JP3428729B2 - 容量式圧力変換器 - Google Patents
容量式圧力変換器Info
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
Description
【０００１】本発明は、請求項１の前文に係る容量式圧
力変換器構造に関する。本発明はまた、前記容量式圧力
変換器構造の製造法に関する。
力変換器構造に関する。本発明はまた、前記容量式圧力
変換器構造の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術に関しては、下記の米国特許
を参照することができる。 〔１〕米国特許 No. ４，３８６，４５３（Gianchino
et al.） 〔２〕米国特許 No. ４，２５７，２７４（Shimada et
al.） 〔３〕米国特許 No. ４，３３２，０００（Petersen） 〔４〕米国特許 No. ４，３９０，９２５（Freud) 〔５〕米国特許 No. ３，３９７，２７８（Pomeranz) 〔６〕米国特許 No. ４，５８９，０５４（Kuisma） 〔７〕米国特許 No. ４，６２８，４０３（Kuisma） 〔８〕米国特許 No. ４，５９４，６３９（Kuisma）
を参照することができる。 〔１〕米国特許 No. ４，３８６，４５３（Gianchino
et al.） 〔２〕米国特許 No. ４，２５７，２７４（Shimada et
al.） 〔３〕米国特許 No. ４，３３２，０００（Petersen） 〔４〕米国特許 No. ４，３９０，９２５（Freud) 〔５〕米国特許 No. ３，３９７，２７８（Pomeranz) 〔６〕米国特許 No. ４，５８９，０５４（Kuisma） 〔７〕米国特許 No. ４，６２８，４０３（Kuisma） 〔８〕米国特許 No. ４，５９４，６３９（Kuisma）
〔９〕米国特許 No. ３，２８８，６５６（Nakamura）
【０００３】引用した米国特許〔１〕〜〔５〕は、第一
可動電極として作用するシリコンダイアフラムが第二固
定金属電極の方向に湾曲することにより、圧力が増加す
るとともにそれらの電極が互いに近づくような容量式圧
力変換器構造に関する。電極間の距離は、負荷圧力の関
数である。引用した米国特許〔６〕、〔７〕および
〔８〕は、第一可動電極として作用するシリコンダイア
フラムが圧力の増加とともに湾曲して固定金属電極から
離れる容量式圧力変換器構造を開示している。引用した
米国特許
可動電極として作用するシリコンダイアフラムが第二固
定金属電極の方向に湾曲することにより、圧力が増加す
るとともにそれらの電極が互いに近づくような容量式圧
力変換器構造に関する。電極間の距離は、負荷圧力の関
数である。引用した米国特許〔６〕、〔７〕および
〔８〕は、第一可動電極として作用するシリコンダイア
フラムが圧力の増加とともに湾曲して固定金属電極から
離れる容量式圧力変換器構造を開示している。引用した
米国特許
〔９〕は、２個のシリコンウェーハを溶融ボン
ディングという方法により相互に結合する方法を最初に
記載したものである。圧力が最も小さいときに電極が相
互に最も接近するように配置されることに基づく従来の
容量式圧力変換器構造は、引用した米国特許〔６〕、
〔７〕および〔８〕に開示されている。そのような圧力
変換器構造は、作用する圧力範囲が非常に広い。変換器
構造における圧力に対する容量の変化速度は、電極が相
互に最も接近する低圧時が最高であり、従って、低圧時
には圧力が極めて正確に測定できる。圧力変換器構造に
真空チェンバを使用するために、安定な真空を得るのを
助ける導体の孔は不要である。真空チェンバは、ガラス
板またはガラス層で被覆したシリコンウェーハによって
密閉する。従って、変換器のコンデンサの第一電極は、
円錐形の真空チェンバの面積の小さい方の先端によって
形成される。この結果、円錐形の真空チェンバは変換器
のダイアフラムの外側に広がることになる。
ディングという方法により相互に結合する方法を最初に
記載したものである。圧力が最も小さいときに電極が相
互に最も接近するように配置されることに基づく従来の
容量式圧力変換器構造は、引用した米国特許〔６〕、
〔７〕および〔８〕に開示されている。そのような圧力
変換器構造は、作用する圧力範囲が非常に広い。変換器
構造における圧力に対する容量の変化速度は、電極が相
互に最も接近する低圧時が最高であり、従って、低圧時
