JP3240901B2 - 静電容量型センサ - Google Patents
静電容量型センサInfo
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- JP3240901B2 JP3240901B2 JP35125195A JP35125195A JP3240901B2 JP 3240901 B2 JP3240901 B2 JP 3240901B2 JP 35125195 A JP35125195 A JP 35125195A JP 35125195 A JP35125195 A JP 35125195A JP 3240901 B2 JP3240901 B2 JP 3240901B2
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- semiconductor substrate
- substrate
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Description
【０００１】
【技術分野】この発明は，静電容量に基づいて圧力，振
動，加速度，その他の物理量を検出する静電容量型セン
サに関する。
動，加速度，その他の物理量を検出する静電容量型セン
サに関する。
【０００２】
【背景技術】静電容量型センサには，空気や液体などの
流体の圧力を検出する圧力センサや，加速度，振動等を
検出する加速度センサがある。
流体の圧力を検出する圧力センサや，加速度，振動等を
検出する加速度センサがある。
【０００３】図１０は従来の静電容量型半導体圧力セン
サを示す一部切り欠き平面図，図１１は図１０のXI−XI
線にそう断面図，図１２は図１０の XII− XII線にそう
断面図である。図１１および図１２において，作図の便
宜上および理解の容易のため肉厚（特に電極，絶縁膜の
肉厚）が実際よりも厚く強調して描かれている。
サを示す一部切り欠き平面図，図１１は図１０のXI−XI
線にそう断面図，図１２は図１０の XII− XII線にそう
断面図である。図１１および図１２において，作図の便
宜上および理解の容易のため肉厚（特に電極，絶縁膜の
肉厚）が実際よりも厚く強調して描かれている。
【０００４】静電容量型圧力センサは，シリコン半導体
基板101 とガラス等の絶縁性材料から形成される固定基
板102 とを陽極接合することによって構成される。
基板101 とガラス等の絶縁性材料から形成される固定基
板102 とを陽極接合することによって構成される。
【０００５】シリコン半導体基板101 には，その下面
（図１１および図１２において）を，エッチングによっ
て削り取ることにより薄肉のダイアフラム103 が形成さ
れている。半導体基板101 の上面には，ダイアフラム10
3 に対応する箇所に円形の凹部106 が形成されている。
また，半導体基板101 の上面の右端部に，ワイヤボンデ
ィング・パッド110 および113 を配置するための段部10
4 が形成されている。さらに半導体基板101 の上面に
は，凹部106 から段部104 へ通じる直線状の配線用溝10
7 が形成されている。シリコン半導体基板101 は導電性
を示すので，ダイアフラム103 は可動電極として働く。
（図１１および図１２において）を，エッチングによっ
て削り取ることにより薄肉のダイアフラム103 が形成さ
れている。半導体基板101 の上面には，ダイアフラム10
3 に対応する箇所に円形の凹部106 が形成されている。
また，半導体基板101 の上面の右端部に，ワイヤボンデ
ィング・パッド110 および113 を配置するための段部10
4 が形成されている。さらに半導体基板101 の上面に
は，凹部106 から段部104 へ通じる直線状の配線用溝10
7 が形成されている。シリコン半導体基板101 は導電性
を示すので，ダイアフラム103 は可動電極として働く。
【０００６】一方，固定基板102 のダイアフラム（可動
電極）103 に対向する面（固定基板102 の下面）には，
アルミニウム等を蒸着することによって固定電極105 が
形成されている。固定電極105 の一部から細長い接続電
極108 が外方に向って延びている。この接続電極108 は
配線用溝107 に対応する位置において固定基板102 の下
面に形成されている。
電極）103 に対向する面（固定基板102 の下面）には，
アルミニウム等を蒸着することによって固定電極105 が
形成されている。固定電極105 の一部から細長い接続電
極108 が外方に向って延びている。この接続電極108 は
配線用溝107 に対応する位置において固定基板102 の下
面に形成されている。
【０００７】半導体基板101 の段部104 の上面に絶縁膜
109 が形成され，この絶縁膜109 上に固定電極用ワイヤ
ボンディング・パッド110 が形成されている。固定電極
ワイヤボンディング・パッド110 の一部から細長い接続
電極111 が配線用溝107 を通して凹部106 の方向に延び
ている。接続電極108 および111 は配線用溝107 の側面
に接触しないように，配線用溝107 よりも幅がやや狭く
形成されている。
109 が形成され，この絶縁膜109 上に固定電極用ワイヤ
ボンディング・パッド110 が形成されている。固定電極
ワイヤボンディング・パッド110 の一部から細長い接続
電極111 が配線用溝107 を通して凹部106 の方向に延び
ている。接続電極108 および111 は配線用溝107 の側面
に接触しないように，配線用溝107 よりも幅がやや狭く
形成されている。
【０００８】シリコン半導体基板101 と固定基板102 と
を陽極接合するときに，接続電極108 の先端部と接続電
極111 の先端部と（これらの先端部はインターコネクテ
ィング・パッドと呼ばれる）が，配線用溝107 内におい
