JPH11211597A

JPH11211597A - 静電容量型センサ

Info

Publication number: JPH11211597A
Application number: JP2254598A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Higuchi; 誠良樋口; Toshihiko Omi; 俊彦近江
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】高感度な静電容量型センサを提供すること【解決手段】下部ダイアフラム１２付きの基板１０
と、上部ダイアフラム２８付きの基板２６とを絶縁層２
２，２４を介して接合し、両ダイアフラムは、所定の間
隔をおいて対向配置するとともに、その間に可動板１６
を配置する。可動板は、その両面中央部に設けた絶縁性
の柱部１４，３０にてそれぞれ前記両ダイアフラムに接
続され、ダイアフラムの変形にともない可動板も変位す
るようにしている。この時、可動板は、平板状を保持し
たまま移動する。これにより、面積の大きい可動板の周
縁の方が変化量が大きくなる。可動板の両面には第２，
第４電極２１，３２を設け、それに対向する基板の対向
面に第１，第３電極２０，３１を形成し、その電極間に
発生する静電容量に基づいてダイアフラムに加わる測定
対象物理量を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型センサ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１は、従来の静電容量型センサの一例
を示している。同図に示すように、半導体基板１と固定
基板２とを接合する。半導体基板１には、その中央部に
薄肉のダイアフラム３を形成し、そのダイアフラム３の
固定基板２側を可動電極４とし、その可動電極４に対向
する固定基板２の表面に固定電極５を形成する。そし
て、可動電極４と固定電極５は、所定の距離だけ離れて
おり、両電極間にはその距離に応じた静電容量が発生し
ている。さらに、両電極間には適宜な空間６が形成され
ており、その空間６内でダイアフラム３が変形可能とな
っている。これにより、図中下側からダイアフラム３に
圧力が加わるとダイアフラム２が圧力を受けてほぼ全面
的に上に凸のドーム状に撓み変形するので、両電極間の
距離が変化する。従って、その電極間に発生する静電容
量の変化から、ダイアフラム３の撓み量、ひいては、ダ
イアフラム３に加わった圧力が測定できる。

【０００３】また、図示省略するが、例えば固定基板２
に厚み方向に貫通する圧力導入孔を形成し、測定圧力を
上記空間６内に導入可能としたものもある。係るタイプ
の場合には、ダイアフラム３に対して可動電極４側から
圧力が加わるので、ダイアフラム３は、固定基板２（固
定電極５）から離れる方向に撓むことになる。このとき
固定電極とダイアフラムの距離変化は中央部がいちばん
大きく、また、一方の電極が固定基板に対して固定され
ており、他方の電極がダイアフラム形成面に設けられて
いることが特徴である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】静電容量型圧力センサ
の場合、各種の変形例があるが、基本的には上記２つの
タイプに分けることができる。そして、前者の圧力が加
わったときに電極間距離が短くなるタイプでは、測定媒
体が空間６内に侵入しないので、仮に測定媒体が電極を
腐食させるような特殊な気体であっても、電極に触れる
ことがないので測定可能となるという利点を有する。し
かし、ダイアフラム３の移動距離は、空間６で規制され
るので、あまり大きくとることができず、しかも、空間
６の距離を大きくとると、基準状態での静電容量が小さ
く、ダイアフラム３の変化開始当初の静電容量の変化が
小さくなる。つまり、感度が低く測定可能なレンジも狭
いという問題を有する。

【０００５】逆に、後者の圧力が加わったときに電極間
距離が長くなるタイプでは、上記とは逆に感度を高く
し、測定可能なレンジも広くとることができるものの、
電極に測定媒体が触れるため、腐食性のガス等について
の測定ができず、測定可能な媒体が限られるという問題
を有する。さらに、測定媒体中に混入しているゴミやミ
スト等が圧力室に侵入する可能性があり、センサの信頼
性にも問題があった。

【０００６】このように、いずれのタイプも一長一短が
あり、仕様に応じて使い分けることになる。さらに、従
来の静電容量センサは、いずれもダイアフラム３の中心
部が最も大きく変化する。換言すると、ダイアフラム周
縁部は変化が少なく、寄生容量に近いものとなってい
る。そして、当然のことながらダイアフラム３の面積を
考えると、変化の大きい中央部分の面積よりも、周縁の
あまり変化のない部分の面積の方が大きい。その結果、
ダイアフラム３が変化しても、それに基づいて変化する
静電容量は、面積の小さい中央部分に起因するものであ
るので小さくなる。

【０００７】さらに、従来の静電容量型圧力センサは、
平行変位する部分が、ダイアフラム３の中心部の唯一点
のみである。つまり、ダイアフラム３が圧力を受けてほ
ぼ全面的にドーム状に撓み変形すると、これと一体の可
動電極４もドーム状に撓み変形するので、可動電極４と
固定電極５との間隔が場所により異なる。この電極間隔
の不均一な分布のせいで、圧力入力に対する電気出力の
直線性が悪くなるという問題もある。

【０００８】また、従来の静電容量センサは固定電極に
対応している可動電極は、ダイアフラムのみである。そ
して、半導体基板１の周辺の枠体の底面部分がダイボン
ド部１ａとなり、このダイボンド部１ａの幅は、ある程
度確保する必要がある。従って、センサを小型化する
と、ダイボンド部１ａが小さくできないので、ダイアフ
ラム３の面積が小さくなってしてしまい、その結果、電
極が小さくなるため感度も小さくなる。よって、小型化
によるコストダウンにも限界があった。

【０００９】さらにまた、加速度センサ等では、重りの
上下両面に可動電極を設けるとともに、その両側に配置
した固定基板にそれぞれ固定電極を設け、重りの上側と
下側で静電容量を発生させるようにし、加速度により重
りが変位したことにともなう静電容量の変化を係る両側
の電極間から取り出して加速度を求めることができるも
のがある。このように、差動式にすると、出力が大きく
とれるとともに、温度などの物理量以外の要因による静
電容量の変化の影響をキャンセルできるという効果が得
られる。

【００１０】そこで、係る差動式のセンサを圧力センサ
に適用することを考えると、ダイアフラム付きの半導体
基板の両側に固定基板を接合し、両固定基板の所定位置
に固定電極を形成することが考えられる。係る場合に
は、少なくとも固定電極の一方には圧力導入用の貫通孔
を形成する必要が生じるので、上記した電極の腐食やゴ
ミ等の侵入の問題を有する。

【００１１】従って、仮に２つのガスの圧力差或いはそ
の圧力の大小関係を検出するような要求がある場合、上
記のようにダイアフラムの両側にそれぞれ比較対照の圧
力を導入すると、直接的に係る比較が行えて好ましい
が、その比較対照のガスが腐食性を有するものの場合に
は、電極腐食を防止する点から直接比較測定することが
できず、例えば同一仕様のセンサを２つ用意し、その２
つのセンサの出力差に基づいて演算処理するしかなかっ
た。すると、完全に同一の仕様を有するセンサを選択す
ることが煩雑であり、微細な圧力差を精度良く判定する
ことは困難となる。

