JPH049727A - 容量型圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、電極が形成された基板同士を接合して形成し
た容量型圧力センサに関し、特に、絶対圧測定用の容量
型圧力センサに関する。

【従来技術】

第５図（ａ）は拡散リードを用いた従来の容量型圧力セ
ンサ（ハイブリッド型圧力センサチップ）の平面図、第
５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面
図、第５図（Ｃ）は第５図（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った
縦断面図を示している。又、第６図（ａ）は金属リード
を用いた従来の容量型圧力センサ（）＼イブリッド型圧
力センサチップ）の平面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ
）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図、第６図（Ｃ）は第６
図（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った縦断面図を示している。 尚、第５図（ａ）〜（Ｃ）及び第６図（ａ）〜（Ｃ）で
は、同じ機能構成の部分には便宜上同じ符号を付して以
下説明する。 絶対圧を測定する容量型圧力センサ（ハイブリッド型圧
力センサチップ）４０は、シリコン基板４１にガラス基
板４６を載置し、そのシリコン基板４１に形成された電
極４３とガラス基板４６に形成された電極４７とを対向
させ周知の陽極接合技術を用いて接合して構成されてい
る。一方の例えば単結晶シリコンから成るシリコン基板
４１には、被測定圧力を受ける感圧ダイヤプラム部４２
が形成され、その感圧ダイヤフラム部４２表面に半導体
製造技術にて不純物を拡散して電極４３が形成されてい
る。他方の例えばパイレックスガラス等から成るガラス
基板４６には、蒸着又はスパッタリングによる金属薄膜
にて電極４７が形成されている。上記接合後には、シリ
コン基板４１とガラス基板４６との両電極間の微小ギャ
ップは密封された基準圧室４４となる。 シリコン基板４１及びガラス基板４６の両電極４３．４
７は、基準圧室４４から側基板４１．４６の接合面を通
過して形成された拡散リード５１゜５２又は金属リード
５３．５４を利用して外部に引き出されている。 拡散リード５１．５２はシリコン基板４１表面に拡散に
て形成されている。それら拡散リード５１．５２上には
両電極４３．４７に対応した金属蒸着又はスパッタリン
グによるランド部４５．４８が設けられている（第５図
（ａ）〜（Ｃ））。 又、金属リード５３．５４はシリコン基板４１表面に金
属薄膜を蒸着又はスパッタリングにて形成されている（
第６図（ａ）〜（Ｃ））。 上述のランド部４５．４８又は金属リード５３゜５４と
ガラス基板４６上に載置され接着されたインタフェース
回路である容量検出用ＩＣチップ４９の対応する各電極
とがそれぞれ金（Ａｕ＞線をウェッジボンディングして
容量型圧力センサ４０が構成されている。

【発明が解決しようとする課題］ ところが、拡散リードを用いると、ｐｎ接合による寄生
容量が発生ずる。この寄生容量は２０ｐＦ程度あり、セ
ンサ容量１０〜２０ＰＦに較べて大きい。この寄生容量
のために容量型圧力センサは感度が低下或いは感度特性
が非直線性を呈する等の性能劣化を生じるという問題が
あった。 又、金属リードを用いると、蒸着又はスパッタリングに
よる金属薄膜のリード部分の厚さのため、シリコン基板
とガラス基板との接合にて形成された基準圧室の密封が
不完全になり易い。このため、基準圧室を真空或いは不
活性ガス封入として所望の絶対圧測定用の容量型圧力セ
ンサを得ようとしてもリークが発生し、当初の性能を維
持することができないという問題があった。 更に、シリコン基板及びガラス基板の画電極を基準圧室
から両基板の接合面を通過して形成された拡散リード又
は金属リードを利用して外部に引き出すと、金（Ａｕ）
線をウェッジボンディングするためのスペースが必要と
なり、結果的に容量型圧力センサの外形寸法が大きくな
る等の問題もあった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、シリコン基板とガラス
基板とが接合され形成された基準圧室のリークがなく又
、寄生容量が発生せず安定した性能を得ることができ、
更に外形寸法を小さくできる絶対圧測定用の容量型圧力
センサを提供することである。 【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するための発明の構成における第１の特
徴は、被測定圧力を受けて変位する感圧ダイヤフラム部
の形成されたシリコン基板とそのシリコン基板と接合さ
れるガラス基板と前記両基板の接合面の内部であって前
記感圧ダイヤフラム部の形成された位置に対応する位置
に密封されて形成され、測定圧の基準値を与える微小ギ
ャップの基準圧室とその基準圧室の前記両基板の対向す
る位置にて前記ガラス基板表面に金属薄膜により形成さ
れた第１の電極と前記シリコン基板表面に不純物拡散に
より形成された第２の電極とから成り、前記電極間の容
量の変化により圧力を測定する容量型圧力センサにおい
て、前記ガラス基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガラ
ス基板を貫通して明けられた第１の穴部と、前記第１の
穴部を前記基準圧室側から密閉するシリコン板で形成さ
れ前記第１の電極と電気的に接続された蓋板と、前記蓋
板の前記第１の穴部に面する面及び前記第１の穴部の内
面に形成された金属薄膜から成り第１の電極と接続され
た第１のリード部とを備えたことである。 又、第２の特徴は、第１の特徴に加えて、前記ガラス基
板の前記基準圧室の近傍にて前記ガラス基板を貫通して
明けられた第２の穴部と、前記シリコン基板の前記ガラ
ス基板との接合面に形成され前記第２の電極と拡散によ
り電気的に接続された拡散面と、前記第２の穴部の内面
に形成された金Ｒｍ膜から成り前記拡散面を介して前記
第２の電極と接続された第２のリード部とを備えたこと
である。

