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WO2007086489A1 - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

静電容量型圧力センサ Download PDF

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WO2007086489A1
WO2007086489A1 PCT/JP2007/051224 JP2007051224W WO2007086489A1 WO 2007086489 A1 WO2007086489 A1 WO 2007086489A1 JP 2007051224 W JP2007051224 W JP 2007051224W WO 2007086489 A1 WO2007086489 A1 WO 2007086489A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
movable electrode
fixed electrode
pressure sensor
capacitance
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2007/051224
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manabu Tamura
Akihiro Abe
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.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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 Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Publication of WO2007086489A1 publication Critical patent/WO2007086489A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm

Definitions

  • the present invention relates to a capacitance type pressure sensor that detects pressure using capacitance.
  • An electrostatic capacitance type physical quantity sensor for example, an electrostatic capacitance type pressure sensor, includes a substrate having a diaphragm, which is a movable electrode, and a substrate having a fixed electrode, with a predetermined distance between the diaphragm and the fixed electrode ( It is comprised by joining so that it may have (cavity).
  • this capacitance type pressure sensor when a pressure is applied to the diaphragm, the diaphragm is deformed, thereby changing the distance between the diaphragm and the fixed electrode. The capacitance between the diaphragm and the fixed electrode changes due to this change in the interval, and the change in pressure is detected using this change in capacitance.
  • the capacitance type pressure sensor includes a recess 32 and a fixed electrode 34 formed on a bottom surface of the recess 33 on a base 32 having a diaphragm 31.
  • the substrate 35 having the structure is bonded and configured.
  • the diaphragm 31 moves and the distance from the fixed electrode 34 changes.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 9-43083
  • the present invention has been made in view of the points to be applied, and provides a capacitance-type pressure sensor that is excellent in linearity of capacitance change with respect to pressure and has little variation in sensor force. For the purpose.
  • the capacitive pressure sensor of the present invention is a capacitive pressure sensor having a movable electrode movable by pressure, and a fixed electrode arranged to face the movable electrode,
  • the movable electrode has at least one projecting portion
  • the fixed electrode has an accommodating region into which the projecting portion can be inserted
  • the projecting portion of the movable electrode accommodates the stationary electrode. It is characterized in that a change in capacitance is detected by a change in the facing area of the movable electrode and the fixed electrode on the mutually facing surfaces by moving forward and backward.
  • comb teeth are formed by a plurality of protrusions in the movable electrode, and the accommodation region in the fixed electrode is a comb tooth extending to the movable electrode side. It is preferable that it is comprised by the area
  • the capacitance type pressure sensor of the present invention it is preferable to have a support wall provided between the movable electrode and the fixed electrode and extending in a direction crossing the comb teeth. According to this configuration, the protruding portion of the movable electrode can be displaced substantially vertically over the region of the support wall. As a result, even if the interval between the projecting portions is narrow, the projecting portion of the movable electrode and the projecting portion of the fixed electrode can be inserted between the projecting portions without contacting each other.
  • the movable electrode is provided on the first substrate
  • the fixed electrode is provided on the second substrate
  • the protrusion can be freely inserted into the second substrate.
  • the stationary electrode is embedded in the outer peripheral portion of the housing area, and the protruding portion of the movable electrode advances and retreats to the housing area of the second substrate.
  • the movable electrode and the fixed electrode are opposed to each other on mutually opposing surfaces It is preferable to detect a change in capacitance based on a change in area. According to this configuration, the sensor manufacturing process is greatly simplified, leading to cost reduction.
  • the second substrate is a glass substrate and the fixed electrode is made of silicon. According to this configuration, high adhesion can be exhibited at the interface between the glass and the silicon of the glass substrate, and the airtightness in the cavity can be kept high.
  • a capacitive pressure sensor having a movable electrode that is movable by pressure and a fixed electrode that is disposed so as to face the movable electrode, wherein the movable electrode is at least
  • the fixed electrode has a receiving area where the protruding part can be inserted, and the protruding part of the movable electrode advances and retreats to the receiving area of the fixed electrode. Because the change in capacitance is detected by the change in the facing area between the movable electrode and the fixed electrode due to the capacitance, the capacitance is excellent in the linearity of the capacitance change with respect to pressure, and the capacitance between sensors is small.
  • a mold pressure sensor can be provided.
  • a capacitive pressure sensor having a movable electrode movable by pressure and a fixed electrode arranged to face the movable electrode, wherein a plurality of protrusions are formed on the movable electrode.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a capacitive pressure sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the capacitive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • the number of comb teeth is smaller than the number of comb teeth shown in FIG. 2 in order to simplify the drawing.
  • reference numeral 1 denotes a silicon substrate.
  • An insulating layer 2 is formed on the silicon substrate 1.
  • a fixed electrode 3 is formed on the insulating layer 2. This fixed electrode 3 extends in the normal direction (movable electrode side) of the main surface of the silicon substrate 1, that is, the surface of the fixed electrode 3 silicon substrate 1.
  • the protruding portion is composed of comb teeth 3a. Between the comb teeth 3a, a housing region 3b is formed in which a protruding portion of a movable electrode described later can be inserted.
  • Insulating layers 4 and 5 are provided on or on the fixed electrode 3 to insulate the movable electrode from the movable electrode.
  • the insulating layer 5 also serves to seal the space (cavity) between the fixed electrode 3 and the movable electrode.
  • a movable electrode 6 that is movable by pressure is provided on the insulating layers 4 and 5, a movable electrode 6 that is movable by pressure is provided on the insulating layers 4 and 5, a movable electrode 6 that is movable by pressure is provided on the insulating layers 4 and 5, a movable electrode 6 that is movable by pressure is provided.
  • the movable electrode 6 is disposed so as to face the fixed electrode 3.
  • the movable electrode 6 has a plurality of protrusions that protrude toward the fixed electrode 3 side.
  • the projecting portion is composed of comb teeth 6a.
  • the movable electrode 6 is displaced vertically by being moved by pressure, and the comb teeth 6a are inserted into a region (accommodating region) 3b between the comb teeth 3a of the fixed electrode 3. .
  • the comb teeth 3a of the fixed electrode 3 are inserted into the region 6b between the comb teeth 6a of the movable electrode 6.
  • one comb tooth 6a is inserted between each comb tooth 3a, that is, one comb tooth 3a is inserted between each comb tooth 6a.
