JPH0755617A - 容量式圧力変換器 - Google Patents
容量式圧力変換器Info
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- G—PHYSICS
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- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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- G01L9/0075—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、容量式圧力変換器構造およびその
製造方法に関する。 【構成】 変換器構造は、変換器コンデンサの第一電極
（４）を形成するためにその少なくとも一部が伝導性で
ある、相接するダイアフラム構造（２）；前記第一電極
（４）と間隔を置いて配置され、前記第一電極（４）と
本質的に一直線上にある前記変換器コンデンサの第二電
極（５）を含み、前記ダイアフラム構造（２）の第一表
面に永久的に結合した基板（３）；および前記第一電極
（４）のたわみを収容するのに適した空間（２１）を含
み、前記ダイアフラム構造（２）の第二表面に永久的に
結合したシリコン構造（１）を含む。本発明によれば、
前記空間（２１）の垂直壁（１１）と前記第一電極
（４）との間の角度αが９０度以下であり、前記空間
（２１）を取り囲む物質がシリコンまたはドーピングし
たシリコンである。
製造方法に関する。 【構成】 変換器構造は、変換器コンデンサの第一電極
（４）を形成するためにその少なくとも一部が伝導性で
ある、相接するダイアフラム構造（２）；前記第一電極
（４）と間隔を置いて配置され、前記第一電極（４）と
本質的に一直線上にある前記変換器コンデンサの第二電
極（５）を含み、前記ダイアフラム構造（２）の第一表
面に永久的に結合した基板（３）；および前記第一電極
（４）のたわみを収容するのに適した空間（２１）を含
み、前記ダイアフラム構造（２）の第二表面に永久的に
結合したシリコン構造（１）を含む。本発明によれば、
前記空間（２１）の垂直壁（１１）と前記第一電極
（４）との間の角度αが９０度以下であり、前記空間
（２１）を取り囲む物質がシリコンまたはドーピングし
たシリコンである。
Description
【０００１】本発明は、請求項１の前文に係る容量式圧
力変換器構造に関する。本発明はまた、前記容量式圧力
変換器構造の製造法に関する。
力変換器構造に関する。本発明はまた、前記容量式圧力
変換器構造の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術に関しては、下記の米国特許
を参照することができる。 〔１〕米国特許 No. ４，３８６，４５３（Gianchino
et al.） 〔２〕米国特許 No. ４，２５７，２７４（Shimada et
al.） 〔３〕米国特許 No. ４，３３２，０００（Petersen） 〔４〕米国特許 No. ４，３９０，９２５（Freud) 〔５〕米国特許 No. ３，３９７，２７８（Pomeranz) 〔６〕米国特許 No. ４，５８９，０５４（Kuisma） 〔７〕米国特許 No. ４，６２８，４０３（Kuisma） 〔８〕米国特許 No. ４，５９４，６３９（Kuisma）
を参照することができる。 〔１〕米国特許 No. ４，３８６，４５３（Gianchino
et al.） 〔２〕米国特許 No. ４，２５７，２７４（Shimada et
al.） 〔３〕米国特許 No. ４，３３２，０００（Petersen） 〔４〕米国特許 No. ４，３９０，９２５（Freud) 〔５〕米国特許 No. ３，３９７，２７８（Pomeranz) 〔６〕米国特許 No. ４，５８９，０５４（Kuisma） 〔７〕米国特許 No. ４，６２８，４０３（Kuisma） 〔８〕米国特許 No. ４，５９４，６３９（Kuisma）
〔９〕米国特許 No. ３，２８８，６５６（Nakamura）
【０００３】引用した米国特許〔１〕〜〔５〕は、第一
可動電極として作用するシリコンダイアフラムが第二固
定金属電極の方向に湾曲することにより、圧力が増加す
るとともにそれらの電極が互いに近づくような容量式圧
力変換器構造に関する。電極間の距離は、負荷圧力の関
数である。引用した米国特許〔６〕、〔７〕および
〔８〕は、第一可動電極として作用するシリコンダイア
フラムが圧力の増加とともに湾曲して固定金属電極から
離れる容量式圧力変換器構造を開示している。引用した
米国特許
可動電極として作用するシリコンダイアフラムが第二固
定金属電極の方向に湾曲することにより、圧力が増加す
るとともにそれらの電極が互いに近づくような容量式圧
力変換器構造に関する。電極間の距離は、負荷圧力の関
数である。引用した米国特許〔６〕、〔７〕および
〔８〕は、第一可動電極として作用するシリコンダイア
フラムが圧力の増加とともに湾曲して固定金属電極から
