JP4296728B2 - 静電容量型圧力センサおよびその製造方法並びに静電容量型圧力センサに用いるセンサ用構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の一面上に下部電極を形成し、該下部電極の上に空洞部を介してダイアフラム状の可動電極を形成してなる静電容量型圧力センサおよびその製造方法ならびに静電容量型圧力センサに用いるセンサ用構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の静電容量型圧力センサとしては、特開２０００−２１４０３５号公報に記載のものが提案されている。この公報に記載されたセンサの模式的な断面図を図８に示す。
【０００３】
このものは、基板１０と、基板１０の一面側に形成された下部電極８３０と、下部電極８３０上に下部電極８３０と所定の間隔を隔てて形成されたダイアフラム状の可動電極８４０と、下部電極８３０と可動電極８４０との間に犠牲層を形成し、この犠牲層をエッチング除去することで形成された空洞部８６１と、基板１０の他面側から基板１０およびをエッチングすることにより形成され基板１０の他面側の外部から空洞部８６１に連通する開口部１１と、を備えている。
【０００４】
そして、可動電極８４０に対する空洞部８６１側の印加圧力Ｐ１とその反対側の印加圧力Ｐ２との圧力差（Ｐ１−Ｐ２）によって、可動電極８４０が変位し、この変位に伴う可動電極８４０と下部電極８３０との間の静電容量の変化に基づいて上記圧力差を求めるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記図８に示すような従来のセンサにおいては、上記公報に記載されているように、基板１０および基板１０に形成された下部電極８３０を除去して開口部１１を形成し、この開口部１１からエッチング液を注入して犠牲層エッチングすることにより、空洞部８６１を形成していた。
【０００６】
静電容量型圧力センサにおいては、可動電極８４０と下部電極８３０との間の静電容量の変化に基づいて圧力を求めるようにしているが、犠牲層エッチング用のエッチング液を注入する領域において下部電極８３０が除去されると、下部電極の面積が減少して検出容量も減少し、結果、感度の低下を招いてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、下部電極の面積の減少を抑制し、感度の低下を防止した静電容量型圧力センサおよびその製造方法並びに静電容量型圧力センサに用いるセンサ用構造体を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜請求項３に記載の発明では、基板（１０）と、基板の一面に形成された下部電極（３０）と、下部電極の上に下部電極と所定の間隔を隔てて形成されたダイアフラム状の可動電極（４０）と、下部電極と可動電極との空隙に形成された空洞部（６１）と、基板に形成され基板の他面側の外部から下部電極に到達する開口部（１１）と、を備え、下部電極には、開口部から空洞部へ貫通する複数の孔部（３１）が設けられており、当該複数の孔部が、下部電極における基板の開口部側に形成された閉鎖部材（８０）により閉鎖されることにより、空洞部は所定内圧を有する圧力基準室として構成されており、可動電極に対して空洞部とは反対側から圧力が印加されたときに可動電極が変位し、この変位に伴う可動電極と下部電極との間の静電容量の変化に基づいて、印加圧力を求めるようにしたことを特徴とする静電容量型圧力センサを提供する。
【００２４】
本発明によれば、空洞部が閉鎖部材によって閉鎖されて所定内圧を有する圧力基準室として構成されるため、絶対圧検出型の静電容量型圧力センサが構成される。
【００２５】
また、基板の他面側に形成された開口部から、下部電極における複数の孔部をエッチング液注入口として、下部電極と可動電極との間の犠牲層エッチングを行うことができるため、犠牲層エッチング液の注入領域において下部電極を除去することなく空洞部を形成することができる。
【００２６】
従って、本発明によれば、下部電極の面積の減少が抑制され、感度の低下を防止可能な絶対圧検出型の静電容量型圧力センサを提供することができる。また、下部電極側に圧力基準室形成用の封止部としての閉鎖部材を設けているため、可動電極は当該封止部を持たずに平坦なダイアフラム形状を実現することができ、均一なダイアフラム特性を得ることができる。
すなわち、従来の絶対圧センサとしての静電容量型圧力センサは、上記特開２０００−２１４０３５号公報に記載されているように、ダイアフラム状の可動電極に穴を開け、この穴を封止することにより、下部電極と可動電極との間の空洞部を気密に封止し、圧力基準室を形成していた。このように、感圧部としてのダイアフラム状の可動電極に封止部を設けていたため、均一なダイアフラム特性を得ることが困難であった。しかし、請求項１〜請求項３に記載のセンサ用構造体によれば、ダイアフラム状の可動電極側ではなく、下部電極側に圧力基準室形成用の封止部としての閉鎖部材を設けており、可動電極においては、平坦なダイアフラム形状を実現することができる。そのため、均一なダイアフラム特性を得ることができる。
【００２７】
また、請求項１〜請求項３の発明に記載の下部電極としては、上記犠牲層エッチングの耐性に優れたものが使用されるが、具体的には、請求項４に記載の発明のように、多結晶シリコンを採用することができる。
【００３２】
また、請求項５に記載の発明では、基板（１０）と、基板の一面に形成された下部電極（３０）と、下部電極の上に形成されたダイアフラム状の可動電極（４０）と、下部電極と可動電極との間にて気密に形成され所定内圧を有する圧力基準室としての空洞部（６１）と、を備え、可動電極に対して空洞部とは反対側から圧力が印加されたときに可動電極が変位し、この変位に伴う可動電極と下部電極との間の静電容量の変化に基づいて、印加圧力を求めるようにした静電容量型圧力センサの製造方法において、