  • a plurality of other comb teeth may be inserted between the one comb teeth.
  • the widths of the comb teeth 3a and 6a are appropriately determined in consideration of the widths of the regions 3b and 6b between the comb teeth.
  • a support wall 8 extending between the movable electrode 6 and the fixed electrode 3 and extending in a direction (A direction in the figure) across the comb tooth 3a is provided.
  • the support wall 8 is erected on the fixed electrode 3.
  • the comb teeth 6a of the movable electrode 6 can be displaced substantially vertically over the length region (D in the figure) of the support wall 8.
  • the comb teeth 6a of the movable electrode 6 and the comb teeth 3a of the fixed electrode 3 can be inserted into the regions 3b and 6b.
  • the comb teeth 6a of the force movable electrode 6 described in the case where the support wall 8 is provided so as to extend in the direction crossing the comb teeth 3a (A direction in the figure) are used.
  • the support wall 8 may be provided on the movable electrode 6 side.
  • the movable electrode 6 and the fixed electrode 3 And a predetermined capacitance.
  • the comb teeth 6a of the movable electrode 6 move forward and backward to the accommodation region 3b of the fixed electrode 3.
  • the facing area between the comb teeth 6a of the movable electrode 6 and the comb teeth 3a of the fixed electrode 3 changes. That is, the facing area between the movable electrode 6 and the fixed electrode 3 changes.
  • the capacitance between the movable electrode 6 and the fixed electrode 3 changes.
  • This capacitance change is detected. Therefore, using this capacitance as a parameter, the change can be a pressure change.
  • the comb teeth 6a which are the protrusions of the movable electrode 6, advance and retreat into and from the accommodating area 3b of the fixed electrode 3, whereby the movable electrode 6 and the fixed electrode 3
  • FIGS. 4 (a) to (d) are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the capacitive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • an insulating layer 2 is formed on a silicon substrate 1 by thermal oxidation or the like, and polycrystalline silicon is deposited on the insulating layer 2 as a material for the fixed electrode 3.
  • a polycrystalline silicon layer 11 is formed.
  • the polycrystalline silicon layer 11 is processed by, for example, forming a mask having an opening in the processed region on the polycrystalline silicon layer 11 and performing dry etching through the mask. Etchant and etching conditions that are usually used can be used.
  • FIG. 3B by covering the polycrystalline silicon layer 11, the fixed electrode 3 having the comb teeth 3a and the accommodating regions 3b between the comb teeth 3a is formed.
  • an insulating layer 4 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film for electrical separation is formed on the fixed electrode 3 and the insulating layer 2, Butter to the specified shape.
  • the processing of the insulating layer 4 is performed, for example, by forming a mask having an opening in the carved region on the insulating layer 4 and etching through the mask.
  • the etchant and the etching conditions the usual ones can be used.
  • a sacrificial layer 12 is formed in a region corresponding to the cavity region on the fixed electrode 3 and the insulating layer 4 to be flattened. To do.
  • a phosphorus-doped silicon oxide film PSG
  • polycrystalline silicon is deposited on the sacrificial layer 12 as a material for the comb teeth 6 a of the movable electrode 6 to form a polycrystalline silicon layer 13.
  • the polycrystalline silicon layer 13 is processed to form protruding portions constituting the comb teeth 6a.
  • the processing of the polycrystalline silicon layer 13 is performed by, for example, forming a mask having an opening in the mask region on the polycrystalline silicon layer 13 and performing dry etching through the mask. Etchant and etching conditions that are usually used can be used.
  • a sacrificial layer 14 is formed in a region corresponding to the movable electrode on the sacrificial layer 12 and planarized.
  • a phosphorus-doped silicon oxide film PSG
  • polycrystalline silicon as a material for the connection member 15 and the movable electrode 6 is formed in the opening. Deposit to form. At this time, the polycrystalline silicon layer 13 and the polycrystalline silicon layer 16 are joined, and the movable electrode 6 is configured.
  • the sacrificial layers 12 and 14 are removed by etching to form the cavity 7.
  • etchants and etching conditions the usual ones can be used.
  • an insulating layer 5 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the movable electrode 6 and processed so as to close the opening between the movable electrode 6 and the connecting member 15.
  • the processing of the insulating layer 5 is performed, for example, by forming a mask having an opening in the carved region on the insulating layer 5 and performing dry etching through the mask. It should be noted that what is normally performed for the etching conditions can be used.
  • the measurement pressure is detected based on a signal indicating a change in capacitance due to a change in the facing area between the movable electrode 6 and the fixed electrode 3. can do. Further, in this capacitance type pressure sensor, the facing area between the movable electrode 6 and the fixed electrode 3 is increased by the comb teeth 6a, which are the protrusions of the movable electrode 6, moving forward and backward in the receiving area 3b of the fixed electrode 3. Since it changes, the change in capacitance will change linearly. As a result, it is possible to realize a capacitance-type pressure sensor that is excellent in linearity of change in capacitance with respect to pressure and has little variation between sensor units. [0028] (Embodiment 2)
  • a capacitance type pressure sensor having a movable electrode movable by pressure and a fixed electrode arranged to face the movable electrode, the movable electrode being provided on the first substrate.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the capacitive pressure sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of the capacitive pressure sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • 21 indicates a glass substrate.
  • the glass substrate 21 has a pair of opposing main surfaces 21a and 21b.
  • a connecting member 22a and a fixed electrode 22b are embedded in a cavity 28 described later of the glass substrate 21.
  • the connection member 22a is a connection member for the movable electrode, and is exposed at the main surfaces 2la and 21b.
  • the fixed electrode 22b is also exposed at the main surfaces 21a and 21b.
  • the fixed electrode 22b is provided in a rectangular ring shape as shown in FIG.
  • connection electrode 23 On the connection member 22a of the main surface 21a of the glass substrate 21, a connection electrode 23 that is electrically connected to the movable electrode is formed.
  • a lead electrode 24 a is formed on the connection member 22 a of the main surface 21 b of the glass substrate 21, and a lead electrode 24 b is formed on the fixed electrode 22 b of the main surface 21 b of the glass substrate 21. Since the lead electrodes 24a and 24b are provided on the main surface 21b in this way, the lead-out electrode to the outside can be formed on one surface, so that a device suitable for surface mounting can be obtained.
