JPH06323941A - 静電容量型センサ - Google Patents

静電容量型センサ

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JPH06323941A
JPH06323941A JP13948293A JP13948293A JPH06323941A JP H06323941 A JPH06323941 A JP H06323941A JP 13948293 A JP13948293 A JP 13948293A JP 13948293 A JP13948293 A JP 13948293A JP H06323941 A JPH06323941 A JP H06323941A
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JP
Japan
Prior art keywords
detection circuit
substrate
fixed
cover
pressure sensor
Prior art date
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Application number
JP13948293A
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English (en)
Inventor
Koji Sakai
浩司 境
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性の高い小型の圧力センサを提供する。 【構成】 単結晶シリコンウエハよりダイヤフラム4を
弾性的に支持させたフレーム3を異方性エッチングによ
り作製し、ダイヤフラム4に可動電極5を形成する。別
な単結晶シリコンウエハよりカバー2を作製し、可動電
極5に対向するように固定電極7を形成する。カバー2
の下面全体にはCVD法によりSiO2の酸化膜6を形
成し、固定電極7が形成された領域に重なるように、酸
化膜6の内側に、可動電極5と固定電極7とで構成され
るコンデンサの静電容量Cの変化を検出するための検出
回路9を半導体製造プロセスにより形成する。このよう
にして作製されたフレーム3とカバー2とを低温接合技
術を用いて接合して圧力センサ1を作製する。

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センサに関す
る。具体的には、検知部の変位に比例して生じる静電容
量の変化を検出して、自動車の加速度や空気等のゲージ
圧を測定するために用いられる静電容量型センサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体静電容量型圧力センサにお
いては、例えば特開平4−9727号公報に開示された
ように、シリコン基板のダイヤフラム部に可動電極を形
成し、またガラス基板には固定電極を形成して、シリコ
ン基板とガラス基板とを陽極接合することによりコンデ
ンサを構成させる構造の圧力センサが知られている。ま
た、上記公報に開示されている圧力センサにあっては、
当該コンデンサの静電容量の変化を検出する検出回路は
別途ICチップに構成され、ガラス基板の上に搭載され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造の圧力センサにおいて、検出回路を圧力センサ
に一体型として作り込む場合、当該検出回路はダイヤフ
ラム部を有するシリコン基板に設けなければならなかっ
た。その一方シリコン基板にダイヤフラム部を形成する
ために、通常KOH溶液などのアルカリ金属イオンを含
んだエッチング液を用いて異方性エッチングを行なって
いた。このため、シリコン基板の検出回路上にSiN膜
などのアルカリ金属イオンを通さないパッシベーション
層を設けなければならず、圧力センサの製造工程が増え
るという問題点があった。
【0004】また、検出回路をダイヤフラム部を有する
シリコン基板に設ける場合には、シリコン基板上に残留
したアルカリ金属イオンが検出回路に悪影響を及ぼし、
長期安定性に欠けるという問題点もあった。
【0005】さらに、検出回路はシリコン基板のダイヤ
フラム部の領域以外に作り込まなければならず、検出回
路を設けるためのスペースを確保するためシリコン基板
を大きく作製する必要があって、結果的に圧力センサが
大きくなってしまうという問題点があった(電子情報通
信学会論文誌 1992年8月号 Vol.J75−C−II
No.8 P.451〜461)。
【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、シリコン基
板同士を接合して、固定電極が形成されたシリコン基板
上に検出回路を形成し、なおかつ、固定電極の下に絶縁
膜を介して検出回路を形成することにより、上記問題点
を解決することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の静電容量型セン
サは、弾性を有する検知部を半導体支持基板に設け、当
該支持基板のいずれか一方の面に半導体固定基板を接合
し、前記検知部に設けた可動電極と対向させて前記固定
基板の内面に固定電極を設け、前記可動電極及び前記固
定電極によりコンデンサを構成した静電容量型センサに
おいて、前記コンデンサの静電容量の変化を検出する検
出回路を前記固定基板に設けたことを特徴としている。
【0008】また、前記固定基板に設けた前記検出回路
上に絶縁膜を設け、前記絶縁膜を介して前記検出回路と
