JP3362714B2 - 静電容量型圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型圧力セ
ンサ、特に半導体のプロセス技術と所望のエッチング技
術を組み合わせたシリコンマイクロマシニング技術を利
用し、シリコン基板表面にダイヤフラムを形成した静電
容量型圧力センサと、その製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】図１５に半導体基板の表面に薄膜ダイヤフ
ラムを形成した従来の静電容量型圧力センサの断面構造
を示す。

【０００３】この静電容量型圧力センサは、シリコン基
板１０の主表面に形成された下部電極１１、下部電極１
１上に形成された圧力基準室３０、可動ダイヤフラム４
０、および圧力基準室３０を所望の圧力状態に保持する
ための封止キャップ１６とから構成されている。可動ダ
イヤフラム４０は、圧力基準室３０上を覆うように形成
されており、第１の絶縁性ダイヤフラム膜１３と上部電
極１４と第２の絶縁性ダイヤフラム膜１５とを備えてい
る。

【０００４】このセンサにおいて、図中矢印で示す方向
から圧力Ｐが印加されると、これに応じて可動ダイヤフ
ラム４０が変形する。この変形により可動ダイヤフラム
４０を構成する上部電極１４と下部電極１１の間隙が変
化し、上部電極１４と下部電極１１とで形成されるキャ
パシタの静電容量が変化する。そして、この静電容量を
検出することによって、圧力Ｐが検出される。

【０００５】ここで、シリコン基板１０はｎ型の単結晶
シリコン基板が用いられ、下部電極１１は、シリコン基
板１０の主表面に不純物としてボロンをイオン注入して
高濃度に含有するよう添加、拡散して得たｐ型半導体を
用いて形成されている。下部電極１１と、圧力基準室３
０との間には、予め、減圧ＣＶＤによって多結晶シリコ
ンを用いた犠牲膜１２が形成されている。上部電極１４
は減圧ＣＶＤにより成膜された多結晶シリコンに、不純
物としてボロンをイオン注入しこれを高濃度に含有する
よう処理して形成し、高伝導度特性を得るようにしてい
る。また、この上部電極１４の上下を覆うよう形成され
ている第１および第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３、１
５は、減圧ＣＶＤにより成膜されたシリコン窒化膜を用
いている。

【０００６】圧力基準室３０は、第２の絶縁性ダイヤフ
ラム膜１５と第１の絶縁性ダイヤフラム膜１３を貫通し
て上記犠牲膜１２に到達するようにエッチング液注入口
２０を形成し、この注入口２０を介して犠牲膜１２をエ
ッチング除去することにより形成している。封止キャッ
プ１６はプラズマＣＶＤにより成膜された窒化シリコン
膜を用い、圧力基準室３０を所望の圧力状態に保つよう
エッチング液注入口２０を密封している。

【０００７】上述した犠牲膜１２のエッチング除去に
は、一般に、水酸化カリウム水溶液や水酸化テトラメチ
ルアンモニウム水溶液などのエッチング液が用いられ
る。このエッチングにおいて、第１および第２の絶縁性
ダイヤフラム膜１３、１５にはエッチング液に対して耐
性を有すること、上部電極１４がエッチングされないよ
うに保護できること（緻密な材料であること）、犠牲膜
１２をエッチング除去後にフラットに保持できること
（内部応力が引張であること）が望まれる。この条件を
満足するために、第１および第２の絶縁性ダイヤフラム
膜１３、１５に減圧ＣＶＤにより成膜された窒化シリコ
ン膜を用いている。

【０００８】このような静電容量型圧力センサは、キャ
パシタを形成する対向電極間の間隙を狭くすることによ
り感度を高くすることができる。また、原理的には誘電
率の温度依存性が小さいので、感度の温度依存性が小さ
い、などの特徴を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の静電容量型圧力センサにおいて、第１および第２の
絶縁性ダイヤフラム膜１３、１５は、減圧ＣＶＤにより
成膜された窒化シリコン膜を用いており、これらの膜の
熱膨張係数は、単結晶シリコンから成るシリコン基板１
０よりかなり小さい。このため、センサの周囲温度が変
化する場合には、この熱膨張係数の差に起因して熱応力
が変化し、センサの零点および感度の温度特性を劣化さ
せるという問題があった。なお、可動ダイヤフラム４０
を構成する上部電極１４の多結晶シリコン膜はシリコン
基板１０の熱膨張係数とほぼ同等であるので、センサの
零点および感度の温度特性に与える影響は小さい。

【００１０】例えば、下部電極１１と第１の絶縁性ダイ
ヤフラム膜１３の間隙寸法が２００ｎｍで、第１および
第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３、１５を構成する窒化
シリコン膜の膜厚が、共に、２００ｎｍで、上部電極１
４の多結晶シリコンの膜厚が２００ｎｍで、可動ダイヤ
フラム４０の直径が１００μｍで構成されたセンサの零
点および感度の温度係数は、それぞれ−３０００ｐｐｍ
／℃、１０００ｐｐｍ／℃と温度依存性の大きなセンサ
であった。

【００１１】本発明はこのような従来の課題に鑑みなさ
れたものであり、その目的は零点、感度の温度依存性が
小さい、静電容量型圧力センサを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、基板上に形成された感圧容量部の容量
変化により圧力を検出するための静電容量型圧力センサ
において、前記感圧容量部は、前記基板の第１面に形成
された第１の下部電極と、該第１の下部電極上方に該電
極と所定の間隙を隔てて形成された可動ダイヤフラム
と、前記第１の下部電極と前記可動ダイヤフラムとの間
隙に構成された圧力基準室とを備え、前記可動ダイヤフ
ラムは、前記圧力基準室側に形成された第１の絶縁性ダ
イヤフラム膜と、該第１の絶縁性ダイヤフラム膜上に前
記第１の下部電極と対向するように形成された第１の上
部電極と、該第１の上部電極上に形成された第２の絶縁
性ダイヤフラム膜を備える。更に、圧力基準室上方領域
において前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜を覆い、かつ
熱膨張係数が前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜よりも前
記基板に近い材料から形成された熱応力緩和膜を備え、
前記エッチング液注入口は前記熱応力緩和膜によって密
封され、前記熱応力緩和膜の膜厚の前記第１及び第２の
絶縁性ダイヤフラム膜の合計膜厚に対する膜厚比が約
２．５〜約５．０である。

【００１３】この熱応力緩和膜は、例えば前記第１およ
び第２の絶縁性ダイヤフラム膜に比べて基板の熱膨張係
数に近い材料で構成されており、具体的には、例えばプ
ラズマＣＶＤにより形成された窒化シリコン膜を用いる
ことができる。

【００１４】このように、本発明では、第２の絶縁性ダ
イヤフラム膜上に、感圧容量部の可動ダイヤフラムに基
板の熱膨張係数に近い熱応力緩和膜を被覆形成してい
る。この熱応力緩和膜と第１および第２の絶縁性ダイヤ
フラム膜の膜厚比を調整すれば、可動ダイヤフラムの平
均的な熱膨張係数を基板の熱膨張係数に近づけることが
容易である。従って、周囲の温度変化によって可動ダイ
ヤフラムと基板との間に発生する熱応力を小さくするこ
とができ、センサの零点および感度の温度特性の劣化を
防止することが可能となる。

【００１５】また、本発明の他の特徴は、上記構成の感
圧容量部に近接して同一基板上に基準容量部を形成する
ことである。

【００１６】この基準容量部は、例えば、前記第１の下
部電極と同一材料により前記基板の主面に形成された第
２の下部電極と、該第１の下部電極上に形成された前記
第１の絶縁性ダイヤフラム膜と、前記第２の下部電極に
対向するよう前記第１の絶縁性ダイヤフラム膜上に形成
され前記第１の上部電極と同一材料からなる第２の上部
電極と、該第２の上部電極を覆うように形成された前記
第２の絶縁性ダイヤフラム膜と、前記第２の絶縁性ダイ
ヤフラム膜上に形成された熱応力緩和膜とを備える構成
とすることができる。

【００１７】また、基準容量部の他の構成としては、前
記第１の下部電極と同一材料により前記基板の主面に形
成された第２の下部電極と、該第２の下部電極上に設け
られた空洞部と、該空洞部を覆うように前記基板の主面
側に形成された前記第１の絶縁性ダイヤフラム膜と、前
記第２の下部電極に対向するよう前記第１の絶縁性ダイ
ヤフラム膜上に形成され前記第１の上部電極と同一材料
からなる第２の上部電極と、該第２の上部電極を覆うよ
うに形成された前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜と、前
記第２の絶縁性ダイヤフラム膜上に形成された熱応力緩
和膜とを備える構成が適用可能である。

【００１８】以上のような感圧容量部とほぼ等しい構造
の基準容量部をこの感圧容量部の近くに配置し、感圧容
量部と基準容量部との容量差をとれば、第１および第２
絶縁性ダイヤフラム膜などを構成する例えば窒化シリコ
ン膜等の誘電率の温度変化に起因して発生するセンサ温
度特性の変化を相殺することができる。従って、より精
度良く実現でき、かつ零点および感度の温度特性の劣化
を防止できる。

【００１９】また、本発明の他の特徴は、上記センサに
おいて、前記基板の主表面の受圧領域を覆う犠牲膜と、
前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜と前記第１の絶縁性ダ
イヤフラム膜を貫通して前記犠牲膜に到達するよう形成
された少なくとも１個の第１のエッチング液注入口と、
前記第１のエッチング液注入口を介して前記犠牲膜をエ
ッチング除去することにより形成され、かつ該エッチン
グ液注入口が前記熱応力緩和膜によって密封された圧力
基準室と、を含むことである。

【００２０】また、本発明の他の特徴は、第１の下部電
極と、圧力基準室と、第１および第２の絶縁性ダイヤフ
ラム膜および第１の上部電極を備える感圧容量部と、第
２の下部電極と、前記第１および第２の絶縁性ダイヤフ
ラム膜および第２の上部電極を備える基準容量部と、が
同一半導体基板上に形成された静電容量型圧力センサの
製造方法に関し、前記基板の主面に前記第１および前記
第２の下部電極を形成する工程と、前記基板の前記感圧
容量部形成領域を覆うように犠牲膜を形成する工程と、
該犠牲膜を覆うように前記半導体基板の主面上に第１の
絶縁性ダイヤフラム膜を形成する工程と、前記第１の絶
縁性ダイヤフラム膜上の前記第１の下部電極に対向する
位置に第１の上部電極を形成し、同時に前記第１の絶縁
性ダイヤフラム膜上の前記第２の下部電極に対向する位
置に第２の上部電極を形成する工程と、前記第１および
前記第２の上部電極を覆うように第２の絶縁性ダイヤフ
ラム膜を形成する工程と、前記第２および第１の絶縁性
ダイヤフラム膜を貫通して前記犠牲膜に到達するよう
に、少なくとも１個のエッチング液注入口を形成する工
程と、前記感圧容量部形成領域において、前記エッチン
グ液注入口を介して前記犠牲膜をエッチング除去するこ
とにより圧力基準室を形成する工程と、前記第２の絶縁
性ダイヤフラム膜上にプラズマＣＶＤにより、熱膨張係
数が前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜よりも前記基板に
近い材料を用いて熱応力緩和膜を形成する工程と、を含
み前記熱応力緩和膜は、少なくとも圧力基準室上方領域
において前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜を覆って残存
することである。

