JP3728969B2

JP3728969B2 - Capacitance type pressure sensor and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3728969B2
Application number: JP05713499A
Authority: JP
Inventors: 克己谷口; 則行平山; 友章後藤; 浩二松下
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: JP2000199727A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス等の流体の圧力を検出して圧力に応じた信号を出力する静電容量式圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスメータ等に搭載される小型軽量で安価な静電容量式圧力センサ（以下では圧力センサと略称する）としては、リング状溝の内側の部分を可動電極とする単結晶シリコン板からなるシリコン部品と、この可動電極に対向する位置に固定電極を形成した硼硅酸ガラスからなるガラス部品とを、可動電極と固定電極との間に所定のギャップをもたせて接合した構造の圧力センサがある。リング状溝に対応する肉薄部が印加された圧力によって変形することによって、可動電極が変位し、両電極間の静電容量値が変化する。
図９は、このような圧力センサの一例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図である。
【０００３】
単結晶シリコン板からなるシリコン部品１には、上面から、コンデンサ３のギャップとなるギャップ部13と上側のリング状溝12とリング状溝12の外側に位置する凹部14とが選択エッチングによって形成されており、下面から、下側のリング状溝12が選択エッチングによって形成されている。このシリコン部品１のいずれかの面に圧力が印加されると、この上下のリング状溝12によって囲まれた領域が、リング状溝12によって薄肉になった部分の変形によって変位する。すなわち、このリング状溝12によって囲まれた領域が可動電極部11として機能する。凹部14は、ガラス部品２のスルーホール電極24の下端とシリコン部品１とが接触することを避けるために形成される。スルーホール電極24は、ガラス部品に形成された固定電極21を外部回路と接続するために固定電極用スルーホール22の内面及び下側開口部周辺に形成されたメタライズ層である。ガラス部品２のスルーホール電極24とシリコン部品１とが接触すると、可動電極部11と固定電極21とが短絡された状態となり、このセンサの機能が失われる。
【０００４】
単結晶シリコン板の選択エッチング方法としては、アルミをマスク材料とするプラズマエッチング法が最も一般的であり、浅いエッチング加工であるギャップ部13の加工及び凹部14の加工が先に実施され、次に、深いエッチング加工である上下のリング状溝12の加工が別々の工程で実施される。
【０００５】
硼硅酸ガラスからなるガラス部品２には、シリコン部品１の凹部14の中央部に対応して固定電極用スルーホール22が形成され、固定電極用スルーホール22の対角位置の角に可動電極用スルーホール23が形成され、シリコン部品１の可動電極部11に対向する位置に固定電極21が形成されている。固定電極21には、可動電極部11に対向する部分だけではなく固定電極用スルーホール22までのリード部も含まれている。固定電極用スルーホール22の内面及び開口部周辺には、固定電極21が形成されている側からスルーホール電極24が形成され、固定電極21を固定電極用スルーホール22の上端まで引き出している。可動電極用スルーホール23は、図９では円形の４分の１に表現されているが、隣り合う４つの分と合わせると円形をしている。
【０００６】
ガラス部品２は次のようにして製造される。
まず、固定電極21を形成するための導電性薄膜、例えばクロムと金との積層金属膜、がスパッタリング法によって下面に生成され、この積層金属膜がフォトリソグラフィ技術によってパターニングされて、固定電極21が形成される。フォトリソグラフィ技術によるのは高い寸法精度を得るためである。次に、固定電極用スルーホール22及び可動電極用スルーホール23が、例えばサンドブラスト等の方法で同時に形成される。最後に、例えばクロムと金との積層金属膜からなるスルーホール電極24が、金属マスクを用いるマスクスパッタリング法によって形成される。
【０００７】
以上のようなシリコン部品１とガラス部品２とが、可動電極部11と固定電極21とがギャップ部13を挟んで対向し、凹部14の中央部に固定電極用スルーホール22が位置するように位置決めされて、外周部で静電接合される。静電接合の後、ガラス部品２の上面側から、固定電極用スルーホール22の内面及び開口部周辺に固定電極の端子25が形成され、可動電極用スルーホール23の内面（図９では側面）及び開口部周辺（図９では上面）に可動電極の端子26が形成されて、固定電極21と可動電極部11とからなるコンデンサ３を備えた圧力センサが完成する。固定電極の端子25及び可動電極の端子26は、スルーホール電極24と同様に、例えばクロムと金との積層金属膜からなり、マスクスパッタリング法によって形成される。固定電極の端子25の形成によって、固定電極の端子25とスルーホール電極24とが固定電極用スルーホール22の内面で接続され、外部回路と接続するための固定電極の端子25に固定電極21が接続された状態になる。一方、可動電極の端子26の形成によって、シリコン部品１の可動電極部11の電気配線が、固定電極の端子25と同じ平面上に取り出された状態になる。同一平面上に両端子25及び26が形成されることによって、外部回路との接続が非常に容易となる。なお、固定電極の端子25と可動電極の端子26とは、同時に形成できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス部品２の固定電極用スルーホール22及び可動電極用スルーホール23を形成する方法として、加工時間が短くて済むサンドブラスト等の機械的加工方法を採用すると、固定電極用スルーホール22等の端部にバリを発生する。このバリの大きさがシリコン部品１の凹部14の深さから固定電極用スルーホール22の下面開口部周辺の金属層の厚さを差し引いた値より大きい場合には、凹部14と固定電極用スルーホール22の下面開口部周辺の金属層とが接触し、コンデンサ３が短絡状態となり、必要なセンサ機能が得られなくなる。その結果、作成した圧力センサの良品率が低下する。また、完全な短絡状態にならない場合にも、特性をばらつかせ、信頼性を悪化させる。
【０００９】
また、コンデンサ３のギャップ相当の大きさの塵埃が、固定電極用スルーホール22を通ってコンデンサ３にまで到達すると、この塵埃がコンデンサ３を短絡したり可動電極部11の変位を妨げたりする。その結果、必要なセンサ機能が得られなくなり、圧力センサの信頼性が悪化する。
【００１０】
また、ガラス部品２に固定電極21等を高精度で形成するためには、フォトリソグラフィ技術の適用が必要である。しかし、従来のフォトレジストによるフォトリソグラフィ技術では、スルーホールの内面に形成された金属層を残すことは困難である。そのため、金属層のパターニング後にスルーホールを形成し、次いでスルーホール内面に金属層を形成しなければならず、２回の金属層形成工程が必要である。
【００１１】
この発明の課題は、上記の良品率の低下や信頼性の悪化や工程の多さという問題点を解決して、特性と信頼性とが優れ、良品率が高く、且つ工程数が少ない安価な圧力センサを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、
固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部表面には絶縁性薄膜が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている（請求項１の発明）。
【００１３】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成された絶縁性薄膜が、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホールの内部側開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。
【００１４】
また、固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている（請求項２の発明）。
【００１５】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成されたざぐり穴が、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホール部の開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。
【００１６】
更に、固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、前記凹部のざぐり穴の外周には絶縁性薄膜が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている（請求項３の発明）。
【００１７】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成されたざぐり穴とその周辺の絶縁性薄膜とが、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホール部の開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。更に、ざぐり穴周辺の絶縁性薄膜は、ガラス部品との間隔を狭くするので、スルーホール部から侵入してきた塵埃が更に内部へ侵入することを防止する。
【００１８】
請求項１の発明または請求項３の発明において、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離が、定格圧力を受けた状態における固定電極と可動電極とのギャップ（以下では定格圧力時ギャップという）より小さい（請求項４の発明）。
【００１９】
スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離が定格圧力時ギャップより小さいので、スルーホールから侵入してきた塵埃の内で更に内部へ侵入できる塵埃はその距離未満の大きさのものに限定され、定格圧力までの圧力を受けて変位する可動電極の動きが妨げられたり、両電極間が短絡状態になったりすることが非常に少なくなる。
【００２０】
請求項４に記載の圧力センサの製造方法として、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離を凹部表面に形成する絶縁膜の厚さで制御し、その距離を定格圧力時ギャップより小さくする（請求項５の発明）。
【００２１】
凹部に形成する絶縁膜の厚さを制御することによって、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離を定格圧力時ギャップより小さくすることは、非常に容易な作業である。
【００２２】
また、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法として、前記シリコン部品の凹部を、可動電極と固定電極とのギャップを形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成する（請求項６の発明）。
凹部とギャップとが同時に形成されるので、凹部を形成するために追加の工程を必要としない。
【００２３】
更に、請求項２または請求項３に記載の圧力センサの製造方法として、前記シリコン部品のざぐり穴を、シリコン部品の溝を形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成する（請求項７の発明）。
ざぐり穴と溝とが同時に形成されるので、ざぐり穴を形成するために追加の工程を必要としない。
【００２４】
更にまた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法として、前記ガラス部品を、スルーホールを形成する工程、両面及びスルーホール内面に導電性薄膜を成膜する工程、ドライフィルムレジストによる導電性薄膜のパターニング工程の順で作製する（請求項８の発明）。
この工程によれば、スルーホールを形成した後に導電性薄膜を成膜するので、スルーホール内面に導電性薄膜を成膜する専用工程は不要となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この発明による圧力センサの実施の形態を実施例を用いて説明する。
なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付している。
【００２６】
〔第１の実施例〕
図１は、この発明による圧力センサの実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図である。図２は、この実施例のシリコン部品1aの製造工程を示し、（ａ）はギャップ部13の形成工程後のシリコン部品1a-1の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は絶縁膜15の形成工程後のシリコン部品1a-2の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はリング状溝12の形成工程後のシリコン部品1a-3の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図である。図３は、ガラス部品２の製造工程を示し、（ａ）は固定電極21及び格子電極27の形成工程後のガラス部品2-1 の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は固定電極用スルーホール22及び可動電極用スルーホール23の形成工程後のガラス部品2-2 の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はスルーホール電極24の形成工程後のガラス部品2-3 の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図である。
【００２７】
この実施例においては、従来技術と同様に、測定対象圧力によってその静電容量値を変化させるコンデンサ３が、上下のリング状溝12によって囲まれ、ギャップ部13分だけ凹まされたシリコン部品1aの可動電極部11と、ガラス部品２のシリコン部品1a側の面に形成された固定電極21とで構成されている。可動電極部11は可動電極用スルーホール23に形成された可動電極の端子26によって、固定電極21は固定電極用スルーホール22に形成されたスルーホール電極24及び固定電極の端子25によってガラス部品２の上面まで接続されている。
シリコン部品1aの凹部14には絶縁膜15が形成されており、このことが従来技術のシリコン部品１と異なる点である。
【００２８】
