JP2007248150A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ感度のばらつきが生じることを防止でき、可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うこと。
【解決手段】ガラス基板１１の主面１１ｂ側には、シリコン基板１２が接合されている。ガラス基板１１のキャビティ内の突出部１１ｃには、固定電極１３が形成されている。ガラス基板１１の主面１１ａの接合面１１ｅ上には、圧力センサの可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａを有するシリコン基板１７が接合されている。ガラス基板１１の突出部１１ｃは、中央に向って深くなる湾曲面１１ｅを有する。凹部１１ｄは、シリコン基板１７の表面に対して略鉛直方向に延在する側面１１ｈを有するので、ガラス基板１１とシリコン基板１７とを接合した際に可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａの領域が明確となり、センサ感度のばらつきが生じることを防止できる。
【選択図】図１

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。

静電容量型圧力センサは、図１５に示すように、可動電極であるダイヤフラム１０１ａを有する基板１０１と、固定電極１０２を有する基板１０３とが接合されて構成されている。基板１０３には、すり鉢状の凹部が形成されており、その凹部に固定電極１０２が形成されている。これにより、ダイヤフラム１０１ａと固定電極１０２との間にキャビティ１０４が形成される。この静電容量型圧力センサにおいては、ダイヤフラム１０１ａに圧力が加わるとダイヤフラム１０１ａが変形し、これによりダイヤフラム１０１ａと固定電極１０２との間隔が変わる。この間隔の変化によりダイヤフラム１０１ａと固定電極１０２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（例えば、特許文献１）。
特表２００４−５１７３０５号公報

このような静電容量型圧力センサにおいては、基板１０３にすり鉢状の凹部を形成することによりキャビティ１０４を形成しているので、基板１０３に凹部を形成する際に基板１０１と基板１０３との間の接合領域になる部分と、キャビティ１０４を構成する凹部との境界が不明確となる。このため、基板１０１と基板１０３とを接合した際に可動電極であるダイヤフラム１０１ａの領域が不明確となる。このように可動電極の領域にばらつきが生じると、センサ感度のばらつきが生じてしまうという問題がある。

一方、静電容量型圧力センサにおいては、さらなる小型化が望まれており、固定電極と可動電極との間のキャビティの間隔もより狭いものが要求される。また、静電容量型圧力センサにおいては、このようにキャビティ間隔が狭い状態で高い圧力を検出できることも望まれている。したがって、相対的に高い圧力が加わっても可動電極と固定電極との間の短絡がなく、しかも高感度で圧力検出が可能である静電容量型圧力センサへの要求が高まってきている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、センサ感度のばらつきが生じることを防止でき、可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うことが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。

本発明の静電容量型圧力センサは、一対の主面を有し、前記一対の主面の一方の主面にキャビティ用に形成された凹部及び前記凹部内に設けられた第１突出部を有するガラス基板と、前記突出部上に形成された固定電極と、前記固定電極との間に所定の間隔をおいて配置された可動電極を有し、前記ガラス基板と接合された第１シリコン基板と、を具備し、前記第１突出部は、中央に向って深くなる湾曲面を有し、前記凹部は、前記第１シリコン基板の表面に対して略鉛直方向に延在する側面を有することを特徴とする。

この構成によれば、ガラス基板の第１突出部に、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面を形成しているので、可動電極の断面における変形形状に応じた断面形状を有する。このため、この断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極と接触せず、固定電極のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔がほぼ均一になる。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となり、センサとしてのダイナミックレンジが大きくなる。また、このような構成によれば、性能を維持しつつ、固定電極と可動電極である感圧ダイヤフラムとの間のギャップを比較的小さくすることができるので、さらなる小型化を図ることが可能となる。さらに、この静電容量型圧力センサにおいては、凹部は、第１シリコン基板の表面に対して略鉛直方向に延在する側面を有するので、ガラス基板と第１シリコン基板とを接合した際に可動電極である感圧ダイヤフラムの領域が明確となる。このため、センサ感度のばらつきが生じることを防止できる。

本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記ガラス基板の他方の主面に接合され、前記ガラス基板を貫通して前記一方の主面側で露出した第２突出部を有する第２シリコン基板をさらに具備し、前記第２突出部が前記凹部内における第１突出部以外の領域で露出しており、前記固定電極が前記第２突出部と電気的に接続することが好ましい。

この構成によれば、第２突出部の頂面が第１突出部の頂面よりも低い位置にある。すなわち、第１シリコン基板との距離は、第１突出部の領域よりも第２突出部の領域の方が大きい。このように第１シリコン基板と第２突出部との間の距離を大きくすることにより、寄生容量を小さくすることが可能となり、より精度良く圧力検出を行うことができる。

本発明の静電容量型圧力センサは、一対の主面を有し、前記一対の主面の一方の主面にキャビティ用に形成された凹部を有するガラス基板と、前記ガラス基板の他方の主面に接合され、前記ガラス基板を貫通して前記一方の主面側で露出した突出部を有する第２シリコン基板と、前記突出部との間に所定の間隔をおいて配置された可動電極を有し、前記ガラス基板と接合された第１シリコン基板と、を具備し、前記突出部は、中央に向って深くなる湾曲面を有し、前記凹部は、前記第１シリコン基板の表面に対して略鉛直方向に延在する側面を有することを特徴とする。

本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記突出部がその頂面に固定電極を有し、前記固定電極が中央に向って深くなる湾曲面を有することが好ましい。この場合において、前記突出部上において、前記固定電極の周りにストッパ層が残存することが好ましい。

本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記ガラス基板と前記第１及び第２シリコン基板との界面において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、ガラスとシリコンとが強固に接合されて、両者間の密着性が向上し、凹部と第１シリコン基板とで構成されるキャビティの気密性が向上する。

本発明の静電容量型圧力センサは、一対の主面を有し、前記一対の主面の一方の主面にキャビティ用に形成された凹部及び前記凹部内に設けられた第１突出部を有するガラス基板と、前記突出部上に形成された固定電極と、前記固定電極との間に所定の間隔をおいて配置された可動電極を有し、前記ガラス基板と接合された第１シリコン基板と、を具備し、前記第１突出部は、中央に向って深くなる湾曲面を有し、前記凹部は、前記第１シリコン基板の表面に対して略鉛直方向に延在する側面を有するので、センサ感度のばらつきが生じることを防止でき、可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うことができる。

