JP2772111B2 - 容量型圧力センサ - Google Patents
容量型圧力センサInfo
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Description
本発明は、電極が形成された基板同士を接合して形成
した容量型圧力センサに関し、特に、絶対圧測定用の容
量型圧力センサに関する。
した容量型圧力センサに関し、特に、絶対圧測定用の容
量型圧力センサに関する。
第５図（ａ）は拡散リードを用いた従来の容量型圧力
センサ（ハイブリッド型圧力センサチップ）の平面図、
第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った縦断
面図、第５図（ｃ）は第５図（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿っ
た縦断面図を示している。又、第６図（ａ）は金属リー
ドを用いた従来の容量型圧力センサ（ハイブリッド型圧
力センサチップ）の平面図、第６図（ｂ）は第６図
（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った縦断面図、第６図（ｃ）は
第６図（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った縦断面図を示してい
る。 尚、第５図（ａ）〜（ｃ）及び第６図（ａ）〜（ｃ）
では、同じ機能構成の部分には便宜上同じ符号を付して
以下説明する。 絶対圧を測定する容量型圧力センサ（ハイブリッド型
圧力センサチップ）40は、シリコン基板41にガラス基板
46を載置し、そのシリコン基板41に形成された電極43と
ガラス基板46に形成された電極47とを対向させ周知の陽
極接合技術を用いて接合して構成されている。一方の例
えば単結晶シリコンから成るシリコン基板41には、被測
定圧力を受ける感圧ダイヤフラム部42が形成され、その
感圧ダイヤフラム部42表面に半導体製造技術にて不純物
を拡散して電極43が形成されている。他方の例えばパイ
レックスガラス等から成るガラス基板46には、蒸着又は
スパッタリングによる金属薄膜にて電極47が形成されて
いる。上記接合後には、シリコン基板41とガラス基板46
との両電極間の微小ギャップは密封された基準圧室44と
なる。 シリコン基板41及びガラス基板46の両電極43,47は、
基準圧室44から両基板41,46の接合面を通過して形成さ
れた拡散リード51,52又は金属リード53,54を利用して外
部に引き出されている。 拡散リード51,52はシリコン基板41表面に拡散にて形
成されている。それら拡散リード51,52上には両電極43,
47に対応した金属蒸着又はスパッタリングによるランド
部45,48が設けられている（第５図（ａ）〜（ｃ））。 又、金属リード53,54はシリコン基板41表面に金属薄
膜を蒸着又はスパッタリングにて形成されている（第６
図（ａ）〜（ｃ））。 上述のランド部45,48又は金属リード53,54とガラス基
板46上に載置され接着されたインタフェース回路である
容量検出用ICチップ49の対応する各電極とがそれぞれ金
（Au）線をウエッジボンディングして容量型圧力センサ
40が構成されている。
センサ（ハイブリッド型圧力センサチップ）の平面図、
第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った縦断
面図、第５図（ｃ）は第５図（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿っ
た縦断面図を示している。又、第６図（ａ）は金属リー
ドを用いた従来の容量型圧力センサ（ハイブリッド型圧
力センサチップ）の平面図、第６図（ｂ）は第６図
（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った縦断面図、第６図（ｃ）は
第６図（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った縦断面図を示してい
る。 尚、第５図（ａ）〜（ｃ）及び第６図（ａ）〜（ｃ）
では、同じ機能構成の部分には便宜上同じ符号を付して
以下説明する。 絶対圧を測定する容量型圧力センサ（ハイブリッド型
圧力センサチップ）40は、シリコン基板41にガラス基板
46を載置し、そのシリコン基板41に形成された電極43と
ガラス基板46に形成された電極47とを対向させ周知の陽
極接合技術を用いて接合して構成されている。一方の例
えば単結晶シリコンから成るシリコン基板41には、被測
定圧力を受ける感圧ダイヤフラム部42が形成され、その
感圧ダイヤフラム部42表面に半導体製造技術にて不純物
を拡散して電極43が形成されている。他方の例えばパイ
レックスガラス等から成るガラス基板46には、蒸着又は
スパッタリングによる金属薄膜にて電極47が形成されて
いる。上記接合後には、シリコン基板41とガラス基板46
との両電極間の微小ギャップは密封された基準圧室44と
なる。 シリコン基板41及びガラス基板46の両電極43,47は、
基準圧室44から両基板41,46の接合面を通過して形成さ
れた拡散リード51,52又は金属リード53,54を利用して外
部に引き出されている。 拡散リード51,52はシリコン基板41表面に拡散にて形
成されている。それら拡散リード51,52上には両電極43,
47に対応した金属蒸着又はスパッタリングによるランド
部45,48が設けられている（第５図（ａ）〜（ｃ））。 又、金属リード53,54はシリコン基板41表面に金属薄