凹部14は、ガラス部品２のスルーホール電極24とシリコン部品１とが接触してコンデンサ17が短絡状態になることを避けるために形成されるが、その底面に形成されている絶縁膜15が両者の電気的絶縁状態をより完全なものにする。この点に関して更に詳しく説明すると、スルーホール電極24は、ガラス部品に形成された固定電極21を外部回路と接続するために固定電極用スルーホール22の内面及び下側開口部周辺に形成されたメタライズ層であるので、ガラス部品２のスルーホール電極24とシリコン部品１の凹部14とが接触して導通状態になると、可動電極部11と固定電極21とが短絡された状態となり、センサの機能が失われる。そのため、両者が接触して導通状態になることを防止することは必要不可欠の条件なのである。
【００２９】
ここで、シリコン部品1aの製造工程を、図２を用いて説明する。
単結晶シリコン板からなるシリコン部品1aは、まず、その上面から、コンデンサ３のギャップとなるギャップ部13と凹部14とが、フォトリソグラフィによってパターニングされたアルミパターンをマスクとするプラズマエッチングによって同時に形成され〔図２（ａ）及び（ｂ）〕、次いで、絶縁膜15が、所定領域だけに成膜できる金属マスクを用いた石英のスパッタリングによって凹部14の底面に形成され〔図２（ｃ）及び（ｄ）〕、最後に上面及び下面から、上下のリング状溝12がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成される〔図２（ｅ）及び（ｆ）〕。
【００３０】
絶縁膜15の形成領域は、ガラス部品１のスルーホール22の加工時にバリが発生する範囲をカバーするために、スルーホール22の大きさより一回り大きく設定されている。
【００３１】
なお、ギャップ部13及び凹部14の形成工程においては、アルミマスクに替えて熱酸化によるシリコン酸化膜をフォトリソグラフィによってパターニングしてマスクにすることもできる。また、絶縁膜15の形成には熱酸化膜をフォトリソグラフィによりパターニングする方法を採用することもできる。
【００３２】
このシリコン部品1aのいずれかの面に圧力が印加されると、この上下のリング状溝12によって囲まれた領域が、リング状溝12によって薄肉になった部分の変形によって変位し、このリング状溝12によって囲まれた領域が可動電極部11として機能する。
【００３３】
次に、ガラス部品２の製造工程を図３を用いて説明する。
まず、硼硅酸ガラスからなるガラス板の両面に、例えばクロムと金の積層膜からなる厚さ数百〜数千オングストロームの導電性薄膜が蒸着あるいはスパッタリングによって形成された後、両面マスク合わせによるフォトリソグラフィによって、下面にはシリコン部品１の可動電極部11に対向する位置に固定電極21が形成され、上面には外周部に幅数十〜数百μm の格子電極27が形成される〔図３（ａ）及び（ｂ）〕。格子電極27はウェハ状態で製造した場合の切断位置を示し、更に静電接合時の電極の役目をする。この格子電極27の存在によって、静電接合のために印加する電圧がウェハ全体に均一に行きわたり、静電接合の良品率が大幅に向上し、接合時間も短縮される。
【００３４】
続いて、シリコン部品1aの凹部14の中央部に対応する固定電極用スルーホール22と、固定電極用スルーホール22の対角位置の角の可動電極用スルーホール23とが、サンドブラスト等によって形成され〔図３（ｃ）及び（ｄ）〕、スルーホール電極24が、固定電極21が形成されている側から、固定電極用スルーホール22の内面及び開口部周辺に、上記と同じクロムと金の積層膜としてマスクスパッタリングによって形成され〔図３（ｅ）及び（ｆ）〕、固定電極21を固定電極用スルーホール22の上端まで引き出している。この場合の積層膜形成にスパッタリングを採用するのは、スルーホール内部への十分な膜形成を確保するためである。なお、可動電極用スルーホール23は、図１及び図３では円形の４分の１に表現されているが、隣り合う４つの分と合わせると円形をしている。
【００３５】
ガラス部品２に使用される硼硅酸ガラスとしては、パイレックスガラスが最も適している。それは、パイレックスガラスの熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に極めて近いため、両者を静電接合等の方法で接合した場合に発生する歪みが非常に小さくなるからである。
【００３６】
以上のようなシリコン部品1aとガラス部品２とが、可動電極部11と固定電極21とがギャップ部13を挟んで対向し、凹部14の中央部に固定電極用スルーホール22が位置するように位置決めされて、外周部で静電接合される。静電接合の後、ガラス部品２の表面側から、固定電極の端子25が固定電極用スルーホール22の内面及び開口部周辺に上記と同じクロムと金の積層膜としてマスクスパッタリングで形成され、同時に可動電極の端子26が可動電極用スルーホール23の内面及び開口部周辺に形成されて、固定電極21と可動電極部11とからなるコンデンサ３を備えた圧力センサが完成する。固定電極の端子25の形成によって、固定電極の端子25とスルーホール電極24とがスルーホール22内面で接続され、固定電極24が外部回路と接続するための固定電極の端子25に接続された状態になる。一方、可動電極の端子26の形成によって、シリコン部品１の可動電極部11の電気配線が、固定電極の端子25と同じ平面上に取り出された状態になる。同一平面上に両端子25及び26が形成されることによって、外部回路との接続が非常に容易となる。
【００３７】
図１から図３に示した図及び以上の説明においては、１つの圧力センサの単位で説明してきたが、実際に圧力センサを製造する場合には、ウエハの状態で以上に述べた全ての工程が実施され、最後に、そのウェハが格子電極27にしたがって切断されて、個々の圧力センサに分離される。したがって、製造工程においては、可動電極用スルーホール23は円形をしており、格子電極27は格子状をしている。
【００３８】
以上の説明から明らかなように、この実施例においては、シリコン部品1aの凹部14に絶縁膜15が形成されているので、固定電極用スルーホール22の開口部周辺にバリを有するガラス部品２がシリコン部品1aに接合され、バリの表面に形成されたスルーホール電極24がシリコン部品1aの凹部14に接触しても、シリコン部品1aとスルーホール電極24とが導通状態になることがなく、圧力センサの機能を失うことはない。したがって、この絶縁膜15の形成によって、固定電極用スルーホール22の加工に伴って発生するバリに起因する特性不良をなくすることができ、圧力センサの良品率を向上させることができ、不安定な接触に伴う特性の不安定さも解消される。
【００３９】
〔第２の実施例〕
この実施例は、第１の実施例において、シリコン部品1aの凹部14に形成される絶縁性薄膜15の厚さが制御されて、固定電極用スルーホール22の内側開口部周辺におけるシリコン部品1aとガラス部品２との距離が定格圧力時ギャップより小さくなるように製造されている。このような絶縁性薄膜15の厚さの制御は、例えば絶縁性薄膜15を形成するスパッタリングの時間の設定を変えるだけで容易に実施できる。
【００４０】
絶縁性薄膜15の厚さについて、ギャップ部13と同時に凹部14を形成する場合を例にとって具体的に数値を示す。
圧力が印加されていない状態におけるコンデンサ３の固定電極21と可動電極部11とのギャップ（以下では圧力無印加時ギャップという）を1.5 μm とすると、凹部14の凹み量はギャップ部13の凹み量と同じで、〔1.5 μm ＋固定電極21の厚さ〕となる。定格圧力によるギャップの変化量は圧力無印加時ギャップの70％に設定されているので、定格圧力時ギャップは0.45μm となる。固定電極用スルーホール22の開口部周辺にはスルーホール電極24が形成されるので、その厚さが固定電極の厚さと同じであるとし、固定電極21の厚さを0.2 μm とすると、必要な絶縁性薄膜15の厚さは、最少で0.85μm であり、最大で（1.5 μm −α）となる。この最大値は、シリコン部品1aとガラス部品２とが静電接合される場合に、絶縁性薄膜15が開口部周辺のスルーホール電極24に突き当たって、静電接合されるべき部分が接触できなくなることを避ける条件と基準圧導入のための間隙を確保する条件とから決められる。
【００４１】
このように絶縁性薄膜15の厚さを制御することによって、固定電極用スルーホール22から圧力センサ内部に侵入する塵埃の大きさが制限され、固定電極11と可動電極部21とが短絡されることや可動電極部11の変位が妨げられることが防止され、良品率と信頼性とに優れた圧力センサを製造することができる。
【００４２】
〔第３の実施例〕
この実施例は、第１の実施例におけるシリコン部品１と固定電極21との短絡防止のための絶縁性薄膜15に替えて、凹部14にざぐり穴16を形成したシリコン部品1bと、ガラス部品の製作において、スルーホール加工の後でメタライズ加工をして各面１回ずつの金属層生成として金属層生成回数を少なくしたガラス部品2aとが静電接合されたものである。
【００４３】
図４は第３の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図である。図５はこの実施例のシリコン部品1bの製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品1b-1の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は上面のリング溝形成工程後のシリコン部品1b-2の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）は下面のリング溝形成工程後のシリコン部品1b-3の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図である。図６はこの実施例のガラス部品2aの製造工程を示し、（ａ）はスルーホール形成工程後のガラス部品2a-1の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は導電性薄膜形成工程後のガラス部品2a-2の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はドライフィルムレジストのパターニング工程後のガラス部品2a-3の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図、（ｇ）は電極形成工程後のガラス部品2a-4の平面図、（ｈ）は（ｇ）のＡＡ断面図である。
【００４４】
ざぐり穴16は、ガラス部品2aの固定電極用スルーホール22の直下に形成され、その大きさは、固定電極用スルーホール22の直径より一回り大きく、スルーホール加工によってバリが発生する領域をカバーしており、その深さは、スルーホール加工によって発生するバリが接触する可能性の極めて低い深さにしてある。
【００４５】
図５を用いてシリコン部品1bの製造工程を説明する。
単結晶シリコン板からなるシリコン部品1bは、まず、その上面から、コンデンサ３のギャップとなるギャップ部13と凹部14とが、フォトリソグラフィでパターニングされたアルミパターンをマスクとするプラズマエッチングによって同時に形成され〔図５（ａ）及び（ｂ）〕、次いで、上面から、上のリング状溝12及びざぐり穴16がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成され〔図５（ｃ）及び（ｄ）〕、最後に下面から、下のリング状溝12がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成される〔図２（ｅ）及び（ｆ）〕。
【００４６】
次に、ガラス部品２の製造工程を図６を用いて説明する。
まず、硼硅酸ガラスからなるガラス板に、シリコン部品1bの凹部14の中央部に対応する固定電極用スルーホール22と、固定電極用スルーホール22の対角位置の角の可動電極用スルーホール23とが、サンドブラスト等によって形成され〔図６（ａ）及び（ｂ）〕、次に、その両面にクロムと金の積層膜からなる導電性薄膜28a 及び28b がスパッタリングによって形成される〔図６（ｃ）及び（ｄ）〕。続いて、両面にドライフィルムレジストが貼り付けられた後、両面マスク合わせによるフォトリソグラフィによって、上面では固定電極の端子25及び格子電極27に相当するドライフィルムレジストのパターン41a 及び41b が形成され、下面では固定電極21とスルーホール電極24とが一体となったパターンに相当するドライフィルムレジストのパターン41c が形成され〔図６（ｅ）及び（ｆ）〕、そのパターンニングされたドライフィルムレジストによって導電性薄膜28a 及び28b がパタニーングされた後、ドライフィルムレジスト41a, 41b及び41c が除去されて、図６（ｇ）及び（ｈ）に示すガラス部品2a（図６では2a-4）が完成する。
【００４７】
この実施例におけるガラス部品2aの製造工程が可能となるのは、ドライフィルムレジストがフォトレジストとしての機能を保持しながら、固定電極用スルーホール22等のスルーホールを完全に塞いで、導電性薄膜28a 及び28b をパターニングする際のエッチングに耐えるからである。
【００４８】
この実施例を第１の実施例と比較すると、次のような利点がある。
シリコン部品1bの製作においては、絶縁性薄膜の形成が必要なく、ざぐり穴16は上面のリング状溝12の形成時に同時に形成できる。また、ガラス部品2aの製作においては、固定電極21とスルーホール電極24とが一体で形成できるため、導電性薄膜の形成回数が２回で済む。したがって、この実施例による圧力センサは少ない製造工数で製作することができる。
【００４９】
〔第４の実施例〕
この実施例は、第３の実施例に第２の実施例のような塵埃侵入防止対策を施したものであり、第３の実施例と異なる点は、ざぐり穴16の外周に厚さを制御された絶縁性薄膜17が形成されていることである。この絶縁性薄膜17の厚さは、第２の実施例における絶縁性薄膜15と同じである。したがって、この実施例の圧力センサは、第３の実施例のシリコン部品1bのざぐり穴16の外周に厚さを制御された絶縁性薄膜17が形成されているシリコン部品1cと、第３の実施例と同じガラス部品2aとが静電接合されて構成されている。
【００５０】
図７は第４の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図であり、図８はこの実施例のシリコン部品1cの製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品1c-1の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は絶縁性薄膜形成工程後のシリコン部品1c-2の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）は上面のリング溝形成工程後のシリコン部品1c-3の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図、（ｅ）は下面のリング溝形成工程後のシリコン部品1c-4の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図である。
【００５１】
図８を用いてシリコン部品1cの製造工程を説明する。
