JPH10509241A - 容量型絶対圧センサおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 容量型絶対圧センサ（１０）は、上面に電極（２４）を堆積形成した基板（１４）と、基板（１４）の上に配設されたダイヤフラム組立体（１２）とを含む。圧力が増加すると、ダイヤフラム（１６）が歪曲し、電極（２４）に接触し（接触モード）、センサ（１０）の静電容量が変化する。変化した静電容量を検出することにより圧力変化を検出する。ダイヤフラム（１６）下方のチャンバ（３４）内の静電容量の変化を検出するために埋め込みフィードスルーが使用され、これにより検出した圧力が測定される。チャンバ（３４）内の真空は、検出電極と絶縁層（３２）の厚さを適切に選択し、それらを熱サイクルに晒し、そしてダイヤフラム組立体（１２）を基板（１４）に気密接合することによって維持される。

Description

【発明の詳細な説明】 容量型絶対圧センサおよび方法 発明の背景 本発明は、工業的アプリケーションにおいて圧力を検出するためのデバイスに 関するものである。特に、本発明は、良好な安定性を有し、電力消費が少なく、 構造が頑丈で、過圧力に対する保護範囲が広く、そしてゼロ抑制（zero suppres sion）を使用することによって良好な直線性と感度の向上が達成できる容量型絶 対圧センサに関するものである。 本発明は、特に容量型絶対圧センサの技術に関するもので、したがって容量型 絶対圧センサを参照して本発明を記載するが、本発明は他の分野においても有用 であり、加速度計、力センサ、およびダイヤフラム型アクチュエータ等に適用で きるものであることは理解されるてあろう。 本発明は、接触モードで動作させることが好ましい。接触モードのセンサは、 例えば、ディング（Ding）らの接触モード・シリコン容量型圧力センサ（Touch Mode Silicon Capacitive Pressure Sensors） （１９９０年ＡＳＭＥ冬季年次集 会（Winter Annual Meeting）、１９９０年１１月２５日）に記載されている。 簡単に述べると、接触モードセンサについて以下のように記載されている。例 えば、ある形式のダイヤフラムを使用した容量型圧力センサは、接触モードであ るか否かに関わらず、ダイヤフラムに圧力が加えられた時、ダイヤフラムが歪曲 する。この歪曲によりダイヤフラムの下側にある空隙が必ず変化する。空隙が変 化すると容量が変化し、この容量変化が検出されて圧力の測定値が決定される。 接触モードでは、ダイヤフラムが歪曲すると、その下にある表面に実際に接触す る。接触面積は容量変化の大きさを決定する。 しかし、その開示されたセンサは、真空の封止された間隙、または埋め込み電 極構造を使用してダイヤフラム下方の領域への接続を行って、検出動作を便利に するための電気的なフィードスルーを達成するといった、本発明の有用な特徴を 備えていない。さらに、その開示されたセンサは、安定性およびヒステリシスの 面で問題があったが、本発明ではこれらの問題が解決されている。 さらに、ザニニ・フィッシャー（Zanini-Fisher）らに許可された米国特許第 ５，２６４，０７５号には、シリコン／ガラス容量型絶対圧センサの製造方法が 開示されている。しかし、この開示された製造方法は極めて複雑で、センサの構 造的に特異なものとなる。 一般的に、従来の容量型絶対圧センサは約−５０℃〜１００℃の限られた温度 範囲で動作する。また、公知のセンサには、指定された動作温度および圧力、な らびにより高い（動作値に非常に多い倍数を掛けた）製造時の温度および圧力の 両方に耐えるものはない。