JPH07318445A - 静電容量型圧力センサとその製造方法 - Google Patents

静電容量型圧力センサとその製造方法

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JPH07318445A
JPH07318445A JP11253294A JP11253294A JPH07318445A JP H07318445 A JPH07318445 A JP H07318445A JP 11253294 A JP11253294 A JP 11253294A JP 11253294 A JP11253294 A JP 11253294A JP H07318445 A JPH07318445 A JP H07318445A
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JP
Japan
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insulating film
silicon substrate
pressure sensor
thin portion
silicon layer
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JP11253294A
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Satoshi Endo
智 遠藤
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Original Assignee
Yazaki Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】薄肉部の厚さを狭い範囲内に揃えることにより
センサの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】シリコン基板１の表面に絶縁膜２を形成し、そ
の上にシリコン層３を形成する。シリコン層３に下部電
極４、信号処理回路部５、接続配線６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７と厚肉部８を
形成する。上部ガラス板１１に凹部１２、１３を形成
し、凹部１２に上部電極１４を形成する。上部ガラス板
１１とシリコン層３を陽極接合法により貼合わせる。薄
肉部７は絶縁膜２とシリコン層３とからなり、感圧部を
構成する。薄肉部７の厚さはシリコン層を研磨すること
により決められので、薄肉部の厚さを狭いばらつき範囲
内に収め、センサの感度を揃えることがてきる。

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６は従来の静電容量型圧力センサの一例
の断面図である。
【０００５】この圧力センサのダイアフラム５１は、一
導電型（ｐ型またはｎ型）で単結晶のシリコン基板をエ
ッチングして一面に薄肉部５２，厚肉部５３を形成し、
他面に凹部５４を形成して感圧部とし、凹部５４に下部
電極５５を設け、薄肉部５２と厚肉部５３とから成る感
圧部の隣に信号処理回路部５６を設けた構造になってい
る。信号処理回路部５６は、シリコン基板と反対導電型
（ｎ型またはｐ型）のウェル５７内に素子領域５８を設
け、素子領域５８に電極５９を接続して構成される。
【０００６】上部ガラス板６１にはダイアフラム５１の
下部電極５５に向い合う領域に上部電極６２とこの上部
電極６２を信号処理回路部５６に接続する接続配線（図
示せず）が形成され、また信号処理回路部５６に向い合
う領域に凹部６３が形成され、信号処理回路部５６を損
傷しないように保護する空間が形成されている。
【０００７】ダイアフラム５１の上に上部ガラス板６１
を置き、下部電極５５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貼り合わせる。
【０００８】ダイアフラム５１と上部ガラス板６１とを
貼り合わせることるよりダイアフラム５１の凹部５４と
上部ガラス板６１との間に密閉された空間６４が形成さ
れる。この空間６４内の圧力をＰ0 とする。圧力Ｐ0 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５６は、この値
から絶対圧力を算出する。上部ガラス板６１に空間６４
に通じる孔をあけ、空間６４に別の気体の圧力Ｐ2 を導
入して圧力差（Ｐ1 −Ｐ2 ）を測定した場合は、この圧