【００１２】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、測定対象媒体の種類を問わず、電極の腐食もなく、
感度が高くて測定レンジも広くすることができ、しか
も、入出力特性の直線性を良好にすることができ、ま
た、ダイボンド部の幅を十分にとることができ、小型化
が可能で、高感度な測定を行うことができ、しかも、ゴ
ミ等の浸入のおそれがなく長期的に所望の効果を発揮す
ることができ、寿命が長く信頼性の高い静電容量型セン
サを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る静電容量型センサでは、第１のダイ
アフラム付きの基板と、第２のダイアフラム付きの基板
とを接合（直接または間接のいずれも可）し、前記第１
のダイアフラムと前記第２のダイアフラムは、所定の間
隔をおいて対向配置するとともに、それら両ダイアフラ
ムの間に可動板を配置し、前記可動板は、その両面（実
施の形態では中央にしているが、必ずしも中央でなくて
も良い）にてそれぞれ前記両ダイアフラムに絶縁状態で
接続され、前記ダイアフラムの変形にともない前記可動
板も変位するようにし、かつ、前記可動板の両面の少な
くとも一方の面と、それに対向する基板の対向面に電極
を形成し、その電極間に発生する静電容量に基づいて前
記ダイアフラムに加わる測定対象物理量を検出するよう
に構成した（請求項１）。

【００１４】すなわち、本発明によれば、２枚のダイア
フラムに挟まれるようにして可動板が配置される。従っ
て、ダイアフラムの非接合面側が測定対象物理量の受圧
面となり、可動板がダイアフラムと連動して動くことで
センサギャップの変化を発生されることになる。従っ
て、測定対象物理量が圧力の場合に測定媒体はダイアフ
ラムの非接合面側にのみ接触させることができるので、
測定媒体は問わなくなる。

【００１５】さらに圧力を受けてダイアフラムが変形す
ると、柱部を介して接続された可動板も移動する。この
時、ダイアフラムは柱部との接続部分を中心にドーム状
に変形するが、可動板には測定対象物理量が直接加わら
ず、しかも、その可動板の周囲はほぼフリー状態になっ
ていることから、可動板は測定対象物理量が加わってい
ない基準状態のままの形状をほぼ維持して変位する。従
って、可動板の周縁の領域と、対向する基板表面の領域
との距離（ギャップ）が大きく変化する。よって、ギャ
ップ変化の大きい領域の面積が広くとれるので（従来は
中央の狭い領域がギャップ変化が最も大きくなる）、感
度が高くなる。

【００１６】また、本発明のように構成すると、使用す
る材料も実施の形態で説明したように半導体基板（半導
体ウエハのみでなく、半導体薄膜も含む）により構成す
ることができ、従来のように固定基板として用いられた
ガラス基板が不要となり、加工しやすくコストタウンも
可能となる。

【００１７】なお、従来のセンサでは、必ずダイアフラ
ムの表面に電極（一般に「可動電極」と称されていた）
を設けていたが、本発明では、実施の形態でも説明した
ように、ダイアフラム付きの基板側に形成する電極は、
可動板に対向する所定の基板表面であればよいので、必
ずしもダイアフラムに設ける必要はなくなる。これによ
り、ダイアフラムの変形は、ドーム状に湾曲しているた
め中央部分と周囲では変位量が異なり、ダイアフラム表
面に電極を設けると入出力特性（測定対象物理量の変化
に対するセンサ出力の変化）の直線性が低下していた
が、係る現象を抑制することが可能となる。もちろん、
本発明でもダイアフラムに電極を設けてもよい。

【００１８】また、第１のダイアフラム付きの基板と、
第２のダイアフラム付きの基板とを接合（直接または間
接のいずれも可）し、前記第１のダイアフラムと前記第
２のダイアフラムは、所定の間隔をおいて対向配置する
とともに、それら両ダイアフラムの間に可動板を配置
し、前記可動板は、その両面（実施の形態では中央にし
ているが、必ずしも中央でなくても良い）にてそれぞれ
前記両ダイアフラムに絶縁状態で接続され、前記ダイア
フラムの変形にともない前記可動板も変位するように
し、前記可動板の両面と、それに対向する前記両基板の
対向面にそれぞれ電極を形成し、前記可動板の両面に形
成される電極と対向する電極間にそれぞれ発生する静電
容量に基づいて前記ダイアフラムに加わる測定対象物理
量を検出するように構成してもよい（請求項２）。

【００１９】そのように構成すると、ダイアフラムの変
位に伴う静電容量の変化が、可動板の両側で発生するの
で大きくとることができ、感度がより向上する。また、
そのように可動板の両側で発生する静電容量に基づく信
号を差動式に検出すると、外乱ノイズをキャンセルでき
るので好ましい。

【００２０】さらに、前記第１，第２のダイアフラムで
挟まれる空間を閉塞するように構成すると、より好まし
い（請求項３）。すなわち、そのように閉空間にする
と、係る空間（ギャップ）内に塵埃が侵入するのを可及
的に抑制できる。また、測定対象物理量が圧力の場合、
請求項の１のような構成でも、例えば圧力導入管等を基
板表面のダイアフラムに対向するように装着し、周囲に
漏れないようにすれば、たとえ可動板の周囲の空間が開
放されていても係る測定媒体が可動板側に入り込む可能
性は少ないが、閉空間にすると、より確実に侵入を阻止
できる。

【００２１】また、好ましくは、前記閉塞された空間
が、真空或いは減圧状態にすることである（請求項
４）。すなわち、係る構成にすると、可動板が移動する
際のダンピングの影響が無視でき、可動板の移動から安
定までの応答速度が大幅に向上する。また、高周波で応
答した場合に可動板の周縁部が空気の粘性の応力を受け
て歪むおそれが無くなる。その結果、微小で高周波に変
化する場合でも精度よく検出することができるので、例
えば実施の形態で説明したように、フルイディックのガ
ス流量計に適用した場合に、効果的となる。

【００２２】さらにまた、前記可動板は、前記両ダイア
フラムよりも大きい平面形状とし、前記可動板に形成す
る電極の少なくとも一部が、前記ダイアフラムの外側の
前記基板表面に対向するように構成してもよい（請求項
５）。係る構成にすると、ダイアフラムを形成していな
い基板の表面は、測定対象物理量がかかっても変形しな
いし、上記したようにダイアフラムの変形に伴い変位す
る可動板も、その形状は維持したまま変位するので、当
該ダイアフラム未形成領域と、可動板との対向面との間
の距離は、平行変位することになる。よって、入出力特
性がさらに向上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】図２〜図８は、本発明に係る静電
容量型圧力センサの第１の実施の形態を示している。図
２は断面図で、図３は平面図、図４〜図６は所定の基板
を取り出して示した平面図、図７は図３におけるα−
α′線矢視断面図、図８は動作状態を説明する図であ
る。

