JP3875503B2 - 圧力センサの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量型の圧力センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の圧力センサとしては、例えば図６に示すようなものがある（特開平１０−８２７０９号公報参照）。
【０００３】
この圧力センサ１０は、圧力を静電容量の変化として検出する静電容量型の圧力センサであり、弾性変形可能なダイアフラム１１と、このダイアフラム１１の周囲の厚肉部１２に陽極接合された上、下ガラス１３，１４とから構成されダイアフラム１１および上、下ガラス１３，１４間には所定の空隙が形成されている。すなわち、ダイアフラム１１は、上、下ガラス１３，１４に対して間隔を開けて配置され、厚肉部１２を介して上、下ガラス１３，１４と陽極接合されている。
【０００４】
ダイアフラム１１は、導電性が付与されたシリコン（Ｓｉ）からなりダイアフラム１１自身が一つの電極となっている。
【０００５】
上ガラス１３には、ダイアフラム１１と対向する対向面１３Ａに中央電極１５と、この中央電極１５を囲む周辺電極１６とが設けられている。また上ガラス１３の上面１３Ｂには陽極接合時に使用される陽極接合用電極１７が設けられており、この陽極接合用電極１７は、略ダイアフラム１１の縁に対応した形状とされている。
【０００６】
下ガラス１４は略中央位置に設けられた圧力導入口１８を備えており、この圧力導入口１８から圧力が印加されるようになっている。
【０００７】
このような圧力センサ１０では圧力導入口１８に圧力が印加されると、ダイアフラム１１が湾曲するように弾性変形し、ダイアフラム１１と上ガラス１３の中央電極１６および周辺電極１７との間の距離が変化し、その距離に応じて静電容量が変化し、これにより圧力測定を行う。この圧力センサ１０は、いわゆるゲージ圧（大気圧をゼロとしたときの大気圧に対する差圧）センサであり、ダイアフラム１１と上ガラス１３との間の空隙部分は、中央電極１７、周辺電極１８の各スルーホール１９，２０を通じて大気開放されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の圧力センサ１０では、上、下ガラス１３，１４によりダイアフラム１１を上下方向から挟んだ状態でこれらを陽極接合により接合させて製造されていた。
【０００９】
このような圧力センサの製造方法では、ダイアフラム１１に上、下ガラス１３，１４を陽極接合させるときに、ダイアフラム１１と上、下ガラス１３，１４とが相対的において接合誤差が生じる場合があり、このため、下ガラス１４の圧力導入口１８および上ガラス１３の中央電極１７のスルーホール１９をダイアフラム１１の膜部の中心位置に合せることがむずかしい。
【００１０】
また、上、下ガラス１３，１４のそれぞれの製造時における圧力導入口１８、スルーホール１９の位置ずれおよびダイアフラム１１の製造時における膜部のずれによって、これらを陽極接合させた状態では、ダイアフラム１１の膜部の中心位置と下ガラス１４の圧力導入口１８および上ガラス１３のスルーホール１９とが大きく位置ずれしてしまう。
【００１１】
このようにダイアフラム１１の膜部の中心位置と下ガラス１４の圧力導入口１８および上ガラス１３のスルーホール１９との位置ずれによって導入された圧力と測定された圧力との間に誤差が生じ、圧力測定精度が悪くなるという問題点があった。
【００１２】
そこで、本発明は、陽極接合を用いないで両面構造による静電容量型の圧力センサを製造することができ、しかも、ダイアフラムの膜部の中心位置と圧力導入口および圧力排出口との位置合せが容易にできて圧力測定精度を向上させることができる圧力センサの製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、可動電極を有し、相対変位するダイアフラムの外周面に被膜を形成する被膜形成工程と、その被膜形成工程により形成された前記被膜から前記ダイアフラムの変位方向に棒状部を延設する棒状部延設工程と、前記ダイアフラムの少くとも一側に、前記棒状部の先端が外側面上または外側面から外側に突出した位置に配置される電極を形成する電極形成工程と、前記被膜および前記棒状部を薬液により除去する除去工程とからなることを特徴としている。
【００１４】
このように構成された請求項１記載の発明では、陽極接合を必要としないため、ダイアフラムと電極との接合精度の問題が解消される。
【００１５】
そして、ダイアフラムに形成した被膜とこの被膜からダイアフラムの変位方向へ延設した棒状部を薬液により除去することによってダイアフラムと電極間に空隙部が形成されると共に前記電極に圧力導入口が形成される。
