JPH0735768A - 静電容量型センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気密性及び感度を向上させた静電容量型セン
サを提供する。 【構成】 シリコンウエハよりダイヤフラム部４を形成
した検知基板２を作成する。検知基板２の接合面（図１
（ｂ）中の破線部分）に溝状の凹部１１を形成し、接合
面全面にポリイミド樹脂１６の薄膜１５を形成する。こ
の薄膜１５をエッチング処理して凹部１１内に薄膜１５
の一部を残した後、ポリイミド樹脂１６を溶融して絶縁
部１２を形成する。この絶縁部１２の表面に可動電極５
と一体として引き出し線１０を形成する。別なシリコン
ウエハより窪み８を形成した固定基板３を作成する。固
定基板３の接合面に検知基板２の絶縁部１２と対向して
凹部１３を形成し、絶縁部１２と同様に別な絶縁部１４
を形成する。次に検知基板２と固定基板３とを接合した
後、再度ポリイミド樹脂１６をリフローさせて圧力セン
サ１を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電容量型センサ及び
その製造方法に関する。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等の物理量を測定するために用い
られる静電容量型センサ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】従来、シリコン製の検知基
板５２とシリコン製若しくはガラス製の固定基板５３を
接合した静電容量型の圧力センサ５１において、例えば
図５（ａ）に示すように、可動電極５４と接続された極
めて薄い金属配線（厚さ０.０５μｍ以下）５５を検知
基板５２の上面に設け、検知基板５２と固定基板５３と
の間から金属配線５５を検知基板５２上の外部引き出し
電極５６に接続させていた。

【０００３】しかしながら、このような構造にあっては
平坦な検知基板５２及び固定基板５３の接合面の間に金
属配線５５を設けているので、図５（ｂ）に示すように
両基板５２，５３間に金属配線５５を挟み込むことにな
り、金属配線５５の周辺部がそれぞれ密着せず、その厚
さに比例した非接着部を生じていた。このため、接合面
に隙間５７を生じ圧力センサ５１の気密性を著しく劣化
させ、圧力センサ５１の安定性、信頼性を損なうことと
なっていた。

【０００４】また、金属配線５５は検知基板５２及び固
定基板５３の表面に設けたＳｉＯ₂による薄い絶縁膜５
８，５８を挟んで設けられているために、検知基板５２
と金属配線５５との間あるいは固定基板５３と金属配線
５５との間に静電容量が発生する。この静電容量は、圧
力センサ５１に対して寄生容量として働き、圧力センサ
５１の特性を著しく悪化させていた。

【０００５】また、図６（ａ）に示すように、検知基板
５２の接合面に形成したＳｉＯ₂による薄い絶縁膜５８
の内側にリンなどを注入してｎ⁺拡散層６３を形成し、
さらにその内側にボロンなどによるｐ⁺拡散層６２を形
成して外部引き出し電極５６に接続させる別の構造をし
た圧力センサ６１がある。

【０００６】しかしながら、このような構造では検知基
板５２に拡散層６２，６３を形成させて、可動電極５４
と外部引き出し電極５６とをつないでいるために検知基
板５２との絶縁ができないばかりか、ｐｎ接合により大
きな静電容量を生じることになる。このｐｎ接合による
大きな静電容量は圧力センサ６１に対して寄生容量とし
て働き、やはり、圧力センサ６１の特性を著しく低下さ
せる原因となっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】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、検知基板に設けた金属配線の下側あるいは金属
配線と対向する固定基板の領域にも、石英ガラス、低融
点ガラスやポリイミド樹脂などの溶融可能な絶縁物を埋
め込むことにより、上記問題点を解決することを目的と
している。

【０００８】

【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、２枚の基板を接合し、前記両基板にそれぞれ設け
た電極間の静電容量の変化として物理量を検知する静電
容量型センサにおいて、いずれか一方の前記基板の接合
面に当該基板に設けた前記電極を外部に引き出すための
引き出し線を配線し、一方の基板の前記引き出し線が配
線された領域又は残る一方の基板の前記引き出し線と対
向する領域の少なくとも一方の領域に、溶融可能な絶縁
物を埋め込んだ絶縁部を形成したことを特徴としてい
る。

【０００９】本発明の第１の静電容量型センサの製造方
法は、請求項１に記載の静電容量型センサを製造する方
法であって、前記絶縁部を形成する基板の接合面に凹部
を形成し、前記接合面全面に溶融可能な絶縁物の薄膜を
形成し、前記凹部以外の薄膜をエッチングにより除去
し、さらに前記凹部内に残った薄膜を溶融して前記絶縁
物を前記凹部内に埋め込み、前記絶縁部を形成すること
を特徴としている。

