JPH0894472A - 圧力センサ及び圧力センサの製造方法並びに当該圧力センサを備えたガスメータ及び血圧計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイアフラムの加工精度を向上し、センサ特
性に優れた圧力センサを提供する。 【構成】 シリコンウエハ２１の片面よりドライエッチ
ングを施して円形状のギャップ４及びギャップ４の周縁
部に凸部１５を形成する。残る片面より異方性エッチン
グを施してギャップ４より広い領域に薄膜部１２を形成
し、円形状のダイアフラム２を形成したシリコン製のフ
レーム１を作製する。フレーム１の上面にはガラス製の
カバー３を重ねて陽極接合し、圧力センサＡを作製す
る。 【効果】 ダイアフラムはドライエッチングによる円形
状のギャップによって位置決めや大きさ、形状が決めら
れるため、精度よくダイアフラムを所定位置や大きさに
作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力センサ及び圧力セン
サの製造方法並びに当該圧力センサを備えたガスメータ
及び血圧計に関する。具体的に言うと、空気や液体など
の流体の圧力を測定する圧力センサ及び圧力センサの製
造方法並びに当該圧力センサを備えたガスメータ及び血
圧計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電容量型の半導体圧力センサと
して例えば、特開平３−２３９９３８号公報に開示され
たものがある。図１９（ａ）（ｂ）にその圧力センサＨ
の平面図及び断面図を示す。角枠状をしたフレーム５１
のほぼ中央に薄膜状のダイアフラム５２が配設されてお
り、ダイアフラム５２はシリコンウエハに片側から浅く
ドライエッチングを施して面積の大きなギャップ５３を
形成した後、ギャップ５３を形成した面と反対側からエ
ッチング液を用いて異方性エッチングを施すことにより
深い角錐台状の凹部を形成し、フレーム５１とともに一
体として作製されている。ダイアフラム５２上面には可
動電極５４が形成されており、可動電極５４周囲のギャ
ップ５３領域内には補正容量用電極５７が形成されてい
る。

【０００３】フレーム５１の上面にはガラス製のカバー
５５が重ねられ、その周辺部は陽極接合法等によってフ
レーム５１に接合されている。カバー５５の内面には可
動電極５４と対向して固定電極５６が形成されており、
可動電極５４と固定電極５６との間には検出用コンデン
サが構成され、検出用コンデンサはフレーム５１上面の
一対の電極パッド５９、５９から外部に引き出されてい
る。さらに、固定電極５６の周囲にも、可動電極５４周
囲の補正容量用電極５７と対向して別な補正容量用電極
５８が形成され、補正容量用電極５７、５８間に構成さ
れた補正用コンデンサはフレーム５１上面の一対の別な
電極パッド６０、６０から外部に引き出されている。

【０００４】しかして、ダイアフラム５２下面に空気や
液体などの流体の圧力が印加されると、印加された圧力
の大きさに比例してダイアフラム５２がその厚さ方向に
変位し、可動電極５４と固定電極５６との間のギャップ
量が変化する。ギャップ量が変化すると検出用コンデン
サの静電容量の値が変化し、この静電容量の値を電極パ
ッド５９、５９に接続された検知回路（図示せず）によ
り検知することによって印加された圧力の大きさを知る
ことができる。また、同時に補正用コンデンサの静電容
量を電極パッド６０、６０に接続された補正回路（図示
せず）によって測定し、補正用コンデンサの静電容量の
変化に応じて検出された検出用コンデンサの静電容量の
値を補正することにより、周囲の温度変化等による測定
誤差を少なくすることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの圧力
センサにあっては、ダイアフラムは、ギャップが形成さ
れたシリコンウエハを当該ギャップが形成された面と反
対側から深く異方性エッチング（ウェットエッチング）
することによって作製され、シリコンウエハ下面の角錐
台状をした凹部の上面が、ギャップ面積よりも小さく
て、平面視でギャップ領域内に納まっているので、シリ
コンウエハの厚さや面方位のずれ、異方性エッチング時
の選択比、マスクアライメントの角度ずれ等による影響
が大きく、ダイアフラムの大きさに精度が出なかった。

【０００６】また、ダイアフラムの形状は、深い異方性
エッチングにより形成された角錐台状の凹部によって決
まるので、ダイアフラムの形状が矩形状となってしま
い、印加された圧力による変位が中心対称にならず、直
線性などのセンサ特性が悪かった。

【０００７】さらにガラスとシリコンとが接合された圧
力センサの場合には、ガラスとシリコンの熱膨張係数に
差があるため温度変化により歪みを生じ、圧力センサの
温度特性が悪かった。しかも、陽極接合の際には接合時
の歪みがギャップ部分に集中し、ダイアフラムに圧縮応
力が働いてダイアフラムが歪んでしまうという問題点も
あった。

