JP4085863B2 - 圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサに関し、特に微細な形状を検知するセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、個々を識別する装置として指紋センサが用いられており、この指紋センサには簡単で且つ精度良く指紋を検知することが要求されている。この種の指紋センサとしては指紋を光学的に検知するものや電気的に検知するものなど、様々なタイプのものが研究、開発されている。例えば特開平９−１２６９１８号公報や特開平１０−３００６１０号公報には、電極を有するマイクロセンサ部をマトリクス状に配置し、指からの圧力を電気信号に変換して指紋を検知するものが記載されている。このマイクロセンサ部は、２枚の電極の間に空洞を介在させた状態で対向配置している。
【０００３】
図２０には製造途中におけるマイクロセンサ部の断面図を示す。シリコン基板１０１上にはエッチングバリア層１０２が積層され、その上に所定のパターンでＡｕ又はＴｉによる第一金属層１０３が形成される。この第一金属層１０３は可変コンデンサの第一電極、若しくは、マイクロコンタクタの第一端子として使用される。第一金属層１０３に対応して多結晶シリコン又はＡｌからなる隔膜１０４を形成し、隔膜１０４上にＡｕ又はＴｉからなる第二金属層１０５を形成する。そして基板１０１の表面全体を窒化シリコンからなる絶縁膜１０６で覆う。マイクロセンサ部の表面には第二金属膜１０５及び絶縁膜１０６に隔膜１０４まで達する開口１０７が形成され、開口１０７の部分で隔膜が外部に露出する。なお図２０ではこの状態を示している。この後で基板１０１にウェットエッチングを行うが、このとき溶液が多結晶シリコン又はＡｌからなる隔膜１０４をエッチングし、隔膜１０４が取除かれて空洞が形成される。エッチング終了後に開口１０７を窒化シリコンなどで塞ぎ、空洞を密閉する。そしてマイクロセンサに指からの圧力が加わると、その圧力に応じて絶縁膜１０６及び第二金属層１０５が第一金属層１０３側へ湾曲し、その状態に応じた電気信号を出力して、指紋の形状を検知する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１２６９１８号公報
【特許文献２】
特開平１０−３００６１０号公報に
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロセンサの上方電極になる第二金属層１０５には、指からの圧力に応じて第一金属層１０３側に湾曲する柔軟性と、圧力がなくなったときに元の状態に戻る復元力が要求される。それに対して絶縁膜１０６は金属に比べて硬いため、従来のように第二金属層１０５を絶縁膜１０６で覆った場合は、第二金属層１０５と絶縁層１０６との柔軟性や弾力性の差が大きくなり、使用している間に第二金属層１０５などが破損する可能性が高かった。特に第二金属層１０５上には絶縁性を保つために膜厚の厚い絶縁膜が複数形成されるため、絶縁膜１０６と第二金属層１０５との柔軟性に大きな差が生じやすく、破損しやすかった。
【０００６】
また柔軟性を有する第二金属層１０５は強度が弱いため、マイクロセンサの使用回数が多くなると第二金属層１０５が破損しやすくなり、精度や耐久性が低下する。また、従来の第二金属層１０５は全体が平坦に形成されるため、材質や膜厚によって柔軟性や復元力を設定することになる。しかし柔軟性を得るために膜厚を薄くすると復元力が弱くなり、復元力を補うために膜厚を厚くすると柔軟性がなくなるため、従来のものでは十分な柔軟性と復元力を備えた第二金属層１０５を得ることが困難であった。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、センサ部の故障が少なく、適正な感度の圧力センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の圧力センサは、複数のセンサ部をマトリクス状に配置し、各センサ部は、センサ部内に配置された第一電極と、第一電極を覆う第一絶縁膜と、第一絶縁膜に形成されると共に第一電極の一部分を露出させるセンサ孔と、少なくとも露出した第一電極の上方に位置する空洞部と、空洞部を挟んで第一電極に対向配置すると共に第一電極側に湾曲可能な第二電極とを有することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、複数のセンサ部を配置した圧力センサの製造方法において、センサ部内に第一電極を形成する工程と、第一電極上に中間層を形成する工程と、中間層上に第二電極を形成する工程と、第二電極上にオーバーコート膜を形成する工程と、オーバーコート膜上に絶縁膜を形成する工程と、中間層を取除いて空洞部を形成する工程と、センサ部の中央部分に存在する絶縁膜を取除いて開口部を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお、この実施例では複数のセンサ部を並べて微細な形状を検出する圧力センサを説明するが、本発明は微細な形状を検知する圧力センサに限定するものではない。例えば、センサ部を１つにして圧力を検知する圧力センサでもよく、また若干大きめのセンサ部を複数並べて押圧の有無を検知するタッチパネルでもよい。さらに、この実施例ではセンサ部として一対の電極の接触の有無により検知状態を識別するものを説明するが、本発明は、センサ部に一対の電極の間隔に応じた検知信号を出力する静電気式にも有効である。
【００１１】
まず第一の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明の圧力センサの概略を示す全体図である。１は透明なガラス基板であり、ガラス基板１上には行方向に存在する複数の第一配線２と列方向に存在する複数の第二配線３がマトリクス状に形成されている。この実施例では基板としてガラス基板１を用いたが、ガラス基板に限定するものではなく、プラスティックフィルムなどでもよい。４は第一配線２と第二配線３の交差部付近に設けられたセンサ部、５は第二配線３上に設けられた通気口部である。複数のセンサ部４をマトリクス状に並べた領域が、微細な形状を検知する圧力検知領域に該当し、通気口部５は圧力検知領域外に設けられている。なお、センサ部４を組み込んだ圧力センサ装置には形状を検知するための領域が設けられているが、ここでいう圧力検知領域とはこの圧力センサ装置の形状を検知するための領域ではなく、センサ部４が存在する領域のことを意味する。通気口部５はセンサ部４が並ぶ列方向の延長線上に存在し、この列方向に並ぶセンサ部群の両端に隣接して配置されている。なお、通気口部５をこのセンサ部群の一方の端部にだけ隣接配置してもよい。６は第一配線２に走査信号を供給する走査回路、７は第二配線３に流れる信号を検知する感知回路である。
【００１２】
センサ部４の詳細な構成は後述するが、センサ部４では第一配線２に接続する第一電極と第二配線３に接続する第二電極が空洞部を介して対向配置している。第二電極は検体からの圧力に応じて第一電極側に湾曲し、所定以上の圧力が加わると第一電極に接触する。そして検体を圧力検知領域に押し付けたとき、検体の凸部に対応するセンサ部４では両電極が接触し、検体の凹部に対応するセンサ部４では両電極が離れたままである。このとき走査回路６から１つの第一配線２に走査信号を供給すると、両電極が接触しているセンサ部４では両電極を介して第二配線３に信号が流れ、両電極が接触していないセンサ部４では第二配線３に信号が流れない。そして感知回路７で第二配線３を流れる信号の有無を検知すれば、各センサ部４に加わる圧力を検知できる。走査回路６から各第一配線２に順次走査信号を供給し、圧力検知領域を一通り走査して形状を検知する。
【００１３】
図２はセンサ部４及び通気口部５の平面図を示し、図３は図２のＡ−Ａに沿った断面であるセンサ部４の断面図、図４は図２のＢ−Ｂに沿った断面である通気口部５の断面図、図５は図２のＣ−Ｃに沿った断面図である。
【００１４】
