JP2006170893A

JP2006170893A - 静電容量型圧力センサ

Info

Publication number: JP2006170893A
Application number: JP2004365969A
Authority: JP
Inventors: Shunei Sudo; 俊英須藤; Shigefumi Sakai; 重史酒井; Sadahiro Takahashi; 貞裕高橋
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29
Also published as: EP1681545A2; US20060133006A1; EP1681545A3; TWI278119B; US7319581B2; TW200629576A

Abstract

【課題】小型で薄型であり、構造も単純で信頼性の高い静電容量型圧力センサを提供する。
【解決手段】ダイヤフラム２を有する導電性シリコン基板３と固定電極８を有する絶縁性基板４とが重ね合わされて接合されるとともに、ダイヤフラム２と固定電極８との間に密閉室７が形成されてなり、絶縁性基板４の一部に導電性シリコン部材５が埋設され、導電性シリコン部材５の一部５ａが絶縁性基板４の密閉室７側に露出されて固定電極８を構成するとともに、導電性シリコン部材５の別の一部５ｂが絶縁性基板４の密閉室７と反対側に露出されて固定電極８の取出電極９を構成することを特徴とする静電容量型圧力センサ１を採用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダイヤフラムを備えた静電容量型圧力センサに関する。

静電容量型圧力センサは、小型でしかも構造が単純であることから、最近になって様々な分野において急速に普及している。一例として、自動車のタイヤの空気圧をモニタリングする手段として、静電容量型圧力センサが採用され始めている。

特許文献１には、従来構造の静電容量型圧力センサが開示されている。この静電容量型圧力センサは、同文献の第１図に示すように、感圧ダイヤフラム部を有するシリコン基板にガラス基板が接合されるとともに、シリコン基板とガラス基板との間であって前記感圧ダイヤフラム部の形成位置付近に基準圧室が設けられ、この基準圧室のガラス基板側には第１の電極が形成されて概略構成されている。また、基準圧室の近傍において、ガラス基板には第１の穴部が設けられ、この第１の穴部には第１のリード部が形成されている。またガラス基板の基準圧室側の面には、シリコン板からなる蓋板が前記第１のリード部に接して形成されている。そしてこの蓋板に第１の電極の一部が接続されている。
このように従来構造の静電容量型圧力センサにおいては、第１の電極が、蓋板を介してガラス基板の基準圧室とは反対側に設けられた第１のリード部に接続されており、蓋板及び第１のリード部を第１の電極の引出し配線として利用できるように構成されている。

ところで、特許文献１に記載の静電容量型圧力センサにおいては、第１の電極を引き出すために、蓋板を基準圧室の近傍に配置する必要がある。この蓋板は、感圧ダイヤフラム部を有するシリコン基板に対向配置されているため、蓋板とシリコン基板との間で静電容量が発生し、この静電容量が寄生容量となって静電容量型圧力センサの感度を低下させるおそれがある。そこで同文献の静電容量型圧力センサにおいては、同文献の第１図に示すように、シリコン基板の基準圧室側の面であって蓋板に対向する部分を、前記ダイヤフラム部よりも深く掘り下げて、シリコン基板と蓋板との間隔を大きくしている。これにより寄生容量を小さくして感度の低下を防止している。
特許第２７７２１１１号公報

しかし、上記の静電容量型圧力センサにおいては、第１の電極の引出し配線としての蓋板及び第１リード部を設けるために、引出し配線の形成領域を基準圧室の近傍に確保する必要があり、このため圧力センサ自体を小型にすることができないという問題があった。また、寄生容量の低減を目的として、シリコン基板の蓋板に対応する部分を掘り下げるには、シリコン基板の板厚が比較的大きいことが前提であり、このため圧力センサの薄型化が難しくなる問題があった。
更に、引き出し配線を設けるためには、ガラス基板の一面側から第１の穴部を設け、この穴部に第１のリード部をエッチングで形成し、更にガラス基板の他面側に蓋板を形成するという複雑な工程が必要となり、センサ自体の構造が複雑になるという問題があった。特に、蓋板によって基準圧室を密閉する構造を採用するため、基準圧室の密閉性の信頼性が低下する懸念があった