  • a force capable of using a conductive material such as silicon or metal. As described above, the material should be composed of silicon in consideration of hermeticity between the glass and the glass. Is preferred.
  • a concave portion 21c is formed on the main surface 21a of the glass substrate 21 and is a region for accommodating the protruding portion on the movable electrode side inside the fixed electrode 22b. Therefore, the fixed electrode 22b is located on the outer peripheral portion of the recess 21c.
  • the width of the recess 21c is set so that the protrusion that does not collide with the protrusion on the movable electrode side can advance and retreat.
  • the depth of the recess 21c is not particularly limited, but it can serve as a stopper when high pressure is applied to prevent damage to the movable electrode. It can also be prevented.
  • a silicon substrate 25 that is a movable electrode having a protruding portion 25a is bonded on the bonding surface 21d of the main surface 21a of the glass substrate 21, a silicon substrate 25 that is a movable electrode having a protruding portion 25a is bonded.
  • the silicon substrate 25 has recesses 25b formed around the protrusions 25a so that the protrusions 25a can be displaced. For this reason, when pressure is applied to the movable electrode, the protrusion 25a is displaced and the protrusion 25a is inserted into the recess 21c of the glass substrate 21.
  • the cavity 28 is formed by the recesses 21c and 25b. As a result, a capacitance is generated between the movable electrode and the fixed electrode 22b.
  • the interface (bonding surface 21d) between the main surface 21a of the glass substrate 21 and the silicon substrate 25 preferably has high adhesion.
  • the silicon substrate 25 is mounted on the bonding surface 21 d of the glass substrate 21, and an anodic bonding process is performed to increase the adhesion between the substrates 21 and 25.
  • an anodic bonding process is performed to increase the adhesion between the substrates 21 and 25.
  • the airtightness in the cavity 28 formed by the recess 25b of the silicon substrate 25 and the recess 21c of the glass substrate 21 is kept high. be able to.
  • the anodic bonding treatment refers to a large electrostatic attraction between silicon and glass by applying a predetermined voltage (for example, 300V to lkV) at a predetermined temperature (for example, 400 ° C or lower).
  • a predetermined voltage for example, 300V to lkV
  • a predetermined temperature for example, 400 ° C or lower.
  • the covalent bond at this interface is a Si—Si bond or Si—O bond between the Si atom of silicon and the Si atom contained in the glass. Therefore, this Si—Si bond or Si—O bond bonds silicon and glass firmly and exhibits very high adhesion at the interface between them.
  • the glass material of the glass substrate 11 is preferably a glass material containing an alkali metal such as sodium (for example, Pyrex (registered trademark) glass).
  • connection member 22a and the fixed electrode 22b are made of silicon, it is preferable that the interface between the glass substrate 21 and the connection member 22a or the fixed electrode 22b is also anodic bonded. As will be described later, these interfaces are formed by pressing the connecting member 22a and the fixed electrode 22b into the glass substrate 21 under heating. Although high adhesion can be exhibited even at the interface obtained by such a method, adhesion is further enhanced by applying an anodic bonding treatment after the connecting member 22a and the fixed electrode 22b are pushed into the glass substrate 21. be able to. [0037] In the capacitance type pressure sensor configured as described above, a predetermined capacitance is provided between the movable electrode 25 and the fixed electrode 22b.
  • the projecting portion 25a of the movable electrode 25 advances and retreats to the concave portion 21c that is the accommodation region.
  • the facing area between the protruding portion 25a of the movable electrode 25 and the fixed electrode 22b is changed. That is, the facing area between the movable electrode 25 and the fixed electrode 22b changes.
  • the capacitance between the movable electrode 25 and the fixed electrode 22b changes. This capacitance change is detected. Therefore, using this capacitance as a parameter, the change can be a pressure change.
  • FIGS. 8 (a) to (d) are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a capacitive pressure sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • a silicon substrate 25 doped with impurities to have a low resistance is prepared.
  • the impurity may be an n-type impurity or a p-type impurity.
  • the resistivity is about 0.01 ⁇ -cm.
  • an etching mask 26 is formed on one main surface of the silicon substrate 25.
  • the etching mask 26 is formed by thermally oxidizing the silicon substrate 25 and patterning a thermal oxide film formed on the surface of the silicon substrate 25.
  • the silicon substrate 25 is dry-etched to form the protrusions 25a and the recesses 25b. Etching etchant and etching conditions are usually used!
  • one main surface of the silicon substrate 27 is etched to form the protrusions 27a for the connection member 22a and the fixed electrode 22b, thereby forming the protrusions 27a.
  • the glass substrate 21 is placed on the silicon substrate 27, and the silicon substrate 27 and the glass substrate 21 are heated under vacuum, and the silicon substrate 27 is pressed against the glass substrate 21 so that the protrusions 27a are glassy.
  • the silicon substrate 27 and the glass substrate 21 are bonded together by being pushed into the main surface 2 lb of the glass substrate 21.
  • the temperature at this time is preferably a temperature below the melting point of the glass and capable of deforming the glass (for example, below the soft melting point temperature of the glass).
  • the heating temperature is about 800 ° C.
  • an anodic bonding treatment is preferably performed.
  • an electrode is attached to each of the silicon substrate 27 and the glass substrate 21 and a voltage of about 300 V to lkV is applied under heating at about 400 ° C. or less.
  • a voltage of about 300 V to lkV is applied under heating at about 400 ° C. or less.
  • the main surface 21a side of the glass substrate 21 is polished to expose the connecting member 22a and the fixed electrode 22b on the main surface 1la, and the back surface of the silicon substrate 27.
  • the surface (without the protrusion 27 a is not provided) is etched to expose the connection member 22 a and the fixed electrode 22 b on the main surface 21 b of the glass substrate 21. Etching may be either dry etching or wet etching. The silicon on the back surface may be removed by polishing.
  • a recess 21c is formed in the region between the fixed electrodes 22b of the glass substrate 21 from the main surface 21a side.
  • the recess 21c is formed, for example, by etching after patterning with a resist.
  • a connection electrode 23 is formed on the main surface 21a of the glass substrate 21 so as to be electrically connected to the connection member 22a.
  • an electrode material is deposited on the main surface 21a of the glass substrate 21, a resist film is formed thereon, and the resist film is patterned (photolithography) so that the resist film remains in the electrode formation region. Then, the electrode material is etched using the resist film as a mask, and then the remaining resist film is removed.