て圧着される。これにより，固定電極105 と固定電極用
ワイヤボンディング・パッド110 が電気的に接続され
る。
を陽極接合するときに，接続電極108 の先端部と接続電
極111 の先端部と（これらの先端部はインターコネクテ
ィング・パッドと呼ばれる）が，配線用溝107 内におい
て圧着される。これにより，固定電極105 と固定電極用
ワイヤボンディング・パッド110 が電気的に接続され
る。
【０００９】半導体基板101 と固定基板102 とが陽極接
合されたのち，固定基板102 の右端部（鎖線102aで示
す）がダイシングによって切断される。
合されたのち，固定基板102 の右端部（鎖線102aで示
す）がダイシングによって切断される。
【００１０】絶縁膜109 にシリコン半導体基板101 に通
じる穴112 が形成され，穴112 内に可動電極用ワイヤボ
ンディング・パッド113 が形成されている。固定電極10
5 および可動電極103 はワイヤボンディング・パッド11
0 および113 上にボンディングされたワイヤ（図示略）
をそれぞれ通して外部の静電容量計測回路（圧力検出回
路；図示略）に接続される。
じる穴112 が形成され，穴112 内に可動電極用ワイヤボ
ンディング・パッド113 が形成されている。固定電極10
5 および可動電極103 はワイヤボンディング・パッド11
0 および113 上にボンディングされたワイヤ（図示略）
をそれぞれ通して外部の静電容量計測回路（圧力検出回
路；図示略）に接続される。
【００１１】半導体基板101 に形成された凹部106 が圧
力検出用間隙（センサ・ギャップ）を形成し，このギャ
ップを挟んで固定電極105 と可動電極103 とが対向して
いる。凹部106 内には配線用溝107 を通して大気が導入
されている。
力検出用間隙（センサ・ギャップ）を形成し，このギャ
ップを挟んで固定電極105 と可動電極103 とが対向して
いる。凹部106 内には配線用溝107 を通して大気が導入
されている。
【００１２】測定すべき圧力はダイアフラム103 に加え
られる。加えられる被測定圧力に応じてダイアフラム
（可動電極）103 が上下方向に変位（振動）する。可動
電極103 と固定電極105 との間の間隙が変化することに
よりこれらの電極103 ，105 間の静電容量Ｃが変化す
る。この静電容量Ｃの変化または静電容量Ｃの逆数１／
Ｃの変化（一般的には逆数１／Ｃがセンサ出力として用
いられる）が静電容量測定回路において圧力を表わす信
号に変換される。
られる。加えられる被測定圧力に応じてダイアフラム
（可動電極）103 が上下方向に変位（振動）する。可動
電極103 と固定電極105 との間の間隙が変化することに
よりこれらの電極103 ，105 間の静電容量Ｃが変化す
る。この静電容量Ｃの変化または静電容量Ｃの逆数１／
Ｃの変化（一般的には逆数１／Ｃがセンサ出力として用
いられる）が静電容量測定回路において圧力を表わす信
号に変換される。
【００１３】このような構造の従来の静電容量型圧力セ
ンサには，以下のような問題点があった。
ンサには，以下のような問題点があった。
【００１４】（１）ウエハをダイシングによって複数の
圧力センサ・チップに分割したり，固定基板102 の一部
102aをダイシングによって切取るとき，および圧力セン
サの使用時に，配線用溝107 からダイシングかすや塵埃
がセンサ・ギャップ106 内に入り込み，ダイアフラム10
3 の変位を妨げるので，センサ特性が劣化する。
圧力センサ・チップに分割したり，固定基板102 の一部
102aをダイシングによって切取るとき，および圧力セン
サの使用時に，配線用溝107 からダイシングかすや塵埃
がセンサ・ギャップ106 内に入り込み，ダイアフラム10
3 の変位を妨げるので，センサ特性が劣化する。
【００１５】（２）凹部106 を形成するためのエッチン
グ工程と段部104 を形成するためのエッチング工程とが
別個に行なわれるため，マスク・パターニングのずれ等
によって二重にエッチングされる領域が生じることがあ
る（配線用溝107 内の段部114 ）。このような段部114
があると，半導体基板101 と固定基板102 とを陽極接合
するときに，段部114 の角に電界が集中し，これによる
放電のために固定電極105 の一部の破壊，接続電極108
，111 の断線が生じたり，シリコン半導体基板101 の
表面に突起が生じたりすることがある。
グ工程と段部104 を形成するためのエッチング工程とが
別個に行なわれるため，マスク・パターニングのずれ等
によって二重にエッチングされる領域が生じることがあ
る（配線用溝107 内の段部114 ）。このような段部114
があると，半導体基板101 と固定基板102 とを陽極接合
するときに，段部114 の角に電界が集中し，これによる
放電のために固定電極105 の一部の破壊，接続電極108
，111 の断線が生じたり，シリコン半導体基板101 の
表面に突起が生じたりすることがある。
【００１６】（３）固定基板102 との接合面以外の部分
（符号115 で示す）でシリコン半導体基板101 の一部が
露出しているため，この露出部分とワイヤボンディング
・パッド110 との間にリーク電流が流れ，特に高湿状態
における容量不安定の原因となる。
（符号115 で示す）でシリコン半導体基板101 の一部が
露出しているため，この露出部分とワイヤボンディング
・パッド110 との間にリーク電流が流れ，特に高湿状態
における容量不安定の原因となる。
【００１７】（４）センサ電極（特に固定電極105 ）と
ワイヤボンディング・パッド110 との間に接続電極108
，111 が直線状にのびているので，センサ・チップの
サイズが大きくなる。
ワイヤボンディング・パッド110 との間に接続電極108
，111 が直線状にのびているので，センサ・チップの
サイズが大きくなる。
【００１８】
