JP5913038B2 - 静電容量型圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高さ方向に変位可能な感圧ダイヤフラムを備える静電容量型圧力センサ及びその製造方法に関する。

図１２は、特許文献１に開示される静電容量型圧力センサの断面略図である。特許文献１には、図１２に示すように、２つのダイヤフラム付きシリコン基板（可動電極）５０１、５０２が上下から、絶縁層５０３、５０４を介して、シリコン基板（固定電極）５０５に接合された静電容量型圧力センサ５００が開示されている。

静電容量型圧力センサ５００には、図１２に示すように、ボンディングワイヤを用いて外部の装置と電気的に接続されるワイヤパッド（電極パッド）５０８が設けられている。ワイヤパッド５０８とシリコン基板５０５とを絶縁するために、ワイヤパッド５０８とシリコン基板５０５との間には絶縁層５０３が設けられている。そのため、ワイヤパッド５０８とシリコン基板５０５との間に、寄生容量が発生してしまう。

特開平１１−２１１５９７号公報

ワイヤパッド５０８とシリコン基板５０５との間の寄生容量を低減するには、ワイヤパッド５０８の面積を小さくすることが有効である。ところが、ワイヤパッド５０８は、ワイヤボンディングを行うために、ある程度の面積が必要である。

また、静電容量型圧力センサ５００を小型化した場合においても、ワイヤパッド５０８はワイヤボンディングを行うために、ワイヤパッド５０８の面積を大きく減少させることは難しい。

そのため、ワイヤパッド５０８とシリコン基板５０５との間の寄生容量を低減することが難しいという課題があった。

本発明の目的は、上記従来の課題を顧みてなされたものであり、寄生容量を低減することが可能な静電容量型圧力センサおよびその製造方法を提供することである。

本発明の静電容量型圧力センサは、シリコン基板からなる可動電極及び固定電極と、両電極間を接合する絶縁層と、を有して構成され、前記可動電極は、前記固定電極との間に高さ方向への間隔を有して変位が可能な感圧ダイヤフラムと、前記感圧ダイヤフラムの周囲に位置し、前記固定電極と前記絶縁層を介して接合される接合部と、を有するとともに、前記シリコン基板上には前記固定電極もしくは前記可動電極から引き出される配線層と、前記配線層に設けられ前記配線層と電気的に接続される第１電極パッドと、前記配線層と前記固定電極もしくは前記可動電極との間の間隔が前記絶縁層の厚さより大きくなるように形成された絶縁性の段差部と、が備えられ、前記第１電極パッドが前記段差部に平面視で重なるように配置され、前記段差部が、前記シリコン基板と前記絶縁層との間に設けられた空間部を有することを特徴とする。

本発明では、第１電極パッドが、配線層と固定電極もしくは可動電極との間の間隔が絶縁層の厚さより大きくなるように形成された段差部と、平面視で重なるように配置されている。よって、段差部に平面視で重なる第１電極パッドの領域において、配線層と固定電極もしくは可動電極との間の高さ方向の間隔が、絶縁層の厚さより大きくなるので、第１電極パッドの寄生容量が低減される。

よって、本発明によれば、寄生容量を低減することが可能な静電容量型圧力センサを提供することができる。

前記段差部が、平面視で、前記第１電極パッドより面積が大きいことが好ましい。このような態様であれば、第１電極パッドの全面において、配線層と固定電極もしくは可動電極との間隔を絶縁層の厚さより大きくできるので、第１電極パッドの寄生容量を更に低減することができる。

前記絶縁層が、前記シリコン基板の表面を熱酸化することで形成可能なＳｉＯ _２ であることが好ましい。このような態様であれば、安定的に高品質な絶縁層を形成することが可能である。

前記シリコン基板が、前記段差部に沿って形成された断面Ｕ字形状もしくは断面Ｌ字形状を有することが好ましい。このような態様であれば、配線層と固定電極もしくは可動電極との間の間隔が絶縁層の厚さより大きくなるように形成された段差部を設けることが可能である。

前記空間部が真空封止されていることが好ましい。このような態様であれば、水分等を含んだ空気が空間部に侵入することを防止できる。よって、第１電極パッドの寄生容量が高くなることや、変動することを抑制することができる。

前記段差部に接合された前記シリコン基板に、前記段差部と平面視で重なると共に、前記段差部と対向するように窪み部が形成されていることが好ましい。このような態様であれば、平面視で窪み部と重なる第１電極パッドの領域において、配線層と固定電極の間隔を窪み部の高さ方向の寸法だけ大きくできるので、第１電極パッドの寄生容量を更に低減することができる。