まずセンサ部４の構造について説明する。ガラス基板１上には全面にＳｉＮｘによる下層絶縁膜１１が積層されている。下層絶縁膜１１上には複数の第一配線２がそれぞれ平行に配置され、センサ部４に第一電極８が形成される。この第一配線２と第一電極８は共に下層絶縁膜１１上に積層された金属層をパターニングして形成される。この金属層としては例えばＡｌとＭｏによる積層構造が用いられる。第一電極８は、センサ部４の中央部に位置し中央電極部に相当する円状部８ａと、センサ部４の周囲に位置する環状部８ｂと、円状部８ａと環状部８ｂを接続する接続部８ｃとを備えている。この実施例では１つの環状部８ｂを設け、この環状部８ｂはセンサ部４の中央を中心とした環状である。
【００１５】
１２は第一配線２と第一電極８を電気的に接続する細長状のコンタクト層であり、アモルファスシリコン層や多結晶層、金属層により形成されている。このコンタクト層１２は第一配線２や第一電極８の金属よりも高抵抗な部材で形成する。ここでコンタクト層１２の抵抗をＲ、第一配線２に供給される走査信号の電圧をＥ、第二配線３を流れる電流をＩとすると、Ｅ＝ＩＲの関係が成り立つ。従って１つのセンサ部４を介して第二配線３に流れる信号は、電流値がＩになる。しかし、第二配線３を流れる信号が、例えばセンサ部４、走査されていない第一配線２、他の列のセンサ部４、他の列の第二配線３と流れた場合、走査信号は始めの第一配線２から見て最終的に３つのコンタクト層１２を通過することになる。そして、この他の列の第二配線３を流れる電流をＩ’とすると、Ｅ＝３ＲＩ’となり、Ｉ’＝Ｉ／３となる。従って第二配線３を流れる電流値を見ることで他のセンサ部４を経由していないかを見分けることができ、センサ自体の精度を向上させることができる。
【００１６】
このコンタクト層１２には膜厚均等に成膜でき、光学的手段を用いてパターン形成可能なものがよく、ここでは多結晶シリコンや導電性不純物を混入したアモルファスシリコン層からなるが、スイッチング素子や整流素子（ダイオードなど）で構成しても良い。
【００１７】
コンタクト層１２の抵抗は感知回路７で検出できる最小の電流値を基にして決める。また、高抵抗のコンタクト層１２を用いる場合は、配線抵抗を小さくする必要がある。抵抗は距離に比例するため、走査回路６から離れるほど走査回路６までの抵抗も高くなる。そのため走査回路６から遠いところに位置するセンサ部４までの配線抵抗がコンタクト層１２と同程度の抵抗になった場合、感知回路７の検出結果から適正な値かどうかの見分けがつかなくなる。よって第一配線２には抵抗の小さいＡｌ等を含むようにした方がよい。
【００１８】
１３はＳｉＮｘまたはＳｉＯ₂などによる第一絶縁膜であり、下層絶縁膜１１や第一配線２などを覆っている。第一絶縁膜１３はセンサ部４にも存在するが、センサ部４の中央付近には円形状のセンサ孔１４が形成され、第一電極の円状部８ａの中央部分を露出させている。このセンサ孔１４の大きさや厚さ（センサ孔１４周縁の第一絶縁膜１３の厚さ）はセンサの感度に影響する。
【００１９】
第一電極の円状部８ａの周囲を第一絶縁膜１３で覆っているため、第二電極９が第一電極８と大きな範囲で密着することがなく、第二電極９が第一電極８に接触した後に第一絶縁膜１３付近から第二電極９が第一電極８と離れる。そして第一絶縁膜１３が厚くなるほど、第二電極９の弾力性が弱くても元の状態に戻りやすくなるが、第二電極９が第一電極８に接触する可能性も低くなる。
【００２０】
また、センサ孔１４が大きいときは第一電極８の露出部分が多くなり、第二電極９と接触する可能性が増える。従ってセンサ部４に掛かる小さな圧力の検知が可能になるが、それだけ過度の検知にもなりやすい。それに対してセンサ孔１４が小さくなると第一電極８の露出部分が少なくなり、第二電極９と接触する可能性が少なくなるため、その分だけ圧力に対して鈍感なセンサになる。
【００２１】
よって、第一絶縁膜１３の厚さやセンサ孔１４の大きさは圧力センサに求められる感度によって適宜設定される。そして、第一絶縁膜１３の厚さは約５００Å〜約１００００Å、センサ孔１４の直径は約５μｍ〜約４０μｍであれば、精度よく形状を検知できる圧力センサになる。第一絶縁膜１３の厚さは約２０００〜約５０００Åであればより好ましい。なおセンサ孔１４を多角形状にしてもよく、そのときセンサ孔１４の大きさは一辺が約５μｍ〜約４０μｍの正方形の範囲内にするとよい。
【００２２】
第一絶縁膜１３から露出した第一電極８は空洞部１０を介在させて第二電極９と対向配置する。空洞部１０の形成方法は後述するが、センサ部４を平面方向から見たとき、空洞部１０は第一電極の環状部８ｂまで広がっている。また、センサ部４の４隅にはリリース口１５が設けられ、空洞部１０はこのリリース口１５にまで延在している。
【００２３】
第二電極９は金属層により形成され、例えばＭｏが用いられる。センサ部４内では、第二電極９は５０μｍ×５０μｍの正方形状にパターニングされ、４隈にリリース口１５が開口している。列方向に並ぶセンサ部４では、それぞれ隣接するセンサ部４との間に互いの第二電極９を電気的に連結する連結部３０が形成され、第二電極９や連結部３０が第二配線３を兼ねている。連結部３０は第二電極９よりも幅が狭く、第一配線２に第一絶縁膜１３を介して直交方向に重なっている。第二電極９と連結部３０の製造工程は後述するが、第二電極９と連結部３０は同一の金属層をパターニングして形成されている。
【００２４】
第二電極９が第二配線３を兼ねることで、特別に第二配線用の専用配線を設ける必要がなくなる。したがって、圧力検知領域内に占めるセンサ部４の面積を増やすことができ、それだけ圧力検知領域のスペースを有効に使える。
【００２５】
第二電極９はほぼ均一な膜厚を有しているが、後述する中間層２５の表面が第一電極８の形状に応じて凹凸になるため、第二電極９も凹凸形状になる。つまり大まかに見て円状部８ａや環状部８ｂに対向する部分が凸状になり、第一電極８に対向しない部分が凹状になる。こうして第二電極９が全体的に凹凸部分を有するため、第二電極９が補強され復元力が増加する。また第二電極９に強い圧力が掛かったときでも、第二電極９の全体に応力が働くため強度が増し、第二電極９が破損する可能性が低減し、耐久性が向上する。
【００２６】
１６は第二絶縁膜、１７は保護膜であり、第一絶縁膜１３や第二配線２上に積層される。この実施例では共にＳｉＮｘで形成されている。なお、これらの膜１６、１７はＳｉＮｘに限定するものではなく、ＳｉＯ₂でもよく、ポリイミドやポリアクリレートなどの有機絶縁膜でもよい。詳細は後述するが、第二絶縁膜１６と保護膜１７は別工程で形成される。第二絶縁膜１６にはリリース口１５が形成され、リリース口１５を形成した後で第二絶縁膜１６上に保護膜１７を形成するため、リリース口１５は保護膜１７で塞がれる。そして、リリース口１５を塞ぐ保護膜１７と第二絶縁膜１６上に積層される保護膜１７は同時形成されるが、膜としては連続せずに分かれている。このリリース口１５を塞ぐ保護膜１７が閉塞部に相当する。なお、この保護膜１７の膜厚をリリース口１５部分の深さより厚くしていけば、リリース口１５内の保護膜１７と第二絶縁膜１６上の保護膜１７がつながる。
【００２７】
センサ部４では、第二電極９上の第二絶縁膜１６と保護膜１７が円形状に取除かれ、第二電極９が露出している。第二電極９は第二絶縁膜１６が被覆されている境界部分を支点にして湾曲するため、第二絶縁膜１６が取除かれている範囲の大きさによって第二電極９の柔軟性が変わる。第二絶縁膜１６を大きく取除くと第二電極９が湾曲しやすくなり、検体の凸部が第二電極９に当たったときに第二電極９が湾曲して第一電極８と接触するため、圧力に対して敏感なセンサ部４になる。それに対して、第二電極９上に第二絶縁膜１６や保護膜１７を広めに残した場合、その分だけ第二電極９が湾曲し難くなるため、圧力に対して鈍感なセンサ部４になる。第二電極９の湾曲のしやすさはセンサ部４の感度に影響し、圧力に対して敏感になるほど圧力の検知のし過ぎにより検体の形状が不明瞭になり、圧力に対して鈍感になるほど微細な形状を検知できない部分が存在するため検体の形状が不鮮明になる。したがって敏感になりすぎても、鈍感になりすぎても誤検知の可能性が増大するため、第二電極９の湾曲のし易さが適正になるように設計する必要がある。そして第二絶縁膜１６が取除かれている部分の境界が第一電極８の最も外側の環状部８ｂよりも内側に位置するように設定すると、第二電極９の柔軟性と復元力が適切な範囲内になる。
【００２８】
