JPH0868710A

JPH0868710A - 静電容量型圧力センサとその製造方法

Info

Publication number: JPH0868710A
Application number: JP6203499A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Yabe; 弘男矢部
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1996-03-12
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JP2894478B2

Abstract

(57)【要約】【目的】上部電極と下部電極との間隔と薄肉部の厚さと
を狭い範囲内に揃え、感度のばらつきを狭い範囲内に収
めた圧力センサを歩留り良く安定に製造する。【構成】不純物拡散でシリコン基板１に下部電極２、シ
リコン板１１に上部電極１２を形成し、絶縁膜１３を間
に挟んでシリコン基板１とシリコン板１１を接合する。
シリコン基板１とシリコン板１１を選択エッチングして
薄肉部５、厚肉部６、凹部７、１５ａ，１５ｂを形成す
る。凹部１５ａに孔１６をあけ空洞１７につなげる。シ
リコン基板１の下部に台座ガラス板２１を取付ける。凹
部７，１５ｂに電極取出し部８，１８を設ける。薄肉部
５は下部電極２の一部で構成され、下部電極２と同じ厚
さである。薄肉部７の厚さは不純物拡散の深さで決めら
れ、電極間距離は絶縁膜１３の厚さで決められので、セ
ンサの感度を狭いばらつき範囲内に収めることがてき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板をダイア
フラムに用いた静電容量型圧力センサとその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンを用いた圧力センサは、シリコ
ン基板の一部をエッチングして感圧ダイアフラムとし、
感圧部に向い合う部分に電極を設けたガラス板を設けて
ダイアフラムと電極との間にコンデンサを形成し、圧力
変化に伴う容量の変化を検出するように構成されてい
る。

【０００３】従来の圧力センサには、二つの圧力Ｐ₀と
Ｐ₁のいずれも固定値でないときの二つの圧力Ｐ₀とＰ
₁の差圧を測定する相対用圧力センサと、二つの圧力Ｐ
₀とＰ₁の内一方が固定値であるときの二つの圧力Ｐ₀
とＰ₁の差圧を測定する絶対用圧力センサの２種類があ
る。

【０００４】図７は従来の静電容量型圧力センサの第１
の例の断面図である。

【０００５】一導電型（Ｐ型またはＮ型）で単結晶のシ
リコン基板５１の上面に反対導電型の下部電極５２を設
け、下部電極５２の下方からエッチングして薄肉部５
３，厚肉部５４を形成して感圧部とする。感圧部の隣に
絶縁分離用のフィールド酸化膜５５を設け、フィールド
酸化膜５５に囲まれる領域内に反対導電型のウェル５６
を設け、ウェル５６内に半導体素子５７からなる信号処
理回路部５８を設ける。下部電極５２と信号処理回路部
５８とを配線（図示されず）で接続し、信号処理回路部
５８にリード線５９を接続して外部に引き出す。これに
よりダイアフラムが構成される。

【０００６】上部ガラス板６１は、パイレックス・ガラ
ス等のガラス板で作られ、ダイアフラム５１の下部電極
５２に向い合う領域に凹部が形成され、この凹部に上部
電極６２が形成される。また、上部電極６２を信号処理
回路部５８に接続するための接続配線６３が上部電極６
２から上部ガラス板６１の底面にかけて設けられてい
る。

【０００７】台座ガラス板７１は、パイレックス・ガラ
ス等のガラス板で作られ、ダイアフラム５１の厚肉部５
４に向い合う領域に通気孔７２が形成されている。

【０００８】台座ガラス板７１の上にダイアフラムを置
き、その上に上部ガラス板６１を置き、下部電極５２と
上部電極６２とを位置合わせして、約４００℃に加熱し
て６００〜１０００Ｖの直流電圧を印加する陽極接合法
で接合する。この接合により、下部電極５２と上部電極
６２との間に密閉された空洞６４が形成され、下部電極
５２と上部電極６２とはコンデンサを形成する。上部電
極６２は、接続配線６３により信号処理回路部５８に接
続される。

【０００９】今、空洞４内の圧力をＰ₀とする。圧力Ｐ
₀は一定値であり、基準値となる。外気圧をＰ₁とする
と、この圧力センサは、圧力Ｐ₀を基準値とする圧力差
（Ｐ ₁−Ｐ₀）を検出する。信号処理回路部５８は、こ
の値から絶対圧力を算出する。それ故、この圧力センサ
は、絶対用圧力センサである。