シリコン基板からなる可動電極及び固定電極と、両電極間を接合する絶縁層と、を有して構成され、前記可動電極は、前記固定電極との間に高さ方向への間隔を有して変位が可能な感圧ダイヤフラムと、前記感圧ダイヤフラムの周囲に位置し、前記固定電極と前記絶縁層を介して接合される接合部と、を有し、前記固定電極もしくは前記可動電極から引き出される配線層と、前記配線層に設けられ前記配線層と電気的に接続される第１電極パッドと、前記配線層と前記固定電極もしくは前記可動電極かとの間の間隔が前記絶縁層の厚さより大きくなるように形成された絶縁性の段差部と、が備えられ、前記第１電極パッドが前記段差部に平面視で重なるように配置される静電容量型圧力センサの製造方法であって、
前記感圧ダイヤフラム、前記感圧ダイヤフラムの周囲に広がる接合領域、および前記接合領域内に形成された前記段差部を備える第１シリコン基板と、前記固定電極となる第２シリコン基板と、を用意し、前記感圧ダイヤフラムと前記固定電極との間に高さ方向への間隔を空けた状態で、絶縁層を介して前記接合領域と前記固定電極とを接合する工程と、
前記感圧ダイヤフラムと、前記接合領域のうち前記接合部および前記配線層と、を残して、前記接合領域の不要部分を除去する工程と、
前記配線層の表面に、前記段差部に平面視で重なるように前記第１電極パッドを形成する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明の製造方法によれば、第１電極パッドが、配線層と固定電極もしくは可動電極との間の間隔が絶縁層の厚さより大きくなるように形成された段差部と、平面視で重なるように配置される。よって、段差部に平面視で重なる第１電極パッドの部分において、配線層と固定電極もしくは可動電極との間の高さ方向の間隔が、絶縁層の厚さより大きくなるので、第１電極パッドの寄生容量が低減される。

よって、本発明によれば、寄生容量を低く抑えることが可能な静電容量型圧力センサの製造方法を提供することができる。

前記接合領域と前記固定電極とを接合する工程の前に、前記第１シリコン基板の表面を除去した凹部を形成し、さらに前記凹部が形成された前記第１シリコン基板の表面を熱酸化し、前記段差部とする工程、を有することが好ましい。

このような態様であれば、第１電極パッドに平面視で重なるように、段差部を形成することができる。

本発明によれば、寄生容量を低減することが可能な静電容量型圧力センサおよびその製造方法を提供することが可能である。

第１の実施形態における静電容量型圧力センサの斜視図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断した断面略図である。 図１に示すＢ−Ｂ線に沿って切断した断面略図である。 第１の実施形態における静電容量型圧力センサの製造説明図である。 第１の実施形態における静電容量型圧力センサの製造説明図である。 第１の実施形態の第１の変形例の静電容量型圧力センサの斜視図である。 図６に示すＣ−Ｃ線に沿って切断した断面略図である。 第１の実施形態の第２の変形例の静電容量型圧力センサの断面略図である。 第２の実施形態における静電容量型圧力センサの断面略図である。 第３の実施形態における静電容量型圧力センサの裏面斜視図である。 図８に示すＤ−Ｄ線に沿って切断した断面略図である。 特許文献１に開示される静電容量型圧力センサの断面略図である。

以下、本発明の静電容量型圧力センサの実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。なお、説明が分かりやすいように、各図面の寸法は適宜変更して示している。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における静電容量型圧力センサの斜視図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断した断面略図である。図３は、図１に示すＢ−Ｂ線に沿って切断した断面略図である。

図１、図２、および図３に示す静電容量型圧力センサ１０は、シリコン基板からなる可動電極１１および固定電極１２と、可動電極１１と固定電極１２との間を接合する絶縁層１３とを有して構成されている。

図１、図２、および図３に示すように、可動電極１１は、固定電極１２との間に高さ方向（Ｚ）の間隔１５を有して高さ方向への変位が可能な感圧ダイヤフラム１４と、感圧ダイヤフラム１４の周囲に位置し、固定電極１２と絶縁層１３を介して接合される接合部１６とを有して構成されている。（図１に示す感圧ダイヤフラム１４と接合部１６との間の点線は両者間の境界を示し、便宜上図示したものである。）
感圧ダイヤフラム１４に高さ方向（Ｚ）から圧力が作用すると、感圧ダイヤフラム１４が高さ方向に変位する。これにより感圧ダイヤフラム１４と固定電極１２との間の静電容量が変化する。したがって静電容量変化に基づいて圧力を検知することが可能である。

感圧ダイヤフラム１４は、図１に示すように、平面形状が略円形状であり、固定電極１２のほぼ中央に位置している。感圧ダイヤフラム１４および接合部１６を有してなる可動電極１１が固定電極１２の外周側面１２ａよりも内側に形成されていれば、形状、位置、および大きさを限定するものでない。このように、可動電極１１は、固定電極１２の外周側面１２ａよりも内側に形成されるため、可動電極１１の周囲に固定電極１２の延出表面２０が広がっている。

第１端子部２２は、図１、図２に示すように、延出表面２０の領域に配置されており、可動電極１１の接合部１６からシリコン基板により一体になって引き出された配線層２４と、配線層２４の先端部２４ａの表面２４ｂに形成されると共に、配線層２４に電気的に接続される第１電極パッド２５とを有して構成されている。