例えば、センサのタイヤへの埋め込み成形は、従来の センサが上記の要求基準を満たすことができない環境の一例である。また、低コ ストまたは中程度のコストの市販のデバイスの殆どは、現場（field）において 時間の経過とともに基線（base line）がドリフトする問題がある。このため、 典型的には、較正を行わないと、精度は現場において約１年の間に±１％よりも 悪くなる。本発明の設計は、これらの工業的アプリケーションでの問題を解決で きる。 容量型絶対圧センサの最も困難な問題の一つは、気密シールされた基準キャビ ティから、検出のために接近し易い領域への電気的なフィードスルーの設計と製 造である。したがって、センサの製造およびパッケージングにおいて、電気的フ ィードスルーについての低コストで、信頼性が高く、ウェーハレベルでの製造技 術が益々重要になっている。 幾つかの電気的フィードスルー構造が開発されている。その一つは、ＰＮ接合 フィードスルーを使用した真空シールである。この技術では、上側のセンサ／ダ イヤフラム構造を形成するためにＮ型シリコンが使用される。上側電極はＰ＋シ リコンダイヤフラムである。しかし、下側電極は、ガラス基板ウェーハ上の二つ の分離した金属パターンによって形成されている。拡散されたＰ⁺フィードスル ーがＮ型シリコン上に形成され、アノード（静電）ボンディングプロセスの間に 二つの部分を接合するために用いられる。したがって、ウェーハレベルのプロセ スに基づくこの技術により複数のフィードスルーを有する気密シールされたキャ ビティーを製造できる。 しかし、このフィードスルー構造は、Ｐ−Ｎ接合に関連した問題がある。接合 部の保護が不適切であると、接合ノイズおよび逆漏れ電流によりセンサの性能が 悪化する。接合部の保護に加え、拡散によって引き起こされる表面段差を減少さ せるためにＰ⁺フィードスルーを形成するイオン注入が推奨される。このように 高性能の圧力センサを製造するのに必要な改良点は多すぎる。 他の技術も開発されたがこれらは不完全であり、製造上および／または動作上 の欠陥を有する。ある技術では、電気的フィードスルー用のチャンネルがシリコ ン分離壁中にエッチングによって形成される。静電（アノード）ボンディングに よってシリコンダイヤフラム組立体とガラス基板とを結合した後、基板電極を小 さいチャンネルを介してチャンバから外側のボンディングパッドまで引き出され る。容量型絶対圧センサのための気密シールされたキャビティーを得るために、 フィードスルーチャンネルの小さい穴が密封される。この目的のためのシール剤 としてはガラスフリットが使用される。 真空炉内において直接真空シールが行われる。チャンネルを密封するために適 切な組成のガラスフリットを塗布したデバイスを真空炉に入れ、ガラスフリット が溶ける決められた温度−時間曲線に従って加熱する。その後、炉を室温まで冷 却し、これにより電気的フィードスルーを密封する。 まだ不完全ではあるが、ウェーハレベルのプロセスで基準キャビティを密封す るためのアプローチは、チャンネルの開口全体にパイレックスガラスの薄膜をス パッタリングすることによる真空シールである。密封プロセスを容易にするため にシリコン中に１ミクロンの深さのチャンネルをエッチング形成する。チャンネ ル領域を除くデバイスの殆どの領域をブロックするためにシリコンマスクを形成 する。このマスクをデバイスウェーハと位置合わせし、一緒に固定する。この複 合ウェーハをスパッタリング装置に送る。３ミクロンのガラス膜、または他の形 式の絶縁膜をスパッタリングにより堆積させ、１ミクロンの深さのチャンネルを 密封する。 本発明は、上記の問題や他の問題を解決する新規で改善された容量型絶対圧セ ンサを意図するものである。 