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、小型で薄型であり、構造も単純で信頼性の高い静電容量型圧力センサを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の静電容量型圧力センサは、ダイヤフラムを有する導電性シリコン基板と固定電極を有する絶縁性基板とが重ね合わされて接合されるとともに、前記ダイヤフラムと前記固定電極との間に密閉室が形成されてなる静電容量型圧力センサであり、前記絶縁性基板の一部に導電性シリコン部材が埋設され、該導電性シリコン部材の一部が前記絶縁性基板の前記密閉室側に露出されて前記固定電極を構成するとともに、前記導電性シリコン部材の別の一部が前記絶縁性基板の前記密閉室と反対側に露出されて前記固定電極の取出電極を構成することを特徴とする。
この静電容量型圧力センサにおいては、前記導電性シリコン部材が前記絶縁性基板の前記密閉室側の面とその反対面との間を貫通するように埋め込まれていることが好ましい。

また、この静電容量型圧力センサにおいては、前記導電性シリコン部材により構成される前記固定電極の電極面と、前記絶縁性基板の前記密閉室側の面とが同一面上にあることが好ましい。
また、この静電容量型圧力センサにおいては、前記導電性シリコン部材により構成される前記固定電極の電極面が、前記絶縁性基板の前記密閉室側の面よりも、前記取出電極寄りに後退されていることが好ましい。
更に、この静電容量型圧力センサにおいては、前記密閉室が、前記固定電極および前記絶縁性基板ならびに前記導電性シリコン基板のみにより区画形成されていることが好ましい。
更にまた、この静電容量型圧力センサにおいては、前記絶縁性基板がガラス基板であることが好ましい。

上記構成の静電容量型圧力センサにおいては、導電性シリコン部材の一部が絶縁性基板の密閉室側に露出されて固定電極を構成し、更に導電性シリコン部材の別の一部が絶縁性基板の密閉室と反対側に露出されて取出電極を構成するので、導電性シリコン部材によって固定電極とその引出し配線及び取出電極を構成することができ、センサの構成を簡素化することができる。また、引出し配線を形成するためのスペースを密閉室の近傍に設ける必要が無く、センサ自体を小型にできると共に、寄生容量を無くすことができる。更に、寄生容量を減らす為の構造を別途設ける必要が無く、センサ自体を薄型にすることができる。
また上記構成の静電容量型圧力センサにおいては、導電性シリコン部材が密閉室側の面とその反対面との間を貫通するように埋め込まれているので、取出電極がガラス基板の反対面上に位置することになる。これにより、取出電極を介して固定電極を外部回路に容易に接続することができる。

また上記構成の静電容量型圧力センサにおいては、固定電極の電極面と絶縁性基板の密閉室側の面とが同一面上にあるため、絶縁基板からの固定電極の突出高さを考慮することなく、固定電極とダイヤフラムとの間の距離を調整することができる。また、絶縁基板から固定電極が突出していないので、センサ自体をより薄型にすることができる。
また上記構成の静電容量型圧力センサにおいては、固定電極の電極面が、絶縁性基板の密閉室側の面よりも取出電極寄りに後退されているため、導電性シリコン部材が後退して空いた部分を密閉室とすることができる。これにより、センサをより薄型にすることができる。
また上記構成の静電容量型圧力センサにおいては、密閉室が、固定電極および絶縁性基板ならびに導電性シリコン部材のみにより区画形成されているので、密閉室の密閉性を高めることができ、センサの信頼性を高めることができる。

