JP2007064919A - Electrostatic capacity type mechanical quantity sensor - Google Patents

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学 田村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic capacity type mechanical quantity sensor which is capable of preventing reductions in sensor performance due to the presence of gases in a closed space between a substrate and a movable electrode and avoiding large-size formation due to a gas-trap function and which keeps a pressure sensor integrated with an acceleration sensor. <P>SOLUTION: A fixed electrode 14a for the pressure sensor and a fixed electrode 14b for the acceleration sensor are formed on a principal surface 11a of a first glass substrate 11. A silicon substrate 16 is joined onto the first glass substrate 11 in such a way that a pressure-sensitive diaphragm 16a may be arranged above the fixed electrode 14a and that a rocking member 16b may be arranged above the fixed electrode 14b. A second glass substrate 18 is joined onto the silicon substrate 16 in such a way as to envelop the rocking member 16b. A cavity 17a on the side of the pressure sensor communicates with cavities 17b and 17d on the side of the acceleration sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、静電容量を用いて圧力や加速度などの力学量を検知する静電容量型力学量センサに関する。   The present invention relates to a capacitance-type mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity such as pressure or acceleration using an electrostatic capacity.

力学量センサとしては、例えば圧力センサや加速度センサがある。このような力学量センサには、可動電極と固定電極との間の静電容量を検出する静電容量型力学量センサがある。静電容量型圧力センサは、可動電極である感圧ダイヤフラムを有する基板と、固定電極を有する基板とを、感圧ダイヤフラムと固定電極との間に所定の間隔を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラムに圧力が加わると感圧ダイヤフラムが変形し、これにより感圧ダイヤフラムと固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化により感圧ダイヤフラムと固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して圧力の変化を検出する。   Examples of the mechanical quantity sensor include a pressure sensor and an acceleration sensor. Such a mechanical quantity sensor includes a capacitive mechanical quantity sensor that detects an electrostatic capacity between a movable electrode and a fixed electrode. The capacitance type pressure sensor is configured by joining a substrate having a pressure-sensitive diaphragm, which is a movable electrode, and a substrate having a fixed electrode so as to have a predetermined interval between the pressure-sensitive diaphragm and the fixed electrode. Has been. In this capacitance-type pressure sensor, when pressure is applied to the pressure-sensitive diaphragm, the pressure-sensitive diaphragm is deformed, thereby changing the distance between the pressure-sensitive diaphragm and the fixed electrode. The capacitance between the pressure-sensitive diaphragm and the fixed electrode changes due to the change in the interval, and the change in pressure is detected using the change in capacitance.

また、静電容量型加速度センサは、可動電極である揺動部材を有する基板と、固定電極を有する基板とを、揺動部材と固定電極との間に所定の間隔を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型加速度センサにおいては、揺動部材に加速度が加わると揺動部材が揺動し、これにより揺動部材と固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化により揺動部材と固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して加速度の変化を検出する。
また、センサの小型化、低コスト化を狙い、静電容量型圧力センサと静電容量型加速度センサとを一体化した静電容量型力学量センサが開発されている(特許文献1,2)。
Further, in the capacitance type acceleration sensor, a substrate having a swing member that is a movable electrode and a substrate having a fixed electrode are joined so as to have a predetermined interval between the swing member and the fixed electrode. It is comprised by. In this capacitance type acceleration sensor, when acceleration is applied to the swing member, the swing member swings, thereby changing the interval between the swing member and the fixed electrode. The capacitance between the oscillating member and the fixed electrode changes due to the change in the interval, and the change in acceleration is detected using the change in capacitance.
In addition, with the aim of reducing the size and cost of the sensor, a capacitive mechanical quantity sensor in which a capacitive pressure sensor and a capacitive acceleration sensor are integrated has been developed (Patent Documents 1 and 2). .

上記の静電容量型力学量センサをガラスとシリコンを用いて構成する場合、製造工程中に発生したガスの残留が性能に影響する大きな問題であることが知られている。例えば、静電容量型圧力センサにおいては、ガラス基板と感圧ダイヤフラムを有するシリコン基板とを陽極接合する場合、接合部で酸素を主体とするガスが発生し、そのガスが上記空間内に残留する。このようなガスはセンシング性能を低下させる原因となる。従来、このようなガスを吸着するために、基板と感圧ダイヤフラムとの間の密閉した空間とは別に、その空間とつながり、ゲッター材が置かれたゲッター室を設ける技術が提案されている(特許文献3)。なお、この文献には、圧力センサと同一構造を静電アクチュエータとして用いる場合の例が記載されている。
特開平8−160072号公報 特開2004−191128号公報 特開2004−245753号公報
When the above-described capacitance type mechanical quantity sensor is configured using glass and silicon, it is known that the residual gas generated during the manufacturing process is a big problem affecting the performance. For example, in a capacitive pressure sensor, when a glass substrate and a silicon substrate having a pressure sensitive diaphragm are anodically bonded, a gas mainly composed of oxygen is generated at the bonded portion, and the gas remains in the space. . Such a gas causes a decrease in sensing performance. Conventionally, in order to adsorb such a gas, a technique has been proposed in which a getter chamber connected to the space and provided with a getter material is provided separately from the sealed space between the substrate and the pressure-sensitive diaphragm ( Patent Document 3). Note that this document describes an example in which the same structure as the pressure sensor is used as an electrostatic actuator.
JP-A-8-160072 JP 2004-191128 A JP 20042455753 A

しかしながら、前述の技術を圧力センサに応用した場合、基板と感圧ダイヤフラムとの間の密閉した空間とは別にゲッター室を設けているので、センサ全体としてのスペースを広くとる必要があり、静電容量型圧力センサが大型化するという問題がある。   However, when the above-described technology is applied to a pressure sensor, a getter chamber is provided separately from the sealed space between the substrate and the pressure-sensitive diaphragm. There is a problem that the capacitive pressure sensor is increased in size.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、基板と可動電極との間の密閉した空間内のガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができ、しかもガストラップ機能による大型化を回避することが可能な静電容量型力学量センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and can prevent deterioration in the performance of the sensor due to the presence of gas in a sealed space between the substrate and the movable electrode, and further increase the size by the gas trap function. An object of the present invention is to provide a capacitance type mechanical quantity sensor that can be avoided.

本発明の静電容量型力学量センサは、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを並設してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面を有し、一方の前記主面上に形成された前記圧力センサ用の第1固定電極及び前記加速度センサ用の第2固定電極を有する第1基板と、前記第1固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記圧力センサ用の第1導電性可動部及び前記第2固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記加速度センサ用の第2導電性可動部を有する第2基板と、前記第2導電性可動部を内包するように少なくとも前記第2基板上に配置された第3基板と、を具備し、前記第1及び第2基板は、前記第1及び第2固定電極を内包し、前記圧力センサの領域と前記加速度センサの領域とで連通する第1キャビティが形成されており、前記第1キャビティが封止されるように接合されていることを特徴とする。   The capacitance-type mechanical quantity sensor of the present invention is a capacitance-type dynamic quantity sensor in which a pressure sensor that detects pressure by capacitance and an acceleration sensor that detects acceleration by capacitance are arranged in parallel. A first substrate having a pair of main surfaces facing away from each other and having a first fixed electrode for the pressure sensor and a second fixed electrode for the acceleration sensor formed on one of the main surfaces; The first conductive movable part for the pressure sensor disposed opposite to the first fixed electrode with a predetermined distance and the second fixed electrode disposed opposite to the second fixed electrode. A second substrate having a second conductive movable part for an acceleration sensor; and a third substrate disposed on at least the second substrate so as to enclose the second conductive movable part. The first and second substrates contain the first and second fixed electrodes; Serial and first cavity is formed which communicates with the region of the pressure sensor and the area of the acceleration sensor, the first cavity is characterized in that it is joined to be sealed.

本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第2基板は、前記加速度センサの領域に貫通穴を有しており、前記第2及び第3基板は、前記第2導電性可動部上に形成された第2キャビティが封止されるように接合されており、前記第1及び第2キャビティは、前記貫通穴を介して連通していることが好ましい。   In the capacitance type mechanical quantity sensor of the present invention, the second substrate has a through hole in a region of the acceleration sensor, and the second and third substrates are on the second conductive movable part. It is preferable that the second cavities formed in the first and second cavities are joined so as to be sealed, and the first and second cavities communicate with each other through the through holes.

本発明の静電容量型力学量センサは、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを積層してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面の一方の主面上に形成された前記圧力センサ用の第1固定電極及び前記一対の主面の他方の主面上に形成された前記加速度センサ用の第2固定電極、並びに貫通穴を有する第1基板と、前記第1固定電極と所定の間隔をおいて配置された前記圧力センサ用の第1導電性可動部を有する第2基板と、前記第2固定電極と所定の間隔をおいて配置された前記加速度センサ用の第2導電性可動部を有する第4基板と、を具備し、前記第1及び第2基板は、前記第1固定電極上に第3キャビティが形成されるように接合されており、前記第1及び第4基板は、前記第2固定電極上に第4キャビティが形成されるように接合されており、前記第3及び第4キャビティは、前記第1基板の前記貫通穴を介して連通しており、前記第1及び第2基板の接合部並びに前記第1及び第4基板の接合部により封止されていることを特徴とする。   The capacitance type mechanical quantity sensor of the present invention is a capacitance type mechanical quantity sensor formed by stacking a pressure sensor for detecting pressure by capacitance and an acceleration sensor for detecting acceleration by capacitance. The first fixed electrode for the pressure sensor formed on one main surface of the pair of main surfaces facing each other and the acceleration sensor for the acceleration sensor formed on the other main surface of the pair of main surfaces A first substrate having a second fixed electrode and a through hole; a second substrate having a first conductive movable portion for the pressure sensor disposed at a predetermined interval from the first fixed electrode; And a fourth substrate having a second conductive movable part for the acceleration sensor arranged at a predetermined interval from the two fixed electrodes, and the first and second substrates are arranged on the first fixed electrode. Are joined to form a third cavity. And the fourth substrate are joined so that a fourth cavity is formed on the second fixed electrode, and the third and fourth cavities communicate with each other through the through hole of the first substrate. And sealed by the joint portion of the first and second substrates and the joint portion of the first and fourth substrates.