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。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、キャビティ領域におけるガラス基板の突出部に角度を付けてミリング加工することにより、中央に向って深くなる湾曲面を形成する場合について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの図である。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。ガラス基板１１の主面１１ｂ側には、シリコン基板１２が接合されている。ガラス基板１１の主面１１ａ側におけるキャビティ内には、突出部１１ｃが形成されている。この突出部１１ｃは固定電極が形成される領域であるので、突出部１１ｃの高さは、可動電極との間の間隔に応じて適宜決定する。ガラス基板１１ａ側には、後述するキャビティを構成するための凹部１１ｄが形成されている。この凹部１１ｄの深さは、キャビティ内の固定電極が後述する感圧ダイヤフラムと接触しないような範囲で所定のキャビティ間隔を保持できるように設定する。また、凹部１１ｄの幅は、寄生容量を小さくするために、少なくとも固定電極の幅よりも大きく設定することが望ましい。また、固定電極１３は、できるだけ寄生容量を小さくするために、凹部１１ｄの突出部１１ｃ上のみに形成することがより好ましい。ここでは、突出部１１ｃ及びシリコン基板１２との接続領域に形成している。なお、突出部１１ｃは、寄生容量や全体の厚さ（加工時間）を考慮して、凹部１１ｄの底面より約３〜約６μｍの高さで形成することが好ましい。

ガラス基板１１の突出部１１ｃは、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面１１ｅを有する。湾曲面１１ｅは、後述する感圧ダイヤフラムの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。すなわち、湾曲面１１ｅの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極と接触せず、固定電極のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔がほぼ均一になるように適宜設定することが好ましい。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となる。

シリコン基板１２は、固定電極用の接続部である突出部１２ａと、電極パッド用の接続部である突出部１２ｂを有しており、ガラス基板１１に突出部１２ａ，１２ｂが貫通して一方の主面１１ａ側で露出している。シリコン基板１２において、突出部１２ａがキャビティ内に配置され、突出部１２ｂがキャビティ外に配置される。突出部１２ａは、ガラス基板１１の凹部１１ｄにおいて突出部１１ｃ以外の領域（固定電極として機能する領域以外の領域）に配置されており、その頂面が突出部１１ｃよりも低い位置にある。すなわち、後述するシリコン基板１７との距離は、突出部１１ｃの領域よりも突出部１２ａの領域の方が大きい。また、突出部１２ａは、凹部１１ｄの突出部１１ｃ以外の領域において、その一部の領域に部分的に形成されている。このようにシリコン基板１７と突出部１２ａとの間の距離を大きくし、突出部１２ａの形成面積を相対的に小さくすることにより、寄生容量を小さくすることが可能となり、より精度良く圧力検出を行うことができる。さらに、突出部１２ａと突出部１２ｂとを接続する接続部１２ｃを、突出部１２ａ及び突出部１２ｂの頂面よりも低い位置に形成し、接続部１２ｃとシリコン基板１７との間の距離を、シリコン基板１７と突出部１２ａ及び突出部１２ｂとの間の距離よりも大きくしている。これにより、寄生容量を小さくすることが可能となる。また、突出部１２ａ，１２ｂの高さは、寄生容量の低減の観点から、例えば約２００μｍ程度とすることが好ましい。

ガラス基板１１の突出部１１ｃ上には、湾曲面１１ｅに沿って固定電極１３が形成されている。この固定電極１３は、突出部１１ｃの側面を介してシリコン基板１２の突出部１２ａ上にまで延在している。したがって、固定電極１３とシリコン基板１２の突出部１２ａとは電気的に接続されている。なお、固定電極１３は、例えばＴｉ／Ｃｒ／Ｔａの三層構造を用いることができる。ＣｒはＴａの下地層として用いることにより抵抗を低減させることができるので好ましい。また、固定電極１３は、スパッタリング法などにより形成することができる。また、固定電極１３の厚さは、全体で約０．２μｍ〜約０．３μｍ程度であることが好ましい。

また、突出部１２ｂ上には、コンタクト層１４及びシード層１５（メッキシード層）を介して電極パッド１６が形成されている。突出部１２ａと突出部１２ｂとは同じシリコン基板１２に形成されているので、固定電極１３と電極パッド１６とは、シリコン基板１２、コンタクト層１４及びシード層１５を介して電気的に接続されている。電極パッド１６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。なお、コンタクト層１４やシード層１５を構成する材料としては、金属などの導電性材料を用いることができる。この場合、電極パッド１６と接触抵抗が低い材料を選択することが好ましい。また、電極パッド１６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。

ガラス基板１１の主面１１ａの接合面（凹部１１ｄ以外の領域）１１ｆ上には、圧力センサの可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａを有するシリコン基板１７が接合されている。これにより、ガラス基板１１の凹部１１ｄとシリコン基板１７との間でキャビティ１８が形成される。これにより、感圧ダイヤフラム１７ａ（可動電極）と固定電極１３との間に静電容量が発生する。

ガラス基板１１とシリコン基板１７との間の界面（接合面１１ｆ）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１７を接合する場合には、ガラス基板１１の接合面１１ｆ上にシリコン基板１７を搭載し、陽極接合処理を施すことにより、両基板１１，１７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１７との界面で高い密着性を発揮することにより、感圧ダイヤフラム１７ａとガラス基板１１の凹部１１ｄとの間で構成するキャビティ１８内の気密性を高く保つことができる。また、ガラス基板１１の凹部１１ｄにおいて、突出部１１ｃ以外の領域であって、シリコン基板１７との間の距離が大きい領域１１ｇを形成することにより、陽極接合時にシリコン基板１７がガラス基板１１に静電引力により引き寄せられても、両者が接触して接合面１１ｆ以外の部分で陽極接合されることを防止できる。なお、突出部１１ｃは、金属で構成された固定電極１３があるため、シリコン基板１７と接触しても陽極接合はされない。

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せる、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。

また、ガラス基板１１とシリコン基板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、加熱下においてシリコン基板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、シリコン基板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。

このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム１７ａとガラス基板１１の突出部１１ｃ上に形成された固定電極１３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１７ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム１７ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１７ａと固定電極１３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、後述するように、ガラス基板１１の突出部１１ｃに、角度をつけてミリング加工を施すことにより、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面１１ｅを形成しているので、感圧ダイヤフラム１７ａの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。このため、湾曲面１１ｅの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極１３と接触せず、固定電極１３のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極１３との間の間隔がほぼ均一になる。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となり、センサとしてのダイナミックレンジが大きくなる。また、このような構成によれば、性能を維持しつつ、固定電極１３と可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａとの間のギャップを比較的小さくすることができるので、さらなる小型化を図ることが可能となる。さらに、キャビティ用に形成された凹部１１ｄは突出部１１ｃの周りに存在するので、ガラス基板とシリコン基板との間の陽極接合の際に生じるガスを拡散させる空間を確保することができる。このため、ガスによるキャビティ１８内の圧力への影響を抑えることができる。さらに、この静電容量型圧力センサにおいては、凹部１１ｄは、シリコン基板１７の表面に対して略鉛直方向に延在する側面１１ｈを有するので、すなわち、凹部１１ｄにおけるキャビティ１８を区画する側面１１ｈが主面１１ａ，１１ｂに対して略鉛直に形成されているので、ガラス基板１１とシリコン基板１７とを接合した際に可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａの領域が明確となる。このため、センサ感度のばらつきが生じることを防止できる。