薄膜の第二絶縁膜１６や保護膜１７が第二電極９上に存在すると第二電極９の補強及び保護の役割を果すため、それだけ第二電極９の破損は少なくなる。この実施例では第二絶縁膜１６と保護膜１７を除去しているが、これらの条件を考慮して、除去せずに第二電極９上の第二絶縁膜１６や保護膜１７の厚み方向の一部を取除き、中央部分を薄くしてもよい。このとき薄くした部分はセンサ部４を中心として円形状にするとよい。なお、この実施例では第二絶縁膜１６を円形状に取除いたが、第二絶縁膜を四角形状に取除いてもよい。
【００２９】
第二電極９上の第二絶縁膜１６を取除いた部分または第二絶縁膜１６を薄くした部分の大きさは、円形状の場合、直径約５μｍ〜約４０μｍが適している。より好ましくは約２４〜約２８μｍが適している。なお四角形状の場合、その大きさは一辺が約５μｍ〜約４０μｍの正方形の範囲内がよい。
【００３０】
次に通気口部５について説明する。２０は通気口部５の中央付近に位置し、下層絶縁膜１１上に形成されたダミー電極である。ダミー電極２０は中心に開口を有するドーナツ状の金属層であり、第一配線２や第一電極８と同一工程で形成される。従って、例えば下層絶縁膜１１の全面にＭｏとＡｌの積層構造からなる金属層を積層し、この金属層をパターニングしてダミー電極２０、第一配線２、第一電極８を同時形成する。そしてダミー電極２０は第一配線２と電気的な接続がなく、孤立して設けられている。第一絶縁膜１３は下層絶縁膜１１やダミー電極２０を覆うように積層され、通気口部５の中央付近では第一絶縁膜１３を取除いて下層絶縁膜１１やダミー電極２０の一部を露出している。
【００３１】
２１は通気口部５に位置する補助電極であり、センサ部４の第二電極９と同様にＭｏ等からなる金属層を５０μｍ×５０μｍの正方形状にパターニングし、４隈にリリース口１５を形成している。通気口部５の補助電極２１はその形状がセンサ部４の第二電極９と類似しているが、形状を検知する機能はなく、第二配線３の一部として存在する。補助電極２１と第一絶縁膜１３の間には第二空洞部２２が設けられ、この第二空洞部２２はセンサ部４の空洞部１０と空間的に連通し、両空洞部１０、２２間を通気可能にしている。補助電極２１上には第二絶縁膜１６が積層され、補助電極２１と同様にリリース口１５が設けられている。
【００３２】
通気口部５の中央には補助電極２１及び第二絶縁膜１６を貫通する通気口２３が形成されている。そして通気口２３に対応する位置にはダミー電極２０、第一絶縁膜１３が存在しない。第二絶縁膜１６上に保護膜１７を積層するとき、リリース口１５はこの保護膜１７の一部によって塞がれて第二空洞部２２との連通状態を絶たれるが、通気口２３では保護膜１７が下層絶縁膜１１上に積層されるため第二空洞部２２との連通状態を維持する。通気口部５では補助電極２１上の第二絶縁膜１６、保護膜１７は取除かれず、そのまま残っている。従って第二絶縁膜１６、保護膜１７により補助電極２１の湾曲が規制され、通気口２３の周辺が補強されることになり、製造中や使用中でも通気口２３は第二空洞部２２と連通している。
【００３３】
２４は中空状でその内部を空気が行き来できる通路部であり、通気口部５とセンサ部４の間や隣接するセンサ部４間に位置し、センサ部４の空洞部１０同士やセンサ部４の空洞部１０と通気口部５の第二空洞部２２をつないでいる。通路部２４は、その底面を第一絶縁膜１３で、側面や上面を第二配線３の金属層である補助電極２１で構成している。通路部２４により各センサ部４の空洞部１０と通気口部５の第二空洞部２２が空間的に連通状態になり、通気口２３を介して外気の行き来が可能になる。また通路部２４の横幅は空洞部１０の横幅よりも狭くなっているため、通気口２３から入ってきた塵埃が通路部２４を介して空洞部１０に侵入することを防止できる。
【００３４】
このような構造により、保護膜１７により各リリース口１５を塞いだ後でも、センサ部４の空洞部１０内をほぼ外気圧と同じ気圧に保つことができる。そのため真空引きを行う工程中にセンサ部４の第二電極９には大きな負荷がかからず、破損することを防止できる。さらにセンサ部４とは別に通気口部５を設けているため、センサ部４の空洞部１０内に塵埃が侵入することを防止でき、故障の少ない圧力センサを得ることができる。なお、圧力センサの使用時に通気口部５から塵埃が入り込まないように、この通気口２３を最終的に塞いでも良い。
【００３５】
次にセンサ部４と通気口部５の製造工程を図面に基づいて説明する。図６はセンサ部４の製造工程を示す断面図（図３の断面図に相当）、図７はセンサ部４の製造工程を示す平面図、図８は通気口部５の製造工程を示す断面図（図４の断面図に相当）、図９は通気口部５の製造工程を示す平面図である。
【００３６】
ガラス基板１上にＳｉＮｘからなる下層絶縁膜１１を積層し、下層絶縁膜１１上にＳｉ層を積層する。Ｓｉ層をアニール処理によって多結晶化し、その後でフォトリソグラフィ法によりコンタクト層１２に相当する部分だけＳｉ層を残す。その後、ＭｏとＡｌの積層構造をした金属層をスパッタ法等により下層絶縁膜１１上に形成し、フォトリソグラフィ法により図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）に示すような第一配線２、第一電極８、ダミー電極２０を形成する。このときダミー電極２０は中央に開口がない円板状に形成される。
【００３７】
次に、下層絶縁膜１１や第一配線２上にＳｉＮｘを積層して第一絶縁膜１３を形成する。そしてエッチング工程によって、第一絶縁膜１３は円状部８ａとダミー電極２０に対応する部分が取除かれている。センサ部４では図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すように、円状部８ａ上の第一絶縁膜１３を円形状に取除き、センサ孔１４を形成している。こうして円状部８ａの中央部分を露出させ、円状部８ａの周縁部分を第一絶縁膜１１で被覆している。また通気口部５では図８（ｂ）、図９（ａ）に示すように、ダミー電極２０上の第一絶縁膜１３を円形状に取除いている。そしてダミー電極２０の中央部分を露出させながら、ダミー電極２０の周縁部分は第一絶縁膜１３で被覆されている。ダミー電極２０上の第一絶縁膜１３のエッチング部分は、通気口２３よりも大きくなっている。円状部８ａ上に存在する第一絶縁膜１３の割合は圧力センサの感度に影響し、ダミー電極２０上に存在する第一絶縁膜１３の割合は通気口２３の大きさに影響する。
【００３８】
次に、第一絶縁膜１３や露出した第一電極８、ダミー電極２０上にＡｌからなる金属層を積層する。その後、フォトリソグラフィー法などでこの金属層を所定形状にパターニングし、中間層２５を形成する。この中間層２５は最終的には取除かれるが、中間層２５の存在した部分が空洞部１０や通路部２４になる。従って、センサ部４では図６（ｃ）、図７（ｃ）に示す形状の中間層２５になり、通気口部５では図８（ｃ）、図９（ｂ）に示す形状の中間層２５になる。センサ部４の中間層２５は、第一電極８の円状部８ａから環状部８ｂまでを覆うほぼ円形状の部分とそこから突出して４箇所のリリース口１５まで延在する部分とを備えている。通気口部５の中間層２５もセンサ部４の中間層２５とほぼ同じ形状をしている。通気口部５のダミー電極２０は中央付近にのみ存在するため、通気口部５には第一電極８の環状部８ｂのような金属層は存在しないが、中間層２５はダミー電極２０を含む通気口部５の大部分を覆う円形状の部分とそこから突出してリリース口１５まで延在する部分とを備えている。そして、隣接するセンサ部４同士の間やセンサ部４と通気口部５との間には、通路部２４に相当する細長状の中間層２５が存在する。従って、列方向に並ぶ各センサ部４と通気口部５では、その部分に存在する中間層２５が分割することなく連なって形成されている。なお、各中間層２５の形状や厚み等の大きさは、希望する空洞部１０や通路部２４の形状、サイズに合わせて設計される。
【００３９】
