure-sensitive diaphragm 15a that is a movable electrode is connected to the island. It is electrically connected to the electrode 13b through the shaped body 12b. Therefore, the change signal of the electrostatic capacitance detected between the pressure sensitive diaphragm 15a and the electrode 14 can be acquired from the electrode 13a via the island 12b. The measured pressure can be calculated based on this signal.

(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。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a capacitive pressure sensor including a glass substrate according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 8, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

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。   The glass substrate 11 and the silicon substrate 12 are joined. At this time, island-like bodies 12 a and 12 b made of silicon are embedded in the glass substrate 11. Further, the islands 12 a and 12 b are partially exposed at the main surface 11 b of the glass substrate 11. Therefore, the islands 12a and 12b are electrically connected to each other by the silicon layer formed on the main surface 11a.

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。   An electrode 16a is formed on the main surface 11a of the glass substrate 11 so as to be electrically connected to the exposed portion of the island-shaped body 12a, and the electrode 16a is electrically connected to the exposed portion of the island-shaped body 12b. 16b is formed.

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。   On the main surface 11 b of the glass substrate 11, a silicon substrate 15 having a pressure-sensitive diaphragm 15 a (movable electrode) is bonded. The pressure sensitive diaphragm 15a has the same configuration as that of the first embodiment. As a result, a predetermined interval is provided between the pressure-sensitive diaphragm 15 a and the electrode 14, and an electrostatic capacity is generated between the pressure-sensitive diaphragm 15 a and the electrode 14. Further, an electrode 17 for a movable electrode is provided on the surface of the silicon substrate 15 opposite to the bonding surface with the glass substrate 11.

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。   As in the first embodiment, the interface 11c between the glass substrate 11 and the island-shaped body 12a and the interface 11d between the glass substrate 11 and the silicon substrate 15 exhibit high adhesion. For this reason, the airtightness in the space part 15c comprised between the pressure-sensitive diaphragm 15a and the main surface 11b of the glass substrate 11 can be kept high.

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。   The capacitance type pressure sensor having such a configuration has a predetermined capacitance between the pressure-sensitive diaphragm 15a and the electrode 14 on the glass substrate 11 as in the first embodiment. When pressure is applied to the capacitance type pressure sensor, the pressure sensitive diaphragm 15a moves according to the pressure. Thereby, the pressure-sensitive diaphragm 15a is displaced, and the electrostatic capacitance between the pressure-sensitive diaphragm 15a and the electrode 14 on the glass substrate 11 changes. Therefore, this change in capacitance can be a change in pressure. As described above, since the high adhesion is exhibited at the interface 11c between the glass substrate 11 and the island 12a and the interface 11d between the glass substrate 11 and the silicon substrate 15, the displacement of the pressure-sensitive diaphragm 15a is a pressure to be measured. Can be considered only. Therefore, the change in capacitance between the pressure-sensitive diaphragm 15a and the electrode 14 due to the displacement of the pressure-sensitive diaphragm 15a is accurately reflected in the change in pressure, and the change in pressure can be accurately detected.

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。   Next, a method for manufacturing a capacitive sensor using the glass substrate of the present embodiment will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a capacitive pressure sensor using the glass substrate obtained in FIG.

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。   The method for manufacturing the glass substrate is the same as in the first embodiment. In this embodiment, a glass substrate having a structure shown in FIG. As shown in FIG. 9A, electrodes 16a and 16b are formed on the main surface 11b of the glass substrate 11 so as to be electrically connected to the islands 12a and 12b, respectively. In this case, first, an electrode material is deposited on the main surface 11b of the glass substrate 11, a resist film is formed thereon, and the resist film is patterned so that the resist film remains in the electrode formation region (photolithography). Then, the electrode material is etched using the resist film as a mask, and then the remaining resist film is removed.

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。   Next, as shown in FIG. 9 (b), a silicon substrate 15 having a pressure-sensitive diaphragm 15a that is displaced by the pressure to be measured is placed on a glass substrate so that the pressure-sensitive diaphragm 15a is positioned at a predetermined interval from the electrode 16a. 11 on the main surface 11b. The method for forming the pressure-sensitive diaphragm 15a is the same as in the first embodiment.