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）〜（ｅ）、図３（ａ）〜（ｅ）及び図４（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。

まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板１２を準備する。不純物としては、ｎ型不純物でも良く、ｐ型不純物でも良い。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１２の一方の主面をエッチングして、突出部１２ａ，１２ｂを形成する。この場合、シリコン基板１２上にレジスト膜を形成し、突出部１２ａ，１２ｂ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シリコンをエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして突出部１２ａ，１２ｂを設ける。

次いで、突出部１２ａ，１２ｂを形成したシリコン基板１２上にガラス基板１１を置く。さらに、真空下で、このシリコン基板１２及びガラス基板１１を加熱し、シリコン基板１２をガラス基板１１に押圧して突出部１２ａ，１２ｂをガラス基板１１の主面１１ｂに押し込んで、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１２とガラス基板１１とを接合する。このときの温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度（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。

さらに、シリコン基板１２の突出部１２ａ，１２ｂ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１２及びガラス基板１１にそれぞれ電極をつけて、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することにより行う。これにより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１８の気密性を向上させることができる。

次いで、図２（ｃ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ａ側を研磨処理して、シリコン基板１２の突出部１２ａ，１２ｂを露出させる。次いで、図２（ｄ）に示すように、ガラス基板１１及び突出部１２ａ，１２ｂを、角度をつけたミリング加工により、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面１１ｅを形成する。

湾曲面１１ｅは、具体的には、図４（ａ）〜（ｃ）に示す工程により形成することができる。まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ａ側に、被ミリング加工領域に対応する開口１９ａを有するレジスト膜１９を形成する。この場合、ガラス基板１１の主面１１ａ上にレジスト材料を被着し、被ミリング加工領域以外の領域にレジスト材料が残存するようにパターニング（フォトリソグラフィー）する。また、レジスト膜１９の厚さは、ミリング加工における角度を考慮して適宜決定する。ここでは、例えば、レジスト膜１９の厚さを約１０μｍ〜約２０μｍとする。このようなレジスト膜１９をマスクとして、鉛直方向に対して約７０°〜約８０°の角度をつけてミリング加工（被加工物を回転させながらのミリング加工）を施すことにより、図４（ｂ）に示すように、シャドー効果でレジスト膜１９に近い領域において相対的に加工レートが低くなり、図４（ｃ）に示すように、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面１１ｅを形成することができる。

次いで、図２（ｅ）に示すように、湾曲面１１ｅの外側の領域、すなわち固定電極１３を設けない領域を、例えばミリング加工して、凹部１１ｇを形成する。このようにして固定電極１３を形成する突出部１１ｃを形成する。次いで、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１１の突出部１１ｃからシリコン基板１２の突出部１２ａにわたって固定電極１３を形成する。この場合、固定電極形成領域以外の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被着し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。これにより、突出部１１ｃの湾曲面１１ｅに沿って固定電極１３を形成すると共に、固定電極１３と突出部１２ａとを電気的に接続させる。

次いで、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１２の突出部１２ｂを含む領域上にコンタクト層１４を形成する。この場合、コンタクト層形成領域以外の領域にレジスト膜を形成し、コンタクト層をスパッタリング法などで成膜し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。次いで、図３（ａ）に示すように、コンタクト層１４上にシード層１５を形成する。この場合、シード層形成領域以外の領域にレジスト膜を形成し、シード層１５をスパッタリング法などで成膜し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。これにより、シード層１５上にメッキにより電極パッド１６を形成することができるようになる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、シード層１５上に電極パッド１６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１６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、図３（ｃ）に示すように、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シード層１５及びコンタクト層１４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、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１７を、感圧ダイヤフラム１７ａが固定電極１３と所定の間隔をおいて位置するようにして、図３（ｄ）に示すように、ガラス基板１１の接合面１１ｆ上に接合する。このとき、シリコン基板１７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１７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１８の気密性を向上させることができる。その後、図３（ｅ）に示すように、シリコン基板１７全体にレジスト膜を形成し、電極パッド周辺領域以外の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シリコン基板１７をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。その後、必要に応じて、シリコン基板１２の裏面を研磨又はエッチングして薄層化を行う。これにより図１に示す静電容量型圧力センサを得る。

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１３が突出部１２ａを介して電極パッド１６と電気的に接続され、感圧ダイヤフラム１７ａが引き出し電極（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１７ａと固定電極１３との間で検知された静電容量の変化の信号は、電極パッド及び引き出し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。

本実施の形態に係る静電容量型圧力センサによれば、ガラス基板１１の突出部１１ｃに、角度をつけてミリング加工を施すことにより、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面１１ｅを形成しているので、感圧ダイヤフラム１７ａの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。このため、湾曲面１１ｅの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極１３と接触せず、固定電極１３のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極１３との間の間隔がほぼ均一になる。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となり、センサとしてのダイナミックレンジが大きくなる。また、このような構成によれば、性能を維持しつつ、固定電極１３と可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａとの間のギャップを比較的小さくすることができるので、さらなる小型化を図ることが可能となる。さらに、キャビティ用に形成された凹部１１ｄは突出部１１ｃの周りに存在するので、ガラス基板とシリコン基板との間の陽極接合の際に生じるガスを拡散させる空間を確保することができる。このため、ガスによるキャビティ１８内の圧力への影響を抑えることができる。さらに、この静電容量型圧力センサにおいては、凹部１１ｄは、シリコン基板１７の表面に対して略鉛直方向に延在する側面１１ｈを有するので、すなわち、凹部１１ｄにおけるキャビティ１８を区画する側面１１ｈが主面１１ａ，１１ｂに対して略鉛直に形成されているので、ガラス基板１１とシリコン基板１７とを接合した際に可動電極である感圧ダイヤフラム１７ａの領域が明確となる。このため、センサ感度のばらつきが生じることを防止できる。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図１に示すような湾曲面１１ｅを持つ突出部１１ｃを有する静電容量型圧力センサと、平坦形状の突出部を有する静電容量型圧力センサについて、圧力Ｐが加わったときの感圧ダイヤフラムの変位量を調べた。この結果を図５（ａ），（ｂ）に示す。なお、図５（ａ），（ｂ）において、横軸は感圧ダイヤフラムの中心からの距離を示し、縦軸は感圧ダイヤフラムの変位量を示す。ここでは、最大圧力での感圧ダイヤフラムの変位に対して固定電極との間の接触しないクリアランスを０．１μｍに設定した。