【発明の開示】この発明は，センサ・ギャップ内に塵埃
が入りにくい構造の静電容量型センサを提供することを
目的とする。
が入りにくい構造の静電容量型センサを提供することを
目的とする。
【００１９】この発明はまた，静電容量型センサの小型
化が可能な構造を提供することを目的とする。
化が可能な構造を提供することを目的とする。
【００２０】この発明はさらに，半導体基板の露出した
面に流れるリーク電流の発生を防止することを目的とす
る。
面に流れるリーク電流の発生を防止することを目的とす
る。
【００２１】さらにこの発明は半導体基板と固定電極と
を陽極接合するときに電極の破壊，断線等を生じないよ
うにするものである。
を陽極接合するときに電極の破壊，断線等を生じないよ
うにするものである。
【００２２】この発明による静電容量型センサは，半導
体基板と固定基板とが接合され，上記半導体基板と上記
固定基板との間に検出用間隙が形成され，上記検出用間
隙内において，上記半導体基板の一部が可動電極とな
り，上記固定基板には固定電極が上記可動電極に対向す
る位置に形成され，上記半導体基板および上記固定基板
のいずれか一方に固定電極用パッドが形成され，上記半
導体基板および上記固定基板の少なくともいずれか一方
に，上記検出用間隙から上記固定電極用パッドの方向に
向う配線用溝が形成され，上記配線用溝内に溝壁との間
に間隙をあけて，上記固定電極を上記固定電極用パッド
に接続するための接続電極が設けられているものであ
る。
体基板と固定基板とが接合され，上記半導体基板と上記
固定基板との間に検出用間隙が形成され，上記検出用間
隙内において，上記半導体基板の一部が可動電極とな
り，上記固定基板には固定電極が上記可動電極に対向す
る位置に形成され，上記半導体基板および上記固定基板
のいずれか一方に固定電極用パッドが形成され，上記半
導体基板および上記固定基板の少なくともいずれか一方
に，上記検出用間隙から上記固定電極用パッドの方向に
向う配線用溝が形成され，上記配線用溝内に溝壁との間
に間隙をあけて，上記固定電極を上記固定電極用パッド
に接続するための接続電極が設けられているものであ
る。
【００２３】この静電容量型センサは圧力センサ，加速
度（振動）センサ等として用いられる。圧力センサの場
合には，上記半導体基板に，上記検出用間隙の部分おい
て，加えられる圧力によって変形するダイアフラムが形
成される。加速度センサの場合には，上記半導体基板
に，上記検出用間隙の部分において，加えられる加速度
または振動に応じて変位するウエイトが設けられよう。
度（振動）センサ等として用いられる。圧力センサの場
合には，上記半導体基板に，上記検出用間隙の部分おい
て，加えられる圧力によって変形するダイアフラムが形
成される。加速度センサの場合には，上記半導体基板
に，上記検出用間隙の部分において，加えられる加速度
または振動に応じて変位するウエイトが設けられよう。
【００２４】上記固定基板はガラス等の絶縁性基板でも
よいし，半導体基板でもよい。固定基板が半導体基板の
場合には半導体基板の一部が上記固定電極として働くこ
とになろう。
よいし，半導体基板でもよい。固定基板が半導体基板の
場合には半導体基板の一部が上記固定電極として働くこ
とになろう。
【００２５】この発明の第１の特徴は，上記配線用溝の
一部に狭窄構造が形成されていることである。
一部に狭窄構造が形成されていることである。
【００２６】上記狭窄構造は，例えば上記配線用溝の内
面に絶縁膜を設けることによって形成される。
面に絶縁膜を設けることによって形成される。
【００２７】接続電極が設けられる配線用溝の一部が狭
窄構造となっているので，ダイシング加工時やセンサの
使用する時に，配線用溝からダイシングかすや塵埃が検
出用間隙（センサ・ギャップ）内に入り込むことを防ぐ
ことができる。
窄構造となっているので，ダイシング加工時やセンサの
使用する時に，配線用溝からダイシングかすや塵埃が検
出用間隙（センサ・ギャップ）内に入り込むことを防ぐ
ことができる。
【００２８】この発明の第２の特徴は，上記配線用溝が
ほぼ直角に滑らかに曲っていることである。
ほぼ直角に滑らかに曲っていることである。
【００２９】上記配線用溝を上記固定電極用パッドに向
って直線状に形成するのではなく，検出用間隙から側方
に延ばしほぼ直角に曲げて上記固定電極用パッドに向わ
せることができるので，基板上の不要なスペースを利用
して配線用溝を設け，かつその長さを必要な程度に長く
することができる。これによってセンサの小型化が可能
となる。また，とくに，次に述べるように，２つの電極
を圧着することにより上記接続電極を形成する場合に
は，これらの電極を配置しかつ圧着するための長さを充
分に確保することができる。
って直線状に形成するのではなく，検出用間隙から側方
に延ばしほぼ直角に曲げて上記固定電極用パッドに向わ
せることができるので，基板上の不要なスペースを利用
して配線用溝を設け，かつその長さを必要な程度に長く
することができる。これによってセンサの小型化が可能
となる。また，とくに，次に述べるように，２つの電極
を圧着することにより上記接続電極を形成する場合に
は，これらの電極を配置しかつ圧着するための長さを充
分に確保することができる。
【００３０】この発明の一実施態様では，上記接続電極
が，上記固定電極の一部から上記配線用溝内を通って上
記ワイヤボンディング・パッドの方向に延びる第１の接
続電極と，上記ワイヤボンディング・パッドから上記配
線用溝を通って上記固定電極の方向に延びる第２の接続
電極とから構成され，上記第１の接続電極と上記第２の
接続電極が上記配線用溝内で圧着されている。
が，上記固定電極の一部から上記配線用溝内を通って上
記ワイヤボンディング・パッドの方向に延びる第１の接
続電極と，上記ワイヤボンディング・パッドから上記配
線用溝を通って上記固定電極の方向に延びる第２の接続