【００１０】図８は従来の静電容量型圧力センサの第２
の例の断面図である。

【００１１】この圧力センサは、特開平３−２３９９３
８号公報に開示されたもので、シリコン基板８１を両面
からエッチングして薄肉部８２を形成して感圧部とす
る。薄肉部８２の下面に形成されている凹部に上部電極
８３とこの上部電極８３を間隔をおいて囲む補正電極８
４とを設け、また薄肉部８２の隣の領域に信号処理回路
部８５を設け、上部電極８３と補正電極８４とを信号処
理回路部８５に接続する。これによりダイアフラムが構
成される。

【００１２】台座ガラス板９１は、パイレックス・ガラ
ス等のガラス板で作られ、ダイアフラムの上部電極８３
と補正電極８４とに向い合う領域に下部電極９２と補正
電極９３とこれらの電極９２，９３を信号処理回路部８
５に接続するための配線９４とが設けられる。また、台
座ガラス板９１の下面から下部電極９２を貫通する通気
孔９５と台座ガラス板９１の下面から信号処理回路部８
５に達する孔９６とが設けられている。

【００１３】台座ガラス板９１の上にダイアフラムを置
き、下部電極９２と上部電極８３とを位置合わせして、
陽極接合法で接合する。この接合により、下部電極９２
と上部電極８３とはコンデンサを形成し、下部電極９２
は配線９４により信号処理回路部８５に接続される。孔
９６に信号線９８を挿入し、導電性接着剤９７で固着し
て信号線９８を信号処理回路部８５に接続して外部に引
き出す。ダイアフラムの薄肉部８２と台座ガラス板９１
の間に空洞８６が形成される。この空洞８６は通気孔９
５とつながっている。この圧力センサは、薄肉部８２の
両側が開放されているから、相対圧力を測定する相対用
圧力センサとなる。

【００１４】図９は静電容量型圧力センサにおける上部
電極と下部電極との間隙と圧力−容量特性との関係を示
す相関図である。

【００１５】静電容量型圧力センサにおいて、圧力が高
くなるとダイアフラムの薄肉部が撓み、上部電極と下部
電極との間隙ｄが狭くなり、上部電極と下部電極とで構
成するコンデンサの容量は間隙ｄに反比例して増大す
る。今、上部電極と下部電極との間隙がｄ₁の圧力セン
サの圧力−容量特性が線１０１で表されるものとする
と、ｄ₁より小さい間隙ｄ₂（ｄ₂＜ｄ₁）の圧力セン
サの圧力−容量特性は線１０２で表され、ｄ₁より大き
い間隙ｄ₃（ｄ₃＞ｄ₁）の圧力センサの圧力−容量特
性は線１０３で表される。従って、静電容量型圧力セン
サにおいては上部電極と下部電極との間隙ｄを設計値通
りに確保することが重要である。

【００１６】図１０は静電容量型圧力センサにおける薄
肉部の厚さと圧力−容量特性との関係を示す相関図であ
る。

【００１７】静電容量型圧力センサにおいて、同じ圧力
に対して、ダイアフラムの薄肉部の厚さが薄くなる程薄
肉部は撓み易くなるから、上部電極と下部電極との間隔
は狭くなり易く、上部電極と下部電極とが作るコンデン
サの容量は大きくなり易い。図１０において、線１０４
は薄肉部の厚さが薄い場合、線１０５は薄肉部の厚さが
厚い場合の圧力−容量特性を示す。圧力が大きくなれば
なる程、薄肉部の厚さが薄いものと厚いものとの容量の
差が大きくなっていく。従って、圧力−容量特性のばら
つきを小さくするためには、薄肉部の厚さのばらつきを
小さくすることが必要である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の圧
力センサにおいて、上部電極と下部電極との間隔は、シ
リコン基板のエッチング、ガラス板のエッチング、また
はシリコン基板とガラス板の両方のエッチングで形成さ
れており、また、ダイアフラムの薄肉部もシリコン基板
のエッチングで形成されていた。上部電極と下部電極と
の間隔および薄肉部の厚さを設定するためのエッチング
は、エッチング液の組成と温度とエッチング時間で制御
されていた。しかしながら、エッチングによる場合、上
部電極と下部電極との間隙が１〜２μｍ程度であると
き、±０．４μｍ程度のばらつきがあり、薄肉部の厚さ
が１０〜２０μｍ程度であるとき、±０．３μｍ程度の
ばらつきがあり、ばらつきをこれ以下に抑えることは甚
だ難しかった。このため、圧力センサの感度を狭いばら
つきの範囲内に収めることが非常に難しく、ばらつきを
狭い範囲内に収めようとすると歩留りが悪くなり、コス
トが高くなるという問題があった。

