JP2007232650A - Capacitance type pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量を用いて圧力を検知する静電容量型圧力センサに関する。 The present invention relates to a capacitance-type pressure sensor that detects pressure using capacitance.
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(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、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。 The capacitive pressure sensor joins 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 (cavity) between the pressure-sensitive diaphragm and the fixed electrode. It is constituted by. 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.
上記静電容量型圧力センサにおいては、例えば、図5に示すように、支持基板101上に固定電極103を有するガラス基板102が配置され、そのガラス基板102上にダイヤフラム104aを有するシリコン基板104が接合されて構成されている。このような静電容量型圧力センサにおいては、固定電極103用の引き出し電極105及び可動電極(ダイヤフラム104a)用の引き出し電極106は、ガラス基板102上にパターニングされているため、ガラス基板102とシリコン基板104との間の接合領域に設けられている。
しかしながら、このような構造においては、引き出し電極105,106がガラス基板102とシリコン基板104との間の接合領域に存在する。このため、引き出し電極105,106においてガラス基板102とシリコン基板104とが良好に接合されないと、ガラス基板102とシリコン基板104との間のキャビティの気密性が十分でなく、ダイヤフラム104aが可動電極として機能せず、結果としてセンサとして働かなくなるという問題がある。また、引き出し電極105,106においてガラス基板102とシリコン基板104とが良好に接合されないと、接触抵抗が不安定となり、センサのQ値がばらつくという問題もある。
However, in such a structure, the
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、基板間の接合領域に引き出し電極が存在していても、基板間で十分な接合強度を有し、十分なセンサ特性を発揮できる静電容量型圧力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 such a point, and even when a lead electrode is present in a bonding region between substrates, the capacitance has sufficient bonding strength between the substrates and can exhibit sufficient sensor characteristics. An object of the present invention is to provide a mold pressure sensor.
本発明の静電容量型圧力センサは、固定電極を有するガラス基板と可動電極を有するシリコン基板とを接合してなる静電容量型圧力センサであって、前記ガラス基板は、可動電極用の引き出し電極形成領域を有しており、前記ガラス基板と前記シリコン基板との間の接合領域から前記引き出し電極形成領域まで延在するコンタクト層と、前記接合領域において、前記コンタクト層と、前記シリコン基板との間に設けられた金−シリコン共晶層と、を具備することを特徴とする。 The capacitance type pressure sensor of the present invention is a capacitance type pressure sensor formed by bonding a glass substrate having a fixed electrode and a silicon substrate having a movable electrode, and the glass substrate is a drawer for the movable electrode. A contact layer extending from a junction region between the glass substrate and the silicon substrate to the lead electrode formation region, and in the junction region, the contact layer, and the silicon substrate; And a gold-silicon eutectic layer provided therebetween.
この構成によれば、コンタクト層とシリコン基板との間に金−シリコン共晶層が介在していることにより、すなわちシリコン基板とガラス基板の接合時に金−シリコン共晶反応を用いてコンタクト層とシリコン基板とを電気的に接続することにより、コンタクト層とシリコン基板との間の接触抵抗が安定し、これによりセンサのQ値が安定して、十分なセンサ特性を発揮させることができる。また、コンタクト層とシリコン基板との間は金−シリコン共晶反応により接合されているので、十分な接合強度を有する。 According to this configuration, the gold-silicon eutectic layer is interposed between the contact layer and the silicon substrate, that is, the gold-silicon eutectic reaction is used to join the silicon substrate and the glass substrate. By electrically connecting the silicon substrate, the contact resistance between the contact layer and the silicon substrate is stabilized, whereby the Q value of the sensor is stabilized and sufficient sensor characteristics can be exhibited. Further, since the contact layer and the silicon substrate are bonded by a gold-silicon eutectic reaction, the bonding layer has a sufficient bonding strength.
本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記接合領域は凹部を有し、前記凹部に前記コンタクト層が形成されていることが好ましい。この構成によれば、コンタクト層による厚さをガラス基板側で吸収することができるので、シリコン基板とガラス基板との間の接合をより確実に行うことができる。 In the capacitive pressure sensor of the present invention, it is preferable that the bonding region has a recess, and the contact layer is formed in the recess. According to this configuration, the thickness due to the contact layer can be absorbed on the glass substrate side, so that the bonding between the silicon substrate and the glass substrate can be more reliably performed.
