JPH07198516A - 静電容量型圧力センサ及びその製造方法並びに圧力検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直線性がよく、温度特性に優れた静電容量型
圧力センサを提供する。 【構成】 シリコンウエハより薄膜状のダイアフラム３
を支持させた角枠状の支持基板１を作成する。ダイアフ
ラム４がその厚さ方向に自由に弾性変形できるように支
持基板１に窪み６を作成し、ダイアフラム４に導電層に
よる可動電極８を形成する。同様にしてダイアフラム５
を支持させた別な支持基板２を作成する。ガラス基板よ
り固定基板３を作成し、固定基板３の上下両面にそれぞ
れ固定電極１２、１３を作成する。それぞれの固定電極
１２、１３に可動電極８、９を対向させて固定基板３の
両面に支持基板１、支持基板２を接合する。また、支持
基板２及び固定基板３には固定基板３上側のダイアフラ
ム４に圧力を導入するための導入穴１８を開口し、支持
基板１及び固定基板３には下側のダイアフラム５に基準
圧力を導入するための差圧穴１７を開口して圧力センサ
Ａを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電容量型圧力センサ及
びその製造方法並びに圧力検出方法に関する。本発明
は、差動出力を得るための静電容量型圧力センサ及びそ
の製造方法並びに本発明の静電容量型圧力センサによる
圧力検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静電容量型圧力センサとして、図
９に示すものが知られている。図９は圧力センサＣの断
面図であって、圧力センサＣは角枠状をしたフレーム８
０の枠内全面に薄膜状のダイアフラム８１が支持されて
いる。ダイアフラム８１はフレーム８０とともにシリコ
ンウエハから一体として作成されていて、ダイアフラム
８１の上面には可動電極８２が形成されている。フレー
ム８０の上面にはガラス製のカバー８３が重ねられ、カ
バー８３の周辺部は陽極接合法等によりフレーム８０に
接合されている。また、フレーム８０にはダイアフラム
８１がその厚さ方向に自由に変位できるように窪み８４
が形成されている。さらに、カバー８３の内面には可動
電極８２と対向して微小なギャップを隔てて固定電極８
５が形成され、可動電極８２と固定電極８５との間には
コンデンサＣが構成されている。

【０００３】しかして、ダイアフラム８１の下面に空気
やガス等の流体の圧力が印加されると、印加された圧力
に応じてダイアフラム８１が変位する。ダイアフラム８
１が変位すると可動電極８２と固定電極８５との間のギ
ャップが変化して、コンデンサＣの静電容量の値が変化
する。この静電容量の値を例えば静電容量−周波数変換
回路（Ｃ−ｆ変換回路）などにより周波数ｆに変換した
のち、周波数ｆの変化として検出することにより圧力セ
ンサＣに印加された圧力の大きさを知ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の圧力センサＣにおいて、印加された圧力が大
きくなるにつれて図１０の破線で示すようにダイアフラ
ム８１の中央部分が膨らむように変位し、ダイアフラム
８１は平行に変位しているとは言えず、そのため圧力セ
ンサＣの出力特性は図１１に示すように直線性が悪いも
のとなっていた。

【０００５】また、シリコン製のフレーム８０とガラス
製のカバー８３とが接合されているため、両者の熱膨張
係数の違いから温度変化による歪みを生じ、圧力センサ
Ｃの温度特性が悪いという問題点もあった。

【０００６】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、直線性を向
上させるとともに温度特性に優れた圧力センサを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力センサは、
１つ又は２つのダイアフラムと、当該ダイアフラムに設
けられた２つの可動電極と各可動電極に対向する２つの
固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極を対向
させて同じ圧力変化に対し静電容量が増加するコンデン
サと静電容量が減少するコンデンサとを形成したことを
特徴としている。

【０００８】例えば、両面に前記固定電極を設けた固定
基板の両面に、１つの前記可動電極を設けたダイアフラ
ムを支持させた支持基板をそれぞれ貼り合わせて上記圧
力センサを作成することができる。このとき、ガラス製
の前記固定基板の両面に、シリコン製の前記支持基板を
貼り合わせ、シリコン／ガラス／シリコンの３層構造と
するのが好ましい。また、前記固定基板の両面に設けた
２つの前記固定電極を、前記固定基板に設けた貫通孔の
内周面に設けた金属薄膜によって電気的に接続し、前記
貫通孔を封止することとしてもよい。