基板の一面上に下部電極を形成する工程と、可動電極に対応した部位にて下部電極の上に犠牲層（６１ａ）を形成する工程と、犠牲層の上に可動電極を形成する工程と、基板の他面側からエッチングすることにより基板の他面側の外部から下部電極に到達する開口部（１１）を形成する工程と、下部電極のうち開口部に面した部位に、下部電極を貫通して犠牲層にまで到達する複数の孔部（３１）を形成する工程と、開口部及び複数の孔部をエッチング液注入口として犠牲層をエッチング除去し、空洞部を形成する工程と、基板の開口部側から下部電極における複数の孔部を閉鎖するように、閉鎖部材（８０）を形成することにより、空洞部を封止する工程と、を備えることを特徴とする。
【００３３】
本発明の製造方法によれば、請求項１に記載の静電容量型圧力センサを適切に製造することができる。
【００３６】
また、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の製造方法において、閉鎖部材（８０）を形成する材料として、下部電極（３０）における複数の孔部（３１）の径よりも大きな径を有する大径部材（８１）が含有されたものを用いることを特徴とする。
【００３７】
それによれば、閉鎖部材を形成する際に、閉鎖部材の材料中の大径部材が、下部電極における孔部を閉鎖するため、閉鎖部材の材料が空洞部へ侵入しにくくなり、好ましい。ここで、大径部材（８０）としては、請求項７に記載の発明のように、ボール状または板状のものを用いることができる。
【００３８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態において、説明を簡略化するために、同一部分には各図中、同一符号を付してある。
【００４０】
（第１実施形態）
本第１実施形態は、下部電極の面積の減少を抑制し、感度の低下を防止可能とするとともに、出力特性の直線性を向上させるようにした静電容量型圧力センサおよびその製造方法を提供する目的でなされたものである。
【００４１】
図１は、本実施形態に係る静電容量型圧力センサＳ１の概略平面図であって主として各電極部分の平面構成を示す図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【００４２】
１０は基板であり、本例では、単結晶シリコンよりなる半導体基板である。基板１０の一面上には、各種の膜および電極等が形成されている。一方、基板１０には、その他面側から一面側へ厚み方向に貫通する開口部１１が形成されている。この開口部１１は圧力導入口として構成され、本例では、図１に破線にて示す様に、開口平面が矩形状のものとなっている。
【００４３】
基板１０の一面上には、シリコン窒化膜等よりなる第１の絶縁膜２０が形成されており、第１の絶縁膜２０により基板１０の一面が被覆されている。第１の絶縁膜２０の上には、基板１０の開口部１１を覆うように、多結晶シリコン等よりなる下部電極３０が形成されている。
【００４４】
本例では、下部電極３０は、図１に破線にて示す様に、略矩形の膜形状をなし、その周辺部が開口部１１の開口縁部にて第１の絶縁膜２０上に支持され、上記開口部１１を覆っている。下部電極３０は、多結晶シリコンに不純物としてボロンを高濃度拡散させる等により高伝導度特性を有しており、基板１０とは、第１の絶縁膜２０を介して電気的に絶縁されている。
【００４５】
また、この下部電極３０のうち開口部１１上に位置する領域には、厚み方向に貫通する複数個の孔部（第１のエッチング孔）３１が形成されている。本例では、複数個の孔部３１は、図１に示す様に、格子状に配列されており、各孔部３１の孔径は例えば約０．５μｍ以上のものにすることができる。
【００４６】
下部電極３０の上および下部電極３０の外周に位置する第１の絶縁膜２０の上には、シリコン窒化膜等よりなる第２の絶縁膜４１が形成されている。この第２の絶縁膜４１は、下部電極３０のうち開口部１１上に位置する領域とは、所定の間隔を隔てて形成されている。
【００４７】
また、第２の絶縁膜４１のうち開口部１１上に位置する領域の上には、中間電極４２が形成されている。本例では、中間電極４２は、図１に破線にて示す様に、略矩形の膜形状をなしている。中間電極４２は、多結晶シリコンに不純物としてボロンを高濃度拡散させたもの等より構成されて高伝導度特性を有するものであり、下部電極３０とは第２の絶縁膜４１を介して電気的に絶縁されている。
【００４８】
この中間電極４２の上および中間電極４２の外周に位置する第２の絶縁膜４１の上には、シリコン窒化膜等よりなる第３の絶縁膜４３が形成されている。そして、第２の絶縁膜４１が下部電極３０と所定の間隔を隔てて形成されている部位において、第２の絶縁膜４１、中間電極４２、第３の絶縁膜４３の３層が積層されており、この３層積層部が、センサＳ１における受圧領域であるダイアフラム状の可動電極４０として形成されている。
【００４９】
また、第３の絶縁膜４３のうち開口部１１上に位置する領域の上すなわち可動電極４０の上には、可動電極４０と所定の間隔を隔てて上部電極５０が形成されている。本例では、上部電極５０は、図１に示す様に、略矩形の膜形状をなしている。
【００５０】
上部電極５０は、多結晶シリコンに不純物としてボロンを高濃度拡散させたもの等より構成されて高伝導度特性を有するものであり、可動電極４０における中間電極４２とは第３の絶縁膜４３を介して電気的に絶縁されている。
【００５１】
また、この上部電極５０のうち開口部１１上に位置する領域には、厚み方向に貫通する複数個の孔部（第２のエッチング孔）５１が形成されている。本例では、複数個の孔部５１は、図１に示す様に、下部電極３０における複数個の孔部３１と同様、格子状に配列されており、各孔部５１の孔径は例えば約０．５μｍ以上のものにすることができる。
【００５２】
そして、下部電極３０と可動電極４０との空隙が、第１の空洞部６１として構成され、可動電極４０と上部電極５０との空隙が第２の空洞部６２として構成されている。
【００５３】
また、基板１０に形成された上記開口部１１は、基板１０の他面側の外部から下部電極２０に到達しているが、この開口部１１と第１の空洞部６１とは、下部電極３０における複数個の孔部３１を介して連通している。一方、上部電極５０の上方と第２の空洞部６２とは、上部電極５０における複数個の孔部５１を介して連通している。