本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記凹部の深さは、前記凹部に前記コンタクト層を形成したときに、前記ガラス基板と前記コンタクト層とが略面一になるように設定されることが好ましい。この構成によれば、接合領域においてガラス基板とコンタクト層との間を平坦にすることができ、金−シリコン共晶反応に寄与する金層のみを突出させることができるので、より確実に金−シリコン共晶反応を行わせることができる。その結果、シリコン基板とガラス基板との間の接合強度をより高くすることができる。 In the capacitive pressure sensor of the present invention, the depth of the recess is set so that the glass substrate and the contact layer are substantially flush with each other when the contact layer is formed in the recess. It is preferable. According to this configuration, the space between the glass substrate and the contact layer can be flattened in the bonding region, and only the gold layer contributing to the gold-silicon eutectic reaction can be protruded. A silicon eutectic reaction can be performed. As a result, the bonding strength between the silicon substrate and the glass substrate can be further increased.
本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記コンタクト層の前記引き出し電極形成領域上に、前記金−シリコン共晶層と分離した状態で金層が形成されていることが好ましい。この構成によれば、接合領域における金−シリコン共晶反応で金層が影響することを防止できる。 In the capacitive pressure sensor of the present invention, it is preferable that a gold layer is formed on the lead electrode forming region of the contact layer in a state separated from the gold-silicon eutectic layer. According to this configuration, it is possible to prevent the gold layer from being affected by the gold-silicon eutectic reaction in the junction region.
本発明の静電容量型圧力センサによれば、固定電極を有するガラス基板と可動電極を有するシリコン基板とを接合してなる静電容量型圧力センサであって、前記シリコン基板は、可動電極用の引き出し電極形成領域を有しており、前記ガラス基板と前記シリコン基板との間の接合領域から前記引き出し電極形成領域まで延在するコンタクト層と、前記接合領域において、前記コンタクト層と、前記シリコン基板との間に設けられた金−シリコン共晶層と、を具備するので、基板間の接合領域に引き出し電極が存在していても、基板間で十分な接合強度を有し、十分なセンサ特性を発揮することができる。 According to the capacitance type pressure sensor of the present invention, the capacitance type pressure sensor is formed by bonding a glass substrate having a fixed electrode and a silicon substrate having a movable electrode, and the silicon substrate is used for the movable electrode. A contact layer extending from a junction region between the glass substrate and the silicon substrate to the lead electrode formation region, the contact layer, and the silicon in the junction region And a gold-silicon eutectic layer provided between the substrates, so that even if a lead electrode is present in the bonding region between the substrates, the substrate has sufficient bonding strength and sufficient sensor. The characteristic can be exhibited.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態に係る静電容量型圧力センサの図であり、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるIb−Ib線に沿う断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
1A and 1B are diagrams of a capacitive pressure sensor according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line Ib-Ib in FIG. .