また、第２端子部２３は、図１、図３に示すように、延出表面２０の領域に配置されており、可動電極１１から分離されると共に絶縁層１３の表面に形成された分離層２６と、分離層２６および絶縁層１３を貫通し固定電極１２の表面に通じるコンタクトホール２７内に設けられた固定電極１２と電気的に接続される第２電極パッド２８とを有して構成されている。第１電極パッド２５および第２電極パッド２８は、Ａｌ、Ａｕ等の金属層を蒸着、スパッタ、めっき等で形成したものである。

第１電極パッド２５は、図１、図２に示すように、固定電極１２から離れる方向に、すなわち図面上（Ｚ１方向）側に突出し、絶縁層１３よりも厚くなるように形成された段差部２１に、平面視で重なるように配置されている。

配線層２４は、絶縁層１３を介して固定電極１２と対向しているため、固定電極１２との間で静電容量を形成する。ところが、配線層２４と固定電極１２の間に形成される静電容量は、感圧ダイヤフラム１４に作用する圧力によって変化（感応）しないため、寄生容量として作用するので、低減することが好ましい。

第１電極パッド２５は、圧力に応じた検知信号を出力するために、ボンディングワイヤと電気的に接続される。そのため、第１電極パッド２５は、配線層２４の他の部分に比べて、面積が大きく設けられており寄生容量が大きい。よって、第１電極パッド２５の寄生容量を低減することは、配線層２４の寄生容量を低減するために有効である。

本実施形態においては、第１電極パッド２５は、図１、図２に示すように、段差部２１に平面視で重なるように配置されている。そのため、第１電極パッド２５と段差部２１が平面視で重なる領域において、配線層２４と固定電極１２との間隔が大きくなるので、第１電極パッド２５の寄生容量が低減される。その際、第１電極パッド２５と段差部２１が平面視で重なる面積に応じて、寄生容量は低減される。

本実施形態においては、段差部２１は、図１、図２に示すように、平面視で、第１電極パッド２５より面積を大きく設けられている。そして、段差部２１は、平面視で、第１電極パッド２５を内設している。そのため、第１電極パッド２５の全面において、配線層２４と固定電極１２との間の高さ方向の間隔を絶縁層１３の厚さより大きくできるので、第１電極パッド２５の寄生容量を更に低減できる。

本実施形態においては、図２に示す段差部２１は、可動電極を形成するシリコン基板の表面を凹状にエッチング除去した後に、熱酸化することで形成される。そして、可動電極を形成するシリコン基板と固定電極を形成するシリコン基板とが接合される。その結果、段差部２１は、図２に示すように、絶縁層１３と、絶縁層１３と固定電極１２を形成するシリコン基板との間に設けられた空間部２１ａと、を有して構成される。また、空間部２１ａは真空封止されるので、空間部２１ａの誘電率は、絶縁層１３の誘電率より小さい。そのため、段差部２１に空間部２１ａが設けられることで、第１電極パッド２５の寄生容量は更に低減される。

このように、段差部２１は、シリコン基板を熱酸化した絶縁層１３と、真空封止された空間部２１ａとからなるので、絶縁性を有する。

感圧ダイヤフラム１４は、図２、図３に示すように、固定電極１２との対向面１４ａが固定電極１２から離れる方向（Ｚ１）に凹む薄肉部１７を有している。また、感圧ダイヤフラム１４は、対向面１４ａが薄肉部１７よりも固定電極１２に近づく方向（Ｚ２）に突出する凸部１８を、感圧ダイヤフラム１４の中央部に有する。すなわち感圧ダイヤフラム１４は、その略中央に凸部１８が形成され、その周囲に対向面１４ａが凹んだ薄肉部１７が形成された構造である。

図２、図３の構成は一例であり、例えば凸部１８を複数個、形成することも可能である。図２、図３に示すように感圧ダイヤフラム１４に薄肉部１７を設けることで、感圧ダイヤフラム１４を高さ方向（Ｚ）に変位させやすい。また薄肉部１７よりも固定電極１２に近づく方向に突出する凸部１８を設けたことで、感圧ダイヤフラム１４と固定電極１２の間隔１５が、凸部１８の位置で狭くなる。静電容量は電極間の距離に反比例するため、間隔１５を狭くすることで、感圧ダイヤフラム１４が高さ方向に変位した際の静電容量変化に基づく出力変化を大きくでき感度を上げることが可能になる。

図１、図２、および図３に示す絶縁層１３は熱酸化により形成するため、ほぼ一定の膜厚に形成される。そして、絶縁層１３の膜厚は、０．５〜２．０μｍ程度である。

図２、図３に示すように、絶縁層１３は、感圧ダイヤフラム１４と固定電極１２との間には形成されていない。絶縁層１３は、可動電極１１の接合部１６と固定電極１２との間に介在し、可動電極１１と固定電極１２とを接合している。