発明の概要 信頼性が高く、堅牢な容量型絶対圧センサが実現される。センサは、堆積形成 された電極を有する基板と、この基板に気密的に接合されたダイヤフラム組立体 とを含む。好ましくは、圧力の増加とともにダイヤフラムが歪曲し、電極に接触 し（接触モード動作）、ダイヤフラム下方の容量を変化させる。容量の変化を検 出して検出圧力を測定するために、埋め込みフィードスルー技術を使用して基板 上の電極をダイヤフラムの下側から効果的に引き出す。 本発明の他の様相では、ダイヤフラムの下側からセンサの接近可能部分へ電極 が延在するセンサの領域を密封するための気密シールがセンサに設けられる。 本発明の他の様相では、センサを形成する方法が、シリコンウェーハの第１側 面上の第１および第２間隙を、それらが分離壁によって分離されセンサチャンバ と電極チャンバを形成するようにエッチングすることを含む。その後、金属電極 を、ガラス、シリコンまたはその他の好適な材料からなる別の基板の上に堆積さ せ、その金属電極全体にわたってガラス層を堆積させる。ウェーハと別基板を接 合する。センサ上にダイヤフラムと検出領域を形成するためにウェーハの第１側 面と反対側の第２側面をエッチングする。電極は分離壁の下から電極チャンバに 延はされ、封止される。 本発明の他の様相では、密封工程が、電極とガラス層の厚さを好適に選択する ことを含む。 本発明の他の様相では、密封工程が、ガラス、シリコンまたはその他の好適な 材料からなる基板を熱サイクルに晒すことを含む。 本発明の他の様相では、センサは、製造、設置、および／または使用に関連す る厳しい環境に耐えるための堅牢なデザインに構成されている。 本発明の利点は、圧力の検出を簡単な構成で実現できることである。 本発明の別の利点は、堅牢な設計から安定性、高性能、および高信頼性が得ら れることである。 他の利点は、検出のための電極の便利なフィードスルーが、材料の適切な選択 と熱サイクルの選択によって達成されることである。 他の利点は、好適な接触モードでは、センサは好ましい直線的な特性を示し、 ゼロサプレッション、過負荷保護および高感度を有することである。 本発明の適用可能性の更なる範囲は、下記の詳細な説明から明らかになるであ ろう。しかし、詳細な説明および具体例は、本発明の好適な実施例を示すもので はあるが、本発明の精神と範囲内での種々の変化および変更は当業者には明らか になるものであり、それらの具体例は単なる例示に過ぎないことを理解しなけれ ばならない。 図面の説明 本発明は、デバイスの各種部位の組立、配列、組み合わせにあり、これにより 以下に詳述するようにして所期の目的を達成するものであり、具体的には請求の 範囲において述べられ、また添付図面に示されている。 図１は本発明の好適な実施例を示す組立図であり、 図２は図１のデバイスの平面図であり、 図３は図１のデバイスの断面図（図２おける３−３断面）であり、 図４は図２における４−４断面図であり、 図５は図２における５−５断面図であり、 図６は図１のデバイスの部分断面図で、シール不良をもたらす好ましくない間 隙を示し、 図７は図１のデバイスの部分断面図で、好ましいシール態様を示し、 図８（ａ）〜８（ｉ）は図１のデバイスを形成する好適な方法を示し、 図９は接触モードで動作している図１のデバイスの断面図であり、 図１０は図１のデバイスの圧力−電圧特性曲線である。 好適な実施例と方法の詳細な説明 本発明に係るシリコン容量型絶対圧センサは、良好な安定性、低電力消費、堅 牢な構造、大きな超過圧力耐性、および広い測定範囲、直線性と感度を向上させ るためにゼロ抑制を使用する特徴の組み込みといった利点を有する。