図1(a)に示す静電容量型圧力センサ1は、固定電極11を有するガラス基板20と可動電極であるダイヤフラムを有するシリコン基板13とを接合して構成されている。ガラス基板20とシリコン基板13との間には、ダイヤフラムの可動領域であるキャビティ12が形成されている。
A
キャビティ12領域外には、可動電極の引き出し電極である電極パッド17と、固定電極11の引き出し電極である電極パッド19とが形成されている。可動電極用の電極パッド17は、コンタクト層15を介して可動電極を有するシリコン基板13と電気的に接続されており、固定電極用の電極パッド19は、コンタクトピン14,18を介して固定電極11と電気的に接続されている。
Outside the
図1(b)は、可動電極を有するシリコン基板13と、可動電極用の電極パッド17との間の接続状態を説明するための図である。図1(b)から分かるように、ガラス基板20は、電極パッド17を形成する電極形成領域20aと、シリコン基板13と接合する接合領域20bとを有する。ここでは、ガラス基板20に段差を設け、高い位置に接合領域20bを設け、低い位置に電極形成領域20aを設けているが、この構成に限定されない。
FIG. 1B is a diagram for explaining a connection state between the
ガラス基板20上には、電極形成領域20aから接合領域20bにわたってコンタクト層15が延在して形成されている。したがって、コンタクト層15は、接合領域20bにおいてシリコン基板13と接合され、電極形成領域20aにおいて上部に電極パッド17が形成される。このため、可動電極を有するシリコン基板13がコンタクト層15を介して電極パッド17と電気的に接続される。コンタクト層15としては、Ti、Cu、Crなどガラスとの密着性が良く、シリコンに拡散する金属を挙げることができる。また、コンタクト層15の厚さとしては、電気的な導通性、金−シリコン共晶反応、陽極接合性などを考慮して約100nm〜約300nmであることが好ましい。
On the
接合領域20bにおけるコンタクト層15、すなわちシリコン基板13とガラス基板20との間に介在するコンタクト層15上には、金−シリコン共晶層16’が形成されている。この金−シリコン共晶層16’は、シリコン基板13とガラス基板20とを接合、例えば陽極接合した際に、コンタクト層15上に形成した金シード層16の金とシリコン基板13のシリコンとで共晶反応することにより得られる。また、この金−シリコン共晶層16’は、コンタクト層15の表面の酸化を防止する役割も果たす。
A gold-silicon
このようにコンタクト層15とシリコン基板13との間に金−シリコン共晶層16’が介在していることにより、すなわちシリコン基板13とガラス基板20の陽極接合時に金−シリコン共晶反応を用いてコンタクト層15とシリコン基板13とを電気的に接続することにより、コンタクト層15とシリコン基板13との間の接触抵抗が安定し、これによりセンサのQ値が安定して、十分なセンサ特性を発揮させることができる。また、コンタクト層15とシリコン基板13との間は金−シリコン共晶反応により接合されているので、十分な接合強度を有する。
Thus, the gold-silicon
電極形成領域20aのコンタクト層15上には、金シード層16が形成されている。この金シード層16は、金−シリコン共晶層16’と分離した状態で形成されている。金シード層16と金−シリコン共晶層16’とは、接合領域20bにおける金−シリコン共晶反応に金シード層16が影響しないために十分な距離Wだけ離すことが好ましい。例えば、この距離Wは、約10μm〜約200μmである。これにより、接合領域20bにおける金−シリコン共晶反応で金シード層16が影響することを防止できる。この金シード層16は、メッキシード層として機能する。なお、シード層を構成する材料は、接触抵抗などを考慮して、その上に形成する電極パッドを構成する材料に応じて適宜変更することができる。
A
金シード層16上には、電極パッド17が形成されている。電極パッド17は、ワイヤボンディングなどの接続手段により外部回路と電気的に接続するようになっている。電極パッド17を構成する材料としては、シード層を構成する材料に応じて適宜決定する。なお、電極形成領域における構造については、これに限定されず種々変更することができる。
An
シリコン基板13とガラス基板20との間の界面は、高い密着性を有することが好ましい。ガラス基板20にシリコン基板13を接合する場合には、ガラス基板20の接合面上にシリコン基板13を搭載し、陽極接合処理を施すことにより、両基板13,20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20とシリコン基板13との界面で高い密着性を発揮することにより、キャビティ12内の気密性を高く保つことができる。
The interface between the
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、接触したガラス−シリコン界面で酸素を介した化学結合を形成される、もしくは、酸素の放出による共有結合を形成させる処理をいう。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20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。
Here, the anodic bonding treatment is performed by applying a predetermined voltage (for example, 300 V to 1 kV) at a predetermined temperature (for example, 400 ° C. or lower), thereby generating a large electrostatic attraction between silicon and glass, This refers to a treatment in which a chemical bond via oxygen is formed at the glass-silicon interface in contact, or a covalent bond is formed by releasing oxygen. 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
このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、可動電極であるダイヤフラムと固定電極11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、ダイヤフラムが圧力に応じて可動する。これにより、ダイヤフラムが変位する。このとき、ダイヤフラムと固定電極11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。 The capacitance type pressure sensor having such a configuration has a predetermined capacitance between the diaphragm, which is a movable electrode, and the fixed electrode 11. When pressure is applied to the pressure sensor, the diaphragm moves according to the pressure. As a result, the diaphragm is displaced. At this time, the capacitance between the diaphragm and the fixed electrode 11 changes. Therefore, the change can be a pressure change using the capacitance as a parameter.