【００２１】このような静電容量型圧力センサにおい
て、エッチング液注入孔が熱応力緩和膜を用いて封止し
た場合、封止のためだけに特別な工程を付加することな
く、圧力基準室内の圧力状態を例えば真空状態に維持さ
せることが可能である。このため、絶対圧力を検出する
ことができる。

【００２２】また、以上のような静電容量型圧力センサ
では、圧力状態が所定状態に維持されており、センサに
圧力が作用されると、常にその圧力に応じて、感圧容量
部の可動ダイヤフラムが変形し、第１の上部電極と、第
１の下部電極の距離が変化する。そしてこの距離変化に
応じて、第１の上部電極と第１の下部電極とで形成され
るキャパシタの静電容量が変化する。また、感圧容量部
に対して基準容量部が併設されていれば、この基準容量
部に圧力が作用していても、第２の上部電極と、第２の
下部電極の距離が変化しない。従って第２の上部電極と
第２の下部電極とで形成されるキャパシタの静電容量は
変化せず、感圧容量部と基準容量部との静電容量の差を
とることによって、温度の影響等を相殺することができ
る。

【００２３】また、この容量差はスイッチトキャパシタ
回路により、容易に電圧に変換し、検出することができ
る。さらに、このスイッチトキャパシタ回路は、通常の
半導体プロセスにより、容易に形成できるため、上述の
ような本発明のセンサと同一基板上に形成することも容
易である。従って、集積化センサを形成することができ
る。

【００２４】また、本発明の他の特徴は、前記圧力基準
室は、密封されるのでなく、前記基板を貫通して形成さ
れた圧力導入口につながった圧力導入室により構成され
ることである。

【００２５】本発明の更に別の特徴は、基板を貫通して
形成された第１の圧力導入口につながった第１の圧力基
準室と、第１および第２の絶縁性ダイヤフラム膜および
第１の上部電極を備える感圧容量部と、第２の下部電極
と、前記第１および第２の絶縁性ダイヤフラム膜を貫通
して形成された第２の圧力導入口につながった第２の圧
力基準室と、第２の上部電極とを備える基準容量部と、
が同一半導体基板上に形成された静電容量型圧力センサ
の製造方法である。この方法においては、前記基板の第
１面に前記第１および前記第２の下部電極を形成する工
程と、前記基板の前記感圧容量部及び前記基準容量部の
形成領域に犠牲膜を形成する工程と、該犠牲膜を覆うよ
うに前記基板の第１面上に第１の絶縁性ダイヤフラム膜
を形成する工程と、前記第１の絶縁性ダイヤフラム膜上
の前記第１の下部電極に対向する位置に第１の上部電極
を形成し、同時に前記第１の絶縁性ダイヤフラム膜上の
前記第２の下部電極に対向する位置に第２の上部電極を
形成する工程と、前記第１および前記第２の上部電極を
覆うように第２の絶縁性ダイヤフラム膜を形成する工程
と、前記基板に、該基板の第２面側から前記第１圧力基
準室の形成位置の前記犠牲膜にまで到達するように前記
第１の圧力導入口を形成する工程と、前記基板の第１面
側に配置されている前記第２および第１の絶縁性ダイヤ
フラム膜を貫通して前記第２圧力基準室の形成位置の前
記犠牲膜に到達するように前記第２の圧力導入口を形成
する工程と、前記第１及び前記第２の圧力導入口をエッ
チング液注入口として前記第１及び第２の圧力基準室の
形成位置にある前記犠牲膜をエッチング除去し、第１及
び第２の圧力基準室を形成する工程と、前記第２の絶縁
性ダイヤフラム膜上にプラズマＣＶＤにより、熱膨張係
数が前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜よりも前記基板に
近い材料を用いて熱応力緩和膜を形成する工程と、を含
むことを特徴とする。

【００２６】このような圧力導入口につながった圧力導
入室の構成を採用することで基板の第１面側と第２面側
における圧力差によって可動ダイヤフラムがたわみ、こ
れを静電容量変化として検出することができる。

【００２７】本発明の他の特徴は、上記静電容量型圧力
センサ又はその製造方法において、前記第１及び第２の
下部電極は、不純物がシリコン基板に５×１０¹⁹／ｃｍ
³以上導入されて形成された不純物拡散層から構成さ
れ、前記第１及び第２の上部電極は、不純物がシリコン
膜に５×１０¹⁹／ｃｍ³以上導入された不純物拡散層か
ら構成されることである。

【００２８】下部電極及び上部電極をこのように高濃度
の不純物を導入して形成することにより、これらの電極
の抵抗が十分低くなる。このため、感圧容量部における
抵抗成分が容量検出回路の性能、例えば感度の温度依存
性や応答周波数などに悪影響を与えることを防ぐことが
でき、特に応答周波数、即ちセンサの応答性を向上する
ことが可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る好適な実施
の形態（以下、実施形態という）について、図面に従っ
て詳細に説明する。

【００３０】［基本的構成］図１は、本発明に係る静電
容量型圧力センサの基本的構成例を示しており、図２
は、図１のＡ−Ｂ線に沿った断面図である。また、図３
は、図１のＣ−Ｄ線に沿った断面図である。

【００３１】本発明の静電容量型圧力センサでは、例え
ば単結晶シリコンからなる基板５０上に、基準容量部６
００と、下部電極と圧力基準室および可動ダイヤフラム
とを有する感圧容量部５００とを併設している。

【００３２】基板５０の表面にはｐ型またはｎ型の不純
物を高濃度に含有するよう処理された領域が形成され、
この領域により、感圧容量部５００では第１の下部電極
６０、第１の下部電極リード６１、第１の下部電極接続
端子６２が構成され、基準容量部６００では、第２の下
部電極７０、第２の下部電極リード７１、第２の下部電
極接続端子７２が構成されている。

【００３３】基板５０の表面全域には、必要に応じて耐
エッチング特性を有する基板保護膜８０が被覆形成され
ている。この基板保護膜８０の表面には感圧容量部形成
領域（以下、受圧領域という）を覆うように、予め、等
方性エッチング特性を有する犠牲膜９０が被覆形成され
ている。そして、基板５０の主表面には、その全域にわ
たって前記犠牲膜９０を覆うよう第１の絶縁性ダイヤフ
ラム膜１００が被覆形成されている。

【００３４】前記第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００上
の受圧領域には、第１の上部電極１１０が配置され、こ
の第１の上部電極１１０から受圧領域外には第１の上部
電極リード１１１が引き出され更に第１の上部電極接続
端子１１２が構成されている。また、基準容量部形成領
域において、上記第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００上
の第２の下部電極７０との対向位置には、第２の上部電
極１２０が形成され、この第２の上部電極１２０から第
２の上部電極リード１２１が引き出され、更に第２の上
部電極接続端子１２２が構成されている。これら第１お
よび第２の上部電極１１０、１２０と、第１および第２
の上部電極リード１１１、１２１と、更に第１および第
２の上部電極接続端子１１２、１２２とは、ここでは、
全て同一の半導体膜１７０から形成されている。例え
ば、この半導体膜１７０に多結晶シリコン膜を用いる場
合、多結晶シリコン膜からなる半導体膜１７０はｐ型ま
たはｎ型の不純物を高濃度に含有するよう処理し、高伝
導度特性を得るようにする。また、第２の絶縁性ダイヤ
フラム膜１３０は、この半導体膜１７０を覆うように形
成されている。上記第１および第２の絶縁性ダイヤフラ
ム膜は、例えば減圧ＣＶＤにより成膜した窒化シリコン
膜を用いている。

【００３５】そして、本発明では、この第２の絶縁性ダ
イヤフラム膜１３０を覆うように、所定の厚さの熱応力
緩和膜２００が形成されている。この熱応力緩和膜２０
０は、上記第１および第２の絶縁性ダイヤフラム膜より
も基板５０の熱膨張係数に近い係数を有する材料を用い
て形成されており、例えば、プラズマＣＶＤにより成膜
した窒化シリコン膜よりなる。

【００３６】図１および図３に示すように、第１の上部
電極接続孔１１３が、第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３
０を貫通して前記第１の上部電極接続端子１１２に達す
るように形成され、第２の上部電極接続孔１２３が、前
記第２の上部電極接続端子１２２に達するように形成さ
れている。そして、第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００
を介して第１の上部電極１１０は、第１の上部電極出力
端子１１５に接続され、第２の上部電極接続孔１２３を
介して第２の上部電極１２０は第２の上部電極出力端子
１２５に接続されている。

【００３７】また、第１および第２の下部電極接続孔６
３、７３が、第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００および
第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０を貫通して対応する
第１および第２の下部電極接続端子６２、７２にそれぞ
れ達するように形成されている。このため、この第１の
下部電極接続孔６３を介して第１の下部電極６０は第１
の下部電極出力端子６５に接続されている。また、第２
の下部電極接続孔７３を介して第２の下部電極７０は第
２の下部電極出力端子７５に接続されている。

【００３８】受圧領域中の所定位置には第１の絶縁性ダ
イヤフラム膜１００および第２の絶縁性ダイヤフラム膜
１３０を貫通して犠牲膜９０に到達する少なくとも１個
の第１のエッチング液注入口１４１が形成されている。
この第１のエッチング液注入口１４１を介して犠牲膜９
０の全てをエッチング除去することで第１の下部電極６
０と第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００との間に圧力基
準室４００となる間隙が形成される。

【００３９】本発明の静電容量型圧力センサを絶対圧測
定タイプとして用いる場合には、犠牲膜９０の除去後、
真空雰囲気において、上記熱応力緩和膜２００を基板５
０の主面に被覆形成する際、これと同時に前記第１のエ
ッチング液注入口１４１の全てをこの熱応力緩和膜２０
０によって封止してしまう。これにより、基板５０と第
１の絶縁性ダイヤフラム膜１００により囲まれた真空の
圧力基準室４００が形成されると同時に、圧力基準室４
００の上面側に、基板５０と分離された可動ダイヤフラ
ム３００が形成される。なお、可動ダイヤフラム３００
は、第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００、半導体膜１７
０、第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０および熱応力緩
和膜２００より構成されている。

【００４０】ここで、本発明の特徴は第１および第２の
絶縁性ダイヤフラム膜１００、１３０の熱膨張係数に比
べ、基板５０に近い熱応力緩和膜２００で構成され、可
動ダイヤフラム３００の平均的な熱膨張係数を基板５０
に近づけたことにある。