本発明は、 各種の困難な環境下で広い測定範囲にわたって経時的に安定した動作を要求され る工業的アプリケーションやその他のアプリケーションのためのシリコン絶対圧 センサの設計、製造、パッケージングに関する。本センサは、ゼロ抑制の特徴を 使用し接触モードで動作させるのが好ましい。しかし、非接触モードでの動作も 可能である。本設計手法およびパッケージング技術により独自の性能を達成して いる。 本容量型絶対圧センサの性能データを以下にまとめて示す。 − 動作温度： −１５０℃〜２００℃ − 圧力範囲： １０^-4〜１０³ｐｓｉ（フルスケール）を測定できるように 設計可能 − 過負荷圧力： ２００％〜２００，０００％（フルスケール）または５０ ０ｐｓｉ − 製造圧力： 最大５００ｐｓｉ（数時間） − 製造温度： 最大３００℃（数時間） − 精度： フルスケールの±１．５％（５〜１０年の使用） − ヒステリシス： フルスケールの１％未満（５〜１０年の使用） − 電源： ３〜３０ボルト（５〜１５ミリワット）（ＣＰ−１０型静電容量 ／電圧インタフェース回路を使用） 図面は本発明の好適な実施例を説明するためのみを目的とするものであり、本 発明を限定するものではない。図１、図２は好適な実施例の全体を示す図である 。センサ１０は２つの主構成要素、つまり、シリコンダイヤフラム組立体１２お よびガラスまたはシリコン基板１４から成る。 組立体１２は好ましくは正方形または長方形で、Ｐ＋エッチストップ技術を用 いてボロンドープ型（Ｐ＋）シリコンで形成する（あるいはＰ−Ｎ接合エッチス トップ技術を用いてＮドープ型シリコンで形成する）。ダイヤフラム組立体１２ は、ダイヤフラム１６が配設された領域１５、開口１８を有する領域１７を有す る。これらの領域は比較的厚い分離壁２０と比較的厚いフレーム２２により形成 されている。 電極２６は基板１４上に形成されており、好ましくは３層の金属層、つまりク ロムから成る２つの外層と白金から成る１つの内層から成る（Ｃｒ−Ｐｔ−Ｃｒ ）。電極のクロム層はボンディングする上で有利であり、白金層は良好な導電性 をもたらす。電極２４はダイヤフラム１６との接触に使用し、開口１８の下に配 設された部位２８にほぼ配設されている。更に、後で図４、図５を参照して説明 するように、電極２４は基板１４に直接設置されているのではなく、基板上の 絶縁層上に設置されている。電極２６は部位２８と、ダイヤフラム１６と位置合 わせされた部位３０との間に延在している。 センサの実際の寸法は、圧力範囲やセンサが耐える必要のある最大温度・圧力 により変わる。例えば、動作圧力が約１００ｐｓｉ、最大圧力４００ｐｓｉ、最 高温度２５０℃のセンサの場合、ダイヤフラム１６の幅ｂは２５０ミクロン、ダ イヤフラム１６の長さａは７５０ミクロン、壁２０の厚さは５００ミクロン、壁 ２０の高さは３００ミクロンであり、この高さ３００ミクロンは、７５ｍｍシリ コンウェーハの厚みである。フレーム２２は壁２０の厚みと高さに適合する大き さとなっている。しかし、本発明の目的が達成される限り、適切であればいかな る寸法を用いても良いことは理解できるところである。 特に、上記の好ましい寸法から明白なように、壁２０とフレーム２２は厚肉で 堅牢な構造に製造されている。このような設計の利点は、こうすることによりセ ンサ１０が製造、設置および動作時の最大温度・圧力に耐えることである。本セ ンサは、特に、センサを自動車用タイヤに埋め込み成形したり、自動車用タイヤ の圧力を検出する場合のような比較的過酷な条件で使用できる。当業者には明ら かなように、本センサにより検出された静電容量（電圧）変化を監視するために 、本センサと併せて適切な電子技術が使用される。更に、電子技術を利用して、 遠隔地からそのような監視を行うこともできる。 図１および図２を引き続き参照し、図３について説明する。