次に、本実施の形態1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)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。 Next, a manufacturing method of the capacitive pressure sensor according to the first embodiment will be described. 2 (a) to 2 (c) are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing the capacitive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
本実施の形態に係る静電容量型圧力センサを製造する場合、例えばガラス基板にシリコンの導電部を埋め込んだ埋め込み基板を作製し、この埋め込み基板にキャビティ用の凹部を形成し、固定電極を形成する。具体的には、低抵抗化したシリコン基板の一方の主面をエッチングして突出部を形成し、突出部上にガラス基板を置いて、真空下で、このシリコン基板及びガラス基板を加熱し、シリコン基板をガラス基板に押圧して突出部をガラス基板に押し込んで、シリコン基板とガラス基板とを接合する。その後、ガラス基板及びシリコン基板を研磨処理して突出部をガラス基板の両面で露出させてガラス基板に導電部が埋め込まれた埋め込み基板を作製する。その後、埋め込み基板にキャビティ用の凹部を形成し、固定電極を形成する。 When manufacturing the capacitive pressure sensor according to the present embodiment, for example, an embedded substrate in which a silicon conductive portion is embedded in a glass substrate is manufactured, a cavity recess is formed in the embedded substrate, and a fixed electrode is formed. To do. Specifically, one main surface of the low-resistance silicon substrate is etched to form a protrusion, a glass substrate is placed on the protrusion, and the silicon substrate and the glass substrate are heated under vacuum, The silicon substrate is pressed against the glass substrate, and the protruding portion is pushed into the glass substrate to bond the silicon substrate and the glass substrate. Thereafter, the glass substrate and the silicon substrate are polished to expose the protruding portions on both surfaces of the glass substrate, thereby manufacturing an embedded substrate in which the conductive portion is embedded in the glass substrate. Thereafter, a cavity recess is formed in the embedded substrate, and a fixed electrode is formed.
次いで、図2(a)に示すように、ガラス基板20の電極形成領域20aから接合領域20bにわたって段差に沿ってコンタクト層15を形成する。この場合、ガラス基板20上にレジスト膜を形成し、コンタクト層形成領域を開口するようにレジスト膜をパターニングし、コンタクト層15を構成する材料をスパッタリング法などで成膜し、その後レジスト膜を除去(リフトオフ)する。
Next, as shown in FIG. 2A, the
次いで、図2(b)に示すように、コンタクト層15上に分離した状態で金シード層16を形成する。この場合、コンタクト層15を含む領域にレジスト膜を形成し、金シード層形成領域を開口するようにレジスト膜をパターニングし、金シード層16を構成する材料(金)をスパッタリング法などで成膜し、その後レジスト膜を除去(リフトオフ)する。これにより、金シード層16上にメッキにより電極パッド17を形成することができるようになる。
Next, as shown in FIG. 2B, a
次いで、図2(c)に示すように、金シード層16上に電極パッド17を形成する。この場合、電極パッド形成領域以外の領域にマスクを設け、電極パッド形成領域のみにメッキを施して電極パッド17を形成する。なお、メッキの条件は、材料により異なるが通常用いられている条件とする。次いで、全体にレジスト膜を形成し、電極パッド周辺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金シード層16及びコンタクト層15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. 2C, an
次いで、あらかじめエッチングや研磨などにより数十μm程度の所定の厚さに形成したシリコン基板13を、可動電極であるダイヤフラムが固定電極11と所定の間隔をおいて位置するようにして、ガラス基板20上に接合する。このとき、シリコン基板13及びガラス基板20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13とガラス基板20との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ12の気密性を向上させることができる。このとき、接合領域20bにおけるコンタクト層15とシリコン基板13との間の金シード層16は、金シード層16の金がシリコン基板13のシリコンと金−シリコン共晶反応を起こして、金−シリコン共晶層16’となる。このようにして静電容量型圧力センサを得る。