【００１９】本発明の目的は、上部電極と下部電極との
間隔およびダイアフラムの薄肉部の厚さを狭いばらつき
の範囲内に揃えることが容易で、センサの感度を狭いば
らつきの範囲内に収めることが容易な構造を有し、感度
が揃った製品を歩留り良く安定に製造できる静電容量型
圧力センサとその製造方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の静電容量型圧力
センサは、一導電型単結晶のシリコン基板の上面に設け
られた反対導電型の下部電極と、この下部電極に達する
まで前記シリコン基板を下面から選択除去して形成され
る薄肉部とこの薄肉部の中に形成される厚肉部とを有す
るダイアフラムと、一導電型単結晶のシリコン板の下面
に設けられた反対導電型の上部電極と、この上部電極に
達するまで前記シリコン板を上面から選択除去して形成
される電極取出し部とを有し、前記下部電極に対して前
記上部電極が間隔をおいて対向するように前記シリコン
基板の上面に取付けられた上部電極板と、前記ダイアフ
ラムと前記上部電極板との間に配置され、前記上部電極
と前記薄肉部との間に空洞を形成すると共に前記上部電
極と前記下部電極との間の間隔を保持する絶縁膜と、前
記ダイアフラムの下面に設けられ、前記薄肉部との間に
空洞を形成し、この空洞に通じる通気孔を有する台座ガ
ラス板とを備えたことを特徴とする。

【００２１】本発明は、前記薄肉部が前記反対導電型の
下部電極の一部で構成されていることを特徴とする。

【００２２】本発明は、前記下部電極の電極取出し部が
前記シリコン基板の下面から前記下部電極に達する凹部
に形成されていることを特徴とする。

【００２３】本発明は、前記下部電極の電極取出し部が
前記シリコン板の上面から前記下部電極に達する凹部に
形成されていることを特徴とする。

【００２４】本発明は、前記上部電極板が前記シリコン
板を上面から前記上部電極の一部を貫通して前記空洞に
達する孔を有することを特徴とする。

【００２５】本発明は、前記上部電極と下部電極とによ
り検出された容量値から圧力値を求める信号処理回路部
が前記上部電極板に一体化形成されていることを特徴と
する。

【００２６】本発明の静電容量型圧力センサの製造方法
は、（Ａ）一導電型で単結晶のシリコン基板１の上面に
反対導電型の下部電極を形成する下部電極形成工程、
（Ｂ）一導電型単結晶のシリコン板の下面に反対導電型
の上部電極を形成する上部電極板形成工程、（Ｃ）前記
シリコン基板の下部電極と前記シリコン板の上部電極上
面または前記シリコン板の下面に所定の厚さの絶縁膜を
形成する絶縁膜形成工程、（Ｄ）前記下部電極と前記上
部電極とが向い合うように位置合わせして前記シリコン
基板と前記シリコン板とを貼合わせる貼合わせ工程、
（Ｅ）前記シリコン基板を下面から前記下部電極に達す
るまで選択除去して薄肉部を形成してダイアフラムを形
成すると同時に、前記シリコン板を上面から選択除去し
て前記上部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹部
を形成するエッチング工程、（Ｆ）ガラス板を選択エッ
チングして通気孔を形成する台座ガラス板形成工程、
（Ｇ）前記台座ガラス板の通気孔が前記ダイアフラムの
厚肉部に向かい合うように位置合わせして前記台座ガラ
ス板の上面に前記ダイアフラムを重ねて貼合わせる貼合
わせ工程、を備えたことを特徴とする。

【００２７】本発明は、前記エッチング工程が前記薄肉
部に向かい合う上部電極の一部を貫通して前記絶縁膜に
達する孔を形成するエッチングを含むことを特徴とす
る。

【００２８】本発明は、前記孔を通して前記絶縁膜を選
択除去して前記薄肉部と前記上部電極との間に空洞を形
成することを特徴とする。

【００２９】本発明は、前記絶縁膜を前記薄肉部を除く
領域に選択的に形成することを特徴とする。

【００３０】本発明は、前記エッチング工程が前記シリ
コン基板を下面から前記下部電極に達するまで選択除去
して前記下部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹
部を形成するエッチングを含むことを特徴とする。

【００３１】本発明は、前記エッチング工程が前記シリ
コン板を上面から前記下部電極に達するまで選択除去し
て前記下部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹部
を形成するエッチングを含むことを特徴とする。