次に、中間層２５や第一絶縁膜１３上に金属層をスパッタ法により積層する。この金属層はＭｏとＡｌの積層構造になる。センサ部４の中間層２５は第一電極８の形状に応じて表面が凹凸状になる。この金属層上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法による露光、現像、エッチング処理を施して第二電極９や連結部３０を含む第二配線３を形成する。このとき中間層２５は第二配線３の金属層で完全に覆われた状態になる。図６（ｄ）、図７（ｄ）に示すように、センサ部４では中間層２５を完全に覆うほぼ四角形状の第二電極９がほぼ均一な膜厚で形成され、中間層２５の表面の凹凸に応じて第二電極９も凹凸状になる。このとき、まだ第二電極９にはリリース口１５を形成しない。また図８（ｄ）、図９（ｃ）に示すように、通気口部５にも中間層２５を完全に覆うほぼ四角形状の補助電極２１が形成され、この工程のときには補助電極２１にもリリース口１５と通気口２３を形成しない。通路部２４に相当する中間層２５は連結部３０で覆われ、この連結部３０により隣接するセンサ部４の第二電極９を電気的に連結する。
【００４０】
次に、第二電極９や第一絶縁膜１３上にＳｉＮｘを積層し、第二絶縁膜１６を形成する。そしてセンサ部４では図６（ｅ）、図７（ｅ）に示すようにリリース口１５に該当する部分のＳｉＮｘを取除き、また通気口部５では図８（ｅ）に示すようにリリース口１５と通気口２３に該当する部分のＳｉＮｘを取除く。この第二絶縁膜１６が取除かれた部分は、それぞれ第二電極９、補助電極２１の一部分が露出する。
【００４１】
次に、ＭｏとＡｌの両方の材質を除去するエッチング処理をする。このエッチング処理により第二絶縁膜１６から露出している部分の金属層が除去される。エッチング方法としては、ドライエッチングとウェットエッチングの両方が利用できる。例えば、エッチング液にリン酸、硝酸、酢酸の混合液を用いれば、ＭｏとＡｌの両方がエッチングできる。このエッチング処理により、センサ部４では図６（ｆ）に示すようにリリース口１５に対応する部分の第二電極９と中間層２５が取除かれる。また、通気口部５では図８（ｆ）に示すように、リリース口１５に対応する部分の補助電極２１と中間層２５、通気口２３に対応する部分の補助電極２１、中間層２５、ダミー電極２０が取除かれる。
【００４２】
次に、中間層２５だけを除去するエッチング処理を行う。このときウェットエッチングを行い、エッチング液に塩酸、リン酸、水の混合液を用いる。エッチング液はリリース口１５を通じて中間層２５に達し、中間層２５の端部から順にエッチングする。混合比が塩酸：リン酸：水＝１：５：１のエッチング液を使用した場合、中間層２５のＡｌと第二配線３などを構成するＭｏとの間に電池効果が生じ、Ａｌが短時間でエッチングされる。電池効果によりＡｌを積極的にエッチングされる場合、エッチング液としては特にリン酸が塩酸の５倍以上含まれていればその効果が得られるが、塩酸：リン酸＝１：５のエッチング液のときには同時に多量の泡が発生する。そこで実験によりさらに研究を重ねた結果、塩酸：リン酸：水＝１：１０：１のエッチング液を用いたときに、泡の発生が少なく且つＡｌが短時間で積極的にエッチングできた。このエッチング処理により中間層２５を確実に取除くことができ、各空洞部１０、２２や通路部２４が形成される（図８（ｇ）、図９（ｄ））。
【００４３】
その後、第二絶縁膜１６上にＳｉＮｘを積層し、保護膜１７を形成する。このＳｉＮｘは例えばＣＶＤで形成され、ほぼ同じ厚みの膜がガラス基板１上の全面に積層される。このときリリース口１５や通気口２３では第二絶縁膜１６などが存在しないため、リリース口１５では第一絶縁膜１３上に、通気口２３では下層絶縁膜１１上にそれぞれ保護膜１７が積層される。この保護膜１７は、センサ部４のリリース口１５を塞ぐと同時に通気口部５の通気口２３は塞がない程度の厚さに設定されている。
【００４４】
空洞部１０は中間層２５により形成されるため、中間層２５の厚さが空洞部１０の厚さとなり、空洞部１０内の厚さはほぼ均一になる。そして空洞部１０の厚さが、リリース口１５の下方の空間の底面からリリース口１５までの距離に相当する。従って、空洞部１０の厚さをｄ１、リリース口を塞ぐ保護膜１７（閉塞部）の厚さをｄとしたとき、ｄ１≦ｄであればリリース口１５を確実に塞ぐことができる。それに対して、通気口２３の周囲部分には第一絶縁膜１３とダミー電極２０が存在し、通気口２３部分には第一絶縁膜１３とダミー電極２０が取除かれているため、通気口２３部分の底面はリリース口１５部分の底面よりも下がった所に位置する。従って、通気口２３の下方の空間の底面から通気口２３までの距離をｄ２、第一絶縁膜１３の厚さをｄ３、ダミー電極２０の厚さをｄ４としたとき、ｄ２＝ｄ１＋ｄ３＋ｄ４になり、ｄ＜ｄ２であれば保護膜１７を積層しても通気口２３が塞がることはない。この条件を満たす保護膜１７を積層することで、センサ部４では図６（ｇ）に示すようにリリース口１５が塞がれ、リリース口１５から空洞部１０内に塵埃が侵入することを防止できる。また通気口部５では図８（ｈ）に示すように通気口２３が第二空洞部２２と連通するため、各センサ部４の空洞部１０の圧力を外気とほぼ同じにすることができる。
【００４５】
その後、図６（ｈ）、図７（ｆ）に示すようにセンサ部４の第二電極９上の第二絶縁膜１６と保護膜１７を取除く。この第二絶縁膜１６と保護膜１７は第一電極８の円状部８ａから環状部８ｂ付近までの領域が取除かれ、この領域の第二電極９が湾曲しやすくなる。これで圧力に対して敏感なセンサ部４を形成することができる。
【００４６】
このようにセンサ部４に空洞部１０を形成し、その形成に用いたリリース口１５を塞いだとしても、製造工程中に空洞部１０が完全に外気と遮断される状態が存在しない。従って、例えこの後の製造工程でセンサ部を真空引きした空間に置いたとしても、空洞部１０の内外で大きな気圧差が生じることを防止でき、第二電極９には大きな負荷がかからない。よって、センサ部４の破損を防ぐことができ、歩留まりが向上する。
【００４７】
次に第一電極８の第二実施例を図１０に基づいて説明する。図１０はセンサ部４内の第一電極８の平面図である。ここでは第一電極８の形状が異なるが、その他の構成は第一実施例と同じであり、説明を省略する。第二実施例の第一電極８はセンサ部４の中央に位置する円状部８ａと、円状部８ａを囲む２つの環状部８ｂと、円状部８ａと環状部８ｂを連結する細長状の接続部８ｃを有している。この実施例の環状部８ｂは、センサ部４の中央を中心とした同心円状であって、それぞれ直径の大きさが異なる二重の環で構成されている。そして最も外側に位置する環状部８ｂは第一実施例の環状部８ｂとほぼ同じ大きさであり、その直径はセンサ部４の一辺よりも若干短く設定されている。
【００４８】
第二電極９は第一電極８の形状に沿って凹凸形状を有し、第一電極８の円状部８ａと２つの環状部８ｂと接続部８ｃに対応する部分が凸状になり、第一電極８が存在しない部分が凹状になる。この実施例では第一実施例と比べて環状部８ｂが１つ多い分だけ第二電極９の凹凸も増え、第二電極９の強度も増し、復元力が増加する。このとき第一電極８上に第一絶縁膜１３を設けなければ、円状部８ａだけでなく環状部８ｂも第二電極９と電気的な接触が可能となり、感度も向上する。第二実施例でも第二絶縁膜１６が第二電極９の中央部分を除いて被覆しているが、この第二絶縁膜１６により被覆されている部分の境界は２つの環状部８ｂの間に位置する。第一電極８に環状部８ｂが３つ以上あるときは、第二絶縁膜１６により被覆された部分の境界は最も外側の環状部８ｂと次に外側の環状部８ｂとの間に位置する。
【００４９】
次に第一電極８の第三実施例を図１１に基づいて説明する。第三実施例は第一実施例と第一電極８の形状が異なるが、その他の構成は同じである。そして第三実施例は第二実施例の第一電極８と類似しており、２つの環状部８ｂが円状部８ａと分割されている。この円状部８ａには接続部８ｃを介して第一配線２の走査信号が供給されるが、環状部８ｂは電気的に分断されているため走査信号は供給されず、第二電極９を凹凸形状にするために用いられる。この第一電極８では環状部８ｂが形状の検知に関与しないため、感度は低下する。しかし、僅かな圧力では第一電極８と第二電極９が電気的な接触をしないため、誤検知の可能性も低下する。
【００５０】
なお本発明の第一電極８は実施例に限定するものでなく、第一電極８を凹凸にする他の形状も適用できる。そして、その凹凸に沿って第二電極９も凹凸形状になり、復元力が向上する。
【００５１】
次に本発明の第四の実施例を図面を参照して説明する。図１２はセンサ部４の断面図であり、図２のＡ−Ａに沿った断面に対応する。なお、この実施例は第二電極上にオーバーコート膜を設けたものであり、センサ部４等の主な構成は第一の実施例と同じである。従って共通する構成については、説明を省略する。