これらの構成によれば、圧力センサ領域のキャビティが加速度センサ領域のキャビティと連通しているので、この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ単体におけるキャビティの容積に比べて非常に大きな容積のキャビティを確保することができる。その結果、第1基板と第2基板との間の密閉した空間内にガスが発生しても比較的大きな容積のキャビティにガスを拡散させることができる。これにより、ガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、この静電容量型力学量センサによれば、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することが可能である。   According to these configurations, since the cavity of the pressure sensor region communicates with the cavity of the acceleration sensor region, in this capacitance type mechanical quantity sensor, the volume is much larger than the cavity volume of the pressure sensor alone. The cavity can be secured. As a result, even if gas is generated in a sealed space between the first substrate and the second substrate, the gas can be diffused into a cavity having a relatively large volume. Thereby, the performance degradation of the sensor due to the presence of gas can be prevented. Further, according to this capacitance type mechanical quantity sensor, since no getter chamber or the like is provided, it is possible to avoid an increase in size due to the gas trap function.

本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第1及び第3基板がガラス基板であり、前記第2基板がシリコン基板であること、又は、前記第1基板がガラス基板であり、前記第2及び第4基板がシリコン基板であることが好ましい。   In the capacitive mechanical quantity sensor of the present invention, the first and third substrates are glass substrates, the second substrate is a silicon substrate, or the first substrate is a glass substrate, The second and fourth substrates are preferably silicon substrates.

本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第1基板は、前記一方の主面上に形成された電極と、前記他方の主面上に形成された電極とを電気的に接続する導電部をさらに具備することが好ましい。   In the capacitance type mechanical quantity sensor of the present invention, the first substrate electrically connects an electrode formed on the one main surface and an electrode formed on the other main surface. It is preferable to further include a conductive portion.

この構成によれば、外部への取り出し部となる電極を一つの面上に形成できるので、表面実装に適したデバイスとすることができる。   According to this configuration, since an electrode serving as an extraction portion to the outside can be formed on one surface, a device suitable for surface mounting can be obtained.

本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記導電部は、前記ガラス基板に埋め込まれたシリコン製部材であることが好ましい。この場合において、前記ガラス基板と前記シリコン製部材との界面において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、ガラス基板とシリコン製部材との界面においてSi−Si結合又はSi−O結合を有するので、ガラス基板とシリコン製部材とが強固に接合されて、両者間の密着性が向上し、キャビティの気密性が向上する。   In the capacitance-type mechanical quantity sensor of the present invention, the conductive portion is preferably a silicon member embedded in the glass substrate. In this case, it is preferable to have a Si—Si bond or a Si—O bond at the interface between the glass substrate and the silicon member. According to this configuration, since the Si-Si bond or the Si-O bond is present at the interface between the glass substrate and the silicon member, the glass substrate and the silicon member are firmly bonded, and the adhesion between the two is improved. In addition, the airtightness of the cavity is improved.

本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第1導電性可動部が被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムであり、前記感圧ダイヤフラムを用いて圧力を検知し、前記第2導電性可動部が被測定加速度により揺動する揺動部材であり、前記揺動部材を用いて加速度を検知することが好ましい。   In the capacitance-type mechanical quantity sensor of the present invention, the first conductive movable part is a pressure-sensitive diaphragm that is displaced by a pressure to be measured, the pressure is detected using the pressure-sensitive diaphragm, and the second conductive Preferably, the movable part is a rocking member that rocks according to the acceleration to be measured, and the acceleration is detected using the rocking member.

本発明の静電容量型力学量センサによれば、圧力センサ領域側のキャビティと、加速度センサ領域側のキャビティとが連通しているので、圧力センサと加速度センサを一体化した力学量センサを構成する場合に、両方のセンサのキャビティ部を連通させて、ゲッター室がなくても残留ガスの影響を無視できる程度に減少させることができる。このため、基板と可動電極との間の密閉した空間内のガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができ、しかもガストラップ機能による大型化を回避することができる。   According to the capacitance type mechanical quantity sensor of the present invention, the cavity on the pressure sensor area side and the cavity on the acceleration sensor area side communicate with each other, so that a mechanical quantity sensor in which the pressure sensor and the acceleration sensor are integrated is configured. In this case, the cavities of both sensors can be communicated to reduce the influence of residual gas to a negligible level even without a getter chamber. For this reason, it is possible to prevent deterioration in the performance of the sensor due to the presence of gas in the sealed space between the substrate and the movable electrode, and it is possible to avoid an increase in size due to the gas trap function.

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)
本実施の形態においては、静電容量型力学量センサが、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを並設してなる静電容量型力学量センサ(横型)である場合について説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る静電容量型力学量センサの概略図であり、(a)は平面図であり、(b)は断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
In the present embodiment, the capacitance type mechanical quantity sensor includes a capacitance type dynamic quantity sensor in which a pressure sensor that detects pressure by capacitance and an acceleration sensor that detects acceleration by capacitance are arranged in parallel. A case of a quantity sensor (horizontal type) will be described. 1A and 1B are schematic views of a capacitive mechanical quantity sensor according to Embodiment 1 of the present invention, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view.

図中11は第1のガラス基板を示す。第1のガラス基板11は、相互に対向する一対の主面11a,11bを有する。この第1のガラス基板11には、圧力センサ及び加速度センサが並設される。第1のガラス基板11には、シリコンで構成された島状体(シリコン製部材)12a〜12dが埋設されている。島状体12a〜12dは、主面11a上に形成された電極と主面11b上に形成された電極とを電気的に接続する導電部材である。島状体12a,12bは圧力センサ側の導電部材であり、島状体12c,12dは加速度センサ側の導電部材である。島状体12a〜12dは、第1のガラス基板11の両主面でそれぞれ露出している。なお、この島状体12a〜12dの形成については後述する。   In the figure, 11 indicates a first glass substrate. The first glass substrate 11 has a pair of main surfaces 11a and 11b facing each other. A pressure sensor and an acceleration sensor are arranged in parallel on the first glass substrate 11. In the first glass substrate 11, islands (silicon members) 12a to 12d made of silicon are embedded. The islands 12a to 12d are conductive members that electrically connect the electrodes formed on the main surface 11a and the electrodes formed on the main surface 11b. The islands 12a and 12b are conductive members on the pressure sensor side, and the islands 12c and 12d are conductive members on the acceleration sensor side. The islands 12a to 12d are exposed on both main surfaces of the first glass substrate 11, respectively. The formation of the islands 12a to 12d will be described later.

第1のガラス基板11の主面11a上の圧力センサ領域A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固定電極14aが形成されている。この固定電極14aは、圧力センサ用の固定電極である。また、第1のガラス基板11の主面11a上の加速度センサ領域Bには、島状体12cの一方の露出部分と電気的に接続するように固定電極14bが形成されており、島状体12d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。この固定電極14bは、加速度センサ用の固定電極である。   In the pressure sensor region A on the main surface 11a of the first glass substrate 11, an electrode 13a is formed so as to be electrically connected to one exposed portion of the island 12a, and one of the islands 12b is formed. A fixed electrode 14a is formed so as to be electrically connected to the exposed portion. This fixed electrode 14a is a fixed electrode for a pressure sensor. A fixed electrode 14b is formed in the acceleration sensor region B on the main surface 11a of the first glass substrate 11 so as to be electrically connected to one exposed portion of the island 12c. An electrode 13b is formed so as to be electrically connected to one exposed portion of 12d. This fixed electrode 14b is a fixed electrode for an acceleration sensor.

第1のガラス基板11の主面11b上の圧力センサ領域A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15aが形成されており、島状体12bの他方の露出部分と電気的に接続するように電極15bが形成されている。また、第1のガラス基板11の主面11b上の加速度センサ領域Bには、島状体12cの他方の露出部分と電気的に接続するように電極15cが形成されており、島状体12dの他方の露出部分と電気的に接続するように電極15dが形成されている。このように電極15a〜15dが同一の主面11b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。   In the pressure sensor region A on the main surface 11b of the first glass substrate 11, an electrode 15a is formed so as to be electrically connected to the other exposed portion of the island 12a, and the other of the island 12b is formed. An electrode 15b is formed so as to be electrically connected to the exposed portion. Further, in the acceleration sensor region B on the main surface 11b of the first glass substrate 11, an electrode 15c is formed so as to be electrically connected to the other exposed portion of the island 12c, and the island 12d. An electrode 15d is formed so as to be electrically connected to the other exposed portion. As described above, since the electrodes 15a to 15d are provided on the same main surface 11b, connection to an external device is facilitated.