には圧力が極めて正確に測定できる。圧力変換器構造に
真空チェンバを使用するために、安定な真空を得るのを
助ける導体の孔は不要である。真空チェンバは、ガラス
板またはガラス層で被覆したシリコンウェーハによって
密閉する。従って、変換器のコンデンサの第一電極は、
円錐形の真空チェンバの面積の小さい方の先端によって
形成される。この結果、円錐形の真空チェンバは変換器
のダイアフラムの外側に広がることになる。
【０００４】従来の圧力変換器構造の欠点は以下の通り
である。 1. シリコンとガラスとの熱膨張係数が異なるため、柔
軟なダイアフラムは応力を受け、その結果、実質的に温
度依存性の変換器となる。 2. 真空チェンバに気体が残留するため、長期不安定化
を引き起こす。 3. 低価格で大量生産するため、変換器のサイズがかな
り大きい。処理ウェーハに対する変換器の数が少なすぎ
る。 4. いくつかのリソグラフィー工程を必要とし、変換器
構造がかなり複雑である。変換器の製造工程における生
産量を改善するには、その構造および製造工程をできる
かぎり簡素にすべきである。 5. 変換器の可動要素として作用するダイアフラムが円
錐形の真空チェンバの小さい方の先端であるため、大き
い方の先端は変換器要素の面積を大きくする決定的因子
になっている。言い換えると、変換器のダイアフラムに
対してある特定の面積の設計を選択した場合、使用する
変換器技術に限界があるため、真空チェンバの面積の大
きい方の先端のサイズが、１個のウェーハ上に固定する
変換器の数を大きく減少させることになる。 本発明の目的は、上記従来技術の欠点を克服し、全く新
規な容量式圧力変換器構造およびその製造方法を達成す
ることである。
である。 1. シリコンとガラスとの熱膨張係数が異なるため、柔
軟なダイアフラムは応力を受け、その結果、実質的に温
度依存性の変換器となる。 2. 真空チェンバに気体が残留するため、長期不安定化
を引き起こす。 3. 低価格で大量生産するため、変換器のサイズがかな
り大きい。処理ウェーハに対する変換器の数が少なすぎ
る。 4. いくつかのリソグラフィー工程を必要とし、変換器
構造がかなり複雑である。変換器の製造工程における生
産量を改善するには、その構造および製造工程をできる
かぎり簡素にすべきである。 5. 変換器の可動要素として作用するダイアフラムが円
錐形の真空チェンバの小さい方の先端であるため、大き
い方の先端は変換器要素の面積を大きくする決定的因子
になっている。言い換えると、変換器のダイアフラムに
対してある特定の面積の設計を選択した場合、使用する
変換器技術に限界があるため、真空チェンバの面積の大
きい方の先端のサイズが、１個のウェーハ上に固定する
変換器の数を大きく減少させることになる。 本発明の目的は、上記従来技術の欠点を克服し、全く新
規な容量式圧力変換器構造およびその製造方法を達成す
ることである。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、１）変換器構造の真空チェン
バを、２個のシリコンウェーハを溶融ボンディングする
ことにより密閉し、２）真空チェンバの密閉後、柔軟な
シリコンウェーハを形成するためにシリコンウェーハの
シンニングを行うことに基づくものである。具体的に
は、本発明の容量式圧力変換器は、請求項１の特徴付け
部分に述べることを特徴とする。
バを、２個のシリコンウェーハを溶融ボンディングする
ことにより密閉し、２）真空チェンバの密閉後、柔軟な
シリコンウェーハを形成するためにシリコンウェーハの
シンニングを行うことに基づくものである。具体的に
は、本発明の容量式圧力変換器は、請求項１の特徴付け
部分に述べることを特徴とする。
【０００６】さらに、本発明の方法は、請求項５の特徴
付け部分に述べることを特徴とする。本発明は重要な利
点を有するものである。本発明に係る変換器の製造方法
および構造は極めて簡単である。その変換器構造はサイ
ズが非常に小さく、製造コストが低い。変換器は作用範
囲が広い。変換器のサイズをできるだけ小さくすること
により、変換器構造のコストを可能な限り低くすること
ができる。製造工程が簡素であるため、生産量を上げ、
製造コストをできるだけ低くすることができる。本発明
の利点としては、真空チェンバの容積をできるだけ大き
くすると同時に変換器の面積はできるだけ最小に保つこ
とができることが挙げられる。周知のように、真空チェ