【００５２】
２９はオーバーコート膜であり、第二電極９を覆っている。１６は第二絶縁膜、１７は保護膜であり、オーバーコート膜２９上に積層される。オーバーコート膜２９はポリイミドなどの有機膜で形成され、第二絶縁膜１６と保護膜１７はＳｉＮｘで形成されている。なお、第二絶縁膜１６と保護膜１７は絶縁膜であればＳｉＮｘに限定するものではなく、ＳｉＯ₂でもよく、ポリイミドやポリアクリレートなどの有機膜でもよい。また、オーバーコート膜２９はポリイミドに限定するものではなく、ノボラック樹脂などの有機絶縁膜、ＳｉＮｘやＳｉＯ₂の無機絶縁膜、ａ−Ｓｉなどの半導体膜、ＩＴＯやＩＺＯの導電性膜でもよい。第二電極９上では第二絶縁膜１６に開口を形成するがオーバーコート膜２９には開口を形成しないため、オーバーコート膜２９は第二絶縁膜１６とは異なる材質にするのがよい。またオーバーコート膜２９に導電性膜を用いるときは各センサ部４に独立したオーバーコート膜２９を形成する。オーバーコート膜２９はセンサ部４の中央付近に第二電極９と一緒に残るため、第二電極９と同様の柔軟性や弾力性がある方がよい。従ってオーバーコート膜２９は比較的薄く形成される。なお、この実施例ではオーバーコート膜２９を１層で形成したが、薄い２層の膜により形成してもよい。
【００５３】
このオーバーコート膜２９は次のように形成される。第二電極９上にオーバーコート膜２９となる感光性を有するポリイミドを基板１上に塗布し、スピンナーにより均一な膜にする。そしてリリース口１５や通気口２３を除いた部分の有機膜を露光処理で硬化し、現像処理によりリリース口１５や通気口２３に対応する有機膜を取除く。このオーバーコート膜２９は第二電極９以外の部分にも形成されるが、第二電極９上のみに形成してもよい。
【００５４】
センサ部４では、第二電極９上の第二絶縁膜１６と保護膜１７を円形状に取除いて開口部２６を形成する。この開口部２６では第二電極９とオーバーコート膜２９が存在する。そのため第二電極９が湾曲しやすくなり、検体の凸部が第二電極９に当たったときに第二電極９が湾曲して第一電極８と接触するため、圧力に対して敏感なセンサ部４になる。それに対して、第二電極９上に第二絶縁膜１６や保護膜１７を残した場合、その分だけ第二電極９が湾曲し難くなるため、圧力に対して鈍感なセンサ部４になる。第二電極９の湾曲のしやすさはセンサ部４の感度に影響し、圧力に対して敏感になるほど圧力を過度に検知するため検体の輪郭が不明瞭になり、圧力に対して鈍感になるほど検体を検知できない部分が存在するため検体が不鮮明になる。したがって敏感になりすぎても、鈍感になりすぎても誤検知の可能性が増大するため、第二電極９の湾曲のし易さが適正になるように、開口部２６の大きさを設計する必要がある。なお、この実施例では開口部２６を円形状にしたが、四角形状などの他の形状でもよい。
【００５５】
１８はポリイミドなどの有機絶縁膜からなるシール材であり、保護膜１７上に積層されている。このシール材１８は通気口部５の通気口２３を最終的に塞ぐものであり、開口部２６では取除いてある。なお、シール材１８としてはＳｉＮｘ、ＳｉＯ₂を用いてもよい。
【００５６】
次に本発明の第五の実施例を図面を参照して説明する。図１３は図１の中で２×２の４つのセンサ部４の平面図、図１４は図１３のＡ−Ａ断面図（センサ部１個分に相当）である。ガラス基板１、下層絶縁膜１１及び第一配線２の構成は第一実施例と共通であり、説明を省略する。
【００５７】
８は、基板１の上に配置された第一電極で、中心が接点部となる円盤状のランドを有する。この第一電極８は、例えばＡｌとＭｏの積層構造からなり、行方向の第一配線２にコンタクト層１２を介して接続されている。コンタクト層１２の構成は第一実施例と共通であり、説明を省略する。
【００５８】
９は、第一電極８に空洞部１０を介して対向して設けられた第二電極で、列方向の第二配線３を兼ねている。この第一電極８と第二電極９の間の空洞部１０は各々のセンサ部４で列方向に各々２本の連通部３１で連通され、列の先端に配置された通気口部５で開口されている。この第二電極９は例えばＭｏからなり、各センサ部毎に見たときに、第一電極８の外輪（エッジ）から充分離れた位置から立ち上がる略四角形をなし、四隅にリリース口１５を有している。この図の例では、第二電極９は実質的にセンサ部４の大きさを決めるものであり、例えば一接点センサあたり５０μｍ×５０μｍの大きさである。なお、この実施例では、第二電極９と一体に形成され、隣接するセンサ部４との間に存在する金属層も第二電極９と同じ幅を有している。この隣接するセンサ部４間に存在する金属層は、連通部３１を覆うと共に隣接するセンサ部４の第二電極９同士を電気的に接続する役割を果し、これにより第二電極９が第二配線３として作用する。そして第二電極９も含めて第二配線３として見たとき、全体的な形状が細長状の電極となる。
【００５９】
リリース口１５は、一つのセンサ部に対して複数個、さらには各センサ部ごとに設けられるのが好ましい。本発明にあっては、上面から平面的に見たときに、このリリース口１５から第一電極８の輪郭部分が覗くような配置、即ち少なくとも第一電極８に対向する部分を有する様に第二電極９に設けられている。ただし、最終的にこのリリース口１５は保護膜１７などによって塞がれるのが望ましいので、センサ部４の動作状態でリリース口１５から第一電極８が観察できるわけではない。リリース口１５は接点領域２７に近いので、これを開放しておくと塵埃や液体が空洞１０に入り込み、接点不良など支障が出る可能性があるからである。
【００６０】
なお、本実施例においては、リリース口１５は第一実施例に比べセンサ部４の中心寄りに形成されている。中間層２５を除去するエッチング処理を行う際、エッチング液はリリース口１５を通じて中間層２５に達し、中間層２５の端部から順にエッチングするため、リリース口１５の位置がセンサ部４の内側にあるほど中間層２５の除去効率が向上するが、センサ部４の中央部は第一電極８が第一絶縁膜１３で被覆されていないため、リリース口１５を形成する際第一電極８もエッチングされてしまうおそれがある。したがってリリース口１５の内側の端部は第一絶縁膜１３で被覆された第一電極８の外周縁上にあることが好ましい。
【００６１】
この実施例ではリリース口１５が連通部３１に重なるように形成されている。連通部３１は細長い通路になるため、リリース口１５を連通部３１上に設けることで、製造中に連通部３１内に存在する中間層を確実に取除くことができる。
【００６２】
１３は、第一電極８に積層された第一絶縁膜で、同心円状に配置された２つのリング状をなしている。この第一絶縁膜１３は、例えばＳｉＮｘまたはＳｉＯ₂などであり、下地層１１や第一電極８の要部を覆うもので、本実施例にあっては、特に第二電極９及びその上に密着して設けられた被膜の形状を特定するものでもある。そして、第一電極８の中央部分は、接点として機能させる接点領域２７であるので、第一絶縁膜１３で覆われず電極が露出しているが、第一絶縁膜１３の凹部２８においては第一電極８を露出させる必要はないので、薄く覆っていても良い。この場合、第一絶縁膜１３の断面図はまさしく略凹字状になる。なお、この実施例では凹部２８で第一電極８を露出させている。凹部２８で第一電極８を露出させる場合、凹部２８も接点として機能するため、それだけ敏感なセンサになる。また、凹部２８での段差が大きくなるため、後述する第二電極９の凹凸が大きくなり、第二電極９の強度が向上する。
【００６３】
２９はオーバーコート膜であり、第二電極９を覆っている。１６は第二絶縁膜、１７は保護膜であり、オーバーコート膜２９上に積層される。オーバーコート膜２９、第二絶縁膜１６、及び保護膜１７の材質や構成は第四実施例と共通するため、説明を省略する。
【００６４】
第二電極９そのものは略均一な膜厚をしているが、第一絶縁膜１３の形状に従って、中間層２５の表面が第一絶縁膜１３の形状に応じて凹凸になるため、第二電極９も波打ったような凹凸形状となる。つまり第一絶縁膜１３の存在する個所が上に浮き、凹部２８の場所で沈み、これが同心円状であれば水面に石を投げ込んだときの様な波紋状となる。このようにして第二電極９が全体的に凹凸部分を有するため、第二電極９が柔軟となり、且つ復元力が増す。また第二電極９又はそれに積層された保護膜１７に強い圧力が加わったときでも、第二電極９や保護膜１７全体に応力が働くため、強度が増し、第二電極９が破損することは極めて稀となる。