膜を蒸着又はスパッタリングにて形成されている（第６
図（ａ）〜（ｃ））。 上述のランド部45,48又は金属リード53,54とガラス基
板46上に載置され接着されたインタフェース回路である
容量検出用ICチップ49の対応する各電極とがそれぞれ金
（Au）線をウエッジボンディングして容量型圧力センサ
40が構成されている。
ところが、拡散リードを用いると、pn接合による寄生
容量が発生する。この寄生容量は20pF程度あり、センサ
容量10〜20pFに較べて大きい。この寄生容量のために容
量型圧力センサは感度が低下或いは感度特性が非直線性
を呈する等の性能劣化を生じるという問題があった。 又、金属リードを用いると、蒸着又はスパッタリング
による金属薄膜のリード部分の厚さのため、シリコン基
板とガラス基板との接合にて形成された基準圧室の密封
が不完全になり易い。このため、基準圧室を真空或いは
不活性ガス封入として所望の絶対圧測定用の容量型圧力
センサを得ようとしてもリークが発生し、当初の性能を
維持することができないという問題があった。 更に、シリコン基板及びガラス基板の両電極を基準圧
室から両基板の接合面を通過して形成された拡散リード
又は金属リードを利用して外部に引き出すと、金（Au）
線をウエッジボンディングするためのスペースが必要と
なり、結果的に容量型圧力センサの外形寸法が大きくな
る等の問題もあった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、シリコン基板とガラ
ス基板とが接合され形成された基準圧室のリークがなく
又、寄生容量が発生せず安定した性能を得ることがで
き、更に外形寸法を小さくできる絶対圧測定用の容量型
圧力センサを提供することである。
容量が発生する。この寄生容量は20pF程度あり、センサ
容量10〜20pFに較べて大きい。この寄生容量のために容
量型圧力センサは感度が低下或いは感度特性が非直線性
を呈する等の性能劣化を生じるという問題があった。 又、金属リードを用いると、蒸着又はスパッタリング
による金属薄膜のリード部分の厚さのため、シリコン基
板とガラス基板との接合にて形成された基準圧室の密封
が不完全になり易い。このため、基準圧室を真空或いは
不活性ガス封入として所望の絶対圧測定用の容量型圧力
センサを得ようとしてもリークが発生し、当初の性能を
維持することができないという問題があった。 更に、シリコン基板及びガラス基板の両電極を基準圧
室から両基板の接合面を通過して形成された拡散リード
又は金属リードを利用して外部に引き出すと、金（Au）
線をウエッジボンディングするためのスペースが必要と
なり、結果的に容量型圧力センサの外形寸法が大きくな
る等の問題もあった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、シリコン基板とガラ
ス基板とが接合され形成された基準圧室のリークがなく
又、寄生容量が発生せず安定した性能を得ることがで
き、更に外形寸法を小さくできる絶対圧測定用の容量型
圧力センサを提供することである。
上記課題を解決するための発明の構成における第１の
特徴は、被測定圧力を受けて変位する感圧ダイヤフラム
部の形成されたシリコン基板とそのシリコン基板と接合
されるガラス基板と前記両基板の接合面の内部であって
前記感圧ダイヤフラム部の形成された位置に対応する位
置に密封されて形成され、測定圧の基準値を与える微小
ギャップの基準圧室とその基準圧室の前記両基板の対向
する位置にて前記ガラス基板表面に金属薄膜により形成
された第１の電極と前記シリコン基板表面に不純物拡散
により形成された第２の電極とから成り、前記電極間の
容量の変化により圧力を測定する容量型圧力センサにお
いて、前記ガラス基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガ
ラス基板を貫通して明けられた第１の穴部と、前記第１
の穴部を前記基準圧室側から密閉するシリコン板で形成
され前記第１の電極と電気的に接続された蓋板と、前記
蓋板の前記第１の穴部に面する面及び前記第１の穴部の
内面に形成された金属薄膜から成り第１の電極と接続さ
れた第１のリード部とを備えたことである。 又、第２の特徴は、第１の特徴に加えて、前記ガラス
基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガラス基板を貫通し
て明けられた第２の穴部と、前記シリコン基板の前記ガ
ラス基板との接合面に形成され前記第２の電極と拡散に
より電気的に接続された拡散面と、前記第２の穴部の内
面に形成された金属薄膜から成り前記拡散面を介して前
記第２の電極と接続された第２のリード部とを備えたこ
とである。
特徴は、被測定圧力を受けて変位する感圧ダイヤフラム
部の形成されたシリコン基板とそのシリコン基板と接合
されるガラス基板と前記両基板の接合面の内部であって
前記感圧ダイヤフラム部の形成された位置に対応する位
置に密封されて形成され、測定圧の基準値を与える微小
ギャップの基準圧室とその基準圧室の前記両基板の対向
する位置にて前記ガラス基板表面に金属薄膜により形成
された第１の電極と前記シリコン基板表面に不純物拡散
により形成された第２の電極とから成り、前記電極間の
容量の変化により圧力を測定する容量型圧力センサにお
いて、前記ガラス基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガ
ラス基板を貫通して明けられた第１の穴部と、前記第１
の穴部を前記基準圧室側から密閉するシリコン板で形成
され前記第１の電極と電気的に接続された蓋板と、前記