【００１０】本発明の第２の静電容量型センサの製造方
法は、請求項１に記載の静電容量型センサを製造する方
法であって、前記絶縁部を形成する基板の接合面に凹部
を形成し、前記接合面全面に溶融可能な絶縁物の薄膜を
形成し、前記薄膜をプラズマエッチングのような物理的
エッチング法により平坦化したのち、前記凹部以外の前
記薄膜をエッチングにより除去することにより前記絶縁
物を前記凹部内に残して、前記絶縁部を形成することを
特徴としている。

【００１１】また、本発明の第３の静電容量型センサの
製造方法は、請求項１に記載の静電容量型センサを製造
する方法であって、前記絶縁部を形成する基板の接合面
に凹部を形成し、前記接合面全面に溶融可能な絶縁物の
薄膜を形成し、前記薄膜を研磨して前記凹部以外の前記
薄膜を除去することにより前記絶縁物を前記凹部内に残
して、前記絶縁部を形成することことを特徴としてい
る。

【００１２】

【作用】本発明の静電容量型センサにおいては、少なく
ともいずれか一方の基板の接合面の引き出し線の配線領
域あるいは引き出し線と対向する領域に設けられた絶縁
物を一旦溶融させた後再固化させることにより、引き出
し線を絶縁部に埋め込むことができ、引き出し線の部分
で基板間に生じる隙間を絶縁物で埋めることができる。
したがって、例えば基板間に生じた隙間から真空等一定
基準圧にした電極間に空気等が入り込まず、静電容量型
センサの気密性を高めることとなり、静電容量型センサ
の安定性、信頼性を向上させることができる。

【００１３】また、引き出し線は絶縁部によって当該配
線された基板若しくは接合された基板と絶縁されること
になる。したがって、引き出し線と両基板との間に発生
する寄生容量を極めて小さくすることができるので、静
電容量型センサの感度の低下等を防ぎ、静電容量型セン
サの特性を向上させることができる。

【００１４】本発明の製造方法によれば、上記構造をし
た静電容量型センサを簡単に製造することができる。ま
た、第１の製造方法によれば、少ない製造工程で絶縁部
を得ることができる。第２の製造方法によれば、表面が
平坦な絶縁部を得ることができる。また、第３の製造方
法によれば、表面が平坦な絶縁部を少ない製造工程で得
ることができる。

【００１５】

【実施例】図１に本発明の一実施例である圧力センサ１
を示す。図１（ａ）は圧力センサ１の断面図、図１
（ｂ）は圧力センサ１を構成する検知基板２を示す平面
図であって、圧力センサ１は、角枠状の枠内全面に弾性
的に支持されたダイヤフラム部４が形成されたシリコン
製の検知基板２の上に、シリコン製の固定基板３が重ね
られている。固定基板３の周辺部にはＳｉＯ₂による絶
縁膜７が形成され、低温接合法などにより検知基板２に
接合されている。また、ダイヤフラム部４の上面にはＡ
ｌなどをスパッタリングすることによって可動電極５が
形成されている。検知基板２の上面には外部引き出し電
極９が設けられていて、可動電極５は可動電極５と一体
として設けられた引き出し線１０によって外部引き出し
電極９に接続されている。

【００１６】固定基板３の内側には、ダイヤフラム部４
がその厚さ方向に自由に微小変位できるように窪み８が
形成されており、窪み８には可動電極５と対向して固定
電極６が形成され、可動電極５と固定電極６との間に小
さなギャップを隔ててコンデンサが構成されている。

【００１７】図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ′線に
相当する箇所において圧力センサ１を一部破断した断面
図である。検知基板２の接合面（図１（ｂ）中の破線部
分）の一部には、後述するようにエッチング処理が施さ
れて溝状の凹部１１が形成され、凹部１１に加熱により
溶融可能な絶縁物である、例えばポリイミド樹脂１６が
埋め込まれて絶縁部１２が形成されている。また、固定
基板３の接合面にも溝状の凹部１３にポリイミド樹脂１
６が埋め込まれた別な絶縁部１４が形成されている。引
き出し線１０は絶縁部１４のポリイミド樹脂１６中に埋
入されており、検知基板２及び固定基板３とは隙間なく
接合されている。