ダイヤフラム組立 体１２は静電的に基板１４に接合され、容量型圧力センサ１０を構成する。セン サ１０の静電容量はダイヤフラム１６（ａｘｂ）および電極２６の面積、ダイヤ フラム下の間隙（ｄ−ｄ_min）、および空気または真空の誘電率により決まる。 静電容量は以下のように表される。 なお、ｄｘｄｙ＝ｄＡ−ダイヤフラム上の基本面積 ε₀＝空気または真空の誘電率 ε_g＝ガラス（層３２）の誘電率 ｄ＝ダイヤフラムと基板間の距離 である。 したがって、接触領域（接触モード）では、 ｄ＝ｄ_min であり、 となり、 となる。 ギャップｄはシリコンエッチング（図８（ａ）〜図８（ｉ）を参照して後で説 明）により形成される。ｄ_minは電極２６上の絶縁層３２の所定厚さである。つ まり、ｄ_minは絶縁層の上面と基板との距離である。ｄ_minの変化、例えば図３に おいて電極を覆った絶縁層の曲線で表すような変化は無視できると考えられる。 好ましくはＰ⁺エッチ−ストッブ技術を用いてシリコンダイヤフラムが形成され る。この場合、ダイヤフラムの厚さｈは、正確に制御することのできるＰ⁺層の 厚みによって決まる。好ましくは、ｄ_minは全ての関連する領域において約０． ３−３．０ミクロンとする。しかし、本発明の利点が達成される限り、ｄ_minお よび他の全ての構成要素の寸法は適宜決めてよい。 密封真空チャンバ３４がダイヤフラム１６の下に形成される。電極２６は壁２ ０の下に延在し、電極２６のボンディングパッド３６（開口１８内に配設されて いる）を密封真空チャンバ３４内の電極２６に接続している。従って、ダイヤフ ラム１６上の圧力変化に起因するチャンバ３４の容量変化が有用に検出される。 図２、図４、図５は電極２４、２６の相対位置を示す。電極２６上には絶縁層 ３２が堆積されている。図４に示すように、電極２４が絶縁層３２上に配設され 、絶縁層３２が電極間に介在し両電極を相互に分離・層化している。更に図５に 示すように、電極２４は分離壁２０の下側で途中まで延在しており、チャンバ３ ４には達していない。これにより、チャンバ３４の真空状態を維持したままで、 電極２４は壁２０を介してダイヤフラム１６に接触する。 図３、図４から分かるように、電極２６は分離壁２０の下側をチャンバ３４か ら開口１８まで延在している。この構成ではチャンバ３４の真空状態を維持する のが困難となる。具体的には、当業者には明らかなように、例えば、電極２６の 縁部により、分離壁２０の下側の絶縁層内に小さな隆起または突部が形成される ため、間隙３８、４０が分離壁２０と絶縁層３２間に形成される（図６）。これ らの間隙３８、４０が存在するために、チャンバ３４の真空状態を確実に維持す るのが困難となる。この問題を解決するために、本実施例では、図７に示すよう に、電極２６の厚みと絶縁層３２の厚み、つまり、ｄ_minを注意深く選定してい る。また、絶縁層３２が間隙３８、４０に順応、あるいは間隙３８、４０に沿っ て変形して間隙３８、４０を封止するように、ボンディング処理および／または 熱処理が設計されている。好ましくは、壁２０の下に位置する領域において、電 極２６の厚さは約０．１〜０．３ミクロン、層３２の厚さは約０．３〜３．０ミ クロンである。従って、分離壁２０と絶縁層３２との界面および電極２６と絶縁 層３２との界面において真空シールが保持される。 埋め込みフィードスルーを有するセンサ１０の形成方法を図８（ａ）〜図８（ ｉ）に示す。同図に示すように、プロセスは、＜１００＞ｐ−型シリコンウェー ハ４２から始める（図８（ａ））。ＫＯＨ（または他の適切なエッチング液）を 用いてシリコンウェーハをエッチングしてウェーハ４２内に所望の間隙４４、４ ６を形成する（図８（ｂ））。