力センサは、圧力Ｐ2 に対する相対圧力（Ｐ1 −Ｐ2 ）
を測定したことになる。
【０００９】図７は図６のダイアフラムの製造方法を説
明するための工程順に示した断面図である。
【００１０】まず、図７（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一導電型（ｐ
型またはｎ型）のシリコン基板７１の上面にＳｉＯ2 な
どのレジストマスク７２を設け、下部電極を形成する領
域となる所のレジストマスク７２に開口を形成し、シリ
コン基板７１と反対導電型（ｎ型またはｐ型）の不純物
をイオン注入または拡散により導入して反対導電型領域
７３を形成する。
【００１１】次に、図７（ｂ）に示すように、レジスト
マスク７２を除去し、新しくレジストマスクを設け、開
口を形成し、不純物を導入する通常の方法により反対導
電型のウェル５７、一導電型の素子領域５８、電極５
９、絶縁膜７４を形成する。
【００１２】次に、図７（ｃ）に示すように、シリコン
基板７１の表面にレジストマスク７５を設けて保護し、
シリコン基板７１の裏面に耐エッチング性の異なるレジ
ストマスク７６、７７を設ける。このようなレジストマ
スクの材料としてＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 が適している。
薄肉部を形成する領域となる所のレジストマスク７７に
開口を形成し、次に厚肉部５３を形成する領域となる所
のレジストマスク７６を残してレジストマスク７６をエ
ッチングして開口を形成してシリコン基板７１の裏面を
露出させる。開口を通してシリコン基板７１をＴＭＡＨ
（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、（Ｃ
Ｈ3 ）4 ＮＯＨ）などで異方性エッチングして凹部７８
を形成する。凹部７８の深さは、薄肉部５２と厚肉部５
３との厚さの差にする。
【００１３】次に、図７（ｄ）に示すように、レジスト
マスク７７の開口内のレジストマスク７６を除去し、シ
リコン基板７１をＴＭＡＨでエッチングする。このエッ
チングは、薄肉部５２の厚さが所定厚さになるまで行
う。この時、厚肉部５３もエッチングされ、厚肉部５３
の下面はシリコン基板７１の下面よりも引込むことにな
る。
【００１４】次に、図７（ｅ）に示すように、シリコン
基板７１の下面とレジストマスク７６，７７の表面をホ
トレジストなどのレジストマスク７９で覆い、凹部５４
を形成する予定の領域の上のレジストマスク７５に開口
を形成する。この開口を通してシリコン基板７１をエッ
チングして凹部５４を形成する。このとき、反対導電型
領域７３もエッチングされて下部電極５５が形成され
る。
【００１５】次に、図７（ｆ）に示すように、レジスト
マスク７５〜７７，７９を除去し、ダイアフラム５１を
得る。
【００１６】図８は図６の上部ガラス板の製造方法を説
明するための工程順に示した断面図である。
【００１７】まず、図８（ａ）に示すように、上部ガラ
ス板６１の両面にホトレジスト等でレジストマスク８
１，８２を設け、レジストマスク８１に開口８３を設け
る。開口８３を通して上部ガラス板６１をフッ化水素酸
系のエッチング液でエッチングして凹部６３を形成す
る。
【００１８】次に、図８（ｂ）に示すように、レジスト
マスク８２を除去し、新しくレジストマスク８４を設
け、上部電極６２を形成する領域のレジストマスク８４
に開口８５を形成する。
【００１９】次に、図８（ｃ）に示すように、レジスト
マスク８４の上に金属膜８６を蒸着またはスパッタ法に
より形成する。
【００２０】次に、図８（ｄ）に示すように、レジスト
マスク８４をその上の金属膜８６と共に除去する。開口
８５の所の金属膜８６が残り、上部電極４７が形成され
る。このようにして図６の上部ガラス板６１が得られ
る。
【００２１】このようにして製造されたダイアフラム５
１と上部ガラス板６１とを重ね、ダイアフラム５１の下
部電極５５と上部電極６２とを位置合わせして、約４０
０℃に加熱して６００〜１０００Ｖの直流電圧を印加す
る陽極接合法で貼り合わせることにより図６に示す圧力
センサが製造される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の圧
力センサの製造において、圧力センサの感度を狭いばら
つきの範囲内に収めるためにはダイアフラムの感圧部と
なる薄肉部の厚さを狭いばらつきの範囲内に揃える必要
がある。従来は、薄肉部の厚さの制御をエッチング液の