【００３２】

【作用】本発明では、上部電極と下部電極との間隔は絶
縁膜の厚さで決められる。絶縁膜にＳｉＯ₂膜等を用い
ると、厚さ１〜２μｍの絶縁膜に対して±０．０１μｍ
以下の精度で所望の厚さに制御でき、従って、この精度
で電極間間隔を制御することができ、圧力−容量特性の
ばらつきを小さくすることができる。また、本発明で
は、下部電極を高不純物領域で形成してエッチ・ストッ
パとして用い、下部電極まで選択除去することで薄肉部
を形成するようにしたので、エッチングの過不足が防
げ、薄肉部の厚さが高精度で制御でき、圧力−容量特性
のばらつきを小さくすることができる。

【００３３】本発明では、高精度で厚さ制御できる不純
物領域を下部電極とし、この下部電極の一部が薄肉部と
なるようにしたので、薄肉部の厚さが高精度で制御で
き、圧力−容量特性のばらつきを小さくすることができ
る。

【００３４】下部電極の電極取出し部を形成する凹部を
シリコン基板の下面側に設けると、薄肉部形成時のエッ
チングと同時にでき、製造工程の短縮が図れる。

【００３５】下部電極の電極取出し部をシリコン板の上
面側に設けると、組立や印刷配線基板への取付時の配線
が容易になる。

【００３６】二つの圧力の差圧を測定する相対圧測定圧
力センサを得たいときは、上部電極と下部電極との間の
空洞に通じる孔を上部電極板に形成する。

【００３７】信号処理回路部を上部電極板に一体化形成
すると、素子面積を縮小でき、小型化が図れると共にコ
ストダウンが図れる。

【００３８】本発明の圧力センサの製造方法において
は、上部電極と下部電極との間隔は絶縁膜の厚さで決
め、薄肉部の厚さは上部電極の厚さで決めるようにして
いる。そして、薄肉部の厚さの設定は、高濃度不純物領
域が低濃度不純物領域よりもエッチング速度が極度に遅
いことを利用して高濃度不純物領域をエッチ・ストッパ
として用いている。このため、先ずシリコン基板に高濃
度不純物濃度の下部電極を設け、シリコン基板かシリコ
ン板のいずれか一方に絶縁膜を形成して、シリコン基板
とシリコン板を貼り合わせ、エッチングする。それ故、
高精度で上部電極と下部電極との間隔と薄肉部の厚さを
制御することができる。

【００３９】薄肉部が圧力を感知して動くためには、薄
肉部の両側に空間が必要である。絶縁膜がシリコン基板
またはシリコン板の全面に形成されて貼り合わされてい
るときは、薄肉部に接している絶縁膜をエッチングで除
去する必要がある。そのため、エッチング液を導入する
ための孔を形成する。

【００４０】この孔を通してエッチング液を導入して絶
縁膜を選択除去して薄肉部と上部電極との間に空洞を形
成する。

【００４１】薄肉部に接している絶縁膜を予め選択除去
してからシリコン基板とシリコン板を貼り合わせると、
エッチングする必要がなく、作業が容易になる。

【００４２】下部電極取出し用の凹部をシリコン基板の
下面に形成するときは、薄肉部形成のエッチングのとき
に同時に形成すれば、エッチングが一工程で済み、工程
節減になる。

【００４３】下部電極取出し用の凹部をシリコン基板の
上面に形成するときは、シリコン板を上面から下部電極
に達するまでエッチングして形成する。

【００４４】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例の断面図であ
る。

【００４５】シリコン基板１は、結晶方位が〔１００〕
である主面を有するＮ型の単結晶のシリコンから成る。
このシリコン基板１の表面にＰ型の不純物を１×１０²⁰
ｃｍ ^-3以上の高濃度に拡散して高伝導度の下部電極２を
形成する。シリコン基板１を選択エッチングして薄肉部
５と厚肉部６と凹部７を形成する。薄肉部５は、下部電
極２の一部で構成され、下部電極２とほぼ同じ厚さを有
する。厚肉部６の厚さは、薄肉部５の厚さの３〜１０倍
程度にする。凹部７に電極取出し部８を設ける。これに
よりダイアフラムが構成される。

