JPH08320268A - 静電容量型センサ - Google Patents

静電容量型センサ

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JPH08320268A
JPH08320268A JP7151148A JP15114895A JPH08320268A JP H08320268 A JPH08320268 A JP H08320268A JP 7151148 A JP7151148 A JP 7151148A JP 15114895 A JP15114895 A JP 15114895A JP H08320268 A JPH08320268 A JP H08320268A
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健司 堀端
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俊彦 近江
Fumihiko Sato
文彦 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直線性の優れたセンサ出力が得られる静電容
量型センサを提供する。 【構成】 静電容量型センサ１は半導体基板２と固定電
極３から構成される。半導体基板２にはフレーム部21お
よび可動電極であるダイアフラム部22が形成され，フレ
ーム部21上面が固定基板３と陽極接合される。固定基板
３のダイアフラム部22に対向する面には固定電極31が設
けられる。ダイアフラム部22の中央には固定用突起24が
設けられ，固定電極31の穴を通して固定基板３に固定さ
れる。センサ１が外力を受けるとダイアフラム部22が上
下方向に変位し，静電容量の変化から外力が検知され
る。固定用突起24を設けてダイアフラム部22の中央を固
定することによって，ダイアフラム部24の最大変位領域
が環状になり，センサ出力の直線性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は，静電容量の変化に基づいて外
力の変化を検出する静電容量型センサに関する。この種
の静電容量型センサには圧力センサや加速度センサがあ
る。
【０００２】
【背景技術】静電容量型センサは，ピエゾ抵抗素子等を
用いたピエゾ型センサに比べて，温度特性が安定してい
るなどの点で有利である。特にシリコン半導体基板を用
いた静電容量型半導体センサは，ＩＣ技術を用いて製造
できるため，均一性に富み，小型化，軽量化，回路との
一体化が容易である。また大規模なバッチ方式による大
量生産が可能で，低コスト化が実現できる。
【０００３】図11は従来の静電容量型半導体圧力センサ
の一例を示す断面端面図である。この図において，作図
の便宜上，および分りやすくするために，肉厚が実際よ
りも厚めに強調して描かれている。このことは，後に説
明する他の従来例，およびこの発明の実施例を示す図面
においても同様である。
【０００４】静電容量型半導体圧力センサは，導電性の
あるシリコン半導体基板60と，ガラス等の熱膨張係数が
シリコンに近い絶縁性材料よりなる固定基板70とから構
成されている。シリコン半導体基板60には，方形枠状の
フレーム部（支持部）61および外部からの圧力を受けて
変形する薄肉のダイアフラム部62が形成されている。
【０００５】半導体基板60はそのフレーム部61において
固定基板70と陽極接合されている。薄肉のダイアフラム
部62の箇所において半導体基板60には凹部63が形成され
ており，ダイアフラム部62と固定基板70との間にはギャ
ップ（間隙）がある。弾性を有するダイアフラム部62は
外部から加えられる圧力または加速度により，図におい
て上下方向に変位する。ダイアフラム部62はシリコン半
導体基板60によって形成されているため導電性をもち，
可動電極として用いられる。
【０００６】固定基板70のダイアフラム部62に対向する
内面には固定電極71が設けられている。固定電極71は，
好ましくは固定基板70上にアルミニウム等を蒸着するこ
とによって形成される。可動電極62および固定電極71は
固定基板70の適所に形成された接続孔（図示略）を通し
て，固定基板70の上面に形成された外部接続電極（図示
略）にそれぞれ電気的に接続され，さらに外部接続電極
にボンディングされたワイヤを通して容量計測回路（圧