【００１６】
この結果、前記空隙部と前記圧力導入口を容易に形成することができると共に、圧力導入口をダイアフラムの中心位置に容易に合せて形成することができるので、圧力測定精度の高い圧力センサを得ることができる。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載の圧力センサの製造方法であって、前記被膜形成工程で形成された前記被膜の前記棒状部が延設される部分に、凹部を形成することを特徴としている。
【００１８】
このように構成された請求項２記載の発明では、圧力導入口を、より正確にダイアフラムの中心位置に合せて形成することができる。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の圧力センサの製造方法であって、前記電極がクロムからなり、前記薬液がフッ酸からなることを特徴としている。
【００２０】
このように構成された請求項３記載の発明では、クロムがフッ酸でエッチングされない金属であるため、ワイヤーボンディングの技法を用いて製造される圧力センサにおいて好適な電極を形成することができる。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいづれか一項に記載の圧力センサの製造方法であって、前記被膜および前記棒状部がアルミまたは金により形成されていることを特徴としている。
【００２２】
このように構成された請求項４記載の発明では、被膜および棒状部をアルミまたは金により形成することによってワイヤーボンディング接続が容易にできる共にフッ酸により容易にエッチングすることができるので前記空隙部と前記圧力導入口を容易に形成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧力センサの製造方法の一実施形態について図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る一実施形態の圧力センサ３０を示す断面図である。
【００２５】
圧力センサ３０は、圧力を静電容量の変化として検出する静電容量型の圧力センサであり可動電極を有し、相対変位するダイアフラム４０とこのダイアフラム４０の支持部４１の上下に接合された上部電極５０および下部電極６０とから構成され、ダイアフラム４０の膜部４２と上部電極５０および下部電極６０との間には、それぞれ所定の空隙部７０が形成されている。
【００２６】
ダイアフラム４０は、導電性を有したシリコン（Ｓｉ）からなり、膜部４２が全体として可動電極となている。また、上部電極５０の電極本体５１および下部電極６０の電極本体６１はクロム（Ｃｒ）からなる。
【００２７】
上部電極５０の電極本体５１にはダイアフラム４０の膜部４２に対し変位方向に形成され膜部４２の中心位置に向かう圧力導入口５２が設けられており、この圧力導入口５２から圧力が印加されるようになっている。
【００２８】
また、電極本体５１の一側端部には切欠き部５３が形成されこの切欠き部５３に位置するダイアフラム４０の支持部４１には、図示しない静電容量測定回路に接続される接続部４３が設けられている。
【００２９】
下部電極６０の電極本体６１には、上部電極５１の圧力導入口５２に対向する圧力排出口６２が設けられており、この圧力排出口６２は大気開放されている。
【００３０】
このような圧力センサ３０では、圧力導入口５２に圧力が印加されると、ダイアフラム４０の膜部４２が湾曲するように空隙部７０内で相対変位し、上部電極６０の電極本体６１との距離が変化し、その距離に応じて静電容量が変化する。この変化をダイアフラム４０の接続部４３に接続された静電容量測定回路（図示せず）によって測定し、圧力測定を行なう。
【００３１】
つぎに、図２（ａ）〜図２（ｄ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ａ）〜図４（ｃ）および図５を参照して本実施形態の圧力センサ３０の製造方法について手順をおって説明する。
【００３２】
まず、第１工程では、図２（ａ）に示すように、自然酸化膜を有した単結晶シリコンウエハをエッチングしてダイアフラム４０を形成する。
【００３３】
第２工程では、図２（ｂ）に示すように、第１工程で形成されたダイアフラム４０の自然酸化膜を除去した後、ダイアフラム４０の全面を酸化させて絶縁膜（酸化膜）４４を形成する。その後、ダイアフラム４０の膜部４２の絶縁膜（酸化膜）４４をエッチング等により除去するとともに、ダイアフラム４０の支持部４１の一端側部の絶縁膜（酸化膜）４４をエッチング等に部分的に除去して切欠き部５３を形成する。
【００３４】