【００５４】
また、基板１０の表面上の所望の部位において、下部電極３０を取り出すための下部電極端子３５、可動電極４０における中間電極４２を取り出すための中間電極端子（可動電極端子）４５、上部電極５０を取り出すための上部電極端子５５が、それぞれ第３の絶縁膜４３の上に設けられている。
【００５５】
下部電極端子３５は、下部電極３０の延設部３４上に位置する第２及び第３の絶縁膜４１、４３を除去した部位にて、下部電極３０と電気的に接続され、中間電極端子４５は、中間電極４２の延設部４４上に位置する第３の絶縁膜４３を除去した部位にて、中間電極４２と電気的に接続されている。また、上部電極端子５５は、上部電極５０の延設部５４にて電気的に接続されている。これら各電極端子３５、４５、５５は、アルミニウム等より形成される。
【００５６】
また、図１、図２に示す様に、上部電極５０の周囲に位置する第３の絶縁膜４３および各電極端子３５、４５、５５の上には、シリコン窒化膜等よりなる保護膜７０が、被覆形成されている。
【００５７】
次に、上記構成に基づき、本実施形態に係る静電容量型圧力センサＳ１の製造方法について具体的に説明する。図３〜図５は、上記図２に対応した断面にて、本製造方法を示す工程図である。
【００５８】
［図３（ａ）の工程］
まず、基板１０の一面上に下部電極３０を形成する（下部電極形成工程）。具体的に本工程は、まず、単結晶シリコンからなる基板（半導体基板）１０の一面（表面）全域に減圧ＣＶＤによりシリコン窒化膜からなる第１の絶縁膜（例えば膜厚１００μｍ程度）２０を成膜する。次に、減圧ＣＶＤにより多結晶シリコンからなる下部電極（例えば膜厚２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度）３０を成膜する。
【００５９】
そして、複数個の孔部（第１のエッチング孔）３１となる部分を除き、不純物としてボロンを高濃度拡散させ、高伝導度特性が得られ、旦つアルカリエッチング液に対して耐性を有するように処理する。なお、図３（ａ）中の下部電極３０において、３０ａが不純物を拡散しない領域、３０ｂが不純物拡散領域である。ここまでが、下部電極形成工程である。
【００６０】
［図３（ｂ）の工程］
次に、可動電極（受圧領域）４０に対応した部位にて下部電極３０の上に第１の犠牲層６１ａを形成する（第１の犠牲層形成工程）。具体的には、下部電極３０上の受圧領域となる部分にプラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜からなる第１の犠牲層（例えば膜厚２００ｎｍ程度）６１ａを成膜する。
【００６１】
次に、第１の犠牲層６１ａの上に可動電極４０を形成する可動電極形成工程を行う。具体的に本工程では、まず、図３（ｂ）に示す様に、第１の犠牲層６１ａ膜を覆うように減圧ＣＶＤによりシリコン窒化膜から成る第２の絶縁膜（例えば膜厚２００ｎｍ程度）４１を成膜する。
【００６２】
［図３（ｃ）の工程］
次に、第１の犠牲層６１ａを覆うように、第２の絶縁膜４１上に減圧ＣＶＤにより多結晶シリコンからなる中間電極（例えば膜厚２００ｎｍ程度）４２を成膜する。そして、不純物としてボロンを高濃度拡散させ、高伝導度特性が得られるようにする。次に、中間電極４２を覆うように減圧ＣＶＤによりシリコン窒化膜からなる第３の絶縁膜（例えば膜厚２００ｎｍ程度）４３を成膜する。こうして、可動電極４０が形成される。
【００６３】
［図３（ｄ）の工程］
次に、可動電極４０の上に第２の犠牲層６２ａを形成する（第２の犠牲層形成工程）。具体的には、受圧領域となる可動電極４０上にプラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜からなる第２の犠牲層（例えば膜厚２００ｎｍ程度）６２ａを成膜する。
【００６４】
次に、第２の犠牲層６２ａの上に上部電極５０を形成する（上部電極形成工程）。具体的には、図３（ｄ）に示す様に、第２の犠牲層６２ａを覆うように減圧ＣＶＤにより多結晶シリコンからなる上部電極（例えば膜厚２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度）５０を成膜する。
【００６５】
そして、複数個の孔部（第２のエッチング孔）５１となる部分を除き、不純物としてボロンを高濃度拡散させ、高伝導度特性が得られ、且つアルカリエッチング液に対して耐性を有するように処理する。なお、図３（ｄ）中の上部電極５０において、５０ａが不純物を拡散しない領域、５０ｂが不純物拡散領域である。ここまでが、上部電極形成工程である。
【００６６】
［図４（ａ）の工程］
次に、基板１０の他面側からエッチングすることにより開口部１１を形成する（基板開口部形成工程）。具体的には、まず、単結晶シリコン基板１０の他面（裏面）にプラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜からなるエッチング保護膜１２を形成する。そして、所定位置のエッチング保護膜１２をエッチング除去して開口する。
【００６７】
この状態でアルカリエッチング液（例えば、水酸化カリウム水溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いる）に浸漬させ、単結晶シリコン基板１０を異方性エッチングする。この際、基板１０の一面（表面）側は、アルカリエッチング液から保護することが好ましい。
【００６８】
［図４（ｂ）の工程］
次に、上記した単結晶シリコン基板１０の異方性エッチングにより露出した第１の絶縁膜２０をＨＦ系溶液でエッチング除去する。こうして、基板１０における圧力導入口としての開口部１１が形成される。
【００６９】
［図４（ｃ）］
次に、下部電極３０のうち開口部１１に面した部位に、下部電極３０を貫通して第１の犠牲層６１ａにまで到達する複数個の孔部（第１のエッチング孔）３１を形成する工程（下部電極孔部形成工程）、および、上部電極５０に、その上面から第２の犠牲層６２ａにまで到達する複数個の孔部（第２のエッチング孔）５１を形成する工程（上部電極孔部形成工程）を行う。