組成と温度とエッチング時間の制御で行っていたが、薄
肉部の厚さには±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、狭い範囲内の感度を有する圧力センサの歩留りが悪
く、コストが高くなるという問題があった。
【００２３】本発明の目的は、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。
【００２４】
【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、シリコン基板の上に絶縁膜を介して設けられ
た一導電型で単結晶のシリコン層と、このシリコン層の
表面に設けられた下部電極と、この下部電極に向かい合
う前記シリコン基板の領域を選択除去して形成される薄
肉部とを有するダイアフラムと、前記ダイアフラムの上
面に取付けられ前記下部電極に間隔をおいて対向する上
部電極を有する上部ガラス板と、前記シリコン層の表面
に設けられ前記下部電極と前記上部電極からの信号を受
けて圧力値を算出する信号処理回路部とを備えたことを
特徴とする。
【００２５】本発明は、前記薄肉部が前記絶縁膜と前記
シリコン層とから成ることを特徴とする。
【００２６】本発明は、前記薄肉部が前記シリコン層の
みから成ることを特徴とする。
【００２７】本発明は、前記薄肉部の中央部分に前記シ
リコン基板の一部で構成され前記薄肉部よりも厚い厚肉
部を有することを特徴とする。
【００２８】本発明は、前記厚肉部が前記絶縁膜を介し
て前記シリコン層と接していることを特徴とする。
【００２９】本発明は、前記シリコン基板の一部の選択
除去して絶縁分離されたシリコンの島と、この島に接す
る前記絶縁膜を選択除去して形成された開口と、この開
口を通して前記信号処理回路部の入出力部と前記島とを
接続する接続配線を含むことを特徴とする。
【００３０】本発明の静電容量型圧力センサの製造方法
は、（Ａ）シリコン基板の表面に所定の厚さの絶縁膜を
形成する工程と、この絶縁膜の上に一導電型で単結晶の
シリコン層を設ける工程と、このシリコン層を所定の厚
さに調整する工程と、このシリコン層の表面の所定位置
に下部電極とこの下部電極に接続する信号処理回路部と
を形成する工程と、前記下部電極に向かい合う前記シリ
コン基板の領域を選択除去して薄肉部を形成する工程と
を備えたダイアフラム形成工程、（Ｂ）ガラス板の両面
に耐エッチング性のレジストマスクを設け、前記ダイア
フラムの下部電極および信号処理回路部に向い合う領域
のレジストマスクに開口を設ける工程と、前記開口を通
して前記ガラスをエッチングして前記下部電極および信
号処理回路部に向い合う領域に凹部を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、前記下部電極に
向い合う凹部に上部電極を形成する工程と、この上部電
極を前記信号処理回路部に接続するための接続配線を形
成する工程とを備えた上部ガラス板形成工程、（Ｃ）前
記ダイアフラムの上面に前記上部ガラス板を前記下部電
極と前記上部電極とが向い合うように位置合わせして貼
合わせると同時に前記接続配線を前記信号処理回路部に
接続する工程とを備えたことを特徴とする。
【００３１】本発明は、前記薄肉部を形成する工程が、
前記シリコン基板のみを選択除去して形成する工程であ
ることを特徴とする。
【００３２】本発明は、前記薄肉部を形成する工程が、
前記シリコン基板と前記絶縁膜とを選択除去して形成す
る工程であることを特徴とする。
【００３３】本発明は、前記薄肉部の中央部分に前記シ
リコン基板の一部を選択除去して厚肉部を形成する工程
を含むことを特徴とする。
【００３４】本発明は、前記シリコン基板の一部の周囲
を前記絶縁膜に到るまで選択除去して絶縁分離されたシ
リコンの島を形成し、この島に接する前記絶縁膜を選択
除去して前記信号処理回路部の入出力部を前記島に接続
する工程を含むことを特徴とする。
【００３５】
【作用】本発明では、シリコン基板とシリコン層とを絶
縁膜を介して貼り合わせ、シリコン層の表面に下部電極
を設け、下部電極に向かい合うシリコン基板の領域を選
択除去して薄肉部を形成することによってダイアフラム
を構成している。そして、ダイアフラムの下部電極に対
向する上部電極を有する上部ガラス板をダイアフラムの
上に接合して静電容量型圧力センサを構成している。感
圧部となる薄肉部の厚さは、シリコン層と絶縁膜の厚さ
で決まる。シリコン層の厚さは研磨によって調整される
が、シリコン層の研磨は相当高い精度で制御でき、シリ