さらに、図１、図２、および図３に示すように、本実施形態の絶縁層１３は、可動電極１１の周囲全周にはみ出して形成され、固定電極１２の延出表面２０の全域に形成されている。

本実施形態では、絶縁層１３を固定電極１２の延出表面２０の全域にまで形成したため、可動電極１１の接合部１６と固定電極１２との間に介在する絶縁層１３の幅（図３のＴ１）を狭くしても、機械的な強度の高い絶縁層１３を固定電極１２と可動電極１１の接合部１６との間に介在させることが可能である。したがって、可動電極１１と固定電極１２との間の封止性を向上させることができる。

また、絶縁層１３の幅（図３のＴ１）を狭くできることで、可動電極１１の接合部１６と固定電極１２との間の絶縁層１３を介した対向面積を狭くでき、接合部１６と固定電極１２との間に形成される寄生容量を低減できる。よって、絶縁層１３の膜厚を薄くして、感圧ダイヤフラム１４と固定電極１２との間の高さ方向（Ｚ）の間隔１５を小さくしても、寄生容量を低く抑えることができる。また、感圧ダイヤフラム１４と固定電極１２との間の高さ方向（Ｚ）の間隔１５を狭くでき、良好な感度を得ることができる。

以上により、本実施形態によれば、良好な封止性および感度を得ることができるとともに、寄生容量を低く抑えることができる。

絶縁層１３の幅寸法Ｔ１（図３に図示）は、薄肉部１７の幅寸法Ｔ６（図３に図示）より小さいことが好ましい。薄肉部１７の幅寸法Ｔ６も寄生容量に寄与し、幅寸法Ｔ６が小さいほど寄生容量を小さくできる。薄肉部１７の幅寸法Ｔ６は、寄生容量や出力特性等を考慮して決められる。一方、絶縁層１３の幅寸法Ｔ１も小さいほど寄生容量を小さくできる。このとき、絶縁層１３の幅寸法Ｔ１を固定値にして、薄肉部１７の幅寸法Ｔ６を変化された場合と、薄肉部１７の幅寸法Ｔ６（最小幅寸法で規定）を固定値にして、絶縁層１３の幅寸法Ｔ１を変化させた場合とでは、後者のほうが前者よりも寄生容量の変動が大きい。すなわち、絶縁層１３の幅寸法Ｔ１をより小さくしたほうが、寄生容量を効果的に小さくできる。

絶縁層１３は、図２、図３に示すように、薄肉部１７と接合部１６との間に位置する側壁面１７ａから接合部１６と固定電極１２との間にかけて形成されることが好ましい。このように絶縁層１３が感圧ダイヤフラム１４の内側までやや入り込むことで、絶縁層１３を介した固定電極１２と可動電極１１の接合部１６との間の接合力を効果的に高めることができ、より効果的に封止性を高めることができる。また、側壁面１７ａは、図２、図３のように傾斜していても、あるいは垂直面であってもよい。

本実施形態では、固定電極１２の延出表面２０の全域に形成された絶縁層１３は、可動電極１１の周囲にシリコン基板の不要部分が絶縁層１３を介して固定電極１２と接合された状態から前記不要部分を除去して露出したものである。かかる場合、絶縁層１３は可動電極１１を形成する側のシリコン基板の固定電極１２との対向面を熱酸化したものであることが好適である。本実施形態では、一方のシリコン基板の表面を熱酸化した状態で、２つのシリコン基板間をシリコンフュージョンボンディングにより接合している。このような構成により、絶縁層１３の形成が容易化し、さらに可動電極１１の接合部１６の固定電極１２との対向面に形成された絶縁層１３は前記対向面を熱酸化したものであるから、絶縁層１３の幅寸法Ｔ１（図３参照）が狭くなっても絶縁層１３と接合部１６との接合力（結合力）は強く、一方、シリコンフュージョンボンディングにより接合された絶縁層１３と固定電極１２との間は、接合面積が広いため十分な接合力を得ることができる。したがって、固定電極１２と可動電極１１の接合部１６との間の接合力を十分に高めることが可能であり、より効果的に封止性を高めることが可能である。

図４ないし図５を用いて、図１、図２、および図３に示す本実施形態の静電容量型圧力センサ１０の製造方法について説明する。

図４（ａ）に示す工程では、第１シリコン基板３０の表面３０ａにレジスト層３１をパターン形成し、レジスト層３１に覆われていない表面３０ａを、反応性イオンエッチングなどのイオンエッチング手段により一定厚だけ削り込む。これにより表面３０ａに、第１シリコン基板３０の表面を除去した凹部３２を形成する。第１シリコン基板３０は後に可動電極となる側の基板であり、表面３０ａは固定電極との対向面側である。そして凹部３２を形成した部分は将来、段差部や、感圧ダイヤフラムの薄肉部となる部分である。