  • lead electrodes 24a and 24b are formed on the main surface 21b of the glass substrate 21 so as to be electrically connected to the connection member 22a and the fixed electrode 22b.
  • an electrode material is deposited on the main surface 21b of the glass substrate 21, a resist film is formed thereon, and the resist film is patterned (photolithography) so that the resist film remains in the electrode formation region.
  • the electrode material is etched using the resist film as a mask, and then the remaining resist film is removed.
  • the silicon substrate 25 is positioned so that the protruding portion 25a of the silicon substrate 25 faces the concave portion 21c of the glass substrate 21 and the protruding portion 25a can be moved back and forth in the concave portion 21c.
  • the substrate 25 and one main surface 21a of the glass substrate 21 are bonded.
  • the anodic bonding process is performed by applying a voltage of about 500 V to the silicon substrate 25 and the glass substrate 21 under heating of about 400 ° C. or less. As a result, the adhesion at the interface between the silicon substrate 25 and the glass substrate 21 becomes higher, and the airtightness of the cavity 28 can be improved.
  • the fixed electrode 22b is electrically connected to the extraction electrode 24b, and the movable electrode is electrically connected to the extraction electrode 24a via the connection electrode 23.
  • the capacitance change signal detected between the movable electrode and the fixed electrode 22b can be obtained from the extraction electrodes 24a and 24b.
  • the measured pressure can be calculated based on this signal.
  • the opposing area between the movable electrode and the fixed electrode 22b changes as the projecting portion 25a of the movable electrode advances and retracts into the concave portion 21c, which is the accommodating region.
  • the change in capacitance will change linearly.
  • FIG. 9 A capacitive pressure sensor with the configuration shown in Fig. 1 and a capacitive pressure sensor using a pressure-sensitive diaphragm as the movable electrode were fabricated, and the relationship between capacitance and pressure was investigated for each. The results are shown in Fig. 9.
  • the capacitance-type pressure sensor (Example) according to the present invention has almost constant capacitance change in any pressure region, and a characteristic with high linearity was obtained.
  • the capacity of the conventional capacitive pressure sensor (conventional example) increased rapidly on the high pressure side, and the linearity was low.
  • the present invention is not limited to Embodiments 1 and 2 described above, and can be implemented with various modifications.
  • the numerical values, materials, and member shapes described in the first and second embodiments are not particularly limited, and can be appropriately changed within a range where the effects of the present invention can be exhibited.
  • the process described in the above embodiment is not limited to this, and the process may be performed by appropriately changing the order. Other modifications can be made as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a capacitive pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the capacitive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 (a) to (d) are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the capacitive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 (a) to (d) are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the capacitive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a capacitive pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of a capacitive pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 (a) and (b) are cross-sectional views for explaining a manufacturing method of the capacitive pressure sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 (a) to (d) are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the capacitive pressure sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between pressure and capacitance in a capacitive pressure sensor.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional capacitive pressure sensor.