コン層の厚さは狭いばらつきの範囲内で目標値に収めら
れる。また、絶縁膜の厚さはシリコン層よりも更に狭い
ばらつきの範囲内で制御できる。従って、薄肉部の厚さ
は、従来よりも１桁程度狭いばらつきの範囲内に収める
ことができる。
【００３６】前記薄肉部は、シリコン基板を選択エッチ
ングして形成されるが、そのとき絶縁膜はエッチ・スト
ッパの役目をしている。それ故、絶縁膜が露出するよう
にエッチングすれば、薄肉部の厚さはシリコン層と絶縁
膜の厚さで決まり、エッチング不足やエッチング過剰に
より薄肉部の厚さがばらつくというようなことは起こら
ない。
【００３７】圧力センサの感度を高めるためには薄肉部
の厚さは薄い方がよい。このため、絶縁膜を除去して、
薄肉部をシリコン層のみで構成して薄肉部の厚さを薄く
すると、圧力センサの感度を高めることができる。絶縁
膜はエッチ・ストッパの役目をしているから、絶縁膜の
除去はシリコン基板の選択エッチングが終了した後にす
る。
【００３８】圧力センサの感圧部は、薄肉部のみで構成
することができるが、大きな圧力がかかったとき、薄肉
部が円弧状に撓み、上部電極とダイアフラムとが平行に
ならず、圧力−容量変換が複雑になる。これを防ぎ、上
部電極とダイアフラムとの平行度を保つために、薄肉部
の中央部分に厚肉部を設ける。厚肉部は、薄肉部よりも
厚く、シリコン基板よりも薄くするのが普通であるが、
シリコン基板と同じ厚さにしても良い。
【００３９】前記厚肉部は、シリコン基板の一部を選択
エッチングして作られるので、厚肉部は絶縁膜を介して
前記シリコン層と接している。
【００４０】この発明の圧力センサは、シリコン基板と
シリコン層とが絶縁膜により完全に絶縁されていて電気
信号はすべてシリコン層から取り出される。このこと
は、シリコン基板をどこに取付けてもシリコン層は常に
絶縁されていて取付場所の影響を受けないという大きな
利点を有していることを示す。しかしながら、プリント
回路板に圧力センサを取付ける場合には、プリント回路
板の配線またはランドに圧力センサのシリコン基板を取
付け、圧力センサの入出力信号をプリント回路板の配線
に流してやる場合が多い。このような場合、圧力センサ
の信号処理回路部の入出力部をシリコン基板に接続して
おくと、圧力センサをプリント回路板の配線またはラン
ドに取付けるだけで圧力センサの入出力信号をプリント
回路板の配線に流すことができて便利である。そのよう
なことを可能にするために、シリコン基板の一部の選択
除去して絶縁分離されたシリコンの島を設け、この島に
接する絶縁膜を選択除去して開口を形成し、この開口を
通して信号処理回路部の入出力部と島とを接続配線で接
続する。
【００４１】この発明の圧力センサの製造方法において
は、絶縁膜を所定の厚さに形成する工程と、シリコン層
を所定の厚さに調整する工程とが重要である。シリコン
層の厚さの調整には研磨が用いられるが、研磨により相
当高い精度でシリコン層の厚さを目標値に持っていくこ
とができる。絶縁膜の厚さはシリコン層の厚さの制御以
上に制御できる。従って、感圧部となる薄肉部を絶縁膜
とシリコン層とで構成するようにすれば、薄肉部の厚さ
を狭いばらつきの範囲内に収めることができ、感度特性
の揃った圧力センサを高歩留りで安定に製造することが
できる。
【００４２】上述のように、感圧部となる薄肉部を絶縁
膜とシリコン層とで構成するときは、シリコン基板のみ
を選択除去する工程で薄肉部を形成することができる。
【００４３】圧力センサの感度を高めるためには薄肉部
の厚さは薄い方がよい。このため、薄肉部をシリコン層
のみで構成し、絶縁膜を除去する。絶縁膜はエッチ・ス
トッパの役目をしているから、シリコン基板の選択エッ
チングが終了した後に絶縁膜を除去する。
【００４４】薄肉部が円弧状に撓むのを防ぎ、上部電極
とダイアフラムとの平行度を保つために、薄肉部の中央
部分に厚肉部を設けるが、厚肉部はシリコン基板の一部
を選択除去して厚肉部を形成する。
【００４５】この発明の圧力センサは、信号処理回路部
が形成されているシリコン層が絶縁膜によりシリコン基
板と完全に絶縁されていることが利点の一つであるが、
信号処理回路部をシリコン基板に接続しておくと、便利
な場合がある。これを実現するために、シリコン基板の
一部の周囲を絶縁膜に到るまで選択除去して絶縁分離さ
れたシリコンの島を形成し、この島に接する絶縁膜を選
択除去して信号処理回路部の入出力部を島に接続する。
この島は、シリコン基板の残りの部分とは絶縁分離され
ているから、シリコン基板の残りの部分に電気的影響を