力検出回路，加速度検出回路等；図示略）に接続され
る。
【０００７】静電容量型圧力センサが圧力（外力）を受
けると，これに応じてダイアフラム部62が上下方向に変
位（振動）する。ダイアフラム部62と固定電極71との間
隙が変化することによりこれらの電極62，71間の静電容
量Ｃが変化し，この静電容量Ｃの変化または静電容量Ｃ
の逆数１／Ｃの変化（一般的には逆数１／Ｃがセンサ出
力として用いられる）を表わす電気信号を容量計測回路
から得ることにより圧力（または加速度）が検知され
る。
【０００８】この種の静電容量型センサにおいては，ピ
エゾ型圧力センサと比較して，静電容量の逆数（１／
Ｃ）の出力特性の非線形性が大きいという問題がある。
その理由は次の２つと考えられている。 可動電極であるダイアフラム（薄膜部）が平行移動し
ない。 センサ容量に対して並列に入る寄生容量がある。
【０００９】特に上記について説明すると，従来の静
電容量型圧力センサにおいては，圧力を受けるとダイア
フラム部62が円錐状にたわむ。この円錐状のたわみは加
えられる圧力が大きいほど大きい。したがって，静電容
量が印加電圧に対して線形性を保つ範囲が狭くならざる
を得ない。
【００１０】このような問題を解決するために従来の静
電容量式センサでは，出力の非線形性を補正する回路を
設ける，または感度を小さくして直線性の低下を防ぐ方
法がとられている。しかし，これらの方法はいずれも電
気回路に負担がかかり，高価になるとともに，小型化を
阻害する原因となっている。
【００１１】ダイアフラム部62が平行移動する範囲を大
きくするため，図12に示すようにダイアフラム部62をメ
サ型にしたメサ型圧力センサが提案されている。しかし
ながら，ダイアフラム部62形成時のエッチング・マスク
にメサを形成するための補正パターンを入れる必要があ
るためにダイアフラム部62を小さくすることができな
い，角の部分が丸くエッチングされやすいので正確なメ
サ加工を行なうことが困難である，という問題があり，
十分な歩留まりを得ることが難しい。
【００１２】ダイアフラムの両側に静電容量を形成して
非線形性をキャンセルさせ，全体として非線形性を小さ
くできる差動方式も考えられている。しかし，この差動
方式では，３層構造になり構造が複雑になること，材料
が増えること，プロセスも陽極接合を２回必要になるこ
と，などによりコストが高くなり，歩留まりも低くなっ
てしまうという課題がある。
【００１３】
【発明の開示】この発明は，必ずしもメサ構造にした
り，差動方式を用いなくても（メサ構造にしたり，差動
方式を用いてもよい），直線性の優れたセンサ出力が得
られる静電容量型センサを提供するものである。
【００１４】この発明による静電容量型センサは，外力
によって変位する薄膜部およびこの薄膜部に形成された
可動電極を有する第１の基板と，上記可動電極に対向す
る位置に設けられた固定電極を有する少なくとも一つの
第２の基板とを備え，上記可動電極と上記固定電極との
間に間隙が形成されているものにおいて，上記薄膜部の
中央部を変位しないように固定する固定部材が設けられ
たものである。
【００１５】上記可動電極と上記固定電極との間の静電
容量に基づき，圧力センサにおいては圧力が，加速度セ
ンサにおいては加速度がそれぞれ検出される。
【００１６】この発明によると，薄膜部の中央部を固定
することによって薄膜部の最大変位領域が環状になり，
その面積が大きくなるので，静電容量およびその逆数の
直線性が向上する。また複雑な作製プロセスを必要とす
ることなく，直線性補正回路等を必ずしも設ける必要が
ないため，製造コストを抑えることができる。
【００１７】一実施態様においては，上記間隙を構成す
るための凹部が上記第１の基板または上記第２の基板の
少なくとも一方に形成されており，上記凹部内に上記凹
部の深さと等しい高さをもつ固定用突部が上記第１の基
板または第２の基板に一体的に形成されている。凹部
（ギャップ）形成と同時に薄膜部の中央部を固定するた
めの固定部材を形成することができるため，工程数を増
やすことなく静電容量型センサを作製することが可能と
なる。
【００１８】他の実施態様においては，上記固定部材が
上記第１の基板または第２の基板に形成され，少なくと
も一層の絶縁体を含む積層物である。固定部材に含まれ
る絶縁体により第１の基板と第２の基板との間の電気的
絶縁を確保できるため，リーク電流による誤作動が少な
くなる。