ンバの残留気体により、変換器のゼロ点が温度依存性と
なるが、これは、真空チェンバの容積をできるだけ大き
くすることにより少なくできると考えられる。本発明
は、シリコン以外の材料を使用しないで作った真空チェ
ンバを有する変換器構造を初めて開示するものである。
周知のように、ガラスで密封した真空チェンバを有する
構造は、ガラスが容易に気体を吸収して真空チェンバに
放出し、その結果、変換器の長期不安定化を引き起こす
可能性があるという事実が妨げとなる。真空チェンバの
製造工程では従来の構造〔６〕〔７〕の場合のように真
空チェンバの傾斜壁のウェーハ部分が無駄にならないの
で、本発明の変換器構造のフットプリントは最小にな
る。本発明のさらに別の利点は、シリコン−シリコン界
面の密封結合が可能であることであり、その結果、常法
付け部分に述べることを特徴とする。本発明は重要な利
点を有するものである。本発明に係る変換器の製造方法
および構造は極めて簡単である。その変換器構造はサイ
ズが非常に小さく、製造コストが低い。変換器は作用範
囲が広い。変換器のサイズをできるだけ小さくすること
により、変換器構造のコストを可能な限り低くすること
ができる。製造工程が簡素であるため、生産量を上げ、
製造コストをできるだけ低くすることができる。本発明
の利点としては、真空チェンバの容積をできるだけ大き
くすると同時に変換器の面積はできるだけ最小に保つこ
とができることが挙げられる。周知のように、真空チェ
ンバの残留気体により、変換器のゼロ点が温度依存性と
なるが、これは、真空チェンバの容積をできるだけ大き
くすることにより少なくできると考えられる。本発明
は、シリコン以外の材料を使用しないで作った真空チェ
ンバを有する変換器構造を初めて開示するものである。
周知のように、ガラスで密封した真空チェンバを有する
構造は、ガラスが容易に気体を吸収して真空チェンバに
放出し、その結果、変換器の長期不安定化を引き起こす
可能性があるという事実が妨げとなる。真空チェンバの
製造工程では従来の構造〔６〕〔７〕の場合のように真
空チェンバの傾斜壁のウェーハ部分が無駄にならないの
で、本発明の変換器構造のフットプリントは最小にな
る。本発明のさらに別の利点は、シリコン−シリコン界
面の密封結合が可能であることであり、その結果、常法
〔９〕による従来の表面処理を使用すると、密封が容易
に確実なものとなる。本発明構造のガラス−シリコン界
面の陽極ボンディングは、密封を必要としない。
に確実なものとなる。本発明構造のガラス−シリコン界
面の陽極ボンディングは、密封を必要としない。
【０００７】
【実施例】本発明に係る容量式圧力変換器の態様を例示
する図１、２、３および４は、シリコンダイアフラムが
圧力の増加とともに湾曲して固定金属電極から離れてい
くように設計され、真空チェンバがシリコンウェーハで
密閉されている変換器を示す。製造した変換器構造を切
り離した変換器として示すが、実際の製造工程では、円
形ウェーハ上に並んだアレイとして作られ、この引きに
より個々の変換器を切り離す。本発明の好ましい態様で
は、真空チェンバをシリコンの中に作るが、これは、厚
みのあるシリコンウェーハから通常のマイクロメカニカ
ル法を使用して作り、次いで、薄いシリコンウェーハに
よりその真空チェンバを密閉する。後者のシリコンウェ
ーハは、両者のシリコンウェーハを結合した後、さらに
シンニングにかける。そのような本発明にかかる製造方
法を、図６の(a) 〜(g) に示す。
する図１、２、３および４は、シリコンダイアフラムが
圧力の増加とともに湾曲して固定金属電極から離れてい
くように設計され、真空チェンバがシリコンウェーハで
密閉されている変換器を示す。製造した変換器構造を切
り離した変換器として示すが、実際の製造工程では、円
形ウェーハ上に並んだアレイとして作られ、この引きに
より個々の変換器を切り離す。本発明の好ましい態様で
は、真空チェンバをシリコンの中に作るが、これは、厚
みのあるシリコンウェーハから通常のマイクロメカニカ
ル法を使用して作り、次いで、薄いシリコンウェーハに
よりその真空チェンバを密閉する。後者のシリコンウェ
ーハは、両者のシリコンウェーハを結合した後、さらに
シンニングにかける。そのような本発明にかかる製造方
法を、図６の(a) 〜(g) に示す。
【０００８】図１に示す変換器構造では、まず、通常の
マイクロメカニカル法を使用して、厚みのあるシリコン