離れる容量式圧力変換器構造を開示している。引用した
米国特許
〔９〕は、２個のシリコンウェーハを溶融ボン
ディングという方法により相互に結合する方法を最初に
記載したものである。圧力が最も小さいときに電極が相
互に最も接近するように配置されることに基づく従来の
容量式圧力変換器構造は、引用した米国特許〔６〕、
〔７〕および〔８〕に開示されている。そのような圧力
変換器構造は、作用する圧力範囲が非常に広い。変換器
構造における圧力に対する容量の変化速度は、電極が相
互に最も接近する低圧時が最高であり、従って、低圧時
には圧力が極めて正確に測定できる。圧力変換器構造に
真空チェンバを使用するために、安定な真空を得るのを
助ける導体の孔は不要である。真空チェンバは、ガラス
板またはガラス層で被覆したシリコンウェーハによって
密閉する。従って、変換器のコンデンサの第一電極は、
円錐形の真空チェンバの面積の小さい方の先端によって
形成される。この結果、円錐形の真空チェンバは変換器
のダイアフラムの外側に広がることになる。
ディングという方法により相互に結合する方法を最初に
記載したものである。圧力が最も小さいときに電極が相
互に最も接近するように配置されることに基づく従来の
容量式圧力変換器構造は、引用した米国特許〔６〕、
〔７〕および〔８〕に開示されている。そのような圧力
変換器構造は、作用する圧力範囲が非常に広い。変換器
構造における圧力に対する容量の変化速度は、電極が相
互に最も接近する低圧時が最高であり、従って、低圧時
には圧力が極めて正確に測定できる。圧力変換器構造に
真空チェンバを使用するために、安定な真空を得るのを
助ける導体の孔は不要である。真空チェンバは、ガラス
板またはガラス層で被覆したシリコンウェーハによって
密閉する。従って、変換器のコンデンサの第一電極は、
円錐形の真空チェンバの面積の小さい方の先端によって
形成される。この結果、円錐形の真空チェンバは変換器
のダイアフラムの外側に広がることになる。
【０００４】従来の圧力変換器構造の欠点は以下の通り
である。 1. シリコンとガラスとの熱膨張係数が異なるため、柔
軟なダイアフラムは応力を受け、その結果、実質的に温
度依存性の変換器となる。 2. 真空チェンバに気体が残留するため、長期不安定化
を引き起こす。 3. 低価格で大量生産するため、変換器のサイズがかな
り大きい。処理ウェーハに対する変換器の数が少なすぎ
る。 4. いくつかのリソグラフィー工程を必要とし、変換器
構造がかなり複雑である。変換器の製造工程における生
産量を改善するには、その構造および製造工程をできる
かぎり簡素にすべきである。 5. 変換器の可動要素として作用するダイアフラムが円
錐形の真空チェンバの小さい方の先端であるため、大き
い方の先端は変換器要素の面積を大きくする決定的因子
になっている。言い換えると、変換器のダイアフラムに
対してある特定の面積の設計を選択した場合、使用する
変換器技術に限界があるため、真空チェンバの面積の大
きい方の先端のサイズが、１個のウェーハ上に固定する
変換器の数を大きく減少させることになる。 本発明の目的は、上記従来技術の欠点を克服し、全く新
規な容量式圧力変換器構造およびその製造方法を達成す
ることである。
である。 1. シリコンとガラスとの熱膨張係数が異なるため、柔
軟なダイアフラムは応力を受け、その結果、実質的に温
度依存性の変換器となる。 2. 真空チェンバに気体が残留するため、長期不安定化
を引き起こす。 3. 低価格で大量生産するため、変換器のサイズがかな
り大きい。処理ウェーハに対する変換器の数が少なすぎ
る。 4. いくつかのリソグラフィー工程を必要とし、変換器
構造がかなり複雑である。変換器の製造工程における生
産量を改善するには、その構造および製造工程をできる
かぎり簡素にすべきである。 5. 変換器の可動要素として作用するダイアフラムが円
錐形の真空チェンバの小さい方の先端であるため、大き
い方の先端は変換器要素の面積を大きくする決定的因子
になっている。言い換えると、変換器のダイアフラムに
対してある特定の面積の設計を選択した場合、使用する
変換器技術に限界があるため、真空チェンバの面積の大
きい方の先端のサイズが、１個のウェーハ上に固定する
変換器の数を大きく減少させることになる。 本発明の目的は、上記従来技術の欠点を克服し、全く新
規な容量式圧力変換器構造およびその製造方法を達成す
ることである。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、１）変換器構造の真空チェン
バを、２個のシリコンウェーハを溶融ボンディングする
ことにより密閉し、２）真空チェンバの密閉後、柔軟な
シリコンウェーハを形成するためにシリコンウェーハの
シンニングを行うことに基づくものである。具体的に
は、本発明の容量式圧力変換器は、請求項１の特徴付け
部分に述べることを特徴とする。
バを、２個のシリコンウェーハを溶融ボンディングする
ことにより密閉し、２）真空チェンバの密閉後、柔軟な
シリコンウェーハを形成するためにシリコンウェーハの
シンニングを行うことに基づくものである。具体的に
は、本発明の容量式圧力変換器は、請求項１の特徴付け