【００１９】上記凹部は，好ましくは選択酸化（ＬＯＣ
ＯＳ：Local Oxidation of Silicon）法によって形成さ
れた酸化膜をエッチングして形成される。これにより凹
部形成の精度が上がり，かつギャップ形成のプロセスが
簡素化できる。
【００２０】好ましくは，上記固定部材の断面および上
記薄膜部の形状が円形である。外力により薄膜部表面に
作用する応力分布を点対称にすることができるため，機
械的に安定した薄膜部の変位が得られる。
【００２１】好ましくは，上記第１の基板がシリコン半
導体基板によって形成され，上記第２の基板がガラス基
板によって形成され，上記薄膜部が可動電極として用い
られる。半導体プロセスにより第１の基板が高精度に加
工でき，薄膜部が導電体で形成されているため可動電極
をあらためて設ける必要がなくなる。また第１の基板と
第２の基板との接合には陽極接合が利用できるので，セ
ンサの組立が簡素化できる。
【００２２】上記第１の基板および上記第２の基板をと
もにシリコン半導体基板で形成し，上記支持部と上記第
２の基板との間に絶縁層を設けるようにしてもよい。第
１の基板と第２の基板の両方を導電性あるシリコン半導
体基板で形成することにより，第１および第２の基板自
体を可動および固定電極として利用することができ，こ
れらの基板上に電極を設けること，およびその際の複雑
な配線等の必要がなくなる。また両基板の材質が同じで
あり，熱膨脹係数も同じであるため，周囲の温度変化に
よる反りが発生するおそれもない。
【００２３】第１の基板の両面側に第２の基板を接合す
ることにより差動型の静電容量型センサが得られる。セ
ンサに並列に入っている寄生容量（チップ内の配線等に
よる）を相殺することができるため，より精度の高い測
定が可能となる。
【００２４】
【実施例】図１(A) はこの発明の一実施例による静電容
量型圧力センサの断面端面図，図１(B) は一部切欠き上
面図である。
【００２５】静電容量型圧力センサは，導電性のある
（不純物が人工的に，または不可避的にドープされてい
る）シリコン半導体基板（第１の基板）２とガラス等の
絶縁性材料から形成される固定基板（第２の基板）３と
から構成されている。
【００２６】シリコン半導体基板２には，円形の内周を
もつ枠状のフレーム部（支持部）21，および受圧部であ
る薄肉円形のダイアフラム部（薄膜部）22が形成されて
いる。これらは，後に説明するように，好ましくはアル
カリ系エッチング液を用いてシリコン半導体基板２上に
高精度の垂直エッチングを施すことにより形成される。
ダイアフラム部22の形状は円形に限らず矩形でもよい
（矩形の場合には，後述する固定用突起24はその対角線
の交点上に設けられる）。
【００２７】シリコン半導体基板２はそのフレーム部21
の上面において固定基板３と陽極接合されている。薄肉
のダイアフラム部22の箇所において，シリコン半導体基
板２には円形の凹部23が形成されており，この凹部23に
よってダイアフラム部22と固定基板３との間にはギャッ
プ（間隙）が形成されている。ギャップはダイアフラム
部22の厚さよりも小さいことが好ましい。固定基板３の
内面に凹部を形成する，シリコン基板２のフレーム部21
と固定基板３との間にスペーサを設ける，等によりギャ
ップを形成することもできる。弾性を有するダイアフラ
ム部22は，加えられる外力に応答して，図１(A) におい
て上下方向に変位（振動）する。ダイアフラム部22はシ
リコン半導体基板２によって形成されているため導電性
をもち，可動電極として用いられる。ダイアフラム部22
の固定基板３に対向する面においてのみ不純物をドープ
して導電性を持つようにしてもよい。
【００２８】固定基板３のダイアフラム部22に対向する
内面には，円形の固定電極31が形成されている。固定電
極31は固定基板３上にアルミニウム等を蒸着することに
よって形成され，好ましくはダイアフラム部22の面積よ
りもやや小さく形成される。
【００２９】ダイアフラム部22の中央には円柱状の固定
用突起24がダイアフラム部22と一体に形成されている。
固定基板３の固定用突起24に対応する位置において，固
定電極31が欠除されている（固定電極31が欠除されてい
る領域を符号33で示す）。固定用突起24はこの領域33に
おいて固定基板に接しているか，または固定（たとえば
陽極接合によって）されている。
【００３０】固定用突起24はダイアフラム部22の中心部