ウェーハ１の中に傾斜壁１１を有する真空チェンバ２１
を作る。しかし、物理的に小さい変換器を得るという目
標に有害である余分のシリコンのフットプリントは消費
しない。本発明によれば、壁１１と、変換器コンデンサ
の可動電極として作用するように薄いシリコンウェーハ
２に形成したダイアフラム４との間の角度αは９０度以
下である。角度αは、ダイアフラム４が外圧を受けない
ときに形成される角度と定義する。真空チェンバ２１の
幅は、柔軟なダイアフラム４の幅を決定する。後者は、
一定の適用では、変換器の重要な寸法の一つである。真
空チェンバ２１を形成する厚みのあるウェーハ１は、溶
融結合により、薄いシリコンウェーハ２で密閉する。結
合する前に、平らなシリコン表面を通常のシリコン表面
洗浄法により処理し、その後、真空中でそれらのウェー
ハを重ね、熱処理により結合を密封する。図１では、シ
ンニングしたシリコンウェーハ２により、柔軟なダイア
フラム４およびゼロ点容量を決定するエアギャップ２３
が形成されている。真空チェンバ２１の深さは、厚みの
あるシリコンウェーハの厚さにより制限される。その厚
さは、典型的には５００μm 〜１５００μmである。ダ
イアフラム４または少なくともその下部表面には不純物
を添加して伝導性にする。その目的に対する典型的なバ
ルクドーピングレベルは１０１８不純物原子／cm3 であ
る。
マイクロメカニカル法を使用して、厚みのあるシリコン
ウェーハ１の中に傾斜壁１１を有する真空チェンバ２１
を作る。しかし、物理的に小さい変換器を得るという目
標に有害である余分のシリコンのフットプリントは消費
しない。本発明によれば、壁１１と、変換器コンデンサ
の可動電極として作用するように薄いシリコンウェーハ
２に形成したダイアフラム４との間の角度αは９０度以
下である。角度αは、ダイアフラム４が外圧を受けない
ときに形成される角度と定義する。真空チェンバ２１の
幅は、柔軟なダイアフラム４の幅を決定する。後者は、
一定の適用では、変換器の重要な寸法の一つである。真
空チェンバ２１を形成する厚みのあるウェーハ１は、溶
融結合により、薄いシリコンウェーハ２で密閉する。結
合する前に、平らなシリコン表面を通常のシリコン表面
洗浄法により処理し、その後、真空中でそれらのウェー
ハを重ね、熱処理により結合を密封する。図１では、シ
ンニングしたシリコンウェーハ２により、柔軟なダイア
フラム４およびゼロ点容量を決定するエアギャップ２３
が形成されている。真空チェンバ２１の深さは、厚みの
あるシリコンウェーハの厚さにより制限される。その厚
さは、典型的には５００μm 〜１５００μmである。ダ
イアフラム４または少なくともその下部表面には不純物
を添加して伝導性にする。その目的に対する典型的なバ
ルクドーピングレベルは１０１８不純物原子／cm3 であ
る。
【０００９】薄い、柔軟なダイアフラム４は、ダイアフ
ラム部分の全シンニング工程中は厚みのあるシリコンウ
ェーハ１に付着したままにする。このことは、シンニン
グ工程中はダイアフラムをそのままにしておくことで高
い生産量が得られるので必須である。変換器の圧力感度
を測定するためには、柔軟なダイアフラム４の厚さを知
っておかなければならないが、ダイアフラム厚さの測定
は、ダイアフラム４が厚みのあるウェーハに欠くことの
できない部分であるため、常法では不可能である。しか
し、ダイアフラム４のたわみ曲線は光学的に測定するこ
とができ、ダイアフラム厚さは測定したたわみから計算
することができる。シンニングした、平らなシリコン表
面には、次いで、金属電極５および結合パッド３を例え
ば陽極ボンディングにより取り付ける。その結果、その
シリコンウェーハ上にガラス層が付着し、絶縁される。
ラム部分の全シンニング工程中は厚みのあるシリコンウ
ェーハ１に付着したままにする。このことは、シンニン
グ工程中はダイアフラムをそのままにしておくことで高
い生産量が得られるので必須である。変換器の圧力感度
を測定するためには、柔軟なダイアフラム４の厚さを知
っておかなければならないが、ダイアフラム厚さの測定
は、ダイアフラム４が厚みのあるウェーハに欠くことの
できない部分であるため、常法では不可能である。しか
し、ダイアフラム４のたわみ曲線は光学的に測定するこ
とができ、ダイアフラム厚さは測定したたわみから計算
することができる。シンニングした、平らなシリコン表
面には、次いで、金属電極５および結合パッド３を例え
