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JPH11201848A - Capacitive sensor and detection method - Google Patents

Capacitive sensor and detection method

Info

Publication number
JPH11201848A
JPH11201848A JP10013267A JP1326798A JPH11201848A JP H11201848 A JPH11201848 A JP H11201848A JP 10013267 A JP10013267 A JP 10013267A JP 1326798 A JP1326798 A JP 1326798A JP H11201848 A JPH11201848 A JP H11201848A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
movable plate
electrode
electrodes
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10013267A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayoshi Higuchi
誠良 樋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to JP10013267A priority Critical patent/JPH11201848A/en
Publication of JPH11201848A publication Critical patent/JPH11201848A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象媒体を問わず、高感度で測定範囲が
広い静電容量型センサを提供すること 【解決手段】 半導体基板10のダイアフラム12は圧
力を受けてドーム状に撓み変形する。平面形状を保つ可
動板16の中央部がダイアフラムの中央部に柱部14を
介して局部的に連結・支持されていて、ダイアフラムが
撓んだときに可動板がその厚み方向に平行変位するが、
平面形状は保持される。よって、この可動板と、それに
対向するダイアフラム等に第2電極21,第1電極20
を形成しておくと、ダイアフラムの変形に伴い電極間距
離が変化し、電極間に発生する静電容量も変わる。ダイ
アフラムの電極非形成面が受圧面となるので、測定対象
媒体は電極に触れないため腐食しない。また、圧力を受
けてダイアフラムが撓むと電極間距離が離れる方向に変
位するので、高感度で測定範囲が広くなる。
[Problem] To provide a capacitive sensor having high sensitivity and a wide measurement range regardless of a medium to be measured. A diaphragm 12 of a semiconductor substrate 10 is formed into a dome shape by receiving pressure. It bends and deforms. The central portion of the movable plate 16 that maintains the planar shape is locally connected and supported at the central portion of the diaphragm via the column portion 14. When the diaphragm is bent, the movable plate is displaced in parallel in the thickness direction. ,
The planar shape is maintained. Therefore, the second electrode 21 and the first electrode 20 are provided on the movable plate and the diaphragm and the like opposed thereto.
Is formed, the distance between the electrodes changes with the deformation of the diaphragm, and the capacitance generated between the electrodes also changes. Since the electrode-free surface of the diaphragm serves as the pressure receiving surface, the medium to be measured does not touch the electrodes and does not corrode. Further, when the diaphragm bends under pressure, it is displaced in a direction in which the distance between the electrodes is increased, so that the measurement range is increased with high sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型センサ
及び検出方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type sensor and a detection method.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1は、従来の静電容量型センサの一例
を示している。同図(A)に示すように、半導体基板1
と固定基板2とを接合する。半導体基板1には、その中
央部に薄肉のダイアフラム3を形成し、そのダイアフラ
ム3の固定基板2側を可動電極4とし、その可動電極4
に対向する固定基板2の表面に固定電極5を形成する。
そして、可動電極4と固定電極5は、所定の距離だけ離
れており、両電極間にはその距離に応じた静電容量が発
生している。さらに、両電極間には適宜な空間6が形成
されており、その空間6内でダイアフラム3が変形可能
となっている。これにより、図中下側からダイアフラム
3に圧力が加わるとダイアフラム2が圧力を受けてほぼ
全面的に上に凸のドーム状に撓み変形するので、両電極
間の距離が変化する。従って、その電極間に発生する静
電容量の変化から、ダイアフラム3の撓み量、ひいて
は、ダイアフラム3に加わった圧力が測定できる。
2. Description of the Related Art FIG. 1 shows an example of a conventional capacitance type sensor. As shown in FIG.
And the fixed substrate 2 are joined. A thin diaphragm 3 is formed at the center of the semiconductor substrate 1, and the fixed substrate 2 side of the diaphragm 3 is used as a movable electrode 4.
A fixed electrode 5 is formed on the surface of the fixed substrate 2 facing the substrate.
The movable electrode 4 and the fixed electrode 5 are separated by a predetermined distance, and a capacitance corresponding to the distance is generated between the two electrodes. Further, an appropriate space 6 is formed between the two electrodes, and the diaphragm 3 can be deformed in the space 6. Thus, when pressure is applied to the diaphragm 3 from the lower side in the figure, the diaphragm 2 receives the pressure and bends and deforms almost entirely into an upwardly convex dome shape, so that the distance between the two electrodes changes. Therefore, the amount of deflection of the diaphragm 3 and, consequently, the pressure applied to the diaphragm 3 can be measured from the change in capacitance generated between the electrodes.

【0003】また、図示省略するが、例えば固定基板2
に厚み方向に貫通する圧力導入孔を形成し、測定圧力を
上記空間6内に導入可能としたものもある。係るタイプ
の場合には、ダイアフラム3に対して可動電極4側から
圧力が加わるので、ダイアフラム3は、固定基板2(固
定電極5)から離れる方向に撓むことになる。このとき
固定電極とダイアフラムの距離変化は中央部がいちばん
大きく、また、一方の電極が固定基板に対して固定され
ており、他方の電極がダイアフラム形成面に設けられて
いることが特徴である。
Although not shown, for example, the fixed substrate 2
In some cases, a pressure introducing hole is formed in the space 6 so as to penetrate in the thickness direction so that the measured pressure can be introduced into the space 6. In the case of this type, since pressure is applied to the diaphragm 3 from the movable electrode 4 side, the diaphragm 3 bends away from the fixed substrate 2 (fixed electrode 5). At this time, the change in the distance between the fixed electrode and the diaphragm is largest at the center, and one of the electrodes is fixed to the fixed substrate, and the other electrode is provided on the diaphragm forming surface.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】静電容量型センサの場
合、各種の変形例があるが、基本的には上記2つのタイ
プに分けることができる。そして、前者の圧力が加わっ
たときに電極間距離が短くなるタイプでは、測定媒体が
空間6内に侵入しないので、仮に測定媒体が電極を腐食
させるような特殊な気体であっても、電極に触れること
がないので測定可能となるという利点を有する。しか
し、ダイアフラム3の移動距離は、空間6で規制される
ので、あまり大きくとることができず、しかも、空間6
の距離を大きくとると、基準状態での静電容量が小さ
く、ダイアフラム3の変化開始当初の静電容量の変化が
小さくなる。つまり、感度が低く測定可能なレンジも狭
いという問題を有する。
In the case of a capacitance type sensor, there are various modifications, but it can be basically divided into the above two types. In the former type, in which the distance between the electrodes is reduced when the pressure is applied, the measurement medium does not enter the space 6, so even if the measurement medium is a special gas that corrodes the electrodes, the measurement medium may There is an advantage that measurement is possible because there is no touch. However, since the moving distance of the diaphragm 3 is restricted by the space 6, the moving distance cannot be made too large.
When the distance is increased, the capacitance in the reference state is small, and the change in capacitance at the start of the change of the diaphragm 3 is small. That is, there is a problem that the sensitivity is low and the measurable range is narrow.

【0005】逆に、後者の圧力が加わったときに電極間
距離が長くなるタイプでは、上記とは逆に感度を高く
し、測定可能なレンジも広くとることができるものの、
電極に測定媒体が触れるため、腐食性のガス等について
の測定ができず、測定可能な媒体が限られるという問題
を有する。
Conversely, in the latter type in which the distance between the electrodes is increased when the pressure is applied, the sensitivity can be increased and the measurable range can be widened, contrary to the above.
Since the measurement medium touches the electrode, measurement of corrosive gas and the like cannot be performed, and there is a problem that the measurable medium is limited.

【0006】このように、いずれのタイプも一長一短が
あり、仕様に応じて使い分けることになる。さらに、従
来の静電容量センサは、いずれもダイアフラム3の中心
部が最も大きく変化する。換言すると、ダイアフラム周
縁部は変化が少なく、寄生容量に近いものとなってい
る。そして、当然のことながらダイアフラム3の面積を
考えると、変化の大きい中央部分の面積よりも、周縁の
あまり変化のない部分の面積の方が大きい。その結果、
ダイアフラム3が変化しても、それに基づいて変化する
静電容量は、面積の小さい中央部分に起因するものであ
るので小さくなる。
As described above, each type has advantages and disadvantages, and can be used properly according to specifications. Further, in the conventional capacitance sensors, the center of the diaphragm 3 changes most greatly. In other words, the periphery of the diaphragm has little change and is close to the parasitic capacitance. When the area of the diaphragm 3 is considered, it is natural that the area of the peripheral portion where there is not much change is larger than the area of the central portion where the change is large. as a result,
Even if the diaphragm 3 changes, the capacitance that changes based on the change is small due to the central portion having a small area.

【0007】さらに、従来の静電容量型センサは、平行
変位する部分が、ダイアフラム3の中心部の唯一点のみ
である。つまり、ダイアフラム3が圧力を受けてほぼ全
面的にドーム状に撓み変形すると、これと一体の可動電
極4もドーム状に撓み変形するので、可動電極4と固定
電極5との間隔が場所により異なる。この電極間隔の不
均一な分布のせいで、圧力入力に対する電気出力の直線
性が悪くなるという問題もある。
Furthermore, in the conventional capacitance type sensor, the parallel displacement portion is only the central point of the diaphragm 3. That is, when the diaphragm 3 receives the pressure and bends and deforms almost entirely in a dome shape, the movable electrode 4 integrated therewith also bends and deforms in a dome shape, so that the distance between the movable electrode 4 and the fixed electrode 5 differs depending on the location. . There is also a problem that the non-uniform distribution of the electrode spacing deteriorates the linearity of the electric output with respect to the pressure input.

【0008】一方、係る平行変位する部分が少ないとい
う問題を解決するために、例えば図1(B)に示すよう
に、固定電極5に対向する半導体基板1にメサ8を設
け、そのメサ8と半導体基板1を薄肉の変形領域9を介
して変位可能に連結し、メサ8の対向面を可動電極3に
したものもある。係る構成のセンサでは、可動電極3は
平行変位するものの、変形領域9が小さいため、その変
形領域9の弾性係数が大きくなりマイクロマシンで扱う
微小圧力の検出は困難となる。さらに、可動電極3は平
行変位するものの、ギャップが狭まる方向に変位するた
め、高感度かつ広い測定レンジを両立させることはでき
ない。また、仮にギャップが広がる方向に変位するよう
に構成したとしても、変形領域9では大きな変位量をと
ることができないため、同様の問題は残る。
On the other hand, in order to solve the problem that there are few such parallel displacement parts, as shown in FIG. 1B, for example, a mesa 8 is provided on the semiconductor substrate 1 facing the fixed electrode 5, and the mesa 8 is provided. In some cases, the semiconductor substrate 1 is displaceably connected via a thin deformation region 9, and the opposing surface of the mesa 8 is a movable electrode 3. In the sensor having such a configuration, although the movable electrode 3 is displaced in parallel, the deformation area 9 is small, so that the elastic coefficient of the deformation area 9 is large, and it is difficult to detect a minute pressure handled by a micromachine. Furthermore, although the movable electrode 3 is displaced in parallel, it is displaced in the direction in which the gap is narrowed, so that it is impossible to achieve both high sensitivity and a wide measurement range. Even if the gap is displaced in the direction in which the gap is widened, the same problem remains because a large displacement cannot be obtained in the deformation region 9.