【作用】

第１の特徴の作用としては、第１の穴部はガラス基板の
基準圧室の近傍にてガラス基板を貫通して明けられてい
る。 又、蓋板は上記第１の穴部を基準圧室側から密閉するシ
リコン板で形成されガラス基板の第１の電極と電気的に
接続されている。 そして、第１のリード部は上記蓋板の第１の穴部に面す
る面及びその第１の穴部の内面に形成された金属薄膜か
ら成り上記第１の電極と接続されている。 本発明の容量型圧力センサはその基準圧室のガラス基板
表面に金属薄膜により形成された第１の電極が蓋板を介
して第１の穴部の内面に形成された金属薄膜から成る第
１のリード部と電気的に接続されると共にガラス基板の
近傍にてガラス基板を貫通して明けられた第１の穴部が
基準圧室側から蓋板にて密閉されているので、基準圧室
のＩＪ　−りがない。 第２の特徴の作用としては、第１の特徴の作用に加えて
、第２の穴部はガラス基板の基準圧室の近傍にてガラス
基板を貫通して明けられている。 又、拡散面はシリコン基板のガラス基板との接合面に形
成され第２の電極と拡散により電気的に接続されている
。 そして、第２のリード部は上記第２の穴部の内面に形成
された金属薄膜から成り上記拡散面を介して上記第２の
電極と接続されている。 つまり、本発明の容量型圧力センサでは、第１の電極が
蓋板を介して第１のリード部と、第２の電極が拡散面を
介して第２のリード部とそれぞれ電気的に接続される。 そして、上記第１のリード部及び第２のリード部を利用
して、容量型圧力センサの画電極は外部の容量検出用Ｉ
Ｃチップ等と接続されるので、外形寸法が小さい容量型
圧力センサとなる。