感圧ダイヤフラムの変位量（Ｗ）は、以下の式により求めた。
Ｗ＝［｛３×（１−ｖ²）×Ｐ｝／（１６×Ｅ×ｔ³）］×（ｒ²−ａ²）²
式中、Ｅはヤング率（ＧＰａ）であり、ｖはポアソン比であり、Ｐは加えられる圧力（ｋＰａ）であり、ｔは感圧ダイヤフラムの厚さ（μｍ）であり、ａは感圧ダイヤフラムの半径（μｍ）であり、ｒは感圧ダイヤフラムの中心からの位置（μｍ）である。

図５から明らかなように、湾曲形状の電極を有する本発明の静電容量型圧力センサにおいては、電極形状が平坦である比較例のものより、電極形状が感圧ダイヤフラムの変位に適合している。すなわち、本発明に係る静電容量型圧力センサは、固定電極の範囲において感圧ダイヤフラムと固定電極がほぼ均一な間隔を保っている。これは、最大圧力５００ｋＰａに近づくにつれて顕著である。このため、加わる圧力が大きくなっても静電容量の変化を大きくとることができる。したがって、本発明に係る静電容量型圧力センサは、圧力に対して感度の高いセンサであることがわかる。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、キャビティ領域におけるガラス基板のガラスとシリコン基板のシリコンとの間の研磨レートの違いを用いて、中央に向って深くなる湾曲面を形成する場合について説明する。

図６は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの図である。図中２１はガラス基板を示す。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。ガラス基板２１の主面２１ｂ側には、シリコン基板２２が接合されている。ガラス基板２１の主面２１ａ側におけるキャビティ内には、突出部２１ｃが形成されている。この突出部２１ｃは固定電極が形成される領域であるので、突出部２１ｃの高さは、可動電極との間の間隔に応じて適宜決定する。ガラス基板２１ａ側には、後述するキャビティを構成するための凹部２１ｄが形成されている。この凹部２１ｄの深さや幅、並びに突出部２１ｃの高さについては、実施の形態１と同様である。また、固定電極２３は、できるだけ寄生容量を小さくするために、凹部２１ｄの突出部２１ｃ上のみに形成することがより好ましい。ここでは、突出部２１ｃ及びシリコン基板２２との接続領域に形成している。

ガラス基板２１の突出部２１ｃは、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面２１ｅを有する。湾曲面２１ｅは、後述する感圧ダイヤフラムの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。すなわち、湾曲面２１ｅの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極と接触せず、固定電極のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔がほぼ均一になるように適宜設定することが好ましい。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となる。

シリコン基板２２は、固定電極用の接続部である突出部２２ａと、電極パッド用の接続部である突出部２２ｂを有しており、ガラス基板２１に突出部２２ａ，２２ｂが貫通して一方の主面２１ａ側で露出している。シリコン基板２２において、突出部２２ａがキャビティ内に配置され、突出部２２ｂがキャビティ外に配置される。突出部２２ａは、ガラス基板２１の凹部２１ｄにおいて突出部２１ｃを囲繞する円環形状を有しており、その頂面が突出部２１ｃよりも低い位置にある。すなわち、後述するシリコン基板２７との距離は、突出部２１ｃの領域よりも突出部２２ａの領域の方が大きい。また、突出部２２ａは、凹部２１ｄの突出部２１ｃ以外の領域において、その一部の領域に部分的に形成されている。このようにシリコン基板２７と突出部２２ａとの間の距離を大きくし、突出部２２ａの形成面積を相対的に小さくすることにより、寄生容量を小さくすることが可能となり、より精度良く圧力検出を行うことができる。さらに、突出部２２ａと突出部２２ｂとを接続する接続部２２ｃを、突出部２２ａ及び突出部２２ｂの頂面よりも低い位置に形成し、接続部２２ｃとシリコン基板２７との間の距離を、シリコン基板２７と突出部２２ａ及び突出部２２ｂとの間の距離よりも大きくしている。これにより、寄生容量を小さくすることが可能となる。また、突出部２２ａ，２２ｂの高さは、寄生容量の低減の観点から、例えば約２００μｍ程度とすることが好ましい。

ガラス基板２１の突出部２１ｃ上には、湾曲面２１ｅに沿って固定電極２３が形成されている。この固定電極２３は、突出部２１ｃの側面を介してシリコン基板２２の突出部２２ａ上にまで延在している。したがって、固定電極２３とシリコン基板２２の突出部２２ａとは電気的に接続されている。なお、固定電極２３の構成や形成方法については、実施の形態１と同様である。

また、突出部２２ｂ上には、コンタクト層２４及びシード層２５（メッキシード層）を介して電極パッド２６が形成されている。突出部２２ａと突出部２２ｂとは同じシリコン基板２２に形成されているので、固定電極２３と電極パッド２６とは、シリコン基板２２、コンタクト層２４及びシード層２５を介して電気的に接続されている。電極パッド２６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。なお、コンタクト層２４、シード層２５及び電極パッド２６については、実施の形態１と同様である。

ガラス基板２１の主面２１ａの接合面（凹部２１ｄ以外の領域）２１ｆ上には、圧力センサの可動電極である感圧ダイヤフラム２７ａを有するシリコン基板２７が接合されている。これにより、ガラス基板２１の凹部２１ｄとシリコン基板２７との間でキャビティ２８が形成される。これにより、感圧ダイヤフラム２７ａ（可動電極）と固定電極２３との間に静電容量が発生する。

ガラス基板２１とシリコン基板２７との間の界面（接合面２１ｆ）やガラス基板２１とシリコン基板２２との間の界面は、高い密着性を有することが好ましいので、実施の形態１と同様に陽極接合されることが好ましい。陽極接合については、実施の形態１と同様である。

このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム２７ａとガラス基板２１の突出部２１ｃ上に形成された固定電極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加わると、感圧ダイヤフラム２７ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム２７ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム２７ａと固定電極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。