【００４１】例えば、基板５０に直径１００ｍｍ、厚さ
５００μｍの（１００）面方位の単結晶シリコンウエハ
（熱膨張係数：３．２×１０^-6／℃）を使用し、第１お
よび第２の絶縁性ダイヤフラム膜１００、１３０として
共に２００ｎｍの厚さに減圧ＣＶＤによって窒化シリコ
ン膜（熱膨張係数：２．５×１０^-6／℃）を形成し、熱
応力緩和膜を形成しない場合、センサの周囲温度の変化
に伴い、可動ダイヤフラムと基板の熱膨張係数差に起因
して可動ダイヤフラムに発生する熱応力は０．２５ＭＰ
ａ／℃となる。一方、本発明のように第２の絶縁性ダイ
ヤフラム膜１３０上に、熱応力緩和膜２００として、基
板５０の熱膨張係数に近いプラズマＣＶＤによって窒化
シリコン膜（熱膨張係数：２．８×１０^-6／℃）を厚さ
１．５μｍ形成した場合、センサの周囲温度の変化に伴
い、可動ダイヤフラム３００に発生する熱応力は０．１
４ＭＰａ／℃程度に低減でき、センサの零点および感度
の温度特性が小さいセンサが得られることがわかる。

【００４２】また、感圧容量部５００に近接して形成し
ている基準容量部６００との容量差をとることによっ
て、窒化シリコン膜等の誘電率の温度変化による温度特
性の影響を相殺することができ、さらに、零点および感
度の温度依存性を小さくできる。

【００４３】本発明の静電容量型圧力センサを絶対圧測
定タイプとして用いる場合には上述したように真空雰囲
気において、第１のエッチング液注入口１４１の全てを
熱応力緩和膜２００により封止する。これにより、圧力
基準室４００が真空状態となり、印加された絶対圧力に
比例して感圧容量部５００の可動ダイヤフラム３００が
たわみ、このたわみによって、第１の下部電極６０と第
１の上部電極１１０とで形成されるキャパシタの静電容
量が変化する。一方、基準容量部６００の第２の下部電
極７０と第２の上部電極１２０とで形成されるキャパシ
タの静電容量は変化しない。従って、この静電容量の差
をとることによって、可動ダイヤフラム３００に印加さ
れる絶対圧力を測定することができ、センサ周囲の温度
の影響等も相殺することができる。

【００４４】［製造方法］次に、本発明に係る静電容量
型圧力センサの製造方法の一例を説明する。

【００４５】まず、単結晶シリコンからなる基板５０表
面にイオン注入あるいは熱拡散によりｐ型またはｎ型の
不純物を高濃度に含有する第１の下部電極６０、第１の
下部電極リード６１、第１の下部電極接続端子６２と、
第２の下部電極７０、第２の下部電極リード７１、第２
の下部電極接続端子７２を形成する。次に、基板５０の
表面全域に耐エッチング特性を有する基板保護膜８０を
被覆形成し、この基板保護膜８０の表面に等方性エッチ
ング特性を有する犠牲膜９０を被覆形成し、更に、この
犠牲膜９０の受圧領域の周辺部をエッチング除去する。

【００４６】次に、基板５０の主表面の全域にわたって
犠牲膜９０を覆うよう第１の絶縁性ダイヤフラム膜１０
０を被覆形成する。次に、第１の絶縁性ダイヤフラム膜
１００の表面に半導体膜１７０を被覆形成する。例え
ば、この半導体膜１７０に多結晶シリコン膜を用いる場
合、イオン注入あるいは熱拡散によりｐ型またはｎ型の
不純物を高濃度に含有し、高伝導度特性を得るように処
理する。

【００４７】半導体膜１７０形成後、受圧領域の第１の
絶縁性ダイヤフラム膜１００上に形成する第１の上部電
極１１０と、受圧領域外に形成する第１の上部電極リー
ド１１１、第１の上部電極接続端子１１２と、第２の下
部電極に対向する位置の第１の絶縁性ダイヤフラム膜１
００上に形成する第２の上部電極１２０、第２の上部電
極リード１２１、第２の上部電極接続端子１２２の周辺
部の半導体膜１７０をエッチング除去して所望のパター
ンとする。その後、基板５０の主表面の全域にわたって
半導体膜１７０を覆うよう第２の絶縁性ダイヤフラム膜
１３０を被覆形成する。

【００４８】更に、受圧領域所定位置にて、第２の絶縁
性ダイヤフラム膜１３０、第１の絶縁性ダイヤフラム膜
１００を貫通して犠牲膜９０に到達するよう少なくとも
１個の第１のエッチング液注入口１４１を形成する。そ
して、この第１のエッチング液注入口１４１を介してエ
ッチング液を注入することにより、犠牲膜９０を全てエ
ッチング除去し、基板５０と第１の絶縁性ダイヤフラム
膜１００との間に、犠牲膜９０の形状寸法に従った大き
さの圧力基準室４００を形成する。例えば、犠牲膜９０
に多結晶シリコンを用いた場合、犠牲膜９０のエッチン
グ除去のために用いるエッチング液は水酸化テトラメチ
ルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液を使用する。圧力基
準室４００の上面側に位置する第１、第２の絶縁性ダイ
ヤフラム膜１００、１３０は、ＴＭＡＨ水溶液に対して
耐エッチング性を有することからエッチング除去される
ことがない。

【００４９】次に、第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０
を貫通して第１の上部電極接続端子１１２に達する第１
の上部電極接続孔１１３と、第２の上部電極接続端子１
２２に達する第２の上部電極接続孔１２３を形成する。
また、第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０、第１の絶縁
性ダイヤフラム膜１００および基板保護膜８０を貫通し
て第１の下部電極接続端子６２に達する第１の下部電極
接続孔６３と、第２の下部電極接続端子７２に達する第
２の下部電極接続孔７３を形成する。

【００５０】各電極接続孔形成後、基板５０の表面全域
にアルミニウムを被覆形成し、第１の上部電極出力配線
１１４、第１の下部電極出力配線６４、第２の上部電極
出力配線１２４および第２の下部電極出力配線７４領域
の周辺部のアルミニウムをエッチング除去する。これに
より、第１の上部電極１１０は第１の上部電極接続孔１
１３、第１の上部電極出力配線１１４を介して第１の上
部電極出力端子１１５に接続され、第１の下部電極６０
は第１の下部電極接続孔６３、第１の下部電極出力配線
６４を介して第１の下部電極出力端子６５に接続され、
第２の上部電極１２０は第２の上部電極接続孔１２３、
第２の上部電極出力配線１２４を介して第２の上部電極
出力端子１２５に接続され、第２の下部電極７０は第２
の下部電極接続孔７３、第２の下部電極出力配線７４を
介して第２の下部電極出力端子７５に接続される。

【００５１】静電容量型圧力センサを絶対圧測定タイプ
として用いる場合には真空雰囲気において、基板５０の
表面全域に第１のエッチング液注入口１４１が密封封止
できる程度の厚さの熱応力緩和膜２００を被覆形成す
る。最後に、フォトエッチングで第１の上部電極出力端
子１１５、第２の上部電極出力端子１２５、第１の下部
電極出力端子６５および第２の下部電極出力端子７５の
アルミニウムが露出するように熱応力緩和膜２００を除
去して開口する。

【００５２】例えば、基板５０に（１００）面方位の単
結晶シリコン基板を使用し、第１および第２の絶縁性ダ
イヤフラム膜１００、１３０共に減圧ＣＶＤにより成膜
する窒化シリコン膜を使用し、熱応力緩和膜２００に減
圧ＣＶＤにより成膜する窒化シリコン膜に比べ、（１０
０）面方位の単結晶シリコンウエハから成る基板５０の
熱膨張係数に近いプラズマＣＶＤにより成膜する窒化シ
リコン膜を使用する。これにより、可動ダイヤフラム３
００の熱膨張係数は（１００）面方位の単結晶シリコン
ウエハから成る基板５０に近づく。

【００５３】この結果、圧力基準室４００の上面側に位
置する第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００、半導体膜１
７０、第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０および熱応力
緩和膜２００との積層膜が可動ダイヤフラム３００とし
て機能する絶対圧力測定タイプの静電容量型圧力センサ
において、その零点、感度の温度依存性を非常に小さく
することができる。

【００５４】（実施形態１）以下、本発明の実施形態１
について説明する。

【００５５】まず、上述した基本的構成例の説明におい
て使用した図１〜３を再び参照して実施形態１の静電容
量型圧力センサについて説明する。

【００５６】基板５０はｎ型の（１００）方位の単結晶
シリコン基板を用いる。この単結晶シリコン基板５０の
主表面には不純物としてボロンをイオン注入法を用いて
高濃度に含有するよう添加、拡散し、ｐ型半導体に処理
された深さ２μｍの第１の下部電極６０、第１の下部電
極リード６１、第１の下部電極接続端子６２と、第２の
下部電極７０、第２の下部電極リード７１、第２の下部
電極接続端子７２を形成する。

【００５７】次に、単結晶シリコン基板５０の表面全域
に耐エッチング特性を有する基板保護膜８０として、減
圧ＣＶＤにより成膜する窒化シリコン膜を厚さ１００ｎ
ｍに被覆形成する。また、この基板保護膜８０の表面に
は、受圧領域を覆うように犠牲膜９０を形成する。この
犠牲膜９０は等方性エッチング特性を有し、後工程でエ
ッチング除去される。本実施形態において、この犠牲膜
９０は減圧ＣＶＤにより成膜された厚さ２００ｎｍの多
結晶シリコンを用いている。

【００５８】犠牲膜９０形成後、単結晶シリコン基板５
０の主表面の全域にわたってこの犠牲膜９０を覆うよう
第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００を形成する。この第
１の絶縁性ダイヤフラム膜１００は、減圧ＣＶＤにより
窒化シリコン膜を厚さ２００ｎｍに被覆したものであ
る。

【００５９】第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００の表面
上には、半導体膜１７０として、減圧ＣＶＤにより成膜
する多結晶シリコンを厚さ２００ｎｍに成膜する。この
半導体膜１７０には、フォトエッチングにより第１の上
部電極１１０、第１の上部電極リード１１１、第１の上
部電極接続端子１１２、第２の上部電極１２０、第２の
上部電極リード１２１、第２の上部電極接続端子１２２
を形成する。本実施形態において、この多結晶シリコン
から成る半導体膜１７０は、ボロンをイオン注入法を用
いて高濃度に含有し、高伝導度特性を得るようにｐ型半
導体に処理されている。

【００６０】次に、単結晶シリコン基板５０の主表面の
全域にわたってこの半導体膜１７０を覆うよう第２の絶
縁性ダイヤフラム膜１３０を形成する。この第２の絶縁
性ダイヤフラム膜１３０は、減圧ＣＶＤにより窒化シリ
コン膜を厚さ２００ｎｍに被覆形成したものである。