本発明の静電容量型圧力センサによれば、小型で薄型であり、構造も単純で信頼性の高い静電容量型圧力センサを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本実施形態である静電容量型圧力センサの一例を示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線に対応する断面模式図である。また、図３及び図４は静電容量型圧力センサの製造方法を説明する工程図である。また図５は本実施形態の静電容量型圧力センサ他の例およびその製造方法を説明する断面模式図である。更に図６は本実施形態の静電容量型圧力センサ別の例を説明する断面模式図である。

尚、図１〜図６は本実施形態の、０〜数百ＫＰａ（ゲージ圧）を測定範囲とする静電容量型圧力センサの構成およびその製造方法を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の静電容量型圧力センサの寸法関係とは異なる場合がある。

「静電容量型圧力センサ」
図１および図２に示す静電容量型圧力センサ１は、感圧ダイヤフラム２を有するシリコン基板３（導電性シリコン基板３）と、このシリコン基板３に重ね合わされて接合されるガラス基板４（絶縁性基板）と、ガラス基板４に埋め込まれた第１の導電性シリコン部材５（導電性シリコン部材５、６）および第２の導電性シリコン部材６とから概略構成されている。感圧ダイヤフラム２と第１の導電性シリコン部材５との間には密閉室７が設けられている。また、第１の導電性シリコン部材５の一面５ａ（一部）が密閉室７側に露出されて固定電極８の電極面８ａを構成している。

シリコン基板３は、全体の厚みｄ_１が３００μｍ−５００μｍ程度であって比抵抗が０．００１Ω・ｃｍ−０．０１Ω・ｃｍ程度のｐ型の半導体基板である。シリコン基板３の一面３ａ側には平面視略矩形の第１凹部３ｂが設けられ、シリコン基板３の他面３ｃ側には第２の凹部３ｄが第１の凹部３ｂに対向して設けられている。これら第１、第２の凹部３ｂ、３ｄに挟まれた領域が感圧ダイヤフラム２とされている。この感圧ダイヤフラム２は、上述したようにシリコン基板３の一部であるので、この感圧ダイヤフラム２自体が密閉室７を挟んで固定電極８に対向する対向電極を構成することになる。感圧ダイヤフラム２の厚みｄ_２は、第１、第２の凹部３ｂ、３ｄが設けられたことによって５０μｍ−６０μｍ程度に設定されている。また、第２の凹部３ｄは、シリコン基板３にガラス基板４が接合されることによって密閉されて密閉室７となる。ダイヤフラム２と第１の固定電極８の電極面８ａとの間隔ｄ_３は、密閉室７を構成する第２の凹部３ｄの深さによって決定され、具体的には間隔ｄ_３は０．７μｍ−０．８μｍ程度に設定される。このシリコン基板３の他面ｃがガラス基板４の一面４ａ上に重ね合わされ、両基板３，４が陽極接合によって強固に接合されている。シリコン基板３の他面３ｃには第２の凹部３ｄが設けられているので、実際にガラス基板４に対して接合する部分は、第２の凹部３ｂ、３ｄの形成領域を除いた周辺部３ｅとなる。ここで第２の凹部３ｄは、固定電極８の電極面８ａよりも大きく形成されることが望ましい。これによってシリコン基板３の周辺部３ｅが、固定電極８の周囲に位置するガラス基板４の一面４ａ上に接合されることになり、感圧ダイヤフラム２と固定電極８とがガラス基板４によって絶縁された状態となって、感圧ダイヤフラム２と固定電極８との短絡が防止される。

次にガラス基板４は、厚みがｄ_１が３００μｍ−５００μｍ程度の絶縁性基板である。このガラス基板４の材質は、シリコンとガラスの接合を行う約４００℃付近において、シリコン基板３及び第１，第２の導電性シリコン部材５、６の熱膨張係数と同程度の値を有するものが好ましく、具体的には陽極接合用のガラスとして市販されているパイレックス（登録商標）等が望ましい。このガラス基板４には、第１、第２の導電性シリコン部材５、６が埋め込まれている。第１、第２の導電性シリコン部材５、６はｎ型の半導体である。また第１、第２の導電性シリコン部材５、６は、陽極接合によってガラス基板４に強固に接合されている。