次に、ボロン拡散を行ってＰ⁺層ダイヤフラムの 厚さｈを決定する（図８（ｃ））。 ウェーハ４２への静電ボンディング前にガラス基板１４を準備する。電極２６ をスパッタリングで形成し（図８（ｄ））、次に、スパッタリング処理した７７ ４０型ガラスまたは同等のガラス組成物から成る絶縁層３２の下に電極２６を埋 め込む（図８（ｅ））。これにより、ダイヤフラム１６がチャンバ３４の底に接 触したとき、電極２６をダイヤフラム１６から完全に絶縁する。次に、ボンディ ングパッド３６（図３）を覆っている絶縁層をマスクを用いてガラスをエッチン グすることにより取り除く。また、電極２４が結果的に層３２上にスパッタリン グで形成されウェーハ４２（ダイヤフラム１６）に接触する。 好ましくは、基板１４、電極２６および絶縁層３２の組体に対して熱サイクル を行う。先ず、層３２が電極２６周りで変形するように、この組体を５００℃〜 ５５０℃に約３０分間加熱する。次に、約３５０℃〜４００℃の温度を約３０分 間かける。これにより組体内のガラスが弛緩し一様になり、所望の温度係数が得 られる。次に、３５０℃〜４００℃でシリコンウェーハ４２を静電的にガラス基 板１４に接合する（図８（ｆ））。最後に、組体をゆっくりと約１時間かけて冷 却する。 次に、ＥＤＰ（またはＫＯＨまたは他の適切なエッチング液）を用いて、ウェ ーハ４２に対し深いシリコンエッチングを行いダイヤフラム１６と電極開口キャ ップ４８を形成する（図８（ｇ））。ダイシング後、電極キャップ４８を開口す る（図８（ｈ））。電極２６（電極パッド３６）への接続を行う前に、ボンディ ングパッド３６を覆うキャップ４８の下側の絶縁層が除去される（図８（ｉ）） 。 完成したデバイス１０に対し配線を行いパッケージングを行う。 この構成では、Ｐ型シリコン内に別のフィードスルーチャンネルが形成される ことはない。アノードボンディング領域の下側に位置する薄い金属フィードスル ー、つまり、電極２６がガラス基板１４上に形成される。シリコンダイヤフラム 組立体１２とのアノードボンディングの前に、パイレックスガラス薄膜から成る 絶縁層３２が、ガラス基板１４上、およびパッド３６の領域を除くガラス基板１ ４の電極領域上にスパッタリングにより形成される。この層３２はアノードボン ディング用中間層および接触モード動作用底面電極の絶縁層として使用される。 図８（ａ）〜図８（ｉ）のデバイス１０は、低コスト、ウェーハレベルでのシ ール、高性能など多くの利点を有する。また、次のような２工程ガラススパッタ リングプロセスを使用しても良く、これによりセンサ感度が向上する。第１の工 程でＳｉ（４２）をガラス（１４）に接合し、第２の工程でｄ_minを電極（２６ ）の上面に形成する。 容量型圧力センサ１０の好ましい動作モードは接触モードである。このモード で動作するセンサは、ある範囲に亘る圧力を監視する工業的アプリケーションで 用いられている従来の容量型センサよりも更に良好な性能を発揮する。適切に設 計・製作されれば、センサ１０は図９に示すように、ダイヤフラム１６が絶縁層 ３２を介して電極２６に接触した状態で動作する。接触面積の変化は印加圧力に 対して線形となる。この結果、静電容量は式［１］および式［２］で定義したよ うに変化し、また、接触モード領域においては圧力と共にほぼ直線的に変化する 。 典型的なセンサ特性を図１０に示す。この図には３つの動作領域が示されてい る。領域Ｉは非直線の非接触領域、つまり、ダイヤフラムと絶縁層は接触してい ない領域を示す。静電容量と圧力は典型的な非直線関係を示している。領域IIは 、センサ１０のダイヤフラム１６が電極２６の絶縁層３２に接触し始めたときの 過渡的特性を示している。