単結晶シリコン板からなるシリコン部品1cは、まず、その上面から、コンデンサ３のギャップとなるギャップ部13と凹部14とが、フォトリソグラフィでパターニングされたアルミパターンをマスクとするプラズマエッチングによって同時に形成され〔図８（ａ）及び（ｂ）〕、次いで、全面に熱酸化によって所定の厚さの酸化膜が生成された後、フォトリソグラフィによって、後工程で形成されるざぐり穴16の外周部相当位置にリング状の絶縁性薄膜17が形成される〔図８（ｃ）及び（ｄ）〕。続いて、上面から、上のリング状溝12及びざぐり穴16がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成され〔図８（ｅ）及び（ｆ）〕、最後に下面から、下のリング状溝12がアルミをマスクとするプラズマエッチングによって形成される〔図８（ｇ）及び（ｈ）〕。
【００５２】
この実施例は、第３の実施例に比べると絶縁性薄膜17を形成する工数分だけ工数が増加する。しかし、絶縁性薄膜17とガラス部品2aとの制御された狭い間隔が、固定電極用スルーホール22を通って侵入してくる塵埃の内の前記間隔以上の大きさのもののより内部へ侵入を阻止し、信頼性に優れた圧力センサを提供することができる。
【００５３】
この実施例においては、シリコン部品1bのギャップ部13と凹部14とがプラズマエッチングによって同時に形成され、塵埃侵入防止対策としては、ざぐり穴16の外周部にリング状の絶縁性薄膜17が形成されている。同様の塵埃侵入防止対策としては、凹部14の形成工程とギャップ部13の形成工程とを別工程にして、凹部14をギャップ部13より浅く加工し、ざぐり穴16の外周部のシリコン部品とガラス部品との距離を所定値以下にすることによっても実現することができる。
【００５４】
なお、以上４つの実施例の説明においては、シリコン部品1a等の可動電極部11がリング状溝12で囲まれているものを説明したが、この発明は、可動電極部を囲む溝がリング状のものに限定されるものではなく、例えば方形状溝のものにも有効である。
【００５５】
【発明の効果】
この発明によれば、
固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部表面には絶縁膜が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている。
【００５６】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成された絶縁性薄膜が、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホールの内部側開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。したがって、特性と信頼性とが優れ、良品率が高い圧力センサを提供することができる（請求項１の発明）。
【００５７】
また、固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている。
【００５８】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成されたざぐり穴が、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホール部の開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。したがって、特性と信頼性とが優れ、良品率が高い圧力センサを提供することができる（請求項２の発明）。
【００５９】
更に、固定電極付きのガラス部品と、溝によって囲まれ溝部肉薄部の変形で変位する可動電極を有するシリコン部品とが接合されてなり、シリコン部品の溝の外側には溝につながる凹部が形成され、この凹部の中央部の直上に相当するガラス部品の部分にはスルーホールが形成され、このスルーホールを通して固定電極からの配線がガラス部品の外側表面に引き出され、測定対象である圧力が可動電極と固定電極とのギャップの変化を介してその静電容量値の変化分として検知される圧力センサにおいて、シリコン部品が単結晶シリコンからなり、ガラス部品が硼硅酸ガラスからなり、シリコン部品の凹部の前記スルーホールに対応する位置には、前記スルーホールより一回り大きいざぐり穴が形成され、前記凹部のざぐり穴の外周には絶縁性薄膜が形成され、シリコン部品とガラス部品とが静電接合によって接合されている。
【００６０】
シリコン単結晶は優れた弾性特性をもち、プラズマエッチング等の微細加工に適した導電性材料であり、硼硅酸ガラスはシリコン単結晶と非常に近い熱膨張係数をもつ絶縁性材料であり、静電接合によりシリコンと強固に接合することができる材料である。静電接合は接着剤のような接合材料を必要としない非常に優れた接合方法である。このような優れた材料と接合方法とに加えて、シリコン部品の凹部に形成されたざぐり穴とその周辺の絶縁性薄膜とが、ガラス部品のスルーホール周辺にシリコン部品の凹部に接触するようなバリが存在する場合においても、スルーホール部の開口部周辺に形成されたメタライズ層とシリコン部品の凹部とが導通状態になることを防止する。更に、ざぐり穴周辺の絶縁性薄膜は、ガラス部品との間隔を狭くするので、スルーホール部から侵入してきた塵埃が更に内部へ侵入することを防止する。したがって、特性と信頼性とがより優れ、良品率が高い圧力センサを提供することができる（請求項３の発明）。
【００６１】
請求項１の発明または請求項３の発明において、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離が、定格圧力時ギャップより小さいので、スルーホールから侵入してきた塵埃の内で更に内部へ侵入できる塵埃はその距離未満の大きさのものに限定され、定格圧力までの圧力を受けて変位する可動電極の動きが妨げられたり、両電極間が短絡状態になったりすることが非常に少なくなる。したがって、特性と信頼性とが更により優れ、良品率が高い圧力センサを提供することができる（請求項４の発明）。
【００６２】
請求項４に記載の圧力センサの製造方法として、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離を凹部表面に形成する絶縁膜の厚さで制御し、その距離を定格圧力時ギャップより小さくする。凹部に形成する絶縁膜の厚さを制御することによって、前記スルーホールの内部側開口部周辺におけるシリコン部品とガラス部品との距離を定格圧力時ギャップより小さくすることは、非常に容易な作業である。したがって、請求項４に記載の圧力センサを容易に製造することができる（請求項５の発明）。
【００６３】
また、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法として、前記シリコン部品の凹部を、可動電極と固定電極とのギャップを形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成するので、凹部を形成するために追加の工程を必要としない。したがって、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサを少ない工程数で製造することができる（請求項６の発明）。
【００６４】
更に、請求項２または請求項３に記載の圧力センサの製造方法として、前記シリコン部品のざぐり穴を、シリコン部品の溝を形成するためにシリコン部品を凹み加工する際に同時に形成するので、ざぐり穴を形成するために追加の工程を必要としない。したがって、請求項２または請求項３に記載の圧力センサを少ない工程数で製造することができる（請求項７の発明）。
【００６５】
更にまた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法として、前記ガラス部品を、スルーホールを形成する工程、両面及びスルーホール内面に導電性薄膜を成膜する工程、ドライフィルムレジストによる導電性薄膜のパターニング工程の順で作製する。この製造工程によれば、スルーホールを形成した後に導電性薄膜を成膜するので、スルーホール内部に導電性薄膜を成膜する専用工程は不要となる。したがって、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサを少ない工程数で製造することができる（請求項８の発明）。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による圧力センサの第１の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図
【図２】第１の実施例のシリコン部品の製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は絶縁膜形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図
【図３】ガラス部品の製造工程を示し、（ａ）は電極形成工程後のガラス部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）はスルーホール形成工程後のガラス部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はスルーホール電極形成工程後のガラス部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図
【図４】第３の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図
【図５】第３の実施例のシリコン部品の製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は上面のリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）は下面のリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図
【図６】第３の実施例のガラス部品の製造工程を示し、（ａ）はスルーホール形成工程後のガラス部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は導電性薄膜形成工程後のガラス部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）はドライフィルムレジストのパターニング工程後のガラス部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図、（ｇ）は電極形成工程後のガラス部品の平面図、（ｈ）は（ｇ）のＡＡ断面図
【図７】第４の実施例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図
【図８】第４の実施例のシリコン部品の製造工程を示し、（ａ）はギャップ部形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は絶縁性薄膜形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＡＡ断面図、（ｅ）は上面のリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｆ）は（ｅ）のＡＡ断面図、（ｇ）は下面のリング溝形成工程後のシリコン部品の平面図、（ｈ）は（ｇ）のＡＡ断面図
【図９】従来技術による圧力センサの一例の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡＡ断面図
【符号の説明】
１, 1a, 1b, 1c シリコン部品
11 可動電極部 12 リング状溝
13 ギャップ部 14 凹部
15, 17 絶縁性薄膜 16 ざぐり穴
２, 2a ガラス部品
21 固定電極
22 固定電極用スルーホール
23 可動電極用スルーホール
24 スルーホール電極 25 固定電極の端子
26 可動電極の端子 27 格子電極
28a, 28b 導電性薄膜
３コンデンサ
41a, 41b, 41c ドライフィルムレジスト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitive pressure sensor that detects the pressure of a fluid such as gas and outputs a signal corresponding to the pressure.
[0002]
[Prior art]
As a small, light and inexpensive capacitive pressure sensor (hereinafter abbreviated as a pressure sensor) mounted on a gas meter or the like, a silicon component made of a single crystal silicon plate having a movable electrode as an inner portion of a ring-shaped groove is used. There is a pressure sensor having a structure in which a glass component made of borosilicate glass having a fixed electrode formed at a position facing the movable electrode is joined with a predetermined gap between the movable electrode and the fixed electrode. When the thin portion corresponding to the ring-shaped groove is deformed by the applied pressure, the movable electrode is displaced, and the capacitance value between the electrodes changes.
FIGS. 9A and 9B show the structure of an example of such a pressure sensor, where FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is an AA cross-sectional view thereof.
[0003]