図４（ｂ）に示す工程では、図４（ａ）のレジスト層３１を除去した後、第１シリコン基板３０を熱酸化する。これにより、第１シリコン基板３０の表面３０ａ及び裏面３０ｃに熱酸化による絶縁層（ＳｉＯ_２）３３、３４が形成される。そして、第１シリコン基板３０の表面３０ａに形成される絶縁層３３は、表面３０ａの凹凸に沿ってほぼ一定厚で形成される。このようにして、後に第１電極パッドを固定電極から離れる方向に配置させる段差部が、凹部３２の部分に形成される。

次に図４（ｃ）に示す工程では、第１シリコン基板３０の表面３０ａに形成された絶縁層３３上にレジスト層３５をパターン形成し、レジスト層３５に覆われていない絶縁層３３をイオンエッチング等の既存方法で除去する。このようにして、後に感圧ダイヤフラムとなる部分の絶縁層３３が除去される。

そのため、第１シリコン基板３０において、後に感圧ダイヤフラムとなる部分の周囲に広がるように、絶縁層３３が残される。この絶縁層３３が残された部分が、次工程で固定電極となる第２シリコン基板と接合される接合領域であり、この接合領域内に第１電極パッドを固定電極から離れる方向に配置させる段差部が形成されている。

なお図４（ｄ）以降、残された絶縁層３３を図１、図２、および図３で使用した絶縁層１３として説明する。図４（ｄ）の工程では、図４（ｃ）のレジスト層３５を除去した後、図４（ｃ）の第１シリコン基板３０をひっくり返し、第１シリコン基板３０の絶縁層１３が形成された側を、後に固定電極となる第２シリコン基板４０上に当接させて、両シリコン基板３０、４０間をシリコンフュージョンボンディングにより接合する。その際、後に感圧ダイヤフラムとなる部分１４ｂと第２シリコン基板４０（固定電極）との間は、高さ方向の間隔１５を空けた状態に設けられている。シリコンフュージョンボンディングはシリコン直接接合の一種であり、例えば熱酸化による絶縁層１３を備える第１シリコン基板３０と、第２シリコン基板４０とを、真空排気状態で、水素結合により貼り合わせた後、加熱処理してＳｉ−Ｏ−Ｓｉにより接合する技術である。熱処理温度としては、７００〜１１００℃程度で、熱処理時間は、１時間以上とする。

次に図４（ｅ）の工程では、第１シリコン基板３０及び第２シリコン基板４０の双方を所定厚にまで切削加工等により削り込む。点線部分が削り込まれる前のシリコン基板を示す。これにより所定厚の可動電極および固定電極が完成する。

図５（ａ）に示す工程では、第１シリコン基板３０の表面に第１電極パッドを構成するＡｌ、Ａｕ等の金属層２５ａを蒸着、スパッタ、めっき等で形成する。次に、金属層２５ａの上にレジスト層４１をパターン形成し、レジスト層４１に覆われていない金属層２５ａを反応性イオンエッチングなどのイオンエッチング技術を用いて除去する。このようにして、第１電極パッドが形成される。

次に図５（ｂ）に示す工程では、第１シリコン基板３０の表面にレジスト層４２をパターン形成し、レジスト層４２に覆われていない第１シリコン基板３０を反応性イオンエッチングなどのイオンエッチング技術を用いて除去する。レジスト層４２の平面パターンは、図１に示す感圧ダイヤフラム１４と接合部１６、配線層２４、および分離層２６の平面形状である。第１シリコン基板３０を削り込むとき、絶縁層１３まで除去されないように選択的なエッチング処理を行うことが必要である。

また図５（ｂ）の工程では、可動電極が、固定電極の外周側面よりも内側に形成されるように、第１シリコン基板３０が削り込まれる。このようにして、可動電極の周囲に広がる固定電極の延出表面の全域に絶縁層１３が残される。

次に図５（ｃ）の工程では、ダイシング等によって、第２シリコン基板４０を切断し、静電容量型圧力センサが切り出される。

図４（ａ）に示す工程で、第１電極パッド２５（図５（ｃ）に図示）と平面視で重なるように第１シリコン基板３０に凹部３２が形成される。そして、図４（ｂ）に示す工程で、第１シリコン基板３０が熱酸化され、図４（ｄ）に示す工程で、第１シリコン基板３０と第２シリコン基板４０とが絶縁層１３を介して接合される。その結果、段差部２１が、絶縁層１３と、絶縁層１３と第２シリコン基板４０との間に設けられた空間部２１ａとを有して形成される。その結果、図５（ｃ）示すように、第１電極パッド２５と段差部２１が平面視で重なる領域において、配線層２４と固定電極１２との間隔を、絶縁層１３の厚さより大きくなるように設けることができる。