【００４６】シリコン板１１は、結晶方位が〔１００〕
である主面を有するＮ型の単結晶のシリコンから成る。
このシリコン板１１の表面にＰ型の不純物を１×１０²⁰
ｃｍ ^-3以上の高濃度に拡散して高伝導度の上部電極１２
を形成する。シリコン板１１を選択除去して凹部１５
ａ，１５ｂを形成する。凹部１５ａに孔１６を設け、凹
部１５ｂに電極取出し部１８を設ける。これにより上部
電極板が構成される。

【００４７】シリコン基板１とシリコン板１１とは、上
部電極１２と薄肉部５とが向かい合うように位置合わせ
され、厚さ１〜２μｍの絶縁膜１３を間に挟んで接合さ
れる。絶縁膜１３は上部電極１２と薄肉部５との間に空
洞１７を形成すると共に上部電極１２と下部電極２との
間隔を保持する。空洞１７は、薄肉部５を完全に包含す
ることが必要である。絶縁膜１３として熱酸化で形成し
たＳｉＯ₂膜が最も適するが、ＣＶＤ（化学的気相堆
積）法で形成したＳｉＯ₂膜、リン珪酸ガラス、ホウ珪
酸ガラス、リンホウ珪酸ガラス等を用いることができ
る。

【００４８】台座ガラス板２１は、表面に配線２２を有
し、ダイアフラムに気体を送って圧力を印加できる場所
に通気孔２３が形成されている。台座ガラス板２１は、
陽極接合法等でシリコン基板１に位置合わせして接合さ
れる。この接合により台座ガラス板２１とシリコン基板
１のダイアフラムとの間に空洞２４が形成され、通気孔
２３は空洞２４に通じ、同時にシリコン基板１の電極取
出し部８と配線２２とが接続される。配線２２に金属線
９を接続する。電極取出し部１８に金属線１９を接続す
る。

【００４９】図９で説明したように、上部電極１２と下
部電極２との間隔は圧力センサの圧力−容量特性に直接
関係する。本発明では、この間隔を高精度で厚さ制御で
きるＳｉＯ₂膜等の絶縁膜１３で定めるようにしたの
で、この間隔を高精度で制御することができ、圧力−容
量特性のばらつきを小さくすることができる。

【００５０】図１０で説明したように、薄肉部５の厚さ
は圧力−容量特性に直接関係する。本発明では、高濃度
不純物領域が低濃度不純物領域よりもエッチング速度が
極度に遅いことを利用して、下部電極２を高濃度不純物
領域にしてエッチ・ストッパとして用い、薄肉部５の厚
さが下部電極２の厚さとなるようにした。不純物領域の
深さ（厚さ）は、高精度で制御できるので薄肉部５の厚
さを高精度で制御することができ、圧力−容量特性のば
らつきを小さくすることができる。

【００５１】上記第１の実施例では、空洞１７に通じる
孔１６を設けたが、空洞１７を密封空間にして絶対圧力
を測定する絶対圧力測定用圧力センサを得たいときは孔
１６を形成する必要はない。これに伴って凹部１５ａも
不要となる。

【００５２】図２は図１の圧力センサの製造方法を説明
するための工程順に示した断面図である。

【００５３】まず、図２（ａ）に示すように、結晶方位
が〔１００〕である主面を有する単結晶でＮ型のシリコ
ン板１１の裏面（下面）にホウ素を熱拡散またはイオン
注入してＰ型領域を形成し、上部電極１２とする。上部
電極１２の中央部にホウ素を拡散しないほぼ円形の小領
域１２ａを設けておく。これは、後で空洞１７を形成す
るときのエッチング液の導入口を形成するためである。
上部電極１２は、電気抵抗を低くするためと、後述のエ
ッチ・ストッパとしての作用をさせるため、不純物濃度
を１×１０²⁰ｃｍ^-3以上にする。ホウ素の熱拡散は、例
えばＢＣｌ₃またはＢＢｒ₃を用いる気相拡散法、ＢＮ
を用いる固相拡散法等で行われる。イオン注入は、例え
ばＢＦ₂ ⁺を用いる方法等で行われる。シリコン板１１
の下面に絶縁膜１３として、熱酸化により厚さ１〜２μ
ｍのＳｉＯ₂膜を形成する。図９で説明したように、絶
縁膜１３の厚さは、下部電極２と上部電極１２との間隙
を決め、圧力−容量特性を定めるものであるから、非常
に重要である。ＳｉＯ₂膜は、熱酸化法で形成する時は
相当正確に厚さ制御ができ、±０．０１μｍ以下の精度
で所望の厚さにすることができる。熱酸化法の代わりに
ＣＶＤ（化学的気相堆積）法で形成することもでき、ま
た絶縁膜１３は、ＳｉＯ₂膜に限定されず、リン珪酸ガ
ラス、ホウ珪酸ガラス、リンホウ珪酸ガラス等のガラス
を用いることができる。さらに、絶縁膜１３は、シリコ
ン基板１の表面に設けても良い。