【0009】さらに、従来の静電容量センサは固定電極
に対応している可動電極は、ダイアフラムのみである。
そして、半導体基板1の周辺の枠体の底面部分がダイボ
ンド部1aとなり、このダイボンド部1aの幅は、ある
程度確保する必要がある。従って、センサを小型化する
と、ダイボンド部1aが小さくできないので、ダイアフ
ラム3の面積が小さくなってしてしまい、その結果、電
極が小さくなるため感度も小さくなる。よって、小型化
によるコストダウンにも限界があった。
Further, in the conventional capacitance sensor, the movable electrode corresponding to the fixed electrode is only the diaphragm.
Then, the bottom surface of the frame around the semiconductor substrate 1 becomes the die bonding portion 1a, and the width of the die bonding portion 1a needs to be secured to some extent. Therefore, when the sensor is miniaturized, the die bond portion 1a cannot be made small, so that the area of the diaphragm 3 becomes small, and as a result, the electrode becomes small, so that the sensitivity also becomes small. Therefore, there is a limit to cost reduction due to miniaturization.

【0010】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、測定対象媒体の種類を問わず、電極の腐食もなく、
感度が高くて測定レンジも広くすることができ、しか
も、入出力特性の直線性を良好にすることができ、ま
た、ダイボンド部の幅を十分にとることができ、小型化
が可能な静電容量型センサ及び検出方法を提供すること
にある。
[0010] The present invention has been made in view of the above-mentioned background, and has as its object to solve the above-mentioned problems and to prevent corrosion of the electrode regardless of the type of the medium to be measured.
The sensitivity is high, the measurement range can be widened, and the linearity of the input / output characteristics can be improved. Also, the width of the die bond portion can be sufficiently set, and the electrostatic capacitance can be reduced. An object of the present invention is to provide a capacitive sensor and a detection method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る静電容量型センサでは、ダイアフ
ラム付きの基板と、そのダイアフラムの中央に設けた柱
部と、その柱部に接続され、前記ダイアフラムの変形に
伴い変位する可動板と、前記基板と前記可動板の対向面
にそれぞれ設けた第1,第2電極と、前記第1,第2電
極間に発生する静電容量に基づく信号を外部に取り出す
手段とを備えて構成した(請求項1)。なお、柱部は、
実施の形態では絶縁膜により可動板及びダイアフラムと
別部材で形成したが、本発明それに限ることはなく、一
方の部材と一体的に形成してもよい。
In order to achieve the above object, in a capacitance type sensor according to the present invention, a substrate with a diaphragm, a column provided at the center of the diaphragm, and a A movable plate which is connected and is displaced in accordance with the deformation of the diaphragm, first and second electrodes respectively provided on opposing surfaces of the substrate and the movable plate, and capacitance generated between the first and second electrodes And a means for extracting a signal based on the data to the outside (claim 1). In addition, pillar part,
In the embodiment, the movable plate and the diaphragm are formed as a separate member by an insulating film. However, the present invention is not limited to this, and may be formed integrally with one member.

【0012】また、ダイアフラムを有する基板と、その
ダイアフラムに連結され、初期形状を保持しながら前記
ダイアフラムの変形にともなって平行移動する可動板
と、前記基板と前記可動板の対向面にそれぞれ設けた第
1,第2電極と、前記第1,第2電極間に発生する静電
容量に基づく信号を外部に取り出す手段とを備えて構成
してもよい(請求項2)。つまり、ダイアフラムと可動
板は、直接または間接的に接続されておればよい。
In addition, a substrate having a diaphragm, a movable plate connected to the diaphragm and moving in parallel with the deformation of the diaphragm while maintaining the initial shape, and a facing surface of the substrate and the movable plate are provided. It may be configured to include first and second electrodes and means for extracting a signal based on capacitance generated between the first and second electrodes to the outside (claim 2). That is, the diaphragm and the movable plate may be connected directly or indirectly.

【0013】また、基板と、可動板と、それらを連結す
る柱部とを有し、前記柱部が接続される前記基板の周辺
をダイアフラム化してそのダイアフラムの変形にともな
い前記可動板を変位するようにし、前記基板と前記可動
板の対向面にそれぞれ第1,第2電極を設けるようにし
てもよい(請求項4)。
[0013] Further, it has a substrate, a movable plate, and a column connecting them, and forms a diaphragm around the substrate to which the column is connected, and displaces the movable plate with the deformation of the diaphragm. The first and second electrodes may be provided on the opposing surfaces of the substrate and the movable plate, respectively (claim 4).

【0014】上記した各構成にすると、ダイアフラムの
非接合面側が受圧面となり、可動板がダイアフラムと連
動して動くことで、センサギャップの変化を発生させ
る。従って、測定媒体はダイアフラムの非接合面側のみ
に接触させ、電極と非接触状態にすることができる。よ
って、測定媒体は問わない。さらに、圧力,加速度等の
物理量を受けてダイアフラムが変形すると、柱部を介し
て接続された可動板も移動する。この時、ダイアフラム
は柱部が凸になるように膨らむものの、可動板には物理
量が加わるわけではなく、しかも周囲(外周囲)が開放
されているので、基準状態のまま変位する。従って、ダ
イアフラムの周囲の領域や基板と対向する領域における
可動板の距離が広がる。そこで、可動板と基板にそれぞ
れ電極を設けることにより、変位量すなわち物理量を静
電容量の変化としてとらえることができる。
In each of the above-described configurations, the non-joining surface side of the diaphragm serves as a pressure receiving surface, and the movable plate moves in conjunction with the diaphragm, thereby causing a change in the sensor gap. Therefore, the measurement medium can be brought into contact only with the non-joining surface side of the diaphragm, and can be brought into a non-contact state with the electrode. Therefore, the measurement medium does not matter. Furthermore, when the diaphragm is deformed by receiving physical quantities such as pressure and acceleration, the movable plate connected via the column moves. At this time, although the diaphragm expands so that the pillar portion becomes convex, no physical quantity is added to the movable plate, and since the periphery (outer periphery) is open, the diaphragm is displaced in the reference state. Therefore, the distance of the movable plate in the area around the diaphragm and in the area facing the substrate increases. Therefore, by providing electrodes on the movable plate and the substrate, the displacement amount, that is, the physical amount, can be grasped as a change in capacitance.

【0015】さらに、圧力等の物理量が加わったときの
変位は、電極間距離が離れる方向となる。そこで、測定
限界圧力が大きく、ギャップ変化の大きい領域が広く、
高感度なセンサとなる。
Further, displacement when a physical quantity such as pressure is applied is in a direction in which the distance between the electrodes is increased. Therefore, the measurement limit pressure is large, the area where the gap change is large is wide,
It becomes a highly sensitive sensor.

【0016】また、中央部に設けた柱部を介してダイア
フラムと可動板とを接続したため、ギャップ変化の大き
い箇所は、周縁領域となるので、当該ギャップ変化の大
きい領域が最も広く得ることができる。
Further, since the diaphragm and the movable plate are connected via the pillar provided at the center, the portion where the gap change is large is the peripheral region, so that the region where the gap change is large can be obtained most widely. .

【0017】なお、基板は例えば半導体基板で形成する
ことができる。また、可動板は半導体基板(半導体ウエ
ハのみでなく、半導体を成膜するものも含む)やガラス
基板等を用いて形成できる。そして、半導体基板で形成
した場合には、ガラス基板未使用により大幅なコストダ
ウンが可能となる。
The substrate can be formed of, for example, a semiconductor substrate. Further, the movable plate can be formed using a semiconductor substrate (including not only a semiconductor wafer but also a substrate on which a semiconductor is formed), a glass substrate, or the like. In the case where a semiconductor substrate is used, the cost can be significantly reduced because the glass substrate is not used.

【0018】また、別の解決手段としては、ダイアフラ
ムを有する基板と、その基板表面の前記ダイアフラムの
外周囲に設けた第1電極と、前記ダイアフラムに連結さ
れ、前記第1電極に対して平行状態を保持しながら前記
ダイアフラムの変形にともなって移動する可動板と、前
記可動板の前記第1電極に対向する部分に設けられた第
2電極と、前記第1,第2電極間に発生する静電容量に
基づく信号を外部に取り出す手段とを備えて構成するこ
とができる(請求項3)。このようにすると、第1,第
2電極は、平行変位するので加わった物理量(入力)に
対するセンサ出力の直線性が向上する。
Another solution is to provide a substrate having a diaphragm, a first electrode provided on an outer periphery of the diaphragm on the surface of the substrate, and connected to the diaphragm so as to be in parallel with the first electrode. A movable plate that moves with the deformation of the diaphragm while holding the diaphragm, a second electrode provided at a portion of the movable plate facing the first electrode, and static electricity generated between the first and second electrodes. Means for extracting a signal based on the capacitance to the outside can be provided (claim 3). By doing so, the first and second electrodes are displaced in parallel, so that the linearity of the sensor output with respect to the added physical quantity (input) is improved.

【0019】そして、本発明に係る検出方法としては、
ダイアフラムを有する基台(実施の形態では「半導体基
板10」に相当)と、そのダイアフラムに連結され前記
ダイアフラムの変形にともなって移動する可動板とを配
備し、前記基台と前記可動板の対向面(基台側はダイア
フラムの部分及びまたは非形成部分のどこでも可)にそ
れぞれ第1,第2電極を設け(電極を設ける部分は、対
向する表面の全面でも良く一部でもよい)、前記ダイア
フラムの変位に伴って変化する両電極の相対位置に伴い
両電極間に発生する静電容量に基づく信号を検出するこ
とにより、前記ダイアフラムの変位量或いはそのダイア
フラムに加わる物理量を検出するようにした(請求項
5)。
The detection method according to the present invention includes:
A base having a diaphragm (corresponding to the “semiconductor substrate 10” in the embodiment) and a movable plate connected to the diaphragm and moving with the deformation of the diaphragm are provided, and the base and the movable plate face each other. A first electrode and a second electrode are provided on the surface (the base side can be any part of the diaphragm part and / or the non-formed part) (the part where the electrode is provided may be the whole or part of the opposing surface), and the diaphragm By detecting a signal based on the capacitance generated between the two electrodes in accordance with the relative position of the two electrodes that changes with the displacement of the sensor, the amount of displacement of the diaphragm or the physical amount added to the diaphragm is detected ( Claim 5).