【０００９】また、両面に可動電極を設けた１つのダイ
アフラム若しくは互いに反対側の面に可動電極を設けた
２つのダイアフラムを支持させた支持基板の両面に、１
つの前記固定電極を設けた固定基板をそれぞれ貼り合わ
せて圧力センサを作成することもできる。このとき、シ
リコン製の前記支持基板の両面に、ガラス製の前記固定
基板を貼り合わせ、ガラス／シリコン／ガラスの３層構
造とするのが好ましい。また、前記支持基板に支持され
た２のダイアフラムを、絶縁分離用溝によって絶縁分離
することとしてもよい。

【００１０】本発明の第１の製造方法は、請求項４に記
載の静電容量型圧力センサを製造するための方法であっ
て、固定基板に開口した貫通孔の内周面に前記固定基板
両側の固定電極と接続した金属薄膜を形成した後、前記
貫通孔を封止することを特徴としている。

【００１１】また、本発明の第２の製造方法は、２つの
ダイアフラムを支持させた前記支持基板を貼り合わせた
請求項８に記載の静電容量型圧力センサを製造するため
の方法であって、固定基板にダイアフラムを形成した支
持基板を接合したのち、前記支持基板に絶縁分離用溝を
形成することを特徴としている。

【００１２】本発明の圧力検出方法は、本発明の静電容
量型圧力センサにより圧力を検出するための方法であっ
て、前記２つのコンデンサの出力の差を検出することを
特徴としている。

【００１３】

【作用】本発明の静電容量型圧力センサにあっては、同
じ圧力変化に対して静電容量が増加するコンデンサと静
電容量が減少するコンデンサの２つのコンデンサを形成
しているので、これら２つのコンデンサの出力の差を検
出することによって１つの圧力センサに差動出力を有す
る圧力センサを作成することができ、したがって、圧力
センサの直線性を向上させることができる。

【００１４】このためには、例えば、両面に固定電極を
設けた固定基板の両面に、１つの可動電極を設けたダイ
アフラムを支持させた支持基板をそれぞれ貼り合わせる
ことにより上記圧力センサを作成することができる。こ
のとき、固定基板の両面に設けた固定電極を、固定基板
に設けた貫通孔の内周面に設けた金属薄膜によって電気
的に接続することにより、固定電極の電気的引き出しが
簡単になり、検知回路等との接続を容易に行なえる。ま
た、貫通孔は封止されているので、導入された空気等が
漏れることなく、圧力をそれぞれ正確に測定することが
できる。

【００１５】また、両面に可動電極を設けた１つのダイ
アフラム若しくは互いに反対側の面に可動電極を設けた
２つのダイアフラムを支持させた支持基板の両面に、前
記固定電極を設けた固定基板を貼り合わせることにより
本発明の圧力センサを作成することができる。このと
き、支持基板に支持された２つのダイアフラムを絶縁分
離用溝により絶縁分離することにより、圧力センサに形
成された２つのコンデンサの静電容量が互いに干渉する
ことがなく、それぞれの静電容量を正確に検出すること
ができる。

【００１６】また、これらの圧力センサをシリコン／ガ
ラス／シリコンの３層構造若しくはガラス／シリコン／
ガラスの３層構造とすることにより、ガラス及びシリコ
ンの熱膨張率の違いによる歪みを緩和することができ、
圧力センサの温度特性を向上させることができる。

【００１７】本発明の第１の静電容量型圧力センサの製
造方法によると、互いに固定電極が貫通孔の内周面に設
けられた金属薄膜によって電気的に接続されたシリコン
／ガラス／シリコンの３層構造となった圧力センサを簡
単に製造することができる。

【００１８】また、本発明の第２の静電容量型圧力セン
サの製造方法によると、２つのダイアフラムが絶縁分離
用溝によって絶縁分離されたガラス／シリコン／ガラス
の３層構造となった圧力センサを簡単に製造することが
できる。