配線層２４と固定電極１２との間隔を大きくすることは、図４（ａ）に示す工程で、第１シリコン基板３０の表面３０ａの削り込む量を増やすことや、図４（ｂ）に示す工程で、熱酸化により形成される絶縁層１３の厚さを厚くすることによって可能である。このように、第１電極パッド２５の領域において、配線層２４と固定電極１２との間隔を大きくすることにより、第１電極パッド２５の寄生容量を低減することができる。

上述のように、本実施形態においては、凹部３２が形成された第１シリコン基板３０を熱酸化することにより、段差部２１が形成される。よって、本実施形態の第１シリコン基板３０、すなわち配線層２４は、図２に示すように、段差部２１に沿って形成された断面Ｌ字形状２１ｂを有する。断面Ｌ字形状２１ｂは、図２に示すように、断面視でＬ字形状をしている。

絶縁層１３は、第１シリコン基板３０の表面を熱酸化したものである。熱酸化によれば、安定的に高品質な絶縁層が形成されることが知られている。そのため、絶縁層１３の誘電率がばらつくことや、ばらついて大きくなることが抑制される。よって、第１電極パッド２５の寄生容量がばらつくことや、大きくなることが抑制される。

可動電極１１は、図１、図２、および図３に示すように、高さ方向に変位可能な感圧ダイヤフラム１４とその周囲に接合部１６とを有し、接合部１６と固定電極１２が絶縁層１３を介して接合されている。そのため、図５（ｃ）に示すように、接合部１６内周の法線方向の、接合部１６と絶縁層１３とが重なる領域の幅（図５（ｃ）のＴ１）を狭くすることで接合部１６の寄生容量を低減できる。

また図４（ｂ）の工程に示すように、本実施形態では可動電極を形成する第１シリコン基板３０の表面を熱酸化して絶縁層３３を形成し、図４（ｃ）に示す工程で、感圧ダイヤフラムの部分の絶縁層３３を除去した後、図４（ｄ）に示す工程で、第１シリコン基板３０と第２シリコン基板４０とをシリコンフュージョンボンディングにより接合している。これにより図５（ｂ）に示す工程で、第１シリコン基板３０の不要部分を除去したときに、接合部１６と絶縁層１３とが重なる領域の幅（Ｔ１）を狭くしても、接合部１６と絶縁層１３との接合力（結合力）は十分に高く、一方、図５（ｃ）に示すように、固定電極１２と絶縁層１３の間は広い接合面積を有しているため、絶縁層１３を介した可動電極１１と固定電極１２との間の接合力を効果的に高めることができ、封止性を向上させることが可能である。

このように、本実施形態によれば、接合部１６の寄生容量を低減することと、可動電極１１と固定電極１２との間の封止性を向上させることを両立させることが可能である。

図５（ｃ）に示す段差部２１の空間部２１ａの封止性も、上述と同様に良好である。また、図４（ｄ）に示す工程で、第１シリコン基板３０と第２シリコン基板４０とは、真空排気状態で、シリコンフュージョンボンディングにより接合される。そのため、段差部２１の空間部２１ａは、真空状態で良好に封止される。このように、空間部２１ａは、良好に真空封止されるので、水分等を含んだ空気が空間部２１ａに侵入することを防止できる。よって、第１電極パッド２５の寄生容量が高くなることや、変動することを抑制することができる。

＜第１の変形例＞
図６は、第１の実施形態の第１の変形例の静電容量型圧力センサの斜視図である。図７は、図６に示すＣ−Ｃ線に沿って切断した断面略図である。本変形例は、図６および図７に示すように、段差部２１の全体が、配線層２４の先端部２４ａに完全に覆われている場合である。

本変形例の第１電極パッド２５が段差部２１と重なっているので、本変形例においても第１電極パッド２５の寄生容量は低減される。ところが、先端部２４ａが段差部２１の全体を覆っているので、先端部２４ａの一部が、図７に示すように、段差部２１の周囲まで延出している。この段差部２１の周囲まで延出した先端部２４ａは、段差部２１上の先端部２４ａに比べて、固定電極１２との間隔が小さいため静電容量が大きい。よって、本変形例は、第１の実施形態に比べて、第１電極パッド２５の寄生容量の低減量が小さい。

本変形例では、第１電極パッド２５の下側（Ｚ２方向）に位置する下地層が、段差部２１の全体を先端部２４ａが覆った積層構造で形成されている。そのため、本変形例の第１電極パッド２５は、第１の実施形態に比べて、上側（Ｚ１方向）からの荷重に対する強度が向上する。よって、本変形例の第１電極パッド２５は、ワイヤボンディングされる際の荷重に対する耐性が向上する。

本変形例においては、図４（ｂ）に示すように、凹部３２が形成された第１シリコン基板３０を熱酸化することで、図７に示す段差部２１が形成される。よって、本変形例の第１シリコン基板３０、すなわち配線層２４は、図７に示すように、段差部２１に沿って形成された断面Ｕ字形状２１ｃを有する。断面Ｕ字形状２１ｃは、図７に示すように、断面視でＵ字形状をしている。