が変位しないように固定するためのものである。固定用
突起24はシリコン半導体基板２を削って凹部23を形成す
るときに，突起24に相当する部分を残すことにより形成
される。凹部23の形成と同時に固定用突起24を形成でき
るため，工程数を増やすことなくこれを作製することが
可能となる。
【００３１】円形の固定電極31の円周の一部から外側へ
向けて，接続片34が延びている。接続片34はシリコン半
導体基板２上に後述する絶縁層29を介して形成された外
部接続電極（後述）26と固定電極31とを電気的に接続す
るためのものである。この接続片34と外部接続電極26が
シリコン半導体基板２に接触しないようにするために，
半導体基板２上には，接続片34に対向する場所およびそ
の周囲，ならびに外部接続電極26が形成される場所およ
びその周囲に溝28が形成され，この溝28の底面および側
面には絶縁層（ガラス層等）29が設けられている。
【００３２】シリコン半導体基板２の一端の上面には，
Ａｌ，Ａｕ等を蒸着またはスパッタすることによって，
２個の外部接続電極25，26が幅方向に並べて形成されて
いる。電極25は導電性のあるシリコン半導体基板２を介
してダイアフラム部（可動電極）22に電気的に接続され
ている。電極26は，上述したように，溝28および絶縁層
29によってシリコン半導体基板２と電気的に絶縁されて
おり，固定電極31と接続片34によって電気的に接続され
ている。これらの電気的に相互に分離した外部接続電極
25，26にボンディングされたワイヤ（図示略）は，外部
の容量計測回路（加速度または圧力検出回路）に接続さ
れる。
【００３３】固定用突起24をダイアフラム部22と別体で
形成してもよい。たとえば，ダイアフラム部22の中央
に，凹部23の深さと同じ高さの積層物を形成しこれを固
定用突起とする。この積層物の少なくとも一層を絶縁体
とすることにより，基板２と３間の電気的絶縁を確保で
きるため，リーク電流による誤作動がなくなる。
【００３４】ダイアフラム部22の中央部を固定するため
の部材はダイアフラム部と固定基板との間に設けられる
固定用突起に限られることはない。たとえば，ダイアフ
ラム部の中央部を固定用部材で外部の何らかの部材，装
置，部分等（シリコン基板２のフレーム部，このセンサ
が固定される部材等）に固定してもよい。
【００３５】この実施例では，ダイアフラム部22および
固定用突起24の断面の形状はともに円形である。これに
より，ダイアフラム部22表面に作用する応力分布を点対
称とすることができる，機械的に安定したダイアフラム
部22の変位が得られる。
【００３６】基板２および３をともにシリコン半導体基
板で形成し，基板２のフレーム部21と基板３との間に絶
縁層（ガラス層等）を設けるようにしてもよい。基板２
および３を導電性あるシリコン半導体基板で形成するこ
とにより，それら自体を可動電極22および固定電極31と
して利用することができるので，これらの基板２，３上
に電極を設けること，およびその際の複雑な配線等の必
要がなくなる。また両基板２，３の材質が同じであり，
熱膨脹係数も同じであるため，周囲の温度変化による反
りが発生しないという利点もある。
【００３７】静電容量型センサが加速度または圧力を受
けると，これに応じてダイアフラム部22が上下方向に変
位（振動）する。ダイアフラム部（可動電極）22と固定
電極31との間の間隙が変化することによりこれらの電極
22，31間の静電容量Ｃが変化する。この静電容量Ｃの変
化または静電容量Ｃの逆数１／Ｃの変化（一般的には逆
数１／Ｃがセンサ出力として用いられる）を電気信号と
して取出すことにより，加速度または圧力が検知され
る。
【００３８】図２はダイアフラム部22の下面から外力
（等圧力分布）が印加されたときのダイアフラム部22の
断面形状を示す概念図である。
【００３９】固定用突起24を設けない場合（従来）のダ
イアフラム部22の断面形状が一点鎖線で，固定用突起24
を設けた場合のダイアフラム部22の断面形状が実線でそ
れぞれ示されている。
【００４０】ダイアフラム部22は上述したようにその周
縁がフレーム部21によって支持されているため，初期状
態（圧力が印加されていない状態）では破線で示すよう
に平坦である。下方から外力（等圧力分布）が印加され
るとダイアフラム部22はたわむ。
【００４１】固定用突起24を設けない場合には（従来