【００７０】
具体的には、上記図４（ｂ）の工程を行った後、この状態で、アルカリエッチング液に浸漬し、下部電極３０における複数個の孔部（第１のエッチング孔）３１および上部電極５０における複数個の孔部（第２のエッチング孔）５１を形成する。
【００７１】
［図４（ｄ）の工程］
次に、下部電極３０および上部電極５０における複数個の孔部３１、５１をエッチング液注入口として第１及び第２の犠牲層６１ａ、６２ａをエッチング除去し、第１及び第２の空洞部６１、６２を形成する（空洞部形成工程）。具体的には、ＨＦ系溶液により第１および第２の犠牲層６１ａ、６２ａをエッチング除去する。
【００７２】
［図５（ａ）の工程］
次に、上記エッチング保護膜１２をエッチング除去するとともに、所望の位置の第２の絶縁膜４１をエッチング除去して中問電極接続口４５ａを形成し、第３および第２の絶縁膜４３、４１をエッチング除去して下部電極接続口３５ａを形成する（電極接続口形成工程）。
【００７３】
［図５（ｂ）の工程］
次に、アルミニウムを成膜し、下部電極端子３５、中間電極端子４５、上部電極端子（図示していない）５５となる部位の周辺部のアルミニウムをエッチング除去することにより、各電極と接続された下部電極端子３５、中間電極端子４５、上部電極端子５５を形成する（電極端子形成工程）。
【００７４】
［図５（ｃ）の工程］
次に、プラズマＣＶＤによりシリコン窒化膜からなる保護膜７０を形成する（保護膜形成工程）。こうして、上記静電容量型圧力センサＳ１ができあがる。
【００７５】
この静電容量型圧力センサＳ１の作動について、図６〜図９を参照して説明する。図６、図７は、それぞれ、本実施形態のセンサＳ１の作動説明図、出力特性を示す図であり、図８、図９は、それぞれ「従来技術」の欄にて示した従来の静電容量型圧力センサの構成図、出力特性を示す図である。
【００７６】
まず、比較のために、従来の静電容量型圧力センサについて改めて説明する。このものは、単結晶シリコン基板１０の表面に圧力印加により静電容量が変化する感圧容量部８００と、変化しない基準容量部９００とが設けられている。感圧容量部８００は、基板１０をエッチングして形成した開口部（圧力導入口）１１、基板表面に形成した第１の下部電極８３０、第１の下部電極８３０上に形成した空洞部８６１、空洞部８６１を覆うように形成したダイアフラム状の可動電極である第１の上部電極８４０とから構成されている。
【００７７】
一方、基準容量部９００は、基板表面に形成した第２の下部電極９３０、および、第２の下部電極９３０と絶縁膜９２０を介して対向するように形成された第２の上部電極９４０から構成されている。そして、感圧容量と基準容量の差を出力することにより、印加圧力を求めるようにしている。
【００７８】
ここで、上記図９は、従来の静電容量型圧力センサにおいて、基板裏面からの印加圧力Ｐ１を一定として、基板表面からの印加圧力Ｐ２を増加させた場合の感圧容量部８００の静電容量変化ΔＣ１、基準容量部９００の静電容量変化ΔＣ２を示す図である。基準容量は圧力が印加されても静電容量は変化しない（図９の一点鎖線）。一方、感圧容量は印加圧力の増加に伴い、電極問のギヤップが狭くなるので、静電容量は増加する（図９の破線）。
【００７９】
しかし、第１の上部電極８４０（可動電極）であるダイアフラムの圧力−撓み特性は非線型であるため、感圧容量と基準容量の差動出力（△Ｃ１−△Ｃ２）の印加圧力に対する特性は、図９の破線で示す様に、下に凸となる非直線的な特性となり、センサ精度が低下してしまう問題がある。
【００８０】
このようなセンサ精度が低下する問題に対して、本実施形態の効果は次のようである。本実施形態のセンサＳ１は、図６に示す様に、可動電極４０と下部電極３０との間に第１の静電容量Ｃ１が形成され、可動電極４０と上部電極５０との間に第２の静電容量Ｃ２が形成されている。
【００８１】
そして、本実施形態のセンサＳ１では、基板１０の他面（裏面）からの圧力は、開口部１１から下部電極３０における孔部３１を介して第１の空洞部６１へ導入され、基板１０の一面（表面）からの圧力は、上部電極５０の上方から上部電極５０における孔部５１を介して第２の空洞部６２へ導入される。
【００８２】
そして、可動電極４０に対する第１の空洞部６１側（基板裏面側）の印加圧力Ｐ１と第２の空洞部６２側（基板表面側）の印加圧力Ｐ２との圧力差によって、可動電極４０が変位し、この変位に伴い、第１の静電容量Ｃ１および第２の静電容量Ｃ２が変化し、これら変化した第１及び第２の静電容量の差（Ｃ１−Ｃ２）に基づいて圧力差（Ｐ１−Ｐ２）を求めるようにしている。
【００８３】
ここで、図６（ａ）に示す様に、印加圧力条件がＰ１＝Ｐ２のとき、Ｃ１＝Ｃ２であり、圧力差は０と判定される。また、図６（ｂ）に示す様に、印加圧力条件がＰ１＜Ｐ２のとき、第１の静電容量はＣ１＋ΔＣ１に変化し、第２の静電容量はＣ２−ΔＣ２に変化する。
【００８４】
例えば、図７に示す様に、可動電極４０に対する第１の空洞部６１側の印加圧力Ｐ１を一定として、可動電極４０に対する第２の空洞部６２側の印加圧力Ｐ２を増加させた場合、第１の静電容量の変化ΔＣ１は、印加圧力Ｐ２の増加に伴い、電極３０、４０問のギャップが狭くなるので増加する（図７中の破線）。一方、第２の静電容量の変化ΔＣ２は、印加圧力Ｐ２の増加に伴い、電極４０、５０間のギャップが広くなるのでは減少する（図７中の一点鎖線）。
【００８５】
このように、圧力−静電容量特性は、第１の静電容量では負の非直線性であり、第２の静電容量では正の非直線性である。そして、本実施形態では、これら２個の容量の差を出力することにより、圧力印加に対する静電容量の変化量が増加し、さらに出力特性の直線性も向上させることができる（図７中のΔＣ１−ΔＣ２の線）。勿論、温度変化の影響も相殺することができる。
【００８６】
このように、本実施形態の静電容量型圧力センサＳ１によれば、出力特性の直線性も向上させることができるため、従来に比べて、センサ精度を向上させることができる。