第１の実施形態においては、図１に示すように、先端部２４ａを段差部２１の内側になるように形成することで、第１電極パッド２５の寄生容量をより有効的に低減している。そのため、第１の実施形態においては、図２に示すように、第１シリコン基板３０は、Ｕ字形状２１ｃではなく、Ｌ字形状２１ｂを有する。

＜第２の変形例＞
図８は、第１の実施形態の第２の変形例の静電容量型圧力センサの断面略図である。本変形例においては、図８に示すように、段差部２１が絶縁層１３のみで形成されている。すなわち、図２に示す空間部２１ａが、段差部２１に形成されていない。

本変形例の第１電極パッド２５は段差部２１と重なっているので、本変形例においても第１電極パッド２５の寄生容量は低減される。本変形例は段差部２１が絶縁層１３のみで形成されているので、本変形例は、段差部２１が絶縁層１３と空間部２１ａとで形成されている場合に比べると、第１電極パッド２５の寄生容量の低減量は小さい。

本変形例の第１電極パッド２５の真下（Ｚ２方向）に、図２に示す空間部２１ａがないので、本変形例の第１電極パッド２５は、上側（Ｚ１方向）からの荷重に対する強度が向上する。よって、本変形例の第１電極パッド２５は、ワイヤボンディングされる際の荷重に対する耐性が向上する。

シリコン基板を熱酸化する際に、熱酸化層の厚さのほぼ０．４５倍のシリコン基板が消費されることが知られている。よって、本変形例のように、段差部２１を絶縁層１３のみで形成することは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す工程で、凹部３２の幅寸法を、絶縁層３３の厚さの１．１倍程度にすることで実現できる。

また、図２に示す段差部２１のように、空間部２１ａを有するためには、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す工程で、凹部３２の幅寸法を、絶縁層３３の厚さの１．１倍程度より大きくすることで実現できる。

＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態における静電容量型圧力センサの断面略図である。本実施形態の静電容量型圧力センサは、図９に示すように、段差部２１に接合された第２シリコン基板４０に、窪み部１２ｂが形成されている。そして、窪み部１２ｂは、段差部２１と平面視で重なると共に、段差部２１と対向するように形成されている。

そのため、本実施形態の第１電極パッド２５と窪み部１２ｂとが平面視で重なる領域において、配線層２４と固定電極１２の間隔は、窪み部１２ｂの図面上下（Ｚ）方向の寸法だけ大きくなる。よって、窪み部１２ｂが段差部２１と平面視で重なるように形成されることにより、第１電極パッド２５の寄生容量を更に低減することができる。

本実施形態では、図９に示すように、段差部２１は窪み部１２ｂより平面視で小さく設けられているが、これに限定されるものではない。段差部２１と窪み部１２ｂとは、平面視で重なっておれば良く、段差部２１が窪み部１２ｂより平面視で大きいことも可能である。

＜第３の実施形態＞
図１０は、第３の実施形態における静電容量型圧力センサの裏面斜視図である。裏面斜視図とは、静電容量型圧力センサを裏側から見た斜視図のことである。図１１は、図１０に示すＤ−Ｄ線に沿って切断した断面略図である。

本実施形態の静電容量型圧力センサにおいては、固定電極１２は、図１０に示すように、平面形状が略円形状であり、可動電極１１のほぼ中央に位置している。そして、固定電極１２は、可動電極１１の外周側面１１ａよりも内側に形成されており、固定電極１２の周囲に可動電極１１の延出表面１１ｂが広がっている。

第１端子部２２が、図１０、図１１に示すように、延出表面１１ｂの領域に配置されており、固定電極１２からシリコン基板により一体になって引き出された配線層２４と、配線層２４の先端部２４ａの表面２４ｂに形成されると共に、配線層２４に電気的に接続される第１電極パッド２５とを有して構成されている。

また、第２端子部２３が、図１０、図１１に示すように、延出表面１１ｂの領域に配置されており、固定電極１２から分離され絶縁層１３の表面に形成された分離層２６と、分離層２６および絶縁層１３を貫通し可動電極１１の表面に通じるコンタクトホール２７内に設けられた可動電極１１と電気的に接続される第２電極パッド２８とを有して構成されている。

本実施形態と第１の実施形態は、互いに上下を反転させた平面形状を有する。そのため、本実施形態および第１の実施形態の静電容量型圧力センサは、互いにほぼ同じ寄生容量を有している。

低背化のためには、ワイヤボンディングに替えてフリップチップボンディング等により、検知信号を出力することが好ましい。その際、外部に感圧ダイヤフラム１４（図１１に図示）を露出させる必要がある静電容量型圧力センサにおいては、第１電極パッド２５および第２電極パッド２８を、固定電極１２の下側の面（Ｚ２方向）から取り出すことが必要になる。図１０および図１１に示す静電容量型圧力センサは、このようなケースに該当するものである。

