JP2007198820A - 静電容量型物理量センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板への実装に有利な平面実装型の構造で、コンタクト抵抗を低減させた静電容量型物理量センサを提供すること。
【解決手段】ガラス基板１１上に形成された固定電極１３と、対向する位置に置かれた可動電極となる感圧ダイヤフラム１５ａとを有し、両電極の引き出し部１４ａ，１４ｂがガラス基板の下面１１ｂに形成された、平面実装に適した静電容量型物理量センサである。ガラス基板１１の一方の主面１１ａ上に、感圧ダイヤフラム１５ａ及び凸状の第２導電部１５ｂを有するシリコン基板１５が接合されている。引き出し部１４ｂと接続される第２導電部１５ｂは、ガラス基板１１の主面１１ａ側から、間に異なる部材を介在させることなく主面１１ｂ側に貫通して延在している。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量を用いて物理量を検知する静電容量型物理量センサに関する。

静電容量型物理量センサ、例えば静電容量型圧力センサは、可動電極である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、ダイヤフラムと固定電極との間に所定の間隔（キャビティ）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、ダイヤフラムに圧力が加わるとダイヤフラムが変形し、これにより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。

上記静電容量型圧力センサは、例えば、特許文献１に記載されているように、固定電極を有するガラス基板上にダイヤフラムを有するシリコン基板が接合されて構成されている。両電極の取り出し部がガラス基板の下面にある平面実装型とすることが好ましいことから、固定電極、可動電極共に、それぞれと接続された導電部がガラス基板の下面に露出している。このような静電容量型圧力センサにおいては、ダイヤフラムの電極引き出し用の導電部は、通常、可動電極を構成する材料と異なる材料で構成されている。すなわち、感圧ダイヤフラムがシリコンで構成され、電極引き出し用の導電部が金属で構成されている。
特開２００５−２０１８１８号公報

しかしながら、このような構造においては、ダイヤフラムと電極引き出し用の導電部とが別部材であるので、コンタクト抵抗が高くなるという問題がある。また、ガラス基板とシリコン基板との間の接合領域に電極引き出し用の導電部が配置されるので、ダイヤフラムと固定電極との間のキャビティ内の気密性に劣るという問題もある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、回路基板への実装に有利な平面実装型の構造で、コンタクト抵抗を低減させた静電容量型物理量センサを提供することを目的とする。加えて、可動電極がダイヤフラムの場合には、可動電極と固定電極との間のキャビティ内の気密性を向上させた静電容量型物理量センサとすることができる。

本発明の静電容量型物理量センサは、一対の主面を有し、該主面の一方に固定電極を有する第１基板と、可動電極を有し、前記可動電極が前記固定電極と所定の間隔をおいて配置されるように前記第１基板の一方の主面に接合された第２基板と、を具備する静電容量型物理量センサであって、前記第１基板は、両主面で露出するように埋め込まれた前記固定電極用の第１導電部を有し、前記第２基板は、その一部が柱状に突出して前記第１基板を貫通して前記他方の主面で露出する第２導電部を形成しており、前記固定電極が前記第１基板の前記一方の主面上で前記第１導電部と電気的に接続されており、前記第２導電部が前記第２基板と一体化されていることを特徴とする。

この構成によれば、第２導電部が第２基板と一体化されている、すなわち同じ部材で構成されているので、第２基板と可動電極用の接続部材との間のコンタクト抵抗をなくすことが可能となる。したがって、センサにおける直列抵抗を下げることができ、その結果センサの消費電力を小さくすることができる。