Landscapes

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Abstract

シリコン基板１上には絶縁層２を介して固定電極３が形成されている。この固定電極３は、シリコン基板１の主面の法線方向に延在する複数の櫛歯３ａ及び可動電極の突出部が挿入自在となる収容領域３ｂを構成する。固定電極３上には、絶縁層４，５を介して可動電極６が設けられている。可動電極６は、固定電極３側に突出する複数の櫛歯６ａを有する。可動電極６は、圧力により上下に変位して、櫛歯６ａが固定電極３の櫛歯３ａの間の領域３ｂ内に挿入される。これにより、可動電極６と固定電極３との間の対向面積が変化する。すなわち、Ｃ＝εＳ／ｄの式におけるＳが圧力に比例して変化するので、静電容量の変化が直線的に変化することになる。

Description

明 細 書
静電容量型圧力センサ
技術分野
[0001] 本発明は、静電容量を用いて圧力を検知する静電容量型圧力センサに関する。
背景技術
[0002] 静電容量型物理量センサ、例えば静電容量型圧力センサは、可動電極であるダイ ャフラムを有する基板と、固定電極を有する基板とを、ダイヤフラムと固定電極との間 に所定の間隔 (キヤビティ）を有するように接合することにより構成されている。この静 電容量型圧力センサにおいては、ダイヤフラムに圧力が加わるとダイヤフラムが変形 し、これによりダイヤフラムと固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化によりダイ ャフラムと固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して圧 力の変化を検出する。
[0003] 上記静電容量型圧力センサは、例えば、特許文献 1に記載されて ヽるように、ダイ ャフラム 31を有するベース 32に、凹部 33及び凹部 33の底面に形成された固定電 極 34を有する基板 35が接合されて構成されて ヽる。このような静電容量型圧力セン サにおいては、圧力が加わると、ダイヤフラム 31が可動して固定電極 34との間の間 隔が変わる。
特許文献 1：特開平 9— 43083号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、このような構成では、静電容量は電極間距離に反比例するため、可 動電極であるダイヤフラム 31と固定電極 34との間の間隔 (ギャップ）が狭くなると、急 激に容量が変化してしまうので、センサ出力（圧力に対する容量変化)の直線性が低 くなるという問題がある。また、センサ個体間のばらつきが大きくなるという問題もある
[0005] 本発明は力かる点に鑑みてなされたものであり、圧力に対する容量変化の直線性 に優れ、し力もセンサ個体間のばらつきの小さい静電容量型圧力センサを提供する ことを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明の静電容量型圧力センサは、圧力により可動する可動電極と、前記可動電 極と対向するように配置された固定電極と、を有する静電容量型圧力センサであって 、前記可動電極は少なくとも一つの突出部を有しており、前記固定電極は前記突出 部が挿入自在となる収容領域を有しており、前記可動電極の前記突出部が前記固 定電極の前記収容領域に進退することによる、前記可動電極と前記固定電極の、相 互に対向する面における対向面積の変化により静電容量の変化を検出することを特 徴とする。
[0007] この構成によれば、可動電極の突出部が固定電極の収容領域に進退することによ つて可動電極と固定電極との間の対向面積が変化する。すなわち、 C= ε SZdの式 における S (面積)が圧力に比例して変化するので、静電容量の変化が直線的に変 ィ匕すること〖こなる。その結果、圧力に対する容量変化の直線性に優れ、しかもセンサ 個体間のばらつきの小さい静電容量型圧力センサを実現することができる。
[0008] 本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記可動電極において複数の突出 部により櫛歯が形成されており、前記固定電極における前記収容領域は可動電極側 に延在する櫛歯の間の領域で構成されていることが好ましい。この構成によれば、静 電容量の変化量が大きくなり、センサ感度を高くすることができる。
[0009] 本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記可動電極と前記固定電極との 間に設けられ、前記櫛歯を横切る方向に延在する支持壁を有することが好ましい。こ の構成によれば、支持壁の領域にわたって可動電極の突出部を略垂直に変位させ ることができる。その結果、突出部の間隔が狭くても、可動電極の突出部と固定電極 の突出部とを接触させることなぐ突出部間に挿入させることができる。
[0010] 本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記可動電極が第 1基板に設けら れており、前記固定電極が第 2基板に設けられ、第 2基板は前記突出部が挿入自在 となる収容領域を有しており、前記固定電極は前記収容領域の外周部の位置に埋 め込まれており、前記可動電極の前記突出部が前記第 2基板の前記収容領域に進 退することによる前記可動電極と前記固定電極の、相互に対向する面における対向 面積の変化により静電容量の変化を検出することが好ましい。この構成によれば、セ ンサの製作工程が大幅に簡素化され、コストダウンにつながる。
[0011] 本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記第 2基板がガラス基板であり、 前記固定電極がシリコンで構成されていることが好ましい。この構成によれば、ガラス 基板のガラスとシリコンとの界面で高い密着性を発揮することができ、キヤビティ内の 気密性を高く保つことができる。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、圧力により可動する可動電極と、前記可動電極と対向するよう〖こ 配置された固定電極と、を有する静電容量型圧力センサであって、前記可動電極は 少なくとも一つの突出部を有しており、前記固定電極は前記突出部が挿入自在とな る収容領域を有しており、前記可動電極の前記突出部が前記固定電極の前記収容 領域に進退することによる前記可動電極と前記固定電極との間の対向面積の変化に より静電容量の変化を検出するので、圧力に対する容量変化の直線性に優れ、しか もセンサ個体間のばらつきの小さい静電容量型圧力センサを提供することができる。 発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態 1)
本実施の形態においては、圧力により可動する可動電極と、可動電極と対向するよ うに配置された固定電極と、を有する静電容量型圧力センサであって、可動電極に おいて複数の突出部により櫛歯が形成されており、固定電極における収容領域は可 動電極側に延在する櫛歯の間の領域で構成されている態様について説明する。
[0014] 図 1は、本発明の実施の形態 1に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断 面図である。また、図 2は、本発明の実施の形態 1に係る静電容量型圧力センサの概 略構成を示す平面図である。なお、図 1においては、図面の簡略化のために櫛歯の 数を図 2に示す櫛歯の数よりも少なくして 、る。