【００２４】図２に示すように、シリコンからなる第１
半導体基板１０の下端中央部を除去して薄肉の下部ダイ
アフラム１２を設け、その下部ダイアフラム１２の周囲
が枠体１３となる。この枠体１３の下面がダイボンド部
１３ａとなる。また、ダイアフラム１２の上面中央に絶
縁体からなる柱部１４を介して可動板１６を連結してい
る。そして、この可動板１６もシリコンからなる第２半
導体基板１８から構成される。

【００２５】さらに、可動板１６は、平面略正方形状の
平板からなり、周囲からほぼ独立して宙に浮いた状態と
なる（厳密には、上記柱部１４を介して下部ダイアフラ
ム１２に接続されるとともに、後述する引出配線を介し
てワイヤパッドに接続されている）。

【００２６】また、可動板１６の外周囲を囲むようにし
て平面ロ字状のフレーム１９（図５参照）を設けてお
り、本形態ではこのフレーム１９と可動板１６を１枚の
第２半導体基板１８をパターニングして不要部分をエッ
チングして除去することにより形成している。そして、
このフレーム１９と第１半導体基板１０との間には、絶
縁膜２２が介在しており、本形態ではこの絶縁膜２２を
用いて上記した柱部１４を形成している。つまり、図４
に示すように、第１半導体基板１０の外周囲に平面ロ字
状に絶縁膜２２をパターニングして設け、下部ダイアフ
ラム１２を露出させる。そして、その周囲の絶縁膜２２
をパターニングする際に、下部ダイアフラム１２の中央
部分も残すことにより、柱部１４を形成している。そし
て、この絶縁膜２２を成膜した第１半導体基板１０の上
に第２半導体基板１８を接合することにより、第２半導
体基板１８のフレーム１９の下面と絶縁膜２２が接触
し、可動板１６の下面と柱部１４が接触する。

【００２７】さらに、この可動板１６を構成する第２半
導体基板１８の上面には、絶縁膜２４を介して第３半導
体基板２６を積層形成している。具体的には、図５に示
すように、第２半導体基板１８のフレーム１９の上面全
面に絶縁膜２４をパターニングして成膜し、その絶縁膜
２４に第３半導体基板２６の下面を接合する（図２参
照）。そして、この第３半導体基板２６は、その上面中
央部分を除去して薄肉の上部ダイアフラム２８を形成し
ている。そして、その上部ダイアフラム２８の下面中央
と、可動板１６の上面中央を柱部３０を介して接合して
いる。この柱部３０も、図５に示すように、絶縁膜２４
とともにパターニングして可動板１６の上面中央に形成
しておき、それと上部ダイアフラム２８とを接合する。
また、上部ダイアフラム２８の周囲は枠体２９となる。

【００２８】従って、下部ダイアフラム１２と可動板１
６とは絶縁状態にあり、下部ダイアフラム１２の上面が
第１電極２０となり、可動板１６の下面が第２電極２１
となる。そして、両電極２０，２１間に、距離に応じた
静電容量が発生する。同様に、上部ダイアフラム２８と
可動板１６とは絶縁状態にあり、上部ダイアフラム２８
の下面が第３電極３１となり、可動板１６の上面が第４
電極３２となる。そして、両電極３１，３２間に、距離
に応じた静電容量が発生する。係る構成が基本構成であ
り、圧力がかからない基準状態では、図示するように、
可動板１６と両ダイアフラム１２，２８は、ともにほぼ
水平状態を保持し、対向する電極２０，２１（３１，３
２）間の距離（ギャップ）は、柱部１４（３０）の高さ
となる。そして、本形態では、係る両ギャップＧ１，Ｇ
２の距離、つまり両柱部１４，３０の高さを等しくして
いる。

【００２９】さらに、本形態では、上記したように可動
板１６は両ダイアフラム１２，２８の間に、それぞれ所
定の距離をおいて位置しており、しかも、その周囲の空
間は閉空間となっている。つまり、可動板１６の周囲に
は、第２半導体基板１８で形成した平面ロ字状のフレー
ム１９が位置しており、しかもそのフレーム１９の上下
両面が、全面にわたりそれぞれ絶縁膜２２，２４を介し
て第１，第３半導体基板１０，２６に接合されているた
め、両ダイアフラム１２，２８で挟まれる空間が閉塞さ
れる。

【００３０】そして、この状態から下部ダイアフラム１
２の下面に対し、上方向への圧力が加わるとすると、図
８に示すように、下部ダイアフラム１２が変位し、上に
凸のドーム状に撓む。すると、可動板１６は、その中央
にて下部ダイアフラム１２の中央部に柱部１４を介して
局部的に支持されているだけで周縁部からの拘束を受け
にくい構造になっているため、下部ダイアフラム１２が
ドーム状に撓み変形したとき、可動板１６は平面形状を
保ったままでその厚み方向に平行変位する。その結果、
下部ダイアフラム１２の周縁部と可動板１６間の間隔が
広がるので、当該部分における第１，第２電極２０，２
１間のギャップＧ１が広がり、両電極２０，２１間に発
生する静電容量が変化する。そして、変化した静電容量
に基づいて加わった圧力を測定することができる。

【００３１】また、上記のように可動板１６が上昇する
ことにより、その上面に接続された柱部３０を介して上
部ダイアフラム２８の中央部も上方に移動する。しか
し、上部ダイアフラム２８の周囲は第３半導体基板２６
の枠体２９に連結しているので、その位置をとどめる。
それにより、図８に示すように、上に凸の状態に撓むよ
うに変形する。これに伴い、第３，第４電極３１，３２
間でも、上記した第１，第２電極２０，２１間と同様の
現象が生じ、ギャップＧ２が狭くなり、やはり両電極３
１，３２間に発生する静電容量が変化する。そして、変
化した静電容量に基づいて加わった圧力を測定すること
ができる。

【００３２】ここで注目すべき点は、下部，上部ダイア
フラム１２，２８の変位に基づいて変化する第１，第２
両電極２０，２１間のギャップ部分Ｇ１並びに第３，第
４電極３１，３２間のギャップ部分Ｇ２は、面積の大き
な両ダイアフラム１２，２８の周縁部になっていること
である。これにより、従来と同程度に下部ダイアフラム
１２が変化した際の静電容量の変化量も大きくなり、高
感度となる。

【００３３】しかも、可動板１６の上下両側にダイアフ
ラムを設け、可動板１６の両面側で静電容量の変化を生
じるようにしたため、ダイアフラムの変化量に対する静
電容量の変化がほぼ２倍となるので、検出感度も増加す
る。よって、従来、表裏の関係にあった高感度化と、測
定媒体を問わないという両方の要求を同時に満たすこと
ができるようになる。また、両ダイアフラム１２，２８
と可動板１６をともに導電性の半導体基板を用いて形成
したため、接合後に熱歪みの影響を受けなくなる。

【００３４】そして、本形態では、下部ダイアフラム１
２（第１電極２０）と可動板１６（第２電極２１，第３
電極３１）、並びに上部ダイアフラム２８（第３電極３
１）と可動板１６（第４電極３２）をともに半導体（シ
リコン）基板で形成したことから、両電極（２０，２
１）間並びに（３１，３２）に正しく静電容量を発生さ
せるとともに、発生した静電容量を取り出すためにさら
に以下のような構造をとった。