【００６５】
次に図１５に基づきセンサ部の製造工程を説明する。まず、基板１上に下層絶縁膜１１を積層した後、ＭｏとＡｌの積層構造をした金属層をスパッタ法等により形成し、フォトリソグラフィ法により第１配線２と第一電極８を形成する。次に、ＳｉＮｘを積層して第一絶縁膜１３を形成しエッチング工程によって所望のパターンに形成する図１５（ａ）。
【００６６】
次に、Ａｌからなる金属層を積層し、フォトリソグラフィ法などでこの金属層を所定形状にパターニングして図１５（ｂ）に示すように中間層２５を形成する。この中間層２５は最終的には取除かれるが、中間層２５の存在した部分が空洞部１０や連通部３１になる。一つのセンサ部４の中間層２５は、第一電極８を覆うほぼ円形状の部分とそこから突出して４箇所のリリース口１５予定箇所まで延在する部分と更に延長して、隣接するセンサ部４の空洞部２５からリリース口１５まで延在してきた部分と結合する部分を有し、この延在部分が連通部３１を形成することになる。そして、隣接するセンサ部４部分同士の間やセンサ部４部分と通気口５部分との間には、２本ずつの連通部３１に相当する細長状の中間層が存在する。各中間層２５の形状や厚み等の大きさは、希望する空洞部１０や連通部３１の形状、サイズに合わせて設計される。
【００６７】
次に、中間層２５や第一絶縁膜１３上に金属層をスパッタ法により積層する。この金属層はＭｏで形成される。中間層２５やこの金属層は第一絶縁膜１３の形状に応じて表面が凹凸状になる。この金属層上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法による露光、現像、エッチング処理を施して第二電極９や連結部形成のための覆部を含む第二配線３を形成する。このときセンサ部４に相当する箇所では、中間層２５を完全に覆うほぼ四角形状の第２の電極３０がほぼ均一な膜厚で形成され、中間層２５の表面の凹凸に応じて第二電極９も凹凸状になる。このとき、まだ第二電極９にはリリース口１５を形成しない。
【００６８】
次に、第二電極９上にオーバーコート膜２９を形成する。オーバーコート膜２９となる感光性を有するポリイミドを第二電極９上に塗布し、スピンナーにより均一な膜にする。そしてリリース口１５以外の部分の有機膜を露光処理で硬化し、現像処理によりリリース口１５に対応する有機膜を取除く。そしてオーバーコート膜２９は図１５（ｃ）のようになる。この実施例ではオーバーコート膜２９が第二電極９以外の部分にも形成されているが、オーバーコート膜は後述する開口部内にあればよく、第二電極９上のみに形成してもよい。
【００６９】
次に、オーバーコート膜２９上にＳｉＮｘを積層し、第二絶縁膜１６を形成する。そして図１５（ｄ）に示すようにリリース口１５に該当する部分のＳｉＮｘを取除くことで第二電極９の一部分が露出する。リリース口１５はできるだけセンサー部４の中心部分に近い方が、中間層２５のエッチングとエッチング中のガスの排気が効率良く行える。第一電極８の輪郭部分は第一絶縁膜１３で覆われているが、リリース口１５の端部は平面的に見たときに第一電極８の端部と第一絶縁膜１３の端部との間に位置する。つまり、第一電極８と第一絶縁膜１３が重なっている部分の上方に、少なくともリリース口１５の一部が存在することになる。
【００７０】
そして、ＭｏとＡｌの両方の材質を除去するエッチング処理をする。このエッチング処理によりリリース口１５に位置する金属層が除去される。エッチング方法としては、ドライエッチングとウェットエッチングの両方が利用できる。例えば、エッチング液にリン酸、硝酸、酢酸の混合液を用いれば、ＭｏとＡｌの両方がエッチングできる。このエッチング処理により、センサ部４ではリリース口１５に対応する部分の第二電極９と中間層２５が取除かれる。本発明においては、このとき第二電極９は第一電極８の輪郭部に位置する部分が除去されることになり、第一電極８の段差がそのまま第二電極９の形状となって傾斜を構成しているので、平面で開口しないで傾斜して開口されたリリース口１５となる。また、リリース口１５が第一絶縁膜１３で覆われている第一電極８の上方に位置するため、リリース口１５の下方に位置する第一電極８が保護され、この金属層が除去されることを防止できる。
【００７１】
次に、中間層２５だけを除去するエッチング処理を行う。このときウェットエッチングを行い、エッチング液に塩酸、リン酸、水の混合液を用いる。エッチング液はリリース口１５を通じて中間層２５に達し、中間層２５の端部から順にエッチングする。混合比が塩酸：リン酸：水＝１：５：１のエッチング液を使用した場合、中間層２５のＡｌと第二配線３などを構成するＭｏとの間に電池効果が生じ、Ａｌが短時間でエッチングされる。このエッチング処理により図１５（ｅ）に示すように中間層２５を確実に取除くことができ、空洞部１０や連通部３１を形成できる。
【００７２】
本発明では、リリース口１５が第一電極８の輪郭部に位置するため、平面で開口しないで傾斜して開口していることになり、少なくなったとはいえ発生する気泡が、極めて効率よく抜け出ることとなり、エッチングのムラやエッチング残渣が残りにくい。また、リリース口１５を第一電極８と第一絶縁膜１３が重なった部分の上方に配置することで、空洞部１０内で発生したガスが第一電極８の輪郭部付近に達した時点でリリース口１５から外部に排気することができる。これは、例えば、リリース口１５が第一電極８よりも外側に位置した場合、空洞部１０内のガスは第一電極８の輪郭部に達しても、それからまだリリース口１５まで移動する必要がある。しかし、第一電極８の輪郭部とリリース口１５の間の空隙に第一電極８の厚み分だけ段差が生じるため、空洞部１０内のガスはこの段差を乗り越えなければリリース口１５まで達することができない。従って、平面的に見て第一電極８と重なるようにリリース口１５を配置することで、空洞部１０内のガスを効率良く排気することができる。
【００７３】
その後、第二絶縁膜１６上にＳｉＮｘを積層し、保護膜１７を形成する。このＳｉＮｘは例えばＣＶＤで形成され、ほぼ同じ厚みの膜が基板１上の全面に積層される。このときリリース口１５ではオーバーコート膜２９や第二絶縁膜１６などが存在しないため、図１５（ｆ）に示すように保護膜１７でリリース口１５を塞ぐ。これによりリリース口１５から空洞部１０内に塵埃が侵入することを防止できる。
【００７４】
保護膜１７を積層してリリース口１５を塞いだ後、センサ部４の中央部分の第二絶縁膜１６、保護膜１７を取除き、開口部を形成する。このとき開口部からはオーバーコート膜２９が露出する。センサ部４として動作させる場合、センサ部に相当する第二電極８上の第二絶縁膜１６、保護膜１７を取除いた方が第二電極８の弾力性が最適になる。そして第二絶縁膜１６、保護膜１７の取除く大きさによって第二電極３０の弾力性も変化するため、第二電極８の形状や要求される感度に応じて第二絶縁膜１６、保護膜１７の取除かれる範囲が設定される。
【００７５】
次に本発明の第六の実施例を図面を参照して説明する。図１６は図１の中で２×２の４つのセンサ部４の平面図、図１７は図１６のＡ−Ａ断面図（センサ部１個分に相当）である。ガラス基板１、下層絶縁膜１１、第一配線２、第一電極８の構成は第五実施例と共通であり、説明を省略する。
【００７６】
１３はＳｉＮｘ又はＳｉＯ₂による第一絶縁膜であり、下層絶縁膜１１や第一配線２を覆っている。また第一絶縁膜１３は第一電極８の外周部分も覆い、それによって窪みを持った円形状のセンサ孔１４を形成している。第一絶縁膜１３で第一電極８の外周を覆う形状にすることにより、空洞部１０上に第一電極８と対向配置される第二電極９の形状も窪みを持つことになり、第一電極８と第二電極９は接触時に点接触でなく、面接触になる。
【００７７】