電極とから構成され，上記第１の接続電極と上記第２の
接続電極が上記配線用溝内で圧着されている。
【００３１】この発明の第３の特徴は，上記配線用溝が
上記半導体基板に形成され，上記配線用溝の底面に絶縁
膜が形成されていることである。この特徴は特に，上記
配線用溝が少なくとも２つの深さの異なる部分を有して
いる場合に有効であり，上記絶縁膜によって上記深さの
異なる部分の境界を滑らかに連続させることができる。
上記半導体基板に形成され，上記配線用溝の底面に絶縁
膜が形成されていることである。この特徴は特に，上記
配線用溝が少なくとも２つの深さの異なる部分を有して
いる場合に有効であり，上記絶縁膜によって上記深さの
異なる部分の境界を滑らかに連続させることができる。
【００３２】半導体基板と固定基板とを陽極接合すると
きに，配線用溝の各部に電界が集中することが防止され
る。したがって，電界の集中，放電に起因して半導体基
板の表面に突起が生じたり，電極が破壊したり，接続電
極が断線したりすることを未然に防止できる。
きに，配線用溝の各部に電界が集中することが防止され
る。したがって，電界の集中，放電に起因して半導体基
板の表面に突起が生じたり，電極が破壊したり，接続電
極が断線したりすることを未然に防止できる。
【００３３】この発明の第４の特徴は，上記半導体基板
の上記固定電極と接合している側において外部に露出し
ている部分の表面が絶縁膜で覆われていることである。
の上記固定電極と接合している側において外部に露出し
ている部分の表面が絶縁膜で覆われていることである。
【００３４】この特徴は特に，半導体基板が固定基板と
の接合部分よりも突出した部分を有し，この突出部分が
固定基板の接合部分よりも薄く形成された段部であって
この段部にのぞむ半導体基板の切断面が露出している場
合に有効であり，この露出した切断面に絶縁膜が形成さ
れる。
の接合部分よりも突出した部分を有し，この突出部分が
固定基板の接合部分よりも薄く形成された段部であって
この段部にのぞむ半導体基板の切断面が露出している場
合に有効であり，この露出した切断面に絶縁膜が形成さ
れる。
【００３５】半導体基板が露出している部分に絶縁膜が
形成されているので，半導体基板と固定電極用パッドと
の間に生ずるリーク電流の発生を防止することができ，
センサの誤作動が減少する。
形成されているので，半導体基板と固定電極用パッドと
の間に生ずるリーク電流の発生を防止することができ，
センサの誤作動が減少する。
【００３６】
【実施例】図１は静電容量型圧力センサの分解斜視図，
図２は一部切り欠き拡大平面図，図３は図２のIII −II
I 線にそう断面図，図４は図２のIV−IV線にそう断面
図，図５は図２のＶ−Ｖ線にそう断面図である。図６か
ら図９はシリコン半導体基板上に絶縁膜を形成するプロ
セスを示す拡大斜視図で，図６はシリコン半導体基板を
エッチングした状態を，図７はこのシリコン半導体基板
上に第１の絶縁膜を形成した状態を，図８は第２の絶縁
膜を形成した状態を，図９は第３の絶縁膜を形成した状
態をそれぞれ表している。これらの図において，分りや
すくするために厚さ方向がかなり拡大されて示されてい
る。
図２は一部切り欠き拡大平面図，図３は図２のIII −II
I 線にそう断面図，図４は図２のIV−IV線にそう断面
図，図５は図２のＶ−Ｖ線にそう断面図である。図６か
ら図９はシリコン半導体基板上に絶縁膜を形成するプロ
セスを示す拡大斜視図で，図６はシリコン半導体基板を
エッチングした状態を，図７はこのシリコン半導体基板
上に第１の絶縁膜を形成した状態を，図８は第２の絶縁
膜を形成した状態を，図９は第３の絶縁膜を形成した状
態をそれぞれ表している。これらの図において，分りや
すくするために厚さ方向がかなり拡大されて示されてい
る。
【００３７】静電容量型圧力センサは，ガラス等の絶縁
性材料から形成される固定基板10と導電性のあるシリコ
ン半導体基板20とが陽極接合されることによって構成さ
れている（後述するように，シリコン半導体基板20に形
成された第３の絶縁膜30は，シリコン半導体基板20の固
定基板10との接合面にわずかにはみ出て形成されている
が，両基板10，20の陽極接合に影響を与えるほどの広さ
および厚さをもつものではない）。
性材料から形成される固定基板10と導電性のあるシリコ
ン半導体基板20とが陽極接合されることによって構成さ
れている（後述するように，シリコン半導体基板20に形
成された第３の絶縁膜30は，シリコン半導体基板20の固
定基板10との接合面にわずかにはみ出て形成されている
が，両基板10，20の陽極接合に影響を与えるほどの広さ
および厚さをもつものではない）。
【００３８】シリコン半導体基板20の下面の一部が円錐
台状に切除されることにより，半導体基板20には円形の
ダイアフラム（薄肉部）21が形成されている。ダイアフ
ラム21は他の形状，たとえば矩形でもよい。弾性を有す
るダイアフラム21は，その下面から被測定圧力を受ける
と上下方向に変位（振動）する。ダイアフラム21はシリ
コンによって形成されているため導電性を有し，可動電
極として働く。
台状に切除されることにより，半導体基板20には円形の
ダイアフラム（薄肉部）21が形成されている。ダイアフ
ラム21は他の形状，たとえば矩形でもよい。弾性を有す
るダイアフラム21は，その下面から被測定圧力を受ける
と上下方向に変位（振動）する。ダイアフラム21はシリ
コンによって形成されているため導電性を有し，可動電
極として働く。
【００３９】シリコン半導体基板20のダイアフラム21が
形成されている部分の上部には，後述する固定電極11と
ダイアフラム21との間に検出用間隙（センサ・ギャッ
プ）を形成するための凹所22が形成されている。また，
シリコン半導体基板20の端部にはワイヤボンディング・
パッド31，35を設けるための段部24が形成されている。
形成されている部分の上部には，後述する固定電極11と