【００６１】次に、受圧領域所定位置にて、第２の絶縁
性ダイヤフラム膜１３０、第１の絶縁性ダイヤフラム膜
１００を貫通して犠牲膜９０に到達する直径１０μｍの
第１のエッチング液注入口１４１をフォトエッチングに
より開口形成する。そして、この第１のエッチング液注
入口１４１を介してエッチング液を注入することによ
り、当初形成されていた犠牲膜９０は全てエッチング除
去され、単結晶シリコン基板５０と第１の絶縁性ダイヤ
フラム膜１００との間に、犠牲膜９０の形状寸法に従っ
た大きさの圧力基準室４００となる空洞が形成される。
本実施形態においては、エッチング液は水酸化テトラメ
チルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液が用いられてい
る。このとき、圧力基準室４００の下面側に位置する基
板保護膜８０、上面側に位置する第１、第２の絶縁性ダ
イヤフラム膜１００、１３０は、ＴＭＡＨ水溶液に対し
て耐エッチング性を有することからエッチング除去され
ることがない。

【００６２】次に、第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０
を貫通して第１の上部電極接続端子１１２に達する第１
の上部電極接続孔１１３と、第２の上部電極接続端子１
２２に達する第２の上部電極接続孔１２３をフォトエッ
チングにより開口形成する。また、第２の絶縁性ダイヤ
フラム膜１３０、第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００お
よび基板保護膜８０を貫通して第１の下部電極接続端子
６２に達する第１の下部電極接続孔６３と、第２の下部
電極接続端子７２に達する第２の下部電極接続孔７３を
フォトエッチングにより開口形成する。

【００６３】その後、単結晶シリコン基板５０上の第２
の絶縁性ダイヤフラム膜１３０上の所定部分に、第１の
上部電極出力配線１１４、第１の下部電極出力配線６
４、第２の上部電極出力配線１２４および第２の下部電
極出力配線７４を形成する。これらの配線は単結晶シリ
コン基板５０の表面全域に真空蒸着あるいはスパッタリ
ングにより、アルミニウムを８００ｎｍの厚さで被覆形
成し、不要な部分のアルミニウムをフォトエッチングに
より除去して形成する。このとき、第１の上部電極１１
０は第１の上部電極接続孔１１３、第１の上部電極出力
配線１１４を介して第１の上部電極出力端子１１５に接
続され、第１の下部電極６０は第１の下部電極接続孔６
３、第１の下部電極出力配線６４を介して第１の下部電
極出力端子６５に接続される。また、第２の上部電極１
２０は、第２の上部電極接続孔１２３、第２の上部電極
出力配線１２４を介して第２の上部電極出力端子１２５
に接続され、第２の下部電極７０は第２の下部電極接続
孔７３、第２の下部電極出力配線７４を介して第２の下
部電極出力端子７５に接続される。

【００６４】本実施形態の静電容量型圧力センサを絶対
圧測定タイプとして用いる場合には、真空雰囲気におい
て、単結晶シリコン基板５０の表面全域に第１のエッチ
ング液注入口１４１が密封封止できる程度の厚さの熱応
力緩和膜２００を被覆形成する。本実施形態では、熱応
力緩和膜２００としては、プラズマＣＶＤ法により成膜
した窒化シリコン膜であり、その厚さは１．２μｍとし
ている。

【００６５】熱応力緩和膜２００を形成した後、フォト
エッチングで熱応力緩和膜２００の所定位置を除去して
開口部を形成することで、第１の上部電極出力端子１１
５、第２の上部電極出力端子１２５、第１の下部電極出
力端子６５および第２の下部電極出力端子７５のアルミ
ニウムを露出させる。

【００６６】以上のように真空状態中で熱応力緩和膜２
００を形成することで、この熱応力緩和膜２００によっ
て圧力基準室４００が封止され、圧力基準室４００が真
空状態となる。

【００６７】従って、印加された絶対圧力に比例して感
圧容量部５００の可動ダイヤフラム３００がたわみ、こ
のたわみによって、第１の下部電極６０と第１の上部電
極１１０とで形成される圧力検出キャパシタＣ_Xの静電
容量が変化する。

【００６８】一方、基準容量部６００の第２の下部電極
７０と第２の上部電極１２０とで形成される基準キャパ
シタＣ_Rの静電容量は変化しない。従って、この静電容
量の差をとることによって、可動ダイヤフラム３００に
印加される絶対圧力を測定することができ、さらに、セ
ンサ周囲の温度の影響等も相殺することができる。

【００６９】この様な本実施形態に係るセンサにおける
容量変化を検出する方法の１つに容量を電圧に変換する
充放電タイプのスイッチトキャパシタ回路がある。図４
にスイッチトキャパシタ型容量検出回路を示す。

【００７０】この回路では４つのスイッチのＳＷ１〜Ｓ
Ｗ４を有しており、この４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４
が、所定の周波数のクロック信号によって、切り換えら
れる。ＳＷ１とＳＷ２は、圧力検出キャパシタＣ_Xと基
準キャパシタＣ_Rの一端をアースまたは電源Ｖ_Pに交互に
接続する。すなわち、いずれか一方のキャパシタＣ_Xま
たはＣ_Rをアースに接続し、他方を電源Ｖ_Pに接続する。

【００７１】圧力検出キャパシタＣ_Xおよび基準キャパ
シタＣ_Rの他端は、オペアンプの負入力端に接続されて
いる。なお、そのオペアンプの正入力端は、アースに接
続されている。また、このオペアンプの出力端と負入力
端の間には、フィードバックキャパシタＣ_Fとスイッチ
ＳＷ３とが並列して接続されている。また、オペアンプ
の出力はスイッチＳＷ４を介して出力端に接続されてい
る。なお、回路の出力端には、他端がアースに接続され
た平滑用のコンデンサＣ_Oが接続されている。

【００７２】図４の回路の例では、スイッチＳＷ１が電
源Ｖ_Pに接続されているときには、ＳＷ２がアースに接
続され、ＳＷ３がオン（クローズ）、ＳＷ４がオフ（オ
ープン）となり、スイッチＳＷ２が電源Ｖ_Pに接続され
ているときには、ＳＷ１がアースに接続され、ＳＷ３が
オフ、ＳＷ４がオンになる。

【００７３】スイッチトキャパシタ回路では、スイッチ
ングによりＣ_X、Ｃ_R、Ｃ_Fは、実質的に抵抗とし、オペ
アンプの増幅率は、入力側の容量（２つの容量Ｃ_X、Ｃ_R
が交互に接続されるため、この差）と、帰還側の容量の
比で決定される。そこで、このスイッチトキャパシタ回
路の出力電圧をＥ₀とすると、このＥ₀は、Ｅ₀＝Ｖ_P（Ｃ
_X−Ｃ_R）／Ｃ_Fで表わされ、出力電圧Ｅ₀は２つのキャパ
シタＣ_X、Ｃ_Rの容量差を検出することができる。ここで
キャパシタＣ_Xは、感圧容量部に相当し、キャパシタＣ_R
は、基準容量部に相当する。従って、図４の回路によっ
て、印加された圧力を検出できる。

【００７４】本実施形態のセンサをこのような構成のス
イッチトキャパシタ型容量検出回路に接続してセンサ特
性を測定した結果、１００ｋＰａの絶対圧力に対して、
出力電圧は０．０３Ｖ以上、印加圧力に対する出力電圧
特性の非直線性は−１．６％Ｆ．Ｓ．以下で、−３０〜
８０℃の温度範囲において、零点および感度の温度係数
は、それぞれ５００ｐｐｍ／℃、−３００ｐｐｍ／℃と
優れた温度特性を有することが確認された。

【００７５】以上、説明したように、本実施形態の静電
容量型圧力センサによれば、ＬＳＩの製造において、一
般的に用いられている薄膜材料の構成で小型に製作で
き、かつ零点および感度の温度依存性が小さい静電容量
型圧力センサを実現可能であることが理解される。

【００７６】また、本実施形態においては、熱応力緩和
膜２００として、厚さ１．５μｍのプラズマＣＶＤによ
り成膜した窒化シリコン膜を使用した。そして、この窒
化シリコン膜の厚さを変化させれば、周囲温度の変化に
伴う可動ダイヤフラム３００に発生する熱応力の制御が
可能である。以下、この熱応力緩和膜２００の厚さと可
動ダイヤフラムの熱応力との関係について図５を参照し
て説明する。

【００７７】図５では、単結晶シリコン基板５０上に、
第１および第２の絶縁性ダイヤフラム膜１００、１３０
に用いる減圧ＣＶＤ法より窒化シリコン膜を厚さ４００
ｎｍに形成し、その上に熱応力緩和膜２００に用いるプ
ラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜を形成し、その形
成膜厚を変化させた場合の熱応力の測定結果を示して
る。ここで、熱応力は周囲温度変化による単結晶シリコ
ン基板５０の反り量に基づいて求めた。

【００７８】図５の結果から熱応力緩和膜が０．７μｍ
以上の厚さになると可動ダイヤフラムに発生する熱応力
は０．１５ＭＰａ／℃程度以下となり、その後熱応力緩
和膜を厚くしていくと、熱応力は更に低下し、膜厚１．
５μｍ以上の領域では熱応力の更なる低下が見られるが
その低下率は小さくなる。以上のことから、熱応力緩和
膜を例えば厚さ１．０μｍや２．０μｍ、すなわち、プ
ラズマＣＶＤの窒化シリコン膜と減圧ＣＶＤの窒化シリ
コン膜との膜厚比を２．５から５．０程度とすれば、可
動ダイヤフラム全体の熱膨張係数を単結晶シリコン基板
の該係数（３．２×１０^-6／℃）に近づけることがで
き、可動ダイヤフラムにおける熱応力が小さくなること
が分かる。

【００７９】また、上述した本実施形態における熱応力
緩和膜２００に１．５μｍの厚さのプラズマＣＶＤによ
り成膜する窒化シリコン膜を用いたセンサは、１００ｋ
Ｐａの絶対圧力に対して、出力電圧は０．０２Ｖ以上、
印加圧力に対する出力電圧特性の非直線性は−１．１％
Ｆ．Ｓ．以下で、−３０〜８０℃の温度範囲において、
零点および感度の温度係数は、それぞれ１５００ｐｐｍ
／℃、−２００ｐｐｍ／℃と優れた温度特性を有するこ
とも確認されている。