第１の導電性シリコン部材５は、図１及び図２に示すように、平面視略円形であるとともに断面視略台形の部材であり、全体として円錐体の頂部を除去したような形状の部材である。なお、異方性ウエットエッチングで形成する場合は、第１の導電性シリコン部材５は八角柱状となる。ここでは、平面視形状を任意に設定できるドライエッチングにより、円柱状に形成した場合で説明する。この第１の導電性シリコン部材５は、ガラス基板４を貫通した状態で感圧ダイヤフラム２と対向する位置に埋め込まれている。第１の導電性シリコン部材５がガラス基板４を貫通することによって、その一面５ａ（一部）がガラス基板４の一面４ａ側、すなわち密閉室７側に露出された状態となる。同様にして、第１の導電性シリコン部材５の他面５ｂ（別の一部）がガラス基板４の密閉室７とは反対の面４ｂに露出された状態となる。そして、密閉室７側に露出された第１の導電性シリコン部材５の一面５ａが、静電容量型圧力センサ１の固定電極８の電極面８ａを構成する。この電極面８ａは、ガラス基板４の一面４ａと同一面を構成している。また、密閉室７の反対側に露出された第１の導電性シリコン部材５の他面５ｂが、固定電極８側の第１の取出電極９（取出電極）を構成する。この第１の取出電極９には、第１の導電性金属膜１０が積層されており、第１の取出電極９及び第１の導電性金属膜１０によって固定電極８の端子部が構成される。

次に第２の導電性シリコン部材６は、第１の導電性シリコン部材５と同様に断面視略台形の部材であり、全体として円錐体の頂部を除去したような形状の部材である。この第２の導電性シリコン部材６は、ガラス基板４を貫通した状態でシリコン基板３の周辺部３ｅと対向する位置に埋め込まれている。第２の導電性シリコン部材６がガラス基板４を貫通することによって、その一面６ａ（一部）がシリコン基板３の周辺部３ｅに接続されている。シリコン基板３の周辺部３ｅと第２の導電性シリコン部材６の間には金属膜からなる接続電極１１が配置されており、この接続電極１１によって周辺部３ｅと第２の導電性シリコン部材６との導通が確保されている。また第２の導電性シリコン部材６がガラス基板４を貫通することによって、その他面６ｂ（別の一部）がガラス基板４の密閉室７とは反対側に露出された状態となる。以上の構成によって、第２の導電性シリコン部材６自体が、感圧ダイヤフラム２をガラス基板４の他面４ｂ側に引き出すための引出配線部となる。そして、密閉室７の反対側に露出された第２の導電性シリコン部材６の他面６ｂが、感圧ダイヤフラム２側の第２の取出電極１２を構成することになる。この第２の取出電極１２には、第２の導電性金属膜１３が積層されており、第２の取出電極１２及び第２の導電性金属膜１３によって感圧ダイヤフラム２の端子部が構成される。

上記構成の静電容量型圧力センサ１においては、測定対象の圧力によって、感圧ダイヤフラム２が固定電極８側または固定電極８と反対側に撓んで変形され、感圧ダイヤフラム２と固定電極８との間隔ｄ_３が変動して感圧ダイヤフラム２と固定電極８との間の静電容量が変化する。固定電極８が、第１の導電性シリコン部材６を介してガラス基板４の他面側の第１の取出電極９に接続されており、一方、感圧ダイヤフラム２が、シリコン基板３の周辺部３ｅと第２の導電性シリコン部材６とを介してガラス基板４の他面側の第２の取出電極１２に接続されているので、感圧ダイヤフラム２と固定電極８との間における静電容量の変化が、第１，第２の取出電極９，１２の電極間電位差として取り出される。このようにして、測定対象の圧力が検出されて測定される。