ダイアフラム21との間に検出用間隙（センサ・ギャッ
プ）を形成するための凹所22が形成されている。また，
シリコン半導体基板20の端部にはワイヤボンディング・
パッド31，35を設けるための段部24が形成されている。
【００４０】さらにシリコン半導体基板20には凹部22と
段部24とをつなぐ配線用溝23が形成されている。配線用
溝23は，凹所22の一部から段部24に平行に延び，途中で
弧を描くようにして垂直方向にゆるやかに曲がり，段部
24へ向かっている。
段部24とをつなぐ配線用溝23が形成されている。配線用
溝23は，凹所22の一部から段部24に平行に延び，途中で
弧を描くようにして垂直方向にゆるやかに曲がり，段部
24へ向かっている。
【００４１】ダイアフラム21の側方のデッド・スペース
に配線用溝23を形成することによって，凹所22と段部24
との間の間隙Ｌ（図２参照）狭くすることができるの
で，センサの小型化が可能となる。また配線用溝23の曲
げ部分を直角に曲げるのではなく，ゆるやかな円弧状を
描くように曲げており，この配線用溝23にそって後述す
る接続電極12，32を設けているので，固定基板10とシリ
コン半導体基板20を陽極接合するときに曲げ部分に電界
が過度に集中することがない。
に配線用溝23を形成することによって，凹所22と段部24
との間の間隙Ｌ（図２参照）狭くすることができるの
で，センサの小型化が可能となる。また配線用溝23の曲
げ部分を直角に曲げるのではなく，ゆるやかな円弧状を
描くように曲げており，この配線用溝23にそって後述す
る接続電極12，32を設けているので，固定基板10とシリ
コン半導体基板20を陽極接合するときに曲げ部分に電界
が過度に集中することがない。
【００４２】固定基板10のダイアフラム21に対向する面
に凹所22を形成するようにしてもよい。この場合，配線
用溝23も固定基板10に形成されることになろう。
に凹所22を形成するようにしてもよい。この場合，配線
用溝23も固定基板10に形成されることになろう。
【００４３】これらの凹所22および段部24は，好ましく
はアルカリ系エッチング液を用いたウエット・エッチン
グ，またはガスプラズマ等を用いたドライ・エッチング
によって２回に分けて形成される。
はアルカリ系エッチング液を用いたウエット・エッチン
グ，またはガスプラズマ等を用いたドライ・エッチング
によって２回に分けて形成される。
【００４４】図６を参照して，第１のエッチング処理に
よってシリコン半導体基板20の上面から，段部24および
配線用溝23の段部24側の半分の領域23ａが深く削り取ら
れる。つぎに第２のエッチング処理によって，凹所22お
よび配線用溝23の凹所22側の半分の領域23ｂが浅く削り
取られる。配線用溝23内にはエッチング・マスクの位置
ずれ等に起因して二重にエッチングされる領域（段部2
5）が形成されることがありうる。
よってシリコン半導体基板20の上面から，段部24および
配線用溝23の段部24側の半分の領域23ａが深く削り取ら
れる。つぎに第２のエッチング処理によって，凹所22お
よび配線用溝23の凹所22側の半分の領域23ｂが浅く削り
取られる。配線用溝23内にはエッチング・マスクの位置
ずれ等に起因して二重にエッチングされる領域（段部2
5）が形成されることがありうる。
【００４５】さらに水酸化カリウム溶液を用いた第３の
ウエット・エッチング処理によって，半導体基板20の凹
所22の裏側に相当する部分が深く削り取られ，薄肉のダ
イアフラム21が形成される。この第３のエッチング処理
は，次に述べる絶縁膜26，27および30の形成，接続電極
32，ワイヤボンディング・パッド31，35等の形成の後に
行なわれる。
ウエット・エッチング処理によって，半導体基板20の凹
所22の裏側に相当する部分が深く削り取られ，薄肉のダ
イアフラム21が形成される。この第３のエッチング処理
は，次に述べる絶縁膜26，27および30の形成，接続電極
32，ワイヤボンディング・パッド31，35等の形成の後に
行なわれる。
【００４６】上述した第１および第２のエッチング処理
ののち，シリコン半導体基板20の段部24から配線用溝の
領域23ａにかけて，第１の絶縁膜26が形成される（図
７）。第１の絶縁膜26は，後述するインターコネクショ
ン用パッド12a と32a とを圧着させるために，配線用溝
の領域23a の深さ（配線用溝の領域23a の底面と固定基
板10との間隔）を調節するためのものである。第１絶縁
膜26は，化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Depositio
n ）法により酸化珪素膜（ＳｉＯ2 ）を蒸着することに
より形成される。
ののち，シリコン半導体基板20の段部24から配線用溝の
領域23ａにかけて，第１の絶縁膜26が形成される（図
７）。第１の絶縁膜26は，後述するインターコネクショ
ン用パッド12a と32a とを圧着させるために，配線用溝
の領域23a の深さ（配線用溝の領域23a の底面と固定基
板10との間隔）を調節するためのものである。第１絶縁
膜26は，化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Depositio
n ）法により酸化珪素膜（ＳｉＯ2 ）を蒸着することに
より形成される。
【００４７】第１の絶縁膜26の上面および配線用溝23の
ほぼ全体にわたって，第２の絶縁膜27が形成される（図
８）。第２の絶縁膜27もまた酸化珪素膜（ＳｉＯ2 ）を
蒸着することにより形成される。
ほぼ全体にわたって，第２の絶縁膜27が形成される（図
８）。第２の絶縁膜27もまた酸化珪素膜（ＳｉＯ2 ）を
蒸着することにより形成される。
【００４８】第２の絶縁膜27によって配線用溝23内の段
部25が埋め込まれ，溝23の底面はなだらかになってい
る。これにより半導体基板20と固定基板10とを陽極接合