第３工程は、図２（ｃ）に示すように、第２工程で絶縁膜（酸化膜）４４が除去された膜部４２および支持部４１の切欠き部５３にアルミ（Ａｌ）または金（Ａｕ）の金属蒸着またはメッキ等によりアルミ被膜または金被膜（被膜）４５を形成する。
【００３５】
そして、図５に示すように、アルミまたは金の被膜４５が形成されたダイアフラム４０の膜部４２の中心位置にダイシングやメタルエッチング等により凹部４６を形成する。この凹部４６は、後述する棒状部４９を膜部４２に延設する際のアルミまたは金からなるワイヤー用マーキングである。
【００３６】
第４工程では、図２（ｄ）に示すように、ダイアフラム４０の裏面４０Ｂ側をレジスト８０で保護しておいて、第３工程で膜部４２に形成された凹部４６にアルミまたは金からなるワイヤーを膜部４２に対して垂直に立てて棒の形状にし、ワイヤーボンディングにより棒状部４７を膜部４２に延設する。
【００３７】
ワイヤーボンディング技術は、一般的にはＩＣチップとＩＣパッケージをアルミワイヤーまたは金ワイヤーで接続する技術であり、本実施形態では、アルミまたは金からなるワイヤーを垂直に立てて棒の形状として応用している。
【００３８】
第５工程は、電極形成工程であって、図３（ａ）に示すように、ダイアフラム４０の裏面４０Ｂ側をレジスト８０で保護した状態で、ダイアフラム４０の上面４０Ａに、第４工程で形成された棒状部４７の先端が外側面上または外側面から外側位置に上部電極５０を形成する。この上部電極５０は、フッ酸（薬液）によりエッチングされないクロム（Ｃｒ）などを金属蒸着またはメッキ等により成膜して形成される。
【００３９】
第６工程では、図３（ｂ）に示すように、第５工程で成膜されたクロム（Ｃｒ）からなる上部電極５０の上面を、棒状部４７が観測できる状態までＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を行ない平坦化する。
【００４０】
ＣＭＰ技術は従来からＳｉ基板の最終鏡面出し工程に使われていた技術であり、機械研磨中にシリカ等の無機物微粒子を分散させたスリラーを研磨パート上に滴下して機械的作用と化学的作用とにより平坦化させる技術である。
【００４１】
こうして、ダイアフラム４０の上面４０Ａに上部電極５０を形成する工程が完了すると、図３（ｃ）に示すように、ダイアフラム４０の裏面４０Ｂを保護するために設けられたレジスト８０を除去する。
【００４２】
つぎに、ダイアフラム４０を裏返えにし、図４（ａ）に示すように、このダイアフラム４０の裏面４０Ｂを上側にして上述した第４工程から第６工程までの処理と同様の第７工程から第９工程の処理を行ない棒状部４７および下部電極６０を形成する。この場合には、上部電極５０がレジストの役割を果たしている。
【００４３】
第１０工程では、図４（ｂ）に示すように、上記第２工程で形成された切欠き部５３部分の支持部４１をダイシングまたはドライエッチング等により掘り出して、静電容量測定回路（図示せず）と接続される接続部４３を形成する。このとき、フッ酸によるエッチングを防ぐために、表面にクロム（Ｃｒ）が多少残る状態にしておく。
【００４４】
第１１工程は、最終工程であり、図１および図４（ｃ）に示すように、被膜４５および棒状部４７を除去する除去工程である。この第１１工程では、上述した第３工程でダイアフラム４０の膜部４２に形成されたアルミまたは金からなる被膜４５と第４工程および第７工程で膜部４２に延設されたアルミまたは金からなる棒状部４７とをフッ酸（薬液）を用いてエッチングにより除去する。
【００４５】
そして、膜部４２の被膜４５が除去された部分によりダイアフラム４０の膜部４２と上部電極５０および下部電極６０間の空隙部７０が形成され、上部電極５０の棒状部４７が除去された部分によって圧力導入口５２が形成され、また、下部電極６０の棒状部４７が除去された部分により圧力排出口６２が形成される。
【００４６】
こうして、両面構造の静電容量型の圧力センサ３０を得ることができる。
【００４７】
上記本実施形態の圧力センサの製造方法では、陽極接合を必要としないためダイアフラム４０と上部電極５０および下部電極６０の接合精度の問題が解消される。
【００４８】
そして、上部電極５０の圧力導入口５２および下部電極６０の圧力排出口６２をワイヤーボンディングにより形成しているので、ダイアフラム４０の膜部４２の中心位置に容易にかつ確実に合せて形成することができ、位置ずれの問題が解消される。
【００４９】
また、ダイアフラム４０の膜部４２と上部電極５０および下部電極６０間の空隙部７０を容易に形成することができる。
【００５０】
この結果、本実施形態の圧力センサの製造方法によれば、圧力測定精度の高い圧力センサ３０を得ることができる。
【００５１】