部分に述べることを特徴とする。
【０００６】さらに、本発明の方法は、請求項５の特徴
付け部分に述べることを特徴とする。本発明は重要な利
点を有するものである。本発明に係る変換器の製造方法
および構造は極めて簡単である。その変換器構造はサイ
ズが非常に小さく、製造コストが低い。変換器は作用範
囲が広い。変換器のサイズをできるだけ小さくすること
により、変換器構造のコストを可能な限り低くすること
ができる。製造工程が簡素であるため、生産量を上げ、
製造コストをできるだけ低くすることができる。本発明
の利点としては、真空チェンバの容積をできるだけ大き
くすると同時に変換器の面積はできるだけ最小に保つこ
とができることが挙げられる。周知のように、真空チェ
ンバの残留気体により、変換器のゼロ点が温度依存性と
なるが、これは、真空チェンバの容積をできるだけ大き
くすることにより少なくできると考えられる。本発明
は、シリコン以外の材料を使用しないで作った真空チェ
ンバを有する変換器構造を初めて開示するものである。
周知のように、ガラスで密封した真空チェンバを有する
構造は、ガラスが容易に気体を吸収して真空チェンバに
放出し、その結果、変換器の長期不安定化を引き起こす
可能性があるという事実が妨げとなる。真空チェンバの
製造工程では従来の構造〔６〕〔７〕の場合のように真
空チェンバの傾斜壁のウェーハ部分が無駄にならないの
で、本発明の変換器構造のフットプリントは最小にな
る。本発明のさらに別の利点は、シリコン−シリコン界
面の密封結合が可能であることであり、その結果、常法
付け部分に述べることを特徴とする。本発明は重要な利
点を有するものである。本発明に係る変換器の製造方法
および構造は極めて簡単である。その変換器構造はサイ
ズが非常に小さく、製造コストが低い。変換器は作用範
囲が広い。変換器のサイズをできるだけ小さくすること
により、変換器構造のコストを可能な限り低くすること
ができる。製造工程が簡素であるため、生産量を上げ、
製造コストをできるだけ低くすることができる。本発明
の利点としては、真空チェンバの容積をできるだけ大き
くすると同時に変換器の面積はできるだけ最小に保つこ
とができることが挙げられる。周知のように、真空チェ
ンバの残留気体により、変換器のゼロ点が温度依存性と
なるが、これは、真空チェンバの容積をできるだけ大き
くすることにより少なくできると考えられる。本発明
は、シリコン以外の材料を使用しないで作った真空チェ
ンバを有する変換器構造を初めて開示するものである。
周知のように、ガラスで密封した真空チェンバを有する
構造は、ガラスが容易に気体を吸収して真空チェンバに
放出し、その結果、変換器の長期不安定化を引き起こす
可能性があるという事実が妨げとなる。真空チェンバの
製造工程では従来の構造〔６〕〔７〕の場合のように真
空チェンバの傾斜壁のウェーハ部分が無駄にならないの
で、本発明の変換器構造のフットプリントは最小にな
る。本発明のさらに別の利点は、シリコン−シリコン界
面の密封結合が可能であることであり、その結果、常法
〔９〕による従来の表面処理を使用すると、密封が容易
に確実なものとなる。本発明構造のガラス−シリコン界
面の陽極ボンディングは、密封を必要としない。
に確実なものとなる。本発明構造のガラス−シリコン界
面の陽極ボンディングは、密封を必要としない。
【０００７】
【実施例】本発明に係る容量式圧力変換器の態様を例示
する図１、２、３および４は、シリコンダイアフラムが
圧力の増加とともに湾曲して固定金属電極から離れてい
くように設計され、真空チェンバがシリコンウェーハで
密閉されている変換器を示す。製造した変換器構造を切
り離した変換器として示すが、実際の製造工程では、円
形ウェーハ上に並んだアレイとして作られ、この引きに
より個々の変換器を切り離す。本発明の好ましい態様で
は、真空チェンバをシリコンの中に作るが、これは、厚
みのあるシリコンウェーハから通常のマイクロメカニカ
ル法を使用して作り、次いで、薄いシリコンウェーハに
よりその真空チェンバを密閉する。後者のシリコンウェ
ーハは、両者のシリコンウェーハを結合した後、さらに
シンニングにかける。そのような本発明にかかる製造方
法を、図６の(a) 〜(g) に示す。
する図１、２、３および４は、シリコンダイアフラムが
圧力の増加とともに湾曲して固定金属電極から離れてい
くように設計され、真空チェンバがシリコンウェーハで
密閉されている変換器を示す。製造した変換器構造を切
り離した変換器として示すが、実際の製造工程では、円
形ウェーハ上に並んだアレイとして作られ、この引きに
より個々の変換器を切り離す。本発明の好ましい態様で
は、真空チェンバをシリコンの中に作るが、これは、厚
みのあるシリコンウェーハから通常のマイクロメカニカ
ル法を使用して作り、次いで、薄いシリコンウェーハに
よりその真空チェンバを密閉する。後者のシリコンウェ
ーハは、両者のシリコンウェーハを結合した後、さらに
シンニングにかける。そのような本発明にかかる製造方
法を、図６の(a) 〜(g) に示す。
【０００８】図１に示す変換器構造では、まず、通常の