この静電容量型圧力センサにおいては、後述するように、ガラス基板２１の突出部２１ｃに、ガラスとシリコンの研磨レートの違いを用いて、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面２１ｅを形成しており、感圧ダイヤフラム２７ａの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。このため、湾曲面２１ｅの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極２３と接触せず、固定電極２３のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極２３との間の間隔がほぼ均一になる。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となり、センサとしてのダイナミックレンジが大きくなる。また、このような構成によれば、性能を維持しつつ、固定電極２３と可動電極である感圧ダイヤフラム２７ａとの間のギャップを比較的小さくすることができるので、さらなる小型化を図ることが可能となる。さらに、キャビティ用に形成された凹部２１ｄは突出部２１ｃの周りに存在するので、ガラス基板とシリコン基板との間の陽極接合の際に生じるガスを拡散させる空間を確保することができる。このため、ガスによるキャビティ２８内の圧力への影響を抑えることができる。さらに、この静電容量型圧力センサにおいては、凹部２１ｄは、シリコン基板２７の表面に対して略鉛直方向に延在する側面２１ｈを有するので、すなわち、凹部２１ｄにおけるキャビティ２８を区画する側面２１ｈが主面２１ａ，２１ｂに対して略鉛直に形成されているので、ガラス基板２１とシリコン基板２７とを接合した際に可動電極である感圧ダイヤフラム２７ａの領域が明確となる。このため、センサ感度のばらつきが生じることを防止できる。

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７（ａ）〜（ｆ）及び図８（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。

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、図７（ａ）に示すように、このシリコン基板２２の一方の主面をエッチングして、突出部２２ａ，２２ｂを形成する。この場合、シリコン基板２２上にレジスト膜を形成し、突出部２２ａ，２２ｂ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シリコンをエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして突出部２２ａ，２２ｂを設ける。

次いで、突出部２２ａ，２２ｂを形成したシリコン基板２２上にガラス基板２１を置く。さらに、真空下で、このシリコン基板２２及びガラス基板２１を加熱し、シリコン基板２２をガラス基板２１に押圧して突出部２２ａ，２２ｂをガラス基板２１の主面２１ｂに押し込んで、シリコン基板２２とガラス基板２１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。さらに、シリコン基板２２の突出部２２ａ，２２ｂとガラス基板２１との界面での密着性をより高めるために、実施の形態１と同様にして陽極接合処理をすることが好ましい。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２８の気密性を向上させることができる。

次いで、ガラス基板２１の主面２１ａ側を研磨処理して、シリコン基板２２の突出部２２ａ，２２ｂを露出させる。さらに、ラップ処理を施すことにより、ガラス基板２２のガラスとシリコン基板２２のシリコンとの間の研磨レートの差により、図２（ｂ）に示すように、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面２１ｅを形成する。ラップ処理においては、ガラス研磨用のスラリーとシリコン研磨用のスラリーとの混合スラリーを用いることが好ましい。例えば、セリアスラリーとアルミナスラリーとの混合スラリーなどを用いることが好ましい。このようなスラリーを用いてラップ処理を施すことにより、突出部２１ｃの形成領域において、突出部２２ａの周辺、すなわち円環状の突出部２２ａの内側の突出部２２ａ近傍では、突出部２２ａが存在することにより研磨レートが相対的に低くなり、一方、突出部２１ｃの形成領域の中央部においては、突出部２２ａが遠いので研磨レートが相対的に高くなる。このように、ガラスとシリコンとでは研磨レートが異なるので、シリコン製の突出部２２ａの存在（突出部までの距離）により研磨量が異なる。その結果、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面２１ｅを形成することができる。

次いで、図７（ｃ）に示すように、例えばミリング加工などによりキャビティ用の凹部２１ｄを形成し、図７（ｄ）に示すように、湾曲面２１ｅの外側の領域、すなわち固定電極２３を設けない領域を、例えばミリング加工して、凹部２１ｇを形成する。このようにして固定電極２３を形成する突出部２１ｃを形成する。次いで、図７（ｅ）に示すように、ガラス基板２１の突出部２１ｃからシリコン基板２２の突出部２２ａにわたって固定電極２３を形成する。この場合、固定電極形成領域以外の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被着し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。これにより、突出部２１ｃの湾曲面２１ｅに沿って固定電極２３を形成すると共に、固定電極２３と突出部２２ａとを電気的に接続させる。

次いで、図７（ｆ）に示すように、シリコン基板２２の突出部２２ｂを含む領域上にコンタクト層２４を形成する。この場合、コンタクト層形成領域以外の領域にレジスト膜を形成し、コンタクト層をスパッタリング法などで成膜し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。次いで、図８（ａ）に示すように、コンタクト層２４上にシード層２５を形成する。この場合、シード層形成領域以外の領域にレジスト膜を形成し、シード層２５をスパッタリング法などで成膜し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。これにより、シード層２５上にメッキにより電極パッド２６を形成することができるようになる。

次いで、図８（ｂ）に示すように、シード層２５上に電極パッド２６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２６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、図８（ｃ）に示すように、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シード層２５及びコンタクト層２４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、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２７を、感圧ダイヤフラム２７ａが固定電極２３と所定の間隔をおいて位置するようにして、図８（ｄ）に示すように、ガラス基板２１の接合面２１ｆ上に接合する。このとき、シリコン基板２７及びガラス基板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。これによりシリコン基板２７とガラス基板２１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ２８の気密性を向上させることができる。その後、シリコン基板２７全体にレジスト膜を形成し、電極パッド周辺領域以外の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シリコン基板２７をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。その後、必要に応じて、シリコン基板２２の裏面を研磨又はエッチングして薄層化を行う。これにより図６に示す静電容量型圧力センサを得る。

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２３が突出部２２ａを介して電極パッド２６と電気的に接続され、感圧ダイヤフラム２７ａが引き出し電極（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２７ａ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、電極パッド及び引き出し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、本実施の形態に係る静電容量型圧力センサによれば、実施の形態１と同様に、センサ感度のばらつきが生じることを防止でき、可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うことができる。

（実施の形態３）
本実施の形態においては、キャビティ領域におけるシリコン基板の突出部に形成した固定電極に対して、電極金属とストッパ材との間の研磨レートの違いを用いて、中央に向って深くなる湾曲面を形成する場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態３に係る静電容量型圧力センサの図である。図中３１はガラス基板を示す。ガラス基板３１は、相互に対向する一対の主面３１ａ，３１ｂを有する。ガラス基板３１の主面３１ｂ側には、シリコン基板３２が接合されている。ガラス基板３１ａ側には、後述するキャビティを構成するための凹部３１ｃが形成されている。この凹部３１ｃの深さや幅については、実施の形態１と同様である。

シリコン基板３２は、固定電極用の接続部である突出部３２ａと、電極パッド用の接続部である突出部３２ｂを有しており、ガラス基板３１に突出部３２ａ，３２ｂが貫通して一方の主面３１ａ側で露出している。シリコン基板３２において、突出部３２ａがキャビティ内に配置され、突出部３２ｂがキャビティ外に配置される。また、突出部３２ａと突出部３２ｂとを接続する接続部３２ｃを、突出部３２ａ及び突出部３２ｂの頂面よりも低い位置に形成し、接続部３２ｃとシリコン基板３９との間の距離を、シリコン基板３９と突出部３２ａ及び突出部３２ｂとの間の距離よりも大きくしている。これにより、寄生容量を小さくすることが可能となる。