第1のガラス基板11の主面11a上には、圧力センサ側の導電性可動部である感圧ダイヤフラム16a(可動電極)と、加速度センサ側の導電性可動部である揺動部材16bとを有するシリコン基板16が接合されている。このシリコン基板16においては、圧力センサ領域Aに、導電性可動部として被測定圧力により可動する感圧ダイヤフラム16aが設けられており、加速度センサ領域Bに、導電性可動部として被測定加速度により揺動する揺動部材16bと、揺動部材16bを支持するカンチレバー16cとが設けられている。また、シリコン基板16における圧力センサ領域Aと加速度センサ領域Bとの間、並びに圧力センサ領域Aの端部(紙面向って左端)及び加速度センサ領域Bの端部(紙面向って右端)には、後述する第2のガラス基板と接合する第1接合部16dが設けられている。さらに、シリコン基板16の圧力センサ領域Aの端部(紙面向って左端)及び加速度センサ領域Bの端部(紙面向って右端)には、第1のガラス基板11の主面11aと接合する第2接合部16eが設けられている。また、シリコン基板16において、固定電極14a,14bの引き出し部分(島状体12b,12c)の上方には、凹部16fが形成されている。このように凹部16fを形成することにより、センシング領域以外の領域における寄生容量を低減させることができる。   On the main surface 11a of the first glass substrate 11, a pressure-sensitive diaphragm 16a (movable electrode) that is a conductive movable part on the pressure sensor side and a swing member 16b that is a conductive movable part on the acceleration sensor side are provided. A silicon substrate 16 is bonded. In this silicon substrate 16, a pressure sensitive diaphragm 16 a that is movable by a measured pressure as a conductive movable portion is provided in the pressure sensor region A, and a vibration is measured by a measured acceleration as a conductive movable portion in the acceleration sensor region B. A swinging member 16b that moves and a cantilever 16c that supports the swinging member 16b are provided. In addition, between the pressure sensor region A and the acceleration sensor region B on the silicon substrate 16, and at the end of the pressure sensor region A (left end toward the paper surface) and the end of the acceleration sensor region B (right end toward the paper surface) A first joint portion 16d that joins a second glass substrate described later is provided. Further, the end of the pressure sensor region A of the silicon substrate 16 (left end toward the paper surface) and the end of the acceleration sensor region B (right end toward the paper surface) are joined to the main surface 11a of the first glass substrate 11. Two joint portions 16e are provided. Further, in the silicon substrate 16, a recess 16f is formed above the lead-out portions (islands 12b, 12c) of the fixed electrodes 14a, 14b. By forming the recess 16f in this manner, parasitic capacitance in a region other than the sensing region can be reduced.

第1のガラス基板11とシリコン基板16とは、感圧ダイヤフラム16aが固定電極14aと所定の間隔をおいて配置され、揺動部材16bが固定電極14bと所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第2接合部16eで接合される。また、第1のガラス基板11とシリコン基板16とは、固定電極14a,14b上にキャビティ17a,17bが形成されるように接合されている。すなわち、圧力センサ領域Aの固定電極14a上にキャビティ17aが設けられ、加速度センサ領域Bの固定電極14b上にキャビティ17bが設けられている。このキャビティ17a,17bは、圧力センサ領域Aと加速度センサ領域Bとの間で連通している。すなわち、図1(a)に示すように、圧力センサ領域Aにおけるキャビティ17aと加速度センサ領域Bにおけるキャビティ17bとが連通部17cにより連通している。   The first glass substrate 11 and the silicon substrate 16 are arranged such that the pressure sensitive diaphragm 16a is disposed at a predetermined interval from the fixed electrode 14a, and the swing member 16b is disposed at a predetermined interval from the fixed electrode 14b. In the state of being aligned with each other, the second joint 16e is joined. Further, the first glass substrate 11 and the silicon substrate 16 are joined so that cavities 17a and 17b are formed on the fixed electrodes 14a and 14b. That is, the cavity 17a is provided on the fixed electrode 14a in the pressure sensor region A, and the cavity 17b is provided on the fixed electrode 14b in the acceleration sensor region B. The cavities 17 a and 17 b communicate between the pressure sensor region A and the acceleration sensor region B. That is, as shown in FIG. 1A, the cavity 17a in the pressure sensor region A and the cavity 17b in the acceleration sensor region B are communicated with each other by the communication portion 17c.

シリコン基板16上には、第2のガラス基板18が配置されている。この第2のガラス基板18は、シリコン基板16の第1接合部16dで接合されている。第2のガラス基板18には、外気が侵入する孔18aが設けられている。この孔18aを介して侵入した外気の圧力により感圧ダイヤフラム16aが可動する。第2のガラス基板18に孔18aを形成する方法としては、サンドブラスト処理などを用いることができる。加速度センサ領域Bにおいては、第1及び第2のガラス基板11,18と、シリコン基板16とにより構成された空間部内で揺動部材16bが揺動するように構成される。また、シリコン基板16の加速度センサ領域Bにおいて、揺動部材16bを支持する一方のカンチレバー16cには貫通孔16hが形成されている。したがって、加速度センサ領域Bにおける揺動部材16bと第2のガラス基板18との間で構成されるキャビティ17dは、貫通孔16hによりキャビティ17bと連通している。これにより、大きな容積のキャビティを設けることができる。なお、シリコン基板16と第2のガラス基板18との間は、第1接合部16dにより接合されているので、これにより、感圧ダイヤフラム16aはキャビティ内で封止される。   A second glass substrate 18 is disposed on the silicon substrate 16. The second glass substrate 18 is bonded at the first bonding portion 16 d of the silicon substrate 16. The second glass substrate 18 is provided with a hole 18a through which outside air enters. The pressure-sensitive diaphragm 16a is moved by the pressure of the outside air that has entered through the hole 18a. As a method of forming the hole 18a in the second glass substrate 18, a sandblasting process or the like can be used. The acceleration sensor region B is configured such that the swing member 16b swings in a space formed by the first and second glass substrates 11 and 18 and the silicon substrate 16. Further, in the acceleration sensor region B of the silicon substrate 16, a through hole 16h is formed in one cantilever 16c that supports the swing member 16b. Accordingly, the cavity 17d configured between the swinging member 16b and the second glass substrate 18 in the acceleration sensor region B communicates with the cavity 17b through the through hole 16h. Thereby, a cavity with a large volume can be provided. Since the silicon substrate 16 and the second glass substrate 18 are bonded by the first bonding portion 16d, the pressure-sensitive diaphragm 16a is thereby sealed in the cavity.

シリコン基板16における感圧ダイヤフラム16a及び揺動部材16bは、シリコン基板16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。また、カンチレバー16cと揺動部材16bとをシリコン基板16に形成する場合には、例えばマイクロマシニングマシン技術を応用したエッチングにより行う。シリコン基板16のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも固定電極14a,14bを収容できる大きさを有しており、シリコン基板16を第1のガラス基板11に接合することにより、上記キャビティ17a,17bを構成する。これにより、感圧ダイヤフラム16aと固定電極14aとの間に静電容量が発生し、揺動部材16bと固定電極14bとの間に静電容量が発生する。   The pressure-sensitive diaphragm 16a and the swing member 16b in the silicon substrate 16 are provided by forming recesses from both sides of the silicon substrate 16 by etching or the like. Further, when the cantilever 16c and the swing member 16b are formed on the silicon substrate 16, for example, etching is performed by applying a micromachining machine technique. The concave portion on the glass substrate bonding surface side of the silicon substrate 16 has a size that can accommodate at least the fixed electrodes 14a and 14b. By bonding the silicon substrate 16 to the first glass substrate 11, the cavity 17a, 17b is constituted. Thereby, an electrostatic capacity is generated between the pressure-sensitive diaphragm 16a and the fixed electrode 14a, and an electrostatic capacity is generated between the swinging member 16b and the fixed electrode 14b.

第1のガラス基板11と島状体12a〜12dとの界面は、高い密着性を有することが好ましい。後述するように、これらの界面は、加熱下において島状体12a〜12dを第1のガラス基板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でも高い密着性を発揮できるが、島状体12a〜12dを第1のガラス基板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、第1のガラス基板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。   It is preferable that the interface between the first glass substrate 11 and the islands 12a to 12d has high adhesion. As will be described later, these interfaces are formed by pushing the islands 12a to 12d into the first glass substrate 11 under heating. Although high adhesion can be exhibited even at the interface obtained by such a method, adhesion is further enhanced by applying anodic bonding treatment after the islands 12a to 12d are pushed into the first glass substrate 11. be able to. 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 first glass substrate 11 is preferably a glass material containing an alkali metal such as sodium (for example, Pyrex (registered trademark) glass).

これは、第1のガラス基板11の主面11aとシリコン基板16との間の界面やシリコン基板と第2のガラス基板18との間の界面においても同様である。すなわち、第1のガラス基板11の主面11a上にシリコン基板16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。このように第1のガラス基板11と島状体12a〜12dとの界面と、第1のガラス基板11とシリコン基板16との界面と、第2のガラス基板18とシリコン基板16との界面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16aと第1のガラス基板11の主面11aとの間で構成するキャビティ17a、揺動部材16bと第1のガラス基板11の主面11aとの間で構成するキャビティ17b、及び揺動部材16bと第2のガラス基板18との間で構成するキャビティ17d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 a of the first glass substrate 11 and the silicon substrate 16 and the interface between the silicon substrate and the second glass substrate 18. That is, the adhesion can be enhanced by mounting the silicon substrate 16 on the main surface 11a of the first glass substrate 11 and performing an anodic bonding process. Thus, the interface between the first glass substrate 11 and the islands 12a to 12d, the interface between the first glass substrate 11 and the silicon substrate 16, and the interface between the second glass substrate 18 and the silicon substrate 16 By exhibiting high adhesiveness, the cavity 17a formed between the pressure-sensitive diaphragm 16a and the main surface 11a of the first glass substrate 11, the swing member 16b, and the main surface 11a of the first glass substrate 11 It is possible to maintain high airtightness in the cavity 17b formed between the oscillating member 16b and the cavity 17d formed between the swinging member 16b and the second glass substrate 18.

このような構成を有する静電容量型力学量センサの圧力センサ領域Aにおいては、感圧ダイヤフラム16aと第1のガラス基板11上の固定電極14aとの間に所定の静電容量を有する。この圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム16aが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム16aが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム16aと第1のガラス基板11上の固定電極14a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。   In the pressure sensor region A of the capacitive mechanical quantity sensor having such a configuration, a predetermined capacitance is provided between the pressure-sensitive diaphragm 16 a and the fixed electrode 14 a on the first glass substrate 11. When pressure is applied to the pressure sensor, the pressure-sensitive diaphragm 16a moves according to the pressure. As a result, the pressure sensitive diaphragm 16a is displaced. At this time, the electrostatic capacitance between the pressure-sensitive diaphragm 16a and the fixed electrode 14a on the first glass substrate 11 changes. Therefore, the change can be a pressure change using the capacitance as a parameter.