Next, the
このようにして得られた静電容量型圧力センサは、固定電極11がコンタクトピン14,18を介して電極パッド19と電気的に接続され、ダイヤフラムがコンタクト層15を介して電極パッド17と電気的に接続されている。したがって、ダイヤフラムと固定電極11との間で検知された静電容量の変化の信号は、電極パッド17,19から取得することができる。この信号に基づいて測定圧力を算出することができる。
In the capacitive pressure sensor thus obtained, the fixed electrode 11 is electrically connected to the
この静電容量型圧力センサにおいては、コンタクト層15とシリコン基板13との間に金−シリコン共晶層16’が介在していることにより、すなわちシリコン基板13とガラス基板20の陽極接合時に金−シリコン共晶反応を用いてコンタクト層15とシリコン基板13とを電気的に接続することにより、コンタクト層15とシリコン基板13との間の接触抵抗が安定し、これによりセンサのQ値が安定して、十分なセンサ特性を発揮させることができる。また、コンタクト層15とシリコン基板13との間は金−シリコン共晶反応により接合されているので、十分な接合強度を有する。さらに、ダイヤフラムを有するシリコン基板13と接合領域20bとの間に引き出し電極などが存在しないため、ダイヤフラムとガラス基板20との間の接合の信頼性が向上し、キャビティ12の気密性を高めることが可能となる。
In this capacitive pressure sensor, the gold-
このようにして得られた静電容量型圧力センサに対して、100%RH、2気圧、121℃の条件下で2週間の促進試験(プレッシャクッカー試験)を行ったところ、接合領域における接触抵抗は数Ωであり、十分に低いものであった。 The capacitance-type pressure sensor thus obtained was subjected to a two-week accelerated test (pressure cooker test) under the conditions of 100% RH, 2 atm, and 121 ° C., and as a result, contact resistance in the bonding region was determined. Was several Ω and was sufficiently low.
(実施の形態2)
図3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概略構成を示す断面図である。図3において、図1(b)と同じ部分については図1(b)と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the capacitive pressure sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 3, the same parts as those in FIG. 1B are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1B, and detailed description thereof is omitted.
図3に示す静電容量型圧力センサは、接合領域20bが凹部20cを有し、この凹部20cにコンタクト層15が形成されている。このような構成にすることにより、コンタクト層15による厚さをガラス基板20側で許容することができるので、シリコン基板13とガラス基板20との間の接合をより確実に行うことができる。特に、凹部20cの深さDを、凹部20cにコンタクト層15を形成したときに、ガラス基板20とコンタクト層15とが略面一になるように設定することにより、接合領域においてガラス基板20とコンタクト層15との間を平坦にすることができ、金−シリコン共晶反応に寄与する金シード層16のみを突出させることができるので、より確実に金−シリコン共晶反応を行わせることができる。その結果、シリコン基板13とガラス基板20との間の接合強度をより高くすることができる。
In the capacitive pressure sensor shown in FIG. 3, the
次に、本実施の形態2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4(a)〜(d)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。 Next, a manufacturing method of the capacitive pressure sensor according to the second embodiment will be described. 4 (a) to 4 (d) are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a capacitive pressure sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
本実施の形態に係る静電容量型圧力センサを製造する場合、実施の形態1と同様にして、埋め込み基板を作製し、埋め込み基板にキャビティ用の凹部を形成し、固定電極を形成する。 When manufacturing the capacitive pressure sensor according to the present embodiment, an embedded substrate is manufactured in the same manner as in the first embodiment, a cavity recess is formed in the embedded substrate, and a fixed electrode is formed.