本実施形態においては、図１１に示すように、固定電極１２を構成する第２シリコン基板４０の表面に凹部３２を形成し、第２シリコン基板４０を熱酸化することで、図１１に示す段差部２１を形成する。また、可動電極１１を構成する第１シリコン基板３０に、図１１に示す感圧ダイヤフラム１４を形成する。そして、第１シリコン基板３０と第２シリコン基板４０とを、シリコンフュージョンボンディングにより接合する。

次に、固定電極１２が、可動電極１１の外周側面１１ａよりも内側に形成されるように、第２シリコン基板４０が削り込まれる。このようにして、固定電極１２の周囲に広がる可動電極１１の延出表面１１ｂの全域に絶縁層１３が残される。次に、固定電極１２と電気的に接続される第１電極パッド２５、および可動電極１１と電気的に接続される第２電極パッド２８を、第１の実施形態と同様に形成する。

その結果、第１電極パッド２５が段差部２１と平面視で重なる領域において、配線層２４と可動電極１１との間隔が大きくなることで、第１電極パッド２５の寄生容量が低減される。

１０ 静電容量型圧力センサ
１１ 可動電極
１１ａ、１２ａ 外周側面
１２ 固定電極
１２ｂ 窪み部
１３ 絶縁層
１４ 感圧ダイヤフラム
１４ａ 対向面
１５ 間隔
１６ 接合部
１７ 薄肉部
１７ａ 側壁面
１８ 凸部
２０、１１ｂ 延出表面
２１ 段差部
２１ａ 空間部
２２ 第１端子部
２３ 第２端子部
２４ 配線層
２５ 第１電極パッド
２６ 分離層
２７ コンタクトホール
２８ 第２電極パッド
３０ 第１シリコン基板
３２ 凹部
４０ 第２シリコン基板

Claims (8)

1. シリコン基板からなる可動電極及び固定電極と、両電極間を接合する絶縁層と、を有して構成され、
   前記可動電極は、前記固定電極との間に高さ方向への間隔を有して変位が可能な感圧ダイヤフラムと、前記感圧ダイヤフラムの周囲に位置し、前記固定電極と前記絶縁層を介して接合される接合部と、を有するとともに、前記シリコン基板上には前記固定電極もしくは前記可動電極から引き出される配線層と、前記配線層に設けられ前記配線層と電気的に接続される第１電極パッドと、前記配線層と前記固定電極もしくは前記可動電極との間の間隔が前記絶縁層の厚さより大きくなるように形成された絶縁性の段差部と、が備えられ、前記第１電極パッドが前記段差部に平面視で重なるように配置され、前記段差部が、前記シリコン基板と前記絶縁層との間に設けられた空間部を有することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 前記段差部が、平面視で、前記第１電極パッドより面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
3. 前記絶縁層が、ＳｉＯ _２ であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電容量型圧力センサ。
4. 前記シリコン基板が、前記段差部に沿って形成された断面Ｕ字形状もしくは断面Ｌ字形状を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電容量型圧力センサ。
5. 前記空間部が真空封止されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の静電容量型圧力センサ。
6. 前記段差部に接合された前記シリコン基板に、前記段差部と平面視で重なると共に、前記段差部と対向するように窪み部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の静電容量型圧力センサ。
7. シリコン基板からなる可動電極及び固定電極と、両電極間を接合する絶縁層と、を有して構成され、前記可動電極は、前記固定電極との間に高さ方向への間隔を有して変位が可能な感圧ダイヤフラムと、前記感圧ダイヤフラムの周囲に位置し、前記固定電極と前記絶縁層を介して接合される接合部と、を有し、前記固定電極もしくは前記可動電極から引き出される配線層と、前記配線層に設けられ前記配線層と電気的に接続される第１電極パッドと、前記配線層と前記固定電極もしくは前記可動電極かとの間の間隔が前記絶縁層の厚さより大きくなるように形成された絶縁性の段差部と、が備えられ、前記第１電極パッドが前記段差部に平面視で重なるように配置される静電容量型圧力センサの製造方法であって、
   前記感圧ダイヤフラム、前記感圧ダイヤフラムの周囲に広がる接合領域、および前記接合領域内に形成された前記段差部を備える第１シリコン基板と、前記固定電極となる第２シリコン基板と、を用意し、前記感圧ダイヤフラムと前記固定電極との間に高さ方向への間隔を空けた状態で、絶縁層を介して前記接合領域と前記固定電極とを接合する工程と、
   前記感圧ダイヤフラムと、前記接合領域のうち前記接合部および前記配線層と、を残して、前記接合領域の不要部分を除去する工程と、
   前記配線層の表面に、前記段差部に平面視で重なるように前記第１電極パッドを形成する工程と、
   を有することを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
8. 前記接合領域と前記固定電極とを接合する工程の前に、前記第１シリコン基板の表面を除去した凹部を形成し、さらに前記凹部が形成された前記第１シリコン基板の表面を熱酸化し、前記段差部とする工程、
   を有する請求項７に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。

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