On the silicon component 1 made of a single crystal silicon plate, a gap portion 13 serving as a gap of the capacitor 3, an upper ring-shaped groove 12, and a concave portion 14 located outside the ring-shaped groove 12 are formed by selective etching from the upper surface. The lower ring-shaped groove 12 is formed by selective etching from the lower surface. When pressure is applied to any surface of the silicon component 1, the region surrounded by the upper and lower ring-shaped grooves 12 is displaced by deformation of the portion thinned by the ring-shaped grooves 12. That is, the region surrounded by the ring-shaped groove 12 functions as the movable electrode portion 11. The recess 14 is formed to avoid contact between the lower end of the through-hole electrode 24 of the glass part 2 and the silicon part 1. The through-hole electrode 24 is a metallized layer formed around the inner surface and the lower opening of the fixed electrode through-hole 22 in order to connect the fixed electrode 21 formed on the glass part to an external circuit. When the through-hole electrode 24 of the glass component 2 and the silicon component 1 come into contact with each other, the movable electrode portion 11 and the fixed electrode 21 are short-circuited, and the function of this sensor is lost.
[0004]
As a selective etching method of a single crystal silicon plate, a plasma etching method using aluminum as a mask material is the most common, and the processing of the gap portion 13 and the processing of the concave portion 14 which are shallow etching processes are performed first, The upper and lower ring-shaped grooves 12 that are deep etching processes are performed in separate steps.
[0005]
The glass part 2 made of borosilicate glass has a fixed electrode through hole 22 corresponding to the central part of the concave part 14 of the silicon part 1, and the movable electrode is positioned at a corner opposite to the fixed electrode through hole 22. A through hole 23 is formed, and a fixed electrode 21 is formed at a position facing the movable electrode portion 11 of the silicon component 1. The fixed electrode 21 includes not only a portion facing the movable electrode portion 11 but also a lead portion up to the through hole 22 for the fixed electrode. A through-hole electrode 24 is formed on the inner surface of the fixed electrode through-hole 22 and around the opening from the side where the fixed electrode 21 is formed, and the fixed electrode 21 is drawn to the upper end of the fixed electrode through-hole 22. Although the movable electrode through-hole 23 is represented by a quarter of a circle in FIG. 9, it is circular when combined with four adjacent ones.
[0006]
The glass component 2 is manufactured as follows.
First, a conductive thin film for forming the fixed electrode 21, for example, a laminated metal film of chromium and gold, is formed on the lower surface by a sputtering method, this laminated metal film is patterned by a photolithography technique, and the fixed electrode 21 is formed. It is formed. The reason for using the photolithography technique is to obtain high dimensional accuracy. Next, the fixed electrode through hole 22 and the movable electrode through hole 23 are simultaneously formed by a method such as sandblasting. Finally, a through-hole electrode 24 made of, for example, a laminated metal film of chromium and gold is formed by a mask sputtering method using a metal mask.
[0007]
The silicon part 1 and the glass part 2 as described above are such that the movable electrode part 11 and the fixed electrode 21 face each other with the gap part 13 in between, and the through hole 22 for the fixed electrode is located in the center part of the concave part 14. Positioned and electrostatically bonded at the outer periphery. After electrostatic bonding, fixed electrode terminals 25 are formed around the inner surface of the fixed electrode through hole 22 and around the opening from the upper surface side of the glass component 2, and the inner surface of the movable electrode through hole 23 (side surface in FIG. 9). In addition, a movable electrode terminal 26 is formed around the opening (upper surface in FIG. 9), and the pressure sensor including the capacitor 3 including the fixed electrode 21 and the movable electrode 11 is completed. Similarly to the through-hole electrode 24, the fixed electrode terminal 25 and the movable electrode terminal 26 are made of, for example, a laminated metal film of chromium and gold, and are formed by mask sputtering. By forming the fixed electrode terminal 25, the fixed electrode terminal 25 and the through hole electrode 24 are connected to each other on the inner surface of the fixed electrode through hole 22, and the fixed electrode 21 is connected to the fixed electrode terminal 25 for connection to an external circuit. Connected. On the other hand, the formation of the movable electrode terminal 26 brings the electric wiring of the movable electrode portion 11 of the silicon part 1 into the same plane as the terminal 25 of the fixed electrode. By forming both terminals 25 and 26 on the same plane, it is very easy to connect to an external circuit. The fixed electrode terminal 25 and the movable electrode terminal 26 can be formed simultaneously.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As a method of forming the fixed electrode through hole 22 and the movable electrode through hole 23 of the glass component 2, if a mechanical processing method such as sandblasting which requires a short processing time is adopted, the end of the fixed electrode through hole 22 etc. Generates burr. If the size of the burr is larger than the depth of the recess 14 of the silicon part 1 minus the thickness of the metal layer around the bottom opening of the fixed electrode through hole 22, the recess 14 and the fixed electrode through The metal layer around the opening on the lower surface of the hole 22 comes into contact, and the capacitor 3 is short-circuited, so that a necessary sensor function cannot be obtained. As a result, the yield rate of the created pressure sensor decreases. In addition, even when a complete short circuit is not achieved, the characteristics are varied and the reliability is deteriorated.
[0009]
Further, when dust having a size corresponding to the gap of the capacitor 3 reaches the capacitor 3 through the fixed electrode through hole 22, the dust short-circuits the capacitor 3 or prevents the movable electrode portion 11 from being displaced. As a result, a necessary sensor function cannot be obtained, and the reliability of the pressure sensor is deteriorated.
[0010]
Further, in order to form the fixed electrode 21 and the like on the glass component 2 with high accuracy, it is necessary to apply a photolithography technique. However, it is difficult to leave the metal layer formed on the inner surface of the through hole by the conventional photolithographic technique using a photoresist. Therefore, a through hole must be formed after patterning of the metal layer, and then a metal layer must be formed on the inner surface of the through hole, which requires two metal layer forming steps.