【０００８】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、上記の問題
点を解決することにより、センサ特性に優れた圧力セン
サを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力センサは、
半導体基板に深い凹部を設けて当該凹部の底面に可動電
極となる薄膜部を形成し、固定電極を有する固定基板と
前記半導体基板を接合させて、前記薄膜部の前記凹部の
反対側面と固定電極とをギャップを隔てて対向させた圧
力センサにおいて、平面視で前記ギャップが前記薄膜部
の中に納まるようにしたことを特徴としている。

【００１０】このギャップは半導体基板に設けてもよ
く、固定基板に設けてもよい。このとき、ギャップを円
形に形成するのが好ましい。

【００１１】また、半導体基板のギャップ側の表面にお
いて、ギャップと対向する領域を低不純物濃度とし、そ
れ以外の領域を高不純物濃度とするのが好ましく、前記
ギャップの周囲にほぼ環状の凸部を形成することとして
もよい。

【００１２】また、前記ギャップ及び前記固定電極を略
円形とし、前記ギャップの面積に対する前記固定電極の
面積の比を、０．４〜０．７とするのが好ましい。

【００１３】また、前記固定電極から前記固定基板の外
周部へ引き出した配線部と、前記半導体基板の外周部に
設けたパッド部から引き出した配線部とを圧着すること
によって、前記固定電極を前記パッド部へ電気的に引き
出した上記圧力センサにおいて、前記固定電極側の配線
部の、前記パッド部側の配線部との圧着部分の膜厚を、
他の配線部の膜厚よりも大きくするのがよい。

【００１４】また、前記圧着部を半導体基板の薄膜部の
外側に位置させるのが好ましく、前記ギャップを形成さ
れた半導体基板若しくは固定基板に前記配線部を挿通さ
せるための溝を設け、ギャップ内においては当該溝をギ
ャップと同じ深さに形成するのがよい。

【００１５】さらに、前記ギャップを形成された半導体
基板のギャップよりも外側に当該ギャップよりも深い凹
部を形成し、この凹部に形成した絶縁膜の上に前記パッ
ド部及びその配線部を設けることもできる。

【００１６】これらの圧力センサにあっては、前記固定
基板の、前記半導体基板を接合された面と反対側の面に
別な半導体基板を接合し、固定基板両面の各半導体基板
との接合領域がほぼ等しくなるようにするのが望まし
い。

【００１７】本発明の第１の圧力センサの製造方法は、
半導体基板の一方の面を深く異方性エッチングすること
によって薄膜部を形成し、半導体基板の他方の面を浅く
ドライエッチングすることによって前記薄膜部よりも小
さな面積のギャップを形成した後、半導体基板のギャッ
プ側の面に固定電極を有する固定基板を陽極接合するこ
とを特徴としている。

【００１８】また、本発明の第２の圧力センサの製造方
法は、半導体基板の表面を深く異方性エッチングするこ
とによって薄膜部を形成し、固定基板の表面を浅くエッ
チングすることによって前記薄膜部よりも小さな面積の
ギャップを形成し、このギャップ内に固定電極を形成し
た後、半導体基板の薄膜部と固定基板のギャップとを対
向させるようにして半導体基板と固定基板を陽極接合す
ることを特徴としている。

【００１９】本発明のガスメータや血圧計は、本発明の
圧力センサを備えたことを特徴としている。

【００２０】

【作用】本発明の圧力センサにあっては、半導体基板若
しくは固定基板に形成されたギャップの形状によって、
ダイアフラムの寸法や形状が決まるので、ダイアフラム
の寸法、形状を精度よく作製することができる。

【００２１】このとき、ダイアフラムの形状を円形状と
しておけば、ダイアフラムが等方的に変形し、圧力セン
サの直線性が良好となる。また、マスクアライメントの
角度ずれが発生しない。

【００２２】また、半導体基板のギャップ側の表面にお
いて、ギャップと対向する領域を低不純物濃度とし、そ
れ以外の領域を高不純物濃度とすることによって、ダイ
ダフラムの残留応力を小さくし、同時に半導体基板の電
気抵抗を小さくすることができる。

【００２３】さらにギャップの周囲にほぼ環状の凸部を
形成することにより、半導体基板と固定基板との陽極接
合時には、ギャップ周囲の凸部から外側へと陽極接合が
進み、歪みがギャップ部分に集中することを防ぐことが
できる。

【００２４】また、ダイアフラムと固定電極を略円形と
し、ギャップの面積に対する固定電極の面積の比を０．
４〜０．７にしておけば、ダイアフラムの変位に対する
センサ感度が最適となり、ダイアフラム中の比較的変形
が少ない領域をセンサ電極とすることで、センサ出力の
直線性を高めることができる。

【００２５】また、固定電極側の配線部の、パッド部側
の配線部との圧着部分の膜厚を他の配線部の膜厚よりも
大きくしておけば、固定基板と半導体基板との圧着によ
って固定電極側の配線部とパッド側の配線部とを接続
し、固定電極を半導体基板のパッド部に確実に引き出す
ことができる。