例），一点鎖線で示すように，外力を受けるとダイアフ
ラム部22はその中央部が最も突出するように円錐状にた
わむ。したがって，ダイアフラム部22上の最も大きく変
位する部分（最大変位領域）はダイアフラム部22中央付
近のみである。
【００４２】固定用突起24を設けた場合には，ダイアフ
ラム部22の中央部が固定されるから，実線で示すよう
に，ダイアフラム部22の最大変位領域は環状になる。従
来例に比べて最大変位領域の面積がはるかに増大し，そ
れに伴い，ダイアフラム部22の平坦度も増大するため，
静電容量の印加圧力に対する直線性（センサ出力の直線
性）は向上する。
【００４３】図３は，上述した構造をもつ静電容量型圧
力センサにおける印加圧力Ｐ［ｋＰａ］と静電容量Ｃ
［ｐＦ］の逆数１／Ｃ［ｐＦ-1］との関係，および圧力
Ｐの変化に対する静電容量の逆数１／Ｃの非直線性
［％］，ならびに固定用突起24を設けなかった場合（従
来例）の印加圧力Ｐの変化に対する静電容量の逆数１／
Ｃの非直線性を示すグラフである。
【００４４】圧力の変化に対する静電容量の逆数の非直
線性は次式で与えられる。
【００４５】
【数１】
【００４６】測定可能な圧力範囲（フルレンジ）におい
て，１／Ｃmin は静電容量の最小値Ｃmin の逆数，１／
Ｃmax は最大値Ｃmax の逆数である。また，ΔＣは圧力
と静電容量の逆数との関係を表わす曲線と理想的な直線
（１／Ｃmin に対応する点と１／Ｃmax に対応する点と
の間を結ぶ直線）との間の最大偏差である。
【００４７】圧力の変化に対する静電容量の直線性は上
式において，１／Ｃmin をＣmax で，１／Ｃmax をＣ
min でそれぞれ置きかえればよい。
【００４８】図３において，固定用突起24でダイアフラ
ム部22の中心を固定した静電容量型圧力センサでは，静
電容量の逆数１／Ｃの非線形性の最大値は1.2 ％であ
る。同じ構造で固定用突起24を設けなかった静電容量型
圧力センサでは１／Ｃの非線形性の最大値は2.5 ％であ
る。この実施例のセンサは従来のものと比べて１／Ｃの
非線形性を１／２以下にすることができた。
【００４９】図４は，静電容量型センサの感度（圧力０
の静電容量に対する最大圧力により変化する容量の比）
と静電容量の逆数１／Ｃの非線形性［％］との関係を示
すグラフである。図４において，固定用突起24を設けた
場合が実線で，固定用突起24を設けなかった場合が破線
でそれぞれ示されている。
【００５０】静電容量型圧力センサの感度は，次式で与
えられる。
【００５１】
【数２】
【００５２】上式により，ダイアフラム部22の厚さ，凹
部23の深さの異なる（すなわち感度の異なる）複数種類
の静電容量型圧力センサについて感度および最大の非直
線性を求めグラフ化したものが図４である。
【００５３】ダイアフラム部22の中心を固定用突起24で
固定すると，静電容量型センサの感度は低下する。しか
しながら，同一の感度を設定して固定用突起24を設けな
かった場合の静電容量型センサと比較すると，直線性が
向上しているのが分かる。静電容量型センサの感度の調
整はダイアフラム部の厚さによって行うことができる。
【００５４】図５，図６および図７は，上述したシリコ
ン半導体基板２およびガラス固定基板３の作製プロセス
を示している。これらは図１(A) に相当する断面端面図
である。
【００５５】シリコン半導体基板２の作製プロセスで
は，まずシリコン基板２ａを用意し（図５(A) ），この
シリコン基板２ａ上のフレーム部21および固定用突起24
を形成すべき部分（残したい部分）にマスク50を形成す
る（図５(B) ）。
【００５６】次に水酸化カリウム（ＫＯＨ）やテトラメ
チルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等の
アルカリ水溶液を用いたウェット・エッチング，または
ガスプラズマ等を用いたドライ・エッチングによって，
シリコン基板２ａのマスク50が形成されていない部分を
垂直に削り取り，凹部23を形成する（図５(C) ）。
【００５７】可動電極（ダイアフラム部）22の抵抗率を
下げるためにシリコン基板２ａ上の凹部23の表面にボロ
ン（Ｂ）をイオン・インプラテーションし，マスク50を
除去する。シリコン半導体基板２ａ上に，接続片34およ
び外部接続電極26とシリコン半導体基板２ａとの電気的
絶縁性を確保するための溝28を形成し，さらに溝28の底