【００８７】
また、本実施形態においては、空洞部６１、６２は、下部電極３０および上部電極５０と可動電極４０との間に形成された犠牲層６１ａ、６２ａをエッチング除去して形成している。そして、下部及び上部電極３０、５０に対して、複数個の孔部３１、５１を形成し、これら孔部３１、５１を介して外部と空洞部６１、６２とを連通させるとともに、下部及び上部電極３０、５０を、犠牲層エッチング液（アルカリエッチング液）に対して耐性を有するものにしている。
【００８８】
そのため、上記製造方法に示したように、複数個の孔部３１、５２をエッチング液注入口として、下部電極３０と可動電極４０との間及び上部電極５０と可動電極４０との間の犠牲層エッチングを行うことができ、下部及び上部電極３０、５０は犠牲層エッチング液にてエッチングされない。
【００８９】
そのため、下部電極３０および上部電極５０ともに、犠牲層エッチング液の注入領域において、従来のように電極を除去することを不要にできるので、電極の面積の減少が抑制され、感度の低下を防止可能な相対圧検出型の静電容量型圧力センサを提供することができる。
【００９０】
また、下部電極や上部電極を除去することが無くなるので、除去領域の形成に伴う電極の配置や形状の制約等も無くなる。また、本実施形態に示した上記製造方法によれば、本静電容量型圧力センサＳ１を適切に製造することができる。
【００９１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る静電容量型圧力センサＳ２の概略断面構成を図１０に示す。図１０に示す様に、本センサＳ２は、上記第１実施形態に示したセンサＳ１に比べて、上部電極５０および上部電極端子５５が無くなり、保護膜７０が基板１０の一面側の最表面全域に形成された点が相違するものであり、他の部分は同一である。以下、第１実施形態との相違点について主として述べる。
【００９２】
すなわち、図１０に示す様に、本センサＳ２は、開口部１１が形成された基板１０の一面上に、順次、第１の絶縁膜２０、複数個の孔部（エッチング孔）３１を有する下部電極３０、空洞部６１、第２の絶縁膜４１、中間電極４２、第３の絶縁膜４３、下部電極端子３５および可動電極端子４５、保護膜７０が形成されてなる。
【００９３】
このセンサＳ２は、次のように上記第１実施形態に述べた製造工程に準じて製造される。なお、本センサＳ２の製造方法は、図１０から明らかなように、上記第１実施形態にて述べた工程図（図３〜図５）において、上部電極および第２の犠牲層が無くなったものとして示される。
【００９４】
上記第１実施形態に述べた製造工程のうち、まず、基板１０の一面上に下部電極３０を形成する下部電極形成工程（上記図３（ａ）参照）、可動電極４０に対応した部位にて下部電極３０の上に犠牲層６１ａを形成する犠牲層形成工程（上記図３（ｂ）参照）、犠牲層６１ａの上に可動電極４０を形成する可動電極形成工程（上記図３（ｂ）、（ｃ）参照）までを、順次実行する。
【００９５】
次に、基板１０の他面側からエッチングすることにより開口部１１を形成する基板開口部形成工程（上記図４（ａ）、（ｂ）参照）を行う。次に、本実施形態では、下部電極３０のうち開口部１１に面した部位に、下部電極３０を貫通して犠牲層６１ａにまで到達する複数個の孔部（エッチング孔）３１を形成する下部電極孔部形成工程（上記図４（ｃ）参照）を行う。
【００９６】
次に、基板１０の開口部１１及び下部電極３０における複数個の孔部３１をエッチング液注入口として犠牲層６１ａをエッチング除去し、空洞部６１を形成する空洞部形成工程（上記図４（ｄ）参照）を行う。次に、電極接続口形成工程では、エッチング保護膜１２をエッチング除去するとともに、中問電極接続口（可動電極接続口）４５ａ、および下部電極接続口５５ａを形成する（上記図５（ａ）参照）。
【００９７】
次に、電極端子形成工程では、アルミニウムを成膜しエッチングすることにより、下部電極端子３５、中間電極端子（可動電極端子）４５を形成する（上記図５（ｂ）参照）。次に、プラズマＣＶＤによりシリコン窒化膜からなる保護膜７０を形成する（保護膜形成工程）。こうして、上記図１０に示す静電容量型圧力センサＳ２ができあがる。
【００９８】
このように形成された本センサＳ２は、基板１０と、基板１０の一面に形成された下部電極３０と、下部電極３０の上に下部電極３０と所定の間隔を隔てて形成されたダイアフラム状の可動電極４０と、下部電極３０と可動電極４０との空隙に形成された空洞部６１と、基板１０に形成され基板１０の他面側の外部から下部電極に到達する開口部１１と、を備えており、下部電極３０に、開口部１１と空洞部６１とを連通する複数個の孔部３１を設けた構成を有している。
【００９９】
そして、本センサＳ２においては、空洞部６１を介して対向する可動電極４０と下部電極３０との間に静電容量が形成され、基板１０の他面（裏面）からの圧力は、開口部１１から下部電極３０における孔部３１を介して空洞部６１へ導入され、基板１０の一面（表面）からの圧力は、保護膜７０を介して可動電極４０へ印加される。
【０１００】
このとき、可動電極４０に対する空洞部６１側（基板裏面側）の印加圧力Ｐ１と保護膜７０側（基板表面側）の印加圧力Ｐ２との圧力差によって、可動電極４０が変位し、この変位に伴う可動電極４０と下部電極３０との間の静電容量の変化に基づいて圧力差（Ｐ１−Ｐ２）を求めるようにしている。
【０１０１】
そして、本実施形態によれば、基板１０の他面側から下部電極３０における複数個の孔部３１に到達する開口部１１が形成され、当該開口部１１と空洞部６１とは、下部電極３０に形成された複数個の孔部３１を介して連通しているため、下部電極３０の複数個の孔部３１をエッチング液注入口として、下部電極３０と可動電極４０との間の犠牲層エッチングを行うことができる。
【０１０２】
従って、上記第１実施形態と同様に、本実施形態によれば、従来のように、犠牲層エッチング液の注入領域において、下部電極を除去することが不要となる。そのため、下部電極３０の面積の減少が抑制され、感度の低下を防止可能な相対圧検出型の静電容量型圧力センサＳ２を提供することができる。