蓋板の前記第１の穴部に面する面及び前記第１の穴部の
内面に形成された金属薄膜から成り第１の電極と接続さ
れた第１のリード部とを備えたことである。 又、第２の特徴は、第１の特徴に加えて、前記ガラス
基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガラス基板を貫通し
て明けられた第２の穴部と、前記シリコン基板の前記ガ
ラス基板との接合面に形成され前記第２の電極と拡散に
より電気的に接続された拡散面と、前記第２の穴部の内
面に形成された金属薄膜から成り前記拡散面を介して前
記第２の電極と接続された第２のリード部とを備えたこ
とである。
第１の特徴の作用としては、第１の穴部はガラス基板
の基準圧室の近傍にてガラス基板を貫通して明けられて
いる。 又、蓋板は上記第１の穴部を基準圧室側から密閉する
シリコン板で形成されガラス基板の第１の電極と電気的
に接続されている。 そして、第１のリード部は上記蓋板の第１の穴部に面
する面及びその第１の穴部の内面に形成された金属薄膜
から成り上記第１の電極と接続されている。 本発明の容量型圧力センサはその基準圧室のガラス基
板表面に金属薄膜により形成された第１の電極が蓋板を
介して第１の穴部の内面に形成された金属薄膜から成る
第１のリード部と電気的に接続されると共にガラス基板
の近傍にてガラス基板を貫通して明けられた第１の穴部
が基準圧室側から蓋板にて密閉されているので、基準圧
室のリークがない。 第２の特徴の作用としては、第１の特徴の作用に加え
て、第２の穴部はガラス基板の基準圧室の近傍にてガラ
ス基板を貫通して明けられている。 又、拡散面はシリコン基板のガラス基板との接合面に
形成され第２の電極と拡散により電気的に接続されてい
る。 そして、第２のリード部は上記第２の穴部の内面に形
成された金属薄膜から成り上記拡散面を介して上記第２
の電極と接続されている。 つまり、本発明の容量型圧力センサでは、第１の電極
が蓋板を介して第１のリード部と、第２の電極が拡散面
を介して第２のリード部とそれぞれ電気的に接続され
る。 そして、上記第１のリード部及び第２のリード部を利
用して、容量型圧力センサの両電極は外部の容量検出用
ICチップ等と接続されるので、外形寸法が小さい容量型
圧力センサとなる。
の基準圧室の近傍にてガラス基板を貫通して明けられて
いる。 又、蓋板は上記第１の穴部を基準圧室側から密閉する
シリコン板で形成されガラス基板の第１の電極と電気的
に接続されている。 そして、第１のリード部は上記蓋板の第１の穴部に面
する面及びその第１の穴部の内面に形成された金属薄膜
から成り上記第１の電極と接続されている。 本発明の容量型圧力センサはその基準圧室のガラス基
板表面に金属薄膜により形成された第１の電極が蓋板を
介して第１の穴部の内面に形成された金属薄膜から成る
第１のリード部と電気的に接続されると共にガラス基板
の近傍にてガラス基板を貫通して明けられた第１の穴部
が基準圧室側から蓋板にて密閉されているので、基準圧
室のリークがない。 第２の特徴の作用としては、第１の特徴の作用に加え
て、第２の穴部はガラス基板の基準圧室の近傍にてガラ
ス基板を貫通して明けられている。 又、拡散面はシリコン基板のガラス基板との接合面に
形成され第２の電極と拡散により電気的に接続されてい
る。 そして、第２のリード部は上記第２の穴部の内面に形
成された金属薄膜から成り上記拡散面を介して上記第２
の電極と接続されている。 つまり、本発明の容量型圧力センサでは、第１の電極
が蓋板を介して第１のリード部と、第２の電極が拡散面
を介して第２のリード部とそれぞれ電気的に接続され
る。 そして、上記第１のリード部及び第２のリード部を利
用して、容量型圧力センサの両電極は外部の容量検出用
ICチップ等と接続されるので、外形寸法が小さい容量型
圧力センサとなる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第１図（ａ）は本発明に係る容量型圧力センサ（ハイ
ブリッド型圧力センサチップ）10を示した平面図であ
り、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った
縦断面図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）のＢ−Ｂ′線に
沿った縦断面図である。 11は被測定圧力を受ける感圧ダイヤフラム部12を有す
るシリコン基板である。16はそのシリコン基板11と結合
され、微小ギャップの基準圧室14を形成するガラス基板
である。 ガラス基板16の基準圧室14側には蒸着又はスパッタリ
ングにより金属薄膜から成る第１の電極17が形成されて
いる。又、ガラス基板16には基準圧室14の近傍にて第１
の穴部18及び第２の穴部21がそのガラス基板16を貫通し
て穴加工されている。その第１の穴部18の基準圧室14側
にはシリコン板で形成された蓋板20が接合され第１の穴
部18を密閉している。その蓋板20の第１の穴部18に面す
る面及び第１の穴部18の内面には蒸着又はスパッタリン
グにより金属薄膜から成る第１のリード部19が形成され
ている。従って、第１の電極17は蓋板20を介して第１の
リード部19と電気的に接続されている。 一方、シリコン基板11は全面に不純物が拡散され、そ
の感圧ダイヤフラム部12の基準圧室14側には第２の電極
13が形成されている。ここで、シリコン基板11とガラス
基板16との接合面に形成されたシリコン基板11表面の拡
散面15は、ガラス基板16に形成された第２の穴部21の位
置に対応し、シリコン基板11に形成された第２の電極13