一方、静電容量型力学量センサの加速度センサ領域Bにおいては、第1及び第2のガラス基板11,18と、シリコン基板16とにより構成された空間部内で、揺動部材16bが被測定加速度により揺動する。揺動部材16bは導電体であるので、揺動部材16bが揺動することにより、固定電極14bとの間の静電容量が変化する。この変化を検知することにより加速度を測定することができる。   On the other hand, in the acceleration sensor region B of the capacitance type mechanical quantity sensor, the swing member 16b is measured acceleration in a space formed by the first and second glass substrates 11 and 18 and the silicon substrate 16. Oscillates. Since the oscillating member 16b is a conductor, the capacitance between the oscillating member 16b and the fixed electrode 14b changes when the oscillating member 16b oscillates. By detecting this change, acceleration can be measured.

この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ領域Aのキャビティ17aが加速度センサ領域Bのキャビティ17b,17dと連通しているので、キャビティ17aとキャビティ17b,17dとでキャビティを構成することになる。したがって、この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ単体におけるキャビティの容積に比べて非常に大きな容積のキャビティを確保することができる。その結果、ガラス基板とシリコン基板との間の密閉した空間内にガスが発生しても比較的大きな容積のキャビティにガスを拡散させることができる。これにより、ガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、この静電容量型力学量センサによれば、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することが可能である。   In this capacitance type mechanical quantity sensor, since the cavity 17a in the pressure sensor region A communicates with the cavities 17b and 17d in the acceleration sensor region B, the cavity 17a and the cavities 17b and 17d constitute a cavity. Become. Therefore, in this capacitance type mechanical quantity sensor, it is possible to secure a cavity having a very large volume compared to the volume of the cavity in the pressure sensor alone. As a result, even if gas is generated in a sealed space between the glass substrate and the silicon substrate, the gas can be diffused into a cavity having a relatively large volume. Thereby, the performance degradation of the sensor due to the presence of gas can be prevented. Further, according to this capacitance type mechanical quantity sensor, since no getter chamber or the like is provided, it is possible to avoid an increase in size due to the gas trap function.

次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図2(a)〜(c)、図3(a)〜(c)、図4(a)〜(e)は、本発明の実施の形態1に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。   Next, a manufacturing method of the capacitive pressure sensor of the present embodiment will be described. 2 (a) to (c), FIGS. 3 (a) to (c), and FIGS. 4 (a) to 4 (e) are diagrams illustrating a method of manufacturing a capacitive mechanical quantity sensor according to Embodiment 1 of the present invention. It is sectional drawing for demonstrating.

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16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16の一方の主面をエッチングして、図2(a)に示すように、感圧ダイヤフラム16aと固定電極14aとの間の間隔を制御するキャビティ17a用の凹部16gを形成する。この場合、シリコン基板16を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、凹部16g形成領域以外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シリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン基板16をエッチングして凹部16gを設ける。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16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。   First, a silicon substrate 16 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. One main surface of the silicon substrate 16 is etched to form a recess 16g for the cavity 17a for controlling the distance between the pressure sensitive diaphragm 16a and the fixed electrode 14a, as shown in FIG. In this case, the silicon substrate 16 is thermally oxidized to form a silicon oxide film. Then, a resist film is formed on the silicon oxide film, and the resist film is patterned (photolithography) so that the resist film remains outside the region where the recess 16g is formed, and the silicon oxide film is etched using the resist film as a mask, Thereafter, the remaining resist film is removed. The silicon substrate 16 is etched using the silicon oxide film having the opening formed in this way as a mask to provide a recess 16g. 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 16 so that the etching rate is different.

次いで、図2(b)に示すように、凹部16gにおいて、固定電極14a,14bの引き出し部分(島状体12b,12c)の上方に相当する領域に凹部16fを形成する。この凹部16fは、凹部16gを形成する方法と同様の方法で形成する。次いで、このシリコン基板16の他方の主面をエッチングして、図2(c)に示すように、感圧ダイヤフラム16a及び揺動部材16bを形成する。感圧ダイヤフラム16a及び揺動部材16bの形成も凹部16gを形成する方法と同様の方法で行う。感圧ダイヤフラム16a及び揺動部材16bを形成する際に、シリコン基板16の一方の主面側、すなわちキャビティ17形成側からもエッチングを施すことにより貫通部16hを形成することができる。   Next, as shown in FIG. 2B, in the recess 16g, a recess 16f is formed in a region corresponding to the upper portion of the lead electrodes 14a and 14b (islands 12b and 12c). The recess 16f is formed by the same method as that for forming the recess 16g. Next, the other main surface of the silicon substrate 16 is etched to form a pressure sensitive diaphragm 16a and a swing member 16b as shown in FIG. The pressure-sensitive diaphragm 16a and the swing member 16b are formed by the same method as the method of forming the recess 16g. When forming the pressure-sensitive diaphragm 16a and the swinging member 16b, the penetrating portion 16h can be formed by etching from one main surface side of the silicon substrate 16, that is, the cavity 17 forming side.

次いで、図3(a)に示すように、島状体12a〜12dを埋め込んだ第1のガラス基板11を作製する。この第1のガラス基板11は、図4(a)〜(e)に示す工程により作製することができる。なお、図4(a)〜(e)においては、明確に図示するために島状体12a,12bの部分を示す。すなわち、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。このシリコン基板12をエッチングして、図4(a)に示すように、島状体12a〜12dを形成する。   Next, as shown in FIG. 3A, the first glass substrate 11 in which the islands 12a to 12d are embedded is produced. The first glass substrate 11 can be manufactured by the steps shown in FIGS. 4A to 4E, the islands 12a and 12b are shown for the sake of clarity. That is, first, a silicon substrate 12 having a low resistance by doping impurities is prepared. The silicon substrate 12 is etched to form islands 12a to 12d as shown in FIG.

次いで、図4(b)に示すように、島状体12a,12bを形成したシリコン基板12上に第1のガラス基板11を置く。さらに、真空下で、このシリコン基板12及び第1のガラス基板11を加熱し、図4(c)に示すように、シリコン基板12を第1のガラス基板11に押圧して島状体12a,12bを第1のガラス基板11の主面11bに押し込んで、シリコン基板12と第1のガラス基板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(例えば、ガラスの軟化点温度以下)が好ましい。例えば加熱温度は約600℃である。   Next, as shown in FIG. 4B, the first 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 first glass substrate 11 are heated under vacuum, and the silicon substrate 12 is pressed against the first glass substrate 11 as shown in FIG. 12b is pushed into the main surface 11b of the first glass substrate 11 to bond the silicon substrate 12 and the first glass substrate 11 together. The temperature at this time is not higher than the melting point of silicon and is preferably a temperature at which the glass can be deformed (for example, not higher than the softening point temperature of 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と第1のガラス基板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及び第1のガラス基板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、静電容量型力学量センサのキャビティ17a,17b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 first 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 first 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 at the interface 11c becomes higher, and the airtightness of the cavities 17a and 17b of the capacitance type mechanical quantity sensor can be improved.

次いで、図4(d)に示すように、第1のガラス基板11の主面11a側を研磨処理することにより島状体12a,12bを主面11aで部分的に露出させる。これにより、第1のガラス基板11に島状体12a,12bが埋め込まれた状態となる。さらに、図4(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が第1のガラス基板11の両面から部分的に露出する。このようにしてシリコン製部材を埋め込んだ第1のガラス基板11を作製する。   Next, as shown in FIG. 4D, the islands 12a and 12b are partially exposed at the main surface 11a by polishing the main surface 11a side of the first glass substrate 11. As a result, the islands 12a and 12b are embedded in the first glass substrate 11. Further, as shown in FIG. 4E, the islands 12 a and 12 b are partially exposed from both surfaces of the first glass substrate 11 by polishing the silicon substrate 12. In this way, the first glass substrate 11 in which the silicon member is embedded is manufactured.

次いで、図3(b)に示すように、第1のガラス基板11の主面11b上に、島状体12a〜12dとそれぞれ電気的に接続するように電極15a〜15dを形成する。この場合、まず、第1のガラス基板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。   Next, as illustrated in FIG. 3B, electrodes 15 a to 15 d are formed on the main surface 11 b of the first glass substrate 11 so as to be electrically connected to the islands 12 a to 12 d, respectively. In this case, first, an electrode material is deposited on the main surface 11b of the first 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), the electrode material is etched using the resist film as a mask, and then the remaining resist film is removed.

次いで、図3(c)に示すように、第1のガラス基板11の主面11a上に、島状体12a,12dとそれぞれ電気的に接続するように電極13a,13bを形成し、島状体12b,12cとそれぞれ電気的に接続するように固定電極14a,14bを形成する。この場合、まず、第1のガラス基板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、電極及び固定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, as shown in FIG. 3C, electrodes 13a and 13b are formed on the main surface 11a of the first glass substrate 11 so as to be electrically connected to the islands 12a and 12d, respectively. Fixed electrodes 14a and 14b are formed so as to be electrically connected to the bodies 12b and 12c, respectively. In this case, first, an electrode material is deposited on the main surface 11a of the first glass substrate 11, a resist film is formed thereon, and the resist film is left so that the resist film remains in the electrode and fixed electrode formation region. Is patterned (photolithography), the electrode material is etched using the resist film as a mask, and then the remaining resist film is removed.

次いで、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム16a及び被測定加速度により揺動する揺動部材16bを有するシリコン基板16を、感圧ダイヤフラム16aが固定電極14aと所定の間隔をおいて位置するように、また、揺動部材16bが固定電極14bと所定の間隔をおいて位置するように、第1のガラス基板11の主面11a上に接合する。すなわち、第1のガラス基板11の主面11aとシリコン基板16の第2接合部16eとが接合される。このとき、シリコン基板16及び第1のガラス基板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陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板16と第1のガラス基板11との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ17a,17bの気密性を向上させることができる。   Next, the silicon substrate 16 having the pressure-sensitive diaphragm 16a that is displaced by the measured pressure and the swinging member 16b that is swung by the measured acceleration is positioned so that the pressure-sensitive diaphragm 16a is positioned at a predetermined interval from the fixed electrode 14a. In addition, the swing member 16b is joined to the main surface 11a of the first glass substrate 11 so as to be positioned at a predetermined distance from the fixed electrode 14b. That is, the main surface 11a of the first glass substrate 11 and the second bonding portion 16e of the silicon substrate 16 are bonded. At this time, an anodic bonding process is performed by applying a voltage of about 500 V to the silicon substrate 16 and the first glass substrate 11 under heating at about 400 ° C. or lower. Thereby, the adhesiveness in the interface between the silicon substrate 16 and the 1st glass substrate 11 becomes higher, and the airtightness of the cavities 17a and 17b can be improved.