【０１０３】
また、下部電極を除去することが無くなるので、除去領域の形成に伴う下部電極の配置や形状の制約等も無くなる。また、本実施形態に示した上記製造方法によれば、本静電容量型圧力センサＳ２を適切に製造することができる。
【０１０４】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る静電容量型圧力センサＳ３の概略断面構成を図１１に示す。本センサＳ３は、上記第２実施形態に示したセンサＳ２において、下部電極３０における複数個の孔部３１を開口部１１側から閉鎖する閉鎖部材８０が設けられている点が相違するものであり、他の部分は同一である。以下、第２実施形態との相違点について主として述べる。
【０１０５】
すなわち、図１１に示す様に、本センサＳ３は、開口部１１が形成された基板１０の一面上に、順次、下部電極３０、空洞部６１、第２の絶縁膜４１、中間電極４２、第３の絶縁膜４３、保護膜７０が形成されてなる。なお、図示しないが、下部電極端子および可動電極端子も設けられている。
【０１０６】
そして、本センサＳ３では、閉鎖部材８０によって空洞部６１が、気密に封止されて所定内圧（例えば真空）を有する圧力基準室として構成されている。ここで、閉鎖部材８０は、シリコン窒化膜等よりなり、また、本例では、下部電極３０における複数個の孔部３１は、下部電極３０の厚み方向に対して斜め方向に貫通している。
【０１０７】
このセンサＳ３は、次のようにして製造される。まず、上記第２実施形態と同様、基板１０の一面上に下部電極３０を形成する下部電極形成工程、可動電極４０に対応した部位にて下部電極３０の上に犠牲層６１ａを形成する犠牲層形成工程、犠牲層６１ａの上に可動電極４０を形成する可動電極形成工程（以上、上記図３（ａ）〜（ｃ）参照）までを、順次実行する。
【０１０８】
ここで、本実施形態の下部電極形成工程では、後の下部電極孔部形成工程において、下部電極３０における複数個の孔部３１を、下部電極３０の厚み方向に対して斜め方向に貫通するように形成するために、複数個の孔部３１となる部分を除く下部電極３０に対して、不純物としてのボロンを、下部電極３０の厚み方向に対して斜め方向にイオン注入する。
【０１０９】
次に、やはり第２実施形態と同様、基板１０の他面側からエッチングすることにより開口部１１を形成する基板開口部形成工程、下部電極３０のうち開口部１１に面した部位に下部電極３０を貫通して犠牲層６１ａにまで到達する複数個の孔部（エッチング孔）３１を形成する下部電極孔部形成工程、基板１０の開口部１１及び下部電極３０における複数個の孔部３１をエッチング液注入口として犠牲層６１ａをエッチング除去し空洞部６１を形成する空洞部形成工程（以上、上記図４（ａ）〜（ｄ）参照）を、順次行う。
【０１１０】
本実施形態の製造方法において、ここまでの状態が図１２（ａ）に示される。次に、図１２（ｂ）に示すように、基板１０の開口部１１側から下部電極３０における複数個の孔部３１を閉鎖するように、閉鎖部材８０を形成することにより、空洞部６１を封止する（空洞部封止工程）。具体的には、真空中でプラズマＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜よりなる閉鎖部材８０を成膜する。
【０１１１】
その後、電極接続口形成工程（上記図５（ａ）参照）、電極端子形成工程（上記図５（ｂ）参照）、保護膜形成工程を行う。こうして、上記図１１に示す静電容量型圧力センサＳ３ができあがる。
【０１１２】
なお、上記図１２（ａ）に示すものに対して、上記空洞部封止工程を行わずに、電極接続口形成工程、電極端子形成工程、保護膜形成工程を行うと、下部電極３０における複数個の孔部３１が下部電極３０の厚み方向に対して斜め方向に貫通するように形成された点が異なるが、実質的に上記第２実施形態と同様の相対圧センサが得られる。
【０１１３】
このように形成された本センサＳ３は、基板１０と、基板１０の一面に形成された下部電極３０と、下部電極３０の上に下部電極３０と所定の間隔を隔てて形成されたダイアフラム状の可動電極４０と、下部電極３０と可動電極４０との空隙に形成された空洞部６１と、基板１０に形成され基板１０の他面側の外部から下部電極３０に到達する開口部１１と、を備えている。
【０１１４】
また、下部電極３０には、上記実施形態と同様、開口部１１から空洞部６１へ貫通する複数個の孔部３１が設けられているが、これら複数個の孔部３１が、下部電極３０における基板１０の開口部１１側に形成された閉鎖部材８０により閉鎖されることにより、空洞部６１は、所定内圧を有する圧力基準室として構成されている。
【０１１５】
そして、本センサＳ３においても、空洞部６１を介して対向する可動電極４０と下部電極３０との間に静電容量が形成され、空洞部６１の内圧を基準圧力として、可動電極４０に対しては、空洞部６１とは反対側すなわち基板１０の一面（表面）側から保護膜７０を介して、圧力が印加される。
【０１１６】
このとき、可動電極４０が変位し、この変位に伴う可動電極４０と下部電極３０との間の静電容量の変化に基づいて、空洞部６１とは反対側から可動電極４０に印加された圧力を求めるようにしている。
【０１１７】
そして、本実施形態によっても、基板１０の他面側に形成された開口部１１から、下部電極３０における複数個の孔部３１をエッチング液注入口として、下部電極３０と可動電極４０との間の犠牲層エッチングを行うことができる。そのため、犠牲層エッチング液の注入領域において下部電極３０を除去することなく空洞部６１を形成することができる。
【０１１８】
従って、上記第１実施形態と同様に、本実施形態によっても、下部電極３０の面積の減少が抑制され、感度の低下を防止可能な絶対圧検出型の静電容量型圧力センサＳ３を提供することができる。
【０１１９】
また、従来の絶対圧センサとしての静電容量型圧力センサは、上記特開２０００−２１４０３５号公報に記載されているように、ダイアフラム状の可動電極に穴を開け、この穴から犠牲層エッチングを行って空洞部を形成し、その後、当該穴を封止することにより、下部電極と可動電極との間の空洞部を封止し、圧力基準室を形成していた。このように、感圧部としてのダイアフラム状の可動電極に封止部を設けていたため、均一なダイアフラム特性を得ることが困難であった。