【００１９】

【実施例】図１に示すものは、本発明の一実施例である
圧力センサＡの断面図である。圧力センサＡはガラス製
の固定基板３の両面に角枠状をした支持基板１及び支持
基板２が重ねられ、それぞれの支持基板１、２は陽極接
合法等によりその周辺部を固定基板３に接合され、シリ
コン／ガラス／シリコンの３層構造をなしている。固定
基板３の上側の支持基板１には、薄膜状をしたダイアフ
ラム４がその周辺部を支持されて配設され、ダイアフラ
ム４がその厚さ方向に揺動自在に振動できるよう窪み６
が支持基板１に形成されている。支持基板１及びダイア
フラム４は、半導体製造技術により一体として作成され
ていて、ダイアフラム４全体は導電性を有している。し
たがって、ダイアフラム４の下面は可動電極８として機
能し、可動電極８は固定基板３の上面の露出箇所に設け
られた接続パッド１０に接続配線（図示せず）を介して
電気的に接続されている。

【００２０】また、固定基板３の下面の支持基板２にも
同様に、ダイアフラム４と同形で同じ厚さの薄膜状のダ
イアフラム５がその周辺部を支持されて支持基板２に配
設され、その厚さ方向に揺動自在に振動できるよう窪み
７が形成されている。また、ダイアフラム５全体はイオ
ン注入などによって導電性を有しておりダイアフラム５
の上面は可動電極９として機能し、支持基板２上面の露
出箇所に設けられた接続パッド１１に接続されている。

【００２１】固定基板３の上面には、支持基板１の可動
電極８と対向して微小なギャップを隔てて固定電極１２
が形成され、コンデンサＣ₁が構成されている。固定基
板３の下面にも、支持基板２の可動電極９と対向して微
小なギャップを隔てて固定電極１３が形成され、別なコ
ンデンサＣ₂が構成されている。それぞれの固定電極１
２、１３はＡｌなどの金属薄膜をパターニングすること
により作成されている。また、２つの固定電極１２、１
３は固定基板３に開口された接続穴１４の内周面に設け
られた薄膜部１５により接続され、さらに支持基板２上
面の露出箇所に設けられた接続パッド１６に接続されて
いる。また、導入された空気等の流体の圧力が接続穴１
４から逃げないように接続穴１４は感光性樹脂１９等の
絶縁性物質により封止されている。

【００２２】また、固定基板３及び上側の支持基板１に
は差圧穴１７が開口されていてダイアフラム５の上面に
基準圧力を導入することができ、ダイアフラム５の下面
には測定圧力を導入できるようになっている。固定基板
３及び下側の支持基板２には導入穴１８が開口されてい
てダイアフラム４の下面に測定圧力を導入することがで
き、ダイアフラム４の上面には基準圧力を導入できるよ
うになっている。つまり圧力センサＡには２つのダイア
フラム４、５に圧力センサＡの下側から同時に測定圧力
を印加し、圧力センサＡの上側から同時に基準圧力を導
入することができる。

【００２３】しかして、圧力センサＡの下側から導入穴
１８などを介して空気等の測定圧力Ｐが印加されると、
下側のダイアフラム５は印加された測定圧力Ｐの大きさ
に応じて、ダイアフラム５の上側に変位して固定電極１
３と可動電極９とのギャップが狭まる。また、上側のダ
イアフラム４は印加された測定圧力Ｐの大きさに応じ
て、ダイアフラム４の上側に変位して固定電極１２と可
動電極８とのギャップが広がる。この結果、図２に示す
ように、固定電極１２と可動電極８との間に構成された
コンデンサＣ₁の静電容量は印加された測定圧力Ｐの増
加とともに次第に減少し（曲線イ）、固定電極１３と可
動電極９との間に構成されたコンデンサＣ 2の静電容量
は印加された測定圧力Ｐの増加とともに次第に増大する
（曲線ロ）。そこで、この２つのコンデンサＣ₁、Ｃ₂の
静電容量を、接続パッド１０、１１、１６に接続された
検知回路例えば静電容量−周波数変換回路（Ｃ−ｆ変換
回路）によってそれぞれ周波数ｆ₁、ｆ₂の周波数信号に
変換し、変換された周波数の差Δｆ＝ｆ₁−ｆ₂を検知す
ることにより、印加された圧力の大きさを知ることがで
きる。すなわち、圧力センサＡには印加された圧力によ
って静電容量が減少するコンデンサＣ₁と静電容量が増
加するコンデンサＣ₂が構成されており、２つのコンデ
ンサＣ₁、Ｃ₂の静電容量の差を検出することにより、図
３に示すように広い圧力範囲にわたって良好な直線関係
を得ることができる。また、温度変化による熱膨張によ
って生じる応力は固定基板３上面の支持基板１と下面の
支持基板２とでちょうど反対方向に生じるために互いに
相殺され、圧力センサＡの反りを防止して温度特性を向
上させることもできる。なお、ダイアフラム５は必ずし
もダイアフラム４と同形同厚に形成させる必要はない
が、圧力センサＡのように同形同厚に形成することによ
り２つのコンデンサＣ₁、Ｃ₂の出力は対称な出力特性と
なりより好ましい。