次いで、第2のガラス基板18にサンドブラスト処理を行って孔18aを形成する。この第2のガラス基板18をシリコン基板16に接合する。すなわち、第2のガラス基板18とシリコン基板16の第1接合部16dとが接合される。このとき、シリコン基板16及び第2のガラス基板18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陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板16と第2のガラス基板18との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ17dの気密性を向上させることができる。   Next, the second glass substrate 18 is subjected to sand blasting to form holes 18a. The second glass substrate 18 is bonded to the silicon substrate 16. That is, the second glass substrate 18 and the first bonding portion 16d of the silicon substrate 16 are bonded. At this time, an anodic bonding process is performed by applying a voltage of about 500 V to the silicon substrate 16 and the second glass substrate 18 under heating at about 400 ° C. or lower. Thereby, the adhesiveness at the interface between the silicon substrate 16 and the second glass substrate 18 becomes higher, and the airtightness of the cavity 17d can be improved.

このようにして得られた静電容量型力学量センサは、圧力センサ側において、固定電極14aが島状体12bを介して電極15bと電気的に接続され、電極13aが島状体12aを介して電極15a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16aと固定電極14a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15a,15b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。また、加速度センサ側においては、固定電極14bが島状体12cを介して電極15cと電気的に接続され、電極13bが島状体12dを介して電極15dと電気的に接続されている。したがって、揺動部材16bと固定電極14bとの間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体12c,12dを介して電極15c,15dから取得することができる。この信号に基づいて測定加速度を算出することができる。   In the capacitive mechanical quantity sensor thus obtained, on the pressure sensor side, the fixed electrode 14a is electrically connected to the electrode 15b via the island 12b, and the electrode 13a via the island 12a. Are electrically connected to the electrode 15a. Therefore, the capacitance change signal detected between the pressure-sensitive diaphragm 16a and the fixed electrode 14a can be acquired from the electrodes 15a and 15b via the islands 12a and 12b. The measured pressure can be calculated based on this signal. On the acceleration sensor side, the fixed electrode 14b is electrically connected to the electrode 15c via the island-shaped body 12c, and the electrode 13b is electrically connected to the electrode 15d via the island-shaped body 12d. Therefore, the capacitance change signal detected between the swing member 16b and the fixed electrode 14b can be obtained from the electrodes 15c and 15d via the islands 12c and 12d. The measured acceleration can be calculated based on this signal.

静電容量型力学量センサにおいて、固定電極と可動電極との間のキャビティ内にガスが発生すると内圧が高くなり、温度特性変化が大きくなる。そこで、キャビティの容積と温度特性との関係を調べた。図5において、縦軸は、室温に対して90℃まで温度変化させた時のフルスケールでの静電容量の変化率を示し、横軸は、気密封止されるキャビティの容積を示す。図5から分かるように、キャビティの容積が約2×10-3cm3から約6×10-3cm3までは静電容量の変化率(温度特性)が減少しており、その後徐々に減少してキャビティの容積が約8×10-3cm3でほぼゼロになる。このように、キャビティの容積が大きいほど、静電容量の変化率(温度特性変化)が小さくなり、キャビティ内のガスがセンサ特性に影響を及ぼさないことが分かる。図1に示す本発明に係る静電容量型力学量センサにおいては、キャビティ容積(キャビティ17a,17b,17d)が約1×10-2cm3以上となるので、キャビティ内にガスが存在してもセンサ特性に影響を及ぼさない。 In the capacitance type mechanical quantity sensor, when gas is generated in the cavity between the fixed electrode and the movable electrode, the internal pressure is increased and the temperature characteristic change is increased. Therefore, the relationship between the cavity volume and temperature characteristics was examined. In FIG. 5, the vertical axis indicates the rate of change in capacitance at full scale when the temperature is changed to 90 ° C. with respect to room temperature, and the horizontal axis indicates the volume of the cavity that is hermetically sealed. As can be seen from FIG. 5, when the volume of the cavity is about 2 × 10 −3 cm 3 to about 6 × 10 −3 cm 3, the capacitance change rate (temperature characteristic) decreases, and then gradually decreases. Thus, the volume of the cavity becomes almost zero at about 8 × 10 −3 cm 3 . Thus, it can be seen that as the volume of the cavity increases, the rate of change in capacitance (temperature characteristic change) decreases, and the gas in the cavity does not affect the sensor characteristics. In the capacitance type mechanical quantity sensor according to the present invention shown in FIG. 1, since the cavity volume (cavities 17a, 17b, 17d) is about 1 × 10 −2 cm 3 or more, gas exists in the cavity. Does not affect the sensor characteristics.

本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、圧力センサ領域A側のキャビティ17aと、加速度センサ領域B側のキャビティ17b,17dとが連通しており、キャビティ容積が増大しているので、第1のガラス基板11と感圧ダイヤフラム16aとの間の密閉した空間内のガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、加速度センサと圧力センサを同一プロセスで作製することが可能であるので、プロセスコストを低減することができる。しかも、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することができる。さらに、本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、加速度センサの揺動部材16bも真空中に配置することができるので、揺動部材16bがパーティクルや対流の影響を受けず、正確に加速度を検出することができる。   According to the capacitance type mechanical quantity sensor according to the present embodiment, the cavity 17a on the pressure sensor region A side and the cavities 17b and 17d on the acceleration sensor region B side communicate with each other, and the cavity volume increases. Therefore, it is possible to prevent the sensor performance from being deteriorated due to the presence of the gas in the sealed space between the first glass substrate 11 and the pressure sensitive diaphragm 16a. Further, according to the capacitance type mechanical quantity sensor according to the present embodiment, the acceleration sensor and the pressure sensor can be manufactured in the same process, so that the process cost can be reduced. In addition, since no getter chamber or the like is provided, an increase in size due to the gas trap function can be avoided. Furthermore, according to the capacitance-type mechanical quantity sensor according to the present embodiment, the oscillating member 16b of the acceleration sensor can also be disposed in a vacuum, so that the oscillating member 16b is not affected by particles or convection. , Can accurately detect acceleration.

本実施の形態においては、シリコン基板16に貫通穴16hを設けて、圧力センサ領域Aの固定電極14a上のキャビティ17aと、加速度センサ領域Bの固定電極14b上のキャビティ17bと、加速度センサ領域Bの揺動部材16b上のキャビティ17dとが連通してい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16に貫通穴16hを設けずに、圧力センサ領域Aの固定電極14a上のキャビティ17aと、加速度センサ領域Bの固定電極14b上のキャビティ17bとを連通する構成でも良い。   In the present embodiment, a through hole 16h is provided in the silicon substrate 16, and the cavity 17a on the fixed electrode 14a in the pressure sensor region A, the cavity 17b on the fixed electrode 14b in the acceleration sensor region B, and the acceleration sensor region B However, in the present invention, the through hole 16h is not provided in the silicon substrate 16 and the fixed electrode 14a in the pressure sensor region A is provided. The cavity 17a may be configured to communicate with the cavity 17b on the fixed electrode 14b in the acceleration sensor region B.

(実施の形態2)
本実施の形態においては、静電容量型力学量センサが、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを積層してなる静電容量型力学量センサ(縦型)である場合について説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係る静電容量型力学量センサの概略構成を示す断面図である。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the capacitance type mechanical quantity sensor is a capacitance type dynamic quantity formed by stacking a pressure sensor that detects pressure by capacitance and an acceleration sensor that detects acceleration by capacitance. A case of a sensor (vertical type) will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a capacitive mechanical quantity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.

図中21は第1のガラス基板を示す。第1のガラス基板21は、相互に対向する一対の主面21a,21bを有する。この第1のガラス基板21の主面21a側には、圧力センサが設けられ、主面21b側には、加速度センサが設けられる。第1のガラス基板21には、主面21aから主面21bにわたって貫通する貫通穴21cが設けられている。この貫通穴21cは、第1のガラス基板21にサンドブラスト処理を行うことにより形成することができる。また、第1のガラス基板21には、シリコンで構成された島状体(シリコン製部材)22が埋設されている。島状体22は、主面21a上に形成された電極と主面21b上に形成された電極とを電気的に接続する導電部材である。島状体22は、第1のガラス基板11の両主面でそれぞれ露出している。なお、この島状体22の形成については実施の形態1と同じである。   In the figure, reference numeral 21 denotes a first glass substrate. The first glass substrate 21 has a pair of main surfaces 21a and 21b facing each other. A pressure sensor is provided on the main surface 21a side of the first glass substrate 21, and an acceleration sensor is provided on the main surface 21b side. The first glass substrate 21 is provided with a through hole 21c penetrating from the main surface 21a to the main surface 21b. The through hole 21c can be formed by performing a sandblasting process on the first glass substrate 21. Further, an island-like body (silicon member) 22 made of silicon is embedded in the first glass substrate 21. The island 22 is a conductive member that electrically connects the electrode formed on the main surface 21a and the electrode formed on the main surface 21b. The islands 22 are exposed on both main surfaces of the first glass substrate 11. The formation of the islands 22 is the same as in the first embodiment.

第1のガラス基板11の主面11a側の圧力センサ領域Aには、島状体22の一方の露出部分と電気的に接続するように固定電極23が形成されている。この固定電極23は、圧力センサ用の固定電極である。また、第1のガラス基板11の主面11b側の加速度センサ領域Bには、島状体22の他方の露出部分と電気的に接続するように固定電極24が形成されている。この固定電極24は、加速度センサ用の固定電極である。   A fixed electrode 23 is formed in the pressure sensor region A on the main surface 11 a side of the first glass substrate 11 so as to be electrically connected to one exposed portion of the island-shaped body 22. This fixed electrode 23 is a fixed electrode for a pressure sensor. Further, a fixed electrode 24 is formed in the acceleration sensor region B on the main surface 11b side of the first glass substrate 11 so as to be electrically connected to the other exposed portion of the island-like body 22. The fixed electrode 24 is a fixed electrode for the acceleration sensor.