突出部３２ａ上には、固定電極３４が形成されている。この固定電極３４は、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面３４ａを有する。湾曲面３４ａは、後述する感圧ダイヤフラムの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。すなわち、湾曲面３４ａの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極と接触せず、固定電極のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔がほぼ均一になるように適宜設定することが好ましい。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となる。

また、突出部３２ａ上であって、固定電極３４の周りには、固定電極３４を囲繞するようにストッパ膜３５が残存している。このストッパ膜３５は、固定電極３４の湾曲面３４ａを形成する際に設けたものである。なお、固定電極３４を構成する材料としては、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属などを用いることができる。また、ストッパ膜３５を構成する材料としては、アルミナなどの電極材料よりも硬質の材料を用いることができる。固定電極３４を構成する材料とストッパ膜３５を構成する材料については、研磨レートの差により、固定電極３４に湾曲面３４ａが形成されるような組み合わせを選択する。さらに、固定電極３４の厚さとストッパ膜３５の厚さについても、固定電極３４に湾曲面３４ａが形成されるように適宜設定する。

また、突出部３２ｂ上には、コンタクト層３６及びシード層３７（メッキシード層）を介して電極パッド３８が形成されている。突出部３２ａと突出部３２ｂとは同じシリコン基板３２に形成されているので、固定電極３４と電極パッド３８とは、シリコン基板３２、コンタクト層３６及びシード層３７を介して電気的に接続されている。電極パッド３８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。なお、コンタクト層３６、シード層３７及び電極パッド３８については、実施の形態１と同様である。

ガラス基板３１の主面３１ａの接合面（凹部３１ｃ以外の領域）には、ガラス層３３が形成されており、ガラス基板３１は、このガラス層３３を介して、圧力センサの可動電極である感圧ダイヤフラム３９ａを有するシリコン基板３９が接合されている。これにより、ガラス基板３１の凹部３１ｃとシリコン基板３９との間でキャビティ４０が形成される。これにより、感圧ダイヤフラム３９ａ（可動電極）と固定電極３４との間に静電容量が発生する。なお、本実施の形態においては、ガラス層３３を介してガラス基板３１とシリコン基板３９とを接合しているが、ガラス層３３を設けずに、ガラス基板３１とシリコン基板３９とを直接接合しても良い。

ガラス基板３１とシリコン基板３９との間の界面やガラス基板３１とシリコン基板３２との間の界面は、高い密着性を有することが好ましいので、実施の形態１と同様に陽極接合されることが好ましい。陽極接合については、実施の形態１と同様である。

このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム３９ａと固定電極３４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３９ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム３９ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム３９ａと固定電極３４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、後述するように、固定電極３４とストッパ膜３５の研磨レートの違いを用いて、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面３４ａを形成しており、感圧ダイヤフラム３９ａの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。このため、湾曲面３４ａの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極３４と接触せず、固定電極３４のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極３４との間の間隔がほぼ均一になる。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となり、センサとしてのダイナミックレンジが大きくなる。また、このような構成によれば、性能を維持しつつ、固定電極３４と可動電極である感圧ダイヤフラム３９ａとの間のギャップを比較的小さくすることができるので、さらなる小型化を図ることが可能となる。さらに、キャビティ用に形成された凹部３１ｃは突出部３２ａの周りに存在するので、ガラス基板とシリコン基板との間の陽極接合の際に生じるガスを拡散させる空間を確保することができる。このため、ガスによるキャビティ４０内の圧力への影響を抑えることができる。さらに、この静電容量型圧力センサにおいては、凹部３１ｃは、シリコン基板３９の表面に対して略鉛直方向に延在する側面３１ｅを有するので、すなわち、凹部３１ｃにおけるキャビティ４０を区画する側面３１ｅが主面３１ａ，３１ｂに対して略鉛直に形成されているので、ガラス基板３１とシリコン基板３９とを接合した際に可動電極である感圧ダイヤフラム３９ａの領域が明確となる。このため、センサ感度のばらつきが生じることを防止できる。

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１０（ａ）〜（ｄ）及び図１１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態３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。

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３２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１０（ａ）に示すように、このシリコン基板３２の一方の主面をエッチングして、突出部３２ａ，３２ｂを形成する。この場合、シリコン基板３２上にレジスト膜を形成し、突出部３２ａ，３２ｂ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シリコンをエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして突出部３２ａ，３２ｂを設ける。

次いで、突出部３２ａ，３２ｂを形成したシリコン基板３２上にガラス基板３１を置く。さらに、真空下で、このシリコン基板３２及びガラス基板３１を加熱し、シリコン基板３２をガラス基板３１に押圧して突出部３２ａ，３２ｂをガラス基板３１の主面３１ｂに押し込んで、シリコン基板３２とガラス基板３１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。さらに、シリコン基板３２の突出部３２ａ，３２ｂとガラス基板３１との界面での密着性をより高めるために、実施の形態１と同様にして陽極接合処理をすることが好ましい。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４０の気密性を向上させることができる。

次いで、ガラス基板３１の主面３１ａ側を研磨処理して、シリコン基板３２の突出部３２ａ，３２ｂを露出させる。次いで、図１０（ｃ）に示すように、固定電極３４の厚さ分、突出部３２ａを掘り込んで段差部３２ｃを形成する。この場合、例えばミリング加工などにより突出部３２ａに段差部３２ｃを形成する。次いで、図１０（ｄ）に示すように、段差部３２ｃの周縁にストッパ膜３５を形成する。ここでは、ストッパ膜３５として、アルミナ膜を用いる。この場合、ストッパ膜形成領域以外の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アルミナを被着し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。

次いで、図１１（ａ）に示すように、突出部３２ａ上であってストッパ膜３５の内側に固定電極３４を形成する。すなわち、リング形状のストッパ膜３５の内側に固定電極３４を埋め込む。ここでは、固定電極３４の材料として、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏを用いる。この場合、固定電極形成領域以外の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Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏを被着し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。シリコン基板３２の突出部３２ａ上に固定電極３４を形成するので、固定電極３４と突出部３２ａとが電気的に接続される。このため、固定電極３４は、接続部３２ｃ、突出部３２ｂを介して引き出し電極としての電極パッド３８と電気的に接続される。