【００５４】次に、図２（ｂ）に示すように、結晶方位
が〔１００〕である主面を有する単結晶でＮ型のシリコ
ン基板１の表面（上面）にＰ型領域を形成して下部電極
２とする。下部電極２も上部電極１２と同じ理由によ
り、不純物濃度を１×１０²⁰ｃｍ^-3以上にする。下部電
極２の厚さは、後で形成される薄肉部５の厚さと同じに
する。図１０で説明したように、薄肉部５の厚さは、圧
力−容量特性を定めるもので非常に重要である。薄肉部
５の厚さは、下部電極２の厚さで決められ、下部電極２
の厚さは、拡散の深さで決められるが、拡散の深さは高
精度で制御できるので、薄肉部５の厚さを高精度で制御
できることになる。

【００５５】次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン
基板１の上にシリコン板１１を置いて位置合わせして、
陽極接合法でシリコン基板１とシリコン板１１とを気密
に貼り合わせる。

【００５６】次に、図２（ｄ）に示すように、シリコン
基板１とシリコン板１１にマスクとしてＳｉＯ₂膜３，
１４を選択形成し、エッチングして凹部４，７，１５
ａ，１５ｂを形成する。凹部４，７，１５ａ，１５ｂの
深さは、厚肉部６と薄肉部５との厚さの差をシリコン基
板１の厚さから引いた値にする。ＳｉＯ₂膜をマスクと
するとき、エッチング液にはＴＭＡＨ（テトラメチルア
ンモニウムハイドロオキサイド、（ＣＨ₃）₄ＮＯＨ）
またはヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）が適当である。これらの
エッチング液はＳｉＯ₂を余りエッチングしないからで
ある。

【００５７】次に、図２（ｅ）に示すように、厚肉部６
となる部分のＳｉＯ₂膜３ａのみを除去し、下部電極２
と上部電極１２の一部の表面が露出するまでエッチング
して凹部４，７，１５ａ，１５ｂの深さを深くして薄肉
部５と厚肉部６を形成する。厚肉部６の厚さは、薄肉部
５の厚さの３〜１０倍程度にする。このエッチングは、
高濃度不純物領域が低濃度不純物領域よりもエッチング
速度が極度に遅いことを利用しており、高濃度不純物領
域の下部電極２と上部電極１２はエッチ・ストッパとな
っている。それ故、正確に下部電極２と上部電極１２の
表面を露出させることができる。先に小領域１２ａを設
けておいたのは、このエッチングで小領域１２ａがエッ
チされて孔１６が形成され、絶縁膜１３が露出するよう
にするためである。これによりダイアフラムが形成され
る。

【００５８】次に、図２（ｆ）に示すように、孔１６か
らエッチング液を導入して絶縁膜１３をエッチングして
空洞１７を形成する。絶縁膜１３がＳｉＯ₂である場
合、エッチング液にはフッ化水素酸が適当である。空洞
１７の横方向広がりは、図３に示すように、薄肉部５を
完全に包含する円Ｒ₁より大きく、一つの圧力センサの
チップより小さい円Ｒ₂の間の範囲Ｒ₁₂にあるようにす
る。円Ｒ₂は空洞１７の許容値を決めるものであるが、
余り厳密でなくてよく、シリコン基板１とシリコン板１
１との接合を維持できる所まで許容される。ＳｉＯ₂膜
のエッチングでは、シリコン基板１とシリコン板１１の
側面からエッチング液が侵入し易いので、これを避けた
い場合には、図４に示すように、シリコン基板１とシリ
コン板１１の側面に多結晶シリコン膜２５を設けて保護
するとよい。凹部７，１５ｂに露出している下部電極２
と上部電極１２の表面に電極取出し部８，１８をアルミ
ニウム等の金属で形成する。

【００５９】次に、図２（ｇ）に示すように、台座ガラ
ス板２１の上面に配線２２を形成し、次にホトリソグラ
フィ技術を用いて通気孔２３をあける。台座ガラス板２
１には種々の材質のものを使用することができるが、パ
イレックス・ガラス等が適当である。