【0020】さらに本発明のより具体的な好ましい構造
として、以下のような手段をとると、上記した基本構成
に基づく作用効果に加え、さらに有為な効果を奏する。
すなわち、例えば、前記可動板は、前記ダイアフラムよ
りも大きい平面形状とし、前記可動板に形成する第2電
極の少なくとも一部が、前記ダイアフラムの外側の前記
基板表面に対向するように構成することができる。その
ように構成すると、ダイアフラムを形成していない基板
の表面は、当然のことながら圧力が加わっても変化しな
い。そして、上記したように可動板も撓むことがない。
よって、ダイアフラムの外側部分で対向する第1,第2
電極は、平行変位領域となるので、入出力特性の直線性
が向上する。また、ボンディング部を広くとることが可
能となるので、より小さなダイアフラムで十分な容量が
得られチップサイズの小型化が可能となる。また、ダイ
アフラムを小さくすることでダイアフラムバネ係数が大
きくなり、結果として応答速度が速くなる。
If the following means are taken as a more preferable structure of the present invention, more significant effects can be obtained in addition to the effects of the above-described basic structure.
That is, for example, the movable plate may have a planar shape larger than the diaphragm, and at least a part of the second electrode formed on the movable plate may be configured to face the substrate surface outside the diaphragm. it can. With such a configuration, the surface of the substrate on which no diaphragm is formed does not change even when pressure is applied. Further, the movable plate does not bend as described above.
Therefore, the first and second portions facing each other at the outer portion of the diaphragm
Since the electrodes are in a parallel displacement region, the linearity of the input / output characteristics is improved. Further, since the bonding portion can be widened, a sufficient capacity can be obtained with a smaller diaphragm, and the chip size can be reduced. Further, by reducing the diaphragm, the diaphragm spring coefficient increases, and as a result, the response speed increases.

【0021】また、前記柱部の周囲における前記基板と
前記可動板の間隔を、前記可動板の周縁付近における前
記基板と前記可動板の間隔よりも広くしてもよい。すな
わち、柱部の周囲は、圧力がかかってもあまりギャップ
は変化しない。従って、係る部分に電極を設けた場合に
は、当該部分で静電容量が変化せず、寄生容量となる。
そこで、容量変化の少ない領域のギャップを広げること
により、寄生容量が減少され、結果として、入出力特性
の直線性が向上する。
[0021] The distance between the substrate and the movable plate around the column may be wider than the distance between the substrate and the movable plate near the periphery of the movable plate. That is, the gap around the column does not change much even when pressure is applied. Therefore, when an electrode is provided in such a portion, the capacitance does not change in that portion, and the portion becomes a parasitic capacitance.
Therefore, the parasitic capacitance is reduced by widening the gap in the region where the capacitance change is small, and as a result, the linearity of the input / output characteristics is improved.

【0022】そして、係る効果をさらに向上させるため
には、例えば前記柱部の周囲における前記可動板に貫通
孔を設けるとよい。これにより、寄生容量がさらに減少
する。さらに、貫通孔を設けた場合には、その貫通孔が
空気の通路となるので、応答性が向上する。
In order to further improve the effect, it is preferable to provide a through hole in the movable plate around the column, for example. This further reduces the parasitic capacitance. Further, when the through-hole is provided, the through-hole serves as an air passage, so that responsiveness is improved.

【0023】さらにまた、前記第1,第2電極は、前記
ダイアフラム未形成の領域及びそれに対向する領域のみ
に設けてもよい。そのようにすると、さらに寄生容量が
なくなり、直線性が向上する。
Furthermore, the first and second electrodes may be provided only in a region where the diaphragm is not formed and a region opposed thereto. By doing so, the parasitic capacitance is further eliminated, and the linearity is improved.

【0024】一方、前記可動板と前記基板の対向面の少
なくとも一方に絶縁膜を設けてもよい。すなわち、本発
明では、ギャップは広がる方向に移動するが仮に可動板
とダイアフラム(基板)が接触しても、ショートするお
それがなく、湿度などによる耐性も向上する。また、こ
の時、空気よりも誘電率の高い絶縁膜を用いると、静電
容量が増加して感度が向上する。なお、感度の向上を図
ることが目的とした場合には、広誘電材料であれば、必
ずしも絶縁膜でなくてもよい。そして、そのように誘電
率の高い材質を可動部の周縁部(平行変位する領域)に
のみ形成すると、平行変位する領域のみ静電容量が増加
し、寄生容量が減少するとともに感度が向上する。
On the other hand, an insulating film may be provided on at least one of the opposing surfaces of the movable plate and the substrate. That is, in the present invention, the gap moves in the direction in which it expands, but even if the movable plate and the diaphragm (substrate) come into contact with each other, there is no danger of short-circuiting, and resistance to humidity and the like is improved. At this time, if an insulating film having a higher dielectric constant than air is used, the capacitance is increased and the sensitivity is improved. When the purpose is to improve the sensitivity, the insulating film need not necessarily be a wide dielectric material. When such a material having a high dielectric constant is formed only on the peripheral portion of the movable portion (the region where the parallel displacement occurs), the capacitance increases only in the region where the parallel displacement occurs, the parasitic capacitance decreases, and the sensitivity improves.

【0025】さらにまた、前記静電容量に基づく信号を
外部に取り出す手段は、前記可動板に連結された引出配
線を有し、前記可動板の所定位置に前記柱部近傍まで切
り込まれた切欠部を設け、前記引出線の一部が前切欠部
内に配置されるとともに、その引出配線の一端が前記切
欠部の奥側の前記柱部近傍に接続されるようにしてもよ
い。このように構成すると、可動板の端から配線を引き
出す場合に比べ、可動板に余分な応力がかからないの
で、安定した特性が検出できる。
Further, the means for extracting the signal based on the capacitance to the outside has a lead wire connected to the movable plate, and has a cutout cut into a predetermined position of the movable plate up to the vicinity of the pillar. A part may be provided, and a part of the lead wire may be disposed in the front notch, and one end of the lead wire may be connected to the vicinity of the pillar part on the back side of the notch. With this configuration, no extra stress is applied to the movable plate as compared with the case where the wiring is drawn out from the end of the movable plate, so that stable characteristics can be detected.

【0026】また、前記静電容量に基づく信号を外部に
取り出す手段は、前記可動板に連結された引出配線を有
し、前記柱部を基準として前記引出配線と点対称になる
ようにダミー配線(同一物質,同一形状)を設けてもよ
い。そのように構成すると、引出配線により生じる応力
が、可動板に対して対称に加わるので、可動板の傾き,
ねじれなどを抑えることができる。
Further, the means for extracting the signal based on the capacitance to the outside has an extraction wiring connected to the movable plate, and the dummy wiring has a point symmetry with the extraction wiring with respect to the column. (Same substance, same shape) may be provided. With such a configuration, since the stress generated by the lead wiring is symmetrically applied to the movable plate, the inclination of the movable plate,
Twist and the like can be suppressed.

【0027】さらにまた、前記静電容量に基づく信号を
外部に取り出す手段は、前記可動板に連結された引出配
線を有し、前記引出配線の応力を前記可動板よりも小さ
くしてもよい。応力を小さくする方法としては、例えば
肉厚を薄くしたり、剛性の弱い材質を使用して引出配線
を製造する等の方法がとれる。このように構成すると、
引出配線により生じる応力(バネの力)が、ダイアフラ
ムの変位に影響しにくくなるので、感度の向上及び応答
性が向上する。
Further, the means for extracting the signal based on the capacitance to the outside may have an extraction wiring connected to the movable plate, and the stress of the extraction wiring may be smaller than that of the movable plate. As a method of reducing the stress, for example, a method of reducing the thickness or manufacturing a lead wiring using a material having low rigidity can be used. With this configuration,
The stress (spring force) generated by the lead wiring hardly affects the displacement of the diaphragm, so that the sensitivity and the responsiveness are improved.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】図2は、本発明に係る静電容量型
センサの第1の実施の形態を示している。同図に示すよ
うに、シリコンからなる第1半導体基板10の下端中央
部除去して薄肉のダイアフラム12を設け、そのダイア
フラム12の周囲が枠体13となる。この枠体13の下
面がダイボンド部13aとなる。また、ダイアフラム1
2の上面中央に絶縁体からなる柱部14を介して可動板
16を連結している。そして、この可動板16もシリコ
ンからなる第2半導体基板18から構成される。さら
に、可動板16は、平面略正方形状の平板からなり、周
囲からほぼ独立して宙に浮いた状態となる(厳密には、
上記柱部14を介してダイアフラム12に接続されると
ともに、後述する引出配線をワイヤパッドに接続されて
いる)。
FIG. 2 shows a first embodiment of a capacitance type sensor according to the present invention. As shown in the figure, a thin diaphragm 12 is provided by removing a central portion of a lower end of a first semiconductor substrate 10 made of silicon, and a periphery of the diaphragm 12 becomes a frame 13. The lower surface of the frame 13 serves as a die bonding portion 13a. Also, diaphragm 1
A movable plate 16 is connected to the center of the upper surface of the second member 2 via a pillar 14 made of an insulator. The movable plate 16 is also composed of a second semiconductor substrate 18 made of silicon. Further, the movable plate 16 is formed of a flat plate having a substantially square shape in a plane, and floats in the air substantially independently of the surroundings (strictly speaking, the floating plate 16).
(They are connected to the diaphragm 12 via the pillars 14, and lead wires to be described later are connected to wire pads.)

【0029】従って、ダイアフラム12と可動板16と
は絶縁状態にあり、ダイアフラム12の上面が第1電極
20となり、可動板16の下面が第2電極21となる。
そして、両電極20,21間に、距離に応じた静電容量
が発生する。係る構成が基本構成であり、圧力がかから
ない基準状態では、図示するように、可動板16とダイ
アフラム12は、ともにほぼ水平状態を保持し、両電極
20,21間の距離は、柱部14の高さとなる。
Therefore, the diaphragm 12 and the movable plate 16 are in an insulated state, and the upper surface of the diaphragm 12 becomes the first electrode 20 and the lower surface of the movable plate 16 becomes the second electrode 21.
Then, a capacitance corresponding to the distance is generated between the electrodes 20 and 21. Such a configuration is a basic configuration, and in a reference state where no pressure is applied, as shown in the figure, the movable plate 16 and the diaphragm 12 both keep a substantially horizontal state, and the distance between the electrodes 20 and 21 is And height.