マイクロメカニカル法を使用して、厚みのあるシリコン
ウェーハ１の中に傾斜壁１１を有する真空チェンバ２１
を作る。しかし、物理的に小さい変換器を得るという目
標に有害である余分のシリコンのフットプリントは消費
しない。本発明によれば、壁１１と、変換器コンデンサ
の可動電極として作用するように薄いシリコンウェーハ
２に形成したダイアフラム４との間の角度αは９０度以
下である。角度αは、ダイアフラム４が外圧を受けない
ときに形成される角度と定義する。真空チェンバ２１の
幅は、柔軟なダイアフラム４の幅を決定する。後者は、
一定の適用では、変換器の重要な寸法の一つである。真
空チェンバ２１を形成する厚みのあるウェーハ１は、溶
融結合により、薄いシリコンウェーハ２で密閉する。結
合する前に、平らなシリコン表面を通常のシリコン表面
洗浄法により処理し、その後、真空中でそれらのウェー
ハを重ね、熱処理により結合を密封する。図１では、シ
ンニングしたシリコンウェーハ２により、柔軟なダイア
フラム４およびゼロ点容量を決定するエアギャップ２３
が形成されている。真空チェンバ２１の深さは、厚みの
あるシリコンウェーハの厚さにより制限される。その厚
さは、典型的には５００μm 〜１５００μmである。ダ
イアフラム４または少なくともその下部表面には不純物
を添加して伝導性にする。その目的に対する典型的なバ
ルクドーピングレベルは１０１８不純物原子／cm3 であ
る。
マイクロメカニカル法を使用して、厚みのあるシリコン
ウェーハ１の中に傾斜壁１１を有する真空チェンバ２１
を作る。しかし、物理的に小さい変換器を得るという目
標に有害である余分のシリコンのフットプリントは消費
しない。本発明によれば、壁１１と、変換器コンデンサ
の可動電極として作用するように薄いシリコンウェーハ
２に形成したダイアフラム４との間の角度αは９０度以
下である。角度αは、ダイアフラム４が外圧を受けない
ときに形成される角度と定義する。真空チェンバ２１の
幅は、柔軟なダイアフラム４の幅を決定する。後者は、
一定の適用では、変換器の重要な寸法の一つである。真
空チェンバ２１を形成する厚みのあるウェーハ１は、溶
融結合により、薄いシリコンウェーハ２で密閉する。結
合する前に、平らなシリコン表面を通常のシリコン表面
洗浄法により処理し、その後、真空中でそれらのウェー
ハを重ね、熱処理により結合を密封する。図１では、シ
ンニングしたシリコンウェーハ２により、柔軟なダイア
フラム４およびゼロ点容量を決定するエアギャップ２３
が形成されている。真空チェンバ２１の深さは、厚みの
あるシリコンウェーハの厚さにより制限される。その厚
さは、典型的には５００μm 〜１５００μmである。ダ
イアフラム４または少なくともその下部表面には不純物
を添加して伝導性にする。その目的に対する典型的なバ
ルクドーピングレベルは１０１８不純物原子／cm3 であ
る。
【０００９】薄い、柔軟なダイアフラム４は、ダイアフ
ラム部分の全シンニング工程中は厚みのあるシリコンウ
ェーハ１に付着したままにする。このことは、シンニン
グ工程中はダイアフラムをそのままにしておくことで高
い生産量が得られるので必須である。変換器の圧力感度
を測定するためには、柔軟なダイアフラム４の厚さを知
っておかなければならないが、ダイアフラム厚さの測定
は、ダイアフラム４が厚みのあるウェーハに欠くことの
できない部分であるため、常法では不可能である。しか
し、ダイアフラム４のたわみ曲線は光学的に測定するこ
とができ、ダイアフラム厚さは測定したたわみから計算
することができる。シンニングした、平らなシリコン表
面には、次いで、金属電極５および結合パッド３を例え
ば陽極ボンディングにより取り付ける。その結果、その
シリコンウェーハ上にガラス層が付着し、絶縁される。
ラム部分の全シンニング工程中は厚みのあるシリコンウ
ェーハ１に付着したままにする。このことは、シンニン
グ工程中はダイアフラムをそのままにしておくことで高
い生産量が得られるので必須である。変換器の圧力感度
を測定するためには、柔軟なダイアフラム４の厚さを知
っておかなければならないが、ダイアフラム厚さの測定
は、ダイアフラム４が厚みのあるウェーハに欠くことの
できない部分であるため、常法では不可能である。しか
し、ダイアフラム４のたわみ曲線は光学的に測定するこ
とができ、ダイアフラム厚さは測定したたわみから計算
することができる。シンニングした、平らなシリコン表
面には、次いで、金属電極５および結合パッド３を例え
ば陽極ボンディングにより取り付ける。その結果、その
シリコンウェーハ上にガラス層が付着し、絶縁される。
【００１０】図２に示す変換器構造は上記と類似してい
るが、エアギャップ２３の位置が図１に示すものとは異
なる。図２のエアギャップ２３はガラス層３に作られる
が、図１に示す構図２に示す変換器構造は上記湯□ノ作
ってあった。変換器の最も重要な寸法はエアギャップの
深さであり、その結果、その加工処理を均一なガラス層
において行う方が、シリコンの場合よりもコントロール
が容易である。シリコンの場合は、シリコンのエッチン
グ速度がシリコンウェーハの抵抗率の影響を受ける。
るが、エアギャップ２３の位置が図１に示すものとは異