【００６０】次に、図１に示すように、台座ガラス板２
１の上面にシリコン基板１のダイアフラムを置き、陽極
接合法で接合する。この接合により台座ガラス板２１と
ダイアフラムとの間に空洞２４が形成される。台座ガラ
ス板２１とのダイアフラムとを接合するとき、通気孔２
３が空洞２４に通じ、かつ配線２２と電極取出し部８と
が電気的に接続するように位置合わせしておく。次に、
個々のチップに切り離し、さらに金属線取付け部の上の
シリコン基板１とシリコン板１１を切り離し、パッケー
ジに納めた後、金属線９，１９を取付けて圧力センサを
完成させる。

【００６１】上記の空洞１７は、シリコン基板１とシリ
コン板１１とを接合した後、孔１６から絶縁膜１３エッ
チングして形成したが、シリコン基板１の上面に絶縁膜
を設けた後、薄肉部５となる領域の絶縁膜をエッチング
除去してからシリコン基板１とシリコン板１１とを接合
するようにすることもできる。この方法は、孔１６を設
けず、空洞１７を密封空間にして絶対圧力を測定する絶
対圧力測定用圧力センサの製造には特に有効である。絶
対圧力測定用圧力センサを製造する場合には、図２
（ａ）に示した小領域１２ａ、図２（ｄ）と図２（ｅ）
に示した凹部１５ａ、図２（ｆ）に示した孔１６を形成
する必要はない。

【００６２】図５は本発明の第２の実施例の断面図であ
る。

【００６３】第２の実施例においては、凹部７をシリコ
ン板１１に形成して、下部電極２の電極取出し部８をシ
リコン板１１側に設け、そこに金属線９を取付けてい
る。これが可能なように、下部電極２を第１の実施例よ
りも長く伸ばしている。このようにすると、金属線９と
１９とを略同じ高さの位置から取り出すことができ、パ
ッケージング後の金属線ボンディングが容易になるとい
う利点が得られる。それ以外は第１の実施例と同じであ
る。

【００６４】第１の実施例と同様に、空洞１７を密封空
間にして絶対圧力を測定する絶対圧力測定用圧力センサ
を製造する場合は、孔１６を形成する必要はない。これ
に伴って凹部１５ａも不要となる。

【００６５】図６は本発明の第３の実施例の断面図であ
る。

【００６６】第３の実施例は、シリコン板１１に容量−
周波数変換回路または容量−圧力変換回路等の信号処理
回路部を作り込んだ例である。図６で拡散層２６、金属
線２７は信号処理回路部の一部を示している。このよう
に、同一シリコン板に圧力センサと信号処理回路部とを
作り込めば、集積度が上がり、チップの小型化が図れ
る。それ以外は第１の実施例と同じである。

【００６７】第１の実施例と同様に、空洞１７を密封空
間にして絶対圧力を測定する絶対圧力測定用圧力センサ
を製造する場合は、孔１６と凹部１５ａとは不要であ
る。

【００６８】上記第１〜第３の実施例は、いずれもダイ
アフラムの両側から別々の圧力を印加してその差を測定
する相対圧測定圧力センサであったが、いずれか一方の
通気孔を塞げば絶対圧測定圧力センサとなるので、本発
明は絶対圧測定圧力センサにも適用できることは明らか
である。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、上部
電極と下部電極との間隔を高精度で厚さ制御できるＳｉ
Ｏ₂膜等の絶縁膜で決めるようにしたので、この間隔を
高精度で制御することができ、圧力−容量特性のばらつ
きの少ない圧力センサを高い歩留りで製造することがで
きる。

【００７０】また、本発明では、高精度で厚さ制御でき
る不純物領域を下部電極とし、この下部電極の一部が薄
肉部となるようにしたので、薄肉部の厚さが高精度で制
御でき、圧力−容量特性のばらつきの少ない圧力センサ
を高い歩留りで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の断面図である。