【0030】そして、この状態からダイアフラム12の
下面に対し、上方向への圧力が加わるとすると、図3に
示すように、ダイアフラム12が変位し、上に凸のドー
ム状に撓む。すると、平面形状を保つ可動板16は、そ
の中央にてダイアフラム12の中央部に柱部14を介し
て局部的に支持されているだけであるので、ダイアフラ
ム12がドーム状に撓み変形したとき、可動板16は平
面形状を保ったままでその厚み方向に平行変位する。そ
の結果、ダイアフラム12の周縁部と可動板16間の間
隔が広がるので、当該部分における両電極20,21間
のギャップが広がり、両電極20,21間に発生する静
電容量が変化する。そして、変化した静電容量に基づい
て加わった圧力を測定することができる。
When an upward pressure is applied to the lower surface of the diaphragm 12 from this state, as shown in FIG. 3, the diaphragm 12 is displaced and bends into a dome shape which is upwardly convex. Then, since the movable plate 16 maintaining the planar shape is only locally supported at the center of the diaphragm 12 at the center thereof through the column portion 14, when the diaphragm 12 is bent and deformed into a dome shape, The movable plate 16 is displaced in parallel in the thickness direction while maintaining the planar shape. As a result, the gap between the peripheral edge of the diaphragm 12 and the movable plate 16 increases, so that the gap between the electrodes 20 and 21 in the portion widens, and the capacitance generated between the electrodes 20 and 21 changes. Then, the applied pressure can be measured based on the changed capacitance.

【0031】ここで注目すべき点は、ダイアフラム12
の変位に基づいて変化する電極20,21間のギャップ
部分は、面積の大きなダイアフラム12の周縁部になっ
ていることである。これにより、従来と同程度にダイア
フラム12が変化した際の静電容量の変化量も大きくな
り、高感度となる。さらに、圧力が加わった際のダイア
フラム12の変位方向は、電極20,21間のギャップ
が広がる方向であるので、測定レンジを広くできるとと
もに、基準状態での電極間距離を短くできるので、係る
点でも高感度となる。しかも、圧力を測定する媒体は電
極に接触しないので、測定媒体の種類を問わない。従っ
て、従来、表裏の関係にあった高感度・広測定レンジ化
と、測定媒体を問わないという両方の要求を同時に満た
すことができるようになる。また、ダイアフラム12と
可動板16をともに導電性の半導体基板を用いて形成し
たため、接合後に熱歪みの影響を受けなくなる。
The point to be noted here is that the diaphragm 12
The gap portion between the electrodes 20 and 21 which changes based on the displacement of the diaphragm 12 is a peripheral portion of the diaphragm 12 having a large area. As a result, the amount of change in the capacitance when the diaphragm 12 changes to the same extent as in the related art increases, and the sensitivity becomes high. Further, the direction of displacement of the diaphragm 12 when pressure is applied is a direction in which the gap between the electrodes 20 and 21 is widened, so that the measurement range can be widened and the distance between the electrodes in the reference state can be shortened. But high sensitivity. Moreover, since the medium for measuring the pressure does not come into contact with the electrodes, the type of the measuring medium is not limited. Therefore, it is possible to simultaneously satisfy both requirements of increasing the sensitivity and the wide measurement range, which are conventionally the front and back sides, and regardless of the measurement medium. Further, since both the diaphragm 12 and the movable plate 16 are formed using a conductive semiconductor substrate, they are not affected by thermal distortion after joining.

【0032】そして、本形態では、ダイアフラム12
(第1電極20)と可動板16(第2電極21)をとも
に半導体(シリコン)基板で形成したことから、両電極
20,21間に正しく静電容量を発生させるとともに、
発生した静電容量を取り出すためにさらに以下のような
構造をとった。
In this embodiment, the diaphragm 12
Since both the (first electrode 20) and the movable plate 16 (second electrode 21) are formed of a semiconductor (silicon) substrate, a proper capacitance is generated between both electrodes 20 and 21, and
The following structure was further adopted to take out the generated capacitance.

【0033】すなわち、両半導体基板10,18を接合
する際に、その間に絶縁膜22を介在させるようにし、
各基板10,18は絶縁膜22に接続するようにした。
そして、絶縁膜22としては、例えば第1半導体基板1
0の上面にパターニングして酸化膜を成膜することによ
り形成でき、この絶縁膜22により上記した柱部14を
製造することもできる。
That is, when the two semiconductor substrates 10 and 18 are joined, the insulating film 22 is interposed therebetween.
Each of the substrates 10 and 18 was connected to the insulating film 22.
As the insulating film 22, for example, the first semiconductor substrate 1
The oxide film can be formed by patterning the oxide film on the upper surface of the insulating layer 22, and the above-described column portion 14 can be manufactured using the insulating film 22.

【0034】さらに、両電極20,21が接触して短絡
するのを防止するため、可動板16、すなわち、第2半
導体基板18の接合面側表面(図中、下面)を絶縁性の
保護膜24で被覆した。これにより誤って可動板16が
ダイアフラム12に接触したとしても、両者間には保護
膜24が存在するため短絡しない。また、第2半導体基
板18の非接合面側表面も同様に絶縁性の保護膜25を
成膜し、短絡するのを防止している。
Further, in order to prevent the electrodes 20 and 21 from coming into contact with each other and short-circuiting, the movable plate 16, that is, the surface on the bonding surface side (the lower surface in the figure) of the second semiconductor substrate 18 is made of an insulating protective film. 24. As a result, even if the movable plate 16 accidentally comes into contact with the diaphragm 12, no short circuit occurs because the protective film 24 exists between the two. Also, an insulating protective film 25 is similarly formed on the non-bonding surface side surface of the second semiconductor substrate 18 to prevent short circuit.

【0035】また、両電極20,21間に発生する静電
容量を外部に取り出す機構としては、まず、第1電極2
0側は、絶縁膜22の一部に孔部22aを形成して下側
に位置する第1半導体基板10を露出させ、その露出し
た第1半導体基板10に電気的に接続するようにしてア
ルミ等をスパッタリングしてワイヤパッド26を形成す
る。これにより、第1電極20は、ダイアフラム12,
第1半導体基板10を介してワイヤパッド26と導通さ
れるので、そのワイヤパッド26にボンデンィグワイヤ
を接続することにより、外部の装置に接続できる。
The mechanism for taking out the capacitance generated between the electrodes 20 and 21 to the outside is as follows.
On the 0 side, aluminum 22 is formed by forming a hole 22a in a part of the insulating film 22 to expose the lower first semiconductor substrate 10 and electrically connecting to the exposed first semiconductor substrate 10. The wire pad 26 is formed by sputtering. Thereby, the first electrode 20 is connected to the diaphragm 12,
Since the wire pad 26 is electrically connected to the wire pad 26 via the first semiconductor substrate 10, the wire pad 26 can be connected to an external device by connecting a bonding wire.

【0036】また、第2電極21側は、可動板16と一
体に形成された引出配線27を介して第1半導体基板1
0の枠体13の上方に形成されたターミナル部28に接
続され、そのターミナル部28の上面に形成された保護
膜25の一部に孔部25aを形成しその下側に位置する
ターミナル部28を露出させ、その露出したターミナル
部28に電気的に接続するようにしてアルミ等をスパッ
タリングしてワイヤパッド29を形成する。これによ
り、第2電極21は、上記した経路を通ってワイヤパッ
ド29と導通されるので、そのワイヤパッド29にボン
デンィグワイヤを接続することにより、外部の装置に接
続できる。
The second electrode 21 side is connected to the first semiconductor substrate 1 via a lead-out line 27 formed integrally with the movable plate 16.
The terminal portion 28 is connected to a terminal portion 28 formed above the zero frame 13 and a hole 25a is formed in a part of the protective film 25 formed on the upper surface of the terminal portion 28, and the terminal portion 28 located below the hole 25a. Is exposed, and aluminum or the like is sputtered so as to be electrically connected to the exposed terminal portion 28 to form a wire pad 29. As a result, the second electrode 21 is electrically connected to the wire pad 29 through the above-described path. Therefore, by connecting a bonding wire to the wire pad 29, the second electrode 21 can be connected to an external device.

【0037】さらに、枠体13の上面には、絶縁膜22
を介してフレーム30が形成されている。このフレーム
30の上下両面にも、保護膜24,25が成膜されてい
る。このフレーム30は、可動板16の周囲を囲むよう
に配置され、このフレーム30を設けたことにより、可
動板16の側面に何らかの物体が衝突することが可及的
に抑制される。そして、上記した可動板16,引出配線
27,ターミナル部28及びフレーム30が、第2半導
体基板18により形成される。つまり、第2半導体基板
18をエッチングしてパターニングすることにより、同
時に形成できる。一方、そのように第2半導体基板18
から製造されることから、引出配線27は従来のボンデ
ィングワイヤなどに比べると剛性があるため、係る引出
配線27が可動板16の変位に対して悪影響を与えない
ようにする必要がある。
Further, an insulating film 22 is formed on the upper surface of the frame 13.
The frame 30 is formed via the. Protective films 24 and 25 are formed on both upper and lower surfaces of the frame 30. The frame 30 is arranged so as to surround the periphery of the movable plate 16, and by providing the frame 30, collision of any object on the side surface of the movable plate 16 is suppressed as much as possible. Then, the movable plate 16, the lead wiring 27, the terminal 28, and the frame 30 are formed by the second semiconductor substrate 18. That is, the second semiconductor substrate 18 can be simultaneously formed by etching and patterning. On the other hand, the second semiconductor substrate 18
Since the lead-out wiring 27 is manufactured more rigidly than a conventional bonding wire or the like, it is necessary to prevent the lead-out wiring 27 from affecting the displacement of the movable plate 16.

【0038】そこで本形態では、引出配線27を細長く
することにより引出配線27自体の剛性を弱くするよう
にした。しかも、できるだけ長くすることにより、可動
板16が変位した際に、弾性復元力が働かないようにし
た。つまり、図2(B)に示すように、引出配線27の
一端27aを可動板16の1つの頂点付近に連結し、引
出配線27は、可動板16の1辺と平行に配置しその他
端27bを可動板16の他の頂点付近まで延長形成して
いる。なお、より好ましくは、さらに延長し、可動板1
6の隣接する2つの辺に沿うように形成(引出配線は途
中で折曲される)してもよい。
Therefore, in this embodiment, the rigidity of the lead wiring 27 itself is reduced by making the lead wiring 27 elongated. Moreover, by making the length as long as possible, the elastic restoring force does not work when the movable plate 16 is displaced. That is, as shown in FIG. 2B, one end 27a of the lead-out wiring 27 is connected near one vertex of the movable plate 16, and the lead-out wiring 27 is arranged parallel to one side of the movable plate 16 and the other end 27b Is extended to the vicinity of another vertex of the movable plate 16. More preferably, the movable plate 1 is further extended.
6 may be formed along two adjacent sides (the lead-out wiring is bent in the middle).