面及び側面に絶縁層29を形成する。
【００５８】また，シリコン基板２ａ上にアルミニウム
をスパッタリングし，ワイヤ・ボンディング用の電極2
5，およびガラス基板３上の固定電極31とコンタクトを
とるための電極26を形成する（図５(D) ）。
【００５９】シリコン基板２ａの裏面において，フレー
ム部21として残すべき部分に窒化膜（ＳｉＮ膜）をデポ
ジションし，ダイアフラム部22を形成する際の異方性エ
ッチングのためのマスク51を形成する（図５(E) ）。
【００６０】凹部23の底面および側面に保護用の絶縁膜
27をＣＶＤによりデポジションする（図５(F) ）。
【００６１】固定基板３の作製プロセスでは，ガラス基
板３を用意し（図６(A) ），このガラス基板３上にアル
ミニウムを蒸着し，固定電極31および接続片34とする
（図６(B) ）。固定電極31中央部の固定用突起24を固定
する部分，およびフレーム部21と接合する部分のアルミ
ニウムは除去しておく。
【００６２】このようにして作製された固定基板３とシ
リコン基板２とを，固定電極31と凹部23とが対向するよ
うにして重ね合わせ，陽極接合によって接合する。シリ
コン基板２のフレーム部21および固定用突起24が，固定
基板３の対応する部分と接合される（図７(A) ）。外部
接続電極26は，その端面において接続片34と接触し，固
定電極31と電気的に接続される。
【００６３】ＫＯＨなどのアルカリ水溶液を用いた異方
性エッチングによって，シリコン基板２の下面を削り取
ることにより，薄肉のダイアフラム部22を形成する。最
後にマスク51を除去する（図７(B) ）。
【００６４】図５から図７にはセンサ１個分を作製する
ための基板２，３しか図示されていないが，実際には各
基板２，３上に多数のセンサを形成するための電極，凹
部，ダイアフラムを規則正しく作製する。この接合され
た基板２，３をダイシングによって切断し，多数の静電
容量型センサのチップを量産する。
【００６５】図８は，シリコン半導体基板２上に凹部23
を形成するプロセスの他の例を示している。
【００６６】まずシリコン基板２上に，化学蒸着（ＣＶ
Ｄ：Chemical Vapor Deposition ）法により窒化膜52を
デポジションする。凹部23を形成すべき領域の窒化膜52
はエッチングによって除去する（図８(A) ）。
【００６７】窒化膜52の酸素に対するマスク性を利用し
て，窒化膜52が形成されていない領域のシリコン基板２
表面を選択酸化（ＬＯＣＯＳ：Local Oxidation of Sil
icon) 法によってシリコン酸化膜53に酸化する（図８
(B) ）。
【００６８】ＬＯＣＯＳ法によってできたシリコン酸化
膜53と残りの窒化膜52をフッ酸（フッ化水素酸）によっ
て除去することにより，凹部23が形成される（図８(C)
）。以降の工程は図７に示す例と同様である。
【００６９】ＬＯＣＯＳ法を利用することによって凹部
（ギャップ）形成精度が上がり，かつ凹部形成プロセス
が簡素化される。
【００７０】図９は，シリコン半導体基板２上に凹部23
を形成するプロセスのさらに他の例を示している。
【００７１】シリコン基板２ａを，固定用突起24を形成
すべき部分も含めてエッチングを行い，凹部23を形成す
る（図９(A) ，(B) ）。
【００７２】つぎに酸化膜（ＳｉＯ2 ）54を凹部23の深
さと同じ厚さでシリコン基板２ａの表面全体にデポジシ
ョンする（図９(C) ）。固定用突起24を形成すべき部分
を除いて酸化膜54をエッチングすることにより，凹部23
内に固定用突起24が残る（図９(D) ）。以降の工程は図
７に示す例と同様である。
【００７３】図10は，差動型の静電容量型センサの例を
示す。
【００７４】差動型圧力センサは，シリコン半導体基板
（第１の基板）２とシリコン半導体基板２を上下から挟
む２枚の固定基板（第２の基板）３および４から構成さ
れている。固定基板４は上述した固定基板３と同じ構成
をもつ。
【００７５】シリコン半導体基板２には上下方向に突出
するフレーム部21および薄肉のダイアフラム部22が形成
されている。シリコン半導体基板２はフレーム部21の上
下面において２枚の固定基板３，４と陽極接合されてい
る。固定基板３，４には，それぞれ圧力導入口32，42と
固定電極31，41が設けられている。ダイアフラム部22の
上下面中央部には上，下に突出する円柱状の固定用突起
24が設けられており，上下の固定基板３，４に接合され