なる。図２のエアギャップ２３はガラス層３に作られる
が、図１に示す構図２に示す変換器構造は上記湯□ノ作
ってあった。変換器の最も重要な寸法はエアギャップの
深さであり、その結果、その加工処理を均一なガラス層
において行う方が、シリコンの場合よりもコントロール
が容易である。シリコンの場合は、シリコンのエッチン
グ速度がシリコンウェーハの抵抗率の影響を受ける。
【００１１】図３は、金属電極５の基板が、引用した特
許〔６〕に記載の方法で、上に薄いガラス層６が付着し
たシリコンウェーハ３によって形成された変換器構造を
示す。エアギャップ２３は、ウェーハ２のシリコンにお
いてエッチングすることにより形成される。図４は、エ
アギャップおよびウェーハ２の金属電極５からの誘電分
離が薄いガラス層６によって作られた変換器構造を示
す。その図の切断面が外圧の連絡チャンネルと一致す
る。
許〔６〕に記載の方法で、上に薄いガラス層６が付着し
たシリコンウェーハ３によって形成された変換器構造を
示す。エアギャップ２３は、ウェーハ２のシリコンにお
いてエッチングすることにより形成される。図４は、エ
アギャップおよびウェーハ２の金属電極５からの誘電分
離が薄いガラス層６によって作られた変換器構造を示
す。その図の切断面が外圧の連絡チャンネルと一致す
る。
【００１２】図５は、変換器構造の上面図を示し、金属
電極５の基板となるシリコンウェーハとシンニングした
シリコンウェーハとの間の界面を示す。シリコン−ガラ
ス界面は参照番号１５で表す。外圧の連絡チャンネル１
３は、他方のコンデンサ電極の金属部分５に形成されて
いる。
電極５の基板となるシリコンウェーハとシンニングした
シリコンウェーハとの間の界面を示す。シリコン−ガラ
ス界面は参照番号１５で表す。外圧の連絡チャンネル１
３は、他方のコンデンサ電極の金属部分５に形成されて
いる。
【００１３】図６(a) 〜(g) には、変換器の製造法を示
す。 ａ） 典型的には５００〜１５００μm 厚さのシリコン
ウェーハを通常のリソグラフィー法により加工処理して
厚さ１００〜１０００μm の真空チェンバ２１を作る。
シリコンのエッチングは、例えば３〜５０％の水酸化カ
リウム水溶液を使用し、典型的には０．５〜１μm ／分
のエッチング速度にして行う。普通のシリコンのウェー
ハにおいて、真空チェンバ２３の壁を斜めにエッチング
することにより、真空チェンバ２３が切頭円錐形になる
ようにする。 ｂ−ｃ） 溶融結合により、真空チェンバを有するシリ
コンウェーハ１に、典型的には２００〜４００μm 厚さ
の別のシリコンウェーハ２を取り付ける。溶融ボンディ
ングの前に、シリコン表面を、例えば熱硝酸、ＲＣＡ洗
浄または H2S04／H2O2洗浄により処理する。 ｄ−ｅ） シリコンウェーハ２を１〜１００μm 、典型
的には２０μm の極めて薄い厚さにシンニングする。シ
ンニングしたウェーハ２は、全シンニング工程中、厚み
のあるウェーハに取り付けたままにする。必要があれ
ば、ウェーハ２は真空チェンバ２１でさらにシンニング
して、変換器コンデンサの他方の電極に関して変換器ダ
イアフラム４の下にエアギャップを形成することができ
る。 ｆ−ｇ） 加工処理された柔軟なダイアフラム４を有す
る相互に結合したシリコンウェーハをともに、変換器コ
ンデンサの、絶縁された金属電極５を含む基板３に結合
する。
す。 ａ） 典型的には５００〜１５００μm 厚さのシリコン
ウェーハを通常のリソグラフィー法により加工処理して
厚さ１００〜１０００μm の真空チェンバ２１を作る。
シリコンのエッチングは、例えば３〜５０％の水酸化カ
リウム水溶液を使用し、典型的には０．５〜１μm ／分
のエッチング速度にして行う。普通のシリコンのウェー
ハにおいて、真空チェンバ２３の壁を斜めにエッチング
することにより、真空チェンバ２３が切頭円錐形になる
ようにする。 ｂ−ｃ） 溶融結合により、真空チェンバを有するシリ
コンウェーハ１に、典型的には２００〜４００μm 厚さ
の別のシリコンウェーハ２を取り付ける。溶融ボンディ
ングの前に、シリコン表面を、例えば熱硝酸、ＲＣＡ洗
浄または H2S04／H2O2洗浄により処理する。 ｄ−ｅ） シリコンウェーハ２を１〜１００μm 、典型
的には２０μm の極めて薄い厚さにシンニングする。シ
ンニングしたウェーハ２は、全シンニング工程中、厚み
のあるウェーハに取り付けたままにする。必要があれ
ば、ウェーハ２は真空チェンバ２１でさらにシンニング
して、変換器コンデンサの他方の電極に関して変換器ダ
イアフラム４の下にエアギャップを形成することができ
る。 ｆ−ｇ） 加工処理された柔軟なダイアフラム４を有す
る相互に結合したシリコンウェーハをともに、変換器コ
ンデンサの、絶縁された金属電極５を含む基板３に結合
する。
【００１４】図７は図１に示したものと同様の変換器構
造を示すが、過度の圧力に対する安全保護装置１７を有
する。そのような過度の圧力に対する安全保護装置１７
は、真空チェンバの底部の一部を、ダイアフラム４の許
容される最大のたわみに対応する深さまでエッチングす
ることにより形成される。従って、その変換器は、かな