【００２４】以下に本発明の圧力センサＡの製造方法に
ついて説明する。図４（ａ）〜（ｉ）に示すものは、同
上の圧力センサＡの製造方法を示す断面図であって、図
４（ａ）〜（ｉ）に従って詳述する。まず、下側の支持
基板２を製造する方法について説明する。単結晶シリコ
ンウエハ２１を用意し、その両面を研磨したのち少なく
とも可動電極９及び接続配線等を形成させる領域にイオ
ン注入を施して可動電極９及び接続配線となる導電層
（図示せず）を形成する。その後、シリコンウエハ２１
の両面にＳｉＯ₂膜２２、２３を形成する。シリコンウ
エハ２１のセンサ１個分に窪み７を形成する領域のＳｉ
Ｏ₂膜２２を除去して開口を設け、異方性エッチング等
により窪み７を形成する（図４（ａ））。次に、シリコ
ンウエハ２１の下面にＳｉＮによるパッシベーション膜
２４を堆積させ、ダイアフラム５を形成する領域及び導
入穴１８の一部を形成させる領域にＳｉＯ₂膜２３及び
パッシベーション膜２４をパターニングして開口２５を
設ける（図４（ｂ））。シリコンウエハ２１上面のＳｉ
Ｏ₂膜２２に導電層と電気的に接続するようにコンタク
トホール（図示せず）を開口する。続いてＳｉＯ₂膜２
２の上面にＡｌなどの金属薄膜２６を蒸着し、金属薄膜
２６をパターニングしてコンタクトホールを介して導電
層と電気的に接続された接続パッド１１を形成する。ま
た、金属薄膜２６をパターニングして固定電極１２、１
３を外部に引き出すための接続パッド１６を形成する
（図４（ｃ））。次にシリコンウエハ２１に下面からデ
ィープエッチングを施してダイヤフラム５を形成すると
ともに、導入穴１８の一部となる開口２８を形成させ
る。このとき、ダイアフラム５を所定の厚さに形成する
ために開口２８の上端部に薄膜領域２７が残る（図４
（ｄ））。次に残った薄膜領域２７をドライエッチング
によって除去して開口２８を貫通させた後、パッシベー
ション膜２４及びウエハ２１上下面のＳｉＯ₂膜２２、
２３を除去して、支持基板２を形成する（図４
（ｅ））。

【００２５】また、図４（ａ）〜（ｅ）に示した方法と
同様な方法により、上側の支持基板１を作成する。但
し、図４（ｃ）の工程において金属薄膜２６をパターニ
ングして、可動電極９となる導電層と電気的に接続する
接続配線（図示せず）を形成する。この接続配線は後に
固定基板３上の接続パッド１０に電気的に接続される。
また、図４（ａ）〜（ｅ）の工程でシリコンウエハ２１
に設けた開口２８は上側の支持基板１の差圧穴１７の一
部に相当する。