及ぼすことはない。
【００４６】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例の断面図であ
る。
【００４７】シリコン基板１は、結晶方位が〔１００〕
である主面を有する単結晶のシリコン基板から成る。こ
のシリコン基板１の表面に絶縁膜２を形成し、その上に
一導電型のシリコン層３を形成する。シリコン層３に反
対導電型の不純物を高濃度に拡散して高伝導度の下部電
極４を形成し、その隣の領域に信号処理回路部５を形成
し、反対導電型不純物の拡散により接続配線６を形成
し、下部電極４と信号処理回路部５とを接続する。シリ
コン基板１を選択エッチングして薄肉部７と厚肉部８を
形成する。薄肉部７は、絶縁膜２とシリコン層３とから
なり、感圧部を構成する。これによりダイアフラムが構
成される。
【００４８】厚肉部８は、必ずしも必要ではないが、大
きな圧力がかかったとき、薄肉部７が円弧状に撓むのを
防ぎ、上部電極１４とダイアフラムとの平行度を安定に
保つ効果があるので、厚肉部８を設けた方が良い。厚肉
部８は、薄肉部７よりも厚く、シリコン基板１よりも薄
くするのが普通であるが、シリコン基板１と同じ厚さに
しても良い。
【００４９】上部ガラス板１１は、薄肉部７と厚肉部８
とから成る感圧部に向い合う領域に凹部１２を形成し、
信号処理回路部５に向かい合う領域に凹部１３を形成
し、凹部１２に上部電極１４と、上部電極１４と信号処
理回路部５とを接続する接続配線（図示せず）を形成す
ることにより作られる。
【００５０】シリコン層３の上面に上部ガラス板１１を
置き、下部電極４と上部電極１４とが向い合うように位
置合わせして、陽極接合法により貼合わせると同時に接
続配線を信号処理回路部５に接続する。
【００５１】図２は図１のダイアフラムの製造方法を説
明するための工程順に示した断面図である。
【００５２】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のシリコン基板
１の表面に熱酸化により厚さ約０．５〜１μｍのＳｉＯ
2 の絶縁膜２を設ける。絶縁膜２は、相当正確に形成す
ることができ、±０．０１μｍ以下の精度で所望の厚さ
にすることができる。一導電型の単結晶のシリコン板２
１を別に用意し、シリコン基板１の絶縁膜２の上に置
く。
【００５３】次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン
板２１を絶縁膜２の上に重ね合わせ、約１０００℃〜１
２００℃のＮ2 雰囲気中で約１時間加熱して貼り合わせ
る。シリコン基板１とシリコン板２１との間には、特に
圧力をかけたり、電圧をかけたりするようなことはしな
い。
【００５４】次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン
板２１を研磨して厚さ約１５〜２５μｍの薄いシリコン
層３に調整する。この調整は、薄肉部７の厚さを決定す
るものであるから重要である。この研磨は相当正確に行
うことができ、±０．５μｍ以内の精度で所望の厚さに
することができる。シリコン板２１の研磨は、シリコン
層３と絶縁膜２の厚さの和が２０μｍ程度となるように
するのが望ましい。シリコン層３の表面にＳｉＯ2 など
のマスクを設け、窓あけし、不純物を拡散する通常の方
法によって、ウェル２２、素子領域２３、絶縁膜２４、
電極２５を形成して信号処理回路部５を形成する。同様
にしてシリコン層３と反対導電型の下部電極４、接続配
線６を形成する。
【００５５】次に、図２（ｄ）に示すように、シリコン
層３の表面をレジストマスク２６で覆い、シリコン基板
１の裏面に耐エッチング性が異なるレジストマスク２
７，２８を設ける。例えば、レジストマスク２７にＳｉ
Ｏ2 、レジストマスク２８にＳｉ3 Ｎ4 を用いる。薄肉
部７を形成する領域のレジストマスク２８に窓をあけ、
厚肉部８を形成する領域のレジストマスク２７を残し、
薄肉部７を形成する領域のレジストマスク２７をエッチ
ングして除去する。
【００５６】次に、図２（ｅ）に示すように、ＴＭＡＨ
（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、（Ｃ
Ｈ3 ）4 ＮＯＨ）で異方性エッチングを行い、凹部２９
を形成する。ＴＭＡＨは、ＳｉＯ2 を殆どエッチせずに
シリコンをエッチするので、ＳｉＯ2 をマスクとして使
用する場合のシリコンのエッチングにはＫＯＨより優れ
ている。
【００５７】次に、図２（ｆ）に示すように、厚肉部８