本発明の静電容量型物理量センサは、一対の主面を有し、該主面の一方に固定電極を有する第１基板と、可動電極を有し、前記可動電極が前記固定電極と所定の間隔をおいて配置されるように前記第１基板の一方の主面に接合された第２基板と、を具備する静電容量型物理量センサであって、前記第１基板は、他方の主面で露出するように埋め込まれた前記固定電極用の第１導電部を有し、前記第２基板は、その一部が柱状に突出して前記第１基板を貫通して前記他方の主面で露出する第２導電部を形成しており、前記固定電極が前記第１導電部を兼ねており、前記第２導電部が前記第２基板と一体化されていることを特徴とする。この構成によれば、固定電極と第１導電部とが同一部材となり、構造、製造工程共に簡素化することができる。

本発明の静電容量型物理量センサにおいては、前記可動電極がダイヤフラムであり、被検出物理量が圧力である圧力センサとすることができる。

本発明の静電容量型物理量センサにおいては、前記可動電極が揺動部材であり、被検出物理量が加速度である加速度センサとすることができる。

本発明の静電容量型物理量センサにおいては、前記第１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が好ましい。シリコン基板はエッチングによりダイヤフラム状、あるいは音叉形状に代表される揺動部材状に加工することが容易となる。また、ガラス基板と強固に接合することができる。したがって、センサ自体として剛性の高いものができ、特に、圧力センサにおいては、形成されるキャビティ内の気密性が向上する。

本発明の静電容量型物理量センサにおいては、前記ガラス基板と前記シリコンとの界面において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、シリコンとガラスとの間の密着性をさらに高めることができる。

本発明の静電容量型物理量センサの製造方法は、一対の主面の両方で露出するように第１導電部が埋め込まれ、第２導電部用の貫通穴が形成されたガラス基板を作製する工程と、前記ガラス基板の一方の主面上に前記第１導電部と電気的に接続するように固定電極を形成する工程と、可動電極及び凸状の第２導電部を有するシリコン基板を作製する工程と、前記第２導電部が前記貫通穴に嵌合するようにして前記シリコン基板と前記ガラス基板の前記一方の主面とを接合する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明の静電容量型物理量センサの製造方法は、凸状の第１導電部を有する第１シリコン基板を作製する工程と、可動電極及び凸状の第２導電部を有する第２シリコン基板を作製する工程と、前記第２導電部がガラス基板の一方の主面に当接し、前記第１導電部が前記ガラス基板の他方の主面に当接した状態で、前記第１及び第２シリコン基板を前記ガラス基板側に押圧して前記第１及び第２シリコン基板を前記ガラス基板に接合する工程と、を具備することを特徴とする。

これらの方法によれば、第２導電部が第２基板と一体化されている、すなわち同じ部材で構成されているので、第２基板と可動電極用の接続部材との間のコンタクト抵抗をなくすことが可能となる。したがって、センサにおける直列抵抗を下げることができ、その結果センサの消費電力を小さくすることができる静電容量型物理量センサを得ることができる。

本発明の静電容量型物理量センサの製造方法においては、前記接合が陽極接合であることが好ましい。この方法によれば、シリコンとガラスとの間の密着性を高めて、両基板で構成されるキャビティ内の気密性を高く保つことができる。

本発明によれば、回路基板への実装に有利な平面実装型の構造で、コンタクト抵抗を低減させると共に、可動電極がダイヤフラムの場合に可動電極と固定電極との間のキャビティ内の気密性を向上させることができる静電容量型物理量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について添付図面を参照して詳細に説明する。
以下の実施の形態においては、可動電極がダイヤフラムであり、被検出物理量が圧力である場合について説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態においては、第１導電部が第１基板（ガラス基板）に埋め込まれており、固定電極が第１基板の一方の主面上に形成されており、固定電極と第１導電部とが電気的に接続されている態様について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの断面図である。図中１１はガラス基板を示す。ガラス基板１１は、相互に対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。このガラス基板１１の後述するキャビティ１６内には、第１導電部１２が埋設されている。また、ガラス基板１１のキャビティ１６以外の領域に、後述する可動電極用の第２導電部１５ｂが埋め込まれている。第１導電部１２は、固定電極用の接続部材であり、主面１１ａ，１１ｂでそれぞれ露出している。また、第２導電部１５ｂは、可動電極用の接続部材であり、主面１１ｂで露出している。

ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、第１導電部１２の露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１４ａが形成されており、第２導電部１５ｂの露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１４ｂが形成されている。このように引き出し電極１４ａ，１４ｂがそれぞれ主面１１ｂ上に設けられていることにより、外部への取り出し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。第１導電部１２を構成する材料としては、シリコン、金属などの導電性材料を用いることができるが、上記のようにガラスとの間の密閉性を考慮して、シリコンで構成することが好ましい。

ガラス基板１１の主面１１ａ上には、第１導電部１２と電気的に接続するように固定電極１３が形成されている。この固定電極１３は、キャビティ１６内に形成されている。第１導電部１２は、固定電極１３と引き出し電極１４ａとを電気的に接続する接続部材である。したがって、ガラス基板１１は、主面１１ｂで露出した固定電極用の第１導電部１２を有することになる。

ガラス基板１１の主面１１ａの接合面１１ｃ上には、圧力センサの可動電極である感圧ダイヤフラム１５ａ及び凸状の第２導電部１５ｂを有するシリコン基板１５が接合されている。シリコン基板１５は、ガラス基板１１の主面１１ａ側に凹部１５ｃを有し、ガラス基板１１と反対側に凹部１５ｄを有する。これらの凹部１５ｃ，１５ｄにより感圧ダイヤフラム１５ａが構成され、ガラス基板１１とシリコン基板１５の凹部１５ｃとの間でキャビティ１６が形成される。これにより、感圧ダイヤフラム１５ａ（可動電極）と固定電極１３との間に静電容量が発生する。

また、第２導電部１５ｂは、ガラス基板１１の主面１１ａ側から主面１１ｂ側に貫通して延在する凸状部であり、その先端が主面１１ｂで露出して引き出し電極１４ｂと電気的に接続されている。すなわち、シリコン基板１５と第２導電部１５ｂとは一体に形成されて、第２導電部１５ｂは、ガラス基板１１の貫通穴に挿入されて埋め込まれている。

ガラス基板１１の主面１１ａとシリコン基板１５との間の界面（接合面１１ｃ）は、高い密着性を有することが好ましい。ガラス基板１１にシリコン基板１５を接合する場合には、ガラス基板１１の接合面１１ｃ上にシリコン基板１５を搭載し、陽極接合処理を施すことにより、両基板１１，１５の密着性を高くすることができる。このようにガラス基板１１とシリコン基板１５との界面で高い密着性を発揮することにより、シリコン基板１５の凹部１５ｃとガラス基板１１の主面１１ａとの間で構成するキャビティ１６内の気密性を高く保つことができる。

ここで、陽極接合処理とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、界面で共有結合を起こさせる処理をいう。この界面での共有結合は、シリコンのＳｉ原子とガラスに含まれるＳｉ原子との間のＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合である。したがって、このＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合により、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く行うために、ガラス基板１１のガラス材料としては、ナトリウムなどのアルカリ金属を含むガラス材料（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）であることが好ましい。

第１導電部１２がシリコンで構成されている場合には、ガラス基板１１と第１導電部１２との間の界面も陽極接合されていることが好ましい。後述するように、これらの界面は、加熱下において第１導電部１２をガラス基板１１に押し込むことにより形成される。このような方法により得られた界面でも高い密着性を発揮できるが、第１導電部１２をガラス基板１１に押し込んだ後に、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。また、第２導電部１５ｂとガラス基板１１との間の界面も陽極接合されていることがより好ましい。

このように、感圧ダイヤフラム１５ａが固定電極１３と所定の間隔をおいて配置された構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１内の固定電極である第１導電部１２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加わると、感圧ダイヤフラム１５ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム１５ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１内の固定電極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。