【００２６】次に固定基板３を作成する。ガラス基板３
１を用意して、ガラス基板３１に超音波加工法等の手段
を用いて接続穴１４を開口し、差圧穴１７及び導入穴１
８の一部となる開口３２、３３を設ける（図４
（ｆ））。次にガラス基板３１の両面にＡｌなどの金属
薄膜３４、３４を形成するとともに、接続穴１４、開口
３２、３３の内周面にも金属薄膜３５を一体として形成
する。このとき、接続穴１４の内周面の金属薄膜３５が
薄膜部１５となって、ガラス基板３１両面の金属薄膜３
４、３４が電気的に接続される。その後、感光性樹脂１
９等により接続穴１４を封止する（図４（ｇ））。この
ようにして作成されたガラス基板３１両面の金属薄膜３
４、３４をパターニングして、固定電極１２および固定
電極１３を形成するとともに、ガラス基板３１の上面に
接続パッド１０を形成する。また、開口３２、３３の内
周面の金属薄膜３５を除去して、固定基板３を形成する
（図４（ｈ））。このようにして固定基板３が多数作成
されたガラス基板３１の上下面に支持基板１及び支持基
板２がそれぞれ多数形成されたシリコンウエハ２１を陽
極接合法等により接合し、その後ダイシングによって個
々の圧力センサＡを切り離して圧力センサＡを多数同時
に製造することができる。

【００２７】このようにして、直線性や温度特性に優れ
た圧力センサＡを簡単に製造することができる。また、
この圧力センサＡにあっては２つのコンデンサを構成す
る固定電極１２、１３は薄膜部１５により接続されてい
るので、固定電極１２、１３と接続する接続パッド１６
を１つで済ませることができ、検知回路との接続を容易
にすることができる。

【００２８】図５にはこのようにして試作した圧力セン
サＡの出力特性の一例を示す。図５に示したように、上
側のダイアフラム４に構成されたコンデンサＣ₁の静電
容量は曲線ハに示すように印加された測定圧力Ｐの増加
とともに減少し、下側のダイアフラム５に構成されたコ
ンデンサＣ₂の静電容量は曲線ニに示したように測定圧
力Ｐの増加とともに増大し、２つコンデンサＣ₁、Ｃ₂の
出力特性は対称的な曲線となった。このコンデンサ
Ｃ₁、Ｃ₂の静電容量をＣ−ｆ変換回路によりそれぞれ周
波数ｆ₁、ｆ₂として出力させたのちそれぞれの出力の差
Δｆ＝ｆ₁−ｆ₂を求め、曲線ハと曲線ニの交点を基準に
して周波数を上乗せすると、図６に示したように広い圧
力範囲で直線性のよい出力特性を得ることができた。ま
た、図示はしないが、温度特性についても−３０℃から
７０℃の温度範囲にわたり良好な直線性が得られた。

【００２９】図７に示すものは本発明の別な実施例であ
る圧力センサＢの断面図である。圧力センサＢは、シリ
コン製の支持基板４１の上下面にガラス製の固定基板４
２、４３が陽極接合法等により接合され、ガラス／シリ
コン／ガラスの３層構造をなしている。支持基板４１に
は、薄膜状をした２つのダイアフラム４４、４５がそれ
ぞれその周辺部を支持されてダイシング溝４６の左右両
側に配設されている。つまり、２つのダイアフラム４
４、４５はダイシング溝４６で支持基板４１を２分割す
ることによって絶縁分離されている。また、支持基板４
１には２つのダイアフラム４４、４５がそれぞれその厚
さ方向に揺動自在に変位できるように、左側のダイアフ
ラム４４の上面及び右側のダイアフラム４５の下面にそ
れぞれ窪み４７、４８が形成されている。支持基板４１
及び２つのダイアフラム４４、４５は半導体製造技術に
よりシリコンウエハから一体として形成され、ダイアフ
ラム４４、４５はそれぞれ全体として導電性を有してい
る。左側のダイアフラム４４の上面は可動電極４９とし
て機能し、可動電極４９は支持基板４１上面の露出した
箇所に設けられた接続パッド５１に接続配線（図示せ
ず）によって電気的に接続されている。また、右側のダ
イアフラム４５の下面も可動電極５０として機能して、
下側の固定基板４３上面の露出した箇所に設けられた接
続パッド５２に接続配線６４によって接続されている。