上記構成の静電容量型圧力センサ１によれば、第１の導電性シリコン部材５によって固定電極８とその引出し配線及び第１の取出電極９を構成することができ、静電容量型圧力センサ１の構成を簡素化することができる。また、引出し配線を形成するためのスペースを密閉室７の近傍に設ける必要が無く、センサ１自体を小型にできる。更に、固定電極８は感圧ダイヤフラム２のみに対向し、感圧ダイヤフラム２は固定電極８のみに対向しているので、寄生容量を無くすことができる。更にまた、寄生容量を減らす為の構造を別途設ける必要が無く、センサ１自体を薄型にすることができる。

また、導電性シリコン部材５が密閉室７側の面４ａとその反対面４ｂとの間を貫通するように埋め込まれているので、第１の取出電極９がガラス基板４の他面４ｂ上に位置することになる。これにより、第１の取出電極９を介して固定電極８を外部回路に容易に接続することができる。更に、固定電極８の電極面８ａとガラス基板４の密閉室７側の面４ａとが同一面上にあるため、ガラス基板４からの固定電極８の突出高さを考慮することなく、固定電極８と感圧ダイヤフラム２との間隔ｄ_３を調整することができる。また、ガラス基板４から固定電極８が突出していないので、センサ１自体をより薄型にすることができる。更に、密閉室７が、固定電極８およびガラス基板４ならびにシリコン基板３のみにより区画形成され、これらが陽極接合によって強固に接合されているので、密閉室７の密閉性を高めることができ、センサ１の信頼性を高めることができる。

更に、ガラス基板４の熱膨張係数が、シリコン基板３及び第１、第２の導電性シリコン部材５、６の熱膨張係数とほぼ同程度に設定されているので、静電容量型圧力センサ１を高温雰囲気下に置いた場合でも、ガラス基板４、シリコン基板３及び第１，第２の導電性シリコン部材５、６の間で剥離や割れが生じさせるおそれが無く、耐熱性を向上することができる。

「静電容量型圧力センサ１の製造方法」
次に、上記の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。
まず図３Ａに示すように、シリコン基板３を用意し、このシリコン基板３の他面３ｃ側に第２の凹部３ｄを形成する。第２の凹部３ｄの形成は、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いることができる。すなわち、シリコン基板３の他面３ｃ全面に酸化シリコン層を形成し、この酸化シリコン層上にマスクを形成してから酸化シリコン層をパターニングして第２の凹部３ｄの形成予定領域にある酸化シリコン層を除去し、次にマスクを除去した上でパターニングされた酸化シリコン層をマスクにして例えば濃度４０％のＴＭＡＨ溶液を用いてシリコン基板３をウエットエッチングする。最後に酸化シリコン層を除去する。このようにして、図３Ａに示すようにシリコン基板３の他面３ｃに第２の凹部３ｄを形成する。第２の凹部３ｄの深さはウエットエッチングの条件により調整できる。

次に、図３Ｂに示すように、シリコン基板３の一面３ａ側に第１の凹部３ｂを形成する。第１の凹部３ｂの形成は、第２の凹部３ｄの場合と同様にしてフォトリソグラフィ技術を用いることができる。すなわち、シリコン基板３の一面１ａ全面に酸化シリコン層を形成し、この酸化シリコン層をパターニングして第１の凹部３ｂの形成予定領域にある酸化シリコン層を除去し、パターニングされた酸化シリコン層をマスクにしてウエットエッチングし、最後に酸化シリコン層を除去する。このようにして、図３Ｂに示すようにシリコン基板３の一面３ａに第１の凹部３ｂを形成する。第１の凹部３ｂの深さは図３Ａの場合と同様にウエットエッチングの条件により調整する。第１、第２の凹部３ｂ、３ｄ共、その側面は一定の角度を有する傾斜面となる。
このようにして、シリコン基板に第１，第２の凹部３ｂ、３ｄによって薄肉化されてなる感圧ダイヤフラム２が形成される。また、感圧ダイヤフラム２周囲の薄肉化されなかった部分が、シリコン基板３の周辺部３ｅとなる。