少なくとも一部を重複させて前記固定基板に前記固定電
極を設けることとしてもよい。
【0009】
【作用】本発明の静電容量型センサは、当該センサに構
成されるコンデンサの静電容量の変化を検出するための
検出回路を固定基板に設けている。固定基板には検知部
を形成するためのエッチング処理を施す必要がないた
め、ダイヤフラム部のような検知部を支持基板に形成す
る際に使用するアルカリエッチング液から保護するため
のパッシベーション層が不要になる。したがって、セン
サの製造工程を少なくすることができ、プロセスコスト
を下げることができる。
【0010】また、固定基板はエッチング不要にできる
ので、アルカリエッチング液のアルカリ金属イオンが残
留することもなく、検出回路はアルカリ金属イオン等に
より悪影響を受けることがなく、静電容量型センサの信
頼性が向上し、また長期安定性に欠けることもない。
【0011】また、固定基板に設けた検出回路上に絶縁
膜を設け、絶縁膜を介して検出回路と少なくとも一部を
重複させて固定基板に固定電極を設けることにすれば、
固定電極を設けた領域外に検出回路を作り込むためのス
ペースを小さくできる。このため、固定基板上に検出回
路を設けるために固定基板自身を大きくする必要がな
く、静電容量型センサを小型化することができる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明の一実施例である圧力センサ
1の断面図、図2は圧力センサ1を構成するカバー2の
底面図、図3は圧力センサ1を構成するフレーム3の平
面図である。以下、図1、図2、図3に基づき実施例に
ついて詳細に説明する。
【0013】圧力センサ1は、角枠状の枠内全面に薄膜
状のダイヤフラム4を弾性的に支持させたフレーム3の
上面にカバー2が重ねられ、カバー2の周辺部は、カバ
ー2又はフレーム3のいずれかの接合面にガラス材を薄
膜状に塗布して互いに接着したのち低温処理(約100
〜200℃)して接合を行なう低温接合技術によりフレ
ーム3に接合されている。
【0014】フレーム3及びダイヤフラム4は単結晶シ
リコンウエハから水酸化カリウム溶液による異方性エッ
チングによって一体形成され、ダイヤフラム4はその弾
性変形によりその厚さ方向に自由に微小変位できるよう
に形成され、例えばダイヤフラム4は10μm程度の厚
さに、カバー2の固定電極7とのギャップ量は約2μm
となるように形成されている。また、ダイヤフラム4に
はその内面に可動電極5が形成されている。
【0015】カバー2は単結晶シリコンウエハより作製
されていて、カバー2の下面全体に、CVD(Chemical
Vapor Deposition)法により堆積したSiO2組成の絶
縁性の酸化膜6が形成されている。酸化膜6の表面には
ダイヤフラム4の可動電極5と微小なギャップを隔てて
固定電極7が形成され、可動電極5と固定電極7により
コンデンサが構成されている。カバー2の酸化膜6の内
側には検出回路9が半導体製造プロセスにより作り込ま
れていて、検出回路9は当該コンデンサの静電容量Cを
周波数に変換する静電容量−周波数変換回路(C−f変
換回路)などから構成され、コンデンサの静電容量Cの
変化を検出することができる。
【0016】固定電極7は、酸化膜6に設けられたコン
タクトホール10を通じて検出回路9の入力端子に接続
されている。一方ダイヤフラム4に設けられた可動電極
5はフレーム3の上面に配設された接続配線11と接続
され、接続配線11が接合時の圧着によりカバー2に設
けられた接続配線12と接触することにより、別なコン
タクトホール10を通して検出回路9の入力端子と電気
的に接続されている。また、検出回路9の出力端子は、
酸化膜6に設けられたさらに別なコンタクトホール1
0,10を通じてカバー2の接合面に設けられた引き出
しパッド13,13に接続され、カバー2とフレーム3
の接合時の圧着によりフレーム3上の外部引き出し配線
14,14に接触して電気的に接続されている。
【0017】しかして、ダイヤフラム4に空気の圧力が
加えられると、空気の圧力に比例してダイヤフラム4が
変位して、可動電極5と固定電極7とのギャップ量が変
化し、当該コンデンサの静電容量Cが変化する。この静
電容量Cの変化は検出回路9により検出され、フレーム
3上の外部引き出し配線14,14から外部に取り出す
ことができる。このようにして、圧力センサ1に加えら
れた空気の圧力を知ることができる。
【0018】以下図4及び図5にしたがって圧力センサ
1の作製方法を説明する。まず、カバー2となるシリコ
ン基板21、例えば(100)単結晶シリコンウエハか
らなるシリコン基板21に、通常の半導体製造プロセス
によって検出回路9を作り込む。次に、その検出回路9
を覆うようにシリコン基板21全面に亘り、低温CVD
法によりPSG(Phosphosilicate glass:リンけい酸
ガラス)による酸化膜6を層間絶縁膜として1μm堆積
する〔図4(a)〕。この酸化膜6に4つのコンタクト
ホール10をエッチングにより形成する。酸化膜6の表
面にスパッタリングによってアルミニウムによる金属膜
23を形成すると共に各コンタクトホール10を介して
金属膜23を検出回路9の入力端子及び出力端子と接続
する〔図4(b)〕。次いで、この金属膜23をエッチ
ングすることによって、固定電極7、接続配線12及び
引き出しパッド13,13を形成してカバー2となるシ
リコン基板21を作製する〔図4(c)〕。
【0019】次に図5に示すようにダイヤフラム4が支
持されたフレーム3となるシリコン基板22を作製す
る。例えば(100)単結晶シリコンウエハからなるシ