この静電容量型圧力センサにおいては、第２導電部１５ｂがシリコン基板１５と一体化されている、すなわち同じ部材で構成されているので、シリコン基板１５と可動電極用の接続部材（可動電極をガラス基板１１の主面１１ｂ側に引き出す部材）との間のコンタクト抵抗をなくすことが可能となる。したがって、センサにおける直列抵抗を下げることができ、その結果センサの消費電力を小さくすることができる。

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）〜（ｄ）及び図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。本実施の形態においては、一対の主面で露出するように第１導電部が埋め込まれ、第２導電部用の貫通穴が形成されたガラス基板を作製し、ガラス基板の一方の主面上に第１導電部と電気的に接続するように固定電極を形成し、可動電極及び凸状の第２導電部を有するシリコン基板を作製し、第２導電部が貫通穴に嵌合するようにしてシリコン基板とガラス基板の一方の主面とを接合する。

まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板１７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。抵抗率としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。そして、図２（ａ）に示すように、このシリコン基板１７の両面にエッチングマスク１８を形成する。エッチングマスク１８は、シリコン基板１７を熱酸化し、シリコン基板１７の表面に形成された熱酸化膜をパターニングすることにより形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１７をエッチングして、凹部１５ｄ及び第２導電部１５ｂを形成する。エッチングは、ウェットエッチングで両面を一度にエッチングしても良く、ドライエッチングで両面をエッチングしても良い。なお、エッチングのエッチャントやエッチング条件は通常行われているものを用いることができる。

図２（ｃ）に示すように、このシリコン基板１７のガラス基板対向側にエッチングマスク１９を形成する。エッチングマスク１９は、例えばスプレーコートなどを用いることで、段差部へ形成することが可能である。そして、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１７のガラス基板対向側をエッチングして凹部１５ｃを形成する。エッチングは、ウェットエッチングでも良く、ドライエッチングでも良い。なお、エッチングのエッチャントやエッチング条件は通常行われているものを用いることができる。これにより、感圧ダイヤフラム１５ａ及び第２導電部１５ｂを有するシリコン基板１５が得られる。

図３（ａ）に示すように、第１導電部１２を埋め込んだガラス基板１１を作製する。この場合、シリコン基板の一方の主面をエッチングして第１導電部用の突出部を形成し、突出部を形成したシリコン基板上にガラス基板１１を置き、さらに、真空下で、このシリコン基板及びガラス基板１１を加熱して、シリコン基板をガラス基板１１に押圧して突出部をガラス基板１１の主面１１ｂに押し込んで、シリコン基板とガラス基板１１とを接合する。このときの温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度（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８００℃である。このとき、シリコン基板の突出部とガラス基板１１との界面での密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板及びガラス基板１１にそれぞれ電極をつけて、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することにより行う。これにより両者の界面での密着性がより高くなり、静電容量型圧力センサのキャビティ１６の気密性を向上させることができる。その後、ガラス基板１１の主面１１ａ側を研磨処理して、第１導電部１２を主面１１ａで露出させ、シリコン基板の裏面（突出部を設けない面）側をエッチングしてガラス基板１１の主面１１ｂを露出させる。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。また、裏面のシリコンは研磨による加工で除去しても良い。

次いで、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板１１に第２導電部挿入用の貫通穴２０を形成する。この貫通穴２０は、主面１１ａ側から例えばサンドブラスト加工により形成する。次いで、図３（ｃ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ａ上に、第１導電部１２と電気的に接続するように、固定電極１３を形成する。この場合、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、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。

次いで、シリコン基板１５の第２導電部１５ｂがガラス基板１１の貫通穴２０に嵌合するように、かつ、シリコン基板１５の凹部１５ｃがガラス基板１１上の固定電極１３を囲繞してキャビティ１６を構成するようにして、シリコン基板１５とガラス基板１１の一方の主面１１ａとを接合する。このとき、シリコン基板１５及びガラス基板１１に対して、約４００℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板１５とガラス基板１１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ１６の気密性を向上させることができる。また、必要に応じてガラス基板１１の主面１１ｂ側を研磨処理して平坦化する。