第1のガラス基板21の主面21a上には、圧力センサ側の導電性可動部である感圧ダイヤフラム25a(可動電極)を有する第1のシリコン基板25が接合されている。この感圧ダイヤフラム25aは、導電性可動部として被測定圧力により可動する。第1のガラス基板21の主面21b上には、加速度センサ側の導電性可動部である揺動部材26aと、揺動部材26aを支持するカンチレバー26bとを有する第2のシリコン基板26が接合されている。この揺動部材26aは、導電性可動部として被測定加速度により揺動する。第1のシリコン基板25は、第1のガラス基板21の主面21aと第1接合部25bで接合されている。また、第2のシリコン基板26は、第1のガラス基板21の主面21bと第2接合部26cで接合されている。   On the main surface 21a of the first glass substrate 21, a first silicon substrate 25 having a pressure-sensitive diaphragm 25a (movable electrode) which is a conductive movable portion on the pressure sensor side is bonded. This pressure-sensitive diaphragm 25a is movable as a conductive movable part by a pressure to be measured. On the main surface 21b of the first glass substrate 21, a second silicon substrate 26 having a swing member 26a that is a conductive movable part on the acceleration sensor side and a cantilever 26b that supports the swing member 26a is joined. Has been. The swing member 26a swings at a measured acceleration as a conductive movable part. The first silicon substrate 25 is bonded to the main surface 21a of the first glass substrate 21 by the first bonding portion 25b. The second silicon substrate 26 is bonded to the main surface 21b of the first glass substrate 21 by the second bonding portion 26c.

第1のガラス基板21と第1のシリコン基板25とは、感圧ダイヤフラム25aが固定電極23と所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第1接合部25bで接合される。第1のガラス基板21と第2のシリコン基板26とは、揺動部材26aが固定電極24と所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第2接合部26cで接合される。また、第1のガラス基板21と第1のシリコン基板25とは、固定電極23上にキャビティ27aが形成されるように接合されている。第1のガラス基板21と第2のシリコン基板26とは、固定電極24上にキャビティ27bが形成されるように接合されている。このキャビティ27a,27bは、圧力センサ領域Aと加速度センサ領域Bとの間で貫通穴21cを介して連通している。これにより、大きな容積のキャビティを設けることができる。   The first glass substrate 21 and the first silicon substrate 25 are bonded at the first bonding portion 25b in a state where the pressure-sensitive diaphragm 25a is aligned with the fixed electrode 23 so as to be disposed at a predetermined interval. The The first glass substrate 21 and the second silicon substrate 26 are joined by the second joining portion 26c in a state where the swing member 26a is aligned with the fixed electrode 24 so as to be arranged at a predetermined interval. The Further, the first glass substrate 21 and the first silicon substrate 25 are joined so that a cavity 27 a is formed on the fixed electrode 23. The first glass substrate 21 and the second silicon substrate 26 are joined so that a cavity 27 b is formed on the fixed electrode 24. The cavities 27a and 27b communicate with each other between the pressure sensor region A and the acceleration sensor region B through a through hole 21c. Thereby, a cavity with a large volume can be provided.

第2のシリコン基板26上には、第2のガラス基板28が配置されている。この第2のガラス基板28は、第2のシリコン基板26の第3接合部26dで接合されている。加速度センサ領域Bにおいては、第2のガラス基板28と、第2のシリコン基板26とにより構成された空間部内で揺動部材26aが揺動するように構成される。なお、第1及び第2のシリコン基板25,26と第1のガラス基板11との間は、第1及び第2接合部25b,26cにより接合されているので、これにより、感圧ダイヤフラム25aはキャビティ内で封止される。   A second glass substrate 28 is disposed on the second silicon substrate 26. The second glass substrate 28 is bonded at the third bonding portion 26 d of the second silicon substrate 26. The acceleration sensor region B is configured such that the swing member 26 a swings in a space formed by the second glass substrate 28 and the second silicon substrate 26. Since the first and second silicon substrates 25 and 26 and the first glass substrate 11 are bonded by the first and second bonding portions 25b and 26c, the pressure-sensitive diaphragm 25a is thereby Sealed in the cavity.

第1のシリコン基板25における感圧ダイヤフラム25a及び第2のシリコン基板26における揺動部材26aは、第1及び第2のシリコン基板25,26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。また、カンチレバー26bと揺動部材26aとを第2のシリコン基板26に形成する場合には、例えばマイクロマシニングマシン技術を応用したエッチングにより行う。第1及び第2のシリコン基板25,26の第1のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも固定電極23,24をそれぞれ収容できる大きさを有しており、第1のシリコン基板25を第1のガラス基板21に接合することにより上記キャビティ27aを構成し、第2のシリコン基板26を第1のガラス基板21に接合することにより上記キャビティ27bを構成する。これにより、感圧ダイヤフラム25aと固定電極23との間に静電容量が発生し、揺動部材26aと固定電極24との間に静電容量が発生する。   The pressure-sensitive diaphragm 25a in the first silicon substrate 25 and the swing member 26a in the second silicon substrate 26 are provided by forming recesses from both sides of the first and second silicon substrates 25 and 26 by etching or the like. It has been. Further, when the cantilever 26b and the swing member 26a are formed on the second silicon substrate 26, for example, etching is performed by applying a micromachining machine technique. The recesses on the first glass substrate bonding surface side of the first and second silicon substrates 25 and 26 have a size that can accommodate at least the fixed electrodes 23 and 24, respectively. The cavity 27 a is configured by bonding to one glass substrate 21, and the cavity 27 b is configured by bonding the second silicon substrate 26 to the first glass substrate 21. As a result, a capacitance is generated between the pressure-sensitive diaphragm 25 a and the fixed electrode 23, and a capacitance is generated between the swing member 26 a and the fixed electrode 24.

第1のガラス基板21と島状体22との界面、第1のガラス基板21の主面21aと第1のシリコン基板25の第1接合部25bとの界面、第1のガラス基板21の主面21bと第2のシリコン基板26の第2接合部26cとの界面、第2のガラス基板28と第2のシリコン基板25の第3接合部26dとの界面は、高い密着性を有することが好ましい。これらの界面は、実施の形態1と同様にして、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。これにより、感圧ダイヤフラム25aと第1のガラス基板21の主面21aとの間で構成するキャビティ27a内、及び揺動部材26aと第1のガラス基板21の主面21aとの間で構成するキャビティ27b内の気密性を高く保つことができる。   The interface between the first glass substrate 21 and the island 22, the interface between the main surface 21 a of the first glass substrate 21 and the first bonding portion 25 b of the first silicon substrate 25, and the main of the first glass substrate 21 The interface between the surface 21b and the second bonding portion 26c of the second silicon substrate 26 and the interface between the second glass substrate 28 and the third bonding portion 26d of the second silicon substrate 25 may have high adhesion. preferable. The adhesiveness of these interfaces can be further increased by performing anodic bonding treatment in the same manner as in the first embodiment. Thereby, it comprises in the cavity 27a comprised between the pressure sensitive diaphragm 25a and the main surface 21a of the 1st glass substrate 21, and between the rocking | fluctuation member 26a and the main surface 21a of the 1st glass substrate 21. FIG. The airtightness in the cavity 27b can be kept high.

このような構成を有する静電容量型力学量センサの圧力センサ領域Aにおいては、感圧ダイヤフラム25aと第1のガラス基板21上の固定電極23との間に所定の静電容量を有する。この圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム25aが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム25aが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム25aと第1のガラス基板21上の固定電極23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。   In the pressure sensor region A of the capacitance type mechanical quantity sensor having such a configuration, a predetermined capacitance is provided between the pressure sensitive diaphragm 25 a and the fixed electrode 23 on the first glass substrate 21. When pressure is applied to the pressure sensor, the pressure-sensitive diaphragm 25a moves according to the pressure. Thereby, the pressure sensitive diaphragm 25a is displaced. At this time, the electrostatic capacitance between the pressure sensitive diaphragm 25a and the fixed electrode 23 on the first glass substrate 21 changes. Therefore, the change can be a pressure change using the capacitance as a parameter.

一方、静電容量型力学量センサの加速度センサ領域Bにおいては、第1及び第2のガラス基板21,28と、第2のシリコン基板26とにより構成された空間部内で、揺動部材26aが被測定加速度により揺動する。揺動部材26aは導電体であるので、揺動部材26aが揺動することにより、固定電極24との間の静電容量が変化する。この変化を検知することにより加速度を測定することができる。   On the other hand, in the acceleration sensor region B of the capacitance type mechanical quantity sensor, the swing member 26a is located in the space formed by the first and second glass substrates 21 and 28 and the second silicon substrate 26. It swings with the measured acceleration. Since the oscillating member 26a is a conductor, the capacitance with the fixed electrode 24 changes when the oscillating member 26a oscillates. By detecting this change, acceleration can be measured.

この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ領域Aのキャビティ27aが加速度センサ領域Bのキャビティ27bと連通しているので、キャビティ27aとキャビティ27bとでキャビティを構成することになる。したがって、この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ単体におけるキャビティの容積に比べて非常に大きな容積のキャビティを確保することができる。その結果、ガラス基板とシリコン基板との間の密閉した空間内にガスが発生しても比較的大きな容積のキャビティにガスを拡散させることができる。これにより、ガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、この静電容量型力学量センサによれば、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することが可能である。   In this capacitance type mechanical quantity sensor, the cavity 27a in the pressure sensor region A communicates with the cavity 27b in the acceleration sensor region B, so that the cavity 27a and the cavity 27b constitute a cavity. Therefore, in this capacitance type mechanical quantity sensor, it is possible to secure a cavity having a very large volume compared to the volume of the cavity in the pressure sensor alone. As a result, even if gas is generated in a sealed space between the glass substrate and the silicon substrate, the gas can be diffused into a cavity having a relatively large volume. Thereby, the performance degradation of the sensor due to the presence of gas can be prevented. Further, according to this capacitance type mechanical quantity sensor, since no getter chamber or the like is provided, it is possible to avoid an increase in size due to the gas trap function.