【００８０】（実施形態２）次に、本発明の好適な実施
形態２を説明する。なお、実施形態１と対応する部材に
は同一符号を付し、説明は省略する。

【００８１】図６は実施形態２に係る静電容量型圧力セ
ンサを示した断面図である。

【００８２】まず、単結晶シリコン基板５０の主表面に
第１の下部電極６０、第２の下部電極７０を形成する。
次に、単結晶シリコン基板５０の表面全域に耐エッチン
グ特性を有する基板保護膜８０として減圧ＣＶＤにより
成膜する窒化シリコン膜を厚さ１００ｎｍに被覆形成す
る。また、この基板保護膜８０の表面には、第１の下部
電極６０上の受圧領域および第２の下部電極７０上に厚
さ２００ｎｍの多結晶シリコン膜から成る犠牲膜９０を
形成しておく。

【００８３】次に、第１実施形態と同様に第１の絶縁性
ダイヤフラム膜１００と半導体膜１７０を成膜する。こ
の半導体膜１７０をフォトエッチングすることにより、
第１の上部電極１１０、第２の上部電極１２０が形成さ
れる。次に、単結晶シリコン基板５０の主表面の全域に
わたってこの半導体膜１７０を覆うよう第２の絶縁性ダ
イヤフラム膜１３０を被覆形成する。更に、第２の絶縁
性ダイヤフラム膜１３０、第１の絶縁性ダイヤフラム膜
１００を貫通して犠牲膜９０に到達する直径１０μｍの
第１のエッチング液注入口１４１と第２のエッチング液
注入口１４２をフォトエッチングにより開口形成する。
得られたこの第１のエッチング液注入口１４１、第２の
エッチング液注入口１４２を介して水酸化テトラメチル
アンモニウム（ＴＭＡＨ）エッチング液を注入すること
により、当初形成されていた犠牲膜９０を全てエッチン
グ除去する。これにより、単結晶シリコン基板５０と第
１の絶縁性ダイヤフラム膜１００との間に、犠牲膜９０
の形状寸法に従った大きさの圧力基準室４００となる空
洞と、圧力導入室１５０となる空洞とが形成される。

【００８４】なお、各電極の配線は第１実施形態と同様
に形成されている。

【００８５】次に、真空雰囲気にて、単結晶シリコン基
板５０の表面全域にプラズマＣＶＤにより厚さ１．２μ
ｍの窒化シリコン膜からなる熱応力緩和膜２００を形成
する。そして、フォトエッチングで第２のエッチング液
注入口１４２上の熱応力緩和膜２００を除去し、圧力導
入室１５０に印加圧力を導入するための圧力導入口１６
０を形成する。

【００８６】この結果、感圧容量部側には、可動ダイヤ
フラム３００が形成され、基準容量部側には不動メンブ
レン３５０が形成される。可動ダイヤフラム３００は、
圧力基準室４００の上面側に位置する第１の絶縁性ダイ
ヤフラム膜１００、その上の半導体膜１７０、半導体膜
１７０上の第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０および熱
応力緩和膜２００より構成されている。また、不動メン
ブレン３５０は、圧力導入室１５０の上面側に位置する
第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００、その上の半導体膜
１７０、半導体膜１７０上の第２の絶縁性ダイヤフラム
膜１３０および熱応力緩和膜２００より構成されてい
る。

【００８７】印加された絶対圧力に比例して感圧容量部
５００の可動ダイヤフラム３００がたわみ、このたわみ
によって、第１の下部電極６０と第１の上部電極１１０
とで形成されるキャパシタＣ_Xの静電容量が変化する。
しかし、不動メンブレン３５０は、センサの周囲圧力と
圧力導入室１５０の圧力が同じであるため、印加された
圧力によって、たわむことはない。従って、基準容量部
６００の第２の下部電極７０と第２の上部電極１２０と
で形成されるキャパシタＣ_Rの静電容量は変化しない。
従って、この２つのキャパシタＣ_X、Ｃ_Rの静電容量の差
をとることによって、可動ダイヤフラム３００に印加さ
れる絶対圧力を測定することができる。特に、この２つ
のキャパシタはほぼ同一の構成であるため、２つのキャ
パシタＣ_X、Ｃ_Rの温度依存性が揃っており、センサ周囲
の温度の影響を精度よく相殺することができる。

【００８８】本実施形態のセンサをスイッチトキャパシ
タ型容量検出回路に接続してセンサ特性を測定した結
果、１００ｋＰａの絶対圧力に対して、出力電圧は０．
０３Ｖ以上、印加圧力に対する出力電圧特性の非直線性
は−１．６％Ｆ．Ｓ．以下で、−３０〜８０℃の温度範
囲において、零点および感度の温度係数は、それぞれ３
００ｐｐｍ／℃、−３００ｐｐｍ／℃と優れた温度特性
を有することが確認された。

【００８９】（実施形態３）図７は、本発明の実施形態
３に係る静電容量型圧力センサの平面構成を示してい
る。

【００９０】本実施形態３では、印加圧力に対する出力
電圧特性の直線性を劣化することなく、印加圧力に対す
る静電容量の変化量を増加させるための構成を備えてい
る。

【００９１】実施形態３では、単結晶シリコン基板５０
の所定位置に、実施形態１および実施形態２で説明した
構成の感圧容量部５００および基準容量部６００をそれ
ぞれ複数並列接続している。なお、感圧容量部５００お
よび基準容量部６００のそれぞれの形状および寸法は、
上述の実施形態で示したものと同じとしている。但し、
必ずしも同じ形状および寸法としなくてもよい。

【００９２】図７に示す例では、感圧容量部５００およ
び基準容量部６００は、それぞれ１６個接続配列されて
いる。１６個の感圧容量部５００の第１の上部電極１１
０は、第１の上部電極接続配線５１０によって並列接続
されている。また、１６個の基準容量部６００の第２の
上部電極１２０は、第２の上部電極接続配線６１０によ
り並列接続されている。

【００９３】本実施形態３のセンサを図４に示したよう
なスイッチトキャパシタ型容量検出回路に接続し、その
センサ特性を測定した結果、１００ｋＰａの絶対圧力に
対して、出力電圧は０．５Ｖ以上であった。更に、印加
圧力に対する出力電圧特性の非直線性は−１．６％Ｆ．
Ｓ．以下で、−３０〜８０℃の温度範囲において、零点
および感度の温度係数は、±５００ｐｐｍ／℃以下と優
れた温度特性を有することが確認された。

【００９４】（実施形態４）図８は、実施形態４に係る
静電容量型圧力センサの平面構成を示している。

【００９５】本実施形態では、上述の実施形態のような
構成の静電容量型圧力センサと、例えば図４に示すよう
な集積化した容量検出回路とを一体化している。

【００９６】図８において、単結晶シリコン基板５０の
所定位置には、実施形態１および実施形態２で説明した
感圧容量部５００および基準容量部６００が形成されて
いる。更に、この単結晶シリコン基板５０上には半導体
製造技術を用いて回路部７００が形成されている。回路
部７００は、例えば、図４に示すような容量変化を電圧
に変換するスイッチトキャパシタ型容量検出回路から構
成することができる。

【００９７】感圧容量部５００の第１の上部電極１１
０、第１の下部電極６０は、それぞれ第１の上部電極出
力端子１１５、第１の下部電極出力端子６５を介して回
路部７００に接続されている。また、基準容量部６００
の第２の上部電極１２０、第２の下部電極７０は、それ
ぞれ第２の上部電極出力端子１２５、下部電極出力端子
７５を介して回路部７００に接続されている。図４に示
すスイッチトキャパシタ型容量検出回路を採用した場
合、第１の上部電極１１０および第１の下部電極６０
は、図４のキャパシタＣ_Xの電極と電気的に接続される
こととなり、第２の上部電極１２０および第２の下部電
極７０は、図４のキャパシタＣ_Rの電極と電気的に接続
されることとなる。

【００９８】上述のように例えば図４の回路は、そのオ
ペアンプや各スイッチ、コンデンサなどを単結晶シリコ
ン基板上に集積することができる。従って、このような
容量検出回路部分をセンサと同一基板上に集積化すれ
ば、１つの半導体加工プロセスによって、電気的出力が
得られる静電容量型圧力センサを製造することができ、
集積回路と一体化した、いわゆる集積化圧力センサを容
易に作製することができる。

【００９９】（実施形態５）本実施形態５の特徴は、第
１及び第２の下部電極６０、７０において、基板５０に
注入する不純物を高濃度、具体的には５×１０¹⁹／ｃｍ
³としていること、第１及び第２の上部電極１１０、１
２０についても多結晶シリコン膜１７０に注入する不純
物を更に高濃度、具体的には５×１０¹⁹／ｃｍ³注入し
ていることである。このように高濃度の不純物が導入さ
れて形成された第１及び第２の下部電極６０、７０の抵
抗値は６０Ωで、第１及び第２の上部電極１１０、１２
０の抵抗値は１ｋΩであり、非常に低い値とすることが
可能となっている。

【０１００】図４に示すような容量検出回路の応答性
は、オペアンプ部に入力される感圧容量部の容量Ｃ_xと
その抵抗Ｒの積に反比例する。従って、上部電極及び下
部電極の抵抗を小さくすることで、高い応答性が得られ
る。また、容量検出回路から感圧容量部（Ｃ_x）へ供給
される電圧は、センサの出力電圧の大きさを決定する。
このため、上部及び下部電極の抵抗値を小さくすること
で、ｐｎ接合部のリーク電流による感度温度特性の低下
を防ぐことができ、感度の温度依存性を小さく抑えるこ
とができる。

【０１０１】図９は、下部電極の抵抗値（横軸）と得ら
れる静電容量型センサの感度の温度係数（縦軸：ｐｐｍ
／℃：ｐｐｍ＝１０^-6）との関係を示している。また、
図１０は、上部電極の抵抗値（横軸）とセンサの応答周
波数（縦軸：ｋＨｚ）の関係を示している。本実施形態
５のように不純物濃度を５×１０¹⁹／ｃｍ³とすること
で下部電極の抵抗値が６０Ωとなれば、図９からも分か
るように、センサの感度の温度係数は、例えば−３００
ｐｐｍ／℃となる。よって、上述の各実施形態で得られ
たセンサの感度の温度係数と絶対値で比較して同等の特
性が得られている。また、本実施形態５のように上部電
極についても同様に不純物濃度を５×１０¹⁹／ｃｍ³と
することで上部電極の抵抗値は１ｋΩが達成され、図１
０から分かるように、センサの応答周波数は例えば１０
０ｋＨｚが実現されている。

【０１０２】ここで、図１５に示す従来のセンサにおい
て、下部電極１１及び上部電極１４での不純物注入濃度
を１×１０¹⁹／ｃｍ³として、センサの特性を調べたと
ころ、下部電極の抵抗値は２００Ω、上部電極の抵抗値
は１０ｋΩ、そして、感度の温度係数は−１０００ｐｐ
ｍ／℃、応答周波数は１０ｋＨｚであった。

【０１０３】従って、本実施形態５のように下部電極及
び上部電極の抵抗を低減することにより、センサの感度
の温度係数については従来の３分の１以下とでき、応答
周波数については約１０倍以上とすることが可能となる
ことがわかる。