その後、ガラス基板１１の主面１１ｂ側において、第１及び第２導電部１２，１５ｂの露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１４ａ，１４ｂを形成する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、引き出し電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。

このようにして得られた静電容量型圧力センサは、固定電極である第１導電部１２が引き出し電極１４ａと電気的に接続され、感圧ダイヤフラム１５ａが第２導電部１５ｂを介して引き出し電極１４ｂと電気的に接続されている。したがって、感圧ダイヤフラム１５ａと固定電極との間で検知された静電容量の変化の信号は、引き出し電極１４ａ，１４ｂ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。

本実施の形態に係る静電容量型圧力センサによれば、第２導電部１５ｂがシリコン基板１５と一体化されている、すなわち同じ部材で構成されているので、シリコン基板１５と可動電極用の接続部材（可動電極をガラス基板１１の主面１１ｂ側に引き出す部材）との間のコンタクト抵抗をなくすことが可能となる。したがって、センサにおける直列抵抗を下げることができ、その結果、センサの消費電力を小さくすることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、固定電極が第１基板に埋め込まれており、固定電極が第１導電部を兼ねている態様について説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの断面図である。なお、図４において、図１と同じ部材については図１と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図４に示す静電容量型圧力センサにおいては、ガラス基板１１に埋め込まれた第１導電部が固定電極２１として用いられている。すなわち、固定電極２１が第１導電部を兼ねている。この固定電極２１は、ガラス基板１１の主面１１ｂで露出している。なお、本実施の形態においては、固定電極２１がガラス基板の主面１１ｂのみで露出している場合について説明しているが、固定電極２１はガラス基板の両主面１１ａ，１１ｂで露出していても良い。そして、ガラス基板１１の主面１１ｂ側で露出した固定電極２１上には、引き出し電極１４ａが形成されている。

固定電極２１を構成する材料としては、シリコン、金属などの導電性材料を用いることができる。図４に示すように、固定電極２１がガラス基板の主面１１ｂのみで露出している場合には、導電性材料であれば特に制限はないが、固定電極２１はガラス基板の両主面１１ａ，１１ｂで露出している場合には、ガラスとの間の密閉性を考慮して、シリコンで構成することが好ましい。また、固定電極２１はガラス基板の両主面１１ａ，１１ｂで露出している場合において、固定電極２１がシリコンで構成されている場合には、ガラス基板１１と固定電極２１との間の界面も陽極接合されていることが好ましい。

このように、感圧ダイヤフラム１５ａが固定電極２１と所定の間隔をおいて配置された構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１内の固定電極２１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加わると、感圧ダイヤフラム１５ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム１５ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１５ａとガラス基板１１内の固定電極２１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。

この静電容量型圧力センサにおいても、第２導電部１５ｂがシリコン基板１５と一体化されている、すなわち同じ部材で構成されているので、シリコン基板１５と可動電極用の接続部材（可動電極をガラス基板１１の主面１１ｂ側に引き出す部材）との間のコンタクト抵抗をなくすことが可能となる。したがって、センサにおける直列抵抗を下げることができ、その結果センサの消費電力を小さくすることができる。

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５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。本実施の形態においては、凸状の第１導電部を有する第１シリコン基板を作製し、可動電極及び凸状の第２導電部を有する第２シリコン基板を作製し、第２導電部がガラス基板の一方の主面に当接し、第１導電部がガラス基板の他方の主面に当接した状態で、第１及び第２シリコン基板をガラス基板側に押圧して第１及び第２シリコン基板をガラス基板に接合する。