第一絶縁膜１３を形成するもう一つの目的として、第一電極８の外周部分を覆う構造をなすことにより、空洞部１０上に対向される第二電極９に凹凸をつけることが挙げられる。つまり第二電極９を形成する場合、まず第一電極８や第一絶縁膜１３上に膜厚がほぼ均一な中間層を積層し、その中間層上に第二電極９を積層し、その後で中間層を取除く。従って、第二電極９は第一電極８や第一絶縁膜１３の表面形状に沿った形状になる。この実施例では第二電極９の凹凸部分を第一電極８の周辺付近だけに設け、第一電極８の中央付近には設けていない。しかし第一電極８の周辺部分に第二電極９の折れ曲がり部分があるだけでも、第二電極９の復元力が向上する。
【００７８】
本発明では第一電極８の外周部分上に設けられた第一絶縁膜１３の端縁の断面を図１８（ａ）に示すように傾斜角度θで傾斜させている。この傾斜角度θは、実験、研究を重ねた結果、約３０度〜６０度が適している。より好ましくは、約４０〜５０度である。
【００７９】
この第二電極９の折り曲げ部分の傾斜角度について、図１８に基づいて詳細に説明する。図１８（ａ）は本実施例の第二電極を示し、図１８（ｂ）は従来の第二電極を示す。図１８（ｂ）のように、第一絶縁膜１３の断面傾斜角度を直角にすると、それに倣って形成される第二電極９の折れ曲がり部分も直角になり、第一電極８と第二電極９の接触時に第二電極９の直角部分にじかに圧力がかかるため、破損しやすくなる。
【００８０】
また、第一絶縁膜１３の断面傾斜角度は、第二電極９の折れ曲がり部分の膜厚にも影響を及ぼす。つまり第一絶縁膜１３上に中間層２５、第二電極９を順次積層することで、第二電極９が第一絶縁膜８の形状に倣った形状になるが、第一絶縁膜１３の端縁の断面傾斜角度が直角の場合、第一絶縁膜１３の端縁付近の中間層２５や第二電極９の膜厚が他の部分の膜厚より薄くなる。そのため第二電極９の折れ曲がり部分が破損しやすくなり、また空洞部１０の間隔も不均一になるのでセンサ部４の精度も不均一になる。
【００８１】
一方、第一絶縁膜１３の断面傾斜角度を鋭角にしすぎた場合も問題が生じる。つまり傾斜角度を鋭角（第一絶縁膜１３端縁が第一電極８上で傾斜をなす角度が３０度以下）にすると、それに倣って形成される第二電極９の折れ曲がり部分も鋭角になり、第一電極８と第二電極９の接触時に第二電極９の折れ曲がり部分にかかる圧力は分散されるため、破損は起きにくくなるが、復元性が悪くなってしまう。
【００８２】
第二電極９の折れ曲がり部分の破損を防ぎながら最適な復元力を有する傾斜角度θを実験により研究した結果、第一絶縁膜１３の断面傾斜角度θが約３０〜６０度のときが良好な結果が得られた。より好ましくは約４０〜５０度のときである。このように第一絶縁膜１３の断面傾斜角度θを約３０〜６０度にすれば、第二電極９の折れ曲がり部分の傾斜角度も約３０〜６０度になり、破損が少なく復元力がある第二電極９を実現できる。
【００８３】
なお、ここでは第一電極８の周縁部分に第一絶縁膜１３の端縁が位置するものを説明したが、第一電極８の中央部分にも第一絶縁膜１３が一部存在する場合にも有効である。例えば第五実施例のときでも第一絶縁膜１３の端縁を傾斜させるとよい。
【００８４】
第二電極９上にはオーバーコート膜２９が形成される。オーバーコート膜２９となる感光性を有するポリイミドを基板１上に塗布し、スピンナーにより均一な膜にする。そしてリリース口１５や通気口２３を除いた部分の有機膜を露光処理して約２５０℃近辺（約２５０〜約３００℃でも可）でポストベーク（焼成）して硬化させ、現像処理によりリリース口１５や通気口２３に対応する有機膜を取除く。オーバーコート膜２９のポストベーク温度を２００℃で行った場合、焼成不足となり硬化が不十分なうえに、オーバーコート膜２９上に積層させる第二絶縁膜１６との密着性が悪くなり、絶縁膜の剥離が生じやすくなる。前述のようにポストベーク温度が２５０℃より低いと硬化が不十分となるので、外部からの水の浸入に対する耐水性が悪くなる。
【００８５】
次に、２５０℃以上のポストベーク温度での水滴滴下による不良発生率を図１９に示す。図１９はリークポイントテスト結果の代表的な数値を示す。リークポイントとは、複数のセンサ部４が並んだ１ユニットの微細な形状を検知する圧力センサにおける、不良のセンサ部４が占める割合を示している。そしてリークポイント（ｂｅｆｏｒｅ）は水滴を滴下する前の不良率であり、リークポイント（ａｆｔｅｒ）は水滴を滴下して１０分程度放置した後の不良率を示している。
【００８６】
ポストベーク温度が２５０℃のとき、水滴滴下前後におけるリークポイントの不良率の変化は、ポストベーク温度が２５０℃のときは０．０４、３００℃のときは０．０７で、共に０．１以下であり、滴下後も耐水性が変わらず不良の発生が僅かであった。それに対して、ポストベーク温度が３５０℃になるとリークポイント（ｂｅｆｏｒｅ）からリークポイント（ａｆｔｅｒ）の数値が急激に増加し、変化割合も３以上となり、耐水性が悪くなっていることを示している。このように、ポストベーク温度が約２５０℃〜約３００℃であればセンサ部４の耐水性が良好になり、センサ部４の歩留まりが格段に向上する。
【００８７】
第四実施例では第二電極９に複数の凹凸を形成し、その第二電極９上にオーバーコート膜を積層している。そしてこのときのオーバーコート膜のポストベーク温度は２００℃でよい。このとき第二電極を凹凸形状にすることで、第二電極とオーバーコート膜の積層膜に最適な柔軟性と復元力を与えることができた。しかし、オーバーコート膜のポストベーク温度を上げると、それに伴い、オーバーコート膜自体の柔軟性が失われてしまう。そのため、複数の凹凸を有する第二電極上に２５０℃で処理されたオーバーコート膜を積層すると、オーバーコート膜が硬くなり過ぎるため、第二電極とオーバーコート膜の積層体の柔軟性がなくなり、第一電極と第二電極の接触が不均一になってセンサ部の感度が悪くなったり、第二電極に凹凸部分で亀裂が発生して耐水性が低下するなどの不具合が生じる。そのため、オーバーコート膜２９を約２５０℃以上でポストベークする場合、第二電極９のセンサ領域に対応する部分を凹凸形状のない平板形状にすることにより、第二電極９とオーバーコート膜２９の積層体に最適な柔軟性と復元力を与えることができ、センサ部４として均一な感度を保つことができる。
【００８８】
また、オーバーコート膜２９は、ポストベークした後に膜厚が均一であり凹凸のない平滑面とすることにより、オーバーコート膜２９の下層に位置する第二電極９に圧力がかかった時のセンサ検知感度を均一なものとすることができる。オーバーコート膜２９は第二絶縁膜１６と異なる材質にする方がよく、また、オーバーコート膜２９は第二電極９と同様の柔軟性や弾力性がある方がよい。なお、この実施形態ではオーバーコート膜２９が第二電極９となる金属層上に全面にわたって形成されているが、センサ部４において第二絶縁膜１６が取除かれた開口２６に相当する部分にだけオーバーコート膜２９を形成してもよい。
【００８９】
本実施形態では、第二絶縁膜１６と保護膜１７は同一材料であるが、別工程で形成される。第二絶縁膜１６、空洞部１０及び保護膜１７を形成する工程は第一実施例と共通であるため説明は省略する。
【００９０】
センサ部４が完成した後、シール材１８となる感光性を有するポリイミドを保護膜１７上に塗布し、スピンナーにより均一な膜にする。そしてセンサ孔１４とほぼ同面積の開口部２６に対応する部分を除いて有機膜を露光処理で硬化させ、現像処理で開口部２６の有機膜を取除く。したがってセンサ部４では開口部２６を有する膜となる。更に、センサ部４の第二電極９上の第二絶縁膜１６と保護膜１７を取除いて開口部２６を形成する。
【００９１】
なお、開口部２６の大きさを第一絶縁膜の開口の大きさより小さくすれば、第二電極の折れ曲がり部分に第二絶縁膜や保護膜が残ることになり、折れ曲がり部分の強度が向上する。また開口部２６の直径を約２４〜２８μｍ程度にすれば、第二電極とオーバーコート膜の積層体に適切な柔軟性と復元力を与えることができる。このときＳｉＮｘを除去するエッチング液により開口部２６を形成するが、オーバーコート膜２９が第二電極９上に存在しない場合は、このエッチング液が第二電極９を浸透して空洞部１０内へ入り込んでしまう。この空洞部１０へ入り込んだエッチング液は空洞部１０が密閉状態になっているため除去できず、空洞部１０内へ溜まる。そしてこのエッチング液が原因でセンサ部４が有効に作動せず、信頼性に影響があった。そこで第二電極９上にオーバーコート膜２９を形成することにより、オーバーコート膜２９がエッチング液の浸透を防ぎ、空洞部１０にエッチング液が侵入しないようにしている。
【００９２】