[0015] 図中 1はシリコン基板を示す。シリコン基板 1上には絶縁層 2が形成されている。絶 縁層 2上には、固定電極 3が形成されている。この固定電極 3は、シリコン基板 1の主 面の法線方向（可動電極側）に延在する、すなわち、固定電極 3シリコン基板 1の表 面から突出する複数の突出部を有する。本実施の形態においては、突出部は櫛歯 3 aで構成されている。この櫛歯 3aの間は、後述する可動電極の突出部が挿入自在と なる収容領域 3bを構成する。
[0016] 固定電極 3上又は側部には、可動電極との間を絶縁するための絶縁層 4, 5が設け られている。絶縁層 5は、固定電極 3と可動電極との間の空間（キヤビティ）を封止す る役割も果たす。絶縁層 4, 5上には、圧力により可動する可動電極 6が設けられてい る。この可動電極 6は、固定電極 3と対向するように配置されている。可動電極 6は、 固定電極 3側に突出する複数の突出部を有する。本実施の形態においては、突出 部は櫛歯 6aで構成されて 、る。
[0017] 可動電極 6は、圧力により可動することにより上下に変位して、櫛歯 6aが固定電極 3 の櫛歯 3aの間の領域 (収容領域） 3b内に挿入されるようになっている。このとき、固定 電極 3の櫛歯 3aが可動電極 6の櫛歯 6aの間の領域 6b内に挿入されるようになって!/、 る。なお、本実施の形態においては、各櫛歯 3aの間に一つの櫛歯 6aが挿入されるよ うに、すなわち各櫛歯 6aの間に一つの櫛歯 3aが挿入されるようになっている力 本 発明にお 、ては、一方の櫛歯間に複数の他方の櫛歯が挿入されるように構成しても 良い。また、櫛歯 3a, 6aの幅は、櫛歯間の領域 3b, 6bの幅を考慮して適宜決定する
[0018] 図 2から分力るように、可動電極 6と固定電極 3との間であって、櫛歯 3aを横切る方 向（図中の A方向）に延在する支持壁 8が設けられている。本実施の形態においては 、支持壁 8は固定電極 3に立設されている。支持壁 8を設けることにより、支持壁 8の 長さ領域（図中の D)にわたつて可動電極 6の櫛歯 6aを略垂直に変位させることがで きる。その結果、櫛歯 3a, 6aの間隔が狭くても、可動電極 6の櫛歯 6aと固定電極 3の 櫛歯 3aとを接触させることなぐ領域 3b, 6b内に挿入させることができる。なお、本実 施の形態においては、櫛歯 3aを横切る方向（図中の A方向）に延在するように支持 壁 8を設けた場合について説明している力 可動電極 6の櫛歯 6aを略垂直に変位さ せることができれば、支持壁 8を設ける延在方向については特に制限はない。また、 支持壁 8を可動電極 6側に設けても良い。
[0019] このように構成された静電容量型圧力センサにおいては、可動電極 6と固定電極 3 との間に所定の静電容量を有する。可動電極 6が圧力により可動して変位すると、可 動電極 6の櫛歯 6aが固定電極 3の収容領域 3bに進退する。これにより、可動電極 6 の櫛歯 6aと固定電極 3の櫛歯 3aとの間の対向面積が変わる。すなわち、可動電極 6 と固定電極 3との間の対向面積が変化する。その結果、可動電極 6と固定電極 3との 間の静電容量が変化する。この静電容量変化を検出する。したがって、この静電容 量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。
[0020] 本実施の形態における静電容量型圧力センサにおいては、可動電極 6の突出部で ある櫛歯 6aが固定電極 3の収容領域 3bに進退することによって可動電極 6と固定電 極 3との間の対向面積が変化する。すなわち、 C= ε SZdの式における S (面積）が 圧力に比例して変化するので、静電容量の変化が直線的に変化することになる。そ の結果、圧力に対する容量変化の直線性に優れ、しかもセンサ個体間のばらつきの 小さ 、静電容量型圧力センサを実現することができる。
[0021] 次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図 3
(a)〜 (d)及び図 4 (a)〜 (d)は、本発明の実施の形態 1に係る静電容量型圧力セン サの製造方法を説明するための断面図である。
[0022] まず、図 3 (a)に示すように、シリコン基板 1上に熱酸ィ匕などにより絶縁層 2を形成し 、絶縁層 2上に固定電極 3の材料として多結晶シリコンを被着して多結晶シリコン層 1 1を形成する。なお、多結晶シリコン層 11の加工は、例えば、多結晶シリコン層 11上 に加工領域を開口したマスクを形成し、そのマスクを介してドライエッチングすること により行う。エツチャントやエッチング条件については通常行われているものを用いる ことができる。次いで、図 3 (b)に示すように、多結晶シリコン層 11をカ卩ェすることによ り、櫛歯 3a及び櫛歯 3a間の収容領域 3bを有する固定電極 3を形成する。
[0023] 次いで、図 3 (c)に示すように、固定電極 3及び絶縁層 2上に電気的分離のための、 例えばシリコン酸ィ匕膜やシリコン窒化膜などの絶縁層 4を形成し、所定の形状にバタ 一-ングする。なお、絶縁層 4の加工は、例えば、絶縁層 4上にカ卩工領域を開口した マスクを形成し、そのマスクを介してエッチングすることにより行う。エツチャントやエツ チング条件については通常行われているものを用いることができる。そして、固定電 極 3及び絶縁層 4上のキヤビティ領域に相当する領域に犠牲層 12を形成して平坦化 する。犠牲層 12としては、例えば、リンドープのシリコン酸ィ匕膜 (PSG)を用いることが できる。次いで、図 3 (d)に示すように、犠牲層 12上に可動電極 6の櫛歯 6aの材料と して多結晶シリコンを被着して多結晶シリコン層 13を形成する。
[0024] 次いで、図 4 (a)に示すように、多結晶シリコン層 13を加工して櫛歯 6aを構成する 突出部を形成する。なお、多結晶シリコン層 13の加工は、例えば、多結晶シリコン層 13上にカ卩工領域を開口したマスクを形成し、そのマスクを介してドライエッチングする ことにより行う。エツチャントやエッチング条件については通常行われているものを用 いることができる。そして、犠牲層 12上の可動電極に相当する領域に犠牲層 14を形 成して平坦化する。犠牲層 14としては、例えば、リンドープのシリコン酸ィ匕膜 (PSG) を用いることができる。
[0025] 次いで、図 4 (b)に示すように、絶縁層 4及び犠牲層 12を所定の形状にエッチング した後、その開口部内に接続部材 15及び可動電極 6の材料となる多結晶シリコンを 被着して形成する。このとき、多結晶シリコン層 13と多結晶シリコン層 16とは接合され た状態となり、可動電極 6を構成する。
[0026] 次いで、図 4 (c)に示すように、犠牲層 12, 14をエッチングして除去し、キヤビティ 7 を形成する。なお、エツチャントやエッチング条件については通常行われているもの を用いることができる。次いで、可動電極 6上に、例えばシリコン酸ィ匕膜やシリコン窒 化膜などの絶縁層 5を形成し、可動電極 6と接続部材 15との間の開口部を塞ぐように 加工する。絶縁層 5の加工は、例えば、絶縁層 5上にカ卩工領域を開口したマスクを形 成し、そのマスクを介してドライエッチングすることにより行う。なお、エツチャントゃェ ツチング条件にっ ヽては通常行われて 、るものを用いることができる。
[0027] このようにして得られた静電容量型圧力センサにおいては、可動電極 6と固定電極 3との間での対向面積の変化による静電容量の変化の信号に基づいて測定圧力を 検出することができる。また、この静電容量型圧力センサにおいては、可動電極 6の 突出部である櫛歯 6aが固定電極 3の収容領域 3bに進退することによって可動電極 6 と固定電極 3との間の対向面積が変化するので、静電容量の変化が直線的に変化 すること〖こなる。その結果、圧力に対する容量変化の直線性に優れ、しかもセンサ個 体間のばらつきの小さい静電容量型圧力センサを実現することができる。 [0028] (実施の形態 2)
本実施の形態においては、圧力により可動する可動電極と、可動電極と対向するよ うに配置された固定電極と、を有する静電容量型圧力センサであって、可動電極が 第 1基板に設けられており、固定電極が第 2基板に設けられており、固定電極が第 1 基板に埋め込まれており、第 1基板は突出部が挿入自在となる収容領域を有する態 様について説明する。