するときに段部25の角部に電界が集中するのが防止さ
れ，シリコン半導体基板20の表面に突起が生じたり，後
述する接続電極12，32が断線したり，固定電極11が破壊
されることが防止される。
部25が埋め込まれ，溝23の底面はなだらかになってい
る。これにより半導体基板20と固定基板10とを陽極接合
するときに段部25の角部に電界が集中するのが防止さ
れ，シリコン半導体基板20の表面に突起が生じたり，後
述する接続電極12，32が断線したり，固定電極11が破壊
されることが防止される。
【００４９】さらに配線用溝23の溝の浅い部分23b に第
２の絶縁膜27が形成されることによって，配線用溝23内
の溝底面（絶縁膜27の表面）と固定基板10とに形成され
る接続電極12との間が特に狭くなる溝狭窄部28が形成さ
れる。溝狭窄部28の存在により，センサ特性に影響を与
えるような大きさのダイシングかすやごみが凹所22内へ
侵入することを防止することができる。配線用溝23を通
して大気がセンサ内の凹部22（センサ・ギャップ）に導
入されるのはいうまでもない。
２の絶縁膜27が形成されることによって，配線用溝23内
の溝底面（絶縁膜27の表面）と固定基板10とに形成され
る接続電極12との間が特に狭くなる溝狭窄部28が形成さ
れる。溝狭窄部28の存在により，センサ特性に影響を与
えるような大きさのダイシングかすやごみが凹所22内へ
侵入することを防止することができる。配線用溝23を通
して大気がセンサ内の凹部22（センサ・ギャップ）に導
入されるのはいうまでもない。
【００５０】接続電極12が第２の絶縁膜27に接触するく
らいに溝狭窄部28を狭く形成してもよい。配線用溝23の
領域23b の内側面に絶縁膜を形成することによって，溝
狭窄部28の横幅も狭くしてもよい。
らいに溝狭窄部28を狭く形成してもよい。配線用溝23の
領域23b の内側面に絶縁膜を形成することによって，溝
狭窄部28の横幅も狭くしてもよい。
【００５１】さらに，シリコン半導体基板20が段部24側
において露出している側面部分29に第３の絶縁膜30が形
成される（図９）。第３の絶縁膜30はシリコン半導体基
板20の固定基板10との接合面にわずかにはみ出している
が，両基板10，20の陽極接合に悪影響を与えるほどの広
さ，厚さではない。第３の絶縁膜30は，シリコン半導体
基板20の上面全体（第１および第２の絶縁膜26，27の上
を除く）に熱酸化膜を形成し，部分29以外に形成された
熱酸化膜をエッチングで取り去ることによって形成され
る。第３の絶縁膜30によって，半導体基板20の部分29か
らワイヤボンディング・パッド31（後述）へリーク電流
が流れるのが防止され，誤作動が減少する。
において露出している側面部分29に第３の絶縁膜30が形
成される（図９）。第３の絶縁膜30はシリコン半導体基
板20の固定基板10との接合面にわずかにはみ出している
が，両基板10，20の陽極接合に悪影響を与えるほどの広
さ，厚さではない。第３の絶縁膜30は，シリコン半導体
基板20の上面全体（第１および第２の絶縁膜26，27の上
を除く）に熱酸化膜を形成し，部分29以外に形成された
熱酸化膜をエッチングで取り去ることによって形成され
る。第３の絶縁膜30によって，半導体基板20の部分29か
らワイヤボンディング・パッド31（後述）へリーク電流
が流れるのが防止され，誤作動が減少する。
【００５２】配線用溝23の内側面に形成された熱酸化膜
30a も残すようにしてもよい。接続電極12，32が配線用
溝23の内側面に接触することが熱酸化膜30a の存在によ
って防止される。さらに凹部22の内周面に絶縁膜を残す
ようにしてもよい。
30a も残すようにしてもよい。接続電極12，32が配線用
溝23の内側面に接触することが熱酸化膜30a の存在によ
って防止される。さらに凹部22の内周面に絶縁膜を残す
ようにしてもよい。
【００５３】半導体基板20の段部24の上面の一方の端に
おいて，第１の絶縁膜26と第２の絶縁膜27に穴があけら
れる。この穴に可動電極用ワイヤボンディング・パッド
35が形成される。このワイヤボンディング・パッド35は
半導体基板20を通して可動電極（ダイアフラム）21に電
気的に接続されている。
おいて，第１の絶縁膜26と第２の絶縁膜27に穴があけら
れる。この穴に可動電極用ワイヤボンディング・パッド
35が形成される。このワイヤボンディング・パッド35は
半導体基板20を通して可動電極（ダイアフラム）21に電
気的に接続されている。
【００５４】さらに段部24の第２絶縁膜27上の他方の端
には固定電極用ワイヤボンディング・パッド31が形成さ
れている。固定電極用ワイヤボンディング・パッド31か
ら細長い接続電極32が配線用溝23の途中までのびて形成
されている。接続電極32の先端にはインターコネクショ
ン用パッド32a が形成されている。
には固定電極用ワイヤボンディング・パッド31が形成さ
れている。固定電極用ワイヤボンディング・パッド31か
ら細長い接続電極32が配線用溝23の途中までのびて形成
されている。接続電極32の先端にはインターコネクショ
ン用パッド32a が形成されている。
【００５５】これらのワイヤボンディング・パッド35，
31，接続電極32は金属薄膜，たとえばアルミニウムをス
パッタすることにより形成される。
31，接続電極32は金属薄膜，たとえばアルミニウムをス
パッタすることにより形成される。
【００５６】固定基板10の下面の凹部22に対向する位置
に，凹部22の面積よりもやや小さい円形の固定電極11が
形成されている。固定電極11は，たとえばクロムを固定
基板10上に蒸着することにより形成される。
に，凹部22の面積よりもやや小さい円形の固定電極11が
形成されている。固定電極11は，たとえばクロムを固定
基板10上に蒸着することにより形成される。
【００５７】固定基板10の下面にはさらに，細長い接続