【実施例】

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第１図（ａ）は本発明に係る容量型圧力センサ（ハイブ
リッド型圧力センサチップ）１０を示した平面図であり
、第１図ら）は第１図（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断
面図、第１図（Ｃ）は第１図（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿っ
た縦断面図である。 】１は被測定圧力を受ける感圧ダイヤプラム部１２を有
するシリコン基板である。１６はそのシリコン基板１１
と接合され、微小ギャップの基準圧室１４を形成するガ
ラス基板である。 ガラス基板１６の基準圧室１４側には蒸着又はスパッタ
リングにより金属薄膜から成る第１の電極１７が形成さ
れている。又、ガラス基板１６には基準圧室１４の近傍
にて第１の穴部１８及び第２の穴部２１がそのガラス基
板１６を貫通して穴加工されている。その第１の穴部１
８の基準圧室１４側にはシリコン板で形成された蓋板２
０が接合され第１の穴部１８を密閉している。その蓋板
２０の第１の穴部１８に面する面及び第１の穴部１８の
内面には蒸着又はスパッタリングにより金属薄膜から成
る第１のリード部１９が形成されている。従って、第１
の電極Ｉ７は蓋板２０を介して第１のリード部１９と電
気的に接続されている。 一方、シリコン基板１１は全面に不純物が拡散され、そ
の感圧ダイヤフラム部１２の基準圧室１４側には第２の
電極１３が形成されている。ここで、シリコン基板１１
とガラス基板１６との接合面に形成されたシリコン基板
１１表面の拡散面１５は、ガラス基板１６に形成された
第２の穴部２１の位置に対応し、シリコン基板１１に形
成された第２の電極１３と電気的に接続されている。従
って、第２の穴部２１の内面に金属薄膜を蒸着又はスパ
ッタリングして形成された第２のリード部２２は拡散面
１５を介して第２の電極１３と接続されることになる。 そして、ガラス基板１６の上面にはインタフェース回路
である容量検出用ＩＣチップ２９が載置され接着されて
いる。その容量検出用ＩＣチップ２９の対応する各電極
と第１のリード部１９及び第２のリード部２２とがそれ
ぞれ金（Ａ　ｕ）線をウェッジボンディングして接続さ
れている。 尚、ガラス基板１６に接合された蓋板２０に対向したシ
リコン基板１１部分はその蓋板２ｏの突出に合わせて逃
がしてあり、ガラス基板１６の第１の電極１７とシリコ
ン基板１１の第２の電極１３とは電気的に絶縁されてい
る。 ここで、第１図におけるガラス基板１６の製作プロセス
を示した第２図（ａ）〜（ｄ）及びシリコン基板１１の
製作プロセスを示した第３図（ａ）〜（Ｃ）を参照し、
それらの製作プロセスを説明する。 ガラス基板１６は大きさ２５　Ｘ　２５ｍｍ　ｆｆ、厚
さ３００Ｉｆｆｉでシリコンと熱膨張係数がほぼ等しく
、陽極接合後の内部応力を小さくできるパイレックスガ
ラスを用いた。 接合し密封した上記基準圧室１４の内部から電気配線を
取り出す部分（以下「フィードスルー」という）を形成
するため、ガラス基板１６における基準圧室１４の近傍
となる部分に細長い第１の穴部１８と図示しない第２の
穴部２１とが加工精度の良好な電解放電加工法を用いて
穴加工される。 そして、　Ｐ′″端子部とするシリコン板である蓋板２
０を次のように加工する。Ｍ板２０はｎ型（］００）　
（３〜５Ω・ｃＩＴｌ）シリコン２６の一部に高濃度拡
散源（ボロフィルムＥｍｕｌｓｉｔｏｎｅ　Ｃｏ、製Ｔ
ｙｐｅ　［１）を用いてボロンを拡散（ａ度１０２　ｆ
ｌ　ｃｍ−３以上の部分を１．５Ｅ１＋）　Ｌ、周辺部
以外で拡散されていない部分を１５−エツチングする（
第２図（ａ））。 次に、ガラス基板１６と蓋板２０及びｎ型シリコン２６
とを陽極接合する。すると、上記穴加工したガラス基板
１６の第１の穴部１８と蓋板２０とが陽極接合され第１
の穴部１８が蓋板２０により密閉される（第２図（ｂ）