【００３５】すなわち、上記したように、各半導体基板
１０，１８，２６を接合する際に、その間に絶縁膜２
２，２４を介在させるようにしているので、各半導体基
板ひいては対向する電極間の絶縁が確保できる。なお、
対向する各電極（２０，２１），（３１，３２）が接触
して短絡するのを防止するため、例えば可動板１６の上
下両面を絶縁性の保護膜で被覆してもよい。

【００３６】また、第１，第２電極２０，２１間に発生
する静電容量を外部に取り出す機構としては、まず、第
１電極２０側は、絶縁膜２２の一部に孔部２２ａを形成
して下側に位置する第１半導体基板１０を露出させ、そ
の露出した第１半導体基板１０に電気的に接続するよう
にしてアルミ等をスパッタリングしてワイヤパッド３５
を形成する（図７参照）。これにより、第１電極２０
は、下部ダイアフラム１２，第１半導体基板１０を介し
てワイヤパッド３５と導通されるので、そのワイヤパッ
ド３５にボンデンィグワイヤを接続することにより、外
部の装置に接続できる。さらに、このワイヤパッド３５
を外部に露出するために、そのワイヤパッド３５を形成
する部分に対応する第２半導体基板１８の１辺の角部
を、その辺の長さの１／３だけ切除している（図５参
照）。

【００３７】また、第２電極２１側は、可動板１６と一
体に形成された引出配線３７（図５参照）を介して第２
半導体基板１８のフレーム１９に接続されているので、
そのフレーム１９の上面に形成された絶縁膜２４の一部
に孔部２４ａを形成しその下側に位置するフレーム１９
（第２半導体基板１８）を露出させ、その露出した第２
半導体基板１８に電気的に接続するようにしてアルミ等
をスパッタリングしてワイヤパッド３８を形成する（図
７参照）。これにより、第２電極２１は、上記した経路
を通ってワイヤパッド３８と導通されるので、そのワイ
ヤパッド３８にボンデンィグワイヤを接続することによ
り、外部の装置に接続できる。そして、ワイヤパッド３
５，３８を外部に露出するために、それら両ワイヤパッ
ド３５，３８を形成する部分に対応する第３半導体基板
２８の１辺の角部を、その辺の長さの２／３だけ切除し
ている（図６参照）。

【００３８】一方、第３電極３１は、上部ダイアフラム
２８すなわち第３半導体基板２６に導通されているの
で、その第３半導体基板２６の表面にアルミ等をスパッ
タリングして形成したワイヤパッド３９と導通される。
よって、そのワイヤパッド３９にボンデンィグワイヤを
接続することにより、外部の装置に接続できる。さら
に、第４電極３２は、可動板１６と導通しているので、
上記した第２電極２１用のワイヤパッド３９と導通する
ことになる。つまり、ワイヤパッド３９は、第２電極２
１と第４電極３２の共通のパッドとなっている。

【００３９】また、上記した可動板１６，フレーム１９
及び引出配線３７が、一枚の半導体ウエハをエッチング
して不要部分を除去することにより、第２半導体基板１
８から一体に形成される。そのように第２半導体基板１
８から製造されることから、引出配線３７は従来のボン
ディングワイヤなどに比べると剛性があるため、係る引
出配線３７が可動板１６の変位に対して悪影響を与えな
いようにする必要がある。

【００４０】そこで本形態では、引出配線３７を細長く
することにより引出配線３７自体の剛性を弱くするよう
にした。しかも、できるだけ長くすることにより、可動
板１６が変位した際に、弾性復元力が働かないようにし
た。つまり、図５に示すように、引出配線３７の一端３
７ａを可動板１６の１つの頂点付近に連結し、引出配線
３７は、可動板１６の周囲をほぼ半周、つまり、隣接す
る２つの辺に沿って平行に配置しその他端３７ｂを可動
板１６の対角線上の他の頂点付近まで延長形成してい
る。また、２本の引出配線３７は、柱部１４，３０に対
して点対称形状で形成されている。よって、可動板１６
には、点対称でバランスよく反力がかかるので、歪みの
発生を可及的に防止できる。

【００４１】さらに本形態では、引出配線３７の形成部
分をさらにエッチングすることにより、可動板１６，フ
レーム１９の厚さに比べて引出配線３７の厚さを非常に
薄くした。これにより、引出配線３７自体の応力を可及
的に減少させ、可動板１６の変位に対する影響をさらに
抑制した。なお、このように引出配線３７の厚さを薄く
する処理と、引出配線３７の形状を細長くする処理の両
方を必ずしも行う必要はなく、いずれか一方でも良い。
そして、細長くする処理としても、図示したようにほぼ
半周にわたって引き延ばすのではなく、例えば１辺のみ
に沿って引き延ばすようにするなどの他、各種の対応を
とれる。また、薄くする処理も、図示の例では上下両側
から除去しているが、片側からでも良い。但し、上下両
側から除去した方が可動板１６に対してかかる荷重バラ
ンスは良くなる。

【００４２】次に、上記した構成のセンサを製造するプ
ロセスの一例を説明する。まず、図９（Ａ）に示すよう
に、センサに用いる基板としてのＰ型シリコンの単結晶
基板（Ｓｉ基板）１０′を用意する。次いで、Ｓｉ基板
１０′の上面全面に絶縁膜（Ｓｉ０₂等）を塗布し、基
板周縁接合部、柱部１４を残すようにパターニングする
（同図（Ｂ）参照）。この時の絶縁膜２２の厚みでギャ
ップ量（Ｇ１）が決定される。そして、絶縁膜２２の上
に第２半導体基板となるＳｉ基板１８′をシリコン直接
接合により接合する（同図（Ｃ）参照）。

【００４３】次に、図１０（Ａ）に示すように、前工程
で接合したＳｉ基板１８′をウェットエッチングなどに
より薄くする（シンニング）。この処理により、基板の
厚さを最終的なセンサにおける可動板の厚さにする。次
いで、薄くしたＳｉ基板１８′の上面に絶縁膜を形成
し、不要部分をエッチングにより除去してパターニング
する。これにより、同図（Ｂ）に示すように、Ｓｉ基板
１８′の上に、柱部３０と、外周囲に位置する絶縁膜２
４が成膜される。

【００４４】その後、Ｓｉ基板１８′をドライエッチン
グ等により、不要部分を除去したり、一部を薄肉にする
ことにより図５に示したように可動板１６の一部から極
端に細いビーム状の薄板（引出配線３７）が出ている状
態にパターニングする（図１１（Ａ）参照）。これによ
り、第２半導体基板１８が完成する。