と電気的に接続されている。従って、第２の穴部21の内
面に金属薄膜を蒸着又はスパッタリングして形成された
第２のリード部22は拡散面15を介して第２の電極13と接
続されることになる。 そして、ガラス基板16の上面にはインタフェース回路
である容量検出用ICチップ29が載置され接着されてい
る。その容量検出用ICチップ29の対応する各電極と第１
のリード部19及び第２のリード部22とがそれぞれ金（A
u）線をウエッジボンディングして接続されている。 尚、ガラス基板16に接合された蓋板20に対向したシリ
コン基板11部分はその蓋板20の突出に合わせて逃がして
あり、ガラス基板16の第１の電極17とシリコン基板11の
第２の電極13とは電気的に絶縁されている。 ここで、第１図におけるガラス基板16の製作プロセス
を示した第２図（ａ）〜（ｄ）及びシリコン基板11の製
作プロセスを示した第３図（ａ）〜（ｃ）を参照し、そ
れらの製作プロセスを説明する。 ガラス基板16は大きさ25×25mm2,厚さ300μｍでシリ
コンと熱膨張係数がほぼ等しく、陰極接合後の内部応力
を小さくできるパイレックスガラスを用いた。 接合し密封した上記基準圧室14の内部から電気配線を
取り出す部分（以下「フィードスルー」という）を形成
するため、ガラス基板16における基準圧室14の近傍とな
る部分に細長い第１の穴部18と図示しない第２の穴部21
とが加工精度の良好な電界放電加工法を用いて穴加工さ
れる。 そして、P+端子部とするシリコン板である蓋板20を次
のように加工する。蓋板20はｎ型（100）（３〜５Ω・c
m）シリコン26の一部に高濃度拡散源（ボロフィルムEmu
lsitone Co.製 Type B）を用いてボロンを拡散（濃度1
020cm-3以上の部分を15μｍ）し、周辺部以外で拡散さ
れていない部分を15μｍエッチングする（第２図
（ａ））。 次に、ガラス基板16と蓋板20及びｎ型シリコン26とを
陽極接合する。すると、上記穴加工したガラス基板16の
第１の穴部18と蓋板20とが陽極接合され第１の穴部18が
蓋板20により密閉される（第２図（ｂ））。 次に、35wt％KOH溶液（70℃）でｎ型シリコン26をエ
ッチングし、P+端子部である蓋板20以外を選択的にエッ
チングする（第２図（ｃ））。 そして、ガラス基板16表面に第１の電極17とフィード
スルーを形成するための蓋板20の両面及び第１の穴部18
の内面とに各々金属薄膜としてアルミニウム（Al）を１
μｍと２μｍ蒸着又はスパッタリングする。すると、第
１の電極17と接続された第１のリード部19が形成される
（第２図（ｄ））。 シリコン基板11は大きさ20×20mm2,厚さ200μｍのｎ
型（100）（３〜５Ω・cm）シリコンを用いた。 シリコン基板11における基準圧室14の微小ギャップ及
び感圧ダイヤフラム部12のパターンを得るため、図示し
ない両面露光装置を用いてパターニングした後、35wt％
KOH溶液（80℃）でシリコン基板11をエッチングする
（第３図（ａ））。 次に、りん（Ｐ）を全面拡散（拡散深さ６μｍ）して
シリコン基板11の第２の電極13を形成した後、基準圧室
14側の近傍の一部を前述のKOH溶液で50μｍエッチング
する。この部分はガラス基板16に陽極接合されたP+端子
部である蓋板20がシリコン基板11に接触しないようにす
るための空間である（第３図（ｂ））。 そして、シリコン基板11の下面側には、後工程で感圧
ダイヤフラム部12を形成するためのエッチング（KOH溶
液による）のマスクとして、SiO2,SiNxをCVD法にて形成
する（第３図（ｃ））。 次に、上述の製作プロセスにて製作されたガラス基板
16とシリコン基板11との組み付けプロセスを説明する。 ガラス基板16とシリコン基板11とを陽極接合する。こ
の陽極接合時にガラス基板16とシリコン基板11の感圧ダ
イヤフラム部12が静電引力で接合したりしないように、
ガラス基板11側の第１の電極17と第１のリード部を介し
て電気的に接続されたアルミニウム（Al）端子（図示
略）とシリコン基板11の第２の電極13とを電気的に短絡
した。尚、ガラス基板11側のアルミニウム（Al）端子は
全チップ同時に短絡されるようにパターニングを工夫し
た。 この後、35wt％KOH溶液（70℃）で所望の感圧ダイヤ
フラム部13の厚さを得るようにシリコン基板11をエッチ
ングする。 次工程のダイシングする前に、上述したように、ガラ
ス基板16の第２の穴部21が基準圧室14の近傍となる部分
でシリコン基板11の不純物としてりん（Ｐ）を拡散した
拡散面15に対して明けられている。従って、上述の第１
の穴部18と同様に、第２の穴部21の内面に金属薄膜とし
てアルミニウム（Al）を蒸着又はスパッタリングするこ
とにより、シリコン基板11の第２の電極13と拡散面15を
介して電気的に接続された第２のリード部22が形成され
る。 そして、ダイシングでチップに分割した後、容量検出
用ICチップ29がガラス基板16上に載置されポリイミドで
接着される。 上述の製作プロセスにより、外部に引き出された第１
のリード部19及び第２のリード部22と容量検出用ICチッ
プ29の対応する各ランドとが金（Au）線をウエッジボン
ディングして接続され、第１図（ａ）〜（ｃ）に示され
た容量型圧力センサ10が構成される。 そして、第４図に示したように、容量型圧力センサ10
はその感圧ダイヤフラム部12に対応して貫通穴32が形成
された台座31に接合され更に、基台33に接合される。そ
の基台33に絶縁して配設された電極34と容量型圧力セン
サ10の対応した各ランドとが金（Au）線をウエッジボン
ディングして接続される。そして、最終的にTO−８ハー