電極12が配線用溝23にそって曲がりながら延びて形成さ
れている。接続電極12の先端は配線用溝の領域23a （溝
狭窄部28よりも段部24寄りの位置）で終わり，その先端
にはインターコネクション用パッド12a が形成されてい
る。この接続電極12はたとえば金を蒸着することにより
形成される。
電極12が配線用溝23にそって曲がりながら延びて形成さ
れている。接続電極12の先端は配線用溝の領域23a （溝
狭窄部28よりも段部24寄りの位置）で終わり，その先端
にはインターコネクション用パッド12a が形成されてい
る。この接続電極12はたとえば金を蒸着することにより
形成される。
【００５８】固定基板10と半導体基板20が陽極接合され
る。多くのセンサ部分を有する固定基板ウエハと半導体
基板が陽極接合されたのち，このウエハはダイシングに
よって個々のセンサ・チップに分割される。このとき，
半導体基板20の段部24の上部に位置する固定基板10の部
分もダイシングによって切除される。接続電極12および
32は配線用溝23の側面に接触しないように，配線用溝23
よりも幅がやや狭く形成されている。固定基板10とシリ
コン半導体基板20とを陽極接合するときにこれらの接続
電極12，32のインターコネクション用パッド12a ，32a
が上下方向に圧着される。これによって固定電極11と固
定電極用ワイヤボンディング・パッド31が電気的に接続
される。
る。多くのセンサ部分を有する固定基板ウエハと半導体
基板が陽極接合されたのち，このウエハはダイシングに
よって個々のセンサ・チップに分割される。このとき，
半導体基板20の段部24の上部に位置する固定基板10の部
分もダイシングによって切除される。接続電極12および
32は配線用溝23の側面に接触しないように，配線用溝23
よりも幅がやや狭く形成されている。固定基板10とシリ
コン半導体基板20とを陽極接合するときにこれらの接続
電極12，32のインターコネクション用パッド12a ，32a
が上下方向に圧着される。これによって固定電極11と固
定電極用ワイヤボンディング・パッド31が電気的に接続
される。
【００５９】固定電極11および可動電極21は，ワイヤボ
ンディング・パッド31および35上にボンディングされた
ワイヤ（図示略）をそれぞれ通して，外部の静電容量計
測回路（圧力検出回路；図示略）に接続される。
ンディング・パッド31および35上にボンディングされた
ワイヤ（図示略）をそれぞれ通して，外部の静電容量計
測回路（圧力検出回路；図示略）に接続される。
【００６０】被測定圧力は上述したようにダイアフラム
（可動電極）21に半導体基板20の下面から加えられる。
凹部22内の大気と被測定圧力との差に応じてダイアフラ
ム（可動電極）21が上下方向に変位（振動）する。可動
電極21と固定電極11との間の間隙が変化することによ
り，これらの電極21，11間の静電容量Ｃが変化する。こ
の静電容量Ｃの変化または静電容量Ｃの逆数１／Ｃの変
化（一般的には逆数１／Ｃがセンサ出力として用いられ
る）が静電容量測定回路によって圧力を表わす信号に変
換される。
（可動電極）21に半導体基板20の下面から加えられる。
凹部22内の大気と被測定圧力との差に応じてダイアフラ
ム（可動電極）21が上下方向に変位（振動）する。可動
電極21と固定電極11との間の間隙が変化することによ
り，これらの電極21，11間の静電容量Ｃが変化する。こ
の静電容量Ｃの変化または静電容量Ｃの逆数１／Ｃの変
化（一般的には逆数１／Ｃがセンサ出力として用いられ
る）が静電容量測定回路によって圧力を表わす信号に変
換される。
【００６１】この発明は静電容量型圧力センサのみなら
ず，他の静電容量型センサ，たとえば静電容量型加速度
センサにも適用することができる。
ず，他の静電容量型センサ，たとえば静電容量型加速度
センサにも適用することができる。
【図１】静電容量型圧力センサの分解斜視図である。
【図２】静電容量型圧力センサの一部切り欠き拡大平面
図である。
図である。
【図３】図２のIII −III 線にそう断面図である。
【図４】図２のIV−IV線にそう断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線にそう断面図である。
【図６】シリコン半導体基板をエッチングした状態を示
す拡大斜視図である。
す拡大斜視図である。
【図７】シリコン半導体基板上に第１の絶縁膜を形成し
た状態を示す拡大斜視図である。
た状態を示す拡大斜視図である。
【図８】シリコン半導体基板上に第２の絶縁膜を形成し
た状態を示す拡大斜視図である。
た状態を示す拡大斜視図である。
【図９】シリコン半導体基板上に第３の絶縁膜を形成し
た状態を示す拡大斜視図である。
た状態を示す拡大斜視図である。
【図１０】従来の静電容量型半導体圧力センサの一部切
り欠き平面図である。
り欠き平面図である。
【図１１】図１０のXI−XI線にそう断面図である。
【図１２】図１０のXII −XII 線にそう断面図である。
10 固定基板 11 固定電極 12，32 接続電極 12a，32a インターコネクション用パッド 20 シリコン半導体基板 21 ダイフラム 23 配線用溝 26 第１の絶縁体 27 第２の絶縁体 28 溝狭窄部 30，30a 第３絶縁体 31，35 ワイヤボンディング・パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 卓哉 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−280684（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−15645（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 9/12 H01L 29/84