【００４５】次いで、絶縁膜２４の上に、上部ダイアフ
ラムとなるＳｉ基板２６′を接合する（図１１（Ｂ）参
照）。そして、この上下に配されたＳｉ基板１０′，２
６′に対してウェットエッチングによる異方性エッチン
グを行い、上下ダイアフラム２８，１２を同時に形成
し、第１，第３半導体基板１０，２６を形成する（図１
２（Ａ）参照）。また、この時、各ワイヤパッドを露出
するために必要な切欠部分（半導体基板の１辺の１つの
角部を除去）も同時に形成する。そして最後に３枚の基
板１０，１８，２６の各々に接続するようにして、アル
ミなどによりワイヤパット（図示の例では、第２半導体
基板１８と接続するワイヤパッド３８が示されている）
を形成して完成する（図１２（Ｂ）参照）。

【００４６】そして、このように同時に形成するため
に、例えば、図１３に示すように、Ｓｉ基板２６′の接
合面側の所定領域に高濃度ボロンをドープしてＰ⁺⁺領域
２６′ａを形成する。この形成する所定領域は、上部ダ
イアフラム領域と、枠体を形成する領域であり、その深
さは上部ダイアフラムの肉厚に等しくする。また、同図
（Ｂ）の底面図に示すように、ワイヤパッドを露出する
ための切欠部分ＫにはＰ⁺⁺領域２６′ａを設けない。ま
た、Ｓｉ基板２６′の上面の枠体に対応する領域には、
レジストＲをパターニングしておく。さらに図示省略す
るが、下側のＳｉ基板１０′にも、所定領域に、Ｐ⁺⁺領
域からなるエッチストップ層や、レジストを形成してお
く。

【００４７】このよう状態でエッチング液に浸漬する
と、レジストＲが塗布されていないで露出するＳｉ部分
がエッチングされて除去され、所定時間経過すると、Ｐ
⁺⁺領域が露出する。すると、このＰ⁺⁺領域のエッチング
レートが下がり、Ｐ⁺⁺領域未形成のＳｉがさらに除去さ
れる。これにより、図１４に示すように、切欠部分が形
成されるとともに、ダイアフラムの膜圧が均一化する。
なお、第２半導体基板における切欠部は、例えば絶縁膜
２４を図５に示す形状にパターニングしておくと、エッ
チングによりＳｉ基板２６′の切欠部分が除去されて絶
縁膜２４が露出した際に、第２半導体基板１８の一部が
露出する。よって、さらにエッチングを行うことによ
り、露出した当該部分がさらにエッチングされて除去さ
れるので、形成することができる。もちろん、可動板を
形成する際などにおいて同時に形成しておいても良い。

【００４８】また、上記したように、可動板１６の周囲
のギャップＧ１，Ｇ２は、閉空間となっている。そこ
で、その空間を真空或いは減圧状態にするとよい。この
ように、ギャップ内が真空或いは減圧状態になっている
と、酸化等することも無く長期にわたって安定化する。
さらに、センサ外部の湿度変化等の周囲の環境の変化が
あった場合でも、ギャップ内は環境変化の影響を受けに
くく、結露なども起こらないので良好な特性が得られ信
頼性が非常に向上する。しかも、ダイアフラム等が撓む
（変形する）際に、可動板１６が内部気体の粘性抵抗の
影響を受けず、ダンピングの影響が無視でき、ダイアフ
ラム・可動板の移動から安定までの応答速度が大幅に向
上する。つまり、高速応答（高周波応答）が向上する。
よって、瞬間的な圧力変化や、高周波で圧力が変化する
ものであっても、正確に測定できる。

【００４９】なお、真空或いは減圧状態とした場合に
は、定常状態で両ダイアフラム１２，２８がギャップ内
に向けて極端に凹むことがないように、基板１６，２６
を構成する材質として適度な剛性を有するものを用いた
り、厚みを増したりするなどしてダイアフラム部分の強
度を増すような構成をとるのがよい。そして、係る構成
のセンサは、上記したＳｉ基板２６′を接合する際に、
真空封止してたり減圧雰囲気下でシリコン接合を行うこ
とにより簡単に製造できる。

【００５０】図１５，図１６は、本発明の第２の実施の
形態を示している。本実施の形態は、基本的には上記し
た第１の実施の形態と同様であるが、上部，下部ダイア
フラム２８，１２の寸法形状を、可動板１６よりも小さ
くしている。そして、第１電極２０は、第２電極２１と
対向する面、すなわち、下部ダイアフラム１２の上面２
０ａはもちろんのこと、第１半導体基板１０の枠体１３
の上面の一部２０ｂも第１電極２０となる。また、同様
に第３電極３１は、第４電極３２と対向する面、すなわ
ち、上部ダイアフラム２８の下面３１ａはもちろんのこ
と、第３半導体基板２６の枠体２９の下面の一部３１ｂ
も第３電極３１となる。

【００５１】係る構成にすると、図８と図１６を比較す
ると明らかなように、圧力が加わることにより上部，下
部ダイアフラム２８，１２が撓んで第１，第２両電極２
０，２１間のギャップＧ１並びに第３，第４両電極３
１，３２間のギャップＧ２が変化した場合に、その多く
の領域（枠体１３の上面に形成した電極部分２０ｂと第
２電極２１との間並びに枠体２９の下面に形成した電極
部分３１ｂと第４電極３２との間）では、電極間距離は
平行変位するので、入出力特性（圧力変化に対する静電
容量の変化）の直線性が得られる領域が広くなる。

【００５２】また、このようにダイアフラム１２の面積
を小さくしても高感度となることから、枠体１３の幅を
広くすることができ、ダイボンド部１３ａの幅を広くと
ることができる。従って、センサを小型化しても所望の
センサ特性を得つつ確実に面実装するためのダイボンド
部１３ａの幅を確保できるので、さらなる小型化が可能
となる。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記し
た第１の実施の形態と同様であるので、同一符号を付し
その詳細な説明を省略する。

【００５３】図１７は、本発明の第３の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した第２の実施の形
態を基本とし、入出力特性の直線性の改善を図ってい
る。すなわち、図１６からも明らかなように、両ダイア
フラム１２，２８の変位に伴う柱部１４，３０の周囲の
電極間距離の変化量が小さい。従って、センサ全体の電
極２０と２１，３１と３２間に発生する静電容量を考え
た場合、当該柱部１４，３０の周囲の領域で発生する静
電容量は、圧力がかかってもあまり変化せず、寄生容量
となる。

【００５４】そこで、両ダイアフラム１２，２８の対向
面のうち、柱部１４，３０の周囲の領域に溝４２を形成
している。このように溝４２を形成することにより、当
該領域のギャップを広げ、その溝４２を挟んで対向する
電極部分に発生する静電容量を小さくすることにより、
上記寄生容量を削減して入出力特性の直線性の向上を図
るようにしている。そして、係る構造のセンサは、第
１，第３半導体基板１０，２６の接合面側表面中央部に
対し、ドライエッチングなどにより所定量だけ削り込む
ことにより簡単に形成できる。

【００５５】なお、図示の例では、両方のダイアフラム
１２，２８に形成したが、片側のみでもよく、また、可
動板１６側に溝を形成しても良い。さらには、溝の形状
としては、図示のように柱部１４，３０を含む領域を削
り込むようにしても良いし、柱部１４，３０と接合する
部分は元々静電容量に関係ないので、柱部１４，３０の
接続部分以外の周囲を囲むようにして溝を形成しても良
い。