メチックシール35にパッケージングされ圧力センサ30が
構成される。 この圧力センサ30においては、被測定圧力が基台33に
配設された圧力導入パイプ36より導入され台座31の貫通
穴32を通り、容量型圧力センサ10の感圧ダイヤフラム部
12に導かれることにより、その被測定圧力の絶対圧が測
定される。
ブリッド型圧力センサチップ）10を示した平面図であ
り、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った
縦断面図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）のＢ−Ｂ′線に
沿った縦断面図である。 11は被測定圧力を受ける感圧ダイヤフラム部12を有す
るシリコン基板である。16はそのシリコン基板11と結合
され、微小ギャップの基準圧室14を形成するガラス基板
である。 ガラス基板16の基準圧室14側には蒸着又はスパッタリ
ングにより金属薄膜から成る第１の電極17が形成されて
いる。又、ガラス基板16には基準圧室14の近傍にて第１
の穴部18及び第２の穴部21がそのガラス基板16を貫通し
て穴加工されている。その第１の穴部18の基準圧室14側
にはシリコン板で形成された蓋板20が接合され第１の穴
部18を密閉している。その蓋板20の第１の穴部18に面す
る面及び第１の穴部18の内面には蒸着又はスパッタリン
グにより金属薄膜から成る第１のリード部19が形成され
ている。従って、第１の電極17は蓋板20を介して第１の
リード部19と電気的に接続されている。 一方、シリコン基板11は全面に不純物が拡散され、そ
の感圧ダイヤフラム部12の基準圧室14側には第２の電極
13が形成されている。ここで、シリコン基板11とガラス
基板16との接合面に形成されたシリコン基板11表面の拡
散面15は、ガラス基板16に形成された第２の穴部21の位
置に対応し、シリコン基板11に形成された第２の電極13
と電気的に接続されている。従って、第２の穴部21の内
面に金属薄膜を蒸着又はスパッタリングして形成された
第２のリード部22は拡散面15を介して第２の電極13と接
続されることになる。 そして、ガラス基板16の上面にはインタフェース回路
である容量検出用ICチップ29が載置され接着されてい
る。その容量検出用ICチップ29の対応する各電極と第１
のリード部19及び第２のリード部22とがそれぞれ金（A
u）線をウエッジボンディングして接続されている。 尚、ガラス基板16に接合された蓋板20に対向したシリ
コン基板11部分はその蓋板20の突出に合わせて逃がして
あり、ガラス基板16の第１の電極17とシリコン基板11の
第２の電極13とは電気的に絶縁されている。 ここで、第１図におけるガラス基板16の製作プロセス
を示した第２図（ａ）〜（ｄ）及びシリコン基板11の製
作プロセスを示した第３図（ａ）〜（ｃ）を参照し、そ
れらの製作プロセスを説明する。 ガラス基板16は大きさ25×25mm2,厚さ300μｍでシリ
コンと熱膨張係数がほぼ等しく、陰極接合後の内部応力
を小さくできるパイレックスガラスを用いた。 接合し密封した上記基準圧室14の内部から電気配線を
取り出す部分（以下「フィードスルー」という）を形成
するため、ガラス基板16における基準圧室14の近傍とな
る部分に細長い第１の穴部18と図示しない第２の穴部21
とが加工精度の良好な電界放電加工法を用いて穴加工さ
れる。 そして、P+端子部とするシリコン板である蓋板20を次
のように加工する。蓋板20はｎ型（100）（３〜５Ω・c
m）シリコン26の一部に高濃度拡散源（ボロフィルムEmu
lsitone Co.製 Type B）を用いてボロンを拡散（濃度1
020cm-3以上の部分を15μｍ）し、周辺部以外で拡散さ
れていない部分を15μｍエッチングする（第２図
（ａ））。 次に、ガラス基板16と蓋板20及びｎ型シリコン26とを
陽極接合する。すると、上記穴加工したガラス基板16の
第１の穴部18と蓋板20とが陽極接合され第１の穴部18が
蓋板20により密閉される（第２図（ｂ））。 次に、35wt％KOH溶液（70℃）でｎ型シリコン26をエ
ッチングし、P+端子部である蓋板20以外を選択的にエッ
チングする（第２図（ｃ））。 そして、ガラス基板16表面に第１の電極17とフィード
スルーを形成するための蓋板20の両面及び第１の穴部18
の内面とに各々金属薄膜としてアルミニウム（Al）を１
μｍと２μｍ蒸着又はスパッタリングする。すると、第
１の電極17と接続された第１のリード部19が形成される
（第２図（ｄ））。 シリコン基板11は大きさ20×20mm2,厚さ200μｍのｎ
型（100）（３〜５Ω・cm）シリコンを用いた。 シリコン基板11における基準圧室14の微小ギャップ及
び感圧ダイヤフラム部12のパターンを得るため、図示し
ない両面露光装置を用いてパターニングした後、35wt％
KOH溶液（80℃）でシリコン基板11をエッチングする
（第３図（ａ））。 次に、りん（Ｐ）を全面拡散（拡散深さ６μｍ）して
シリコン基板11の第２の電極13を形成した後、基準圧室
14側の近傍の一部を前述のKOH溶液で50μｍエッチング
する。この部分はガラス基板16に陽極接合されたP+端子
部である蓋板20がシリコン基板11に接触しないようにす
るための空間である（第３図（ｂ））。 そして、シリコン基板11の下面側には、後工程で感圧
ダイヤフラム部12を形成するためのエッチング（KOH溶
液による）のマスクとして、SiO2,SiNxをCVD法にて形成
する（第３図（ｃ））。 次に、上述の製作プロセスにて製作されたガラス基板