【0039】図4,図5は、本発明の第2の実施形態を
示している。本実施の形態は、基本的には上記した第1
の実施の形態と同様であるが、ダイアフラム12の寸法
形状を、可動電極16よりも小さくしている。そして、
第1電極20は、第2電極21と対向する面、すなわ
ち、ダイアフラム12の上面20aはもちろんのこと、
第1半導体基板10の枠体13の上面の一部20bも第
1電極20となる。
FIGS. 4 and 5 show a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, basically, the first
This embodiment is the same as the first embodiment, except that the dimensions of the diaphragm 12 are smaller than those of the movable electrode 16. And
The first electrode 20 has a surface facing the second electrode 21, that is, the upper surface 20a of the diaphragm 12, as well as
A part 20 b of the upper surface of the frame 13 of the first semiconductor substrate 10 also becomes the first electrode 20.

【0040】係る構成にすると、図4(A)と図5を比
較すると明らかなように、圧力が加わることによりダイ
アフラム12が撓み両電極20,21間のギャップが変
化した場合に、その多くの領域(枠体13の上面に形成
した電極部分20bと第2電極21との間)では、電極
間距離は平行変位するので、入出力特性(圧力変化に対
する静電容量の変化)が直線性が得られる領域が広くな
る。
With this configuration, as is apparent from a comparison between FIG. 4A and FIG. 5, when pressure is applied, the diaphragm 12 bends and the gap between the electrodes 20 and 21 changes. In the region (between the electrode portion 20b formed on the upper surface of the frame 13 and the second electrode 21), the distance between the electrodes is displaced in parallel. The area obtained is wider.

【0041】また、このようにダイアフラム12の面積
を小さくしても高感度となることから、枠体13の幅を
広くすることができ、ダイボンド部13aの幅を広くと
る。従って、センサを小型化しても所望のセンサ特性を
得つつ確実に面実装するためのダイボンド部13aの幅
を確保できるので、さらなる小型化が可能となる。な
お、その他の構成並びに作用効果は、上記した第1の実
施の形態と同様であるので、同一符号を付しその詳細な
説明を省略する。
Since the sensitivity is high even when the area of the diaphragm 12 is reduced, the width of the frame 13 can be increased, and the width of the die bonding portion 13a can be increased. Therefore, even if the sensor is downsized, the width of the die bond portion 13a for ensuring surface mounting while obtaining desired sensor characteristics can be ensured, so that further downsizing is possible. The other configuration and operation and effect are the same as those of the above-described first embodiment, and therefore, are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0042】図6は、第3の実施の形態を示している。
本実施の形態では、上記した第2の実施の形態を基本と
し、さらに絶縁耐圧の向上を図っている。すなわち、枠
体13の上面に位置する電極部分20bの上面を覆うよ
うにして絶縁膜31を成膜している。この絶縁膜31を
設けたことにより、両電極20,21間には、保護膜2
4と絶縁膜31が存在しているので、より確実に電極2
0,21間の短絡が防止される。なお、その他の構成並
びに作用効果は、上記した第2の実施の形態と同様であ
るので、その説明を省略する。
FIG. 6 shows a third embodiment.
This embodiment is based on the above-described second embodiment, and further improves the withstand voltage. That is, the insulating film 31 is formed so as to cover the upper surface of the electrode portion 20b located on the upper surface of the frame 13. By providing the insulating film 31, the protective film 2 is provided between the electrodes 20 and 21.
4 and the insulating film 31 exist, so that the
A short circuit between 0 and 21 is prevented. Note that the other configuration and operation and effect are the same as those of the above-described second embodiment, and thus the description thereof is omitted.

【0043】また、上記した絶縁膜31として、SiN
膜等誘電率の高い絶縁膜を用いるとよい。つまり、物理
的な距離はダイアフラム12部分のギャップと枠体13
部分のギャップとが等しいとしても(基準状態)、枠体
13部分のギャップで発生する静電容量が大きくなる。
従って、平行変位しギャップ間隔も変わる領域のみ静電
容量を増加することができ、高感度化と、入出力特性の
直線性の向上が図れる。そして、係る構造は、例えば第
1半導体基板10の上面全面にS1N膜を堆積させ、必
要領域以外をドライエッチングなどで除去することによ
り絶縁膜31を成膜できる。その後、絶縁膜22(柱部
14)を形成し、第2半導体基板18を接合するなどの
通常のプロセス通りに加工することにより本形態のセン
サを構成できる。
The insulating film 31 is made of SiN
It is preferable to use an insulating film having a high dielectric constant such as a film. That is, the physical distance is determined by the gap between the diaphragm 12 and the frame 13.
Even if the gap of the portion is equal (reference state), the capacitance generated at the gap of the frame 13 increases.
Therefore, the capacitance can be increased only in the region where the gap is changed in parallel and the gap interval is changed, so that the sensitivity can be increased and the linearity of the input / output characteristics can be improved. In such a structure, for example, the insulating film 31 can be formed by depositing an S1N film on the entire upper surface of the first semiconductor substrate 10 and removing portions other than necessary regions by dry etching or the like. Thereafter, the sensor of the present embodiment can be configured by forming the insulating film 22 (the pillar portion 14) and processing the same as a normal process such as bonding the second semiconductor substrate 18.

【0044】図7は、本発明の第4の実施の形態を示し
ている。本実施の形態では、上記した第1の実施の形態
を基本とし、可動板16の下面のうち柱部14の周囲の
領域に溝32を形成している。すなわち、図3からも明
らかなように、ダイアフラム12の変位に伴う柱部14
の周囲の電極間距離の変化量が小さい。従って、センサ
全体の電極20,21間に発生する静電容量を考えた場
合、当該柱部14の周囲の領域で発生する静電容量は、
圧力がかかってもあまり変化せず、寄生容量となる。従
って、図示のように溝32を形成し、当該領域のギャッ
プを広げ、その溝32を挟んで対向する電極部分に発生
する静電容量を小さくすることにより、上記寄生容量を
削減して入出力特性の直線性の向上を図るようにした。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the groove 32 is formed in a region around the column 14 on the lower surface of the movable plate 16 based on the first embodiment described above. That is, as is apparent from FIG.
The amount of change in the distance between the electrodes around is small. Therefore, when the capacitance generated between the electrodes 20 and 21 of the entire sensor is considered, the capacitance generated in the area around the column 14 is
Even if pressure is applied, it does not change much and becomes a parasitic capacitance. Therefore, by forming the groove 32 as shown in the drawing, widening the gap in the region, and reducing the capacitance generated at the electrode portion opposed to the groove 32, the parasitic capacitance is reduced and the input / output is reduced. The linearity of characteristics was improved.

【0045】そして、そのように溝32を設け寄生容量
の削減を図るタイプとしては、図示のものに限ることは
なく、例えば図8に示すように、可動板16の下面中央
を柱部14が連結する部分も含めて溝32を形成し、そ
の溝32のほぼ中心位置に柱部14を接続するようにし
てもよい。また、図9(A),(B)に示すように、ダ
イアフラム12側に溝33を設けてもよい。さらには、
それらを適宜組み合わせて実施することも可能である。
The type in which the grooves 32 are provided to reduce the parasitic capacitance is not limited to the type shown in the figure. For example, as shown in FIG. The groove 32 may be formed including a portion to be connected, and the pillar portion 14 may be connected to a substantially central position of the groove 32. Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, a groove 33 may be provided on the diaphragm 12 side. Furthermore,
It is also possible to implement them by appropriately combining them.

【0046】さらに、図8,図9(B)に示すように構
成した場合には、柱部14が溝32,34内のほぼ中央
に位置すればよいので、図7,図9(A)のものに比べ
ると組立が容易に行える。また、図7,図8に示すよう
な形状を構成するには、予め第2半導体基板18の下面
の所定位置(溝32の形成部分)をエッチングにより除
去した後、保護膜を成膜し、それを絶縁膜22付きの第
1半導体基板10に接合することにより簡単に製造でき
る。
Further, in the case of the structure as shown in FIGS. 8 and 9B, since the pillar 14 only needs to be located substantially at the center of the grooves 32 and 34, FIGS. 7 and 9A. Assembling can be performed easily as compared with those of the above. 7 and 8, a predetermined position on the lower surface of the second semiconductor substrate 18 (the portion where the groove 32 is formed) is removed by etching, and then a protective film is formed. It can be easily manufactured by joining it to the first semiconductor substrate 10 having the insulating film 22.

【0047】さらにまた、第2の実施の形態(ダイアフ
ラム面積を小さくし、電極間距離が平行変位する領域を
大きくしたタイプ)のものにおいても、上記した第4の
実施の形態を適用できる。一例を示すと、図10に示す
ように、可動板16の下面のうち、柱部14の周囲に溝
32を形成することができる。もちろん、図示省略する
が、図8に示したようにように可動板16の下面中央に
溝を設け、その溝内に柱部14の上端を接合するように
してもよい。また、図11に示すように、ダイアフラム
12の上面中央部位に溝33を設け、その溝33内に柱
部14の下端を接続してもよい。もちろん、図示省略す
るが、図9(A)に示したように柱部14の周囲のみに
溝を設けるようにしてもよい。
Further, the fourth embodiment described above can be applied to the second embodiment (a type in which the area of the diaphragm is reduced and the region where the distance between the electrodes is parallel displaced is increased). As an example, as shown in FIG. 10, a groove 32 can be formed around the column 14 on the lower surface of the movable plate 16. Of course, although not shown, a groove may be provided in the center of the lower surface of the movable plate 16 as shown in FIG. 8, and the upper end of the column portion 14 may be joined in the groove. Further, as shown in FIG. 11, a groove 33 may be provided at the center of the upper surface of the diaphragm 12, and the lower end of the column portion 14 may be connected in the groove 33. Of course, although not shown, a groove may be provided only around the pillar portion 14 as shown in FIG.

【0048】図12は、本発明の第5の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した第2の実施の形
態を基本とし、さらに入出力特性の直線性の改善を図っ
ている。すなわち、可動板16のうち、ダイアフラム1
2に対向する部分に貫通孔35を設けている。これに伴
い、柱部14と可動板16とは、十字状に延びた梁36
により連結されている。そして、係る貫通孔35は、第
2半導体基板18をエッチングして可動板16を形成す
る際に同時に製造できる。
FIG. 12 shows a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the linearity of input / output characteristics is further improved based on the second embodiment. That is, of the movable plate 16, the diaphragm 1
A through-hole 35 is provided in a portion facing 2. Accordingly, the pillar portion 14 and the movable plate 16 are connected to each other by a beam 36 extending in a cross shape.
Are connected by The through hole 35 can be manufactured at the same time that the movable plate 16 is formed by etching the second semiconductor substrate 18.