を形成する領域のレジストマスク２７を除去し、ＴＭＡ
Ｈで再び異方性エッチングを行い絶縁膜２に達する凹部
２９を形成する。このとき、レジストマスク２７で覆わ
れないシリコン基板２１もエッチングされ、厚肉部８が
形成される。絶縁膜２はエッチング剤に対するストッパ
となっており、絶縁膜２とシリコン層３からなる薄肉部
７の厚さが図２（ｃ）で設定した厚さに維持されるとい
う大きな効果を有している。従来は薄肉部７の厚さの制
御をエッチング液の組成とエッチング時間の制御で行っ
ていたので薄肉部７の厚さを狭い許容範囲に収めること
が難しかったが、本発明では絶縁膜２がストッパとなっ
ていてそれ以上はエッチングされないので、薄肉部７の
厚さを精度良く制御できる。エッチング終了後レジスト
マスク２６，２７，２８を除去する。これにより図１に
示すダイアフラムが製造される。
【００５８】図３は図１の上部ガラスの製造方法を説明
するための工程順に示した断面図である。
【００５９】まず、図３（ａ）に示すように、厚さ約５
００μｍのガラス板１１の上面と下面にホトレジストの
マスク３１，３２を設け、凹部１３を形成する領域に窓
３３をあけ、ガラス板１１の表面を露出させる。ガラス
板１１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・ガラスなどが適当である。
【００６０】次に、図３（ｂ）に示すように、開口３３
を通してエッチングを行い、凹部１３を形成する。
【００６１】次に、図３（ｃ）に示すように、マスク３
１，３２を除去し、新しくホトレジストのマスク３４，
３５を設ける。このとき、凹部１３を覆っておく。凹部
１２を形成する領域に窓３６をあける。
【００６２】次に、図３（ｄ）に示すように、窓３６を
通して深さ２〜３μｍ程度のエッチングを行い、凹部１
２を形成する。
【００６３】次に、図３（ｅ）に示すように、ホトレジ
ストのマスク３４，３５を除去した後、金属の蒸着と選
択除去により上部電極１４と接続配線１５を形成する。
これにより図１に示す上部ガラス板１１を得る。
【００６４】上記のようにして得られた上部ガラス板１
１をダイアフラムのシリコン層３の上に置き、上部電極
１４と下部電極４とを位置合わせし、約４００℃の温度
で６００〜１０００Ｖの直流電圧を印加する陽極接合法
で気密に貼り合わせる。凹部１３の上のガラスを除去
し、金属線を接続して信号処理回路部５を外部に引き出
す。これにより第１の実施例の圧力センサが得られる。
【００６５】図４は本発明の第２の実施例の断面図であ
る。
【００６６】第２の実施例においては、薄肉部７の絶縁
膜２を除去して、シリコン層３のみで薄肉部７を形成し
ている。厚肉部８は絶縁膜２を介してシリコン層３に接
している。このようにすると、小さな圧力でも薄肉部７
が撓み易くなり、検出感度が高くなるという効果が得ら
れる。絶縁膜２を除去するエッチング剤ではシリコン層
３は殆ど侵されないので、薄肉部７の厚さはシリコン板
２１の研磨時の厚さに維持される。それ以外は第１の実
施例と同じである。
【００６７】第１および第２の実施例においては、シリ
コン基板１は、絶縁膜２によりシリコン層３と完全に絶
縁されていて電気信号はすべてシリコン層３の上から取
り出されている。このことは、シリコン基板１をどこに
取付けてもシリコン層３は常に絶縁されていて取付場所
の影響を受けないという大きな利点を有していることを
示す。
【００６８】しかしながら、プリント回路板に圧力セン
サを取付ける場合には、プリント回路板の配線またはラ
ンドに圧力センサのシリコン基板１を取付け、圧力セン
サの入出力信号をプリント回路板の配線に流してやる場
合が多い。このような場合、圧力センサの信号処理回路
部の入出力部をシリコン基板に接続しておくと、圧力セ
ンサをプリント回路板の配線またはランドに取付けるだ
けで圧力センサの入出力信号をプリント回路板の配線に
流すことができて便利である。
【００６９】図５は本発明の第３の実施例の下面図およ
びＡ−Ａ´線断面図である。
【００７０】第３の実施例は、上記要望に応えるべく考
え出された圧力センサである。信号処理回路部５の下で
シリコン基板１を絶縁膜２に達する深さにエッチングし
て溝４１を形成し、複数の四角錐台形のシリコンの島４
２ａ，４２ｂ，４２ｃを形成する。シリコンの島４２
ａ，４２ｂ，４２ｃの下面およびシリコン基板１の下面
に金属膜４５，４６を形成してプリント回路板の配線に
はんだ付けできるようにしておく。これらのシリコンの
島４２ａ，４２ｂ，４２ｃはシリコン基板１の残りの部