16とシリコン基板11との組み付けプロセスを説明する。 ガラス基板16とシリコン基板11とを陽極接合する。こ
の陽極接合時にガラス基板16とシリコン基板11の感圧ダ
イヤフラム部12が静電引力で接合したりしないように、
ガラス基板11側の第１の電極17と第１のリード部を介し
て電気的に接続されたアルミニウム（Al）端子（図示
略）とシリコン基板11の第２の電極13とを電気的に短絡
した。尚、ガラス基板11側のアルミニウム（Al）端子は
全チップ同時に短絡されるようにパターニングを工夫し
た。 この後、35wt％KOH溶液（70℃）で所望の感圧ダイヤ
フラム部13の厚さを得るようにシリコン基板11をエッチ
ングする。 次工程のダイシングする前に、上述したように、ガラ
ス基板16の第２の穴部21が基準圧室14の近傍となる部分
でシリコン基板11の不純物としてりん（Ｐ）を拡散した
拡散面15に対して明けられている。従って、上述の第１
の穴部18と同様に、第２の穴部21の内面に金属薄膜とし
てアルミニウム（Al）を蒸着又はスパッタリングするこ
とにより、シリコン基板11の第２の電極13と拡散面15を
介して電気的に接続された第２のリード部22が形成され
る。 そして、ダイシングでチップに分割した後、容量検出
用ICチップ29がガラス基板16上に載置されポリイミドで
接着される。 上述の製作プロセスにより、外部に引き出された第１
のリード部19及び第２のリード部22と容量検出用ICチッ
プ29の対応する各ランドとが金（Au）線をウエッジボン
ディングして接続され、第１図（ａ）〜（ｃ）に示され
た容量型圧力センサ10が構成される。 そして、第４図に示したように、容量型圧力センサ10
はその感圧ダイヤフラム部12に対応して貫通穴32が形成
された台座31に接合され更に、基台33に接合される。そ
の基台33に絶縁して配設された電極34と容量型圧力セン
サ10の対応した各ランドとが金（Au）線をウエッジボン
ディングして接続される。そして、最終的にTO−８ハー
メチックシール35にパッケージングされ圧力センサ30が
構成される。 この圧力センサ30においては、被測定圧力が基台33に
配設された圧力導入パイプ36より導入され台座31の貫通
穴32を通り、容量型圧力センサ10の感圧ダイヤフラム部
12に導かれることにより、その被測定圧力の絶対圧が測
定される。
本発明の第１の効果としては、ガラス基板の基準圧室
の近傍にてそのガラス基板を貫通して明けられた第１の
穴部と、その第１の穴部を基準圧室側から密閉するシリ
コン板で形成され第１の電極と電気的に接続された蓋板
と、その蓋板の第１の穴部に面する面及び第１の穴部の
内面に形成された金属薄膜から成りガラス基板表面に形
成された第１の電極と接続された第１のリード部とを備
えており、第１のリード部と蓋部とを介して、容量型圧
力センサのガラス基板の第１の電極が外部と接続され
る。 本発明においては、従来の金属リードを使用しないの
で、基準圧室の密封が完全でリークが発生することがな
い絶対圧測定用の容量型圧力センサを得ることができ
る。 又、従来の拡散リードを使用しないので、寄生容量を
極めて小さくでき、感度が低下或いは感度特性が非直線
性となる等の性能劣化が防止できる。 第２の効果としては、第１の発明の構成に加えて、ガ
ラス基板の基準圧室の近傍にてそのガラス基板を貫通し
て明けられた第２の穴部と、両基板の接合面に形成され
第２の電極と拡散により電気的に接続された拡散面と、
第２の穴部の内面に形成された金属薄膜から成り拡散面
を介して第２の電極と接続された第２のリード部とを備
えており、第２のリード部と拡散面とを介して、容量型
圧力センサのシリコン基板の第２の電極が外部と接続さ
れる。 本発明においては、第１の効果に加えて、従来のよう
に、基準圧室から両基板の接合面を通過して両基板のう
ち一方の基板を延長した位置にボンディング用ランド部
等を形成する必要がないので、容量型圧力センサの外形
寸法を小さくできるという効果がある。
の近傍にてそのガラス基板を貫通して明けられた第１の
穴部と、その第１の穴部を基準圧室側から密閉するシリ
コン板で形成され第１の電極と電気的に接続された蓋板
と、その蓋板の第１の穴部に面する面及び第１の穴部の
内面に形成された金属薄膜から成りガラス基板表面に形
成された第１の電極と接続された第１のリード部とを備
えており、第１のリード部と蓋部とを介して、容量型圧
力センサのガラス基板の第１の電極が外部と接続され
る。 本発明においては、従来の金属リードを使用しないの
で、基準圧室の密封が完全でリークが発生することがな
い絶対圧測定用の容量型圧力センサを得ることができ
る。 又、従来の拡散リードを使用しないので、寄生容量を
極めて小さくでき、感度が低下或いは感度特性が非直線
性となる等の性能劣化が防止できる。 第２の効果としては、第１の発明の構成に加えて、ガ
ラス基板の基準圧室の近傍にてそのガラス基板を貫通し
て明けられた第２の穴部と、両基板の接合面に形成され
第２の電極と拡散により電気的に接続された拡散面と、
第２の穴部の内面に形成された金属薄膜から成り拡散面
を介して第２の電極と接続された第２のリード部とを備
えており、第２のリード部と拡散面とを介して、容量型
圧力センサのシリコン基板の第２の電極が外部と接続さ
れる。 本発明においては、第１の効果に加えて、従来のよう
に、基準圧室から両基板の接合面を通過して両基板のう
ち一方の基板を延長した位置にボンディング用ランド部
等を形成する必要がないので、容量型圧力センサの外形
寸法を小さくできるという効果がある。
第１図（ａ）は本発明の具体的な一実施例に係る容量型
