JP2006047300A - Glass substrate and electrostatic capacity type pressure sensor using the same - Google Patents
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Abstract
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
(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
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
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
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
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
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-
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (9)
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JP2005192080A JP2006047300A (en) | 2004-07-02 | 2005-06-30 | Glass substrate and electrostatic capacity type pressure sensor using the same |
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Family Applications (1)
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2005
- 2005-06-30 JP JP2005192080A patent/JP2006047300A/en not_active Withdrawn
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RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
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