次いで、図１１（ｂ）に示すように、ラップ処理を施すことにより、ストッパ膜３５を構成する材料と固定電極３４を構成する材料との間の研磨レートの差を用いて、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面３４ａを形成する。ラップ処理においては、例えば、アルミナスラリーを用いることが好ましい。このようなスラリーを用いてラップ処理を施すことにより、固定電極３４のストッパ膜３５の周辺、すなわち円環状のストッパ膜３５の内側の固定電極３４では、ストッパ膜３５が存在することにより研磨レートが相対的に低くなり、一方、固定電極３４の中央部においては、ストッパ膜３５が遠いので研磨レートが相対的に高くなる。このように、固定電極３４とストッパ膜３５とでは研磨レートが異なるので、固定電極３４の場所により（ストッパ膜３５からの距離により）研磨量が異なる。その結果、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面３４ａを形成することができる。

次いで、図１１（ｃ）に示すように、ガラス基板３１の主面１１ａ上であって、シリコン基板３９との接合領域にガラス層３３を形成する。この場合、ガラス層形成領域以外の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ガラス（例えば、パイレックス（登録商標）ガラス）を被着し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。次いで、図１１（ｄ）に示すように、突出部３２ａの外側の領域、すなわち固定電極３４を設けない領域を、例えばミリング加工して、凹部３１ｄを形成する。

その後は、実施の形態１，２と同様にして、突出部３２ｂ上にコンタクト層３６、シード層３７及び電極パッド３８を形成し、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３９を、感圧ダイヤフラム３９ａが固定電極３４と所定の間隔をおいて位置するようにして、ガラス基板３１に接合する。その後、電極パッド周辺領域以外のシリコン基板３９をエッチングなどにより除去する。その後、必要に応じて、シリコン基板３２の裏面を研磨又はエッチングして薄層化を行う。これにより図９に示す静電容量型圧力センサを得る。

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３４が突出部３２ａを介して電極パッド３８と電気的に接続され、感圧ダイヤフラム３９ａが引き出し電極（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３９ａと固定電極３４との間で検知された静電容量の変化の信号は、電極パッド及び引き出し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、本実施の形態に係る静電容量型圧力センサによれば、実施の形態１と同様に、センサ感度のばらつきが生じることを防止でき、可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うことができる。

（実施の形態４）
本実施の形態においては、キャビティ領域におけるシリコン基板の突出部に対して、角度を付けてミリング加工することにより、中央に向って深くなる湾曲面を形成する場合について説明する。

図１２は、本発明の実施の形態４に係る静電容量型圧力センサの図である。図中４１はガラス基板を示す。ガラス基板４１は、相互に対向する一対の主面４１ａ，４１ｂを有する。ガラス基板４１の主面４１ｂ側には、シリコン基板４２が接合されている。ガラス基板４１ａ側には、後述するキャビティを構成するための凹部４１ｃが形成されている。この凹部４１ｃの深さや幅については、実施の形態１と同様である。

シリコン基板４２は、固定電極用の突出部４２ａと、電極パッド用の接続部である突出部４２ｂを有しており、ガラス基板４１に突出部４２ａ，４２ｂが貫通して一方の主面４１ａ側で露出している。シリコン基板４２において、突出部４２ａがキャビティ内に配置され、突出部４２ｂがキャビティ外に配置される。また、突出部４２ａと突出部４２ｂとを接続する接続部４２ｃを、突出部４２ａ及び突出部４２ｂの頂面よりも低い位置に形成し、接続部４２ｃとシリコン基板４６との間の距離を、シリコン基板４６と突出部４２ａ及び突出部４２ｂとの間の距離よりも大きくしている。これにより、寄生容量を小さくすることが可能となる。

突出部４２ａは固定電極として機能する。この固定電極である突出部４２ａは、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面４２ｄを有する。湾曲面４２ｄは、後述する感圧ダイヤフラムの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。すなわち、湾曲面４２ｄの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても固定電極と接触せず、固定電極のほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔がほぼ均一になるように適宜設定することが好ましい。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となる。

また、突出部４２ｂ上には、コンタクト層４３及びシード層４４（メッキシード層）を介して電極パッド４５が形成されている。突出部４２ａと突出部４２ｂとは同じシリコン基板４２に形成されているので、固定電極である突出部４２ａと電極パッド４５とは、シリコン基板４２、コンタクト層４３及びシード層４４を介して電気的に接続されている。電極パッド４５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。なお、コンタクト層４３、シード層４４及び電極パッド４５については、実施の形態１と同様である。

ガラス基板４１の主面４１ａの接合面（凹部４１ｃ以外の領域）４１ｄには、圧力センサの可動電極である感圧ダイヤフラム４６ａを有するシリコン基板４６が接合されている。これにより、ガラス基板４１の凹部４１ｃとシリコン基板４６との間でキャビティ４７が形成される。これにより、感圧ダイヤフラム４６ａ（可動電極）と固定電極４２ａとの間に静電容量が発生する。

ガラス基板４１とシリコン基板４６との間の界面やガラス基板４１とシリコン基板４２との間の界面は、高い密着性を有することが好ましいので、実施の形態１と同様に陽極接合されることが好ましい。陽極接合については、実施の形態１と同様である。

このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム４６ａと固定電極４２ａ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４６ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム４６ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム４６ａと固定電極４２ａ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、後述するように、シリコン基板４２の突出部４２ａに、角度をつけてミリング加工を施すことにより、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面４２ｄを形成しているので、感圧ダイヤフラム４６ａの断面における変形形状に応じた断面形状を有する。このため、湾曲面４２ｄの断面形状は、感圧ダイヤフラムが外圧により変形しても接触せず、固定電極４２ａのほぼ全面にわたって感圧ダイヤフラム４６ａと固定電極４２ａとの間の間隔がほぼ均一になる。これにより、被測定圧力が相対的に高い場合であっても高感度で圧力検出を行うことが可能となり、センサとしてのダイナミックレンジが大きくなる。また、このような構成によれば、性能を維持しつつ、固定電極４２ａと可動電極である感圧ダイヤフラム４６ａとの間のギャップを比較的小さくすることができるので、さらなる小型化を図ることが可能となる。さらに、キャビティ用に形成された凹部４１ｃは突出部４２ａの周りに存在するので、ガラス基板とシリコン基板との間の陽極接合の際に生じるガスを拡散させる空間を確保することができる。このため、ガスによるキャビティ４７内の圧力への影響を抑えることができる。さらに、この静電容量型圧力センサにおいては、凹部４１ｃは、シリコン基板４６の表面に対して略鉛直方向に延在する側面４１ｅを有するので、すなわち、凹部４１ｃにおけるキャビティ４７を区画する側面４１ｅが主面４１ａ，４１ｂに対して略鉛直に形成されているので、ガラス基板４１とシリコン基板４６とを接合した際に可動電極である感圧ダイヤフラム４６ａの領域が明確となる。このため、センサ感度のばらつきが生じることを防止できる。

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１３（ａ）〜（ｅ）及び図１４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態４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。