圧力センサを示した平面図。第１図（ｂ）は第１図
（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った縦断面図。第１図（ｃ）は
第１図（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った縦断面図。第２図
（ａ）〜（ｄ）は同実施例に係る容量型圧力センサのガ
ラス基板の製作プロセスを示した縦断面図。第３図
（ａ）〜（ｃ）は同実施例に係る容量型圧力センサのシ
リコン基板の製作プロセスを示した縦断面図。第４図は
同実施例に係る容量型圧力センサを使用してTO−８ハー
メチックシールにパッケージングされた圧力センサを示
した縦断面図。第５図（ａ）は従来の拡散リードを用い
た容量型圧力センサを示した平面図。第５図（ｂ）は第
５図（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った縦断面図。第５図
（ｃ）は第５図（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った縦断面図。
第６図（ａ）は従来の金属リードを用いた容量型圧力セ
ンサを示した平面図。第６図（ｂ）は第６図（ａ）のＡ
−Ａ′線に沿った縦断面図。第６図（ｃ）は第６図
（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った縦断面図である。 10……容量型圧力センサ（ハイブリッド型圧力センサチ
ップ） 11……シリコン基板、12……感圧ダイヤフラム部 13……第２の電極、14……基準圧室 16……ガラス基板、15……拡散面 17……第１の電極、18……第１の穴部 19……第１のリード部、20……蓋板 21……第２の穴部、22……第２のリード部 29……容量検出用ICチップ
圧力センサを示した平面図。第１図（ｂ）は第１図
（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った縦断面図。第１図（ｃ）は
第１図（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った縦断面図。第２図
（ａ）〜（ｄ）は同実施例に係る容量型圧力センサのガ
ラス基板の製作プロセスを示した縦断面図。第３図
（ａ）〜（ｃ）は同実施例に係る容量型圧力センサのシ
リコン基板の製作プロセスを示した縦断面図。第４図は
同実施例に係る容量型圧力センサを使用してTO−８ハー
メチックシールにパッケージングされた圧力センサを示
した縦断面図。第５図（ａ）は従来の拡散リードを用い
た容量型圧力センサを示した平面図。第５図（ｂ）は第
５図（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った縦断面図。第５図
（ｃ）は第５図（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った縦断面図。
第６図（ａ）は従来の金属リードを用いた容量型圧力セ
ンサを示した平面図。第６図（ｂ）は第６図（ａ）のＡ
−Ａ′線に沿った縦断面図。第６図（ｃ）は第６図
（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った縦断面図である。 10……容量型圧力センサ（ハイブリッド型圧力センサチ
ップ） 11……シリコン基板、12……感圧ダイヤフラム部 13……第２の電極、14……基準圧室 16……ガラス基板、15……拡散面 17……第１の電極、18……第１の穴部 19……第１のリード部、20……蓋板 21……第２の穴部、22……第２のリード部 29……容量検出用ICチップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 富夫 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田 工機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−190627（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−253627（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−29629（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−503001（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 9/12 G01L 13/06
Claims (2)
- 【請求項１】被測定圧力を受けて変位する感圧ダイヤフ
ラム部の形成されたシリコン基板とそのシリコン基板と
接合されるガラス基板と前記両基板の接合面の内部であ
って前記感圧ダイヤフラム部の形成された位置に対応す
る位置に密封されて形成され、測定圧の基準値を与える
微小ギャップの基準圧室とその基準圧室の前記両基板の
対向する位置にて前記ガラス基板表面に金属薄膜により
形成された第１の電極と前記シリコン基板表面に不純物
拡散により形成された第２の電極とから成り、前記電極
間の容量の変化により圧力を測定する容量型圧力センサ
において、 前記ガラス基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガラス基
板を貫通して明けられた第１の穴部と、 前記第１の穴部を前記基準圧室側から密閉するシリコン
板で形成され前記第１の電極と電気的に接続された蓋板