[0011]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems such as a decrease in the yield of good products, deterioration of reliability, and a large number of processes, excellent characteristics and reliability, a high yield of good products, and a low number of processes. It is to provide a pressure sensor.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In this invention,
A glass part with a fixed electrode and a silicon part having a movable electrode surrounded by a groove and displaced by deformation of the thin part of the groove part are joined, and a recess connected to the groove is formed outside the groove of the silicon part. A through hole is formed in the part of the glass part corresponding to the central part of the recess, and the wiring from the fixed electrode is drawn to the outer surface of the glass part through this through hole, and the pressure to be measured is fixed to the movable electrode. In a pressure sensor that is detected as a change in capacitance value through a change in gap with the electrode, the silicon component is made of single crystal silicon, the glass component is made of borosilicate glass, and the silicon component is formed on the concave surface of the silicon component. An insulating thin film is formed, and a silicon part and a glass part are joined by electrostatic joining (invention of claim 1).
[0013]
Silicon single crystal has excellent elastic properties and is a conductive material suitable for fine processing such as plasma etching, and borosilicate glass is an insulating material having a thermal expansion coefficient very close to that of silicon single crystal. It is a material that can be firmly bonded to silicon by electrical bonding. Electrostatic bonding is a very good bonding method that does not require a bonding material such as an adhesive. In addition to such excellent materials and bonding methods, the insulating thin film formed in the concave part of the silicon part also has a burr that contacts the concave part of the silicon part around the through hole of the glass part. This prevents the metallized layer formed in the vicinity of the opening on the inner side of the through hole from being brought into conduction with the recess of the silicon component.
[0014]
In addition, a glass component with a fixed electrode and a silicon component having a movable electrode surrounded by a groove and displaced by deformation of the thin groove portion are joined, and a recess connected to the groove is formed outside the groove of the silicon component. A through hole is formed in the portion of the glass component corresponding directly above the central portion of the recess, and the wiring from the fixed electrode is drawn out to the outer surface of the glass component through the through hole, and the pressure to be measured is the movable electrode. In a pressure sensor that is detected as a change in capacitance value through a change in the gap between the electrode and the fixed electrode, the silicon part is made of single crystal silicon, the glass part is made of borosilicate glass, and the silicon part is recessed. A counterbored hole that is slightly larger than the through hole is formed at a position corresponding to the through hole, and the silicon part and the glass part are electrostatically They are joined by coupling (the invention of claim 2).
[0015]
Silicon single crystal has excellent elastic properties and is a conductive material suitable for fine processing such as plasma etching, and borosilicate glass is an insulating material having a thermal expansion coefficient very close to that of silicon single crystal. It is a material that can be firmly bonded to silicon by electrical bonding. Electrostatic bonding is a very good bonding method that does not require a bonding material such as an adhesive. In addition to such excellent materials and bonding methods, even when there are burrs in which the counterbore formed in the recess of the silicon component contacts the recess of the silicon component around the through hole of the glass component, This prevents the metallized layer formed around the opening of the through-hole portion from being in a conductive state with the recess of the silicon component.
[0016]
Furthermore, a glass component with a fixed electrode and a silicon component having a movable electrode surrounded by the groove and displaced by deformation of the thin groove portion are joined, and a recess connected to the groove is formed outside the groove of the silicon component. A through hole is formed in the portion of the glass component corresponding directly above the central portion of the recess, and the wiring from the fixed electrode is drawn out to the outer surface of the glass component through the through hole, and the pressure to be measured is the movable electrode. In a pressure sensor that is detected as a change in capacitance value through a change in the gap between the electrode and the fixed electrode, the silicon part is made of single crystal silicon, the glass part is made of borosilicate glass, and the silicon part is recessed. A counterbore hole that is slightly larger than the through hole is formed at a position corresponding to the through hole, and the outer periphery of the counterbore hole of the recess is insulated. Thin film is formed, and the silicon component and the glass component are joined by electrostatic bonding (invention of claim 3).
[0017]
Silicon single crystal has excellent elastic properties and is a conductive material suitable for fine processing such as plasma etching, and borosilicate glass is an insulating material having a thermal expansion coefficient very close to that of silicon single crystal. It is a material that can be firmly bonded to silicon by electrical bonding. Electrostatic bonding is a very good bonding method that does not require a bonding material such as an adhesive. In addition to such excellent materials and bonding methods, the counterbored hole formed in the recess of the silicon component and the insulating thin film around the hole contact the recess of the silicon component around the through hole of the glass component. Even in the presence of burrs, the metallized layer formed around the opening of the through-hole portion and the concave portion of the silicon component are prevented from becoming conductive. Furthermore, since the insulating thin film around the counterbore narrows the gap with the glass part, dust that has entered from the through-hole portion is prevented from further entering the inside.
[0018]
In the invention of claim 1 or claim 3, the distance between the silicon part and the glass part in the vicinity of the opening on the inner side of the through hole is the gap between the fixed electrode and the movable electrode in a state where the rated pressure is applied (hereinafter referred to as the gap). (Referred to as gap at rated pressure) (invention of claim 4).
[0019]
Since the distance between the silicon part and the glass part around the opening on the inner side of the through hole is smaller than the gap at the rated pressure, the dust that can further enter the inside of the dust that has entered from the through hole is less than that distance. However, the movement of the movable electrode that is displaced by receiving a pressure up to the rated pressure is prevented, or the short circuit between the two electrodes is extremely reduced.
[0020]
The pressure sensor manufacturing method according to claim 4, wherein the distance between the silicon part and the glass part around the inner side opening of the through hole is controlled by the thickness of the insulating film formed on the concave surface, and the distance is rated. It is made smaller than the pressure gap (invention of claim 5).
[0021]
By controlling the thickness of the insulating film formed in the recess, it is a very easy task to make the distance between the silicon component and the glass component around the inner opening of the through hole smaller than the gap at the rated pressure. is there.
[0022]
Further, as a method of manufacturing a pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, when the recess of the silicon part is recessed to form a gap between the movable electrode and the fixed electrode. They are formed simultaneously (Invention of Claim 6).
Since the recess and the gap are formed at the same time, no additional process is required to form the recess.
[0023]
Furthermore, as a method for manufacturing a pressure sensor according to claim 2 or 3, the counterbored hole of the silicon part is formed at the same time when the silicon part is recessed to form a groove of the silicon part. 7 invention).
Since the counterbore and the groove are formed at the same time, no additional steps are required to form the counterbore.
[0024]
Furthermore, as a method for manufacturing a pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, a step of forming a through hole in the glass part, a step of forming a conductive thin film on both sides and an inner surface of the through hole, It is produced in the order of the patterning process of the conductive thin film by the dry film resist (invention of claim 8).
According to this process, since the conductive thin film is formed after the through hole is formed, a dedicated process for forming the conductive thin film on the inner surface of the through hole becomes unnecessary.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a pressure sensor according to the present invention will be described with reference to examples.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the same function as a prior art.
[0026]
[First embodiment]
1A and 1B show the structure of an embodiment of a pressure sensor according to the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 2A and 2B show the manufacturing process of the silicon part 1a of this embodiment, where FIG. 2A is a plan view of the silicon part 1a-1 after the gap 13 forming process, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. (C) is a plan view of the silicon part 1a-2 after the process of forming the insulating film 15, (d) is a cross-sectional view taken along the line AA of (c), and (e) is a silicon part 1a- after the process of forming the ring-shaped groove 12. FIG. 3 is a plan view of FIG. 3, and FIG. FIG. 3 shows a manufacturing process of the glass part 2, (a) is a plan view of the glass part 2-1 after the formation process of the fixed electrode 21 and the grid electrode 27, (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in (a), (C) is a plan view of the glass part 2-2 after the formation process of the through hole 22 for the fixed electrode and the through hole 23 for the movable electrode, (d) is a sectional view taken along the line AA in (c), and (e) is the through hole electrode. The top view of the glass component 2-3 after the formation process of 24, (f) is AA sectional drawing of (e).
[0027]
In this embodiment, as in the prior art, the capacitor 3 whose capacitance value is changed by the pressure to be measured is surrounded by the upper and lower ring-shaped grooves 12 and the silicon component 1a is recessed by the gap portion 13. The movable electrode portion 11 and the fixed electrode 21 formed on the surface of the glass component 2 on the silicon component 1a side are configured. The movable electrode portion 11 is formed by the movable electrode terminal 26 formed in the movable electrode through hole 23, and the fixed electrode 21 is formed by the through hole electrode 24 formed in the fixed electrode through hole 22 and the fixed electrode terminal 25. Is connected to the top surface.
An insulating film 15 is formed in the recess 14 of the silicon part 1a, which is different from the silicon part 1 of the prior art.
[0028]
The recess 14 is formed to prevent the through-hole electrode 24 of the glass component 2 and the silicon component 1 from coming into contact with each other, and the capacitor 17 is short-circuited. Make the electrical insulation state more complete. In more detail in this regard, the through-hole electrode 24 is formed of a metallization formed around the inner surface of the fixed electrode through-hole 22 and the lower opening in order to connect the fixed electrode 21 formed on the glass part to an external circuit. When the through-hole electrode 24 of the glass component 2 and the recess 14 of the silicon component 1 are brought into conduction because they are layers, the movable electrode portion 11 and the fixed electrode 21 are short-circuited, and the function of the sensor Lost. For this reason, it is an indispensable condition to prevent both from coming into contact and becoming conductive.
[0029]
Here, the manufacturing process of the silicon component 1a will be described with reference to FIG.