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４２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１３（ａ）に示すように、このシリコン基板４２の一方の主面をエッチングして、突出部４２ａ，４２ｂを形成する。この場合、シリコン基板４２上にレジスト膜を形成し、突出部４２ａ，４２ｂ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シリコンをエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして突出部４２ａ，４２ｂを設ける。

次いで、突出部４２ａ，４２ｂを形成したシリコン基板４２上にガラス基板４１を置く。さらに、図１３（ｂ）に示すように、真空下で、このシリコン基板４２及びガラス基板４１を加熱し、シリコン基板４２をガラス基板４１に押圧して突出部４２ａ，４２ｂをガラス基板４１の主面４１ｂに押し込んで、シリコン基板４２とガラス基板４１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。さらに、シリコン基板４２の突出部４２ａ，４２ｂとガラス基板４１との界面での密着性をより高めるために、実施の形態１と同様にして陽極接合処理をすることが好ましい。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４７の気密性を向上させることができる。

次いで、図１３（ｃ）に示すように、ガラス基板４１の主面４１ａ側を研磨処理して、シリコン基板４２の突出部４２ａ，４２ｂを露出させる。次いで、図１３（ｄ）に示すように、突出部４２ａを、角度をつけたミリング加工することにより、中央に向って深くなる、すなわち外側よりも内側が深くなる湾曲面４２ｄを形成する。湾曲面４２ｄは、実施の形態１と同様に、図４（ａ）〜（ｃ）に示す工程により形成することができる。

次いで、図１３（ｅ）に示すように、湾曲面４２ｄの外側の領域、すなわち固定電極を設けない領域のガラス基板４１を、例えばミリング加工して、凹部４１ｆを形成する。このようにして固定電極である突出部４２ａを形成する。次いで、図１４（ａ）に示すように、シリコン基板４２の突出部４２ｂを含む領域上にコンタクト層４３を形成する。この場合、コンタクト層形成領域以外の領域にレジスト膜を形成し、コンタクト層をスパッタリング法などで成膜し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。次いで、図１４（ａ）に示すように、コンタクト層４３上にシード層４４を形成する。この場合、シード層形成領域以外の領域にレジスト膜を形成し、シード層４４をスパッタリング法などで成膜し、その後残存したレジスト膜を除去（リフトオフ）する。これにより、シード層４４上にメッキにより電極パッド４５を形成することができるようになる。

次いで、図１４（ｂ）に示すように、シード層４４上に電極パッド４５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４５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、図１４（ｃ）に示すように、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シード層４４及びコンタクト層４３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、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４６を、感圧ダイヤフラム４６ａが固定電極４２ａと所定の間隔をおいて位置するようにして、図１４（ｄ）に示すように、ガラス基板４１の接合面４１ｄ上に接合する。このとき、シリコン基板４６及びガラス基板４１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４６とガラス基板４１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ４７の気密性を向上させることができる。その後、図１４（ｅ）に示すように、シリコン基板４６全体にレジスト膜を形成し、電極パッド周辺領域以外の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シリコン基板４６をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。その後、必要に応じて、シリコン基板４２の裏面を研磨又はエッチングして薄層化を行う。これにより図１２に示す静電容量型圧力センサを得る。

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４２ａが電極パッド４５と電気的に接続され、感圧ダイヤフラム４６ａが引き出し電極（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４６ａと固定電極４２ａとの間で検知された静電容量の変化の信号は、電極パッド及び引き出し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、本実施の形態に係る静電容量型圧力センサによれば、実施の形態１と同様に、センサ感度のばらつきが生じることを防止でき、可動電極と固定電極との間の短絡を防止することができると共に、高感度で圧力検出を行うことができる。

本発明は上記実施の形態１〜４に限定されず、種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態１〜４で説明した数値、材質、図面におけるサイズについては特に制限はない。また、上記実施の形態１〜４におけるシリコンのエッチングやミリング加工については特に特定しない限り通常用いられる条件で行うことができる。また、上記実施の形態１〜４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。

本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）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）〜（ｅ）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。 （ａ），（ｂ）は、静電容量型圧力センサのセンサ特性を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）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。 （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。 本発明の実施の形態３に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態３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）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態３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４に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態４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）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態４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。 従来の静電容量型圧力センサを示す断面図である。

符号の説明

１１，２１，３１，４１ ガラス基板
１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ 突出部
１１ｅ，２１ｅ，３４ａ，４２ｄ 湾曲面
１１ｈ，２１ｈ，３１ｅ，４１ｅ 側面
１２，１７，２２，２７，３２，３９，４２，４６ シリコン基板
１３，２３，３４ 固定電極
１４，２４，３６，４３ コンタクト層
１５，２５，３７，４４ シード層
１６，２６，３８，４５ 電極パッド
１７ａ，２７ａ，３９ａ，４６ａ 感圧ダイヤフラム
１８，２８，４０，４７ キャビティ
３５ ストッパ膜

Claims (6)

1. 一対の主面を有し、前記一対の主面の一方の主面にキャビティ用に形成された凹部及び前記凹部内に設けられた第１突出部を有するガラス基板と、前記突出部上に形成された固定電極と、前記固定電極との間に所定の間隔をおいて配置された可動電極を有し、前記ガラス基板と接合された第１シリコン基板と、を具備し、前記第１突出部は、中央に向って深くなる湾曲面を有し、前記凹部は、前記第１シリコン基板の表面に対して略鉛直方向に延在する側面を有することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 前記ガラス基板の他方の主面に接合され、前記ガラス基板を貫通して前記一方の主面側で露出した第２突出部を有する第２シリコン基板をさらに具備し、前記第２突出部が前記凹部内における第１突出部以外の領域で露出しており、前記固定電極が前記第２突出部と電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の静電容量型圧力センサ。
3. 一対の主面を有し、前記一対の主面の一方の主面にキャビティ用に形成された凹部を有するガラス基板と、前記ガラス基板の他方の主面に接合され、前記ガラス基板を貫通して前記一方の主面側で露出した突出部を有する第２シリコン基板と、前記突出部との間に所定の間隔をおいて配置された可動電極を有し、前記ガラス基板と接合された第１シリコン基板と、を具備し、前記突出部は、中央に向って深くなる湾曲面を有し、前記凹部は、前記第１シリコン基板の表面に対して略鉛直方向に延在する側面を有することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
4. 前記突出部がその頂面に固定電極を有し、前記固定電極が中央に向って深くなる湾曲面を有することを特徴とする請求項３記載の静電容量型圧力センサ。
5. 前記突出部上において、前記固定電極の周りにストッパ層が残存することを特徴とする請求項４記載の静電容量型圧力センサ。
6. 前記ガラス基板と前記第１及び第２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１から請求項５のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。

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