と、 前記蓋板の前記第１の穴部に面する面及び前記第１の穴
部の内面に形成された金属薄膜から成り第１の電極と接
続された第１のリード部と を備えたことを特徴とする容量型圧力センサ。 - 【請求項２】被測定圧力を受けて変位する感圧ダイヤフ
ラム部の形成されたシリコン基板とそのシリコン基板と
接合されるガラス基板と前記両基板の接合面の内部であ
って前記感圧ダイヤフラム部の形成された位置に対応す
る位置に密封されて形成され、測定圧の基準値を与える
微小ギャップの基準圧室とその基準圧室の前記両基板の
対向する位置にて前記ガラス基板表面に金属薄膜により
形成された第１の電極と前記シリコン基板表面に不純物
拡散により形成された第２の電極とから成り、前記電極
間の容量の変化により圧力を測定する容量型圧力センサ
において、 前記ガラス基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガラス基
板を貫通して明けられた第１の穴部と、 前記第１の穴部を前記基準圧室側から密閉するシリコン
板で形成され前記第１の電極と電気的に接続された蓋板
と、 前記蓋板の前記第１の穴部に面する面及び前記第１の穴
部の内面に形成された金属薄膜から成り第１の電極と接
続された第１のリード部と、 前記ガラス基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガラス基
板を貫通して明けられた第２の穴部と、 前記シリコン基板の前記ガラス基板との接合面に形成さ
れ前記第２の電極と拡散により電気的に接続された拡散
面と、 前記第２の穴部の内面に形成された金属薄膜から成り前
記拡散面を介して前記第２の電極と接続された第２のリ
ード部と を備えたことを特徴とする容量型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11420590A JP2772111B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 容量型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11420590A JP2772111B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 容量型圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH049727A JPH049727A (ja) | 1992-01-14 |
| JP2772111B2 true JP2772111B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=14631844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11420590A Expired - Lifetime JP2772111B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 容量型圧力センサ |
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|---|---|
| JP (1) | JP2772111B2 (ja) |
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| US7319581B2 (en) | 2004-12-17 | 2008-01-15 | Alps Electric Co., Ltd. | Capacitive pressure sensor |
| US7535096B2 (en) | 2004-07-02 | 2009-05-19 | Alps Electric Co., Ltd. | Glass substrate and capacitance-type pressure sensor using the same |
| JP2010032220A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-12 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 半導体装置の電極取り出し構造 |
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| JP2000186931A (ja) | 1998-12-21 | 2000-07-04 | Murata Mfg Co Ltd | 小型電子部品及びその製造方法並びに該小型電子部品に用いるビアホールの成形方法 |
| JP2002323394A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Kyocera Corp | 圧力検出装置用パッケージ |
| JP4863569B2 (ja) * | 2001-04-26 | 2012-01-25 | 京セラ株式会社 | 圧力検出装置用パッケージ |
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-
1990
- 1990-04-27 JP JP11420590A patent/JP2772111B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JPH049727A (ja) | 1992-01-14 |
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