【００２６】また、圧着部を半導体基板の薄膜部より外
側に位置させておくと、圧着部を圧着する際の応力が薄
膜部に掛かりにくく、薄膜部を保護できる。

【００２７】さらに、固定基板若しくは半導体基板に設
けた配線部を挿通させるための溝を、ギャップ内ではギ
ャップと同じ深さにしておくと、ダイアフラムの変位に
及ぼす溝の影響を少なくすることができる。

【００２８】また、ギャップより深い凹部をギャップよ
り外側に形成し、当該凹部内に設けた絶縁膜上に固定電
極を引き出すためのパッド部や配線部を設ければ、固定
電極と可動電極との間のセンサ容量に対して並列に発生
する浮遊容量を小さくすることができる。

【００２９】さらに、固定基板を半導体基板で挟み込
み、固定基板両面の半導体基板との接合領域を等しくな
るようにすれば、センサの反りや歪みを防止し、温度特
性を向上させることができる。

【００３０】本発明の圧力センサの製造方法によれば、
平面視で薄膜部の中にギャップの形成された本発明の圧
力センサを簡単に製造することができる。

【００３１】本発明の圧力センサは、ガスメータや血圧
計などに用いることができ、ガス圧や血圧などを精度よ
く測定することができる。

【００３２】

【実施例】図１は本発明の一実施例である圧力センサＡ
を示す一部破断した斜視図である。圧力センサＡは、円
形状のダイアフラム２が支持されたシリコン製のフレー
ム１の上面にガラス製のカバー３が重ねられ、その周辺
部は陽極接合等によりフレーム１に接合されている。ダ
イアフラム２は、凹部１９が形成されてできた薄膜部１
２のほぼ中央に円形状のギャップ４が形成されることに
より、フレーム１とともに一体として作製されている。
ダイアフラム２の上面は導電性を有し円形状の可動電極
５となっており、フレーム１上面の電極パッド６（図
４）から外部に引き出されている。カバー３内面には可
動電極５と対向して円形状の固定電極７が可動電極５と
同心状に形成され、カバー３内面の引き出し配線８に電
気的に接続されている。引き出し配線８は、フレーム１
上面の電極パッド９と電気的に接続された別な引き出し
配線１０との圧着により電気的に接続され、固定電極７
は電極パッド９から外部に引き出されている。引き出し
配線８の圧着部分８ａは、圧着部分８ａ以外の配線部分
よりも厚く作製されていて、ＡｕやＡｌなど降伏点の低
い金属から作製されている。

【００３３】フレーム１上面には配線用溝１１が設けら
れ、薄膜部１２の領域においてはギャップ４とほぼ同じ
深さに形成されており、薄膜部１２領域より外側の領域
にあってはギャップ４よりも深く形成されている。ま
た、ギャップ４よりも深く形成された配線用溝１１から
フレーム１の露出された領域には絶縁膜１３が形成され
ており、この絶縁膜１３上に電極パッド６、９及び引き
出し配線１０が形成されている。

【００３４】また、フレーム１上面のギャップ４両側
（配線用溝１１とほぼ直交する方向）にはギャップ４内
に大気圧などの基準圧力を導入する圧力導入路１４が設
けられ、ギャップ４周縁部にはほぼ円環状の凸部１５が
設けられている。

【００３５】図２、図３、図４には圧力センサＡのフレ
ーム１の製造方法を、図５にはカバー３の製造方法を示
し、各工程にはそれぞれその平面図及び断面図を示して
ある。以下、各図にしたがって圧力センサＡの製造方法
について詳述する。まず、図２（ａ）に示すように、フ
レーム１となるシリコンウエハ２１に後に形成するギャ
ップ４と同じ深さの圧力導入路１４を形成する。次に絶
縁膜１３を形成する所定の領域をギャップ４よりも深く
エッチングして、平面凸状となった切り欠き部２２を形
成する（図２（ｂ））。続いてフレーム１上面の凸部１
５を形成する領域の外周域をドライエッチングにより所
定の厚さ（凸部１５の高さに相当する厚さ）分取り除
き、シリコンウエハ２１に円形の突起部２３を形成する
（図２（ｃ））。シリコンウエハ２１の全面にリンなど
のドーパントを拡散させて表面濃度を上げたのち（図２
（ｄ））、突起部２３の周縁部を残すようにしてシリコ
ンウエハ２１の突起部２３領域を円形状にドライエッチ
ングして、凸部１５を形成するとともにギャップ４及び
配線用溝１１を形成する（図３（ｅ））。ここで、可動
電極５の引出し抵抗を小さくするためシリコンウエハ２
１に高濃度に不純物を拡散させて導電性を高めたが、シ
リコン基板に不純物拡散させると内部に残留応力が発生
する。そこで、不純物の打込み深さをギャップ４の深さ
より浅くし、ギャップ４形成時のエッチングによってダ
イアフラム２領域では不純物打込み層を除去し、元のシ
リコンウエハ２１のままの層を露出させている。このよ
うに高濃度の不純物はダイアフラム２周囲のみに残り、
ダイアフラム２は低不純物濃度となるので、残留応力が
小さくて歪の少ないダイアフラム２が得られる。