次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図7(a),(b)、図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)は、本発明の実施の形態2に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。   Next, a manufacturing method of the capacitive pressure sensor of the present embodiment will be described. 7 (a), (b), FIGS. 8 (a) to (c), and FIGS. 9 (a) to 9 (c) show a method of manufacturing a capacitive mechanical quantity sensor according to Embodiment 2 of the present invention. It is sectional drawing for demonstrating.

まず、不純物をドーピングして低抵抗化した第1のシリコン基板25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。この第1のシリコン基板25の一方の主面をエッチングして、図7(a)に示すように、感圧ダイヤフラム25aと固定電極23との間の間隔を制御するキャビティ27a用の凹部25cを形成する。この場合、第1のシリコン基板25を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、凹部25c形成領域以外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シリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとして第1のシリコン基板25をエッチングして凹部25cを設ける。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。   First, a first silicon substrate 25 doped with impurities to reduce resistance 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. One main surface of the first silicon substrate 25 is etched to form a recess 25c for the cavity 27a for controlling the distance between the pressure-sensitive diaphragm 25a and the fixed electrode 23 as shown in FIG. Form. In this case, the first silicon substrate 25 is thermally oxidized to form a silicon oxide film. Then, a resist film is formed on the silicon oxide film, and the resist film is patterned (photolithography) so that the resist film remains outside the region where the recess 25c is formed, and the silicon oxide film is etched using the resist film as a mask, Thereafter, the remaining resist film is removed. The first silicon substrate 25 is etched using the silicon oxide film having the opening formed in this way as a mask to provide a recess 25c. Etching may be dry etching or wet etching.

次いで、この第1のシリコン基板25の他方の主面をエッチングして、図7(b)に示すように、感圧ダイヤフラム25aを形成する。感圧ダイヤフラム25aの形成も凹部25cを形成する方法と同様の方法で行う。   Next, the other main surface of the first silicon substrate 25 is etched to form a pressure-sensitive diaphragm 25a as shown in FIG. 7B. The pressure-sensitive diaphragm 25a is formed by the same method as the method of forming the recess 25c.

次いで、上記と同様に不純物をドーピングして低抵抗化した第2のシリコン基板26を準備する。この第2のシリコン基板26の一方の主面をエッチングして、図8(a)に示すように、揺動部材26aと固定電極24との間の間隔を制御するキャビティ27b用の凹部26eを形成する。この場合、第2のシリコン基板26を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、凹部26e形成領域以外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シリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとして第2のシリコン基板26をエッチングして凹部26eを設ける。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。   Next, a second silicon substrate 26 having a low resistance by doping impurities is prepared in the same manner as described above. As shown in FIG. 8A, a recess 26e for the cavity 27b for controlling the distance between the swing member 26a and the fixed electrode 24 is formed by etching one main surface of the second silicon substrate 26. Form. In this case, the second silicon substrate 26 is thermally oxidized to form a silicon oxide film. Then, a resist film is formed on the silicon oxide film, and the resist film is patterned (photolithography) so that the resist film remains outside the region where the recess 26e is formed, and the silicon oxide film is etched using the resist film as a mask, Thereafter, the remaining resist film is removed. The second silicon substrate 26 is etched using the silicon oxide film having the opening formed as described above as a mask to provide a recess 26e. Etching may be dry etching or wet etching.

次いで、この第2のシリコン基板26の他方の主面をエッチングして、図8(b)に示すように、揺動部材26aと第2のガラス基板28との間の間隔を制御する凹部26fを形成する。さらに、この第2のシリコン基板26の他方の主面をエッチングして、図8(c)に示すように、凹部26fにおいて、カンチレバー26bを形成するための凹部26gを形成する。この凹部26f,26gは、凹部26eを形成する方法と同様の方法で形成する。   Next, the other main surface of the second silicon substrate 26 is etched, and as shown in FIG. 8B, a recess 26f for controlling the distance between the swing member 26a and the second glass substrate 28. Form. Further, the other main surface of the second silicon substrate 26 is etched to form a recess 26g for forming the cantilever 26b in the recess 26f as shown in FIG. 8C. The recesses 26f and 26g are formed by a method similar to the method of forming the recess 26e.

次いで、島状体22を埋め込んだ第1のガラス基板21を作製する。この第1のガラス基板21に島状体22を埋め込む方法は、実施の形態1における図4に示す工程と同様である。次いで、図9(a)に示すように、第1のガラス基板21に貫通穴21cをサンドブラスト処理などにより形成する。次いで、第1のガラス基板21の主面21a上に島状体22と電気的に接続するように固定電極23を形成する。この場合、まず、第1のガラス基板21の主面21a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。   Subsequently, the 1st glass substrate 21 which embedded the island-shaped body 22 is produced. The method of embedding the islands 22 in the first glass substrate 21 is the same as the process shown in FIG. 4 in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 9A, a through hole 21c is formed in the first glass substrate 21 by sandblasting or the like. Next, the fixed electrode 23 is formed on the main surface 21 a of the first glass substrate 21 so as to be electrically connected to the island-like body 22. In this case, first, an electrode material is deposited on the main surface 21a of the first glass substrate 21, a resist film is formed thereon, and the resist film is patterned so that the resist film remains in the electrode formation region ( Photolithography), 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(c)に示すように、第1のガラス基板21の主面21b上に、島状体2と電気的に接続するように固定電極24を形成する。この場合、まず、第1のガラス基板21の主面21b上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、固定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, as shown in FIG. 9C, the fixed electrode 24 is formed on the main surface 21 b of the first glass substrate 21 so as to be electrically connected to the island-like body 2. In this case, first, an electrode material is deposited on the main surface 21b of the first glass substrate 21, a resist film is formed thereon, and the resist film is patterned so that the resist film remains in the fixed electrode formation region. (Photolithography), the electrode material is etched using the resist film as a mask, and then the remaining resist film is removed.

次いで、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム25aを有する第1のシリコン基板25を、及び被測定加速度により揺動する揺動部材16bを有するシリコン基板16を、感圧ダイヤフラム25aが固定電極23と所定の間隔をおいて位置するように第1のガラス基板21の主面21a上に接合する。また、被測定加速度により揺動する揺動部材26aが固定電極24と所定の間隔をおいて位置するように第1のガラス基板21の主面21b上に接合する。すなわち、第1のガラス基板21の主面21aと第1のシリコン基板25の第1接合部25bとが接合され、第1のガラス基板21の主面21bと第2のシリコン基板26の第2接合部26cとが接合される。このとき、第1及び第2シリコン基板25,26及び第1のガラス基板21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陽極接合処理を行う。これにより第1及び第2のシリコン基板25,26と第1のガラス基板21との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ27a,27bの気密性を向上させることができる。   Next, the first silicon substrate 25 having the pressure-sensitive diaphragm 25a that is displaced by the measured pressure and the silicon substrate 16 having the swinging member 16b that is swung by the measured acceleration are used. The pressure-sensitive diaphragm 25a is connected to the fixed electrode 23. It joins on the main surface 21a of the 1st glass substrate 21 so that it may be located in predetermined intervals. Further, the swinging member 26 a that swings due to the acceleration to be measured is joined to the main surface 21 b of the first glass substrate 21 so as to be positioned at a predetermined distance from the fixed electrode 24. That is, the main surface 21 a of the first glass substrate 21 and the first bonding portion 25 b of the first silicon substrate 25 are bonded, and the main surface 21 b of the first glass substrate 21 and the second of the second silicon substrate 26 are second. The joint portion 26c is joined. At this time, an anodic bonding process is performed by applying a voltage of about 500 V to the first and second silicon substrates 25 and 26 and the first glass substrate 21 under heating at about 400 ° C. or less. Thereby, the adhesiveness in the interface between the 1st and 2nd silicon substrates 25 and 26 and the 1st glass substrate 21 becomes higher, and the airtightness of the cavities 27a and 27b can be improved.

次いで、第2のガラス基板28を第2のシリコン基板26に接合する。すなわち、第2のガラス基板28と第2のシリコン基板26の第3接合部26dとが接合される。このとき、第2のシリコン基板26及び第2のガラス基板28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陽極接合処理を行う。これにより第2のシリコン基板26と第2のガラス基板218との間の界面での密着性がより高くなり、揺動部材26aと第2のガラス基板28との間の空間の気密性を向上させることができる。   Next, the second glass substrate 28 is bonded to the second silicon substrate 26. That is, the second glass substrate 28 and the third bonding portion 26d of the second silicon substrate 26 are bonded. At this time, an anodic bonding process is performed by applying a voltage of about 500 V to the second silicon substrate 26 and the second glass substrate 28 under heating at about 400 ° C. or lower. As a result, the adhesion at the interface between the second silicon substrate 26 and the second glass substrate 218 becomes higher, and the airtightness of the space between the swing member 26a and the second glass substrate 28 is improved. Can be made.

このようにして得られた静電容量型力学量センサは、圧力センサ側において、固定電極23が島状体22を介して電極(図示せず)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25aと固定電極23との間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体22を介して電極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。また、加速度センサ側においては、固定電極24が島状体22を介して電極(図示せず)と電気的に接続されている。したがって、揺動部材26aと固定電極24との間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体22を介して電極から取得することができる。この信号に基づいて測定加速度を算出することができる。   In the capacitive mechanical quantity sensor thus obtained, the fixed electrode 23 is electrically connected to an electrode (not shown) through the island 22 on the pressure sensor side. Therefore, the change signal of the capacitance detected between the pressure sensitive diaphragm 25 a and the fixed electrode 23 can be acquired from the electrode via the island 22. The measured pressure can be calculated based on this signal. On the acceleration sensor side, the fixed electrode 24 is electrically connected to an electrode (not shown) via the island-like body 22. Therefore, the change signal of the capacitance detected between the swing member 26 a and the fixed electrode 24 can be acquired from the electrode via the island 22. The measured acceleration can be calculated based on this signal.