【０１２０】
しかし、本実施形態のセンサＳ３によれば、ダイアフラム状の可動電極４０側ではなく、下部電極３０側に圧力基準室形成用の封止部としての閉鎖部材８０を設けており、可動電極４０においては、平坦なダイアフラム形状を実現することができる。そのため、均一なダイアフラム特性を得ることができ、好ましい。
【０１２１】
また、本実施形態の製造方法においては、下部電極孔部形成工程にて、下部電極３０における複数個の孔部３１を、下部電極３０の厚み方向に対して斜め方向に貫通するように形成している。それにより、その後、閉鎖部材８０を形成する際に、閉鎖部材８０の構成材料が複数個の孔部３１から空洞部６１へ侵入できず、良好な空洞部６１が形成される。
【０１２２】
なお、下部電極３０には、複数個の孔部３１を下部電極３０の厚み方向に対して垂直方向に形成し、閉鎖部材８０を形成する際に、プラズマＣＶＤ法等による成膜の方向を下部電極３０の厚み方向に対して斜め方向とすることによっても、閉鎖部材８０の構成材料の空洞部６１への侵入を防止することができる。
【０１２３】
また、本実施形態の第１変形例、第２の変形例としての静電容量型圧力センサＳ３の概略断面構成を、それぞれ図１３、図１４に示す。これら変形例における閉鎖部材８０は、下部電極３０における複数個の孔部３１の径よりも大きな径を有する大径部材８１が含有されたものである。
【０１２４】
これらセンサＳ３は、閉鎖部材８０を形成する際に（空洞部封止工程）、基板１０の開口部１１から、下部電極３０における複数個の孔部３１の径よりも大きな径を有するボール状（図１３）または板状（図１４）のシリコンまたはＳｉＯ₂等よりなる大径部材８１を入れ、この状態でシリコン窒化膜等を成膜することで、空洞部６１を封止し、閉鎖部材８０を形成したものである。
【０１２５】
このように、閉鎖部材８０を形成する材料として、複数個の孔部３１の径よりも大きな径を有する大径部材８１が含有されたものを用いることにより、閉鎖部材８０を形成する際に、大径部材８１が、下部電極３０における複数個の孔部３１を閉鎖するため、閉鎖部材８０の材料が空洞部６１へ侵入するのを防止できる。
【０１２６】
なお、下部電極３０における複数個の孔部３１の径よりも大きな径を有するボール状のシリコンまたはＳｉＯ₂等よりなる大径部材８１を用いる場合、複数個の孔部３１の径よりも大きな径を有するものであれば、各大径部材８１の径は互いに異なるものであっても良い。また、大径部材８１を用いる場合でも、孔部３１を、下部電極３０の厚み方向に対して斜め方向に貫通させたものとしても良い。
【０１２７】
（他の実施形態）
また、上記した各実施形態に示された静電容量型圧力センサは、基板１０と、基板１０の一面に形成された下部電極３０、可動電極４０、空洞部６１とを備え、圧力印加時の可動電極４０の変位に伴う可動電極４０と下部電極３０との間の静電容量の変化に基づいて、印加圧力を求めるようにした静電容量型圧力センサに用いる構造体であって、下部電極３０に、基板１０側から空洞部６１側へ貫通する複数個の孔部３１が形成された静電容量型圧力センサ用構造体にも相当する。
【０１２８】
そして、上述したように、これらセンサ用構造体を用いて、基板１０の他面側から下部電極３０における複数個の孔部３１に到達する開口部１１を形成するようにすれば、下部電極３０と可動電極４０との間の犠牲層エッチングは、下部電極３０における複数個の孔部３１をエッチング液注入口として実行することができる。
【０１２９】
そのため、上記各実施形態によれば、従来のように、犠牲層エッチング液の注入領域において、下部電極を除去することが不要となるため、下部電極３０の面積の減少が抑制され、感度の低下を防止可能な静電容量型圧力センサ用構造体を提供することができる。
【０１３０】
また、このような静電容量型圧力センサ用構造体を用いて、図１５に示す様な絶対圧センサＳ４を形成しても良い。このセンサＳ４においては、基板１０と、基板１０の一面に形成された下部電極３０と、下部電極３０の上に空洞部６１を介して形成されたダイアフラム状の可動電極４０と、可動電極４０上に形成された保護膜７０とが備えられ、下部電極３０には、基板１０側から空洞部６１側へ貫通する複数個の孔部３１が設けられている。
【０１３１】
さらに、可動電極４０には、下部電極３０における複数個の孔部３１に対応した部位にて、厚み方向に貫通する貫通穴４０ａが形成されており、保護膜７０が、可動電極４０における貫通穴４０ａに充填されて下部電極３０における複数個の孔部３１が形成された部位に密着している。
【０１３２】
ここで、保護膜７０の一部が孔部３１内へ侵入する等により、保護膜７０と下部電極３０とが密着する沿面長が長くなる。このように、保護膜７０による封止構造を採用することにより、空洞部６１は封止されて所定内圧を有する圧力基準室として構成されている。
【０１３３】
つまり、図１５に示されるセンサＳ４は、上記した特開２０００−２１４０３５号公報に記載されている絶対圧センサ構造において、下部電極に複数個の孔部を設けたものであり、保護膜７０を、下部電極３０における複数個の孔部３１が形成された部位に密着させるため、保護膜７０と下部電極３０とが密着する沿面長が長くなり、密着性が向上する。そのため、封止構造の信頼性の高い絶対圧センサを提供することができる。
【０１３４】
また、上記実施形態において、下部電極３０における複数個の孔部３１や上部電極５０における複数個の孔部５１の配置形状は、上記図１に示すような格子状（メッシュ状）に限定されるものではなく、例えば、図１６に示す様に、スリット状に形成したものでも良い。
【０１３５】