曲線上に小さなこぶがあり、これは接触領域の静電容 量と非接触領域の静電容量とが合わさるためである。領域IIIにおいては、静電 容量と圧力の関係はほぼ直線的となっている。この特徴は基本的には圧力の増加 に伴って接触面積が増大するためである。この直線領域の動作にはこれまで知ら れていなかった重要な動作上の利点がある。 接触モードの圧力センサ１０の場合、接触点の位置を設計パラメータにより調 節することにより、測定すべき圧力範囲においてセンサが直線的動作をするよう にできる。これによりセンサの設計に大きな自由度を持たせることができ、プロ セスの僅かな変更だけで異なる用途に適用できる。例えば、乗用車用タイヤの測 定圧力範囲が約５０ｐｓｉで、トラック用タイヤの測定圧力範囲が約１００ｐｓ ｉであるとする。この場合、これらセンサを製造する上で変更する必要のあるの は、Ｐ＋拡散時間のみである。 本明細書で説明した発明は重要な利点を有する。第１に、厚さが０．１〜０． ３ミクロンで、厚さ０．３〜３．０ミクロンのガラス層３２で覆われ、所定の熱 サイクル処理された金属電極２６（好ましくはＣｒ−Ｐｔ−Ｃｒから成る）のフ ィードスルーは、真空チャンバ３４ための信頼性の高いシールを容易に達成し、 かつ検出のための電極への接近を可能にしている。 第２に、センサの構造が堅牢となっており、安定性が高く、高性能で、信頼性 が高い。特に、フレーム２２と壁２０の寸法は、センサの製造および使用におけ る過酷な環境に耐えるように決められている。 第３に、好ましい接触モードで動作している場合、ゼロ抑制を使用すると直線 的動作により性能が向上し、過負荷保護が組み込まれ、感度が大きく増大する。 直線性の程度は、ダイヤフラムの厚さ、ダイヤフラム下の間隙、およびその他の 寸法的要因に依る。線型動作のためのゼロ抑制は、任意の好適な測定回路によっ て達成できる。更に、本センサは過負荷圧力に対して保護されている。それは、 圧力が増加しても、ダイヤフラムは基板に接触するだけであり、壊れたり、短絡 したりすることがないからである。過負荷圧力の場合、接触面積が増加するだけ である。同様に、センサの感度は接触モードで増大する。それは、静電容量が可 能な範囲での最小値ｄ_minに等しい等価間隙を有するからである。 上記の説明は単に本発明の特定の実施例を開示しているだけであり、本発明を これら実施例に限定することを意図するものではない。よって、本発明は上記実 施例のみに限定されるものではない。当業者であれば本発明の範囲に包含される 別の実施態様を想到できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．容量型圧力センサであって、 １）上面に配置した電極、２）電極によって接続された第１と第２の部分、お よび３）第１部分においてのみ電極を覆うように配置された絶縁層を有する基板 と、 基板上に設けられ、フレーム構造、およびダイヤフラムが横切るように配設さ れた第１の領域と第２の開口した領域とを形成する分離壁を有するダイヤフラム 組立体とを有し、 １）基板の第１部分がダイヤフラムと位置合わせされ、ダイヤフラム、基板、 分離壁、および第１領域を形成するフレーム構造の対応部分が真空チャンバを形 成し、２）基板の第２部分が第２の開口した領域と位置合わせされて電極への接 近を容易にするように第１および第２の領域が基板上に配置され、 分離壁は、全体として第１および第２領域を分離し、第１の部分において電極 上の絶縁層に接触し、絶縁層と電極は所定の厚さであり、絶縁層は電極の回りで 変形し、真空チャンバ内における真空状態を封止して維持するようにした容量型 圧力センサ。 ２．