次に、図３Ｃに示すように、シリコン基板３の周辺部３ｅの他面３ｃ上に、金属膜からなる接続電極１１を蒸着法またはスパッタ法で成膜してから、フォトリソグラフィとエッチングによりトリミングして形成する。

次に図４Ａに示すように、導電性シリコン母材３４を用意する。この導電性シリコン母材３４は、板状の母材本体３５と、この母材本体３５の一面３５ａ側に突出して形成された第１突出部３６及び第２突出部３７とから構成されている。第１突出部３６及び第２突出部３７の形状はそれぞれ、平面視略円形であるとともに断面視略台形であり、全体として円錐体の頂部を除去したような形状である。
この導電性シリコン母材３４は、図３におけるシリコン基板３と同じ材質のシリコン板を用意し、このシリコン板に対して一般的なフォトリソグラフィ技術を適用することにより、第１突出部３６及び第２突出部３７を設けることにより得られる。具体的には、シリコン板の上面全面に酸化シリコン層を形成し、この酸化シリコン層上にマスクを形成してから酸化シリコン層をパターニングして第１，第２突出部３６，３７の形成予定領域以外にある酸化シリコン層を除去し、次にマスクを除去した上でパターニングされた酸化シリコン層をマスクにして例えば濃度４０％のＴＭＡＨ溶液を用いてシリコン板をウエットエッチングする。最後に酸化シリコン層を除去する。このようにして、図４Ａに示すように板状の母材本体３５上に第１突出部３６及び第２突出部３７が突出形成されてなる導電性シリコン母材３４が得られる。第１、第２突出部３６，３７の高さはウエットエッチングの条件によって調整でき、３００μｍ−４００μｍ程度にすることが好ましい。

次に図４Ｂに示すように、導電性シリコン母材３４の上に、加熱して軟化させたガラス基板４を押しつけて熱プレスし、第１、第２突出部３６，３７をガラス基板４に埋め込むと共に、母材本体３５の一面３５ａ上にガラス基板４を積層して接合する。より詳細には、導電性シリコン母材３４と厚み３００μｍ−５００μｍ程度のガラス基板４とを重ねて配置し、これらを熱プレス機に導入して、例えば温度６９０℃、プレス速度０．０２ｍｍ／分の条件で熱プレスを行い、第１、第２突出部３６，３７を軟化したガラス基板４に埋め込みつつ、母材本体の一面３５ａにガラス基板４が重なるまでプレスを継続する。熱プレス後、陽極接合を行って導電性シリコン母材３４とガラス基板４とを完全に接合することが望ましい。このようにして導電性シリコン母材３４とガラス基板４とを一体化させてなるシリコンガラス複合体３８を形成する。

次に図４Ｃに示すように、シリコンガラス複合体３８の上面３８ａと下面３８ｂを研磨して、第１、第２突出部３６，３７の上面３６ａ、３７ａを露出させるとともに、導電性シリコン母材の母材本体３５を完全に除去して第１突出部３６と第２突出部３７とを分離する。このようにして、第１、第２導電性シリコン部材５、６が埋め込まれてなるガラス基板４を製造する。

そして、図４Ｃに示すガラス基板４と、図３Ｃに示すシリコン基板３とを重ね合わせ、両基板３，４を陽極接合する。両基板３，４を重ね合わせる際には、第１導電性シリコン部材５の一面５ａを感圧ダイヤフラム２に対向させると共に、第１導電性シリコン部材の一面５ａがシリコン基板３の周辺部３ｅに接触しないようにすると共に、第２シリコン部材６の一面６ａが接続電極１１に接するように位置合わせを行う。陽極接合が済んだら、ガラス基板４の他面４ｂに、第１，第２の導電性金属膜１０，１３を蒸着法またはスパッタ法で成膜してから、フォトリソグラフィとエッチングによりトリミングして形成する。このようにして、図２に示すように静電容量型圧力センサ１が製造される。