り大きい圧力に対しても、ダイアフラムが過度の圧力に
対する安全保護装置１７に対してたわむ間は、破壊する
ことなく耐えることができる。
造を示すが、過度の圧力に対する安全保護装置１７を有
する。そのような過度の圧力に対する安全保護装置１７
は、真空チェンバの底部の一部を、ダイアフラム４の許
容される最大のたわみに対応する深さまでエッチングす
ることにより形成される。従って、その変換器は、かな
り大きい圧力に対しても、ダイアフラムが過度の圧力に
対する安全保護装置１７に対してたわむ間は、破壊する
ことなく耐えることができる。
【００１５】図８は、真空チェンバ２３が外圧と連絡で
きるように穴をあけたかエッチングした孔１９を備えた
部分を有する差圧変換器構造を示す。変換器コンデンサ
の電極への接触は、ガラス基板層３を通して得られる接
触によっても得ることができる。接触のための孔は、機
械的または化学的処理工程によって得ることができる。
それらの孔は、電気的接触を形成するために、適当な金
属をそれらの孔にスパッタ蒸着することにより伝導性に
なる。そのような装置を使用すると、ウェーハ上により
多くの変換器をパッケージングすることができる。
きるように穴をあけたかエッチングした孔１９を備えた
部分を有する差圧変換器構造を示す。変換器コンデンサ
の電極への接触は、ガラス基板層３を通して得られる接
触によっても得ることができる。接触のための孔は、機
械的または化学的処理工程によって得ることができる。
それらの孔は、電気的接触を形成するために、適当な金
属をそれらの孔にスパッタ蒸着することにより伝導性に
なる。そのような装置を使用すると、ウェーハ上により
多くの変換器をパッケージングすることができる。
【図１】本発明に係る容量式圧力変換器の一態様の側面
図である。
図である。
【図２】本発明に係る容量式圧力変換器の第二の態様の
側面図である。
側面図である。
【図３】本発明に係る容量式圧力変換器の第三の態様の
側面図である。
側面図である。
【図４】本発明に係る容量式圧力変換器の第四の態様の
側面図である。
側面図である。
【図５】図４で示した構造のシリコン−ガラス界面の上
面図である。
面図である。
【図６】本発明に係る製造方法の各工程の側面図であ
る。
る。
【図７】過度の圧力に対する安全保護装置を備えた本発
明に係る容量式圧力変換器の側面図である。
明に係る容量式圧力変換器の側面図である。
【図８】本発明に係る容量式差圧変換器の側面図であ
る。
る。
１、２ シリコンウェーハ ３ 結合パッド
Claims (8)
- 【請求項１】 変換器コンデンサの第一電極（４）を形
成するためにその少なくとも一部が伝導性である、相接
するダイアフラム構造（２）；前記第一電極（４）と間
隔を置いて配置され、前記第一電極（４）と本質的に一
直線である前記変換器コンデンサの第二電極（５）を含
み、前記ダイアフラム構造（２）の第一表面に永久的に
結合した基板（３）；および前記第一電極（４）のたわ
みを収容するのに適した空間（２１）を含み、前記ダイ
アフラム構造（２）の第二表面に永久的に結合したシリ
コン構造（１）を含む容量式圧力変換器構造において、
前記空間（２１）の垂直壁（１１）と前記第一電極
（４）との間の角度αが９０度以下であり、前記空間
（２１）を取り囲む物質がシリコンまたはドーピングし
たシリコンであることを特徴とする容量式圧力変換器構
造。 - 【請求項２】 前記第一電極（４）のたわみを制限する
のに適する突起（１７）が前記空間（２１）の内部に設
けられていることを特徴とする請求項１に記載の容量式
圧力変換器構造。 - 【請求項３】 前記空間（２１）が真空チェンバである
ことを特徴とする請求項１に記載の容量式圧力変換器構
造。 - 【請求項４】 前記空間（２１）に、外圧と連絡するチ
ャンネル（１９）が設けてあることを特徴とする請求項
１に記載の容量式圧力変換器構造。 - 【請求項５】 変換器コンデンサの第一電極（４）を形
成するためにその少なくとも一部が伝導性である、相接
するダイアフラム構造（２）；前記第一電極（４）と間
隔を置いて配置され、前記第一電極（４）と本質的に一
直線上にある前記変換器コンデンサの第二電極（５）を
含み、前記ダイアフラム構造（２）の第一表面に永久的
に結合した基板（３）；および前記第一電極（４）のた
わみを収容するのに適した空間（２１）を含み、前記ダ
イアフラム構造（２）の第二表面に永久的に結合したシ
リコン構造（１）を含む変換器構造を形成するための容
量式圧力変換器構造の製造方法において、前記シリコン
構造（１）に形成される前記空間（２１）上に、実質的
に真空条件で、溶融結合法を使用してダイアフラム構造
（２）を取り付け；前記第一電極（４）を形成するため
に、前記ダイアフラム構造（２）をマイクロメカニカル
法によりシンニングし；こうして得られた前記第一電極
（４）を含む前記シリコン構造（１）を前記第二電極
（５）を含む基板（３）に取り付けることを特徴とする
容量式圧力変換器構造の製造方法。 - 【請求項６】 前記第一電極（４）のたわみを制限する
のに適する突起（１７）が前記空間（２１）の内部に形