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。   Thereafter, an electrode 17 is formed on the surface 15e opposite to the bonding surface of the silicon substrate 15 to the glass substrate 11. In this case, first, an electrode material is deposited on the surface 15e of the silicon substrate 15, a resist film is formed thereon, and the resist film is patterned (photolithography) so that the resist film remains in the electrode formation region. The electrode material is etched using the resist film as a mask, and then the remaining resist film is removed. Here, the electrode 17 is provided on the surface 15e of the silicon substrate 15, but the electrode 17 is on the main surface 11b of the glass substrate 11 and is not electrically joined to the islands 12a and 12b. 15 may be provided in a region that is electrically connected to the electrode 15. In this case, since the electrode 17 is formed on the same surface as the electrode 16b, the degree of freedom in wiring layout increases.

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。   The silicon substrate 15 having the recesses on both sides thus produced is formed so that the recess having the tapered surface 15d faces upward, that is, the recess having no tapered surface faces the glass substrate 11. It is placed on the main surface 11b and subjected to anodic bonding. The anodic bonding process is performed in the same manner as in the first embodiment. Thereby, the adhesiveness in the interface between the silicon substrate 15 and the glass substrate 11 becomes higher, and the airtightness of the space 15c can be improved.

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。   In the capacitive pressure sensor thus obtained, the electrode 16a, which is a fixed electrode, is electrically connected to the electrode 16b via the islands 12a, 12b, and the pressure-sensitive diaphragm 15a, which is a movable electrode. Is electrically connected to the electrode 17. Therefore, the capacitance change signal detected between the pressure-sensitive diaphragm 15a and the electrode 16a can be acquired from the electrode 16b via the islands 12a and 12b. The measured pressure can be calculated based on this signal.

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。
Next, examples performed for clarifying the effects of the present invention will be described.
The airtightness of the capacitive pressure sensor of the present invention shown in FIGS. 1 and 8 and the conventional capacitive pressure sensor was examined. Specifically, the capacitance type pressure sensor shown in FIGS. 1 and 8 and a conventional capacitance type pressure sensor prepared by embedding a metal in the hole after making a hole in the glass substrate are prepared. , Each was placed in a pressure chamber and the internal pressure was increased. We investigated whether the pressure-sensitive diaphragm was movable at that time. As a result, in the capacitive pressure sensor shown in FIGS. 1 and 8, the pressure-sensitive diaphragm was actuated by pressurization, and the state was maintained. Therefore, high adhesion is exhibited at the interface 11c between the glass substrate 11 and the island 12a and the interface 11d between the glass substrate 11 and the silicon substrate 15, and the airtightness of the space 15c is excellent. I understood. On the other hand, in the conventional capacitive pressure sensor, when the pressure is applied, the pressure-sensitive diaphragm is once actuated to bend toward the glass substrate 11, but after a short time, the pressure-sensitive diaphragm has returned to the original position. From this, it was found that the adhesion between the glass substrate and the island was poor and the airtightness of the space was poor.

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。   In the first and second embodiments, the case where the silicon substrate 15 is bonded to the glass substrate 11 after the concave portions are formed on both surfaces of the silicon substrate 15 has been described. A concave portion is formed on one surface, and after bonding the silicon substrate 15 to the glass substrate 11 so as to form a space portion 15c with the concave portion facing the glass substrate 11, the other surface of the silicon substrate 15 is etched. The diaphragm 15a may be formed. By manufacturing in this way, it is possible to prevent the diaphragm from being bent more than necessary due to electrostatic attraction during the anodic bonding of the silicon substrate 15 and the glass substrate 11.

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。   The present invention is not limited to Embodiments 1 and 2 above, and can be implemented with various modifications. For example, the numerical values and materials described in the first and second embodiments are not particularly limited, and can be appropriately changed without departing from the scope of the object of the present invention.