）。 次に、３５ｗｔ％Ｋ　ＯＨ溶液（７０℃）でｎ型シリコ
ン２６をエツチングし、　Ｐ“端子部である蓋板２０以
外を選択的にエツチングする（第２図（Ｃ））。 そして、ガラス基板１６表面に第１の電極１７とフィー
ドスルーを形成するた必の蓋板２０の両面及び第１の穴
部Ｉ８の内面とに各々金属薄膜としてアルミニウム（Ａ
ｌ）を１μｓと２ＡＩｍ蒸着又はスパッタリングする。 すると、第１の電極１７と接続された第１のリード部１
９が形成される（第２図（ｄ））。 シリコン基板１１は大きさ２０　Ｘ　２０ｍｍ　２厚さ
　２００虜のｎ型（１００）　（３〜５Ω・ｃｍ）シリ
コンを用いた。 シリコンＭ坂１１における基準圧室１４の微小ギャップ
及び感圧ダイヤフラム部１２のパターンを得るため、図
示しない両面露光装置を用いてバターニングした後、３
５ｗｔ％ＫＯＨ溶液（８０℃）でシリコン基板１１をエ
ツチングする（第３図（ａ））。 次に、りん（Ｐ）を全面拡散（拡散深さ６刺）シてシリ
コン基板１１の第２の電極１３を形成した後、基準圧室
１４側の近傍の一部を前述のＫ　ＯＨ溶液で５０μｓエ
ツチングする。この部分はガラス基板１６に陽極接合さ
れた　Ｐ″″端子部である蓋板２０がシリコン基板１１
に接触しないようにするための空間である（第３図（ｂ
））。 そして、シリコン基板１１の下面側には、後工程で感圧
ダイヤフラム部１２を形成するだめのエツチング（ＫＯ
Ｈ溶液による）のマスクとして、Ｓ　＋０２．　　Ｓ　
＋Ｎ　ＭをＣＶ　Ｄ法１：テ形１ｆｆｌｔル（ｍ　３　
図（Ｃ））。 次に、上述の製作プロセスにて製作されたガラス基板１
６とシリコン基板１１との組み付はプロセスを説明する
。 ガラス基板１６とシリコン基板１１とを陽極接合する。 この陽極接合時にガラス基板１６とシリコン基板１１の
感圧ダイヤプラム部１２が静電引力で接合したりしない
ように、ガラス基板１１側の第１の電極１７と第１のリ
ード部を介して電気的に接続されたアルミニウム（Ａｌ
）端子（図示路）とシリコン基板１１の第２の電極１３
とを電気的に短絡した。尚、ガラス基板１１側のアルミ
ニウム（Ａｌ）端子は全チップ同時に短絡されるように
バターニングを工夫した。 この後、３５ｗｔ％ＫＯＨ溶液（７０℃）で所望の感圧
ダイヤフラム部１３の厚さを得るようにシリコン基板１
１をエツチングする。 次工程のダイシングする前に、上述したように、ガラス
基板１６の第２の穴部２１が基準圧室１４の近傍となる
部分でシリコン基板１１の不純物としてりん（Ｐ）を拡
散した拡散面１５に対して明けられている。従って、上
述の第１の穴部】８と同様に、第２の穴部２１の内面に
金属薄膜としてアルミニウム（Ａｌ）を蒸着又はスパッ
タリングすることにより、シリコン基板１１の第２の電
極１３と拡散面１５を介して電気的に接続された第２の
リード部２２が形成される。 そして、ダイシングでチップに分割した後、容量検出用
ＩＣチップ２９がガラス基板１６上に載置されポリイミ
ドで接着される。 上述の製作プロセスにより、外部に引き出された第１の
リード部１９及び第２のリード部２２と容量検出用ＴＣ
チップ２９の対応する各ランドとが金＜Ａｕ）線をウェ
ッジボンディングして接続され、第１図（ａ）〜（Ｃ）
に示された容量型圧力センサ１０が構成される。 そして、第４図に示したように、容量型圧力センサ１０
はその感圧ダイヤフラム部１２に対応して貫通穴３２が
形成された台座３１に接合され更に、基台３３に接合さ
れる。その基台３３に絶縁して配設された電極３４と容
量型圧力センサ１０の対応した各ランドとが金（Ａｌ）
線をウェッジボンディングして接続される。そして、最
終的にＴＯ−８ハーメチツクシール３５にパッケージン
グされ圧カセンザ３０が構成される。 この圧力センサ３０においては、被測定圧力が基台３３
に配設された圧力導入バイブ３６より導入され台座３１
の貫通穴３２を通り、容量型圧力センサ１０の感圧ダイ
ヤフラム部１２に導かれることにより、その被測定圧力
の絶対圧が測定される。