成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 前記空間（２１）が真空チェンバにする
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】 前記空間（２１）がチャンネル（１９）
を介して外圧と連絡するように修正されることを特徴と
する請求項５に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI933124A FI93059C (fi) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | Kapasitiivinen paineanturirakenne ja menetelmä sen valmistamiseksi |
| FI933124 | 1993-07-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0755617A true JPH0755617A (ja) | 1995-03-03 |
| JP3428729B2 JP3428729B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=8538294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15557794A Expired - Fee Related JP3428729B2 (ja) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | 容量式圧力変換器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5656781A (ja) |
| EP (1) | EP0633459B1 (ja) |
| JP (1) | JP3428729B2 (ja) |
| DE (1) | DE69403395T2 (ja) |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003322576A (ja) * | 2002-04-10 | 2003-11-14 | Hewlett Packard Co <Hp> | 圧力センサおよび圧力系統および圧力センサの製造方法 |
| JP4768205B2 (ja) * | 2000-07-28 | 2011-09-07 | ホスピラ・インコーポレイテツド | マイクロマシン化された絶対圧センサ |
| US9134189B2 (en) | 2012-11-16 | 2015-09-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Dynamic quantity sensor and dynamic quantity sensor system |
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|---|---|---|---|---|
| JP2000002611A (ja) * | 1998-06-12 | 2000-01-07 | Fujikura Ltd | 圧力センサ |
| AU5215099A (en) | 1998-07-07 | 2000-01-24 | Goodyear Tire And Rubber Company, The | Method of fabricating silicon capacitive sensor |
| US6780830B1 (en) * | 2000-05-19 | 2004-08-24 | Huish Detergents, Incorporated | Post-added α-sulfofatty acid ester compositions and methods of making and using the same |
| US6958255B2 (en) * | 2002-08-08 | 2005-10-25 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Micromachined ultrasonic transducers and method of fabrication |
| FR2859281B1 (fr) * | 2003-09-02 | 2005-12-23 | Auxitrol Sa | Protection d'une membrane deformable contre de fortes deformations dans une structure micromecanique |
| US7214324B2 (en) * | 2005-04-15 | 2007-05-08 | Delphi Technologies, Inc. | Technique for manufacturing micro-electro mechanical structures |
| JP4585426B2 (ja) * | 2005-10-31 | 2010-11-24 | アルプス電気株式会社 | 静電容量型圧力センサ |