次いで、図4(a)に示すように、ガラス基板20の接合領域20bにコンタクト層15用の凹部20cを形成する。この場合、ガラス基板20上にレジスト膜を形成し、凹部形成領域以外の領域にレジスト膜が残存するようにレジスト膜をパターニングし、このレジスト膜をマスクとしてガラス基板20にミリング加工を施す。その後、残存したレジスト膜を除去する。
Next, as shown in FIG. 4A, a
次いで、図4(b)に示すように、ガラス基板20の電極形成領域20aから接合領域20bの凹部20cにわたって段差に沿ってコンタクト層15を形成する。この場合、ガラス基板20上にレジスト膜を形成し、コンタクト層形成領域を開口するようにレジスト膜をパターニングし、コンタクト層15を構成する材料をスパッタリング法などで成膜し、その後レジスト膜を除去(リフトオフ)する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次いで、図4(c)に示すように、コンタクト層15上に分離した状態で金シード層16を形成する。この場合、コンタクト層15を含む領域にレジスト膜を形成し、金シード層形成領域を開口するようにレジスト膜をパターニングし、金シード層16を構成する材料(金)をスパッタリング法などで成膜し、その後レジスト膜を除去(リフトオフ)する。これにより、金シード層16上にメッキにより電極パッド17を形成することができるようになる。
Next, as shown in FIG. 4C, a
次いで、図4(d)に示すように、金シード層16上に電極パッド17を形成する。この場合、電極パッド形成領域以外の領域にマスクを設け、電極パッド形成領域のみにメッキを施して電極パッド17を形成する。なお、メッキの条件は、材料により異なるが通常用いられている条件とする。次いで、全体にレジスト膜を形成し、電極パッド周辺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金シード層16及びコンタクト層15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. 4D, an
次いで、あらかじめエッチングや研磨などにより数十μm程度の所定の厚さに形成したシリコン基板13を、可動電極であるダイヤフラムが固定電極11と所定の間隔をおいて位置するようにして、ガラス基板20上に接合する。このとき、シリコン基板13及びガラス基板20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13とガラス基板20との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ12の気密性を向上させることができる。このとき、接合領域20bにおけるコンタクト層15とシリコン基板13との間の金シード層16は、金シード層16の金がシリコン基板13のシリコンと金−シリコン共晶反応を起こして、金−シリコン共晶層16’となる。このようにして静電容量型圧力センサを得る。
Next, the
このようにして得られた静電容量型圧力センサは、固定電極11がコンタクトピン14,18を介して電極パッド19と電気的に接続され、ダイヤフラムがコンタクト層15を介して電極パッド17と電気的に接続されている。したがって、ダイヤフラムと固定電極11との間で検知された静電容量の変化の信号は、電極パッド17,19から取得することができる。この信号に基づいて測定圧力を算出することができる。
In the capacitive pressure sensor thus obtained, the fixed electrode 11 is electrically connected to the
この静電容量型圧力センサにおいては、コンタクト層15とシリコン基板13との間に金−シリコン共晶層16’が介在していることにより、すなわちシリコン基板13とガラス基板20の陽極接合時に金−シリコン共晶反応を用いてコンタクト層15とシリコン基板13とを電気的に接続することにより、コンタクト層15とシリコン基板13との間の接触抵抗が安定し、これによりセンサのQ値が安定して、十分なセンサ特性を発揮させることができる。また、コンタクト層15とシリコン基板13との間は金−シリコン共晶反応により接合されているので、十分な接合強度を有する。特に、コンタクト層15による厚さをガラス基板20の凹部20cで許容するので、シリコン基板13とガラス基板20との間の接合をより確実に行うことができる。さらに、ダイヤフラムを有するシリコン基板13と接合領域20bとの間に引き出し電極などが存在しないため、ダイヤフラムとガラス基板20との間の接合の信頼性が向上し、キャビティ12の気密性を高めることが可能となる。
In this capacitive pressure sensor, the gold-
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、静電容量型圧力センサの構造、形状については、固定電極を有するガラス基板と可動電極を有するシリコン基板とを接合してなるものであれば、特に制限はない。また、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におけるエッチングやミリング加工については通常用いられる条件で行う。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
本発明は、例えば大気圧をモニタリングする気圧計やガス圧をモニタリングする静電容量型圧力センサに適用することができる。 The present invention can be applied to, for example, a barometer that monitors atmospheric pressure or a capacitance-type pressure sensor that monitors gas pressure.
1 静電容量型圧力センサ
11 固定電極
12 キャビティ
13 シリコン基板
14,18 コンタクトピン
15 コンタクト層
16 金シード層
16’ 金−シリコン共晶層
17,19 電極パッド
20 ガラス基板
20a 電極形成領域
20b 接合領域
20c 凹部
DESCRIPTION OF
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JP2013164301A (en) * | 2012-02-09 | 2013-08-22 | Seiko Epson Corp | Electronic device, manufacturing method of the same and electronic apparatus |
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2006
- 2006-03-02 JP JP2006056844A patent/JP2007232650A/en active Pending
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