本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、圧力センサ領域A側のキャビティ27aと、加速度センサ領域B側のキャビティ27bとが連通しており、キャビティ容積が増大しているので、第1のガラス基板21と感圧ダイヤフラム25aとの間の密閉した空間内のガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することができる。さらに、本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、加速度センサの揺動部材26aも真空中に配置することができるので、揺動部材26aがパーティクルや対流の影響を受けず、正確に加速度を検出することができる。   According to the capacitance type mechanical quantity sensor according to the present embodiment, the cavity 27a on the pressure sensor region A side and the cavity 27b on the acceleration sensor region B side communicate with each other, and the cavity volume increases. Further, it is possible to prevent the sensor performance from being deteriorated due to the presence of gas in the sealed space between the first glass substrate 21 and the pressure sensitive diaphragm 25a. Further, according to the capacitance type mechanical quantity sensor according to the present embodiment, since no getter chamber or the like is provided, an increase in size due to the gas trap function can be avoided. Furthermore, according to the capacitance-type mechanical quantity sensor according to the present embodiment, the oscillating member 26a of the acceleration sensor can also be arranged in a vacuum, so that the oscillating member 26a is not affected by particles or convection. , Can accurately detect acceleration.

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い。また、上記実施の形態1,2で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、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. In addition, the processes described in the first and second embodiments are not limited to this, and the processes may be performed by changing the order as appropriate. Other modifications may be made as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

本発明は、例えばバッテリー付のTPMS(Tire Pressure Monitoring System)において、タイヤ回転時のみ圧力をモニタリングする静電容量型力学量センサに適用することができる。   The present invention can be applied to, for example, a capacitive mechanical quantity sensor that monitors pressure only when a tire rotates in a TPMS (Tire Pressure Monitoring System) with a battery.

本発明の実施の形態1に係る静電容量型力学量センサの概略構成を示す概略図であり、(a)は平面図であり、(b)は断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which shows schematic structure of the electrostatic capacitance type mechanical quantity sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. (a)〜(c)は、本発明の実施の形態1に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the electrostatic capacitance type mechanical quantity sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. (a)〜(c)は、本発明の実施の形態1に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the electrostatic capacitance type mechanical quantity sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. (a)〜(e)は、本発明の実施の形態1に係る静電容量型力学量センサ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 electrostatic capacitance type mechanical quantity sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. 静電容量型力学量センサにおけるキャビティ容積と温度特性との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the cavity volume and temperature characteristic in an electrostatic capacitance type mechanical quantity sensor. 本発明の実施の形態2に係る静電容量型力学量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 mechanical quantity sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. (a),(b)は、本発明の実施の形態2に係る静電容量型力学量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 electrostatic capacitance type mechanical quantity sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. (a)〜(c)は、本発明の実施の形態2に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the electrostatic capacitance type mechanical quantity sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. (a)〜(c)は、本発明の実施の形態2に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the electrostatic capacitance type mechanical quantity sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

A 圧力センサ領域
B 加速度センサ領域
11,18,21,28 ガラス基板
11a,11b,21a,21b 主面
12,16,25,26 シリコン基板
12a〜12d,22 島状体
13a,13b,15a〜15d 電極
14a,14b,23,24 固定電極
16a,25a 感圧ダイヤフラム
16b,26a 揺動部材
16c,26b カンチレバー
16d,16e,25b,26c,26d 接合部
A Pressure sensor area B Acceleration sensor area 11, 18, 21, 28 Glass substrate 11a, 11b, 21a, 21b Main surface 12, 16, 25, 26 Silicon substrate 12a-12d, 22 Island-like body 13a, 13b, 15a-15d Electrodes 14a, 14b, 23, 24 Fixed electrodes 16a, 25a Pressure sensitive diaphragms 16b, 26a Oscillating members 16c, 26b Cantilevers 16d, 16e, 25b, 26c, 26d Joints

Claims (9)

静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを並設してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面を有し、一方の前記主面上に形成された前記圧力センサ用の第1固定電極及び前記加速度センサ用の第2固定電極を有する第1基板と、前記第1固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記圧力センサ用の第1導電性可動部及び前記第2固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記加速度センサ用の第2導電性可動部を有する第2基板と、前記第2導電性可動部を内包するように少なくとも前記第2基板上に配置された第3基板と、を具備し、前記第1及び第2基板は、前記第1及び第2固定電極を内包し、前記圧力センサの領域と前記加速度センサの領域とで連通する第1キャビティが形成されており、前記第1キャビティが封止されるように接合されていることを特徴とする静電容量型力学量センサ。   A capacitance type mechanical quantity sensor in which a pressure sensor for detecting pressure by capacitance and an acceleration sensor for detecting acceleration by capacitance are arranged side by side, and a pair of principal surfaces facing each other are provided. A first substrate having a first fixed electrode for the pressure sensor and a second fixed electrode for the acceleration sensor formed on one of the main surfaces, and a predetermined distance from the first fixed electrode. The pressure sensor has a first conductive movable part for the pressure sensor and a second conductive movable part for the acceleration sensor arranged to face the second fixed electrode at a predetermined interval. A second substrate and at least a third substrate disposed on the second substrate so as to enclose the second conductive movable part, wherein the first and second substrates are the first and second substrates. 2 including a fixed electrode, the area of the pressure sensor and the acceleration sensor Capacitive dynamic quantity sensor first cavity is formed, the first cavity is characterized in that it is joined to be sealed communicating with the service area. 前記第2基板は、前記加速度センサの領域に貫通穴を有しており、前記第2及び第3基板は、前記第2導電性可動部上に形成された第2キャビティが封止されるように接合されており、前記第1及び第2キャビティは、前記貫通穴を介して連通していることを特徴とする請求項1記載の静電容量型力学量センサ。   The second substrate has a through hole in the area of the acceleration sensor, and the second and third substrates are sealed with a second cavity formed on the second conductive movable part. The capacitive mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the first and second cavities communicate with each other through the through hole. 静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを積層してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面の一方の主面上に形成された前記圧力センサ用の第1固定電極及び前記一対の主面の他方の主面上に形成された前記加速度センサ用の第2固定電極、並びに貫通穴を有する第1基板と、前記第1固定電極と所定の間隔をおいて配置された前記圧力センサ用の第1導電性可動部を有する第2基板と、前記第2固定電極と所定の間隔をおいて配置された前記加速度センサ用の第2導電性可動部を有する第4基板と、を具備し、前記第1及び第2基板は、前記第1固定電極上に第3キャビティが形成されるように接合されており、前記第1及び第4基板は、前記第2固定電極上に第4キャビティが形成されるように接合されており、前記第3及び第4キャビティは、前記第1基板の前記貫通穴を介して連通しており、前記第1及び第2基板の接合部並びに前記第1及び第4基板の接合部により封止されていることを特徴とする静電容量型力学量センサ。   A capacitance type mechanical quantity sensor formed by stacking a pressure sensor for detecting pressure by capacitance and an acceleration sensor for detecting acceleration by capacitance, and one of a pair of principal surfaces facing each other A first fixed electrode for the pressure sensor formed on the main surface of the first sensor, a second fixed electrode for the acceleration sensor formed on the other main surface of the pair of main surfaces, and a first hole having a through hole. A substrate, a second substrate having a first conductive movable part for the pressure sensor arranged at a predetermined interval from the first fixed electrode, and a predetermined interval from the second fixed electrode. And a fourth substrate having a second conductive movable part for the acceleration sensor, wherein the first and second substrates are joined so that a third cavity is formed on the first fixed electrode. The first and fourth substrates are the second fixed electrodes. Are joined to form a fourth cavity, and the third and fourth cavities communicate with each other through the through hole of the first substrate, and a joint portion between the first and second substrates. In addition, the capacitive mechanical quantity sensor is sealed by a joint portion of the first and fourth substrates. 前記第1及び第3基板がガラス基板であり、前記第2基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の静電容量型力学量センサ。   3. The capacitive mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the first and third substrates are glass substrates, and the second substrate is a silicon substrate. 前記第1基板がガラス基板であり、前記第2及び第4基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項3記載の静電容量型力学量センサ。   4. The capacitive mechanical quantity sensor according to claim 3, wherein the first substrate is a glass substrate, and the second and fourth substrates are silicon substrates. 前記第1基板は、前記一方の主面上に形成された電極と、前記他方の主面上に形成された電極とを電気的に接続する導電部をさらに具備することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の静電容量型力学量センサ。   The said 1st board | substrate is further equipped with the electroconductive part which electrically connects the electrode formed on said one main surface, and the electrode formed on said other main surface, It is characterized by the above-mentioned. The capacitive mechanical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5. 前記導電部は、前記ガラス基板に埋め込まれたシリコン製部材であることを特徴とする請求項6記載の静電容量型力学量センサ。   The capacitive mechanical quantity sensor according to claim 6, wherein the conductive portion is a silicon member embedded in the glass substrate. 前記ガラス基板と前記シリコン製部材との界面において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7記載の静電容量型力学量センサ。   The capacitive mechanical quantity sensor according to claim 7, wherein the sensor has an Si—Si bond or an Si—O bond at an interface between the glass substrate and the silicon member. 前記第1導電性可動部が被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムであり、前記感圧ダイヤフラムを用いて圧力を検知し、前記第2導電性可動部が被測定加速度により揺動する揺動部材であり、前記揺動部材を用いて加速度を検知することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の静電容量型力学量センサ。   The first conductive movable part is a pressure-sensitive diaphragm that is displaced by a measured pressure, and a swing member that detects pressure using the pressure-sensitive diaphragm and swings the second conductive movable part by a measured acceleration. The capacitance type mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein acceleration is detected using the swing member.
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