【図２】図１の圧力センサの製造方法を説明するための
工程順に示した断面図である。

【図３】図１の空洞の許容範囲を説明するための下面図
である。

【図４】ＳｉＯ₂膜の側面エッチングを防ぐ手段を説明
する断面図である。

【図５】本発明の第２の実施例の断面図である。

【図６】本発明の第３の実施例の断面図である。

【図７】従来の静電容量型圧力センサの第１の例の断面
図である。

【図８】従来の静電容量型圧力センサの第２の例の断面
図である。

【図９】静電容量型圧力センサにおける上部電極と下部
電極との間隙と圧力−容量特性との関係を示す相関図で
ある。

【図１０】静電容量型圧力センサにおける薄肉部の厚さ
と圧力−容量特性との関係を示す相関図である。

【符号の説明】

１シリコン基板２下部電極５薄肉部６厚肉部８電極取出し部９金属線１１シリコン板１２上部電極１３絶縁膜１７空洞１８電極取出し部２１台座ガラス板２２配線２３通気孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一導電型単結晶のシリコン基板の上面に
設けられた反対導電型の下部電極と、この下部電極に達
するまで前記シリコン基板を下面から選択除去して形成
される薄肉部とこの薄肉部の中に形成される厚肉部とを
有するダイアフラムと、一導電型単結晶のシリコン板の下面に設けられた反対導
電型の上部電極と、この上部電極に達するまで前記シリ
コン板を上面から選択除去して形成される電極取出し部
とを有し、前記下部電極に対して前記上部電極が間隔を
おいて対向するように前記シリコン基板の上面に取付け
られた上部電極板と、前記ダイアフラムと前記上部電極板との間に配置され、
前記上部電極と前記薄肉部との間に空洞を形成すると共
に前記上部電極と前記下部電極との間の間隔を保持する
絶縁膜と、前記ダイアフラムの下面に設けられ、前記薄肉部との間
に空洞を形成し、この空洞に通じる通気孔を有する台座
ガラス板とを備えたことを特徴とする静電容量型圧力セ
ンサ。
【請求項２】前記薄肉部が前記反対導電型の下部電極
の一部で構成されていることを特徴とする請求項１記載
の静電容量型圧力センサ。
【請求項３】前記下部電極の電極取出し部が前記シリ
コン基板の下面から前記下部電極に達する凹部に形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の静電容量型圧
力センサ。
【請求項４】前記下部電極の電極取出し部が前記シリ
コン板の上面から前記下部電極に達する凹部に形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の静電容量型圧力
センサ。
【請求項５】前記上部電極板が前記シリコン板を上面
から前記上部電極の一部を貫通して前記空洞に達する孔
を有することを特徴とする請求項１記載の静電容量型圧
力センサ。
【請求項６】前記上部電極と下部電極とにより検出さ
れた容量値から圧力値を求める信号処理回路部が前記上
部電極板に一体化形成されていることを特徴とする請求
項１記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項７】（Ａ）一導電型で単結晶のシリコン基板
の上面に反対導電型の下部電極を形成する下部電極形成
工程、（Ｂ）一導電型単結晶のシリコン板の下面に反対導電型
の上部電極を形成する上部電極板形成工程、（Ｃ）前記シリコン基板の上面または前記シリコン板の
下面に所定の厚さの絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程、（Ｄ）前記下部電極と前記上部電極とが向い合うように
位置合わせして前記シリコン基板と前記シリコン板とを
貼合わせる貼合わせ工程、（Ｅ）前記シリコン基板を下面から前記下部電極に達す
るまで選択除去して薄肉部とこの薄肉部の中に厚肉部を
形成してダイアフラムを形成すると同時に、前記シリコ
ン板を上面から選択除去して前記上部電極の一部を露出
させて電極取出し用の凹部を形成するエッチング工程、（Ｆ）ガラス板を選択エッチングして通気孔を形成する
台座ガラス板形成工程、（Ｇ）前記台座ガラス板の通気孔が前記ダイアフラムの
薄肉部に向かい合うように位置合わせして前記台座ガラ
ス板の上面に前記ダイアフラムを重ねて貼合わせる貼合
わせ工程、を備えたことを特徴とする静電容量型圧力セ
ンサの製造方法。
【請求項８】前記エッチング工程が前記薄肉部に向か
い合う上部電極の一部を貫通して前記絶縁膜に達する孔
を形成するエッチングを含むことを特徴とする請求項７
記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項９】前記孔を通して前記絶縁膜を選択除去し
て前記薄肉部と前記上部電極との間に空洞を形成するこ
とを特徴とする請求項８記載の静電容量型圧力センサの
製造方法。
【請求項１０】前記絶縁膜を前記薄肉部を除く領域に
選択的に形成することを特徴とする請求項７記載の静電
容量型圧力センサの製造方法。
【請求項１１】前記エッチング工程が前記シリコン基
板を下面から前記下部電極に達するまで選択除去して前
記下部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹部を形
成するエッチングを含むことを特徴とする請求項７記載
の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項１２】前記エッチング工程が前記シリコン板
を上面から前記下部電極に達するまで選択除去して前記
下部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹部を形成
するエッチングを含むことを特徴とする請求項７記載の
静電容量型圧力センサの製造方法。