In the silicon part 1a made of a single crystal silicon plate, first, from the upper surface, a gap portion 13 and a concave portion 14 that become gaps of the capacitor 3 are simultaneously formed by plasma etching using an aluminum pattern patterned by photolithography as a mask. [FIGS. 2A and 2B] Next, an insulating film 15 is formed on the bottom surface of the concave portion 14 by sputtering of quartz using a metal mask that can be formed only in a predetermined region [FIGS. d)] Finally, upper and lower ring-shaped grooves 12 are formed from the upper surface and the lower surface by plasma etching using aluminum as a mask (FIGS. 2E and 2F).
[0030]
A region where the insulating film 15 is formed is set to be slightly larger than the size of the through hole 22 in order to cover a range where burrs are generated when the through hole 22 of the glass component 1 is processed.
[0031]
In the step of forming the gap portion 13 and the concave portion 14, a silicon oxide film formed by thermal oxidation can be patterned by photolithography to form a mask instead of the aluminum mask. The insulating film 15 can be formed by a method of patterning the thermal oxide film by photolithography.
[0032]
When pressure is applied to any surface of this silicon component 1a, the region surrounded by the upper and lower ring-shaped grooves 12 is displaced by deformation of the thinned portion by the ring-shaped grooves 12, and this ring-shaped A region surrounded by the groove 12 functions as the movable electrode portion 11.
[0033]
Next, the manufacturing process of the glass component 2 is demonstrated using FIG.
First, on both surfaces of a glass plate made of borosilicate glass, a conductive thin film having a thickness of several hundred to several thousand angstroms made of, for example, a chromium and gold laminated film is formed by vapor deposition or sputtering. By lithography, a fixed electrode 21 is formed on the lower surface at a position facing the movable electrode portion 11 of the silicon component 1, and a lattice electrode 27 having a width of several tens to several hundreds of μm is formed on the outer peripheral portion on the upper surface [FIG. (A) and (b)]. The grid electrode 27 indicates a cutting position when manufactured in a wafer state, and further serves as an electrode during electrostatic bonding. Due to the presence of the grid electrode 27, the voltage applied for electrostatic bonding is uniformly distributed over the entire wafer, the yield rate of electrostatic bonding is greatly improved, and the bonding time is shortened.
[0034]
Subsequently, a fixed electrode through hole 22 corresponding to the central portion of the recess 14 of the silicon component 1a and a movable electrode through hole 23 at a corner opposite to the fixed electrode through hole 22 are formed by sandblasting or the like. [FIGS. 3 (c) and (d)], the through-hole electrode 24 is formed on the inner surface of the fixed electrode through-hole 22 and the periphery of the opening from the side where the fixed electrode 21 is formed. The laminated film is formed by mask sputtering [FIGS. 3E and 3F], and the fixed electrode 21 is drawn to the upper end of the through hole 22 for fixed electrode. The reason why sputtering is used for forming the laminated film in this case is to ensure sufficient film formation inside the through hole. Although the movable electrode through hole 23 is expressed in a quarter of a circle in FIGS. 1 and 3, it is circular when combined with four adjacent parts.
[0035]
Pyrex glass is most suitable as the borosilicate glass used for the glass part 2. This is because the thermal expansion coefficient of Pyrex glass is very close to the thermal expansion coefficient of silicon, so that the strain generated when both are bonded by a method such as electrostatic bonding is very small.
[0036]
The silicon part 1a and the glass part 2 as described above are such that the movable electrode part 11 and the fixed electrode 21 face each other with the gap part 13 in between, and the through hole 22 for the fixed electrode is located in the center part of the concave part 14. Positioned and electrostatically bonded at the outer periphery. After electrostatic bonding, the terminal 25 of the fixed electrode is formed by mask sputtering as the same chromium and gold laminated film as above on the inner surface of the through hole 22 for fixed electrode and the periphery of the opening from the surface side of the glass component 2. A movable electrode terminal 26 is formed around the inner surface of the movable electrode through hole 23 and the periphery of the opening, thereby completing the pressure sensor including the capacitor 3 including the fixed electrode 21 and the movable electrode portion 11. By forming the fixed electrode terminal 25, the fixed electrode terminal 25 and the through-hole electrode 24 are connected to each other on the inner surface of the through-hole 22, and the fixed electrode 24 is connected to the fixed electrode terminal 25 for connecting to an external circuit. become. On the other hand, the formation of the movable electrode terminal 26 brings the electric wiring of the movable electrode portion 11 of the silicon part 1 into the same plane as the terminal 25 of the fixed electrode. By forming both terminals 25 and 26 on the same plane, it is very easy to connect to an external circuit.
[0037]
1 and FIG. 3 and the above description, it has been described in units of one pressure sensor. However, when actually manufacturing a pressure sensor, all the steps described above in the state of a wafer. Finally, the wafer is cut according to the grid electrode 27 and separated into individual pressure sensors. Therefore, in the manufacturing process, the movable electrode through hole 23 has a circular shape, and the lattice electrode 27 has a lattice shape.
[0038]
As is clear from the above description, in this embodiment, since the insulating film 15 is formed in the recess 14 of the silicon component 1a, the glass component 2 having burrs around the opening of the fixed electrode through hole 22 is formed. Even if the through-hole electrode 24 bonded to the silicon component 1a and formed on the surface of the burr contacts the recess 14 of the silicon component 1a, the silicon component 1a and the through-hole electrode 24 are not in a conductive state, and pressure There is no loss of sensor functionality. Therefore, by forming this insulating film 15, it is possible to eliminate characteristic defects caused by burrs caused by processing of the through hole 22 for fixed electrodes, improve the yield rate of pressure sensors, and be unstable. The instability of characteristics associated with smooth contact is also eliminated.
[0039]
[Second Embodiment]
In this embodiment, the thickness of the insulating thin film 15 formed in the recess 14 of the silicon component 1a is controlled in the first embodiment, and the silicon component 1a around the inner opening of the fixed electrode through hole 22 is controlled. It is manufactured so that the distance from the glass part 2 is smaller than the gap at the rated pressure. Such control of the thickness of the insulating thin film 15 can be easily carried out, for example, by simply changing the setting of the sputtering time for forming the insulating thin film 15.
[0040]
The thickness of the insulating thin film 15 is specifically shown by taking a case where the concave portion 14 is formed simultaneously with the gap portion 13 as an example.
When the gap between the fixed electrode 21 and the movable electrode portion 11 of the capacitor 3 in the state where no pressure is applied (hereinafter referred to as a gap when no pressure is applied) is 1.5 μm, the recess amount of the recess portion 14 is the recess amount of the gap portion 13. And [1.5 μm + thickness of fixed electrode 21]. Since the amount of change in the gap due to the rated pressure is set to 70% of the gap when no pressure is applied, the gap at the rated pressure is 0.45 μm. Since the through-hole electrode 24 is formed around the opening of the fixed electrode through-hole 22, it is assumed that the thickness is the same as the thickness of the fixed electrode, and the thickness of the fixed electrode 21 is 0.2 μm. The thickness of the insulating thin film 15 is 0.85 μm at the minimum and (1.5 μm−α) at the maximum. The maximum value is that when the silicon component 1a and the glass component 2 are electrostatically bonded, the insulating thin film 15 hits the through-hole electrode 24 around the opening and the portion to be electrostatically bonded cannot be contacted. It is determined from the condition for avoiding this and the condition for securing the gap for introducing the reference pressure.
[0041]
By controlling the thickness of the insulating thin film 15 in this way, the size of dust entering the pressure sensor from the fixed electrode through hole 22 is limited, and the fixed electrode 11 and the movable electrode portion 21 are short-circuited. In addition, the displacement of the movable electrode portion 11 is prevented from being hindered, and a pressure sensor excellent in yield rate and reliability can be manufactured.
[0042]
[Third embodiment]
In this embodiment, instead of the insulating thin film 15 for preventing a short circuit between the silicon component 1 and the fixed electrode 21 in the first embodiment, a silicon component 1b in which a counterbore 16 is formed in the concave portion 14, and a glass component In the production, the metal parts are metallized after the through-hole processing, and the glass component 2a having a reduced number of times of metal layer generation is formed by electrostatic bonding to each surface.
[0043]
4A and 4B show the structure of the third embodiment, in which FIG. 4A is a plan view and FIG. 5A and 5B show the manufacturing process of the silicon part 1b of this embodiment, where FIG. 5A is a plan view of the silicon part 1b-1 after the gap forming process, FIG. 5B is a sectional view taken along the line AA in FIG. Is a plan view of the silicon component 1b-2 after the upper surface ring groove forming step, (d) is a sectional view taken along the line AA of (c), and (e) is a plan view of the silicon component 1b-3 after the lower surface ring groove forming step. (F) is AA sectional drawing of (e). FIG. 6 shows the manufacturing process of the glass part 2a of this embodiment, (a) is a plan view of the glass part 2a-1 after the through-hole forming process, (b) is an AA sectional view of (a), (c). Is a plan view of the glass component 2a-2 after the conductive thin film forming step, (d) is a cross-sectional view taken along the line AA of (c), (e) is a plan view of the glass component 2a-3 after the patterning step of the dry film resist, (F) is AA sectional drawing of (e), (g) is a top view of the glass component 2a-4 after an electrode formation process, (h) is AA sectional drawing of (g).
[0044]
The counterbore 16 is formed immediately below the through hole 22 for the fixed electrode of the glass part 2a, and its size is slightly larger than the diameter of the through hole 22 for the fixed electrode, and covers a region where burrs are generated by the through hole processing. The depth of the burrs is such that the possibility of contact of burrs generated by through-hole processing is extremely low.
[0045]
The manufacturing process of the silicon component 1b will be described with reference to FIG.