センサが大きな外力、圧力、および温度の最大値に耐え、これにより安定性 を維持するようにフレーム構造と分離壁の寸法が決められている、請求項１に記 載のセンサ。 ３．絶縁層の所定の厚さが約０．３〜３．０ミクロンである、請求項１に記載の センサ。 ４．電極の所定の厚さが約０．１〜０．３ミクロンである、請求項１に記載のセ ンサ。 ５．真空チャンバが静電容量を有する、請求項１に記載のセンサ。 ６．圧力がダイヤフラムに加えられたとき静電容量が変化する、請求項５に記載 のセンサ。 ７．圧力によりダイヤフラムが絶縁層に接触する、請求項６に記載のセンサ。 ８．電極がクロムと白金を含み、これにより絶縁層への接着を良好にしている、 請求項１に記載のセンサ。 ９．ダイヤフラムに加えられた圧力の関数としてダイヤフラムが歪曲して絶縁層 に接触し、接触モードでの動作が実現される、請求項１に記載のセンサ。 １０．センサは接触した領域において直線動作範囲を有する、請求項９に記載の センサ。 １１．歪曲して絶縁層に接触したことによる過負荷圧力にセンサが耐え得る、請 求項１０に記載のセンサ。 １２．直線動作領域が必要とされる圧力範囲に対応するように非直線領域での出 力電圧が抑制される、請求項１１に記載のセンサ。 １３．容量型圧力センサを製作する方法であって、 分離壁によって分離された第１および第２の間隙をシリコンウェーハの一方の 側にエッチングによって形成し、 拡散プロセスを行って間隙内にＰ＋層を形成し、 第１の部分と第２の部分を有する基板の表面上に電極およびパッドの形で金属 を堆積させて、電極が第１および第２の領域をつなぎ、パッドが第２の領域にお いて広がるようにし、 表面および電極上にガラスをスパッタリングし、 ガラスを電極の回りで変形させ、 シリコンウェーハを基板に接合して、第１の間隙を基板の第１部分と位置合わ せし、第２の間隙を基板の第２部分と位置合わせし、第１の間隙と第１部分とに よってチャンバを形成し、 ウェーハの第１の側と反対側の第２の側をエッチングして、（１）第１の間隙 と第１部分とに位置合わせされたダイヤフラム、ならびに（２）第２の間隙と第 ２部分とに位置合わせされたキャップを形成し、 キャップ、および電極上のガラスの対応する部分を除去して電極を露出させ、 これによって、電極回りでのガラスの変形と接合の結果、チャンバが封止され る方法。 １４．ガラスが電極の回りで変形するようにガラスの厚さを選択することを更に 含む、請求項１３に記載の方法。 １５．前記選択工程が、０．３〜３ミクロンとなるように厚さを選択することを 含む、請求項１４に記載の方法。 １６．第１および第２間隙、ダイヤフラムおよびキャッフを形成するエッチング は、センサが大きな外力および温度の最大値に耐え、これにより安定性を維持す るように寸法が決められたフレーム構造を形成するものである、請求項１３に記 載の方法。 １７．ウェーハと基板が接合される間に、第１の間隙を真空にすることを更に含 む、請求項１３に記載の方法。 １８．変形・接合工程が、基板とシリコンウェーハを選択された熱サイクルに晒 すことを含む、請求項１３に記載の方法。 １９．選択された熱サイクルが、 ガラス基板、堆積金属電極、およびスパッタリングされたガラスを約３０分間 、第１の温度に晒す工程と、 ガラス基板、堆積金属電極、スパッタリングされたガラス、およびシリコンウ ェーハを約３０分間、第２の温度に晒し、シリコンウェーハを基板に接合する工 程と、 基板、堆積金属電極、スパッタリングされたガラス、および接合されたシリコ ンウェーハをゆっくり約１時間冷却する工程と を含む、請求項１８に記載の方法。 ２０．第１の温度が約５００℃である、請求項１９に記載の方法。 ２１．第２の温度が、センサの残留応力を減少させる３５０℃〜４００℃の範囲 である、請求項１９に記載の方法。