【００５６】但し、そのようにすると、ダイアフラム或
いは可動板に形成される柱部１４，３０と接続する部分
（溝で囲まれる内部）が形成され、それと位置あわせを
しなければならないので、位置決め精度が要求される。
つまり、図示したように、柱部１４，３０との接続部分
を含めて彫り込む方が、位置決め精度が要求されないと
いう点で好ましい。

【００５７】図１８は、本発明の第４の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した第３の実施の形
態を基本とし、さらに、入出力特性の直線性の向上を図
っている。すなわち、可動板１６のうち、両ダイアフラ
ム１２，２８に対向しない領域に高濃度の不純物をドー
プし電極部４４を形成している。つまり、不純物をドー
プした領域は、その他の領域に比べて電子の流れがおこ
りやすくなるので、その電極部４４の上下面がそれぞれ
第４，第２の電極３２，２１となり、ギャップの変位量
の少ない柱部１４，３０の周辺の領域は、実質的に電極
が無くなる。これにより、ダイアフラム１２，２８の変
形に伴いギャップ間距離が平行変位する領域のみが選択
的に電極となるので、入出力特性の直線性がさらに向上
する。

【００５８】なお、図示の例では、可動板１６のみに不
純物をドープした例を示したが、逆に第１，第３半導体
基板１０，２６側の所定位置に不純物をドープしたり、
両方ともに不純物をドープしてももちろんよい。

【００５９】図１９，図２０は、本発明の第５の実施の
形態を示している。本実施の形態では、上記した第２の
実施の形態を基本とし、さらに入出力特性の直線性の改
善を図っている。すなわち、可動板１６のうち、両ダイ
アフラム１２，２８に対向する部分に貫通孔４０を設け
ている。これに伴い、柱部１４，３０と可動板１６と
は、複数の梁４１により連結されている。そして、係る
貫通孔４０は、第２半導体基板１８をエッチングして可
動板１６を形成する際に同時に製造できる。

【００６０】すなわち、係る構成にすると、両ダイアフ
ラム１２，２８に対向する部分には、導電体がほとんど
ない（梁部４１のみ）ので、第１半導体基板１０側に形
成する第１電極２０は、測定物理量が加わっても変形し
ない枠体１３の上面部分のみ（或いは大部分）となり、
同様に第３半導体基板２６側に形成する第３電極３１
は、変形しない枠体２９の下面部分のみ（或いは大部
分）となる。従って、上記した第２，第３の実施の形態
に比べ、さらに寄生容量が減少し、電極のほとんどが平
行変位する部分となる。これにより、入出力特性の直線
性がさらに向上する。

【００６１】さらにまた、本形態では、貫通孔４０を設
けたことにより、両ダイアフラム１２，２８ひいては可
動板１６が変位する際に、その貫通孔４０が、空気の逃
げ通路となるので、移動時の空気抵抗が少なくスムーズ
に変位でき、微小圧力や高周波数及びまたは瞬間的にか
かる圧力であっても精度よく検出できるという副次的な
効果も発揮する。なお、その他の構成並びに作用効果
は、上記した実施の形態（特に第２の実施の形態）と同
様であるので、その詳細な説明を省略する。

【００６２】図２１は、本発明の第６の実施の形態を示
している。同図に示すように、本実施の形態は、第１の
実施の形態を基本とし、ギャップ内の電極に絶縁膜４５
を形成している。この絶縁膜４５は、各基板接合前に該
当個所に絶縁膜を成膜しておくことで容易に形成でき
る。係る構成にすると、誤って対向する電極同士が接触
するようなことがあっても、その間に絶縁膜４５が存在
するので、ショートすることがなくなる。

【００６３】また、電極が平行変位する領域にのみ誘電
率の高い絶縁膜を形成しておけば、平行変位する領域の
み静電容量が増加し、直線性が向上する構造となる。な
お、上記した第３〜第６の実施の形態は、いずれも第２
の実施の形態を基準にしたが、第１の実施の形態を基準
としてももちろんよい。

【００６４】図２２，図２３は、本発明の第７の実施の
形態を示している。本実施の形態では、可動板１６とフ
レーム１９を引出配線３７で接続する際の構造を改良し
ている。すなわち、引出配線３７を点対称に配置する点
では上記した各実施の形態と同様であるが、各配線３７
と可動板１６との接続箇所を異ならせている。すなわ
ち、可動板１６の１組の対辺のそれぞれの中点から中心
に向かって帯状の切欠部１６ａを設ける。その切欠部１
６ａの奥側は、柱部１４，３０に位置している。そし
て、引出配線３７を切欠部１６ａ内に挿入配置し、可動
板１６の中心側付近で接続している。これにより、両ダ
イアフラム１２，２８の変位に伴い移動する柱部１４，
３０の付近で引出配線３７が接続され、しかも、係る接
続点付近は、ギャップ変動が少ないこともあり、柱部１
４，３０を介して両ダイアフラム１２，２８側に係る反
力も小さくてすむ。そして、引出配線３７の応力は柱部
１４，３０付近にのみ加わるので、可動板１６のひずみ
等を考慮する必要がなくなる。さらに、引出配線３７の
形状は１本の帯状としても、十分長さを確保できる。従
って、上記した各実施の形態のように、可動板１６とフ
レーム１９の間に、その隙間に沿って引出配線３７等を
はわす必要がないので、可動板１６とフレーム１９との
間隔を狭くし、小型化が図れる。

【００６５】図２４は、本発明の第８の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した第７の実施の形
態をさらに改良したもので、可動板１６に設けた切欠部
１６ａ内に進入させ柱部１４，３０近傍で接続した引出
配線３７を、可動板１６の周囲（隣接する２辺）に沿っ
て所定距離延長形成している。これにより、引出配線３
７は、可動板１６の３辺と平行になるようになり、総延
長距離が長くなる。よって、本形態では、上記した第７
の実施の形態と同様に２つの引出配線３７を点対称にす
ることにより可動板１６に対する反力が均等になり、か
つ柱部１４，３０付近で接続することにより、発生する
反力自体を小さくするという効果を発揮するとともに、
引出配線３７の長さを長くすることにより、引出配線３
７の応力を小さくし、よりスムーズに可動板１６が平行
変位できるようにしている。

【００６６】図２５は、本発明の第９の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した各実施の形態と
相違して、可動板１６に形成した第２，第４電極２１，
３２の引出構造を替えている。すなわち、第１半導体基
板１０の接合面側表面に、その半導体基板１０と絶縁状
態でアルミ等の金属をスパッタリングなどしてインタコ
ネクション配線４６を形成する。このインタコネクショ
ン配線４６は、一端は柱部１４の近傍まで位置させ、他
端は第２半導体基板１８のフレーム１９の下方まで位置
するようにパターニングしている。