[0029] 図 5は、本発明の実施の形態 2に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断 面図である。また、図 6は、本発明の実施の形態 2に係る静電容量型圧力センサの概 略構成を示す平面図である。
[0030] 図中 21はガラス基板を示す。ガラス基板 21は、対向する一対の主面 21a, 21bを 有する。このガラス基板 21の後述するキヤビティ 28内には、接続部材 22a及び固定 電極 22bが埋設されている。接続部材 22aは、可動電極用の接続部材であり、主面 2 la, 21bでそれぞれ露出している。また、固定電極 22bも主面 21a, 21bで露出して いる。この固定電極 22bは、図 6に示すように、矩形の環状に設けられている。
[0031] ガラス基板 21の主面 21aの接続部材 22a上には、可動電極と電気的に接続する接 続電極 23が形成されている。また、ガラス基板 21の主面 21bの接続部材 22a上には 、引き出し電極 24aが形成されており、ガラス基板 21の主面 21bの固定電極 22b上 には、引き出し電極 24bが形成されている。このように引き出し電極 24a, 24bがそれ ぞれ主面 21b上に設けられていることにより、外部への取り出し電極を一つの面上に 形成できるので、表面実装に適したデバイスとすることができる。接続部材 22a及び 固定電極 22bを構成する材料としては、シリコン、金属などの導電性材料を用いるこ とができる力 上記のようにガラスとの間の密閉性を考慮して、シリコンで構成すること が好ましい。
[0032] ガラス基板 21の主面 21aであって、固定電極 22bの内側に可動電極側の突出部を 収容する領域である凹部 21cが形成されている。したがって、この凹部 21cの外周部 に固定電極 22bが位置する。この凹部 21cの幅については、可動電極側の突出部と 衝突することなぐ突出部が進退可能なように設定する。また、凹部 21cの深さについ ては特に制限はないが、高圧が付与されたときのストッパーとし、可動電極の破損を 防ぐこともできる。
[0033] ガラス基板 21の主面 21aの接合面 21d上には、突出部 25aを有する可動電極であ るシリコン基板 25が接合されている。シリコン基板 25は、突出部 25aの周囲に凹部 2 5bが形成されており、突出部 25aが変位できるようになつている。このため、可動電 極に圧力が加わると、突出部 25aが変位して突出部 25aがガラス基板 21の凹部 21c に挿入するようになっている。これらの凹部 21c, 25bによりキヤビティ 28が形成され る。これにより、可動電極と固定電極 22bとの間に静電容量が発生する。
[0034] ガラス基板 21の主面 21aとシリコン基板 25との間の界面 (接合面 21d)は、高い密 着性を有することが好ましい。ガラス基板 21にシリコン基板 25を接合する場合には、 ガラス基板 21の接合面 21d上にシリコン基板 25を搭載し、陽極接合処理を施すこと により、両基板 21, 25の密着性を高くすることができる。このようにガラス基板 21とシ リコン基板 25との界面で高い密着性を発揮することにより、シリコン基板 25の凹部 25 bとガラス基板 21の凹部 21cで構成するキヤビティ 28内の気密性を高く保つことがで きる。
[0035] ここで、陽極接合処理とは、所定の温度 (例えば 400°C以下)で所定の電圧 (例え ば 300V〜 lkV)を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発 生して、界面で共有結合を起こさせる処理をいう。この界面での共有結合は、シリコン の Si原子とガラスに含まれる Si原子との間の Si— Si結合又は Si— O結合である。し たがって、この Si— Si結合又は Si— O結合により、シリコンとガラスとが強固に接合し て、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く 行うために、ガラス基板 11のガラス材料としては、ナトリウムなどのアルカリ金属を含 むガラス材料 (例えばパイレックス (登録商標)ガラス)であることが好ま 、。
[0036] 接続部材 22aや固定電極 22bがシリコンで構成されている場合には、ガラス基板 2 1と接続部材 22aや固定電極 22bとの間の界面も陽極接合されていることが好ましい 。後述するように、これらの界面は、加熱下において接続部材 22aや固定電極 22bを ガラス基板 21に押し込むことにより形成される。このような方法により得られた界面で も高い密着性を発揮できるが、接続部材 22aや固定電極 22bをガラス基板 21に押し 込んだ後に、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。 [0037] このように構成された静電容量型圧力センサにおいては、可動電極 25と固定電極 22bとの間に所定の静電容量を有する。可動電極 25が圧力により可動して変位する と、可動電極 25の突出部 25aが収容領域である凹部 21cに進退する。これにより、可 動電極 25の突出部 25aと固定電極 22bとの間の対向面積が変わる。すなわち、可動 電極 25と固定電極 22bとの間の対向面積が変化する。その結果、可動電極 25と固 定電極 22bとの間の静電容量が変化する。この静電容量変化を検出する。したがつ て、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。
[0038] 本実施の形態における静電容量型圧力センサにおいては、可動電極 25の突出部 25aが収容領域である凹部 21cに進退することによって可動電極 25と固定電極 22b との間の対向面積が変化する。すなわち、 C= ε SZdの式における S (面積）が圧力 に比例して変化するので、静電容量の変化が直線的に変化することになる。その結 果、圧力に対する容量変化の直線性に優れ、し力もセンサ個体間のばらつきの小さ Vヽ静電容量型圧力センサを実現することができる。
[0039] 次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図 7
(a) , (b)及び図 8 (a)〜(d)は、本発明の実施の形態 2に係る静電容量型圧力セン サの製造方法を説明するための断面図である。
[0040] まず、不純物をドーピングして低抵抗ィ匕したシリコン基板 25を準備する。不純物とし ては、 n型不純物でも良ぐ p型不純物でも良い。抵抗率としては、例えば 0. 01 Ω - c m程度とする。そして、図 7 (a)に示すように、このシリコン基板 25の一方の主面にェ ツチングマスク 26を形成する。エッチングマスク 26は、シリコン基板 25を熱酸化し、シ リコン基板 25の表面に形成された熱酸化膜をパターニングすることにより形成する。 そして、図 7 (b)に示すように、シリコン基板 25をドライエッチングして、突出部 25a及 び凹部 25bを形成する。なお、エッチングのエツチャントやエッチング条件は通常行 われて!/、るものを用いることができる。
[0041] 次 、で、図 8 (a)に示すように、シリコン基板 27の一方の主面をエッチングして接続 部材 22a及び固定電極 22b用の突出部 27aを形成し、突出部 27aを形成したシリコ ン基板 27上にガラス基板 21を置き、さらに、真空下で、このシリコン基板 27及びガラ ス基板 21を加熱して、シリコン基板 27をガラス基板 21に押圧して突出部 27aをガラ ス基板 21の主面 2 lbに押し込んで、シリコン基板 27とガラス基板 21とを接合する。こ のときの温度は、ガラスの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度 (例えば、 ガラスの軟ィ匕点温度以下）が好ましい。例えば加熱温度は約 800°Cである。このとき 、シリコン基板 27の突出部 27aとガラス基板 21との界面での密着性をより高めるため に、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板 27及びガラス基板 2 1にそれぞれ電極をつけて、約 400°C以下の加熱下で約 300V〜lkVの電圧を印加 することにより行う。これにより両者の界面での密着性がより高くなり、静電容量型圧 力センサのキヤビティ 28の気密性を向上させることができる。