【発明の効果】

本発明の第１の効果としては、ガラス基板の基準圧室の
近傍にてそのガラス基板をｊｉａして明けられた第１の
穴部と、その第１の穴部を基準圧室側から密閉するシリ
コン板で形成され第１の電極と電気的に接続された蓋板
と、その蓋板の第１の穴部に面する面及び第１の穴部の
内面に形成された金属薄膜から成りガラス基板表面に形
成された第１の電極と接続された第１のリード部とを備
えており、第１のリード部と蓋部とを介して、容量型圧
力センサのガラス基板の第１の電極が外部と接続される
。 本発明においては、従来の金属リードを使用しないので
、基準圧室の密封が完全でリークが発生することがない
絶対圧測定用の容量型圧力センサを得ることができる。 又、従来の拡散リードを使用しないので、寄生容量を極
めて小さくでき、感度が低下或いは感度特性が非直線性
となる等の性能劣化が防止できる。 第２の効果としては、第１の発明の構成に加えて、ガラ
ス基板の基準圧室の近傍にてそのガラス基板を貫通して
明けられた第２の穴部と、両基板の接合面に形成され第
２の電極と拡散により電気的に接続された拡散面と、′
Ｍ２の穴部の内面に形成された金属薄膜から成り拡散面
を介して第２の電極と接続された第２のリード部とを備
えており、第２のリード部と拡散面とを介して、容量型
圧力センサのシリコン基板の第２の電極が外部と接続さ
れる。 本発明においては、第１の効果に加えて、従来のように
、基準圧室から両基板の接合面を通過して両基板のうち
一方の基板を延長した位置にボンディング用ランド部等
を形成する必要がないので、容量型圧力センサの外形寸
法を小さくできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の具体的な一実施例に係る容量型
圧力センサを示した平面図。第１図（ｂ）は第１図（ａ
）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図。第１図（ｃ）は第１
図（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った縦断面図。第２図（ａ）
〜（ｄ）は同実施例に係る容量型圧力センサのガラス基
板の製作プロセスを示した縦断面図。第３図（ａ）〜（
Ｃ）は同実施例に係る容量型圧力センサのシリコン基板
の製作プロセスを示した縦断面図。第４図は同実施例に
係る容量型圧力センサを使用してＴＯ−８ハーメチツク
シールにパッケージングされた圧力センサを示した縦断
面図。第５図（ａ）は従来の拡散リードを用いた容量型
圧力センサを示した平面図。第５図（ｂ）は第５図（ａ
）の八−Ａ′線に沿った縦断面図。第５図（Ｃ）は第５
図（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った縦断面図。第６図（ａ）
は従来の金属リードを用いた容量型圧力センサを示した
平面図。第６図（ｂ）は第６図（ａ）のＡ−Ａ’線に沿
った縦断面図。 第６図（Ｃ）は第６図（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った縦断
面図である。 第２の穴部　２２　第２のリード部 ２９　容量検出用ＩＣチップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定圧力を受けて変位する感圧ダイヤフラム部
   の形成されたシリコン基板とそのシリコン基板と接合さ
   れるガラス基板と前記両基板の接合面の内部であって前
   記感圧ダイヤフラム部の形成された位置に対応する位置
   に密封されて形成され、測定圧の基準値を与える微小ギ
   ャップの基準圧室とその基準圧室の前記両基板の対向す
   る位置にて前記ガラス基板表面に金属薄膜により形成さ
   れた第１の電極と前記シリコン基板表面に不純物拡散に
   より形成された第２の電極とから成り、前記電極間の容
   量の変化により圧力を測定する容量型圧力センサにおい
   て、 前記ガラス基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガラス基
   板を貫通して明けられた第１の穴部と、前記第１の穴部
   を前記基準圧室側から密閉するシリコン板で形成され前
   記第１の電極と電気的に接続された蓋板と、 前記蓋板の前記第１の穴部に面する面及び前記第１の穴
   部の内面に形成された金属薄膜から成り第１の電極と接
   続された第１のリード部と を備えたことを特徴とする容量型圧力センサ。
2. （２）被測定圧力を受けて変位する感圧ダイヤフラム部
   の形成されたシリコン基板とそのシリコン基板と接合さ
   れるガラス基板と前記両基板の接合面の内部であって前
   記感圧ダイヤフラム部の形成された位置に対応する位置
   に密封されて形成され、測定圧の基準値を与える微小ギ
   ャップの基準圧室とその基準圧室の前記両基板の対向す
   る位置にて前記ガラス基板表面に金属薄膜により形成さ
   れた第１の電極と前記シリコン基板表面に不純物拡散に
   より形成された第２の電極とから成り、前記電極間の容
   量の変化により圧力を測定する容量型圧力センサにおい
   て、 前記ガラス基板の前記基準圧室の近傍にて前記ガラス基
   板を貫通して明けられた第１の穴部と、前記第１の穴部
   を前記基準圧室側から密閉するシリコン板で形成され前
   記第１の電極と電気的に接続された蓋板と、 前記蓋板の前記第１の穴部に面する面及び前記第１の穴
   部の内面に形成された金属薄膜から成り第１の電極と接
   続された第１のリード部と、前記ガラス基板の前記基準
   圧室の近傍にて前記ガラス基板を貫通して明けられた第
   ２の穴部と、前記シリコン基板の前記ガラス基板との接
   合面に形成され前記第２の電極と拡散により電気的に接
   続された拡散面と、 前記第２の穴部の内面に形成された金属薄膜から成り前
   記拡散面を介して前記第２の電極と接続された第２のリ
   ード部と を備えたことを特徴とする容量型圧力センサ。