ば陽極ボンディングにより取り付ける。その結果、その
シリコンウェーハ上にガラス層が付着し、絶縁される。
【００１０】図２に示す変換器構造は上記のものと類似
しているが、エアギャップ２３の位置が図１に示すもの
とは異なる。図１に示す構造では、エアギャップ２３は
シリコンウェーハ２に作られていたが、図２の構造で
は、エアギャップ２３はガラス層３に作られている（ガ
ラス層３の一部がエアギャップ２３形成のために低くな
っている）。変換器の最も重要な寸法はエアギャップの
深さであり、その結果、その加工処理を均一なガラス層
において行う方が、シリコンの場合よりもコントロール
が容易である。シリコンの場合は、シリコンのエッチン
グ速度がシリコンウェーハの抵抗率の影響を受ける。
しているが、エアギャップ２３の位置が図１に示すもの
とは異なる。図１に示す構造では、エアギャップ２３は
シリコンウェーハ２に作られていたが、図２の構造で
は、エアギャップ２３はガラス層３に作られている（ガ
ラス層３の一部がエアギャップ２３形成のために低くな
っている）。変換器の最も重要な寸法はエアギャップの
深さであり、その結果、その加工処理を均一なガラス層
において行う方が、シリコンの場合よりもコントロール
が容易である。シリコンの場合は、シリコンのエッチン
グ速度がシリコンウェーハの抵抗率の影響を受ける。
【００１１】図３は、金属電極５の基板が、引用した特
許〔６〕に記載の方法で、上に薄いガラス層６が付着し
たシリコンウェーハ３によって形成された変換器構造を
示す。エアギャップ２３は、ウェーハ２のシリコンにお
いてエッチングすることにより形成される。図４は、エ
アギャップおよびウェーハ２の金属電極５からの誘電分
離が薄いガラス層６によって作られた変換器構造を示
す。その図の切断面が外圧の連絡チャンネルと一致す
る。
許〔６〕に記載の方法で、上に薄いガラス層６が付着し
たシリコンウェーハ３によって形成された変換器構造を
示す。エアギャップ２３は、ウェーハ２のシリコンにお
いてエッチングすることにより形成される。図４は、エ
アギャップおよびウェーハ２の金属電極５からの誘電分
離が薄いガラス層６によって作られた変換器構造を示
す。その図の切断面が外圧の連絡チャンネルと一致す
る。
【００１２】図５は、変換器構造の上面図を示し、金属
電極５の基板となるシリコンウェーハとシンニングした
シリコンウェーハとの間の界面を示す。シリコン−ガラ
ス界面は参照番号１５で表す。外圧の連絡チャンネル１
３は、他方のコンデンサ電極の金属部分５に形成されて
いる。
電極５の基板となるシリコンウェーハとシンニングした
シリコンウェーハとの間の界面を示す。シリコン−ガラ
ス界面は参照番号１５で表す。外圧の連絡チャンネル１
３は、他方のコンデンサ電極の金属部分５に形成されて
いる。
【００１３】図６（ａ）〜（ｇ）には、変換器の製造法
を示す。 ａ）典型的には５００〜１５００μｍ厚さのシリコンウ
ェーハを通常のリソグラフィー法により加工処理して厚
さ１００〜１０００μｍの真空チェンバ２１を作る。シ
リコンのエッチングは、例えば３〜５０％の水酸化カリ
ウム水溶液を使用し、典型的には０.５〜１μｍ／分の
エッチング速度にして行う。普通のシリコンのウェーハ
において、真空チェンバ２１の壁を斜めにエッチングす
ることにより、真空チェンバ２１が切頭円錐形になるよ
うにする。 ｂ−ｃ）溶融結合により、真空チェンバを有するシリコ
ンウェーハ１に、典型的には２００〜４００μｍ厚さの
別のシリコンウェーハ２を取リ付ける。溶融ボンディン
グの前に、シリコン表面を、例えば熱硝酸、ＲＣＡ洗浄
またはH２SO４/H２0２洗浄により処理する。 ｄ−ｅ）シリコンウェーハ２を１〜１００μｍ、典型的
には２０μｍの極めて薄い厚さにシンニングする。シン
ニングしたウェーハ２は、全シンニング工程中、厚みの
あるウェーハに取り付けたままにする。必要があれば、
ウェーハ２は真空チェンバ２１でさらにシンニングし
て、変換器コンデンサの他方の電極に関して変換器ダイ
アフラム４の下にエアギャップを形成することができ
る。 ｆ−ｇ）加工処理された柔軟なダイアフラム４を有する
相互に結合したシリコンウェーハをともに、変換器コン
デンサの、絶縁された金属電極５を含む基板３に結合す
る。
を示す。 ａ）典型的には５００〜１５００μｍ厚さのシリコンウ
ェーハを通常のリソグラフィー法により加工処理して厚
さ１００〜１０００μｍの真空チェンバ２１を作る。シ