In the silicon component 1b made of a single crystal silicon plate, first, from the upper surface, a gap portion 13 and a concave portion 14 that become gaps of the capacitor 3 are simultaneously formed by plasma etching using an aluminum pattern patterned by photolithography as a mask. [FIGS. 5A and 5B] Next, the upper ring-shaped groove 12 and the counterbore 16 are formed from the upper surface by plasma etching using aluminum as a mask [FIGS. 5C and 5D], Finally, the lower ring-shaped groove 12 is formed from the lower surface by plasma etching using aluminum as a mask (FIGS. 2E and 2F).
[0046]
Next, the manufacturing process of the glass component 2 is demonstrated using FIG.
First, a fixed electrode through hole 22 corresponding to the central portion of the recess 14 of the silicon component 1b and a movable electrode through hole at a diagonal position of the fixed electrode through hole 22 are formed on a glass plate made of borosilicate glass. 23 are formed by sandblasting or the like [FIGS. 6A and 6B], and then conductive thin films 28a and 28b made of a laminated film of chromium and gold are formed on both surfaces by sputtering [FIG. (C) and (d)]. Subsequently, after the dry film resist is pasted on both sides, dry film resist patterns 41a and 41b corresponding to the fixed electrode terminal 25 and the grid electrode 27 are formed on the upper surface by photolithography by masking on both sides, and the lower surface Then, a dry film resist pattern 41c corresponding to a pattern in which the fixed electrode 21 and the through-hole electrode 24 are integrated is formed [FIGS. 6 (e) and (f)], and conductive by the patterned dry film resist. After the conductive thin films 28a and 28b are patterned, the dry film resists 41a, 41b and 41c are removed, and the glass part 2a shown in FIGS. 6G and 6H (2a-4 in FIG. 6) is completed.
[0047]
The manufacturing process of the glass component 2a in this embodiment is possible because the dry film resist retains the function as a photoresist while completely closing the through-holes such as the fixed electrode through-holes 22 and the like. This is because it withstands etching when patterning 28a and 28b.
[0048]
Compared with the first embodiment, this embodiment has the following advantages.
In the manufacture of the silicon component 1b, it is not necessary to form an insulating thin film, and the counterbore 16 can be formed simultaneously with the formation of the ring-shaped groove 12 on the upper surface. Further, in the production of the glass component 2a, the fixed electrode 21 and the through-hole electrode 24 can be integrally formed, so that the conductive thin film can be formed only twice. Therefore, the pressure sensor according to this embodiment can be manufactured with a small number of manufacturing steps.
[0049]
[Fourth embodiment]
In this embodiment, the dust intrusion prevention measure as in the second embodiment is applied to the third embodiment. The difference from the third embodiment is that the thickness is controlled on the outer periphery of the counterbore 16. The insulating thin film 17 thus formed is formed. The thickness of this insulating thin film 17 is the same as that of the insulating thin film 15 in the second embodiment. Therefore, the pressure sensor of this embodiment includes the silicon component 1c in which the insulating thin film 17 whose thickness is controlled is formed on the outer periphery of the counterbore 16 of the silicon component 1b of the third embodiment, and the third embodiment. The same glass part 2a as the example is electrostatically bonded.
[0050]
FIG. 7 shows the structure of the fourth embodiment, (a) is a plan view, (b) is an AA cross-sectional view thereof, and FIG. 8 shows the manufacturing process of the silicon component 1c of this embodiment. Is a plan view of the silicon part 1c-1 after the gap forming process, (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in (a), (c) is a plan view of the silicon part 1c-2 after the insulating thin film forming process, (d) ) Is an AA cross-sectional view of (c), (e) is a plan view of the silicon part 1c-3 after an upper surface ring groove forming step, (f) is an AA cross-sectional view of (e), and (e) is a ring on the lower surface. The top view of the silicon | silicone component 1c-4 after a groove | channel formation process, (f) is AA sectional drawing of (e).
[0051]
The manufacturing process of the silicon component 1c will be described with reference to FIG.
In the silicon component 1c made of a single crystal silicon plate, first, from the upper surface, a gap portion 13 and a concave portion 14 that become gaps of the capacitor 3 are simultaneously formed by plasma etching using an aluminum pattern patterned by photolithography as a mask. [FIGS. 8A and 8B] Next, after an oxide film having a predetermined thickness is formed on the entire surface by thermal oxidation, the position corresponding to the outer peripheral portion of the counterbore 16 formed in a later process is performed by photolithography. Then, a ring-shaped insulating thin film 17 is formed (FIGS. 8C and 8D). Subsequently, the upper ring-shaped groove 12 and the counterbore 16 are formed from the upper surface by plasma etching using aluminum as a mask (FIGS. 8E and 8F). Finally, the lower ring-shaped groove 12 is formed from the lower surface. Is formed by plasma etching using aluminum as a mask [FIGS. 8G and 8H].
[0052]
Compared with the third embodiment, this embodiment increases the number of steps by the number of steps for forming the insulating thin film 17. However, the controlled narrow distance between the insulating thin film 17 and the glass part 2a prevents the dust from entering through the fixed electrode through-holes 22 and having a size larger than the above-mentioned distance. In addition, a pressure sensor with excellent reliability can be provided.
[0053]
In this embodiment, the gap portion 13 and the recess 14 of the silicon component 1b are simultaneously formed by plasma etching. Yes. As a similar dust intrusion prevention measure, the step of forming the concave portion 14 and the step of forming the gap portion 13 are separated, and the concave portion 14 is processed to be shallower than the gap portion 13 so that the silicon parts and glass on the outer peripheral portion of the counterbore 16 This can also be realized by setting the distance from the component to a predetermined value or less.
[0054]
In the above description of the four embodiments, the movable electrode portion 11 such as the silicon component 1a is surrounded by the ring-shaped groove 12. However, in the present invention, the groove surrounding the movable electrode portion is a ring shape. However, the present invention is not limited to the above-described ones, and is also effective for, for example, a rectangular groove.
[0055]
【The invention's effect】
According to this invention,
A glass part with a fixed electrode and a silicon part having a movable electrode surrounded by a groove and displaced by deformation of the thin part of the groove part are joined, and a recess connected to the groove is formed outside the groove of the silicon part. A through hole is formed in the part of the glass part corresponding to the central part of the recess, and the wiring from the fixed electrode is drawn to the outer surface of the glass part through this through hole, and the pressure to be measured is fixed to the movable electrode. In a pressure sensor that is detected as a change in capacitance value through a change in gap with the electrode, the silicon component is made of single crystal silicon, the glass component is made of borosilicate glass, and the silicon component is formed on the concave surface of the silicon component. An insulating film is formed, and the silicon component and the glass component are bonded by electrostatic bonding.
[0056]
Silicon single crystal has excellent elastic properties and is a conductive material suitable for fine processing such as plasma etching, and borosilicate glass is an insulating material having a thermal expansion coefficient very close to that of silicon single crystal. It is a material that can be firmly bonded to silicon by electrical bonding. Electrostatic bonding is a very good bonding method that does not require a bonding material such as an adhesive. In addition to such excellent materials and bonding methods, the insulating thin film formed in the concave part of the silicon part also has a burr that contacts the concave part of the silicon part around the through hole of the glass part. This prevents the metallized layer formed in the vicinity of the opening on the inner side of the through hole from being brought into conduction with the recess of the silicon component. Therefore, a pressure sensor having excellent characteristics and reliability and a high yield rate can be provided (invention of claim 1).
[0057]
In addition, a glass component with a fixed electrode and a silicon component having a movable electrode surrounded by a groove and displaced by deformation of the thin groove portion are joined, and a recess connected to the groove is formed outside the groove of the silicon component. A through hole is formed in the portion of the glass component corresponding directly above the central portion of the recess, and the wiring from the fixed electrode is drawn out to the outer surface of the glass component through the through hole, and the pressure to be measured is the movable electrode. In a pressure sensor that is detected as a change in capacitance value through a change in the gap between the electrode and the fixed electrode, the silicon part is made of single crystal silicon, the glass part is made of borosilicate glass, and the silicon part is recessed. A counterbored hole that is slightly larger than the through hole is formed at a position corresponding to the through hole, and the silicon part and the glass part are electrostatically They are joined by engagement.
[0058]
Silicon single crystal has excellent elastic properties and is a conductive material suitable for fine processing such as plasma etching, and borosilicate glass is an insulating material having a thermal expansion coefficient very close to that of silicon single crystal. It is a material that can be firmly bonded to silicon by electrical bonding. Electrostatic bonding is a very good bonding method that does not require a bonding material such as an adhesive. In addition to such excellent materials and bonding methods, even when there are burrs in which the counterbore formed in the recess of the silicon component contacts the recess of the silicon component around the through hole of the glass component, This prevents the metallized layer formed around the opening of the through-hole portion from being in a conductive state with the recess of the silicon component. Therefore, it is possible to provide a pressure sensor that has excellent characteristics and reliability and a high yield rate (invention of claim 2).
[0059]
Furthermore, a glass component with a fixed electrode and a silicon component having a movable electrode surrounded by the groove and displaced by deformation of the thin groove portion are joined, and a recess connected to the groove is formed outside the groove of the silicon component. A through hole is formed in the portion of the glass component corresponding directly above the central portion of the recess, and the wiring from the fixed electrode is drawn out to the outer surface of the glass component through the through hole, and the pressure to be measured is the movable electrode. In a pressure sensor that is detected as a change in capacitance value through a change in the gap between the electrode and the fixed electrode, the silicon part is made of single crystal silicon, the glass part is made of borosilicate glass, and the silicon part is recessed. A counterbore hole that is slightly larger than the through hole is formed at a position corresponding to the through hole, and the outer periphery of the counterbore hole of the recess is insulated. Thin film is formed, and the silicon component and the glass component are joined by electrostatic bonding.