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板と固定基板とが接合され，上
記半導体基板と上記固定基板との間に検出用間隙が形成
され，上記検出用間隙内において，上記半導体基板の一
部が可動電極となり，上記固定基板には固定電極が上記
可動電極に対向する位置に形成され，上記半導体基板お
よび上記固定基板のいずれか一方に固定電極用パッドが
形成され，上記半導体基板および上記固定基板の少なく
ともいずれか一方に，上記検出用間隙から上記固定電極
用パッドの方向に向う配線用溝が形成され，上記検出用
間隙に大気が導入されるように，上記配線用溝内に，溝
壁との間に間隙をあけて，上記固定電極を上記固定電極
用パッドに接続するための接続電極が設けられており，
上記配線用溝の一部に狭窄構造が形成され，上記配線用
溝がほぼ直角に滑らかに曲がっている，静電容量型セン
サ。 - 【請求項２】 上記狭窄構造が，上記配線用溝の内面に
絶縁膜を設けることによって形成されている請求項１に
記載の静電容量型センサ。 - 【請求項３】 半導体基板と固定基板とが接合され，上
記半導体基板と上記固定基板との間に検出用間隙が形成
され，上記検出用間隙内において，上記半導体基板の一
部が可動電極となり，上記固定基板には固定電極が上記
可動電極に対向する位置に形成され，上記半導体基板お
よび上記固定基板のいずれか一方に固定電極用パッドが
形成され，上記半導体基板および上記固定基板の少なく
ともいずれか一方に，上記検出用間隙から側方に延び
て，ほぼ直角に滑らかに曲って上記固定電極用パッドの
方向に向う配線用溝が形成され，上記検出用間隙に大気
が導入されるように，上記配線用溝内に，溝壁との間に
間隙をあけて，上記固定電極を上記固定電極用パッドに
接続するための接続電極が設けられている，静電容量型
センサ。 - 【請求項４】 上記配線用溝が上記半導体基板に形成さ
れ，上記配線用溝の底面に絶縁膜が形成されている，請
求項１または３に記載の静電容量型センサ。 - 【請求項５】 上記配線用溝が少なくとも２つの深さの
異なる部分を有しており，上記絶縁膜が上記深さの異な
る部分の境界を滑らかに連続させている請求項４に記載
の静電容量型センサ。 - 【請求項６】 半導体基板が固定基板との接合部分より
も突出した部分を有し，この突出部分は固定基板の接合
部分よりも薄く形成された段部であってこの段部にのぞ
む半導体基板の切断面が露出しており，この露出した切
断面に絶縁膜が形成されている，請求項１または３に記
載の静電容量型センサ。 - 【請求項７】 上記接続電極が，上記固定電極の一部か
ら上記配線用溝内を通って上記固定電極用パッドの方向
に延びる第１の接続電極と，上記固定電極用パッドから
上記配線用溝を通って上記固定電極の方向に延びる第２
の接続電極とから構成され，上記第１の接続電極と上記
第２の接続電極が上記配線用溝内で接触している請求項
１または３に記載の静電容量型センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35125195A JP3240901B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 静電容量型センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35125195A JP3240901B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 静電容量型センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09178578A JPH09178578A (ja) | 1997-07-11 |
| JP3240901B2 true JP3240901B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=18416070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35125195A Expired - Fee Related JP3240901B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 静電容量型センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3240901B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7977786B2 (en) * | 2008-07-25 | 2011-07-12 | Honeywell International Inc. | Saw debris reduction in MEMS devices |
| US8569851B2 (en) * | 2010-06-18 | 2013-10-29 | General Electric Company | Sensor and method for fabricating the same |
| US8435821B2 (en) * | 2010-06-18 | 2013-05-07 | General Electric Company | Sensor and method for fabricating the same |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP35125195A patent/JP3240901B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH09178578A (ja) | 1997-07-11 |
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