まず、上記図２（ａ）〜（ｄ）に示すようにして感圧ダイヤフラム１５ａ及び第２導電部１５ｂを有するシリコン基板１５を作製する。次いで、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板２２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。抵抗率としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。そして、このシリコン基板２２の一方の主面をエッチングして固定電極用の突出部２２ａを形成する。なお、エッチングのエッチャントやエッチング条件は通常行われているものを用いることができる。また、第２導電部１５ｂや突出部２２ａの高さは、ガラス基板１１の厚さを考慮して適宜決定する。このようにして突出部２２ａを有するシリコン基板２２を作製する。

次いで、図５（ａ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ａ側にシリコン基板１５を配置し、主面１１ｂ側にシリコン基板２２を配置する。このとき、シリコン基板１５は、第２導電部１５ｂがガラス基板１１と対向するように配置し、シリコン基板２２は、突出部２２ａがガラス基板１１と対向するように配置する。そして、所定の圧力及び温度下で、第２導電部１５ｂがガラス基板１１の主面１１ａに当接し、突出部２２ａがガラス基板１１の主面１１ｂに当接した状態で、シリコン基板１５，２２をガラス基板１１側（図５（ａ）の矢印方向）に押圧してシリコン基板１５，２２をガラス基板１１に接合する。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８００℃である。このとき、シリコン基板１５とガラス基板１１との界面及びシリコン基板２２とガラス基板１１との界面での密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板１５，２２及びガラス基板１１にそれぞれ電極をつけて、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することにより行う。これにより両者の界面での密着性がより高くなり、静電容量型圧力センサのキャビティ１６の気密性を向上させることができる。これにより、図５（ｂ）に示す構造体が形成される。

その後、図５（ｃ）に示すように、シリコン基板２２の裏面（突出部を設けない面）側をエッチングして固定電極２１及び第２導電部１５ｂをガラス基板１１の主面１１ｂで露出させる。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。また、裏面のシリコンは研磨による加工で除去しても良い。

その後、ガラス基板１１の主面１１ｂ側において、固定電極２１及び第２導電部１５ｂの露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１４ａ，１４ｂを形成する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、引き出し電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。

このようにして得られた静電容量型圧力センサは、固定電極２１が引き出し電極１４ａと電気的に接続され、感圧ダイヤフラム１５ａが第２導電部１５ｂを介して引き出し電極１４ｂと電気的に接続されている。したがって、感圧ダイヤフラム１５ａと固定電極との間で検知された静電容量の変化の信号は、引き出し電極１４ａ，１４ｂ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。

本実施の形態に係る静電容量型圧力センサによれば、第２導電部１５ｂがシリコン基板１５と一体化されている、すなわち同じ部材で構成されているので、シリコン基板１５と可動電極用の接続部材（可動電極をガラス基板１１の主面１１ｂ側に引き出す部材）との間のコンタクト抵抗をなくすことが可能となる。したがって、センサにおける直列抵抗を下げることができ、その結果、センサの消費電力を小さくすることができる。また、本実施の形態に係る方法によれば、より簡単な工程でセンサの消費電力を小さくすることができる静電容量型圧力センサを得ることができる。

ここで、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。第２導電部１５ｂ（シリコン基板１５側）の直径を約１００μｍとして図１に示すような本発明に係る静電容量型圧力センサ（実施例）を作製した。表１に示すように、この静電容量型圧力センサにおけるシリコン基板１５とガラス基板１１との間の接合面での抵抗値はシリコン基板１５と第２導電部１５ｂとが同一部材であるので０となり、接合部（第２導電部１５ｂ）の抵抗値が、対応する厚さのシリコンの抵抗値として若干であり、感圧ダイヤフラムと第２導電部の抵抗値が９．２Ωであり、センサ全体の抵抗値が１０Ω以下であった。また、第２導電部とシリコン基板との間に接続電極が介在している構成を有する静電容量型圧力センサ（従来例）を作製した。表１に示すように、この静電容量型圧力センサにおけるシリコン基板とガラス基板との間の接合面での抵抗値は１２．８Ωであり、接合部の金属の抵抗値がほぼ０であり、感圧ダイヤフラムと第２導電部の抵抗値が９．２Ωであり、センサ全体の抵抗値が２２Ω程度であった。このように本発明に係る静電容量型圧力センサは、コンタクト抵抗の非常に低いものであった。