【００３０】支持基板４１上側の固定基板４２には、ダ
イアフラム４４の可動電極４９と対向して微小なギャッ
プを隔てて固定電極５３が形成されていて、可動電極４
９と固定電極５３との間にコンデンサＣ₂が構成されて
いる。また、この固定電極５３は固定基板４２の下面に
形成された接続配線（図示せず）によって支持基板４１
上に設けられた別な接続パッド５５に接続されている。
さらに固定基板４２には左側のダイアフラム４４に基準
圧力を導入するための差圧穴５７が開口され、右側のダ
イアフラム４５に基準圧力を導入するための別な差圧穴
５８が開口されている。支持基板４１下側の固定基板４
３には、ダイアフラム４５の可動電極５０と対向して微
小なギャップを隔てて固定電極５４が形成されていて、
可動電極５０と固定電極５４との間に別なコンデンサＣ
₁が構成されている。また、この固定電極５４は固定基
板４３上の露出した箇所に設けられた別な接続パッド５
６に接続されている。さらに、固定基板４３には２つの
ダイアフラム４４、４５に測定圧力を導入するための導
入穴５９、６０が開口され、圧力センサＢの下側から同
時に測定圧力を導入することができる。

【００３１】しかして、導入穴５９、６０を介して左右
のダイアフラム４４、４５に測定圧力Ｐが導入される
と、左側のダイアフラム４４は印加された圧力の大きさ
に比例して変位し、可動電極４９と固定電極５３とのギ
ャップは狭くなる。また、右側のダイアフラム４５は印
加された測定圧力Ｐの大きさに比例して変位し、可動電
極５０と固定電極５４とのギャップは広がる。つまり、
この圧力センサＢにも印加された測定圧力Ｐによってそ
の静電容量が減少するコンデンサＣ₁と静電容量が増大
するコンデンサＣ₂とが構成されており、第１の実施例
と同様に２つのダイアフラム４５、４４に構成されたコ
ンデンサＣ₁、Ｃ₂の静電容量の変化を、接続パッド５
２、５６及び接続パッド５１、５５に接続された静電容
量−周波数変換回路（Ｃ−ｆ変換回路）等により周波数
の変化に変換して、変換された周波数ｆ₁、ｆ₂の差Δｆ
＝ｆ₁−ｆ₂を検知することにより、圧力センサＢの直線
性を向上させることができる。

【００３２】図８（ａ）〜（ｉ）に示すものは、圧力セ
ンサＢの製造方法を示す断面図であって、以下に図８
（ａ）〜（ｉ）に従って圧力センサＢの製造方法につい
て詳述する。まず支持基板４１の製造方法について説明
する。単結晶シリコンウエハ６１の両面を研磨したの
ち、センサ１個分のシリコンウエハ６１の両面の少なく
とも可動電極４９、５０及び可動電極４９、５０と電気
的に接続された接続配線などを形成させる領域にイオン
注入を施して導電層（図示せず）を形成したのち、シリ
コンウエハ６１の両面にＳｉＯ₂膜６２、６３を形成す
る。シリコンウエハ６１両面の窪み４７、４８を形成す
る領域のＳｉＯ₂膜６２、６３を除去して開口を設け、
異方性エッチング等により窪み４７、４８をシリコンウ
エハ６１の両面に形成する（図８（ａ））。次に、シリ
コンウエハ６１上面のＳｉＯ₂膜６２にコンタクトホー
ル（図示せず）を開口する。続いて、ＳｉＯ₂膜６２の
上面にＡｌなどの金属薄膜を蒸着したのち、この金属薄
膜をパターニングし、コンタクトホールを介して上側の
導電層と電気的に接続した接続パッド５１を形成する。
さらに金属薄膜をパターニングして固定電極５３を外部
に引き出すための接続パッド５５を形成する。また、下
面のＳｉＯ₂膜６３にもコンタクトホールを開口する。
続いてＳｉＯ₂膜６３の下面にも金属薄膜を蒸着形成す
る。この金属薄膜をパターニングし、コンタクトホール
を介して下側の導電層と電気的に接続した接続配線６４
を形成する（図８（ｂ））。この接続配線６４は固定基
板４３上面の配線パッド５２と電気的に接続されること
になる。この後、シリコンウエハ６１の両面にＳｉＮに
よるパッシベーション膜６５、６５を形成したのち、パ
ッシベーション膜６５をパターニングしてダイアフラム
４４、４５を形成させる領域に開口６６、６６を設ける
（図８（ｃ））。このようにして作成されたシリコンウ
エハ６１の両面からディープエッチングを施して所定の
厚さのダイアフラム４４、４５をそれぞれ形成する（図
８（ｄ））。次にパッシベーション膜６５、６５及び不
要なＳｉＯ₂膜６２、６３をエッチングにより除去して
支持基板４１を作成する（図８（ｅ））。

