JPH11160181A - Electrostatic capacity type sensor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor capable of making measurement with high sensitivity while improving the response speed, preventing the infiltration of dust and the corrosion of electrodes, capable of exerting the desired effect over a long period, and having a long service life and high reliability. SOLUTION: A hollow gap 12 is formed in a diaphragm 11 warped by a physical quantity, and beam electrodes 22b are provided at a space in the displacement direction of the diaphragm 11 in the gap 12. The fixed electrodes 22b are not deformed even when the diaphragm 11 is warped, and the distance to the face of the opposite diaphragm 11 is changed. Moving electrodes 17a, 17b are provided at the prescribed positions of the inner face of the diaphragm 11 facing the fixed electrode 22b. Wire pads 20a-20c outputting the signals corresponding to the electrostatic capacities occurring between the moving electrodes 17a, 17b and the fixed electrodes 22b are provided, and the inside of the gap 12 is kept vacuum.

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、加わった物理量に
応じてダイアフラム等を撓ませることにより、ダイアフ
ラム等に形成した可動電極とそれに対向する固定電極間
に発生する静電容量の変化に基づいて前記物理量を測定
することのできる静電容量型センサに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is based on a change in capacitance generated between a movable electrode formed on a diaphragm or the like and a fixed electrode opposed thereto by bending the diaphragm or the like in accordance with an applied physical quantity. The present invention relates to a capacitance type sensor capable of measuring the physical quantity.

【０００２】[0002]

【従来の技術】静電容量型センサの一態様である圧力セ
ンサとしては、例えばダイアフラム付きの半導体基板と
固定基板を接合して一体化し、固定基板の接合側表面の
うちダイアフラムに対向する領域に固定電極を形成す
る。そして、ダイアフラムと固定基板との間に所定のギ
ャップをおいた圧力室を形成し、その圧力室に開口する
圧力導入孔を固定基板に形成し、その圧力導入孔を介し
て圧力室内に測定圧力或いは基準圧力が導入されるよう
になっている。2. Description of the Related Art As a pressure sensor which is one mode of a capacitance type sensor, for example, a semiconductor substrate with a diaphragm and a fixed substrate are joined and integrated, and a region of the joint side of the fixed substrate facing the diaphragm is formed. A fixed electrode is formed. Then, a pressure chamber having a predetermined gap between the diaphragm and the fixed substrate is formed, a pressure introduction hole opened in the pressure chamber is formed in the fixed substrate, and the measured pressure is introduced into the pressure chamber through the pressure introduction hole. Alternatively, a reference pressure is introduced.

【０００３】係る構成にすると、可動電極と固定電極の
間には、距離に応じた静電容量が発生している。そこ
で、測定圧力をダイアフラムにかけることによりダイア
フラムが撓むと、両電極間の距離が変わり静電容量も変
化する。そして、物理量とダイアフラムの変位量ひいて
は静電容量の変化量は一義的に定まるので、静電容量に
基づいて物理量が測定できる。[0003] With such a configuration, a capacitance corresponding to the distance is generated between the movable electrode and the fixed electrode. Therefore, when the diaphragm is bent by applying the measurement pressure to the diaphragm, the distance between the two electrodes changes and the capacitance also changes. Since the physical quantity, the displacement of the diaphragm, and the change in the capacitance are uniquely determined, the physical quantity can be measured based on the capacitance.