【０１０４】（実施形態６）図１１は本実施形態６に係
る静電容量型圧力センサの平面構成、図１２は、図１１
のＥ−Ｆ線に沿った断面、図１３は図１１のＧ−Ｈ線に
沿った断面を示す図である。以上説明した各実施形態１
〜５は、可動ダイヤフラムに印加される絶対圧力を測定
する静電容量型圧力センサに関するものであるが、本実
施形態６は相対圧力を測定する静電容量型圧力センサで
ある点で、上述の実施形態と相違する。

【０１０５】この静電容量型圧力センサでは、圧力基準
室が密封されておらず、シリコン基板５０の第１面（主
面）側に印加される圧力Ｐ₁と、第２面（裏面）側から
印加される圧力Ｐ₂との差圧により静電容量が変化する
感圧容量部５００と、静電容量の変化しない基準容量部
６００とが併設されて構成されている。

【０１０６】感圧容量部５００は、基板５０の第１面側
に形成された第１の下部電極６０、基板５０の第２面側
に開口形成された第１の圧力導入口、この導入口につな
がった第１の圧力基準室（圧力導入室）１５１、基板５
０の主面側に形成された可動ダイヤフラム３００を備え
る。また、基準容量部６００は、基板５０に形成された
第２の下部電極７０、基板５０の第１面側に形成された
第２の圧力導入口１６２、この導入口１６２につながっ
た第２の圧力基準室（圧力導入室）１５２、基板の第１
面側に形成された不動メンブレン３５０を備える。

【０１０７】基板５０は、ｎ型の（１００）面方位の単
結晶シリコン基板であり、この基板の第１面側には不純
物として例えばボロンがイオン注入により高濃度、具体
的には５×１０¹⁹／ｃｍ³以上の濃度となるように添
加、拡散されｐ型半導体領域が形成されている。そし
て、この不純物領域に、感圧容量部５００では第１の下
部電極６０、第１の下部電極リード６１、第１の下部電
極接続端子６２が構成され、基準容量部６００では、第
２の下部電極７０、第２の下部電極リード７１、第２の
下部電極接続端子７２が構成されている。

【０１０８】なお、後に基板５０の第２面側から第１の
圧力導入口１６１が基板５０を貫通して感圧容量部５０
０の中央領域に形成されるため、第１の下部電極６０
は、この導入口側壁に露出しないよう、導入口１６１の
径より大きい開口部が中央領域に設けられている。ま
た、第２の下部電極７０は、第１の下部電極６０と同じ
面積とする必要があるため第１の下部電極６０と同じパ
ターンに形成されている。

【０１０９】基板５０の第１面及び第２面には、それぞ
れ耐エッチング特性を有する第１の基板保護膜８０、第
２の基板保護膜８２が形成されている。この保護膜８
０、８２は、減圧ＣＶＤによって例えば１００ｎｍの厚
さに成膜された窒化シリコン膜からなる。また、第１の
基板保護膜８０の上の感圧容量部５００及び基準容量部
６００の形成領域には、予め多結晶シリコンからなる犠
牲膜９０が被覆形成され、後に除去されて第１及び第２
の圧力導入室１５１、１５２となる。この犠牲膜９０及
び保護膜８０を覆うように第１の絶縁性ダイヤフラム膜
１００が被覆形成されている。この第１の絶縁性ダイヤ
フラム膜１００は、減圧ＣＶＤにより例えば２００ｎｍ
の厚さに成膜された窒化シリコン膜からなる。

【０１１０】前記第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００上
の受圧領域であって、第１の下部電極６０と対向する位
置には、第１の上部電極１１０が形成され、この第１の
上部電極１１０から受圧領域外に第１の上部電極リード
１１１が引き出され、更に第１の上部電極接続端子１１
２が構成されている。また、基準容量部形成領域では、
上記第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００上において、第
２の下部電極７０との対向位置に第２の上部電極１２０
が形成され、この第２の上部電極１２０から第２の上部
電極リード１２１が引き出され、更に第２の上部電極接
続端子１２２が構成されている。

【０１１１】これら第１及び第２の上部電極１１０、１
２０と、第１及び第２の上部電極リード１１１、１２１
と、更に第１及び第２の上部電極接続端子１１２、１２
２とは、全て同一の半導体膜１７０から形成されてい
る。この半導体膜１７０は、減圧ＣＶＤにより成膜され
た厚さ２００ｎｍの多結晶シリコン膜からなる。更に、
この多結晶シリコン膜１７０には、不純物として、例え
ばイオン注入によってボロンが高濃度、具体的には５×
１０¹⁹／ｃｍ³以上添加、拡散され、ｐ型導電性が与え
られている。

【０１１２】また、第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０
は、この半導体膜１７０を覆うように形成されている。
上記第１および第２の絶縁性ダイヤフラム膜は、例えば
減圧ＣＶＤにより成膜した窒化シリコン膜を用いてい
る。

【０１１３】そして、他の実施形態と同様に、この第２
の絶縁性ダイヤフラム膜１３０を覆うように、例えば
１．５μｍの厚さの熱応力緩和膜２００が形成されてい
る。この熱応力緩和膜２００は、上記第１および第２の
絶縁性ダイヤフラム膜よりも基板５０の熱膨張係数に近
い係数を有する材料を用いて形成されており、例えば、
プラズマＣＶＤにより成膜した窒化シリコン膜よりな
る。

【０１１４】次に、実施形態６に係るセンサの製造方法
について上述の実施形態と異なる事項を中心に説明す
る。基板５０は、上述のようにｎ型の（１００）面方位
の単結晶シリコン基板で、この基板の第１面側にはボロ
ンがイオン注入により５×１０¹⁹／ｃｍ³以上の濃度導
入され、第１の下部電極６０、第１の下部電極リード６
１、第１の下部電極接続端子６２、第２の下部電極７
０、第２の下部電極リード７１、第２の下部電極接続端
子７２が構成される。

【０１１５】下部電極６０、７０等を基板５０に形成し
た後、基板５０の第１面側に第１の基板保護膜８０を形
成し、第２面側には第２の基板保護膜８２を形成する。
次に、上記第１の基板保護膜８０の上に犠牲膜９０を形
成するが、その前に、受圧領域中の所定位置において第
１の基板保護膜８０を直径１０μｍの領域だけ除去し、
第１の基板保護膜開口部８１を形成する。

【０１１６】基板５０の第１面側に、犠牲膜９０を形成
してこの犠牲膜９０を第１及び第２の圧力導入室１５
１、１５２に応じた所定パターンにエッチングした後、
窒化シリコン膜からなる第１の絶縁性ダイヤフラム膜１
００を形成する（厚さ２００ｎｍ）。

【０１１７】更に多結晶シリコン膜１７０を形成し、こ
の膜１７０に不純物（ボロン）を高濃度、具体的には、
５×１０¹⁹／ｃｍ³以上導入し所定パターンにエッチン
グして、第１の上部電極１１０、第１の上部電極リード
１１１、第１の上部電極接続端子１１２、第２の上部電
極１２０、第２の上部電極リード１２１、第２の上部電
極接続端子１２２を形成する。

【０１１８】次に、これら上部電極及びその電極リー
ド、接続端子全体を覆うように窒化シリコン膜からなる
第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０を形成する（厚さ２
００ｎｍ）。

【０１１９】第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０形成
後、第１の基板保護膜開口部８１と対向するように基板
５０の第２面側の第２の基板保護膜８２に、一辺が７５
０μｍの第２の基板保護膜開口部８３を形成する。第２
の基板保護膜開口部８３を形成した後、基板５０の第１
面側では、基準容量部６００において、第２の絶縁性ダ
イヤフラム１３０、第１の絶縁性ダイヤフラム１００を
貫通して犠牲膜９０に到達する直径１０μｍ程度の第２
のエッチング液注入口１４２をフォトエッチングによっ
て形成する。

【０１２０】その後、エッチング液として、例えば、水
酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用い、上記第２
の基板保護膜開口部８３で露出した基板５０を異方性エ
ッチングし基板を貫通する第１の圧力導入口１６１を形
成する。更にこの第１の圧力導入口１６１を第１のエッ
チング液注入口とし、この注入口を介して露出した犠牲
膜９０をエッチングし、また第２のエッチング液注入口
１４２を介して露出した犠牲膜９０をエッチング除去す
る。犠牲膜９０が全てをエッチング除去されると、感圧
容量部５００には、第１の圧力導入口１６１につながっ
た第１の圧力導入室１５１となる空洞が形成され、基準
容量部６００では、第２の圧力導入口１６２につながっ
た第２の圧力導入室１５２となる空洞が形成される。

【０１２１】本実施形態６では、上述のように第１及び
第２の下部電極６０、７０、第１及び第２の上部電極１
１０、１２０は全て、不純物が高濃度に注入され、具体
的には例えばボロンイオンが５×１０¹⁹／ｃｍ³の濃度
注入されたｐ型半導体で形成されており、このような高
濃度不純物領域は、上記水酸化テトラメチルアンモニウ
ム水溶液に対して耐エッチング性を備えている。

【０１２２】図１４は、第２の基板保護膜開口部８３の
形成位置が、第１の下部電極６０に対して理想的な位置
からずれた場合に形成される第１の圧力導入口１６１の
状態を示している。なお、図１４は、上述の図１１のＧ
−Ｈ線に沿った断面を示しており、図１４において点線
で示す位置が理想的な第１の圧力導入口１６１である。
開口部８３が理想的な位置からずれた場合、基板５０に
対する異方性エッチングが進行すると、図中Ａで囲んだ
領域に示されるように、第１の下部電極６０が第１の圧
力導入口１６１の側壁において露出し、水酸化テトラメ
チルアンモニウム水と接触する。しかし、第１の下部電
極６０は高濃度の不純物が導入されて形成されており、
このエッチング液に対して耐性を備える。このため、エ
ッチング液に晒されても第１の下部電極６０が受ける浸
食は小さく、第１の圧力導入口１６１が理想的な位置に
形成された場合と同様の第１の圧力導入室１５１が形成
され、感圧容量部５００での容量変化、ひいてはセンサ
特性に影響を及ぼすことが防止される。

【０１２３】また、第２及び第１の絶縁性ダイヤフラム
膜１３０，１００に微少な欠陥があると、上記水酸化テ
トラメチルアンモニウム水溶液によるエッチングの際
に、第１及び第２の上部電極１１０，１２０が、この水
酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に晒される可能性
がある。しかし、この第１及び第２の上部電極１１０，
１２０も多結晶シリコン膜に対し、下部電極と同様に高
濃度（５×１０¹⁹／ｃｍ³）に不純物が注入されてお
り、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に対して耐
エッチング性を備えている。このため、下部電極及び上
部電極のいずれもエッチングされにくく、センサ素子を
安定して形成する事が可能となっている。