リコンのエッチングは、例えば３〜５０％の水酸化カリ
ウム水溶液を使用し、典型的には０.５〜１μｍ／分の
エッチング速度にして行う。普通のシリコンのウェーハ
において、真空チェンバ２１の壁を斜めにエッチングす
ることにより、真空チェンバ２１が切頭円錐形になるよ
うにする。 ｂ−ｃ）溶融結合により、真空チェンバを有するシリコ
ンウェーハ１に、典型的には２００〜４００μｍ厚さの
別のシリコンウェーハ２を取リ付ける。溶融ボンディン
グの前に、シリコン表面を、例えば熱硝酸、ＲＣＡ洗浄
またはH２SO４/H２0２洗浄により処理する。 ｄ−ｅ）シリコンウェーハ２を１〜１００μｍ、典型的
には２０μｍの極めて薄い厚さにシンニングする。シン
ニングしたウェーハ２は、全シンニング工程中、厚みの
あるウェーハに取り付けたままにする。必要があれば、
ウェーハ２は真空チェンバ２１でさらにシンニングし
て、変換器コンデンサの他方の電極に関して変換器ダイ
アフラム４の下にエアギャップを形成することができ
る。 ｆ−ｇ）加工処理された柔軟なダイアフラム４を有する
相互に結合したシリコンウェーハをともに、変換器コン
デンサの、絶縁された金属電極５を含む基板３に結合す
る。
【００１４】図７は図１に示したものと同様の変換器構
造を示すが、過度の圧力に対する安全保護装置１７を有
する。そのような過度の圧力に対する安全保護装置１７
は、真空チェンバの底部の一部を、ダイアフラム４の許
容される最大のたわみに対応する深さまでエッチングす
ることにより形成される。従って、その変換器は、かな
り大きい圧力に対しても、ダイアフラムが過度の圧力に
対する安全保護装置１７に対してたわむ間は、破壊する
ことなく耐えることができる。
造を示すが、過度の圧力に対する安全保護装置１７を有
する。そのような過度の圧力に対する安全保護装置１７
は、真空チェンバの底部の一部を、ダイアフラム４の許
容される最大のたわみに対応する深さまでエッチングす
ることにより形成される。従って、その変換器は、かな
り大きい圧力に対しても、ダイアフラムが過度の圧力に
対する安全保護装置１７に対してたわむ間は、破壊する
ことなく耐えることができる。
【００１５】図８は、真空チェンバ２１が外圧と連絡で
きるように穴をあけたかエッチングした孔１９を備えた
部分を有する差圧変換器構造を示す。変換器コンデンサ
の電極への接触は、ガラス基板層３を通して得られる接
触によっても得ることができる。接触のための孔は、機
械的または化学的処理工程によって得ることができる。
それらの孔は、電気的接触を形成するために、適当な金
属をそれらの孔にスパッタ蒸着することにより伝導性に
なる。そのような装置を使用すると、ウェーハ上により
多くの変換器をパッケージングすることができる。
きるように穴をあけたかエッチングした孔１９を備えた
部分を有する差圧変換器構造を示す。変換器コンデンサ
の電極への接触は、ガラス基板層３を通して得られる接
触によっても得ることができる。接触のための孔は、機
械的または化学的処理工程によって得ることができる。
それらの孔は、電気的接触を形成するために、適当な金
属をそれらの孔にスパッタ蒸着することにより伝導性に
なる。そのような装置を使用すると、ウェーハ上により
多くの変換器をパッケージングすることができる。
【図１】本発明に係る容量式圧力変換器の一態様の側面
図である。
図である。
【図２】本発明に係る容量式圧力変換器の第二の態様の
側面図である。
側面図である。
【図３】本発明に係る容量式圧力変換器の第三の態様の
側面図である。
側面図である。
【図４】本発明に係る容量式圧力変換器の第四の態様の
側面図である。
側面図である。
【図５】図４で示した構造のシリコン−ガラス界面の上
面図である。
面図である。
【図６】本発明に係る製造方法の各工程の側面図であ
る。
る。
【図７】過度の圧力に対する安全保護装置を備えた本発
明に係る容量式圧力変換器の側面図である。
明に係る容量式圧力変換器の側面図である。
【図８】本発明に係る容量式差圧変換器の側面図であ
る。
る。
１、２ シリコンウェーハ
３ 結合パッド
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01L 9/12
H01L 29/84
Claims (8)
- 【請求項１】 変換器コンデンサの第一電極（４）を形
成するためにその少なくとも一部が伝導性である、ダイ