したがって、オーバーコート膜２９には、そのすぐ上に積層された第二絶縁膜１６と異なる材質のものを用い、開口部２６を形成するときのエッチング液には第二絶縁膜１６はエッチングできるがオーバーコート膜２９はエッチングされないものを用いる。
【００９３】
上述の実施例では、第二電極上の全絶縁膜を取除くか、薄いオーバーコート膜だけを残してきた。このようにすれば第二電極に最適な柔軟性と復元力を与えることができるが、この復元力と柔軟性を損なわない範囲で第二電極にその他の膜を積層しても良い。例えば、センサ部の中央部分に厚みのある絶縁膜やセンサ部の中央部分だけに別体の絶縁膜を設けてもよい。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、製造中にセンサ部の破損が少なく、使用中の故障も少ない圧力センサを得ることができる。また、適正な感度を簡単な構成で得ることができ、精度の高い圧力センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例である圧力センサの概略を示す全体図である。
【図２】圧力センサのセンサ部及び通気口部の平面図である。
【図３】センサ部の断面概略図である。
【図４】通気口部の断面概略図である。
【図５】センサ部と通気口部を含む断面概略図である。
【図６】センサ部の製造工程を説明する断面図である。
【図７】センサ部の製造工程を説明する平面図である。
【図８】通気口部の製造工程を説明する断面図である。
【図９】通気口部の製造工程を説明する平面図である。
【図１０】本発明の第二実施例である第一電極の平面図である。
【図１１】本発明の第三実施例である第一電極の平面図である。
【図１２】本発明の第四実施例であるセンサ部の断面図である。
【図１３】本発明の第五実施例であるセンサ部の平面図である。
【図１４】センサ部の断面概略図である。
【図１５】センサ部の製造工程を説明する断面図である。
【図１６】本発明の第六実施例であるセンサ部の平面図である。
【図１７】センサ部の断面概略図である。
【図１８】第一絶縁膜の端部を説明するための概略図である。
【図１９】ポストベーク温度での水滴滴下による不良発生率を説明するための図である。
【図２０】従来の圧力センサの製造途中の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 第一配線
３ 第二配線
４ センサ部
８ 第一電極
９ 第二電極
１０ 空洞部
１３ 第一絶縁膜
１４ センサ孔
１６ 第二絶縁膜
２５ 中間層

Claims (23)

1. 複数のセンサ部をマトリクス状に配置した圧力センサにおいて、前記センサ部は、前記センサ部内に配置された第一電極と、前記第一電極を覆う第一絶縁膜と、前記第一絶縁膜に形成されると共に前記第一電極の一部分を露出させるセンサ孔と、少なくとも露出した前記第一電極の上方に位置する空洞部と、前記空洞部を挟んで前記第一電極に対向配置すると共に第一電極側に湾曲可能な第二電極とを有することを特徴とする圧力センサ。
2. 前記第一電極は、前記センサ部のほぼ中央に位置する中央電極部と、前記センサ部内に位置するとともに前記中央電極部を囲むように形成された環状部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記第一絶縁膜は前記第一電極上においてセンサ孔とは別に少なくとも一箇所の凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
4. 前記第一絶縁膜の端部が第一電極の周囲に位置することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
5. 前記センサ孔の周囲に存在する前記第一絶縁膜の厚みが約２０００〜約５０００Åであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の圧力センサ。
6. 前記センサ孔が円形状であり、その直径が約５〜約４０μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の圧力センサ。
7. 前記空洞部下に位置する前記第一電極表面上より立ちあがる前記第一絶縁膜の端縁は、第一電極上から傾斜していることを特徴する請求項１〜請求項６のいずれかに記載の圧力センサ。
8. 前記第一絶縁膜の端縁の傾斜角度が約３０〜約６０度であることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサ。
9. 平面的に見たときに一部分が前記第一電極の輪郭部分に重なるように前記第二電極にリリース口が設けられていることを特徴する請求項１〜請求項８のいずれかに記載の圧力センサ。
10. 前記第二電極にリリース口が形成され、前記リリース口が前記第一電極と前記第一絶縁膜が重なっている部分の上方に位置することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の圧力センサ。
11. 前記第二電極に第二絶縁膜を積層し、センサ部の中央付近の前記第二絶縁膜を取除いて開口部を形成することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の圧力センサ。
12. 前記開口部が円形状であり、その直径が約２４〜約２８μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の圧力センサ。
13. 前記開口部が前記センサ孔よりも小さいことを特徴する請求項１１または請求項１２に記載の圧力センサ。
14. 前記開口部内の第二電極上にオーバーコート膜が形成されていることを特徴する請求項１１〜請求項１３のいずれかに記載の圧力センサ。
15. 前記オーバーコート膜が前記第二絶縁膜と異なる材質によって形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の圧力センサ。
16. 前記第二絶縁膜が無機絶縁膜により形成され、前記オーバーコート膜が有機絶縁膜により形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の圧力センサ。
17. 前記開口部の内側では第二電極が平坦であることを特徴する請求項１１〜請求項１６のいずれかに記載の圧力センサ。
18. 前記第二電極がＭｏを含む金属からなることを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の圧力センサ。
19. 複数のセンサ部を配置した圧力センサの製造方法において、前記センサ部内に第一電極を形成する工程と、前記第一電極上に第一絶縁膜を形成する工程と、前記第一電極の中央に存在する第一絶縁膜を取除く工程と、前記第一絶縁膜上に中間層を形成する工程と、前記中間層上に第二電極を形成する工程と、前記第二電極に第二絶縁膜を形成する工程と、前記中間層を取除いて空洞部を形成する工程と、前記センサ部の中央部分に存在する前記第二絶縁膜を取除いて開口部を形成する工程とを備えたことを特徴とする圧力センサの製造方法。
20. 少なくとも第二電極の中央部分にオーバーコート膜を形成する工程と、前記オーバーコート膜上に第二絶縁膜を形成する工程と、前記第二電極の中央部分に存在する前記第二絶縁膜を取除いて開口部を形成する工程を有することを特徴とする請求項１９に記載の圧力センサの製造方法。
21. 前記オーバーコート膜を約２５０〜約３００℃でポストベークする工程を有する工程を有することを特徴とする請求項２０に記載の圧力センサの製造方法。
22. 前記第一電極と重なるように第二絶縁膜及び第二電極にリリース口を形成する工程と、前記リリース口を介して中間層を取除く工程と、中間層を取除いた後に前記リリース口を塞ぐ工程を有することを特徴する請求項１９〜請求項２１のいずれかに記載の圧力センサの製造方法。
23. Ａｌを含む金属層により中間層を形成する工程と、Ｍｏを含む金属層により第二電極を形成する工程とを有することを特徴とする請求項１９〜請求項２２のいずれかに記載の圧力センサの製造方法。

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