分と完全に絶縁分離されている。シリコンの島４２ａ，
４２ｂ，４２ｃの上部の絶縁膜２に孔４３ａ，４３ｂ，
４３ｃをあける。信号処理回路部５の素子領域２３の一
つを接続配線４４ｂで孔４３ｂを通してシリコンの島４
２ｂに接続する。他のシリコンの島４２ａ，４２ｃも同
様に信号処理回路部５の他の素子領域と接続する。これ
らのシリコンの島４２ａ，４２ｂ，４２ｃをプリント回
路板の配線にはんだ付けすれば、圧力センサの入出力信
号をプリント回路板の配線に流すことができる。
【００７１】上記実施例ではシリコンの島を三つ設けた
が、シリコンの島は必要数だけ設ければよく、三つに限
定されない。上記以外は第１の実施例と同じである。シ
リコンの島を設ける構造は第２の実施例にも適用できる
ことは明らかである。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、シリ
コン基板とシリコン層とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
シリコン層を高精度で研磨して厚さを調整することによ
り薄肉部の厚さを決めるようにしたので、薄肉部の厚さ
を狭いばらつきの範囲内に収めることができ、感度が揃
った圧力センサを歩留り良く安定に製造することができ
る。
【００７３】また、本発明では、下部電極および信号処
理回路部を含むシリコン層を絶縁膜でシリコン基板と絶
縁分離したので、下部電極および信号処理回路部を含む
電気部分がシリコン基板と絶縁分離され、圧力センサの
取付場所の自由度が大きくなる。
【００７４】さらにまた、本発明では、シリコン基板の
一部を選択除去して絶縁分離された島を形成し、この島
に信号処理回路部の入出力部を接続できるようにしたの
で、この島をプリント回路板の配線またはランドに取付
けるだけで圧力センサの入出力部をプリント回路板の配
線に電気的に接続することができる。
【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のダイアフラム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の上部ガラス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４】本発明の第２の実施例の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例の下面図およびＡ−Ａ´
線断面図である。
【図６】従来の静電容量型圧力センサの一例の断面図で
ある。
【図７】図６のダイアフラム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８】図６の上部ガラス板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。
【符号の説明】
１ シリコン基板 ２ 絶縁膜 ３ シリコン層 ４ 下部電極 ５ 信号処理回路部 ６ 接続配線 ７ 薄肉部 ８ 厚肉部 １１ 上部ガラス板 １２，１３ 凹部 １４ 上部電極

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン基板の上に絶縁膜を介して設け
    られた一導電型で単結晶のシリコン層と、このシリコン
    層の表面に設けられた下部電極と、この下部電極に向か
    い合う前記シリコン基板の領域を選択除去して形成され
    る薄肉部とを有するダイアフラムと、 前記ダイアフラムの上面に取付けられ前記下部電極に間
    隔をおいて対向する上部電極を有する上部ガラス板と、 前記シリコン層の表面に設けられ前記下部電極と前記上
    部電極からの信号を受けて圧力値を算出する信号処理回
    路部とを備えたことを特徴とする静電容量型圧力セン
    サ。
  2. 【請求項２】 前記薄肉部が前記絶縁膜と前記シリコン
    層とから成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。
  3. 【請求項３】 前記薄肉部が前記シリコン層のみから成
    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。
  4. 【請求項４】 前記薄肉部の中央部分に前記シリコン基
    板の一部で構成され前記薄肉部よりも厚い厚肉部を有す
    ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電