上記の製造方法によれば、ガラス基板４に導電性シリコン母材３４を埋め込むとともに研磨するだけで、固定電極８の電極面８ａを構成するとともに取出電極９を構成する第１導電性シリコン部材５を形成することができ、固定電極８及びその引出配線を容易に製造することができる。また、引出し配線を形成するためのスペースを密閉室７の近傍に設ける必要が無く、センサ１自体を小型にできる。更に、寄生容量を減らす為の構造を別途設ける必要が無く、製造工程を簡素化することができる。

また、研磨によって固定電極８の電極面８ａとガラス基板４の一面４ａとを同一面とするので、ガラス基板４からの固定電極８の突出高さを考慮することなく、第２凹部３ｄの深さを決めるだけで固定電極８と感圧ダイヤフラム２との間隔ｄ_３を調整できる。更に、密閉室７が固定電極８およびガラス基板４ならびにシリコン基板３のみにより区画され、これらの部材が陽極接合によって強固に接合されているので、密閉室７の密閉性を高めることができ、センサ１の信頼性を高めることができる。

更に、ガラス基板４の熱膨張係数が、シリコン基板３及び第、第２の導電性シリコン部材５，６の熱膨張係数とほぼ同程度に設定されているので、熱プレス時にガラス基板４、シリコン基板３及び第１，第２の導電性シリコン部材５，６の間で剥離や割れが生じさせるおそれが無く、不良率を小さくすることができる。

「静電容量型圧力センサの他の例およびその製造方法」
次に、静電容量型圧力センサの他の例の製造方法について説明する。この製造方法は、先に説明した静電容量型圧力センサ１の製造方法ほぼ同じ工程であり、異なる点は、図５Ａに示すように、ガラス基板４に第１，第２突出部３６，３７を埋め込んで研磨した後、第１突出部３６の一面４６ａをエッチングしてこの一面４６ａをガラス基板の一面４ａよりも後退させる点である。すなわち、図４Ｃで得られたガラス基板４の一面４ａに金属マスクＭを第１突出部３６の一面４６ａ以外の領域に形成してから、ウエットエッチングして第１突出部の一面４６ａを後退させて第３の凹部４７を形成する。第３の凹部４７の深さは、０．７μｍ−０．８μｍ程度が望ましい。金属マスクＭはウエットエッチングの終了後に取り除く。

次に図５Ｂに示すように、厚み３００μｍ−５００μｍ程度のシリコン基板２３をガラス基板４の一面４ａ上に積層して陽極接合する。シリコン基板２３の他面２３ｂにはあらかじめ接続電極１１を設けており、ガラス基板４への接合の際に、この接続電極１１が第２突出部３７の一面３７ａに接合するようにシリコン基板２３とガラス基板４とを位置合わせしてから陽極接合する。また、第３の凹部４７の上にシリコン基板２３を積層することによって第３の凹部４７が密閉されて密閉室２７が形成される。

次に図５Ｃに示すように、シリコン基板２３の厚みが５０μｍ−６０μｍ程度になるまでシリコン基板２３の一面２３ａを研磨若しくはエッチングする。このエッチングによって、密閉室２７上部のシリコン基板２３が感圧ダイヤフラム２２となる。このようにして本実施形態の他の例である静電容量型圧力センサ２１が製造される。
なお、この製造方法においては、あらかじめ板厚の薄いシリコン基板を用意してこれをガラス基板に陽極接合し、陽極接合後のシリコン基板の研磨若しくはエッチングを省略しても良い。

この静電容量型圧力センサは、図１及び図２に示した静電容量型圧力センサとほぼ同じ構成とされており、異なる部分は、固定電極８を構成する第１導電性シリコン部材１５の一面１５ａが、対向電極９を構成する他面４ｂ側に後退されてこの後退された部分が密閉室２７となる点と、感圧ダイヤフラム２２を有するシリコン基板２３が厚み５０μｍ−６０μｍ程度の平坦板から構成される点である。
この静電容量型圧力センサ２１によれば、固定電極８の電極面８ａが、ガラス基板４の一面４ａよりも取出電極９寄りに後退されているため、第１の導電性シリコン部材１５が後退して空いた部分を密閉室２７とすることができる。これにより、センサ２１をより薄型にすることができる。また感圧ダイヤフラムを有するシリコン基板２３の厚みをより薄くできるので、センサ２１を更に薄型にすることができる。