[0060]
Silicon single crystal has excellent elastic properties and is a conductive material suitable for fine processing such as plasma etching, and borosilicate glass is an insulating material having a thermal expansion coefficient very close to that of silicon single crystal. It is a material that can be firmly bonded to silicon by electrical bonding. Electrostatic bonding is a very good bonding method that does not require a bonding material such as an adhesive. In addition to such excellent materials and bonding methods, the counterbored hole formed in the recess of the silicon component and the insulating thin film around the hole contact the recess of the silicon component around the through hole of the glass component. Even in the presence of burrs, the metallized layer formed around the opening of the through-hole portion and the concave portion of the silicon component are prevented from becoming conductive. Furthermore, since the insulating thin film around the counterbore narrows the gap with the glass part, dust that has entered from the through-hole portion is prevented from further entering the inside. Therefore, it is possible to provide a pressure sensor that has more excellent characteristics and reliability and a high yield rate (Invention of Claim 3).
[0061]
In the invention of claim 1 or claim 3, since the distance between the silicon part and the glass part around the inner side opening of the through hole is smaller than the gap at the rated pressure, the inside of the dust entering from the through hole The dust that can enter further inside is limited to the size less than that distance, the movement of the movable electrode that is displaced by the pressure up to the rated pressure is hindered, or the two electrodes are short-circuited Is very low. Therefore, it is possible to provide a pressure sensor that is further excellent in characteristics and reliability and has a high yield rate (invention of claim 4).
[0062]
The pressure sensor manufacturing method according to claim 4, wherein the distance between the silicon part and the glass part around the inner side opening of the through hole is controlled by the thickness of the insulating film formed on the concave surface, and the distance is rated. Make it smaller than the gap under pressure. By controlling the thickness of the insulating film formed in the recess, it is a very easy task to make the distance between the silicon component and the glass component around the inner opening of the through hole smaller than the gap at the rated pressure. is there. Therefore, the pressure sensor according to claim 4 can be easily manufactured (invention of claim 5).
[0063]
Further, as a method of manufacturing a pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, when the recess of the silicon part is recessed to form a gap between the movable electrode and the fixed electrode. Since it forms simultaneously, an additional process is not required in order to form a recessed part. Therefore, the pressure sensor according to any one of claims 1 to 3 can be manufactured with a small number of steps (invention of claim 6).
[0064]
Furthermore, as a method for manufacturing a pressure sensor according to claim 2 or claim 3, the countersunk hole of the silicon part is formed simultaneously with the recessing of the silicon part to form a groove of the silicon part. No additional steps are required to form the hole. Therefore, the pressure sensor according to claim 2 or claim 3 can be manufactured with a small number of steps (invention of claim 7).
[0065]
Furthermore, as a method for manufacturing a pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, a step of forming a through hole in the glass part, a step of forming a conductive thin film on both sides and an inner surface of the through hole, It is produced in the order of the patterning process of the conductive thin film with the dry film resist. According to this manufacturing process, since the conductive thin film is formed after the through hole is formed, a dedicated process for forming the conductive thin film inside the through hole becomes unnecessary. Therefore, the pressure sensor according to any one of claims 1 to 3 can be manufactured with a small number of steps (invention of claim 8).
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show the structure of a first embodiment of a pressure sensor according to the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG.
2A and 2B show a manufacturing process of a silicon part according to a first embodiment, wherein FIG. 2A is a plan view of the silicon part after a gap forming process, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. A plan view of the silicon part after the insulating film forming step, (d) is a cross-sectional view taken along line AA in (c), (e) is a plan view of the silicon part after the ring groove forming step, and (f) is a cross-sectional view taken along line AA in (e). Figure
3A and 3B show a manufacturing process of a glass part, wherein FIG. 3A is a plan view of the glass part after the electrode forming process, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. (D) is an AA sectional view of (c), (e) is a plan view of a glass component after the through-hole electrode forming step, and (f) is an AA sectional view of (e).
4A and 4B show the structure of a third embodiment, where FIG. 4A is a plan view and FIG.
5A and 5B show a manufacturing process of a silicon part according to a third embodiment, wherein FIG. 5A is a plan view of the silicon part after the gap forming process, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. (D) is a cross-sectional view taken along the line AA in (c), (e) is a plan view of the silicon component after the lower surface ring groove forming step, and (f) is (e). ) AA sectional view
6A and 6B show a manufacturing process of a glass part according to a third embodiment, wherein FIG. 6A is a plan view of the glass part after the through hole forming process, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. A plan view of the glass component after the conductive thin film forming step, (d) is a cross-sectional view taken along the line AA in (c), (e) is a plan view of the glass component after the patterning step of the dry film resist, and (f) is (e). AA sectional view, (g) is a plan view of the glass part after the electrode forming step, (h) is an AA sectional view of (g).
7A and 7B show the structure of a fourth embodiment, wherein FIG. 7A is a plan view and FIG.
8A and 8B show a manufacturing process of a silicon part according to a fourth embodiment, wherein FIG. 8A is a plan view of the silicon part after the gap portion forming process, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. A plan view of the silicon component after the insulating thin film forming step, (d) is a cross-sectional view taken along the line AA in (c), (e) is a plan view of the silicon component after the ring groove forming step on the upper surface, and (f) is (e). FIG. 6A is a cross-sectional view of the silicon part after the step of forming the ring groove on the lower surface, and FIG.
9A and 9B show a structure of an example of a conventional pressure sensor, where FIG. 9A is a plan view, and FIG.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b, 1c silicon parts
11 Movable electrode 12 Ring-shaped groove
13 Gap 14 Recess
15, 17 Insulating thin film 16 Counterbore
2, 2a Glass parts
21 Fixed electrode
22 Through hole for fixed electrode
23 Through hole for movable electrode
24 Through-hole electrode 25 Fixed electrode terminal
26 Terminal of movable electrode 27 Grid electrode
28a, 28b Conductive thin film
3 capacitors
41a, 41b, 41c dry film resist

Claims

A glass part with a fixed electrode and a silicon part having a movable electrode surrounded by a groove and displaced by deformation of the thin part of the groove part are joined, and a recess connected to the groove is formed outside the groove of the silicon part. A through hole is formed in the part of the glass part corresponding to the central part of the recess, and the wiring from the fixed electrode is drawn to the outer surface of the glass part through this through hole, and the pressure to be measured is fixed to the movable electrode. In the capacitance type pressure sensor that is detected as a change in the capacitance value through a change in the gap with the electrode,
Silicon parts are made of single crystal silicon,
The glass parts are made of borosilicate glass,
An insulating thin film is formed on the concave surface of the silicon component,
A capacitive pressure sensor characterized in that a silicon component and a glass component are bonded by electrostatic bonding.

A glass part with a fixed electrode and a silicon part having a movable electrode surrounded by a groove and displaced by deformation of the thin part of the groove part are joined, and a recess connected to the groove is formed outside the groove of the silicon part. A through hole is formed in the part of the glass part corresponding to the central part of the recess, and the wiring from the fixed electrode is drawn to the outer surface of the glass part through this through hole, and the pressure to be measured is fixed to the movable electrode. In the capacitance type pressure sensor that is detected as a change in the capacitance value through a change in the gap with the electrode,
Silicon parts are made of single crystal silicon,
The glass parts are made of borosilicate glass,
A countersunk hole that is slightly larger than the through hole is formed at a position corresponding to the through hole in the recess of the silicon component,
A capacitive pressure sensor characterized in that a silicon component and a glass component are bonded by electrostatic bonding.

A glass part with a fixed electrode and a silicon part having a movable electrode surrounded by a groove and displaced by deformation of the thin part of the groove part are joined, and a recess connected to the groove is formed outside the groove of the silicon part. A through hole is formed in the part of the glass part corresponding to the central part of the recess, and the wiring from the fixed electrode is drawn to the outer surface of the glass part through this through hole, and the pressure to be measured is fixed to the movable electrode. In the capacitance type pressure sensor that is detected as a change in the capacitance value through a change in the gap with the electrode,
Silicon parts are made of single crystal silicon,
The glass parts are made of borosilicate glass,
A countersunk hole that is slightly larger than the through hole is formed at a position corresponding to the through hole in the recess of the silicon component,
An insulating thin film is formed on the outer periphery of the counterbore of the recess,
A capacitive pressure sensor characterized in that a silicon component and a glass component are bonded by electrostatic bonding.

The distance between the silicon part and the glass part in the vicinity of the opening on the inner side of the through hole is smaller than the gap between the fixed electrode and the movable electrode in a state where the rated pressure is received. The capacitance-type pressure sensor as described.

It is a manufacturing method of the capacitance type pressure sensor according to claim 4,
The distance between the silicon part and the glass part around the inner side opening of the through hole is controlled by the thickness of the insulating thin film formed on the concave surface, and the distance is fixed and movable in a state where the rated pressure is received. A method for manufacturing a capacitance type pressure sensor, characterized in that the gap is smaller than the gap.

It is a manufacturing method of the capacity type pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
A method of manufacturing a capacitive pressure sensor, wherein the concave part of the silicon part is formed simultaneously when the silicon part is recessed to form a gap between the movable electrode and the fixed electrode.

It is a manufacturing method of the capacitance type pressure sensor according to claim 2 or 3,
A method of manufacturing a capacitive pressure sensor, wherein the counterbored hole of the silicon part is formed simultaneously when the silicon part is recessed to form a groove of the silicon part.

It is a manufacturing method of the capacity type pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The glass component is manufactured in the order of a step of forming a through hole, a step of forming a conductive thin film on both sides and the inner surface of the through hole, and a step of patterning the conductive thin film with a dry film resist. Manufacturing method of capacitive pressure sensor.