【００６７】そして、そのインタコネクション配線４６
の両端に電気的に接続するようにして、柱部１４と外周
囲の絶縁膜２２の側面に沿ってアルミ等の金属膜を成膜
してインタコネクション４７を設けている。これによ
り、可動板１６とフレーム１９が、インタコネクション
４７並びにインタコネクション配線４６を介して導通す
るので、可動板１６の上下両面に形成される第２，第４
電極２１，３２は、第２半導体基板１８に導通状態で形
成されたワイヤパッド３８に導通され、外部に取り出し
可能となる。

【００６８】係る構成にすると、第２半導体基板１８で
形成していた引出配線が不要となり、可動板１６が完全
にフリーとなるので、応力がかからず、歪みなどなくス
ムーズに平行変位させることができる。

【００６９】図２６は、本発明の第１０の実施の形態を
示している。本実施の形態は、上記した各実施の形態の
いずれにも適用できるもので、各ワイヤパットをチップ
の同一面上に形成している。図示の例では、第３半導体
基板２６上にワイヤパットを形成した例を示している。
すなわち、図２６中のβ−β’線矢視断面図である図２
７に示すように、ワイヤパットを形成する箇所にウェッ
トエッチング等により、第３半導体基板２６及び絶縁膜
２４を貫通する第１穴４８と、第３半導体基板２６，絶
縁膜２４，第２半導体基板１８及び絶縁膜２２を貫通す
る第２穴４９を形成し、その両穴４８，４９の内周面
（底面を除く）と、第３半導体基板２６の表面に絶縁膜
５０を成膜する。この状態で、各穴４８，４９内に、ア
ルミ等によるワイヤパッド３５，３８を形成する。ま
た、絶縁膜５０の所定位置に孔部５０ａを形成して第３
半導体基板２６を露出させ、そこにワイヤパッド４０を
形成する。

【００７０】係る構成を採ることにより、３つのワイヤ
パット３５，３８，４０が同一面上にあるため、その第
３半導体基板２６側を基板側への面実装面とすることに
より、センサチップをダイボンディングする時に、フリ
ップチップ実装によりワイヤパッドからダイレクトに信
号を取り出することができる。これにより、ワイヤボン
ディングの工程を削減できる。

【００７１】上記した各実施の形態は、いずれも図９〜
図１２に示したように、可動板１６を半導体ウエハで形
成するようにしたが、本発明はこれに限ることはなく、
導電性薄膜を用いて形成することもできる。その製造プ
ロセスの一例としては、図２８〜図３１に示すような工
程を実施できる。

【００７２】すなわち、まず、図２８（Ａ）に示すよう
に、センサに用いる基板としてのＰ型シリコンの単結晶
基板（Ｓｉ基板）１０′を用意する。次いで、Ｓｉ基板
１０′の上面全面に絶縁膜（Ｓｉ０₂等）を塗布し、基
板周縁接合部、柱部１４を残すようにパターニングする
（同図（Ｂ）参照）。係る処理までは、図９に示すもの
と同様である。

【００７３】次いで、ギャップとなる部分に酸化膜５２
を堆積させる。この酸化膜が犠牲層となる（図２８
（Ｃ）参照）。そして、ポリシリコン等の導電性薄膜５
３を所定厚さ堆積させる（図２９（Ａ）参照）。この厚
さは、最終製品での可動板１６の厚さに対応させてい
る。この堆積した導電性薄膜５３の所定領域をエッチン
グにより除去してパターニングを行い、可動板１６，引
出配線及びフレーム１９を形成する（同図（Ｂ）参
照）。

【００７４】ウェットエッチングにより、図２８（Ｃ）
で示した処理で製造した酸化膜（犠牲層）をエッチング
して除去し、下側のギャップＧ１を形成する（図３０
（Ａ）参照）。次いで、絶縁膜をパターニングすること
により、首部３０や周囲の絶縁膜２４を成膜した後、そ
の上に、上部ダイアフラムとなるＳｉ基板２６′を接合
する（図３０（Ｂ）参照）。

【００７５】そして、この上下に配されたＳｉ基板１
０′，２６′に対してウェットエッチングによる異方性
エッチングを行い、上下ダイアフラム２８，１２を同時
に形成し、第１，第３半導体基板１０，２６を形成する
（図３１（Ａ）参照）。また、この時、各ワイヤパッド
を露出するために必要な切欠部分（半導体基板の１辺の
１つの角部を除去）も同時に形成する。また、図示の例
では、エッチング領域を狭くしているため、第２の実施
の形態等で示したように平行変位領域の面積の広いタイ
プのものを製造したが、この時広い面積をエッチングす
ると、第１の実施の形態と同様のタイプのセンサを製造
できる。

【００７６】そして最後に３枚の基板１０，１８，２６
の各々に接続するようにして、アルミなどによりワイヤ
パット３８を形成して完成する（図３１（Ｂ）参照）。
係るプロセスを実行することにより、使用するシリコン
基板が一枚減少できるので、コストダウンになる。

【００７７】なお、上記した実施の形態では、引出配線
３７は可動板１６と同一材料で形成する例について説明
したが、本発明はこれに限ることはなく、異なる材質で
形成してもよい。すなわち、例えば、可動板１６を単結
晶シリコンで形成し、引出配線の部分を表面マイクロ技
術によりポリシリコンで形成するようにすれば、「可動
板の剛性＞引出配線の剛性」となり、引出配線により生
じる応力の影響が可動板側にかかりにくくなる。

【００７８】図３２は、本発明に係る圧力センサの具体
的な適用例を示している。すなわち、都市ガスのような
流体の流量を測定する流量計の一つとしてフルイディッ
ク流量計と呼ばれる流量計があり、この流量計の一部に
本発明の圧力センサを組み込むようにしている。

【００７９】すなわち、圧力室６１に流路形成壁６５
ａ，６５ｂを設けてセットリングスペース６４、管路縮
小部６６、噴出ノズル６７、管路拡大部６８を形成す
る。流体は流入管６２からセットリングスペース６４に
入って整流され、管路縮小部６６で高流速となって噴出
ノズル６７から管路拡大部６８に噴出される。噴出した
流体は、隔壁７０ａ，７０ｂ、７１、誘振子７２の作用
により帰還流路７３ａと７３ｂとを交互に流れる振動流
体となる。なお、帰還流路７３ａ，７３ｂから外れた流
体は、排出流路７４ａ，７４ｂから下流側の排出管６３
へ流れていく。

【００８０】この流体の圧力変化を隔壁７１に設けた導
圧路７５ａ，７５ｂで取り出し、本発明の圧力センサ５
５の上部ダイアフラム２８，下部ダイアフラム１２の表
面にそれぞれ導くようにしている。すると、両圧力の差
に応じた出力が圧力センサ５５から出力されるので、そ
れをセンサ信号処理部５５ａにて電気信号に変換し、流
量演算回路８０に与えるようにしている。

【００８１】流量演算回路８０は、波形整形回路８２と
演算回路８３と出力回路８４とから成る。噴出ノズル６
７からの噴流の流動方向変化に起因する圧力変化を圧力
センサ５５で検出する。この時の圧力センサ５５からの
信号は、そのまま上記圧力変化に伴う差圧信号であるの
で、波形整形回路８２は、この差信号を整形して矩形波
にする。そして、演算回路８３はこの矩形波から流量を
算出し、その算出された流量値を出力回路８４が出力端
子６６に出力する。なお、上記と信号に基づく具体的な
演算処理は、従来と同様であるので、その詳細な説明を
省略する。