アフラム構造（２）； 前記第一電極（４）と間隔を置いて配置され、かつ該第
一電極（４）に対向させて配置された前記変換器コンデ
ンサの第二電極（５）を含み、前記ダイアフラム構造
（２）との間にエアギャップ（２３）が形成されるよう
に前記ダイアフラム構造（２）の第一表面に永久的に結
合した基板（３）；および前記第一電極（４）のたわみ
を収容するのに適した傾斜壁（１１）を有する空間（２
１）を含み、前記ダイアフラム構造（２）の第二表面に
永久的に結合したシリコン構造（１）を含む容量式圧力
変換器構造において、 前記シリコン構造（１）の空間（２１）の傾斜壁（１
１）と前記第一電極（４）を形成するダイアフラム構造
（２）との間の角度αが９０度以下であり、前記ダイア
フラム構造（２）と前記基板（３）との結合部の一部に
前記エアギャップ（２３）に通じる外圧との連絡チャン
ネル（１３）が設けてあることを特徴とする容量式圧カ
変換器構造。 - 【請求項２】 前記第一電極（４）を形成するダイアフ
ラム構造（２）のたわみを制限するのに適する突起（１
７）が前記空間（２１）の底部にのみ設けられているこ
とを特徴とする請求項１に記載の容量式圧力変換器構
造。 - 【請求項３】 前記空間（２１）が真空チェンバであ
り、前記エアギャップ（２３）は外圧に通じる連絡チャ
ンネル（１３）を備えていることを特徴とする請求項１
に記載の容量式圧力変換器構造。 - 【請求項４】 前記空間（２１）に、差圧変換器を形成
するために外圧と連絡するチャンネル（１９）が設けて
あることを特徴とする請求項１に記載の容量式圧力変換
器構造。 - 【請求項５】 変換器コンデンサの第一電極（４）を形
成するためにその少なくとも一部が伝導性である、ダイ
アフラム構造（２）； 前記第一電極（４）と間隔を置いて配置され、かつ該第
一電極（４）に対向させて配置された前記変換器コンデ
ンサの第二電極（５）を含み、前記ダイアフラム構造
（２）との間にエアギャップ（２３）が形成されるよう
に前記ダイアフラム構造（２）の第一表面に永久的に結
合した基板（３）；および前記第一電極（４）のたわみ
を収容するのに適した傾斜壁（１１）を有する空間（２
１）を含み、前記ダイアフラム構造（２）の第二表面に
永久的に結合したシリコン構造（１）を含む変換器構造
を形成するための容量式圧力変換器構造の製造方法にお
いて、 前記シリコン構造（１）に形成される前記空間（２１）
上に、実質的に真空条件で、溶融結合法を使用してダイ
アフラム構造（２）を取り付け； 前記第一電極（４）の形成が終るまで、前記ダイアフラ
ム構造（２）はマイクロメカニカル法によりシンニング
し; こうして得られた前記第一電極（４）を形成するダイア
フラム構造（２）を含む前記シリコン構造（１）を、前
記ダイアフラム構造（２）と前記基板（３）との結合部
の一部に前記エアギャップ（２３）に通じる外圧との連
絡チャンネル（１３）が形成されるようにして、前記第
二電極（５）を含む基板（３）に取り付けることを特徴
とする容量式圧カ変換器構造の製造方法。 - 【請求項６】 前記第一電極（４）を形成するダイアフ
ラム構造（２）のたわみを制限するのに適する突起（１
７）が前記空間（２１）の底部にのみ形成されることを
特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 前記空間（２１）が真空チェンバに適合
されることを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】 前記空間（２１）がチャンネル（１９）
を介して外圧と連絡するように構成されることを特徴と
する請求項５に記載の方法。
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| FR2859281B1 (fr) * | 2003-09-02 | 2005-12-23 | Auxitrol Sa | Protection d'une membrane deformable contre de fortes deformations dans une structure micromecanique |
| US7214324B2 (en) * | 2005-04-15 | 2007-05-08 | Delphi Technologies, Inc. | Technique for manufacturing micro-electro mechanical structures |