さらに、圧力導入口５２および圧力排出口６２をワイヤーボンディングによりアルミまたは金のワイヤーを用いて形成するため、ワイヤーの曲げ特性を利用して、例えば、圧力導入口５２を９０度曲げた構造にできるなど、構造の自由度が大きくなる。
【００５２】
また、従来の圧力センサの上、下ガラスを必要としないので、低コストで製造することができる。
【００５３】
なお、本実施形態で用いたワイヤーボンディングによる技法は、圧力センサ３０以外にも、トランデューサや回路プロセス等にも応用することができる。例えば、光導波路、金型成形、脳波検出等が考えられる。
【００５４】
また、本実施形態の圧力センサ３０では、ダイアフラム４０を上部電極５０と下部電極６０とで挟んだ両面構造で構成したが、使用形態に応じて上部電極５０を省略して構成することもできる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明したように、請求項１の発明は、陽極接合を必要としないため、ダイアフラムと電極との接合精度の問題を解消することができる。
【００５６】
そして、ダイアフラムに形成した被膜とこの被膜からダイアフラムの変位方向へ延設した棒状部を薬液により除去することによってダイアフラムと電極間に空隙部が形成されると共に、前記電極に圧力導入口が形成されるので、前記空隙部と前記圧力導入口を容易に形成できると共に圧力導入口をダイアフラムの中心位置に容易に合せて形成することができる。
【００５７】
この結果、圧力センサの圧力測定精度を向上させることができる。
【００５８】
請求項２の発明は、圧力導入口をより正確にダイアフラムの中心位置に合せて形成することができる。
【００５９】
請求項３の発明は、クロムがフッ酸でエッチングされない金であるため、ワイヤーボンディングの技法を用いて製造される圧力センサにおいて、好適な電極を形成することができる。
【００６０】
請求項４の発明は、被膜および棒状部をアルミまたは金により形成することによってワイヤーボンディング接続が容易にできると共に、フッ酸により容易にエッチングすることができるので、前記空隙部と前記圧力導入口を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る一実施形態の圧力センサを示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。図２（ａ）は、第１工程の説明図である。図２（ｂ）は、第２工程の説明図である。図２（ｃ）は、第３工程の説明図である。図２（ｄ）は、第４工程の説明図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。図３（ａ）は、第５工程の説明図である。図３（ｂ）は、第６工程の説明図である。図３（ｃ）は、レジストを除去する工程の説明図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。図４（ａ）は、第４工程から第６工程までの処理と同様の第７工程から第９工程までの処理を行った状態を示す説明図である。図４（ｂ）は、第１０工程の説明図である。図４（ｃ）は、第１１工程の説明図である。
【図５】図５は、第３工程のワイヤーボンディング用マーキングの説明図である。
【図６】図６は、従来の圧力センサを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
３０…圧力センサ
４０…ダイアフラム
４５…被膜
４６…凹部
４７…棒状部
５０…上部電極（電極）
６０…下部電極（電極）

Claims (4)

1. 可動電極を有し、相対変位するダイアフラムの外周面に被膜を形成する被膜形成工程と、この被膜形成工程により形成された前記被膜から前記ダイアフラムの変位方向に棒状部を延設する棒状部延設工程と、前記ダイアフラムの少くとも一側に、前記棒状部の先端が外側面上または外側面から外側に突出した位置に配置される電極を形成する電極形成工程と、前記被膜および前記棒状部を薬液により除去する除去工程とからなることを特徴とする圧力センサの製造方法。
2. 請求項１記載の圧力センサの製造方法であって、前記被膜形成工程で形成された前記被膜の前記棒状部が延設される部分に、凹部を形成することを特徴とする圧力センサの製造方法。
3. 請求項１または請求項２記載の圧力センサの製造方法であって、前記電極がクロムからなり、前記薬液がフッ酸からなることを特徴とする圧力センサの製造方法。
4. 請求項１〜請求項３のいづれか一項に記載の圧力センサの製造方法であって、前記被膜および前記棒状部が、アルミまたは金により形成されていることを特徴とする圧力センサの製造方法。

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