リコン基板22の両面全面にマスク用薄膜としてSiN
膜24をCVD法により形成する〔図5(a)〕。次に
ギャップ形成用のパターニングを行ってSiN膜24に
エッチング処理を行う〔図5(b)〕。エッチングによ
りSiN膜24を開口されたシリコン基板22を局所酸
化(LOCOS)法により酸化を行い、形成された酸化
膜をバッファ弗酸により除去することで、ギャップを形
成するための凹部25を形成する〔図5(c)〕。シリ
コン基板22の凹部25を形成した面の残りのSiN膜
24をドライエッチングにより除去し、可動電極5を形
成するためにアルミニウムをスパッタリングにより堆積
させてアルミニウム膜を形成したのち、このアルミニウ
ム膜にエッチング処理を施し可動電極5及び接続配線1
1並びに外部引き出し配線14を形成する〔図5
(d)〕。続いて、ダイヤフラム4を形成させるために
可動電極5が形成された面と反対面のSiN膜24をパ
ターニングする。このパターニングの際、マスク合わせ
は可動電極5との位置合わせが重要になるので両面マス
クアライナを用いて行なった後、SiN膜24をドライ
エッチングにて一部除去する〔図5(e)〕。このよう
にして形成したシリコン基板22のパターン面を45w
t%KOH溶液を用いて、異方性エッチングを行ない、
シリコン基板22のエッチング部分の厚さが10μmと
なったところでエッチングを終了し、ダイヤフラム4が
支持されたフレーム3となるシリコン基板22を作製す
る。
【0020】以上のようにして作製された2枚のシリコ
ン基板21,22を、可動電極5と固定電極7とが対向
するように互いに位置合わせを行ない、低温接合技術を
用いて接合して、最後に所定の大きさにダイシングによ
り切り出して圧力センサ1を作製する。
【0021】このようにして圧力センサ1を簡単に作製
することができる。また、圧力センサ1にあっては、圧
力センサ1に加えられた空気の圧力を検知するための検
出回路9を、酸化膜6を介して固定電極7と重なるよう
にカバー2に設けているので、圧力センサ1を小さく作
製することができ、検出回路9上にはエッチング液のア
ルカリ金属イオンも残留することもないので、圧力セン
サ1の信頼性を高くすることができる。
【0022】なお、上記実施例では圧力センサの場合に
ついて説明したが、本発明は静電容量型の加速度センサ
にも用いることができるのはいうまでもない。
【0023】
【発明の効果】本発明の静電容量型センサによれば、セ
ンサに構成されるコンデンサの静電容量の変化を検出す
るための検出回路を固定基板に設けることにより、検出
回路をアルカリエッチング液から保護するためのパッシ
ベーション層が不要になり、センサの製造工程を少なく
することができ、プロセスコストを下げることができ
る。
【0024】また、アルカリエッチング液中のアルカリ
金属イオンが残留して検出回路に対して悪影響を及ぼす
ことがなく、センサの信頼性や長期安定性の向上を図る
ことができる。
【0025】さらに、検出回路を固定基板に設けている
ので、検知部の変形による歪みが検出回路に伝わること
がなく、検出回路の信頼性が向上する。
【0026】また、固定基板に設けた検出回路上に絶縁
膜を設け、絶縁膜を介して検出回路と少なくとも一部を
重複させて固定基板に固定電極を設けることにすれば、
固定電極を設けた領域外に検出回路を作り込むためのス
ペースを小さくでき、静電容量型センサを小型化するこ
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の断面図で
ある。
【図2】同上の圧力センサを構成するカバーの底面図で
ある。
【図3】同上の圧力センサを構成するフレームの平面図
である。
【図4】(a)(b)(c)は、同上の圧力センサを構
成するカバーの作製方法を示す断面図である。
【図5】(a)(b)(c)(d)(e)(f)は、同
上の圧力センサを構成するフレームの作製方法を示す断
面図である。
【符号の説明】
2 カバー 5 可動電極 6 酸化膜 7 固定電極 9 検出回路 11 接続配線 12 接続配線 14 外部引き出し配線 24 SiN膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性を有する検知部を半導体支持基板に
    設け、当該支持基板のいずれか一方の面に半導体固定基
    板を接合し、前記検知部に設けた可動電極と対向させて
    前記固定基板の内面に固定電極を設け、前記可動電極及
    び前記固定電極によりコンデンサを構成した静電容量型
    センサにおいて、 前記コンデンサの静電容量の変化を検出する検出回路を
    前記固定基板に設けたことを特徴とする静電容量型セン
    サ。
  2. 【請求項2】 前記固定基板に設けた前記検出回路上に
    絶縁膜を設け、前記絶縁膜を介して前記検出回路と少な
    くとも一部を重複させて前記固定基板に前記固定電極を
    設けたことを特徴とする請求項1に記載の静電容量型セ
    ンサ。
JP13948293A 1993-05-17 1993-05-17 静電容量型センサ Pending JPH06323941A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008041607A1 (en) * 2006-10-02 2008-04-10 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Pressure sensor
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