[0042] 次いで、図 8 (b)に示すように、ガラス基板 21の主面 21a側を研磨処理して、接続 部材 22a及び固定電極 22bを主面 1 laで露出させ、シリコン基板 27の裏面 (突出部 27aを設けな 、面)側をエッチングしてガラス基板 21の主面 21bで接続部材 22a及 び固定電極 22bを露出させる。エッチングとしては、ドライエッチングでも良ぐウエット エッチングでも良い。また、裏面のシリコンは研磨による加工で除去しても良い。
[0043] 次いで、図 8 (c)に示すように、ガラス基板 21の固定電極 22bの間の領域に主面 21 a側から凹部 21cを形成する。凹部 21cは、例えばレジストでパターユングした後にェ ツチングゃミリングにより形成する。次いで、図 8 (d)に示すように、ガラス基板 21の主 面 21a上に、接続部材 22aと電気的に接続するように、接続電極 23を形成する。この 場合、ガラス基板 21の主面 21a上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成 し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターユング (フォトリソ グラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存し たレジスト膜を除去する。次いで、図 8 (d)に示すように、ガラス基板 21の主面 21b上 に、接続部材 22a及び固定電極 22bと電気的に接続するように、引き出し電極 24a, 24bを形成する。この場合、ガラス基板 21の主面 21b上に電極材料を被着し、その 上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜を パターユング (フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチ ングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
[0044] 次いで、シリコン基板 25の突出部 25aがガラス基板 21の凹部 21cと対向するように 、かつ、突出部 25aが凹部 21c内に進退可能になるように位置合わせして、シリコン 基板 25とガラス基板 21の一方の主面 21aとを接合する。このとき、シリコン基板 25及 びガラス基板 21に対して、約 400°C以下の加熱下で約 500V程度の電圧を印加す ることにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板 25とガラス基板 21との間の 界面での密着性がより高くなり、キヤビティ 28の気密性を向上させることができる。
[0045] このようにして得られた静電容量型圧力センサは、固定電極 22bが引き出し電極 2 4bと電気的に接続され、可動電極が接続電極 23を介して引き出し電極 24aと電気 的に接続されている。したがって、可動電極と固定電極 22bとの間で検知された静電 容量の変化の信号は、引き出し電極 24a, 24bから取得することができる。この信号 に基づいて測定圧力を算出することができる。また、この静電容量型圧力センサにお いては、可動電極の突出部 25aが収容領域である凹部 21cに進退することによって 可動電極と固定電極 22bとの間の対向面積が変化するので、静電容量の変化が直 線的に変化することになる。その結果、圧力に対する容量変化の直線性に優れ、し 力もセンサ個体間のばらつきの小さい静電容量型圧力センサを実現することができる
[0046] 次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図 1に示す構成の静電容量型圧力センサと、可動電極に感圧ダイヤフラムを用い た静電容量型圧力センサを作製し、それぞれについて容量と圧力との関係を調べた 。その結果を図 9に示す。図 9から分力ゝるように、本発明に係る静電容量型圧力セン サ（実施例）は、どの圧力領域においても容量変化がほぼ一定であり、直線性の高い 特性が得られた。一方、従来の静電容量型圧力センサ (従来例）は、高圧力側で容 量が急激に上昇しており、直線性が低力つた。
[0047] 本発明は上記実施の形態 1, 2に限定されず、種々変更して実施することが可能で ある。上記実施の形態 1, 2で説明した数値、材質、部材形状については特に制限は なぐ本発明の効果を発揮できる範囲において適宜変更することができる。また、上 記実施の形態で説明したプロセスにつ ヽてはこれに限定されず、工程間の適宜順序 を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて 適宜変更することが可能である。
図面の簡単な説明 [0048] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面 図である。
[図 2]本発明の実施の形態 1に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す平面 図である。
[図 3] (a)〜 (d)は、本発明の実施の形態 1に係る静電容量型圧力センサの製造方法 を説明するための断面図である。
[図 4] (a)〜 (d)は、本発明の実施の形態 1に係る静電容量型圧力センサの製造方法 を説明するための断面図である。
[図 5]本発明の実施の形態 2に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面 図である。
[図 6]本発明の実施の形態 2に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す平面 図である。
[図 7] (a) , (b)は、本発明の実施の形態 2に係る静電容量型圧力センサの製造方法 を説明するための断面図である。
[図 8] (a)〜 (d)は、本発明の実施の形態 2に係る静電容量型圧力センサの製造方法 を説明するための断面図である。
[図 9]静電容量型圧力センサにおける圧力と容量との関係を示す特性図である。
[図 10]従来の静電容量型圧力センサを説明するための図である。
符号の説明
[0049] 1, 25, 27 シリコン基板
2, 4, 5 絶縁層
3, 22b 固定電極
3a, 6a 櫛歯
3b, 6b 収容領域
7, 28 キヤビティ
8 支持壁
11, 13, 16 多結晶シリコン層
12, 14 犠牲層 ガラス基板a, 21b 主面c, 25b 凹部a 接続部材
接続電極a, 24b 引き出し電極 エッチングマスクa 突出部

Claims

請求の範囲
[1] 圧力により可動する可動電極と、前記可動電極と対向するように配置された固定電 極と、を有する静電容量型圧力センサであって、前記可動電極は少なくとも一つの突 出部を有しており、前記固定電極は前記突出部が挿入自在となる収容領域を有して おり、前記可動電極の前記突出部が前記固定電極の前記収容領域に進退すること による、前記可動電極と前記固定電極の、相互に対向する面における対向面積の変 化により静電容量の変化を検出することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
[2] 前記可動電極において複数の突出部により櫛歯が形成されており、前記固定電極 における前記収容領域は可動電極側に延在する櫛歯の間の領域で構成されている ことを特徴とする請求項 1記載の静電容量型圧力センサ。
[3] 前記可動電極と前記固定電極との間に設けられ、前記櫛歯を横切る方向に延在す る支持壁を有することを特徴とする請求項 2記載の静電容量型圧力センサ。
[4] 前記可動電極が第 1基板に設けられており、前記固定電極が第 2基板に設けられ、 該第 2基板は前記突出部が挿入自在となる収容領域を有しており、前記固定電極は 前記収容領域の外周部の位置に埋め込まれており、前記可動電極の前記突出部が 前記第 2基板の前記収容領域に進退することによる、前記可動電極と前記固定電極 の、相互に対向する面における対向面積の変化により静電容量の変化を検出するこ とを特徴とする請求項 1記載の静電容量型圧力センサ。
[5] 前記第 2基板がガラス基板であり、前記固定電極がシリコンで構成されていることを 特徴とする請求項 4記載の静電容量型圧力センサ。
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