【０１２４】感圧容量部５００に第１の圧力導入室１５
１を形成し、基準容量部６００に第２の圧力導入室１５
２を形成した後、第１の絶縁性ダイヤフラム膜１３０を
貫通するように第１の上部電極接続端子１１２に到達す
る第１の上部電極接続孔１１３と、第２の上部電極接続
端子１２２に到達する第２の上部電極接続孔１２３を形
成する。更に、第２及び第１の絶縁性ダイヤフラム１３
０，１００と、第１の基板保護膜８０を貫通して第１の
下部電極接続端子６２に到達する第１の下部電極接続孔
６３と、第２の下部電極接続端子７２に到達する第２の
下部電極接続孔７３を形成する。

【０１２５】各接続孔形成後、基板５０の第１面側全域
にアルミニウムを被覆形成し、接続孔にこのアルミニウ
ムを埋め込んで、接続孔の上下の導電領域を接続する。
これにより、第１及び第２の下部電極６０，７０は、そ
れぞれ第１及び第２の下部電極出力端子６５，７５に接
続され、第１及び第２の上部電極１１０，１２０は、そ
れぞれ第１及び第２の上部電極出力端子１１５，１２５
に接続される。

【０１２６】更に、第２の絶縁性ダイヤフラム膜１３０
を覆うように、熱応力緩和膜２００としてプラズマＣＶ
Ｄにより窒化シリコン膜を１．５μｍの厚さに形成す
る。最後に、フォトエッチングにより、第１及び第２の
上部電極出力端子１１５，１２５、第１及び第２の下部
電極出力端子６５，７５及び第２のエッチング液注入口
１４２の上の熱応力緩和膜２００を除去する。

【０１２７】このようにして得られる本実施形態６の静
電容量型圧力センサは、その感圧容量部５００では、第
１の圧力導入室１５１上に可動ダイヤフラム３００が形
成され、基準容量部６００には第２の圧力導入室１５２
上に不動メンブレン３５０が形成される。なお、可動ダ
イヤフラム３００は、第１の圧力導入室１５１の上面側
に位置する第１の絶縁性ダイヤフラム膜１００、半導体
膜（第１の上部電極）１７０、第２の絶縁性ダイヤフラ
ム膜１３０および熱応力緩和膜２００より構成されてい
る。一方、不動メンブレン３５０は、第２の圧力導入室
１５２の上面側に位置する第１の絶縁性ダイヤフラム膜
１００、半導体膜（第２の上部電極）１７０、第２の絶
縁性ダイヤフラム膜１３０及び熱応力緩和膜２００によ
り構成されている。

【０１２８】そして、このような構成の本実施形態６の
センサは、図１２中、矢印で示す方向から第１の圧力Ｐ
₁及び第２の圧力Ｐ₂が印加されると、Ｐ₁とＰ₂の圧力差
に応じて、感圧容量部５００の可動ダイヤフラム３００
が変形する。そして、この変形により可動ダイヤフラム
３００を構成する第１の上部電極１１０と第１の下部電
極６０との間隙が変化し、第１の上部電極１１０と第１
の下部電極６０とで形成されるキャパシタの静電容量
（Ｃ_x）が変化する。従って、この静電容量を検出する
ことによって第１の圧力Ｐ₁と第１の圧力Ｐ₂との圧力差
が検出される。一方、基準容量部６００の不動メンブレ
ン３５０は、この不動メンブレン３５０上の圧力と第２
の圧力導入室１５２の圧力とが同じであるため、印加圧
力によってたわむことはない。従って、基準容量部６０
０の第２の上部電極１２０と第２の下部電極７０とで形
成されるキャパシタの静電容量（Ｃ_R）は変化しない。

【０１２９】以上のような本実施形態６に係るセンサ
は、他の実施形態と同様に、上述の図４に示すスイッチ
トキャパシタ型容量検出回路に接続することで、印加さ
れた圧力の差（相対圧力）を検出することができる。

【０１３０】本実施形態６のセンサを図４の回路に接続
する場合、感圧容量部５００の第１の下部電極出力端子
６５をスイッチＳＷ１に接続し、第１の上部電極出力端
子１１５は、オペアンプの負入力端に接続する。また、
基準容量部６００の第２の下部電極出力端子７５は、ス
イッチＳＷ２端に接続し、第２の上部電極出力端子１２
５は、オペアンプの負入力端に接続する。なお、オペア
ンプは、感圧容量部５００及び基準容量部６００におい
て変化した微少な電荷を検出している。ｐ型拡散層によ
って形成された本実施形態６の第１及び第２の下部電極
６０、７０は、ｎ型単結晶シリコン基板５０からのリー
ク電流により電荷が注入されるとセンサ性能が低下して
しまう。従って、上記のように上部電極をオペアンプの
負入力端子に接続する構成を採用することが好適であ
る。

【０１３１】本実施形態６では、相対圧力を検出する静
電容量型差圧センサである点が特徴であるが、更に、第
１及び第２の下部電極と、第１及び第２の上部電極が共
に５×１０¹⁹／ｃｍ³以上の高濃度不純物導入領域によ
り構成されているという特徴も有する。上述のように高
濃度不純物領域によって下部電極及び上部電極を形成す
ることで、基板５０及び犠牲膜エッチング時に耐エッチ
ング性を発揮させ、特性のバラツキの小さいセンサを製
造することを可能としている。また更に、高濃度不純物
領域によって下部電極及び上部電極を形成することで、
上記実施形態５と同様に、これらの電極の抵抗を低減で
き、センサの感度の温度係数や、応答周波数に対しても
大きな影響を及ぼす。以下、感度の温度係数や応答周波
数に及ぼす電極の抵抗について説明する。

【０１３２】上述の実施形態５において説明したよう
に、図１５に示す従来のセンサにおいて、下部電極を基
板５０にボロンを１×１０¹⁹／ｃｍ³の濃度導入して作
成した場合、該下部電極６０、７０の抵抗は２００Ω程
度となる。また、同様に第１及び上部電極を多結晶シリ
コン膜にボロンを１×１０¹⁹／ｃｍ³の濃度導入して形
成した場合、該上部電極の抵抗は１０ｋΩとなる。そし
て、下部電極の抵抗値が２００Ωの場合、感度の温度係
数は−１０００ｐｐｍ／℃、上部電極の抵抗値が１０ｋ
Ωの場合、応答周波数は１０ｋＨｚにもなる。

【０１３３】しかし本実施形態６のように下部電極及び
上部電極の抵抗を不純物濃度を高くすることで低減する
ことにより、センサの応答周波数を図１５に示すような
従来のセンサの約１０倍以上の１００ｋＨｚとすること
が可能となる。また、感度の温度係数については、少な
くとも上述の実施形態１〜５と絶対値で同程度が実現さ
れ、図１５に示すような従来のセンサと比較して３分の
１以下の−３００ｐｐｍ／℃とできる。

【０１３４】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の静電容量型圧力センサは感圧容量部の可動ダイヤフラ
ムの構成として、熱膨張係数が前記第２の絶縁性ダイヤ
フラム膜よりも前記基板に近い材料を用いた熱応力緩和
膜であって、該熱応力緩和膜の膜厚の前記第１及び第２
の絶縁性ダイヤフラム膜の合計膜厚に対する膜厚比が約
２．５〜約５．０を満たすような熱応力緩和膜を備え
る。これにより、第１および第２の絶縁性ダイヤフラム
膜の熱膨張係数が基板の該係数に近づけることができな
くとも、可動ダイヤフラムの平均的な熱膨張係数を基板
に近づけることができる。従って、可動タイヤフラムに
発生する熱応力を低減でき、零点、感度の温度依存性の
小さいセンサを得ることができる。

【０１３５】また、感圧容量部に近接して基準容量部を
設けることにより、これら２つの容量部の容量差をとれ
ば、温度の影響を相殺することができる。従って、より
一層センサの、零点、感度の温度依存性を小さくでき
る。

【０１３６】また、半導体プロセスの薄膜形成技術や犠
牲膜のエッチング技術を用いて、可動ダイヤフラムを高
い精度で形成できるため、キャパシタを構成する対向電
極の狭い間隙の形成が容易になり、静電容量型圧力セン
サの小型化、高感度化が可能となる。しかも、構成要素
の殆どを基板の１面に対する加工処理により製作できる
ため、集積回路とを一体化した、いわゆる集積化センサ
の製造に極めて好適なものである。

【０１３７】更に、本発明のセンサは、感度や応答性な
どに優れ、絶対圧力検出用としても、相対圧力検出用の
いずれのセンサとしても優れた特性を発揮することがで
きる。

【０１３８】また、下部電極及び上部電極における不純
物濃度を十分高くすることで、電極における抵抗を低減
でき、高速応答で、かつ感度の温度依存性の小さい優れ
た特性のセンサを得ることができる。

【０１３９】更に、高濃度の不純物拡散層から下部電極
及び上部電極を形成することで、犠牲膜をエッチングし
て圧力基準室（圧力導入室）を形成する際に、用いるエ
ッチング液に対し耐性を持たせることができる。このた
め、犠牲膜エッチング時に電極が浸食をうけて静電容量
にバラツキが発生することを防止することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る静電容量型圧力センサの概略平
面構成を示す図である。

【図２】 図１のＡ−Ｂ線に沿った静電容量型圧力セン
サの感圧容量部と基準容量部の断面構成を示す図であ
る。

【図３】 図１のＣ−Ｄ線に沿った静電容量型圧力セン
サの感圧容量部およびその出力端子部の断面構成を示す
図である。

【図４】 容量検出回路の構成を示す図である。

【図５】 熱応力緩和膜の厚さと可動ダイヤフラムの熱
応力との関係を表わすグラフである。

【図６】 本発明の実施形態２に係る静電容量型圧力セ
ンサの断面構成を示す図である。

【図７】 本発明の実施形態３に係る静電容量型圧力セ
ンサの平面構成を示す図である。

【図８】 本発明の実施形態４に係る静電容量型圧力セ
ンサの平面構成を示す図である。

【図９】 本発明に係る静電容量型圧力センサの下部電
極の抵抗値とセンサの感度の温度係数との関係を示す図
である。

【図１０】 本発明に係る静電容量型圧力センサの上部
電極の抵抗値とセンサの応答周波数との関係を示す図で
ある。

【図１１】 本発明の実施形態６に係る静電容量型圧力
センサを示す概略平面構成を示す図である。

【図１２】 図１１のＥ−Ｆ線に沿った静電容量型圧力
センサの感圧容量部と基準容量部の断面構成を示す図で
ある。

【図１３】 図１１のＧ−Ｈ線に沿った静電容量型圧力
センサの感圧容量部およびその出力端子部の断面構成を
示す図である。

【図１４】 本発明の実施形態６に係る静電容量型圧力
センサの製造方法の特徴について説明する図である。

【図１５】 従来の静電容量型圧力センサの断面図であ
る。

【符号の説明】

５０ 基板、６０ 第１の下部電極、７０ 第２の下部
電極、８０，８２ 基板保護膜、８１ 第１の基板保護
膜開口部、８３ 第２の基板保護膜開口部、９０ 犠牲
膜、１００ 第１の絶縁性ダイヤフラム膜、１１０ 第
１の上部電極、１２０ 第２の上部電極、１３０ 第２
の絶縁性ダイヤフラム膜、１４１ 第１のエッチング液
注入口、１４２ 第２のエッチング液注入口、１５１
第１の圧力導入室（第１の圧力基準室）、１５２ 第２
の圧力導入室、１６１ 第１の圧力導入口（第１のエッ
チング液注入口）、１６２ 第２の圧力導入室（第２の
圧力基準室）、１７０ 半導体膜（多結晶シリコン
膜）、２００ 熱応力緩和膜、３００ 可動ダイヤフラ
ム、３５０ 不動メンブレン、４００ 圧力基準室、５
００ 感圧容量部、６００ 基準容量部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−257618（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−300603（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−196786（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−318477（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−69519（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/00 305 G01L 9/12 H01L 29/84 G01L 1/14