【００３６】次に、シリコンウエハ２１下面の所定位置
に窒化シリコンによるマスク２４を円形状に形成したの
ち（図３（ｆ））、図３（ｇ）に示すようにギャップ４
よりも深くエッチングされた切り欠き部２２に絶縁膜１
３を形成する。絶縁膜１３に電極パッド６とのコンタク
トホール２５を開口し（図３（ｈ））、絶縁膜１３上に
電極パッド６や、電極パッド９と一体となった引き出し
配線１０を形成する（図４（ｉ））。最後にシリコンウ
エハ２１の裏面からＫＯＨ水溶液などによって異方性エ
ッチングを施し、凹部１９を形成するとともにギャップ
４領域よりも広い領域に薄膜部１２を形成し、円形状の
ダイアフラム２が形成されたフレーム１を作製する（図
４（ｊ））。

【００３７】次にカバー３の製造方法について説明す
る。まず、図５（ａ）に示すようにガラス基板２５の絶
縁膜１３領域とほぼ対向する領域をＨＦ水溶液によりエ
ッチング除去して、切り欠き部２６を設ける。次に固定
電極７及び引き出し配線８を形成する領域に、Ｃｒ膜２
７を蒸着形成しさらにその上にＡｕ膜２８を蒸着形成す
る（図５（ｂ））。最後に引き出し配線８の圧着部分８
ａを残してＡｕ膜２８を除去し、固定電極７及び引き出
し配線８を形成し、カバー３を形成する（図５
（ｃ））。このようにして作製したフレーム１及びカバ
ー３を重ね合わせて陽極接合により接合して、圧力セン
サＡを製造することができる。

【００３８】この圧力センサＡにおいて、ギャップ４の
面積は薄膜部１２の面積よりも小さいのでダイアフラム
２の形状や大きさは、異方性エッチングによって形成さ
れた薄膜部１２にドライエッチングによって形成された
ギャップ４の形状や大きさによって決められる。ドライ
エッチングによるギャップ４の形成は、異方性（ウェッ
ト）エッチングによる薄い凹部１９の形成と比較して、
任意のパターンに精度よく行なうことができるので、ダ
イアフラム２を精度よく形成することができ、マスクア
ライメントの角度ずれも発生しない。また、ダイアフラ
ム２は円形状となっているので、印加された圧力によっ
てダイアフラム２は等方的に変位し、圧力センサＡの直
線性を向上させることができる。

【００３９】また、マスク形状を円形状にして異方性エ
ッチングを行なっているので、フォトリソグラフ工程に
よる角度ずれに起因するアンダーエッチングを防止する
ことができ、薄膜部１２を所定位置に精度よく形成する
ことができる。

【００４０】固定電極７も円形状に形成されているの
で、固定電極７にも角度ずれが生じず、圧力センサＡの
センサ特性を良好にすることができる。特に可動電極５
と同心状に配置されているので可動電極５との間にも角
度ずれが発生しにくい。

【００４１】また、カバー３側の引き出し配線８の圧着
部分８ａは他の配線部分よりも厚く形成されているの
で、フレーム１側の引き出し配線１０と確実に圧着させ
ることができる。しかも圧着部分８ａの表面はＡｕなど
の降伏点の低い金属から形成されているので、フレーム
１とカバー３とを隙間なく接合することができる。さら
に、圧着部分８ａは薄膜部１２の外側に位置しているの
で、圧着時の応力が薄膜部１２に掛かりにくく、薄膜部
１２の破損を防ぐことができる。

【００４２】フレーム１上面の配線用溝１１は、薄膜部
１２の領域においてはギャップ４と同じ深さに形成して
いるので、ギャップ４内に導入された圧力が配線用溝１
１内にも均一に伝わり、ダイアフラム２の変位に影響を
及ぼすことがない。このとき、配線用溝１１をシリコン
ウエハの面方位＜１１０＞方向に垂直な方向に形成すれ
ば、薄膜部１２を通る領域を最も少なくすることができ
る。しかも薄膜部１２から外側の領域の配線用溝１１は
ギャップ４よりも深く形成されているので、可動電極５
と固定電極８との間に構成された検出用コンデンサ（セ
ンサ容量）と並列に生じる浮遊容量を非常に小さくする
ことができる。また、この深く形成された配線用溝１１
には絶縁膜１３が形成されているので、フレーム１側の
引き出し配線１０や電極パッド９とフレーム１との間に
はＭＯＳ容量が発生するが、この絶縁膜１３を厚くする
ことによってこのＭＯＳ容量を約１．５ｐＦまでに低く
抑えることができた。