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。上記実施の形態１，２においては、可動電極がダイヤフラムであり、被検出物理量が圧力である場合について説明しているが、本発明は、可動電極がビーム（梁）や錘のような揺動部材であり、被検出物理量が加速度である場合（静電容量型加速度センサ）にも適用することができる。また、上記実施の形態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。

本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１１ ガラス基板
１１ａ，１１ｂ 主面
１２ 第１導電部
１３，２１ 固定電極
１４ａ，１４ｂ 引き出し電極
１５，１７，２２ シリコン基板
１５ａ ダイヤフラム
１５ｂ 第２導電部
１５ｃ，１５ｄ 凹部
１６ キャビティ
１８，１９ エッチングマスク
２０ 貫通穴
２２ａ 突出部

Claims (9)

1. 一対の主面を有し、該主面の一方に固定電極を有する第１基板と、可動電極を有し、前記可動電極が前記固定電極と所定の間隔をおいて配置されるように前記第１基板の一方の主面に接合された第２基板と、を具備する静電容量型物理量センサであって、前記第１基板は、両主面で露出するように埋め込まれた前記固定電極用の第１導電部を有し、前記第２基板は、その一部が柱状に突出して前記第１基板を貫通して前記他方の主面で露出する第２導電部を形成しており、前記固定電極が前記第１基板の前記一方の主面上で前記第１導電部と電気的に接続されており、前記第２導電部が前記第２基板と一体化されていることを特徴とする静電容量型物理量センサ。
2. 一対の主面を有し、該主面の一方に固定電極を有する第１基板と、可動電極を有し、前記可動電極が前記固定電極と所定の間隔をおいて配置されるように前記第１基板の一方の主面に接合された第２基板と、を具備する静電容量型物理量センサであって、前記第１基板は、他方の主面で露出するように埋め込まれた前記固定電極用の第１導電部を有し、前記第２基板は、その一部が柱状に突出して前記第１基板を貫通して前記他方の主面で露出する第２導電部を形成しており、前記固定電極が前記第１導電部を兼ねており、前記第２導電部が前記第２基板と一体化されていることを特徴とする静電容量型物理量センサ。
3. 前記可動電極がダイヤフラムであり、被検出物理量が圧力であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電容量型物理量センサ。
4. 前記可動電極が揺動部材であり、被検出物理量が加速度であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電容量型物理量センサ。
5. 前記第１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から請求項４のいずれかに記載の静電容量型物理量センサ。
6. 前記ガラス基板と前記シリコンとの界面において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５記載の静電容量型物理量センサ。
7. 一対の主面の両方で露出するように第１導電部が埋め込まれ、第２導電部用の貫通穴が形成されたガラス基板を作製する工程と、前記ガラス基板の一方の主面上に前記第１導電部と電気的に接続するように固定電極を形成する工程と、可動電極及び凸状の第２導電部を有するシリコン基板を作製する工程と、前記第２導電部が前記貫通穴に嵌合するようにして前記シリコン基板と前記ガラス基板の前記一方の主面とを接合する工程と、を具備することを特徴とする静電容量型物理量センサの製造方法。
8. 凸状の第１導電部を有する第１シリコン基板を作製する工程と可動電極及び凸状の第２導電部を有する第２シリコン基板を作製する工程と、前記第２導電部がガラス基板の一方の主面に当接し、前記第１導電部が前記ガラス基板の他方の主面に当接した状態で、前記第１及び第２シリコン基板を前記ガラス基板側に押圧して前記第１及び第２シリコン基板を前記ガラス基板に接合する工程と、を具備することを特徴とする静電容量型物理量センサの製造方法。
9. 前記接合が陽極接合であることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の静電容量型物理量センサの製造方法。

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