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された感圧容量部の容量変
   化により圧力を検出するための静電容量型圧力センサに
   おいて、 前記感圧容量部は、前記基板の第１面に形成された第１
   の下部電極と、該第１の下部電極上方に該電極と所定の
   間隙を隔てて形成された可動ダイヤフラムと、前記第１
   の下部電極と前記可動ダイヤフラムとの間隙に構成され
   た圧力基準室とを備え、 前記可動ダイヤフラムは、 前記圧力基準室側に形成された第１の絶縁性ダイヤフラ
   ム膜と、該第１の絶縁性ダイヤフラム膜上に前記第１の
   下部電極と対向するように形成された第１の上部電極
   と、該第１の上部電極上に形成された第２の絶縁性ダイ
   ヤフラム膜と、該第２の絶縁性ダイヤフラム膜と前記第
   １絶縁性ダイヤフラム膜を貫通して前記圧力基準室に到
   達するように形成された少なくとも１個の第１エッチン
   グ液注入口と、を備えると共に、更に、圧力基準室上方
   領域において前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜を覆い、
   かつ熱膨張係数が前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜より
   も前記基板に近い材料から形成された熱応力緩和膜を備
   え、前記エッチング液注入口は前記熱応力緩和膜によっ
   て密封され、前記熱応力緩和膜の膜厚の前記第１及び第２の絶縁性ダ
   イヤフラム膜の合計膜厚に対する膜厚比が約２．５〜約
   ５．０である ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の静電容量型圧力センサ
   において、 前記圧力基準室は、前記基板の第１面上に、その感圧容
   量部形成領域を覆うように犠牲膜を形成し、前記エッチ
   ング液注入口を介して該犠牲膜をエッチング除去するこ
   とで形成されていることを特徴とする静電容量型圧力セ
   ンサ。
3. 【請求項３】 基板上に形成された感圧容量部の容量変
   化により圧力を検出するための静電容量型圧力センサに
   おいて、 前記感圧容量部は、前記基板の第１面に形成された第１
   の下部電極と、該第１の下部電極上方に該電極と所定の
   間隙を隔てて形成された可動ダイヤフラムと、前記第１
   の下部電極と前記可動ダイヤフラムとの間隙に構成され
   た圧力基準室とを備え、 前記可動ダイヤフラムは、 前記圧力基準室側に形成された第１の絶縁性ダイヤフラ
   ム膜と、該第１の絶縁性ダイヤフラム膜上に前記第１の
   下部電極と対向するように形成された第１の上部電極
   と、該第１の上部電極上に形成された第２の絶縁性ダイ
   ヤフラム膜と、を備えると共に、更に、圧力基準室上方
   領域において前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜を覆い熱
   膨張係数が前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜よりも前記
   基板に近い材料から形成された熱応力緩和膜を備え、該
   熱応力緩和膜の膜厚の前記第１及び第２の絶縁性ダイヤ
   フラム膜の合計膜厚に対する膜厚比は約２．５〜約５．
   ０であり、 前記圧力基準室は、前記基板の第１面上に、その感圧容
   量部形成領域を覆うように犠牲膜を形成し、前記基板を
   貫通して該犠牲膜につながる圧力導入口を介して該犠牲
   膜をエッチング除去して形成された圧力導入室により構
   成されることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれか一つに記
   載の静電容量型圧力センサにおいて、 前記熱応力緩和膜は、プラズマＣＶＤにより形成された
   窒化シリコン膜であることを特徴とする静電容量型圧力
   センサ。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれか一つに記
   載の静電容量型圧力センサにおいて、 前記基板には、前記感圧容量部と並列して静電容量の変
   化しない基準容量部が形成され、 該基準容量部は、前記第１の下部電極と同一材料により
   前記基板の第１面に形成された第２の下部電極と、該第
   ２の下部電極上に形成された前記第１の絶縁性ダイヤフ
   ラム膜と、前記第２の下部電極に対向するよう前記第１
   の絶縁性ダイヤフラム膜上に形成され前記第１の上部電
   極と同一材料からなる第２の上部電極と、該第２の上部
   電極を覆うように形成された前記第２の絶縁性ダイヤフ
   ラム膜と、前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜上に形成さ
   れた熱応力緩和膜と、を備えることを特徴とする静電容
   量型圧力センサ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の静電容量型圧力センサ
   において、 前記第１及び第２の下部電極は、不純物がシリコン基板
   に５×１０¹⁹／ｃｍ³以上導入されて形成された不純物
   拡散層から構成され、 前記第１及び第２の上部電極は、不純物がシリコン膜に
   ５×１０¹⁹／ｃｍ³以上導入された不純物拡散層から構
   成されることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項４のいずれか一つに記
   載の静電容量型圧力センサにおいて、 前記第１の下部電極は、不純物がシリコン基板に５×１
   ０¹⁹／ｃｍ³以上導入されて形成された不純物拡散層か
   ら構成され、 前記第１の上部電極は、不純物がシリコン膜に５×１０
   ¹⁹／ｃｍ³以上導入された不純物拡散層から構成される
   ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
8. 【請求項８】 第１の下部電極と、圧力基準室と、第１
   および第２の絶縁性ダイヤフラム膜および第１の上部電
   極を備える感圧容量部と、 第２の下部電極と、前記第１および第２の絶縁性ダイヤ
   フラム膜および第２の上部電極を備える基準容量部と、
   が同一半導体基板上に形成された静電容量型圧力センサ
   の製造方法であり、 前記基板の第１面に前記第１および前記第２の下部電極
   を形成する工程と、 前記基板の前記感圧容量部形成領域を覆うように犠牲膜
   を形成する工程と、 該犠牲膜を覆うように前記半導体基板の第１面上に第１
   の絶縁性ダイヤフラム膜を形成する工程と、 前記第１の絶縁性ダイヤフラム膜上の前記第１の下部電
   極に対向する位置に第１の上部電極を形成し、同時に前
   記第１の絶縁性ダイヤフラム膜上の前記第２の下部電極
   に対向する位置に第２の上部電極を形成する工程と、 前記第１および前記第２の上部電極を覆うように第２の
   絶縁性ダイヤフラム膜を形成する工程と、 前記第２および第１の絶縁性ダイヤフラム膜を貫通して
   前記犠牲膜に到達するように、少なくとも１個のエッチ
   ング液注入口を形成する工程と、 前記感圧容量部形成領域において、前記エッチング液注
   入口を介して前記犠牲膜をエッチング除去することによ
   り圧力基準室を形成する工程と、 前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜上に、プラズマＣＶＤ
   により、熱膨張係数が前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜
   よりも前記基板に近い材料を用いて熱応力緩和膜を形成
   する工程と、 を含み、前記熱応力緩和膜は、少なくとも圧力基準室上方領域に
   おいて前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜を覆って残存す
   る ことを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の製造方法において、 前記熱応力緩和膜は、前記圧力基準室を所望の圧力状態
   に保持するように、前記エッチング液注入口を密封する
   ことを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
10. 【請求項１０】 第１の下部電極と、基板を貫通して形
    成された第１の圧力導入口につながった第１の圧力基準
    室と、第１および第２の絶縁性ダイヤフラム膜および第
    １の上部電極を備える感圧容量部と、 第２の下部電極と、前記第１および第２の絶縁性ダイヤ
    フラム膜を貫通して形成された第２の圧力導入口につな
    がった第２の圧力基準室と、第２の上部電極とを備える
    基準容量部と、が同一半導体基板上に形成された静電容
    量型圧力センサの製造方法であり、 前記基板の第１面に前記第１および前記第２の下部電極
    を形成する工程と、 前記基板の前記感圧容量部及び前記基準容量部の形成領
    域に犠牲膜を形成する工程と、 該犠牲膜を覆うように前記基板の第１面上に第１の絶縁
    性ダイヤフラム膜を形成する工程と、 前記第１の絶縁性ダイヤフラム膜上の前記第１の下部電
    極に対向する位置に第１の上部電極を形成し、同時に前
    記第１の絶縁性ダイヤフラム膜上の前記第２の下部電極
    に対向する位置に第２の上部電極を形成する工程と、 前記第１および前記第２の上部電極を覆うように第２の
    絶縁性ダイヤフラム膜を形成する工程と、 前記基板に、該基板の第２面側から前記第１圧力基準室
    の形成位置の前記犠牲膜にまで到達するように前記第１
    の圧力導入口を形成する工程と、 前記基板の第１面側に配置されている前記第２および第
    １の絶縁性ダイヤフラム膜を貫通して前記第２圧力基準
    室の形成位置の前記犠牲膜に到達するように前記第２の
    圧力導入口を形成する工程と、 前記第１及び前記第２の圧力導入口をエッチング液注入
    口として前記第１及び第２の圧力基準室の形成位置にあ
    る前記犠牲膜をエッチング除去し、第１及び第２の圧力
    基準室を形成する工程と、 前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜上に、プラズマＣＶＤ
    により、熱膨張係数が前記第２の絶縁性ダイヤフラム膜
    よりも前記基板に近い材料を用いて熱応力緩和膜を形成
    する工程と、 を含むことを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方
    法。
11. 【請求項１１】 請求項８〜請求項１０のいずれか一つ
    に記載の静電容量型圧力センサの製造方法において、 前記第１及び第２の下部電極は、不純物がシリコン基板
    に５×１０¹⁹／ｃｍ³以上導入されて形成された不純物
    拡散層から構成され、 前記第１及び第２の上部電極は、不純物がシリコン膜に
    ５×１０¹⁹／ｃｍ³以上導入された不純物拡散層から構
    成されることを特徴とする静電容量型圧力センサの製造
    方法。