【００４３】さらにこの圧力センサＡにあっては、ギャ
ップ４の周縁には円環状の凸部１５が形成されているた
め、フレーム１とカバー３との陽極接合時には凸部１５
からカバー３の外周方向に次第に接合される。この結
果、陽極接合時に発生する歪みがギャップ４部分に集中
せず、ダイアフラム２の歪みの少ない圧力センサＡを製
造することができる。

【００４４】このようにして作製された圧力センサＡの
センサ容量特性を図６に示す。図６に示すように検出さ
れた静電容量の逆数（１／Ｃ）と圧力との間には良好な
直線性が得られた。

【００４５】図７にはギャップの深さと感度（静電容量
Ｃ）との関係を示すが、ギャップの深さと感度とは反比
例の関係にあり、ギャップを浅くすれば感度は急激に上
昇し、特に１．５μｍ以下の深さにするのが好ましい。

【００４６】また、図８にはギャップに対する固定電極
の直径比と直線性との関係を示す。ここで“１／容量”
出力非直線性とは、図６に示すセンサ容量特性図におい
て、センサ容量特性が完全な直線であるとした場合から
の最大ずれ（１／Ｃの絶対値）を言い（図６のＥ）、
“１／容量”出力非直線性が小さいほど直線性に優れて
いることを表わしている。図８から分かるように、ギャ
ップの直径に対する固定電極の直径の比がほぼ０．７付
近で“１／容量”出力非直線性は最小となり、その比を
０．６５から０．８にするのがセンサ容量特性の上で望
ましい。つまり、面積に換算してギャップの面積に対す
る固定電極の面積比を０．４〜０．７とするのが望まし
い。

【００４７】次に図９にはダイアフラムの最大変位量
（ギャップ深さに対する比）と感度並びに直線性との関
係を示す。ここで、直線性（％ＦＳ）とは図６に示すセ
ンサ容量特性図において、センサ容量特性が完全な直線
であるとした場合からの最大ずれ（図６のＥ）の逆数を
表わし、ダイアフラムの最大変位時（使用圧力範囲の最
大圧力時）におけるセンサ容量に対する最大ずれの割合
（％）で表わしている。線イから分かるように圧力セン
サの感度はギャップ深さに対するダイアフラムの最大変
位量の比を大きくすれば大きくなるが、ギャップ深さに
対するダイアフラムの最大変位量の比を大きくすれば、
線ロから分かるように直線性は急激に低下する。このた
め、ダイアフラムの最大変位量がほぼ０．７以下となる
ように、ダイアフラムの厚さを調整するのが好ましい。

【００４８】また、シリコン製のフレーム１とガラス製
のカバー３を接合すれば、熱膨張係数の違いにより歪み
を生じ、圧力センサの温度安定性が悪い。図１０にはガ
ラス製のカバーの厚み（フレームの厚さに対する比）を
変化させた場合における温度特性を示すが、カバーの厚
みを厚くすればするほど温度安定性を良好にすることが
でき、カバーの厚みをフレームの厚みのほぼ３倍以上に
するのが好ましい。なお、温度特性（％ＦＳ）とは、基
準温度Ｔ₀における零圧力（差圧）時と最大圧力時とで
の１／静電容量の差Δ（１／Ｃ）の値をＡとし、温度Ｔ
と基準温度Ｔ₀のときの１／静電容量の差Δ（１／Ｃ）
の値Ｂとの比、つまりＢ／Ａを％で表わしたものをい
い、温度特性（％ＦＳ）が小さいほど温度安定性に優れ
ている。

【００４９】図１１に示すものは、本発明の別な実施例
である圧力センサＢの概略断面図を示す。圧力センサＢ
においては、ガラス製のカバー３の上面にさらにシリコ
ン製のプレート１６が接合されている。このようにシリ
コン／ガラス／シリコンの３層構造とすることにより、
圧力センサＢの温度安定性を向上させることができる。
このとき、図１２に示す圧力センサＣのように、プレー
ト１６の内面にフレーム１のギャップ４と対向する位置
に同一面積の円形状のギャップ１７を形成し、カバー３
の上下面にほぼ等しい接合面積でフレーム１及びプレー
ト１６を接合すれば、圧力センサＣの反りや歪みを少な
くすることができ、さらに温度安定性に優れた圧力セン
サＣとすることができる。また、図１３に示す圧力セン
サＤのように、カバー３とフレーム１との接合面積がほ
ぼ等しくなるように、カバー３の上面に円形状の穴１８
がギャップ４の相当する位置に開口されたプレート１６
を接合してもよい。