    容量型圧力センサ。
  5. 【請求項５】 前記厚肉部が前記絶縁膜を介して前記シ
    リコン層と接していることを特徴とする請求項４記載の
    静電容量型圧力センサ。
  6. 【請求項６】 前記シリコン基板の一部の選択除去して
    絶縁分離されたシリコンの島と、この島に接する前記絶
    縁膜を選択除去して形成された開口と、この開口を通し
    て前記信号処理回路部の入出力部と前記島とを接続する
    接続配線を含む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。
  7. 【請求項７】 （Ａ）シリコン基板の表面に所定の厚さ
    の絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜の上に一導電型
    で単結晶のシリコン層を設ける工程と、このシリコン層
    を所定の厚さに調整する工程と、このシリコン層の表面
    の所定位置に下部電極とこの下部電極に接続する信号処
    理回路部とを形成する工程と、前記下部電極に向かい合
    う前記シリコン基板の領域を選択除去して薄肉部を形成
    する工程とを備えたダイアフラム形成工程、 （Ｂ）ガラス板の両面に耐エッチング性のレジストマス
    クを設け、前記ダイアフラムの下部電極および信号処理
    回路部に向い合う領域のレジストマスクに開口を設ける
    工程と、前記開口を通して前記ガラスをエッチングして
    前記下部電極および信号処理回路部に向い合う領域に凹
    部を形成する工程と、前記レジストマスクを除去する工
    程と、前記下部電極に向い合う凹部に上部電極を形成す
    る工程と、この上部電極を前記信号処理回路部に接続す
    るための接続配線を形成する工程とを備えた上部ガラス
    板形成工程、 （Ｃ）前記ダイアフラムの上面に前記上部ガラス板を前
    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
    せして貼合わせると同時に前記接続配線を前記信号処理
    回路部に接続する工程と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。
  8. 【請求項８】 前記薄肉部を形成する工程が、前記シリ
    コン基板のみを選択除去して形成する工程であることを
    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。
  9. 【請求項９】 前記薄肉部を形成する工程が、前記シリ
    コン基板と前記絶縁膜とを選択除去して形成する工程で
    あ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。
  10. 【請求項１０】 前記薄肉部の中央部分に前記シリコン
    基板の一部を選択除去して厚肉部を形成する工程を含む
    ことを特徴とする請求項７または求項８記載の静電容量
    型圧力センサの製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記シリコン基板の一部の周囲を前記
    絶縁膜に到るまで選択除去して絶縁分離されたシリコン
    の島を形成し、この島に接する前記絶縁膜を選択除去し
    て前記信号処理回路部の入出力部を前記島に接続する工
    程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。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010151469A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Denso Corp センサチップおよびその製造方法並びに圧力センサ
CN102062662A (zh) * 2010-11-05 2011-05-18 北京大学 一种单片集成SiC MEMS压力传感器及其制备方法
CN103837290A (zh) * 2013-12-03 2014-06-04 江苏物联网研究发展中心 高精度的电容式压力传感器
CN104515640A (zh) * 2013-10-08 2015-04-15 无锡华润上华半导体有限公司 电容式mems压力传感器

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