ている。ダイアフラム部22の一方の面にのみ固定用突起
24を設けるようにしてもよい。
【００７６】一方の固定基板４に形成された圧力導入口
42に基準圧力が導入され，他方の固定基板３に形成され
た圧力導入口32に測定すべき圧力が導入されると，これ
らの圧力の差に応じてダイアフラム部22が上または下方
向に変位（振動）する。ダイアフラム部22と上，下固定
電極31，41との間隙が変化することによってダイアフラ
ム部22と固定電極31との間の静電容量およびダイアフラ
ム部22と固定電極41との間の静電容量が変化する。これ
らの静電容量の差をとることによって加速度または圧力
が検知される。
【００７７】基準圧力に応じた静電容量と測定圧力に応
じた静電容量との差をとることによって，これらの静電
容量に並列に入っている寄生容量（半導体チップ内の配
線等の影響による）を相殺することができるため，より
精度の高いセンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(A) は静電容量型圧力センサの断面端面図，
(B) は一部切欠き上面図である。
【図２】ダイアフラム部の下面から外力（等圧力分布）
が印加されたときのダイアフラム部の断面形状を示す概
念図である。
【図３】静電容量型圧力センサにおける圧力Ｐと静電容
量の逆数１／Ｃとの関係，および圧力Ｐの変化に対する
静電容量の逆数１／Ｃの非直線性，ならびに固定用突起
を設けなかった場合の圧力Ｐの変化に対する静電容量の
逆数１／Ｃの非直線性を示すグラフである。
【図４】ダイアフラム部の感度と静電容量の逆数１／Ｃ
の非線形性との関係を示すグラフである。
【図５】静電容量型圧力センサの作製プロセスを示す。
【図６】静電容量型圧力センサの作製プロセスを示す。
【図７】静電容量型圧力センサの作製プロセスを示す。
【図８】シリコン半導体基板上に凹部を形成するプロセ
スの他の例を示している。
【図９】シリコン半導体基板上に凹部を形成するプロセ
スのさらに他の例を示している。
【図１０】差動型の静電容量型センサを示す断面端面図
である。
【図１１】従来の静電容量型圧力センサを示す断面端面
図である。
【図１２】従来の静電容量型圧力センサの他の例（メサ
型）を示す断面端面図である。
【符号の説明】
２，60 シリコン半導体基板（第１の基板） ３，70 固定基板（第２の基板） 24 固定用突起 21，61 フレーム部 22，62 薄膜部（可動電極） 23，63 ギャップ 31，71 固定電極 32 圧力導入口 33 穴

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外力によって変位する薄膜部およびこの
    薄膜部に形成された可動電極を有する第１の基板と，上
    記可動電極に対向する位置に設けられた固定電極を有す
    る少なくとも一つの第２の基板とを備え，上記可動電極
    と上記固定電極との間に間隙が形成されているものにお
    いて，上記薄膜部の中央部を変位しないように固定する
    固定部材が設けられた静電容量型センサ。
  2. 【請求項２】 上記薄膜部の中央部が上記固定部材を介
    して上記第２の基板に固定されている請求項１に記載の
    静電容量型センサ。
  3. 【請求項３】 上記間隙を構成するための凹部が上記第
    １の基板または上記第２の基板の少なくとも一方に形成
    されており，上記凹部内に上記凹部の深さと等しい高さ
    をもつ固定用突部が上記第１の基板または第２の基板に
    一体的に形成されている，請求項１または２に記載の静
    電容量型センサ。
  4. 【請求項４】 上記固定部材が上記第１の基板または第
    ２の基板に形成され，少なくとも一層の絶縁体を含む積
    層物である請求項１または２に記載の静電容量型セン
    サ。
  5. 【請求項５】 上記可動電極と上記固定電極との間の静
    電容量変化に基づいて圧力変化を検出する請求項１から
    ４のいずれか一項に記載の静電容量型センサ。
  6. 【請求項６】 上記可動電極と上記固定電極との間の静
    電容量変化に基づいて加速度変化を検出する請求項１か
    ら４のいずれか一項に記載の静電容量型センサ。
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