【００５０】図１４（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な
実施例である圧力センサＥの平面図及び断面図である。
フレーム１のギャップ４外周部には略コの字状の溝３１
が凹設されており、溝３１の底部と底部に対向するカバ
ー３の内面には一対の補正容量用電極３２、３２が形成
され、補正容量用電極３２、３２はフレーム１上面の一
対の電極パッド３３、３３から外部に引き出されてい
る。このように、ギャップ４の外周域に補正用コンデン
サを形成して温度補正等を行なえば、より正確な圧力測
定が可能になる。なお、溝３１はドライエッチングによ
ってギャップ４と同時に形成することができるので、製
造工程が増えたり繁雑になったりすることはなく、簡単
に補正用コンデンサを設けることができる。また、図１
５に示す圧力センサＦのように、圧力センサＦの側面か
ら溝３１及びギャップ４と導通する圧力導入路３４を設
けることにすれば、溝３１内の比誘電率とギャップ４内
の比誘電率を等しくすることができ、比誘電率の違いに
よる測定誤差（補正に伴う誤差）を少なくすることがで
きる。

【００５１】図１６に示すものは本発明のさらに別な実
施例である圧力センサＧの断面図であって、ギャップ４
がカバー３側に形成されている。圧力センサＧの細部の
構造の説明については省略するが、フレーム１はシリコ
ンウエハのいずれか一方の面から異方性エッチングを施
すことによって凹部１９が形成されて、ギャップ４より
大きい薄膜部１２を有している。薄膜部１２の上面は導
電性を有しており可動電極５となっている。ギャップ４
は、ガラス基板にエッチングを施すことによって円形状
に形成されており、その内面には固定電極７が形成され
ている。このように、薄膜部１２が形成されたフレーム
１に、ギャップ４が形成されたカバー３を貼り合わせる
ことにすれば、所定の位置に精度よくダイアフラム２を
形成することができる。もちろん、このような圧力セン
サにあっても、カバー３の上面に接合面積が等しくなる
ようなシリコン製のプレート（図示せず）を接合するこ
ととしてもよい。

【００５２】本発明の圧力センサは、ガスメータや血圧
計などに用いることができる。図１７は本発明によるガ
スメータＫの構成図であって、ガスメータＫには流れた
ガス量（ガス総量）を測定する計量部７２やガス管７１
内を流れるガスの流量（単位時間当たりのガス流量）を
測定する流量センサ７３、ガス管７１内のガス圧を測定
する本発明による圧力センサ７４、及び地震を検知する
地震計７５などから構成されている。ガス管７１内を流
れるガスの総量は計量部７２によって測定されてメータ
などの表示部（図示せず）に表示される。また、ガス管
７１内のガス流量及びガス圧は流量センサ７３及び圧力
センサ７４によりそれぞれ測定され、コントローラ７６
により常時監視されている。万が一、ガス漏れが発生し
た場合にはガス管７１を流れるガス流量が異常に増加す
る。また、ガス器具等の消し忘れなどの場合には異常な
時間ガスが流れ続ける。さらに、ガス漏れやガス管工事
復旧前後などにはガス管７１を流れるガス圧が低下す
る。このガスメータＫにおいては、コントローラ７６が
これらガス流量の異常やガス圧の低下を検知すると、警
告ランプ７８を点灯させて警報を知らせるとともに、遮
断弁７７を閉成する。また、地震計７５によって地震が
検知された場合にも、警告ランプ７８を点灯させて警報
を知らせるとともに、遮断弁７７を閉成する。このよう
にして、ガス流量やガス圧に異常を生じた場合などに
は、自動的にガス管７１を閉じて爆発等の危険を防止す
ることができる。特に、本発明の圧力センサ７４を用い
た場合には、センサ特性に優れているためわずかの圧力
低下を検知することができ、測定誤差も少ないので誤動
作が少なく、安全性を配慮した信頼性の高いガスメータ
Ｌを提供することができる。また、図１７に示すよう
に、室内に取り付けたガス警報器やガス器具に取り付け
た不完全燃焼警報器などからの外部信号７９を検知する
ことによって遮断弁７７を閉成したり、警告ランプ７８
を点灯することとしてもよい。

【００５３】図１８は本発明による血圧計の構成図であ
って、血圧計Ｌは本発明による静電容量型圧力センサ８
１、カフ８２、ポンプ８３やＣＰＵからなる制御部８４
などから構成されている。カフ８２と圧力センサ８１と
の間は導圧管８５で接続されており、導圧管８５にはポ
ンプ８３が接続され、ポンプ８３からカフ８２に空気を
送ることができる。血圧を測定する場合にはまず、カフ
８２を被測定者の上腕部にまきつけ、キーボードなどの
入力部８６から必要に応じて被測定者の年齢や性別など
を入力し、血圧計Ｌをスタートする。制御部８４は入力
部８６からスタート信号を受信すると、制御弁８８を閉
成し、ポンプ８３を起動させてカフ８２に所定の圧力に
なるまで空気を送り出し、上腕部を締め付ける。カフ８
２に印加された圧力は圧力センサ８１によって常に検知
されており、一定の圧力になると制御部８４はポンプ８
３を停止する。次いで制御部８４は制御弁８８を開成
し、徐々にカフ８２内の空気を抜いて減圧する。このと
き、導圧管８５を介して圧力センサ８１に印加される圧
力は、上腕部を流れる血流の圧力と相まって周期的に変
化しながら小さくなる。したがって、導圧管８５を介し
て圧力センサ８１に印加される圧力の変化を制御部８４
で検知することによって、最高血圧や最低血圧並びに脈
拍数を求めることができる。最低血圧が求められたら制
御部８４は制御弁８８を全開し、カフ８２内の空気を大
気圧まで排出する。求められた最高血圧や最低血圧など
はディスプレイなどからなる出力部８７に表示し、ある
いは入力された年齢などを参考にし、必要に応じて異常
値であることなどの注意を促すことができる。この血圧
計にあっては圧力センサのセンサ特性が良く、信頼性の
ある血圧計とすることができる。