【0049】係る構成にすると、ダイアフラム12に対
向する部分には、導電体がほとんどない(梁部36の
み)ので、第1半導体基板10側に形成する第1電極2
0は、変位しない枠体13の上面部分のみ(或いは大部
分)となる。従って、上記した第4の実施に比べさらに
寄生容量が減少し、電極のほとんどが平行変位する部分
となる。これにより、入出力特性の直線性がさらに向上
する。
With this configuration, since there is almost no conductor (only the beam portion 36) in the portion facing the diaphragm 12, the first electrode 2 formed on the first semiconductor substrate 10 side
0 is only the upper surface portion (or most) of the frame body 13 that is not displaced. Therefore, the parasitic capacitance is further reduced as compared with the above-described fourth embodiment, and almost all of the electrodes are parallel-displaced portions. Thereby, the linearity of the input / output characteristics is further improved.

【0050】さらにまた、本形態では、貫通孔35を設
けたことにより、ダイアフラム12ひいては可動板16
が変位する際に、空気の逃げ通路となるので、移動時の
空気抵抗が少なくスムーズに変位でき、微小圧力や高周
波周及びまたは瞬間的にかかる圧力であっても精度よく
検出できるという副次的効果も発揮する。なお、その他
の構成並びに作用効果は、上記した実施の形態(特に第
2の実施の形態)と同様であるので、その詳細な説明を
省略する。
Further, in the present embodiment, the provision of the through hole 35 allows the diaphragm 12 and thus the movable plate 16
When it is displaced, it becomes an air escape passage, so it can be smoothly displaced with little air resistance when moving, and it can detect even minute pressure, high frequency circumference and / or instantaneous pressure with high accuracy. It also has an effect. Note that the other configuration, operation, and effect are the same as those of the above-described embodiment (particularly, the second embodiment), and thus detailed description thereof will be omitted.

【0051】図13は、本発明の第6の実施の形態を示
している。本実施の形態も、入出力特性の直線性の改善
を図ったものである。同図に示すように、上記した各実
施の形態と相違して、第2電極38は、その可動板16
の下面に成膜した保護膜24の表面にアルミなどの金属
をスパッタリングなどして形成している。そして、その
第2電極38は、可動板16の下面のうち第1半導体基
板10の枠体13に対向する部分に形成している。
FIG. 13 shows a sixth embodiment of the present invention. This embodiment also improves the linearity of the input / output characteristics. As shown in the figure, unlike the above-described embodiments, the second electrode 38 is
A metal such as aluminum is formed on the surface of the protective film 24 formed on the lower surface of the substrate by sputtering or the like. The second electrode 38 is formed on a portion of the lower surface of the movable plate 16 that faces the frame 13 of the first semiconductor substrate 10.

【0052】係る構成をとると、第2半導体基板18で
形成した可動板16は、第2電極38と電気的に非導通
状態となるので、可動板16はダイアフラム12の変形
に伴い平板状を保持したまま変位する機能、つまり、第
2電極38を平行変位させるための機能を有することに
なる。可動板16の下面の柱部14の周囲には第2電極
38を設けなかったため、ダイアフラム12の上面との
間には静電容量が発生しない(仮に発生しても無視でき
る程度である)。従って、静電容量は、圧力が加わった
際に平行変位する第2電極38とそれに対向する(変位
しない)枠体13上に形成された第1電極20間に発生
するため、入出力特性の直線性が向上する。
With this configuration, the movable plate 16 formed of the second semiconductor substrate 18 becomes electrically non-conductive with the second electrode 38, so that the movable plate 16 becomes flat as the diaphragm 12 is deformed. It has a function of displacing while holding, that is, a function of displacing the second electrode 38 in parallel. Since the second electrode 38 is not provided around the column portion 14 on the lower surface of the movable plate 16, no capacitance is generated between the movable plate 16 and the upper surface of the diaphragm 12 (if it is generated, the capacitance is negligible). Accordingly, capacitance is generated between the second electrode 38, which is displaced in parallel when pressure is applied, and the first electrode 20 formed on the frame 13 opposed to (not displaced from) the input / output characteristics. The linearity is improved.

【0053】図14は、本発明の第7の実施の形態を示
している。本実施の形態では、第2電極を外部に引き出
すためのワイヤパッド29に導通させるための引出構造
の改良に関する。そして、具体的なセンサ構造として
は、上記した第1〜第5の実施の形態のいずれも適用で
きる。すなわち、上記した各実施の形態では、可動板1
6とターミナル部28を結ぶ1本の引出配線27を設け
ていたが、本実施の形態では、その引出配線27と点対
称(可動板16の中心:柱部14を基準)にダミー配線
39を設け、そのダミー配線39にて、可動板16の側
縁と第2半導体基板18の所定位置に形成したパターン
40に接続している。このパターン40は、フレーム3
0とは絶縁されている。
FIG. 14 shows a seventh embodiment of the present invention. The present embodiment relates to an improvement in a lead-out structure for conducting the second electrode to a wire pad 29 for drawing out to the outside. As a specific sensor structure, any of the above-described first to fifth embodiments can be applied. That is, in each of the above embodiments, the movable plate 1
In the present embodiment, the dummy wiring 39 is provided point-symmetrically with respect to the lead wiring 27 (the center of the movable plate 16: with reference to the column part 14). The dummy wiring 39 connects the side edge of the movable plate 16 to a pattern 40 formed at a predetermined position on the second semiconductor substrate 18. This pattern 40 corresponds to frame 3
0 is insulated.

【0054】係る構成にすると、可動板16が変位した
際に引出配線27から受ける反力と同程度の反力をダミ
ー配線39からも受けることになる。従って、可動板1
6に対してはほぼ全体に均等に反力がかかるので、可動
板16の傾き、ねじれがなくなる。よって確実に両電極
の平行状態を保ちながら変位することになる。なお、図
では配線が2箇所に設けられているが、例えば4箇所に
卍型に設けるようにすると、係る効力はさらに増大す
る。
With such a configuration, when the movable plate 16 is displaced, the same reaction force as that received from the extraction wiring 27 is also received from the dummy wiring 39. Therefore, the movable plate 1
Since the reaction force is applied to the entire plate 6 substantially uniformly, the movable plate 16 is not tilted or twisted. Therefore, the displacement is ensured while maintaining the parallel state of both electrodes. Although the wiring is provided in two places in the figure, for example, if the wiring is provided in four places in a swastika shape, the effect is further increased.

【0055】図15は、本発明の第8の実施の形態を示
している。本実施の形態では、引出配線27及びダミー
配線39を点対称に配置する点では上記した第7の実施
の形態と同様であるが、各配線27,39と可動板16
との接続箇所を異ならせている。すなわち、可動板16
の1組の対辺のそれぞれの中点から中心に向かって帯状
の切欠部16aを設ける。その切欠部16aの奥側は、
柱部14に位置している。そして、引出配線27及びダ
ミー配線39を、切欠部16a内に挿入配置し、可動板
16の中心側付近で接続している。これにより、ダイア
フラム12の変位に伴い移動する柱部14の付近で各配
線27,39が接続され、しかも、係る接続点付近は、
ギャップ変動が少ないこともあり、柱部14を介してダ
イアフラム12側に係る反力も小さくてすむ。そして、
配線27,39の応力は柱部14付近にのみ加わり、可
動板16のひずみ等を考慮する必要がなくなる。さら
に、両配線27,39の形状は1本の帯状としても、十
分長さを確保できる。従って、上記した各実施の形態の
ように、可動板16とフレーム30の間に、その隙間に
沿って引出配線27等をはわす必要がないので、可動板
16とフレーム30との間隔を狭くし、小型化が図れ
る。
FIG. 15 shows an eighth embodiment of the present invention. The present embodiment is the same as the seventh embodiment in that the extraction wiring 27 and the dummy wiring 39 are arranged point-symmetrically, but each of the wirings 27 and 39 and the movable plate 16 are arranged.
The connection point with is different. That is, the movable plate 16
A band-shaped notch 16a is provided from the midpoint of each of the pair of opposite sides to the center. The back side of the notch 16a is
It is located on the pillar portion 14. Then, the lead wiring 27 and the dummy wiring 39 are inserted and arranged in the cutout portion 16 a and connected near the center of the movable plate 16. As a result, the wirings 27 and 39 are connected in the vicinity of the pillar 14 that moves with the displacement of the diaphragm 12, and the vicinity of the connection point is
Since the gap variation may be small, the reaction force on the diaphragm 12 side via the column portion 14 may be small. And
The stress of the wirings 27 and 39 is applied only to the vicinity of the column portion 14, and it is not necessary to consider the distortion of the movable plate 16 and the like. Furthermore, even if the shape of both wirings 27 and 39 is a single band, a sufficient length can be secured. Therefore, unlike the above-described embodiments, there is no need to extend the lead wiring 27 or the like along the gap between the movable plate 16 and the frame 30, so that the distance between the movable plate 16 and the frame 30 is reduced. And downsizing can be achieved.

【0056】図16は、本発明の第9の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した第8の実施の形
態をさらに改良したもので、可動板16に設けた切欠部
16a内に進入させ柱部14近傍で接続した両配線2
7,39を、可動板16の周囲(隣接する2辺)に沿っ
て所定距離延長形成している。これにより、各配線2
7,39は、可動板16の3辺と平行になるようにな
り、総延長距離が長くなる。よって、本形態では、上記
した第7の実施の形態と同様に2つの配線27,39を
点対称にすることにより可動板16に対する反力が均等
になり、また、第8の実施の形態と同様に柱部14付近
で接続することにより、発生する反力自体を小さくする
という効果を発揮するとともに、両配線27,39の長
さを長くすることにより、配線27,29の応力を小さ
くし、よりスムーズに可動板16が平行変位できるよう
にしている。
FIG. 16 shows a ninth embodiment of the present invention. The present embodiment is a further improvement of the above-described eighth embodiment, in which the two wirings 2 that enter the notch 16a provided in the movable plate 16 and are connected near the pillar 14 are connected.
7, 39 are formed to extend a predetermined distance along the periphery of the movable plate 16 (two adjacent sides). Thereby, each wiring 2
7, 39 become parallel to the three sides of the movable plate 16, and the total extension distance becomes longer. Therefore, in the present embodiment, by making the two wirings 27 and 39 point-symmetric in the same manner as in the above-described seventh embodiment, the reaction force against the movable plate 16 is equalized. Similarly, by connecting near the pillar portion 14, the effect of reducing the generated reaction force itself is exhibited, and by increasing the length of both wires 27, 39, the stress of the wires 27, 29 is reduced. Thus, the movable plate 16 can be displaced in parallel more smoothly.