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| EP2871456B1 (en) | 2013-11-06 | 2018-10-10 | Invensense, Inc. | Pressure sensor and method for manufacturing a pressure sensor |
| EP2871455B1 (en) | 2013-11-06 | 2020-03-04 | Invensense, Inc. | Pressure sensor |
| DE102014200500A1 (de) * | 2014-01-14 | 2015-07-16 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Drucksensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren |
| TWI550261B (zh) * | 2014-03-17 | 2016-09-21 | 立錡科技股份有限公司 | 微機電壓力計以及其製作方法 |
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| EP3076146B1 (en) | 2015-04-02 | 2020-05-06 | Invensense, Inc. | Pressure sensor |
| EP3106426B1 (en) * | 2015-06-19 | 2019-11-06 | Invensense, Inc. | Pressure sensor |
| US11225409B2 (en) | 2018-09-17 | 2022-01-18 | Invensense, Inc. | Sensor with integrated heater |
| CN113785178B (zh) | 2019-05-17 | 2024-12-17 | 应美盛股份有限公司 | 气密性改进的压力传感器 |
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| GB1138401A (en) * | 1965-05-06 | 1969-01-01 | Mallory & Co Inc P R | Bonding |
| JPS5516228A (en) * | 1978-07-21 | 1980-02-04 | Hitachi Ltd | Capacity type sensor |
| US4386453A (en) * | 1979-09-04 | 1983-06-07 | Ford Motor Company | Method for manufacturing variable capacitance pressure transducers |
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| FI71015C (fi) * | 1984-02-21 | 1986-10-27 | Vaisala Oy | Temperaturoberoende kapacitiv tryckgivare |
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| FI69211C (fi) * | 1984-02-21 | 1985-12-10 | Vaisala Oy | Kapacitiv styckgivare |
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| DE4206677C1 (ja) * | 1992-02-28 | 1993-09-02 | Siemens Ag, 80333 Muenchen, De |
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1993
- 1993-07-07 FI FI933124A patent/FI93059C/fi active
-
1994
- 1994-06-29 EP EP94304740A patent/EP0633459B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-06-29 DE DE69403395T patent/DE69403395T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-07-07 JP JP15557794A patent/JP3428729B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-04-30 US US08/641,264 patent/US5656781A/en not_active Expired - Lifetime
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