【００３３】次に下側の固定基板４３を作成する。超音
波加工法等によりガラス基板７１のセンサ１個分に２つ
の導入穴５９、６０を開口する（図８（ｆ））。導入穴
６０の周辺領域に金属薄膜を堆積し、金属薄膜をパター
ニングして固定電極５４と固定電極５４と電気的に接続
した接続パッド５６及び可動電極５０を外部に引き出す
ための接続パッド５２を形成し、固定基板４３を作成す
る（図８（ｇ））。また、図示はしないが、別なガラス
基板を用意して図８（ｆ）（ｇ）に示した方法と同様に
して、ガラス基板に差圧穴５７、５８を開口し、差圧穴
５７の周辺領域に堆積した金属薄膜をパターニングし
て、固定電極５３及び固定電極５３を支持基板４１上面
の接続パッド５５に接続するための接続配線をそれぞれ
形成して、固定基板４２を形成する。

【００３４】このようにして支持基板４１が多数形成さ
れたシリコンウエハ６１の下面に固定基板４２が多数形
成されたガラス基板７１を重ね、陽極接合する。次に、
ダイシングソーによって支持基板４１にダイシング溝４
６を形成（ハーフダイシング）し、支持基板４１を２つ
の領域に分割し、支持基板４１に形成された２つの可動
電極４９、５０を電気的に分離する（図７（ｈ））。最
後に、シリコンウエハ６１の上面に固定基板４３が多数
形成されたガラス基板を重ね、陽極接合する。このよう
にして、シリコンウエハ６１の上下面にガラス基板を陽
極接合したのち、ダイシングして圧力センサＢを多数同
時に製造することができる。

【００３５】このようにして製造された圧力センサＢに
あっては、２つのダイアフラム４４、４５に形成された
可動電極４９、５０はダイシング溝４６によって完全に
電気的に分離されているので、互いに影響を受けず圧力
センサＢの測定誤差を少なくすることができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、同じ圧力変化に対し静
電容量が増加するコンデンサと静電容量が減少するコン
デンサの２つのコンデンサを構成し、その出力差を検出
して差動型の圧力センサとすることにより、直線性に優
れた圧力センサを提供することができる。

【００３７】例えば、両面に固定電極を設けた固定基板
の両面に、１つの可動電極を設けたダイアフラムを支持
した支持基板をそれぞれ貼り合わせ、固定基板の両側に
設けられた固定電極を貫通孔の内周面の金属薄膜により
電気的に接続しているので、固定基板の電気的な引き出
しが簡単になり、検知回路等との接続を容易にできる。
また、貫通孔は封止されているので、導入された空気が
漏れることなく圧力を正確に測定することができる。

【００３８】あるいは、支持基板に支持された２つのダ
イアフラムを絶縁分離用溝で絶縁分離しているので、２
つのコンデンサの静電容量を正確に検出することがで
き、圧力センサの測定誤差を少なくすることができる。

【００３９】また、これらの圧力センサをシリコン／ガ
ラス／シリコン若しくはガラス／シリコン／ガラスの３
層構造の圧力センサとしているので、熱膨張率の違いに
よる歪みが緩和され、温度特性を向上することもでき
る。

【００４０】本発明の第１の製造方法によれば、固定基
板両面に設けられた固定電極が貫通孔内周面の金属薄膜
によって電気的に接続されたシリコン／ガラス／シリコ
ンの３層構造の圧力センサを簡単に製造することができ
る。