「静電容量型圧力センサの別の例」
この図６に示す静電容量型圧力センサ３１は、図５Ｂにおいてガラス基板４にシリコン基板２３を陽極接合してから、シリコン基板２３の一面２３ａ側であって密閉室２７の上側の領域に、第４の凹部４８をエッチングにより形成し、第４の凹部４８によって薄くなった部分を感圧ダイヤフラム３２とする。

この構成によれば、シリコン基板２３の研磨量若しくはエッチング量を、図５における静電容量型圧力センサ２１の場合よりも少なくすることができ、製造工程をより簡素化することができる。また上記の構成によれば、図１及び図２に示す静電容量型圧力センサ１のようにシリコン基板の両面に凹部を設けるのでなく、シリコン基板２３を一面２３ａ側からのみ削って感圧ダイヤフラム３２を形成するため、感圧ダイヤフラム３２の厚みの制御をより精密に行うことができる。
また上記構成の静電容量型圧力センサ３１によれば、感圧ダイヤフラム３２を囲む周辺部２３ｅが厚く形成されているので、センサ３１の強度を高めることができる。

図１は本実施形態の静電容量型圧力センサの一例を示す平面図。図２は図１のＡ−Ａ’線に対応する断面模式図。図３は静電容量型圧力センサの製造方法を説明する工程図。図４は静電容量型圧力センサの製造方法を説明する工程図。図５は本実施形態の静電容量型圧力センサの他の例およびその製造方法を説明する断面模式図。図６は本実施形態の静電容量型圧力センサの別の例を説明する断面模式図。

符号の説明

１，２１，３１…静電容量型圧力センサ、２，２２，３２…感圧ダイヤフラム（ダイヤフラム）、３，２３…シリコン基板（導電性シリコン基板）、４…ガラス基板（絶縁性基板）、４ａ…一面（絶縁性基板の密閉室側の面）、４ｂ…他面（絶縁性基板の密閉室側の反対面）、５，１５…第１導電性シリコン部材（導電性シリコン部材）、５ａ、１５ａ…一面（導電性シリコン部材の一部）、５ｂ…他面（導電性シリコン部材の別の一部）、７、２７…密閉室、８…固定電極、８ａ…電極面、９…第１取出電極（取出電極）

Claims

ダイヤフラムを有する導電性シリコン基板と固定電極を有する絶縁性基板とが重ね合わされて接合されるとともに、前記ダイヤフラムと前記固定電極との間に密閉室が形成されてなる静電容量型圧力センサであり、
前記絶縁性基板の一部に導電性シリコン部材が埋設され、該導電性シリコン部材の一部が前記絶縁性基板の前記密閉室側に露出されて前記固定電極を構成するとともに、前記導電性シリコン部材の別の一部が前記絶縁性基板の前記密閉室と反対側に露出されて前記固定電極の取出電極を構成することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
前記導電性シリコン部材が前記絶縁性基板の前記密閉室側の面とその反対面との間を貫通するように埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
前記導電性シリコン部材により構成される前記固定電極の電極面と、前記絶縁性基板の前記密閉室側の面とが同一面上にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電容量型圧力センサ。
前記導電性シリコン部材により構成される前記固定電極の電極面が、前記絶縁性基板の前記密閉室側の面よりも、前記取出電極寄りに後退されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電容量型圧力センサ。
前記密閉室が、前記固定電極および前記絶縁性基板ならびに前記導電性シリコン基板のみにより区画形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。
前記絶縁性基板がガラス基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。