【0057】図17は、本発明の第10の実施の形態を
示している。本実施の形態も引出配線27の改良である
が、上記した各実施の形態に対して適用できる。すなわ
ち、可動板16に比べて引出配線27を薄くしている。
このようにすることにより、引出配線27の応力が小さ
くなり、可動板16に対する応力の影響が減少する。そ
して、係る構造のセンサを製造するには、例えば第2半
導体基板18を第1半導体基板10に接合する前に、第
2半導体基板18の接合面側の引出配線27の形成領域
をドライエッチングなどでエッチングして薄肉にしてお
く。その後、両半導体基板をフュージョンボンディング
により接合し、通常の作製プロセスを実施して作製する
ことができる。
FIG. 17 shows a tenth embodiment of the present invention. The present embodiment is also an improvement of the extraction wiring 27, but can be applied to each of the above embodiments. That is, the lead wiring 27 is made thinner than the movable plate 16.
By doing so, the stress of the lead wiring 27 is reduced, and the influence of the stress on the movable plate 16 is reduced. In order to manufacture a sensor having such a structure, for example, before joining the second semiconductor substrate 18 to the first semiconductor substrate 10, the region where the lead wiring 27 is formed on the joining surface side of the second semiconductor substrate 18 is dry-etched or the like. Etching to make it thinner. Thereafter, the two semiconductor substrates can be bonded by fusion bonding, and can be manufactured by performing a normal manufacturing process.

【0058】なお、上記した各実施の形態では、いずれ
も第2電極21(可動板16)を外部に引き出すための
引出配線を、可動板16を製造する第2半導体基板18
を用いて一体的に形成したが、本発明はこれに限ること
はなく、例えば図18に示すように、ボンディングワイ
ヤ43等の別部材を用いて接続してもよい。この例で
は、可動板16の上面にワイヤパッド44を設け(保護
膜を設けている場合には、保護膜の該当する部分に孔部
を形成する)、そのワイヤパッド44と電極パッド29
にボンディングワイヤ43の両端を接続している。この
ようにボンディングワイヤ43を用いた場合には、上記
した各実施の形態のように引出配線の応力の影響がなく
なるという点では好ましい。この場合、ダイアフラムを
形成する前に、ワイヤボンドを行うと、ボンディングが
容易に行える。
In each of the above-described embodiments, the lead wiring for leading the second electrode 21 (movable plate 16) to the outside is provided by the second semiconductor substrate 18 for manufacturing the movable plate 16.
However, the present invention is not limited to this, and connection may be made using another member such as a bonding wire 43 as shown in FIG. In this example, a wire pad 44 is provided on the upper surface of the movable plate 16 (if a protective film is provided, a hole is formed in a corresponding portion of the protective film), and the wire pad 44 and the electrode pad 29 are provided.
Are connected to both ends of the bonding wire 43. The use of the bonding wire 43 in this manner is preferable in that the influence of the stress of the lead-out wiring is eliminated as in the above embodiments. In this case, if wire bonding is performed before forming the diaphragm, bonding can be easily performed.

【0059】図19,図20は本発明の第11の実施の
形態を示している。本実施の形態では、上記した各実施
の形態と相違して、可動板46をガラス基板を用いて形
成している。すなわち、まずダイアフラム47を形成し
た第1半導体基板48の上面全面に絶縁膜49を成膜す
る。そして、この絶縁膜49の上面所定位置にはアルミ
等をスパッタリングすることにより配線パターン50を
形成し、その配線パターン50の一端50aを幅広にし
てワイヤパッドとする。
FIGS. 19 and 20 show an eleventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, unlike the above embodiments, the movable plate 46 is formed using a glass substrate. That is, first, the insulating film 49 is formed on the entire upper surface of the first semiconductor substrate 48 on which the diaphragm 47 is formed. Then, a wiring pattern 50 is formed by sputtering aluminum or the like at a predetermined position on the upper surface of the insulating film 49, and one end 50a of the wiring pattern 50 is widened to form a wire pad.

【0060】一方、可動板46の下面中央に凸部46a
を形成する。そして、可動板46の下面側の周縁、つま
り第1半導体基板48の枠体51に対向する部分にアル
ミ等をスパッタリングして第2電極53を形成し、その
第2電極53に連続して上記凸部46aまで延びる配線
パターン55も同時に形成する。そして、上記した配線
パターン50の他端50bには、インタコネクション部
57を設け、そのインタコネンクション部57に、上記
凸部46aを接合する。インタコネクション部57はア
ルミにより形成されているので、これにより第2電極5
3は、配線パターン50→インタコネクション部57→
配線パターン55を通ってワイヤパッド50aに導通さ
れる。そして、凸部46a並びにインタコネクション部
57により柱部が形成される。このようにインタコネク
ションを利用することにより、可動板の周囲をフリー状
態にすることができるので、可動板に応力がかからず、
歪みの発生も可及的に抑制できる。
On the other hand, a convex portion 46a is provided at the center of the lower surface of the movable plate 46.
To form Then, aluminum or the like is sputtered on the periphery of the lower surface side of the movable plate 46, that is, on the portion of the first semiconductor substrate 48 facing the frame 51 to form a second electrode 53, and the second electrode 53 is formed continuously with the second electrode 53. A wiring pattern 55 extending to the protrusion 46a is also formed at the same time. An interconnection portion 57 is provided at the other end 50b of the wiring pattern 50, and the projection 46a is joined to the interconnection portion 57. Since the interconnection portion 57 is formed of aluminum, the second electrode 5
3 is a wiring pattern 50 → interconnection part 57 →
Conduction is made to the wire pad 50a through the wiring pattern 55. Then, a pillar portion is formed by the convex portion 46a and the interconnection portion 57. By using the interconnection in this way, the periphery of the movable plate can be set in a free state, so that no stress is applied to the movable plate,
The generation of distortion can be suppressed as much as possible.

【0061】なお、第2電極53に対向する第1半導体
基板48の枠体51の上面が第1電極58となり、両電
極53,58間にギャップ間距離に応じた静電容量が発
生する。そして、第1電極58は、絶縁膜49の所定位
置に形成された孔部49aを介して露出する第1半導体
基板48にアルミをスパッタリングすることにより形成
されたワイヤパッド60を介して外部と導通可能とな
る。
The upper surface of the frame 51 of the first semiconductor substrate 48 facing the second electrode 53 becomes the first electrode 58, and a capacitance is generated between the two electrodes 53, 58 according to the distance between the gaps. The first electrode 58 is electrically connected to the outside through a wire pad 60 formed by sputtering aluminum on the first semiconductor substrate 48 exposed through a hole 49 a formed at a predetermined position in the insulating film 49. It becomes possible.

【0062】図21は、本発明の第12の実施の形態を
示している。本実施の形態では、上記した各実施の形態
を基本とし、その可動板16の上方空間を覆うようにし
てカバー61を形成している。係る構成をとることによ
り、ギャップ内へのゴミなどの侵入を防ぐことができ
る。そして、係るカバー61をシリコン等の半導体基板
を適宜エッチングして形成したものを用いると、半導体
プロセスにより一連の処理により製造することができ
る。
FIG. 21 shows a twelfth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the cover 61 is formed so as to cover the space above the movable plate 16 based on each of the above embodiments. With such a configuration, entry of dust and the like into the gap can be prevented. When the cover 61 is formed by appropriately etching a semiconductor substrate such as silicon, the cover 61 can be manufactured by a series of processes using a semiconductor process.

【0063】上記した各構成のセンサを製造するには、
例えば第1の半導体基板と、第2の半導体基板をそれぞ
れ別々のシリコンウエハから形成し、例えば第1の半導
体基板の上に柱部を形成した後、その柱部の上面に第2
半導体基板を接合後、さらにエッチングによるパターニ
ングを行うことにより半導体プロセスを用いて製造する
ことができる。
To manufacture the sensors having the above-described configurations,
For example, a first semiconductor substrate and a second semiconductor substrate are respectively formed from separate silicon wafers. For example, after forming a pillar on the first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate is formed on the upper surface of the pillar.
After bonding the semiconductor substrate, the semiconductor substrate can be manufactured using a semiconductor process by performing patterning by etching.

【0064】また、別の方法としては、例えば図22に
示す方法によっても製造できる。すなわち、表面マイク
ロ技術を用い、ダイアフラム基板上に堆積した導電性薄
膜で、対向電極を形成するには、以下のように行う。 (1)まず、第1半導体基板となるシリコンウエハ1
0′上にSiN膜等を堆積させ、SiNをエッチングし
て柱部14等を形成する。 (2)ギャップとなる部分に酸化膜62を堆積させる。
この酸化膜が犠牲層となる。 (3)柱部14の上方に位置する酸化膜を除去し、ポリ
シリコンを堆積させ可動板16及び引出配線をパターン
形成する。もちろんポリシリコンの堆積前後に保護膜も
成膜する。これにより、図22(A)の中間製造物が形
成できる。 (4)ウェットエッチングにより、処理(2)で製造し
た酸化膜(犠牲層)をエッチングして上記し、ギャップ
を形成する。これにより、図22(B)の中間製造物が
形成できる。 (5)ワイヤボンディング用のパッドを形成するととも
にシリコンウエハの下面所定位置をエッチングしてダイ
アフラム12を形成する。これにより、図22(C)に
示すようなセンサが製造される。係るプロセスによりセ
ンサチップを作成すればウエハ1枚で作成可能になり、
コストダウンにつながる。
As another method, it can be manufactured, for example, by the method shown in FIG. That is, to form a counter electrode with a conductive thin film deposited on a diaphragm substrate using the surface microtechnology, the following is performed. (1) First, a silicon wafer 1 serving as a first semiconductor substrate
On the 0 ', a SiN film or the like is deposited, and the SiN is etched to form the pillars 14 and the like. (2) An oxide film 62 is deposited on a portion to be a gap.
This oxide film becomes a sacrificial layer. (3) The oxide film located above the pillars 14 is removed, polysilicon is deposited, and the movable plate 16 and the lead-out wiring are patterned. Of course, a protective film is also formed before and after the deposition of polysilicon. Thereby, the intermediate product of FIG. 22A can be formed. (4) The oxide film (sacrificial layer) manufactured in the process (2) is etched by wet etching to form a gap as described above. Thereby, the intermediate product of FIG. 22B can be formed. (5) The diaphragm 12 is formed by forming a pad for wire bonding and etching a predetermined position of the lower surface of the silicon wafer. Thus, a sensor as shown in FIG. 22C is manufactured. If sensor chips are made by such a process, it can be made with one wafer,
It leads to cost reduction.