さらに、上記各実施形態では、孔部３１、５１は複数個のものであったが、例えば、本発明の孔部を渦巻き状や十字形状、蛇行形状等に構成することにより、１個のものにしても、上記した効果を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る静電容量型圧力センサの概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図３】図１に示す静電容量型圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【図４】図３に続く製造方法を示す工程図である。
【図５】図４に続く製造方法を示す工程図である。
【図６】上記第１実施形態の静電容量型圧力センサの作動説明図である。
【図７】上記第１実施形態の静電容量型圧力センサの出力特性を示す図である。
【図８】従来の静電容量型圧力センサの概略断面図である。
【図９】従来の静電容量型圧力センサの出力特性を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る静電容量型圧力センサの概略平面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る静電容量型圧力センサの概略平面図である。
【図１２】図１１に示す静電容量型圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【図１３】上記第３実施形態の第１変形例を示す図である。
【図１４】上記第３実施形態の第２変形例を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る静電容量型圧力センサの概略断面図である。
【図１６】下部および上部電極における複数個の孔部の配置形状の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０…基板、１１…基板の開口部（圧力導入口）、３０…下部電極、
３１…下部電極における複数個の孔部、４０…可動電極、５０…上部電極、
５１…上部電極における複数個の孔部、６１…空洞部（第１の空洞部）、
６１ａ…犠牲層（第１の犠牲層）、６２…第２の空洞部、
６２ａ…第２の犠牲層、８０…閉鎖部材、８１…大径部材。

Claims (7)

1. 基板（１０）と、
   前記基板の一面に形成された下部電極（３０）と、
   前記下部電極の上に前記下部電極と所定の間隔を隔てて形成されたダイアフラム状の可動電極（４０）と、
   前記下部電極と前記可動電極との空隙に形成された空洞部（６１）と、
   前記基板に形成され、前記基板の他面側の外部から前記下部電極に到達する開口部（１１）と、を備え、
   前記下部電極には、前記開口部から前記空洞部へ貫通する複数の孔部（３１）が設けられており、
   前記複数の孔部が、前記下部電極における前記基板の前記開口部側に形成された閉鎖部材（８０）により閉鎖されることにより、前記空洞部は、所定内圧を有する圧力基準室として構成されており、
   前記可動電極に対して前記空洞部とは反対側から圧力が印加されたときに前記可動電極が変位し、この変位に伴う前記可動電極と前記下部電極との間の静電容量の変化に基づいて、印加圧力を求めるようにしたことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 前記閉鎖部材（８０）は、前記下部電極（３０）における前記複数の孔部（３１）の径よりも大きな径を有する大径部材（８１）が含有されたものであることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
3. 前記大径部材（８０）は、ボール状または板状のものであることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型圧力センサ。
4. 前記下部電極（３０）は、多結晶シリコンよりなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の静電容量型圧力センサ。
5. 基板（１０）と、前記基板の一面に形成された下部電極（３０）と、前記下部電極の上に形成されたダイアフラム状の可動電極（４０）と、前記下部電極と前記可動電極との間にて気密に形成され所定内圧を有する圧力基準室としての空洞部（６１）と、を備え、
   前記可動電極に対して前記空洞部とは反対側から圧力が印加されたときに前記可動電極が変位し、この変位に伴う前記可動電極と前記下部電極との間の静電容量の変化に基づいて、印加圧力を求めるようにした静電容量型圧力センサの製造方法において、
   前記基板の一面上に前記下部電極を形成する工程と、
   前記可動電極に対応した部位にて前記下部電極の上に犠牲層（６１ａ）を形成する工程と、
   前記犠牲層の上に前記可動電極を形成する工程と、
   前記基板の他面側からエッチングすることにより前記基板の他面側の外部から前記下部電極に到達する開口部（１１）を形成する工程と、
   前記下部電極のうち前記開口部に面した部位に、前記下部電極を貫通して前記犠牲層にまで到達する複数の孔部（３１）を形成する工程と、
   前記開口部及び前記複数の孔部をエッチング液注入口として前記犠牲層をエッチング除去し、前記空洞部を形成する工程と、
   前記基板の開口部側から前記下部電極における前記複数の孔部を閉鎖するように、閉鎖部材（８０）を形成することにより、前記空洞部を封止する工程と、を備えることを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
6. 前記閉鎖部材（８０）を形成する材料として、前記下部電極（３０）における前記複数の孔部（３１）の径よりも大きな径を有する大径部材（８１）が含有されたものを用いることを特徴とする請求項５に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
7. 前記大径部材（８１）として、ボール状または板状のものを用いることを特徴とする請求項６に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。

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