【０００４】そして、圧力の供給方式としては、固定基
板を厚さ方向に貫通するようにして形成した圧力導入孔
等を用いて圧力室内に測定圧力を供給して圧力が加わる
とダイアフラムが固定電極から離れる方向に膨らむ（負
圧の場合は逆になる）ようにした方式と、測定圧力はダ
イアフラムの外側に加え、加わった測定圧力と圧力室内
の基準圧力とを比較し、測定圧力の方が大きい場合には
ダイアフラムが固定電極に近づく方向に膨らむ（負圧の
場合は逆になる）ようにした方式がある。後者の場合に
は、圧力室を大気開放などして外気と接続する構造と、
密閉して絶対圧力を計測する構造がある。[0004] As a pressure supply method, a measurement pressure is supplied into a pressure chamber using a pressure introduction hole or the like formed so as to penetrate the fixed substrate in the thickness direction, and when the pressure is applied, the diaphragm is fixed. With the method of inflating in the direction away from the diaphragm (in the case of negative pressure, the reverse), the measured pressure is applied to the outside of the diaphragm, and the applied measured pressure is compared with the reference pressure in the pressure chamber. There is a method in which the diaphragm expands in a direction approaching the fixed electrode when the pressure is large (the reverse is applied in the case of a negative pressure). In the latter case, a structure in which the pressure chamber is connected to the outside air by opening it to the atmosphere, etc.
There is a structure to measure the absolute pressure by sealing.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記した前者の圧力室
に測定圧力を導入する方式の場合、通常ダイアフラムは
固定基板から離れる方向に膨らむので、変位量が大きく
とれるため、測定可能なレンジが大きくとれるというメ
リットがある。しかし、測定媒体を圧力室内に導入する
構造になっているため、測定媒体が腐食性気体であれば
圧力室内の電極が劣化する可能性がある。さらに、測定
媒体中に混入しているゴミやミスト等が圧力室に侵入す
る可能性があり、センサの信頼性にも問題があった。In the case of the former method in which the measured pressure is introduced into the pressure chamber, the diaphragm usually expands in a direction away from the fixed substrate, so that a large amount of displacement can be obtained, so that the measurable range is large. There is a merit that it can be taken. However, since the measurement medium is introduced into the pressure chamber, if the measurement medium is a corrosive gas, the electrodes in the pressure chamber may be deteriorated. Furthermore, there is a possibility that dust or mist mixed in the measurement medium may enter the pressure chamber, and there is a problem in the reliability of the sensor.

【０００６】一方、後者のダイアフラムの外側に測定圧
力を加える方式の場合には、少なくとも圧力室内に存在
する基準圧力を発生する媒体が腐食性気体等でなければ
上記した電極が劣化する問題はない。しかし、大気圧開
放等している場合には、圧力室内にゴミ等が浸入する可
能性がある。On the other hand, in the latter method of applying a measured pressure to the outside of the diaphragm, there is no problem of deterioration of the above-mentioned electrodes unless at least a medium generating a reference pressure existing in the pressure chamber is a corrosive gas or the like. . However, when the atmospheric pressure is released or the like, dust and the like may enter the pressure chamber.

【０００７】さらに、上記したいずれの方式のもので
も、感度を上げるためにはギャップを小さくし、電極間
距離を短くする必要がある。係る構成にすると、ダイア
フラムが撓むことに伴い圧力室の容積が変化することに
なるが、係る変位の際に圧力室内の気体の粘性抵抗によ
るダンピング効果により、圧力変化に対するダイアフラ
ムの変位の応答速度（高周波応答）が低下してしまう。
その結果、瞬間的に加わった圧力や、高周波数で圧力が
変動（振動）するような測定対象物に対して精度の良い
測定ができなくなってしまうという問題を有する。Further, in any of the above-mentioned systems, it is necessary to reduce the gap and the distance between the electrodes in order to increase the sensitivity. With such a configuration, the volume of the pressure chamber changes due to the flexure of the diaphragm, but the response speed of the displacement of the diaphragm to the pressure change due to the damping effect due to the viscous resistance of the gas in the pressure chamber during the displacement. (High frequency response) is reduced.
As a result, there is a problem in that accurate measurement cannot be performed on an instantaneously applied pressure or a measurement target whose pressure fluctuates (vibrates) at a high frequency.

【０００８】このように、感度を向上することと、応答
速度を向上することは、相反する課題であり、両者を同
時に解決することは困難であり、従来のセンサでは、測
定対象に応じて感度と応答性の調和を図っていた。[0008] As described above, improving the sensitivity and improving the response speed are contradictory problems, and it is difficult to solve both of them at the same time. And responsiveness.

【０００９】また、加速度センサ等では、重りの上下両
面に可動電極を設けるとともに、その両側に配置した固
定基板にそれぞれ固定電極を設け、重りの上側と下側で
静電容量を発生させるようにし、加速度により重りが変
位したことにともなう静電容量の変化を係る両側の電極
間から取り出して加速度を求めることができるものがあ
る。このように、差動式にすると、出力が大きくとれる
とともに、温度などの物理量以外の要因による静電容量
の変化の影響をキャンセルできるという効果が得られ
る。In an acceleration sensor or the like, movable electrodes are provided on both upper and lower surfaces of a weight, and fixed electrodes are provided on fixed substrates disposed on both sides of the weight, respectively, so that capacitance is generated on the upper and lower sides of the weight. In some cases, the acceleration can be obtained by extracting a change in capacitance caused by displacement of the weight due to acceleration from between the electrodes on both sides. As described above, when the differential system is used, the output can be increased, and the effect of the change in the capacitance due to factors other than the physical quantity such as the temperature can be canceled.