| JP4585426B2 (ja) * | 2005-10-31 | 2010-11-24 | アルプス電気株式会社 | 静電容量型圧力センサ |
| US7345867B2 (en) * | 2005-11-18 | 2008-03-18 | Alps Electric Co., Ltd | Capacitive pressure sensor and method of manufacturing the same |
| JP2010169665A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-08-05 | Canon Anelva Corp | 静電容量型隔膜真空計、真空装置 |
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| DE102014200500A1 (de) * | 2014-01-14 | 2015-07-16 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Drucksensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren |
| TWI550261B (zh) * | 2014-03-17 | 2016-09-21 | 立錡科技股份有限公司 | 微機電壓力計以及其製作方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US3288656A (en) * | 1961-07-26 | 1966-11-29 | Nippon Electric Co | Semiconductor device |
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| US4386453A (en) * | 1979-09-04 | 1983-06-07 | Ford Motor Company | Method for manufacturing variable capacitance pressure transducers |
| US4332000A (en) * | 1980-10-03 | 1982-05-25 | International Business Machines Corporation | Capacitive pressure transducer |
| US4390925A (en) * | 1981-08-26 | 1983-06-28 | Leeds & Northrup Company | Multiple-cavity variable capacitance pressure transducer |
| FI74350C (fi) * | 1984-02-21 | 1988-01-11 | Vaisala Oy | Kapacitiv absoluttryckgivare. |
| FI69211C (fi) * | 1984-02-21 | 1985-12-10 | Vaisala Oy | Kapacitiv styckgivare |
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| EP0339981A3 (en) * | 1988-04-29 | 1991-10-09 | Schlumberger Industries, Inc. | Laminated semiconductor sensor with overpressure protection |
| US4951174A (en) * | 1988-12-30 | 1990-08-21 | United Technologies Corporation | Capacitive pressure sensor with third encircling plate |
| DE4115420A1 (de) * | 1991-05-10 | 1992-11-12 | Fraunhofer Ges Forschung | Drucksensor |
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-
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