【００４１】また、本発明の第２の製造方法によれば、
２つ以上のダイアフラムが互いに絶縁分離用溝により絶
縁分離されたガラス／シリコン／ガラスの３層構造の圧
力センサを簡単に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である圧力センサを示す断面
図である。

【図２】同上の圧力センサに構成されたコンデンサの出
力特性を示す図である。

【図３】同上の圧力センサの出力周波数と測定圧力との
関係を示す図である。

【図４】（ａ）〜（ｉ）は同上の圧力センサの製造方法
を示す断面図である。

【図５】同上の試作例である圧力センサに構成されたコ
ンデンサの出力特性を示す図である。

【図６】同上の試作例である圧力センサの出力周波数と
測定圧力との関係を示す図である。

【図７】本発明の別な実施例である圧力センサの断面図
である。

【図８】（ａ）〜（ｉ）は同上の別な実施例である圧力
センサの製造方法を示す断面図である。

【図９】従来例である圧力センサを示す断面図である。

【図１０】同上の圧力センサのダイアフラムの変位を示
す説明図である。

【図１１】同上の圧力センサの出力周波数と圧力との関
係を示す図である。

【符号の説明】

３ 固定基板 ４、５ ダイアフラム １１ 接続パッド １２、１３ 固定電極 １５ 薄膜部 １７ 差圧穴 １８ 導入穴 １９ 感光性樹脂 ４１ 支持基板 ５７、５８ 差圧穴 ５９、６０ 導入穴

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つ又は２つのダイアフラムと、当該ダ
   イアフラムに設けられた２つの可動電極と各可動電極に
   対向する２つの固定電極とを有し、前記可動電極と前記
   固定電極を対向させて同じ圧力変化に対し静電容量が増
   加するコンデンサと静電容量が減少するコンデンサとを
   形成したことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 【請求項２】 両面に前記固定電極を設けた固定基板の
   両面に、１つの前記可動電極を設けたダイアフラムを支
   持させた支持基板をそれぞれ貼り合わせたことを特徴と
   する請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
3. 【請求項３】 ガラス製の前記固定基板の両面に、シリ
   コン製の前記支持基板を貼り合わせ、シリコン／ガラス
   ／シリコンの３層構造としたことを特徴とする請求項２
   に記載の静電容量型圧力センサ。
4. 【請求項４】 前記固定基板の両面に設けた２つの前記
   固定電極を、前記固定基板に設けた貫通孔の内周面に設
   けた金属薄膜によって電気的に接続し、前記貫通孔を封
   止したことを特徴とする請求項２又は３に記載の静電容
   量型圧力センサ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の静電容量型圧力センサ
   を製造するための方法であって、 固定基板に開口した貫通孔の内周面に前記固定基板両側
   の固定電極と接続した金属薄膜を形成した後、前記貫通
   孔を封止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。
6. 【請求項６】 両面に可動電極を設けた１つのダイアフ
   ラム若しくは互いに反対側の面に可動電極を設けた２つ
   のダイアフラムを支持させた支持基板の両面に、１つの
   前記固定電極を設けた固定基板をそれぞれ貼り合わせた
   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。
7. 【請求項７】 シリコン製の前記支持基板の両面に、ガ
   ラス製の前記固定基板を貼り合わせ、ガラス／シリコン
   ／ガラスの３層構造としたことを特徴とする請求項６に
   記載の静電容量型圧力センサ。
8. 【請求項８】 前記支持基板に支持された２つのダイア
   フラムは、絶縁分離用溝により絶縁分離されていること
   を特徴とする請求項６又は７に記載の静電容量型圧力セ
   ンサ。
9. 【請求項９】 ２つのダイアフラムを支持させた前記支
   持基板を貼り合わせた請求項８に記載の静電容量型圧力
   センサを製造するための方法であって、 固定基板にダイアフラムを形成した支持基板を接合した
   のち、前記支持基板に絶縁分離用溝を形成することを特
   徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１、２、３、４、６、７又は８
    に記載の静電容量型圧力センサにより圧力を検出するた
    めの方法であって、 前記２つのコンデンサの出力の差を検出することを特徴
    とする圧力検出方法。