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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electrostatic capacitance type pressure sensor provided with the glass substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. (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)-(e) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the glass substrate which concerns on Embodiment 1, 2 of this invention. (a),(b)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。(A), (b) is a figure explaining the method of forming an island-like body on a silicon substrate. (a)〜(e)は、シリコン基板上に島状体を形成する方法の他の例を説明する図である。(A)-(e) is a figure explaining the other example of the method of forming an island-like body on a silicon substrate. (a),(b)は、島状体を有するシリコン基板をガラス基板に押し込んで、研磨する工程を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the process which pushes the silicon substrate which has an island-like body into a glass substrate, and grind | polishes. (a)〜(c)は、ウエハ上の島状体の配置を説明するための図である。(A)-(c) is a figure for demonstrating arrangement | positioning of the island-like body on a wafer. 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。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the electrostatic capacitance type pressure sensor using the glass substrate obtained by FIG.2 (e). 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electrostatic capacitance type pressure sensor provided with the glass substrate which concerns on Embodiment 2 of this invention. (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。(A), (b) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the capacitance-type pressure sensor using the glass substrate obtained by FIG.2 (d). 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the conventional electrostatic capacitance type pressure sensor.

符号の説明Explanation of symbols

11,23 ガラス基板
11a,11b 主面
11c,11d 界面
12,15,21 シリコン基板
12a,12b,21a,21c〜21e 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
21b 溝
22 酸化膜
22a マスク
W ウエハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 23 Glass substrate 11a, 11b Main surface 11c, 11d Interface 12, 15, 21 Silicon substrate 12a, 12b, 21a, 21c-21e Island-like body 12c Corner | angular part 13a, 13b, 14, 16a, 16b, 17 Electrode 15a Pressure diaphragm 15b Side surface 15c Space 15d Tapered surface 15e Surface 21b Groove 22 Oxide film 22a Mask W Wafer

Claims (9)

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。   A glass substrate body having a pair of main surfaces opposed to each other, and a silicon island body embedded in the glass substrate body so that at least a part thereof is exposed on both of the pair of main surfaces. Characteristic glass substrate. 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。   2. The glass substrate according to claim 1, wherein the silicon islands are electrically connected to each other by a silicon layer formed on the one main surface of the glass substrate body. 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。   The glass substrate according to claim 1, wherein the silicon island has a metal layer embedded so as to be exposed on at least one main surface of the glass substrate body. 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。   The glass substrate according to claim 1, wherein the glass substrate has a Si-Si bond or a Si-O bond at an interface between the glass substrate body and the silicon island. 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。   The glass substrate according to claim 1, provided on the main surface where the silicon island is exposed, and electrically connected to the silicon island, and provided on the main surface where the electrode is formed. A silicon substrate having a pressure-sensitive diaphragm that is located at a predetermined distance from the electrode and that is displaced by a pressure to be measured, between the electrode and the pressure-sensitive diaphragm. A capacitance-type pressure sensor that detects a change in capacitance as a pressure change. 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。   A step of forming islands on the surface of the silicon substrate, a step of pressing the islands into the glass substrate under heating to bond the silicon substrate and the glass substrate, and polishing the surface of the glass substrate. Exposing the islands from the surface of the glass substrate. A method for producing a glass substrate, comprising: 前記シリコン基板の表面をハーフダイシングした後に、前記シリコン基板をウェットエッチ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。   The method for manufacturing a glass substrate according to claim 6, wherein the island-shaped body is formed by wet-etching the silicon substrate after half-dicing the surface of the silicon substrate. 前記シリコン基板上にマスクを形成し、前記マスクを形成した領域以外の前記シリコン基板の領域表面をハーフダイシングした後に、前記シリコン基板をウェットエッチングし、その後前記マスクを除去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。   The island-shaped body is formed by forming a mask on the silicon substrate, half-dicing the region surface of the silicon substrate other than the region where the mask is formed, then wet-etching the silicon substrate, and then removing the mask The method for producing a glass substrate according to claim 6, wherein: 請求項6から請求項8のいずれかに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。   A step of manufacturing a glass substrate by the method according to any one of claims 6 to 8, and an electrode on the glass substrate so as to be electrically connected to the islands exposed from the surface of the glass substrate. And a step of bonding a silicon substrate having a pressure-sensitive diaphragm that is displaced by a pressure to be measured on the glass substrate so that the pressure-sensitive diaphragm is positioned at a predetermined distance from the electrode. A method for manufacturing a capacitive pressure sensor comprising:
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