【００５４】

【発明の効果】本発明にあっては、所定の位置に所定の
大きさや形状の有するダイアフラムを精度よく形成する
ことができる。

【００５５】このとき、ダイアフラムの形状を円形状と
しておけば、ダイアフラムが等方的に変形し、圧力セン
サの直線性が良好となる。また、マスクアライメントの
角度ずれが発生しない。

【００５６】また、半導体基板のギャップ側の表面にお
いて、ギャップと対向する領域を低不純物濃度とし、そ
れ以外の領域を高不純物濃度とすることによって、ダイ
アフラムの残留応力を小さくし、同時に半導体基板の電
気抵抗を小さくすることができる。

【００５７】さらに、ギャップの周囲にほぼ環状の凸部
を形成することにより、半導体基板と固定基板との陽極
接合時には、ギャップ周囲の凸部から外側へと陽極接合
が進み、歪みがギャップ部分に集中しない。

【００５８】また、ダイアフラムと固定電極を略円形と
すれば等方的に変形し、圧力センサの直線性が良くな
る。特に、ギャップの面積に対する固定電極の面積の比
を０．４〜０．７にするのがセンサ特性の点で最も望ま
しい。

【００５９】また、固定電極側の配線部の圧着部分を他
の配線部分よりも厚くすることで、確実に半導体基板側
の配線部に接続することができ、固定電極を半導体基板
の電極パッドに確実に引き出すことができる。

【００６０】また、圧着部を半導体基板の薄膜部より外
側に位置させておくと、圧着部を圧着する際の応力が薄
膜部に掛かりにくく、薄膜部を保護できる。

【００６１】さらに、固定基板若しくは半導体基板に設
けた配線部を挿通させるための溝を、ギャップ内ではギ
ャップと同じ深さにしておくと、ダイアフラムの変位に
及ぼす溝の影響を少なくすることができる。

【００６２】また、ギャップより深い凹部をギャップよ
り外側に形成し、当該凹部内に設けた絶縁膜上に固定電
極を引き出すためのパッド部や配線部を設ければ、固定
電極と可動電極との間のセンサ容量に対して並列に発生
する浮遊容量が小さくなり、センサ特性を向上させるこ
とができる。

【００６３】さらに、固定基板を半導体基板で挟み込
み、固定基板両面の半導体基板との接合領域を等しくな
るようにすれば、センサの反りや歪みを防止し、温度特
性を向上させることができる。

【００６４】本発明の製造方法によれば、センサ特性に
優れた本発明の圧力センサを簡単に製造することができ
る。

【００６５】また、本発明の圧力センサはガスメータや
血圧計などに用いることにより、信頼性のよいガスメー
タや血圧計を提供することができる。

【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を示す一部
破断した分解斜視図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、同上の圧力セン
サのフレームの製造方法を説明する図である。

【図３】（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）は、同上の続図であ
る。

【図４】（ｉ）（ｊ）は、同上の続図である。

【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、同上の圧力センサのカ
バーの製造方法を説明する図である。

【図６】同上の圧力センサにおけるセンサ容量特性図で
ある。

【図７】本発明の圧力センサにおけるギャップの深さと
感度（センサ容量）との関係を示す図である。

【図８】本発明の圧力センサにおけるギャップに対する
固定電極の直径比とセンサ容量の非直線性との関係につ
いて示す図である。

【図９】本発明の圧力センサにおけるダイアフラムの最
大変位量と感度並びに直線性との関係について示す図で
ある。

【図１０】本発明の圧力センサにおけるカバーの厚みと
温度特性との関係について示す図である。

【図１１】本発明の別な実施例である圧力センサを示す
概略断面図である。

【図１２】本発明のさらに別な実施例である圧力センサ
を示す概略断面図である。

【図１３】本発明のさらに別な実施例である圧力センサ
を示す概略断面図である。

【図１４】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施例で
ある圧力センサを示す平面図及び断面図である。