【００１８】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は圧力セン
サ１の絶縁部１４の作成方法を示す一部破断した断面図
であって、以下図２に従って圧力センサ１の作成方法に
ついて述べる。まず、シリコンウエハにエッチング処理
を施して窪み８を形成した固定基板３を作成する。この
固定基板３の接合面に、絶縁部１４を形成するための凹
部１３をドライエッチングにより約１.５ｍｍの深さに
形成する（図２（ａ））。次に、固定基板３の接合面全
面にポリイミド樹脂１６の薄膜１５を形成する（図２
（ｂ））。この薄膜１５上をフォトレジストで覆った
後、フォトエッチングを行って凹部１３以外の薄膜１５
を除去して、凹部１３内に薄膜１５の一部を残す（図２
（ｃ））。次に固定基板３に約２００℃の熱処理を行っ
て、この残った薄膜１５の一部を溶融させ、その表面が
ほぼ平坦になった状態で冷却し、当該凹部１３内にポリ
イミド樹脂１６が埋め込まれた絶縁部１４を形成する
（図２（ｄ））。

【００１９】一方、別なシリコンウエハにエッチング処
理を施してダイヤフラム部４を精度よく形成させる。こ
の検知基板２にも絶縁部１４と同様にしてポリイミド樹
脂１６を埋め込んだ絶縁部１２を形成し、絶縁部１２の
表面にアルミニウムなどをスパッタリングして可動電極
５とともに引き出し線１０を形成する。次にそれぞれの
絶縁部１２，１４を対向させて両基板２，３を１００〜
２００℃の低温接合を行い、再度約２００℃以上の熱処
理を施して絶縁部１２，１４をリフローさせ、図１
（ｃ）のような構造を有する圧力センサ１を作成する。

【００２０】しかして、このようにして作成された圧力
センサ１に空気等の流体の圧力が導入されると、導入さ
れた圧力によりダイヤフラム部４が変位を生じる。この
変位は圧力センサ１に構成された当該コンデンサの静電
容量Ｃの大きさを変化させ、この変化を検知基板２上の
外部引き出し電極９と固定電極６と接続された別な外部
引き出し電極（図示せず）に接続された検知回路等で検
知することにより当該導入された圧力の大きさを知るこ
とができる。

【００２１】この圧力センサ１にあっては、引き出し線
１０と検知基板２との間には厚い絶縁層をなすポリイミ
ド樹脂１６が挟み込まれているので、確実に両者間を絶
縁することができ、引き出し線１０と検知基板２との間
に静電容量が寄生することがない。また、引き出し線１
０と固定基板３との間にもポリイミド樹脂１６が挟み込
まれることになるので、引き出し線１０と固定基板３と
の間にも静電容量が寄生することがない。このため、圧
力センサ１の感度の低下を防ぎ、直線性などのセンサ特
性を向上させることができる。

【００２２】さらに、両基板２，３を接合させたのちに
熱処理を施してポリイミド樹脂１６を再度溶融させてい
るので、検知基板２に配線された引き出し線１０がポリ
イミド樹脂１６中に取り囲まれるとともに、さらに溶融
されたポリイミド樹脂１６が両基板２，３間の隙間に入
り込むことになる。この状態で冷却すると、引き出し線
１０によって両基板２，３間に隙間を生じることがな
く、しかも、両基板２，３間を緻密に接合することがで
きるので、圧力センサ１の信頼性を向上させることもで
きる。

【００２３】また、絶縁部１４は図３に示すようにして
作成することもできる。窪み８を形成した固定基板３に
凹部１３をドライエッチングにより形成する（図３
（ａ））。次に固定基板３の接合面全面にポリイミド樹
脂１６よりエッチング速度の遅いシリコン層、例えば、
ＳｉＮ_x層２１を凹部１３の深さよりも厚く形成して、
ＳｉＮ_x層２１の上からポリイミド樹脂１６の薄膜１５
を形成させる（図３（ｂ））。次に、薄膜１５の上から
表面が平坦となるようにフォトレジスト膜２２で覆い
（図３（ｃ））、プラズマエッチング処理によってポリ
イミド樹脂１６の薄膜１５を平坦化する（図３
（ｄ））。そして、ポリイミド樹脂１６の薄膜１５をド
ライエッチングし、接合面のＳｉＮ_x層２１が除去され
た時点でエッチングをストップさせて、凹部１３内にポ
リイミド樹脂１６の薄膜１５を残して絶縁部１４を形成
することができる（図３（ｅ））。なお、絶縁部１２も
同様にして作成できる。

【００２４】さらに絶縁部１４の別な作成方法を図４に
示す。窪み８を形成した固定基板３にドライエッチング
により凹部１３を形成し（図４（ａ））、固定基板３の
接合面全面にポリイミド樹脂１６の薄膜１５を凹部１３
の深さよりも厚く形成する（図４（ｂ））。この後、薄
膜１５を研磨して、接合面を露出させて凹部１３内に薄
膜１５を残すことにより絶縁部１４を形成することとし
てもよい。 なお、絶縁部１２も同様にして作成でき
る。