【0065】さらに、上記した工程(3)では可動板
(第2電極)と引出配線をともにポリシリコンで形成し
たが、例えば可動板を単結晶シリコンで作製し、引出配
線の部分を表面マイクロ技術によりポリシリコンで作製
すれば、「可動板の剛性>引出配線の剛性」となり、引
出配線により生じる応力の影響が対向電極にかかりにく
い構造とすることができる。
Further, in the above step (3), the movable plate (second electrode) and the lead-out wiring are both formed of polysilicon. For example, the movable plate is made of single-crystal silicon, and the part of the lead-out wiring is formed by surface microtechnology. Therefore, if the gate electrode is made of polysilicon, the rigidity of the movable plate> the rigidity of the lead-out wiring is satisfied, and a structure in which the influence of the stress generated by the lead-out wiring is hardly applied to the counter electrode can be obtained.

【0066】なお、上記した実施の形態及び適用例で
は、圧力センサに適用した例について説明したが、加速
度や振動であってももちろんよい。その場合には、加速
度等によってダイアフラムが変形しやすいようにするた
め、例えばダイアフラムの中央部分に外側に突出する重
りを設けるとよい。
In the above-described embodiments and application examples, an example in which the present invention is applied to a pressure sensor has been described. In that case, in order to make the diaphragm easily deformed by acceleration or the like, it is preferable to provide a weight projecting outward at the center of the diaphragm, for example.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明の静電容量型センサ及び検出方法
は、ダイアフラムの変形に伴う静電容量の変化が、ダイ
アフラムの周縁側の大きな面積の領域で最も大きくする
ことができる。その結果、測定対象物理量の変化に対す
るセンサ出力の変化が大きくなり、高感度となる。ま
た、ダイアフラムの非接合面側を測定圧力の受圧面とす
ることができるので、測定対象の物理量が圧力の場合で
も、測定対象の媒体が電極に接触することがなくなる。
よって、測定対象媒体の種類を問わず、電極の腐食もな
い。そして、ダイアフラムが撓んだ際に、それに接合さ
れた可動板も移動し、両電極間距離が離れるので、感度
が高くて測定レンジも広くすることができる。
According to the capacitance type sensor and the detection method of the present invention, the change in capacitance due to the deformation of the diaphragm can be maximized in a large area on the peripheral side of the diaphragm. As a result, the change in the sensor output with respect to the change in the physical quantity to be measured increases, and the sensitivity becomes high. In addition, since the non-joining surface side of the diaphragm can be used as the pressure receiving surface of the measurement pressure, even when the physical quantity of the measurement target is pressure, the medium of the measurement target does not contact the electrode.
Therefore, there is no corrosion of the electrode regardless of the type of the medium to be measured. When the diaphragm bends, the movable plate joined thereto also moves and the distance between the two electrodes is increased, so that the sensitivity is high and the measurement range can be widened.

【0068】また、電極をダイアフラム付きの基板の周
囲、つまりダイアフラムの形成されていない領域に形成
した場合には、その部分では電極間距離が平行変位する
ので、入出力特性の直線性を良好にすることができ、ま
た、ダイボンド部の幅を十分にとることができ、小型化
が可能となる。さらに、柱部付近のギャップ間距離(誘
電率を考慮して実質的な距離も含む)を広くしたりする
と、寄生容量を減少できるので、入出力特性の直線性を
向上できる。さらに、引出配線の構造を工夫すると、可
動板に対する応力が減少したり、悪影響をなくすことが
できるので、特性が向上する。
When the electrodes are formed around the substrate with the diaphragm, that is, in a region where the diaphragm is not formed, the distance between the electrodes is displaced in parallel at that portion, so that the linearity of the input / output characteristics can be improved. In addition, the width of the die bond portion can be sufficiently set, and the size can be reduced. Further, if the distance between the gaps near the pillar portion (including the substantial distance in consideration of the dielectric constant) is increased, the parasitic capacitance can be reduced, and the linearity of the input / output characteristics can be improved. Furthermore, if the structure of the lead wiring is devised, the stress on the movable plate can be reduced or adverse effects can be eliminated, so that the characteristics can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の静電容量型センサの一例を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional capacitance-type sensor.

【図2】本発明に係る静電容量型センサの第1の実施の
形態を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of a capacitance type sensor according to the present invention.

【図3】本発明に係る静電容量型センサの第1の実施の
形態を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of a capacitance type sensor according to the present invention.

【図4】本発明に係る静電容量型センサの第2の実施の
形態を示す図である。
FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図5】本発明に係る静電容量型センサの第2の実施の
形態を示す図である。
FIG. 5 is a view showing a second embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図6】本発明に係る静電容量型センサの第3の実施の
形態を示す図である。
FIG. 6 is a view showing a third embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図7】本発明に係る静電容量型センサの第4の実施の
形態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図8】本発明に係る静電容量型センサの第4の実施の
形態の変形例を示す図である。
FIG. 8 is a view showing a modification of the fourth embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図9】本発明に係る静電容量型センサの第4の実施の
形態の変形例を示す図である。
FIG. 9 is a view showing a modification of the fourth embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図10】本発明に係る静電容量型センサの第4の実施
の形態の変形例を示す図である。
FIG. 10 is a view showing a modification of the fourth embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図11】本発明に係る静電容量型センサの第4の実施
の形態の変形例を示す図である。
FIG. 11 is a view showing a modification of the fourth embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図12】本発明に係る静電容量型センサの第5の実施
の形態を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a fifth embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図13】本発明に係る静電容量型センサの第6の実施
の形態を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a capacitance-type sensor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明に係る静電容量型センサの第7の実施
の形態を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a capacitance-type sensor according to a seventh embodiment of the present invention.

【図15】本発明に係る静電容量型センサの第8の実施
の形態を示す図である。
FIG. 15 is a view showing an eighth embodiment of the capacitance type sensor according to the present invention.

【図16】本発明に係る静電容量型センサの第9の実施
の形態を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a ninth embodiment of the capacitance-type sensor according to the present invention.

【図17】本発明に係る静電容量型センサの第10の実
施の形態を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a tenth embodiment of the capacitance-type sensor according to the present invention.

【図18】本発明に係る静電容量型センサの第10の実
施の形態の変形例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a modification of the tenth embodiment of the capacitance-type sensor according to the present invention.

【図19】本発明に係る静電容量型センサの第11の実
施の形態を示す図である。
FIG. 19 is a view showing an eleventh embodiment of a capacitance-type sensor according to the present invention.

【図20】本発明に係る静電容量型センサの第11の実
施の形態を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing an eleventh embodiment of a capacitance type sensor according to the present invention.

【図21】本発明に係る静電容量型センサの第12の実
施の形態を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a twelfth embodiment of a capacitance-type sensor according to the present invention.

【図22】製造プロセスの一例を説明する図である。FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 第1の半導体基板 12 ダイアフラム 13 枠体 13a ダイボンド部 14 柱部 16 可動板 18 第2の半導体基板 20 第1電極 21 第2電極 22 絶縁膜 24,25 保護膜 27 引出配線 39 ダミー配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 First semiconductor substrate 12 Diaphragm 13 Frame 13a Die bond part 14 Column part 16 Movable plate 18 Second semiconductor substrate 20 First electrode 21 Second electrode 22 Insulating film 24, 25 Protective film 27 Lead-out wiring 39 Dummy wiring

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ダイアフラム付きの基板と、 そのダイアフラムの中央に設けた柱部と、 その柱部に接続され、前記ダイアフラムの変形に伴い変
位する可動板と、 前記基板と前記可動板の対向面にそれぞれ設けた第1,
第2電極と、 前記第1,第2電極間に発生する静電容量に基づく信号
を外部に取り出す手段とを備えた静電容量型センサ。
1. A substrate with a diaphragm, a column provided at the center of the diaphragm, a movable plate connected to the column and displaced as the diaphragm is deformed, and a facing surface between the substrate and the movable plate. First and second
A capacitance type sensor comprising: a second electrode; and a unit for extracting a signal based on a capacitance generated between the first and second electrodes to the outside.
【請求項2】 ダイアフラムを有する基板と、 そのダイアフラムに連結され、初期形状を保持しながら
前記ダイアフラムの変形にともなって平行移動する可動
板と、 前記基板と前記可動板の対向面にそれぞれ設けた第1,
第2電極と、 前記第1,第2電極間に発生する静電容量に基づく信号
を外部に取り出す手段とを備えた静電容量型センサ。
2. A substrate having a diaphragm, a movable plate connected to the diaphragm and moving in parallel with the deformation of the diaphragm while maintaining an initial shape, and provided on opposing surfaces of the substrate and the movable plate, respectively. First
A capacitance type sensor comprising: a second electrode; and a unit for extracting a signal based on a capacitance generated between the first and second electrodes to the outside.
【請求項3】 ダイアフラムを有する基板と、 その基板表面の前記ダイアフラムの外周囲に設けた第1
電極と、 前記ダイアフラムに連結され、前記第1電極に対して平
行状態を保持しながら前記ダイアフラムの変形にともな
って移動する可動板と、 前記可動板の前記第1電極に対向する部分に設けられた
第2電極と、 前記第1,第2電極間に発生する静電容量に基づく信号
を外部に取り出す手段とを備えた静電容量型センサ。
3. A substrate having a diaphragm, and a first substrate provided on an outer periphery of the diaphragm on the surface of the substrate.
An electrode, a movable plate connected to the diaphragm and moving with the deformation of the diaphragm while maintaining a parallel state with respect to the first electrode, provided on a portion of the movable plate facing the first electrode. And a means for extracting a signal based on the capacitance generated between the first and second electrodes to the outside.
【請求項4】 基板と、可動板と、それらを連結する柱
部とを有し、 前記柱部が接続される前記基板の周辺をダイアフラム化
してそのダイアフラムの変形にともない前記可動板を変
位するようにし、 前記基板と前記可動板の対向面にそれぞれ第1,第2電
極を設けた静電容量型センサ。
4. It has a substrate, a movable plate, and a column connecting them, and forms a diaphragm around the substrate to which the column is connected, and displaces the movable plate as the diaphragm is deformed. A capacitive sensor in which first and second electrodes are respectively provided on opposing surfaces of the substrate and the movable plate.
【請求項5】 ダイアフラムを有する基台と、そのダイ
アフラムに連結され前記ダイアフラムの変形にともなっ
て移動する可動板とを配備し、 前記基台と前記可動板の対向面にそれぞれ第1,第2電
極を設け、 前記ダイアフラムの変位に伴って変化する両電極の相対
位置に伴い両電極間に発生する静電容量に基づく信号を
検出することにより、前記ダイアフラムの変位量或いは
そのダイアフラムに加わる物理量を検出する検出方法。
5. A base having a diaphragm, and a movable plate connected to the diaphragm and moving with the deformation of the diaphragm are provided, and a first and a second plate are provided on opposing surfaces of the base and the movable plate, respectively. By providing an electrode, by detecting a signal based on the capacitance generated between the two electrodes according to the relative position of the two electrodes that changes with the displacement of the diaphragm, the amount of displacement of the diaphragm or the physical amount added to the diaphragm The detection method to detect.
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