【図１５】本発明のさらに別な実施例である圧力センサ
を示す平面図である。

【図１６】本発明のさらに別な実施例である圧力センサ
を示す概略断面図である。

【図１７】本発明によるガスメータを示す構成図であ
る。

【図１８】本発明による血圧計を示す構成図である。

【図１９】（ａ）（ｂ）は従来例である圧力センサを示
す平面図及び断面図である。

【符号の説明】

２ ダイアフラム ４ ギャップ ８ カバー側の引き出し配線 ８ａ 圧着部分 １０ フレーム側の引き出し配線 １２ 異方性エッチングにより形成された薄膜部 １４ 圧力導入路 １５ 凸部 ３１ 溝 ３２ 補正容量用電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/84 Ｂ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に深い凹部を設けて当該凹部
   の底面に可動電極となる薄膜部を形成し、固定電極を有
   する固定基板と前記半導体基板を接合させて、前記薄膜
   部の前記凹部の反対側面と固定電極とをギャップを隔て
   て対向させた圧力センサにおいて、 平面視で前記ギャップが前記薄膜部の中に納まるように
   したことを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記ギャップが半導体基板に設けられて
   いることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記ギャップが固定基板に設けられてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
4. 【請求項４】 前記ギャップが円形をしていることを特
   徴とする請求項１、２又は３に記載の圧力センサ。
5. 【請求項５】 半導体基板のギャップ側の表面におい
   て、ギャップと対向する領域を低不純物濃度とし、それ
   以外の領域を高不純物濃度としたことを特徴とする請求
   項１、２、３又は４に記載の圧力センサ。
6. 【請求項６】 前記ギャップの周囲にほぼ環状の凸部を
   形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５
   に記載の圧力センサ。
7. 【請求項７】 前記ギャップと前記固定電極とがいずれ
   も略円形をしており、前記ギャップの面積に対する前記
   固定電極の面積の比が、０．４〜０．７であることを特
   徴とする請求項１、２、３、５又は６に記載の圧力セン
   サ。
8. 【請求項８】 前記固定電極から前記固定基板の外周部
   へ引き出した配線部と、前記半導体基板の外周部に設け
   たパッド部から引き出した配線部とを圧着することによ
   って、前記固定電極を前記パッド部へ電気的に引き出し
   た圧力センサにおいて、 前記固定電極側の配線部の、前記パッド部側の配線部と
   の圧着部分の膜厚が、他の配線部の膜厚よりも大きくな
   っていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
   ６又は７に記載の圧力センサ。
9. 【請求項９】 前記固定電極から前記固定基板の外周部
   へ引き出した配線部と、前記半導体基板の外周部に設け
   たパッド部から引き出した配線部とを圧着することによ
   って、前記固定電極を前記パッド部へ電気的に引き出し
   た圧力センサにおいて、 前記圧着部は、前記半導体基板の薄膜部の外側に位置し
   ていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
   ６、７又は８に記載の圧力センサ。
10. 【請求項１０】 前記固定電極から前記固定基板の外周
    部へ引き出した配線部と、前記半導体基板の外周部に設
    けたパッド部から引き出した配線部とを圧着することに
    よって、前記固定電極を前記パッド部へ電気的に引き出
    した圧力センサにおいて、 前記ギャップを形成された半導体基板若しくは固定基板
    に前記配線部を挿通させるための溝を設け、ギャップ内
    においては当該溝をギャップと同じ深さに形成している
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８又は９に記載の圧力センサ。
11. 【請求項１１】 前記固定電極から前記固定基板の外周
    部へ引き出した配線部と、前記半導体基板の外周部に設
    けたパッド部から引き出した配線部とを圧着することに
    よって、前記固定電極を前記パッド部へ電気的に引き出
    した圧力センサにおいて、 前記ギャップを形成された半導体基板のギャップよりも
    外側に当該ギャップよりも深い凹部を形成し、この凹部
    に形成した絶縁膜の上に前記パッド部及びその配線部を
    設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
    ６、７、８、９又は１０に記載の圧力センサ。
12. 【請求項１２】 前記固定基板の、前記半導体基板を接
    合された面と反対側の面に別な半導体基板を接合し、固
    定基板両面の各半導体基板との接合領域がほぼ等しくな
    るようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、４、
    ５、６、７、８、９、１０又は１１に記載の圧力セン
    サ。
13. 【請求項１３】 半導体基板の一方の面を深く異方性エ
    ッチングすることによって薄膜部を形成し、半導体基板
    の他方の面を浅くドライエッチングすることによって前
    記薄膜部よりも小さな面積のギャップを形成した後、半
    導体基板のギャップ側の面に固定電極を有する固定基板
    を陽極接合することを特徴とする圧力センサの製造方
    法。
14. 【請求項１４】 半導体基板の表面を深く異方性エッチ
    ングすることによって薄膜部を形成し、固定基板の表面
    を浅くエッチングすることによって前記薄膜部よりも小
    さな面積のギャップを形成し、このギャップ内に固定電
    極を形成した後、半導体基板の薄膜部と固定基板のギャ
    ップとを対向させるようにして半導体基板と固定基板を
    陽極接合することを特徴とする圧力センサの製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１又は１２に記載の圧力センサを備え
    たことを特徴とするガスメータ。
16. 【請求項１６】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１又は１２に記載の圧力センサを備え
    たことを特徴とする血圧計。