【００２５】このように様々な方法で絶縁部を形成する
ことができる。また、ポリイミド樹脂に限らず、その他
石英ガラスや低融点ガラスなどの溶融可能な絶縁物を用
いることができる。また、できるだけ低い温度で溶融さ
せることのできる絶縁物が好ましく、低温接合時の温度
より低い温度で溶融できる絶縁物を用いれば、一度の熱
処理を行うことで隙間のない圧力センサを得ることがで
きる。

【００２６】なお、このような構造は圧力センサのみな
らず、静電容量型の加速度センサにも応用することがで
きるのはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】本発明の静電容量型センサにおいては、
少なくともいずれか一方の基板の接合面の引き出し線の
配線領域あるいは引き出し線と対向する領域に設けられ
た絶縁物を一旦溶融させた後再固化させることにより、
引き出し線を絶縁部に埋め込むことができ、引き出し線
の部分で基板間に生じる隙間を絶縁物で埋めることがで
きる。したがって、例えば基板間に生じた隙間から真空
等一定基準圧にした電極間に空気等が入り込まず、静電
容量型センサの気密性を高めることとなり、静電容量型
センサの安定性、信頼性を向上させることができる。

【００２８】また、引き出し線は絶縁部によって当該配
線された基板若しくは接合された基板と絶縁されること
になる。したがって、引き出し線と両基板との間に発生
する寄生容量を極めて小さくすることができるので、静
電容量型センサの感度の低下等を防ぎ、静電容量型セン
サの特性を向上させることができる。

【００２９】また、本発明の製造方法によれば、上記構
造をした静電容量型センサを簡単に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例である圧力センサの
断面図、（ｂ）は同上の圧力センサの検知基板を示す平
面図、（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ´線の相当する箇所
において同上の圧力センサを一部破断した断面図であ
る。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明の一実施
例である圧力センサの製造方法を示す一部破断した断面
図である。

【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、本発明の
別な実施例である圧力センサの製造方法を示す一部破断
した断面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明のさらに別な実
施例である圧力センサの製造方法を示す一部破断した断
面図である。

【図５】（ａ）は従来例である圧力センサの検知基板を
示す平面図、（ｂ）は同上の圧力センサの一部破断した
断面図である。

【図６】（ａ）は別な従来例である圧力センサの検知基
板を示す平面図、（ｂ）は同上の圧力センサの一部破断
した断面図である。

【符号の説明】

２ 検知基板 ５ 可動電極 ７ 絶縁膜 １０ 引き出し線 １２ 絶縁部 １５ 薄膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の基板を接合し、前記両基板にそれ
   ぞれ設けた電極間の静電容量の変化として物理量を検知
   する静電容量型センサにおいて、 いずれか一方の前記基板の接合面に当該基板に設けた前
   記電極を外部に引き出すための引き出し線を配線し、 一方の基板の前記引き出し線が配線された領域又は残る
   一方の基板の前記引き出し線と対向する領域の少なくと
   も一方の領域に、溶融可能な絶縁物を埋め込んだ絶縁部
   を形成したことを特徴とする静電容量型センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の静電容量型センサを製
   造する方法であって、 前記絶縁部を形成する基板の接合面に凹部を形成し、前
   記接合面全面に溶融可能な絶縁物の薄膜を形成し、前記
   凹部以外の薄膜をエッチングにより除去し、さらに前記
   凹部内に残った薄膜を溶融して前記絶縁物を前記凹部内
   に埋め込み、前記絶縁部を形成することを特徴とする静
   電容量型センサの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の静電容量型センサを製
   造する方法であって、 前記絶縁部を形成する基板の接合面に凹部を形成し、前
   記接合面全面に溶融可能な絶縁物の薄膜を形成し、前記
   薄膜をプラズマエッチングのような物理的エッチング法
   により平坦化したのち、前記凹部以外の前記薄膜をエッ
   チングにより除去することにより前記絶縁物を前記凹部
   内に残して、前記絶縁部を形成することを特徴とする静
   電容量型センサの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の静電容量型センサを製
   造する方法であって、 前記絶縁部を形成する基板の接合面に凹部を形成し、前
   記接合面全面に溶融可能な絶縁物の薄膜を形成し、前記
   薄膜を研磨して前記凹部以外の前記薄膜を除去すること
   により前記絶縁物を前記凹部内に残して、前記絶縁部を
   形成することを特徴とする静電容量型センサの製造方
   法。