【００８２】本形態における圧力センサ５５は都市ガス
に対する耐腐食性が大きいシリコンと酸化膜（絶縁膜）
で作られ、都市ガスに触れる部分は上側，下側電極基板
すなわちシリコンになっているから、都市ガスに対する
耐腐食性が大きく、高信頼性、長寿命となる。

【００８３】さらに、フルイデック等の差圧計測による
流量測定に用いた場合、高精度（高周波応答、高分解
能）、高信頼性の流量計になる。すなわち、例えばフル
イディック式など差圧計測により流量を検出する場合、
流量がない時に両ダイアフラム１２，２８に加わる圧力
が同時に変化することがある。その時、本センサ５５に
より検出していれば、両ダイアフラム１２，２８に係る
圧力が同時に変化しても、両ダイアフラム１２，２８は
一体化しているため上下の圧力は相殺され、誤った信号
を出力することなく正確な測定が可能となる。

【００８４】なお、上記した流量演算回路は、センサ信
号処理部５５ａの出力をそのまま波形成形回路８２に送
るようにしたが、これは、センサ信号処理部５５ａから
両ダイアフラム１２，２８に加わる圧力差に応じて正負
の出力をするようにしたためである。従って、例えばセ
ンサ信号処理部５５ａからの信号が、圧力が均衡してい
る（差圧０）時にある一定の電圧が出力され、圧力差に
応じてその一定の電圧を基準に変化するような場合であ
って、演算処理をする際に正負に振れるのが必要な場合
には、係る演算回路８３にてオフセットをとるようにし
たり、或いは、流量演算回路８０の入力側に比較回路を
設け、センサ信号処理部５５ａの出力をその比較回路に
入力するとともに、上記一定の電圧を比較回路の基準電
圧とするように構成するなど各種の対応がとれる。

【００８５】なお、上記した実施の形態及び適用例で
は、圧力センサに適用した例について説明したが、加速
度や振動であってももちろんよい。その場合には、加速
度等によりダイアフラムが変形しやすいようにするた
め、例えばダイアフラムの中央部分に外側に突出する重
りを設けるとよい。

【００８６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
センサでは、ダイアフラムの変形に伴う静電容量の変化
が、ダイアフラムの周縁側の大きな面積の領域で最も大
きくすることができる。その結果、測定対象物理量の変
化に対するセンサ出力の変化が大きくなり、高感度とな
る。さらに、ダイアフラムの非接合面側が受圧面となる
ので、測定対象物理量が圧力の場合でも、測定媒体を電
極に接触させないようにすることができ、測定媒体の種
類を問わなくすることができる。つまり、腐食性のガス
も測定可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の静電容量型圧力センサの一例を示す断面
図である。

【図２】本発明に係るセンサの第１の実施の形態を示す
断面図である。

【図３】同平面図である。

【図４】第１半導体基板１０の上に絶縁膜２２を成膜し
た状態を示す平面図である。

【図５】第２半導体基板１８と、その上に絶縁膜２４を
成膜した状態を示す平面図である。

【図６】第３半導体基板２６を示す平面図である。

【図７】図３のα−α′線矢視断面図である。

【図８】動作状態を説明する図である。

【図９】製造プロセスの一例を示す図である。

【図１０】製造プロセスの一例を示す図である。

【図１１】製造プロセスの一例を示す図である。

【図１２】製造プロセスの一例を示す図である。

【図１３】製造プロセスの一例を示す図である。

【図１４】製造プロセスの一例を示す図である。

【図１５】本発明の第２の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図１６】その動作状態を説明する図である。

【図１７】本発明の第３の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図１８】本発明の第４の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図１９】本発明の第５の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２０】本発明の第５の実施の形態を示す平面図であ
る。

【図２１】本発明の第６の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２２】本発明の第７の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２３】本発明の第７の実施の形態を示す平面図であ
る。

【図２４】本発明の第８の実施の形態を示す平面図であ
る。

【図２５】本発明の第９の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２６】本発明の第１０の実施の形態を示す平面図で
ある。

【図２７】図２６のβ−β′線矢視断面図である。

【図２８】製造プロセスの一例を示す図である。

【図２９】製造プロセスの一例を示す図である。

【図３０】製造プロセスの一例を示す図である。

【図３１】製造プロセスの一例を示す図である。

【図３２】利用態様の一例を説明する図である。

【符号の説明】

１０第１半導体基板１２下部ダイアフラム１３枠体１３ａダイボンド部１４柱部１６可動板１８第２半導体基板１９フレーム２０第１電極２１第２電極２２絶縁膜２４絶縁膜２６第３半導体基板２８上部ダイアフラム２９枠体３０柱部３１第３電極３２第４電極３５，３８，３９ワイヤパッド４０貫通孔４１梁４２溝４４電極部４５絶縁膜４６インタコネクション配線４７インタコネクション４８，４９穴５０絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のダイアフラム付きの基板と、第２
のダイアフラム付きの基板を接合し、前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムは、
所定の間隔をおいて対向配置するとともに、それら両ダ
イアフラムの間に可動板を配置し、前記可動板は、その両面にてそれぞれ前記両ダイアフラ
ムに絶縁状態で接続され、前記ダイアフラムの変形にと
もない前記可動板も変位するようにし、かつ、前記可動板の両面の少なくとも一方の面と、それ
に対向する基板の対向面に電極を形成し、その電極間に
発生する静電容量に基づいて前記ダイアフラムに加わる
測定対象物理量を検出するようにしたことを特徴とする
静電容量型センサ。
【請求項２】第１のダイアフラム付きの基板と、第２
のダイアフラム付きの基板を接合し、前記第１のダイアフラムと前記第２のダイアフラムは、
所定の間隔をおいて対向配置するとともに、それら両ダ
イアフラムの間に可動板を配置し、前記可動板は、その両面にてそれぞれ前記両ダイアフラ
ムに絶縁状態で接続され、前記ダイアフラムの変形にと
もない前記可動板も変位するようにし、かつ、前記可動板の両面と、それに対向する前記両基板
の対向面にそれぞれ電極を形成し、前記可動板の両面に形成される電極と対向する電極間に
それぞれ発生する静電容量に基づいて前記ダイアフラム
に加わる測定対象物理量を検出するようにしたことを特
徴とする静電容量型センサ。
【請求項３】前記第１，第２のダイアフラムで挟まれ
る空間が、閉塞されていることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の静電容量型センサ。
【請求項４】前記閉塞された空間が、真空或いは減圧
状態にしたことを特徴とする請求項３に記載の静電容量
型センサ。
【請求項５】前記可動板は、前記両ダイアフラムより
も大きい平面形状とし、前記可動板に形成する電極の少なくとも一部が、前記ダ
イアフラムの外側の前記基板表面に対向するように構成
したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の静電容量型センサ。