【００１０】そこで、係る差動式のセンサを圧力センサ
に適用することを考えると、ダイアフラム付きの半導体
基板の両側に固定基板を接合し、両固定基板の所定位置
に固定電極を形成することが考えられる。係る場合に
は、少なくとも固定電極の一方には圧力導入用の貫通孔
を形成する必要が生じるので、上記した前者の問題を有
し、さらに、応答速度の低下にともなう測定精度の低下
という問題も依然として解決できない。In consideration of the application of such a differential sensor to a pressure sensor, fixed substrates are bonded to both sides of a semiconductor substrate having a diaphragm, and fixed electrodes are formed at predetermined positions on both fixed substrates. Conceivable. In such a case, at least one of the fixed electrodes needs to form a through hole for pressure introduction, so that the above-described problem of the former is caused, and further, a problem of a decrease in measurement accuracy due to a decrease in the response speed. Still cannot be resolved.

【００１１】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、応答速度を向上しつつ、高感度な測定を行うことが
でき、しかも、ゴミ等の浸入や電極の腐食などというお
それがなく長期的に所望の効果を発揮することができ寿
命が長く信頼性の高い静電容量型センサを提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION 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 improve the response speed and perform highly sensitive measurement. Another object of the present invention is to provide a long-life and highly reliable electrostatic capacity sensor which can exhibit a desired effect for a long period without fear of intrusion of dust and the like and corrosion of an electrode.

【００１２】[0012]

【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、物理量を
受けて撓むダイアフラムの内部に中空なギャップを形成
し、前記ギャップ内に前記ダイアフラムの変位方向に空
間をおいて固定電極を設けるとともに、その固定電極は
前記ダイアフラムが撓んでも変形せず、対向するダイア
フラムの面との距離が変化するように設置し、前記固定
電極と対向する前記ダイアフラムの内面所定位置に可動
電極を設け、前記可動電極と前記固定電極間に発生する
静電容量に応じた信号を出力する手段を備えるように構
成した（請求項１）。In order to achieve the above-mentioned object, in a capacitance type sensor according to the present invention, a hollow gap is formed inside a diaphragm which bends by receiving a physical quantity, and a hollow gap is formed in the gap. A fixed electrode is provided with a space in the direction of displacement of the diaphragm, and the fixed electrode is not deformed even if the diaphragm is bent, and is installed so that the distance between the opposed diaphragm surface is changed, and the fixed electrode is A movable electrode is provided at a predetermined position on the inner surface of the opposed diaphragm, and a means for outputting a signal corresponding to a capacitance generated between the movable electrode and the fixed electrode is provided (claim 1).

【００１３】物理量を受けて変形可能な２枚の板（実施
の形態では、「下側電極板１６，上側電極板２６」に対
応）と、その２枚の板の所定位置を連結する連結部（実
施の形態では「仕切壁１８ｂ，連結部２２ａ，仕切壁２
４ｂ」に対応）と、その連結部が存在しない前記両板間
の非連結部に形成されるギャップと、そのギャップ内に
前記両板から距離をおいて設けられた固定電極と、前記
両板の前記固定電極に対向する部分に形成された可動電
極と、前記可動電極と前記固定電極間に発生する静電容
量に応じた信号を出力する手段を備え、前記両板のう
ち、前記ギャップに面する部位が前記物理量を受けて変
形して前記固定電極と前記可動電極間の距離が変化する
ように構成してもよい（請求項２）。[0013] Two plates (corresponding to the "lower electrode plate 16 and upper electrode plate 26" in the embodiment) that can be deformed by receiving physical quantities, and a connecting portion for connecting predetermined positions of the two plates. (In the embodiment, “partition wall 18b, connecting part 22a, partition wall 2
4b "), a gap formed in a non-connection portion between the two plates where the connection portion does not exist, a fixed electrode provided in the gap at a distance from the two plates, A movable electrode formed at a portion facing the fixed electrode, and means for outputting a signal corresponding to a capacitance generated between the movable electrode and the fixed electrode; The facing portion may be configured to be deformed in response to the physical quantity to change the distance between the fixed electrode and the movable electrode (claim 2).

【００１４】本発明では、ダイアフラム内や、２枚の板
間にギャップが存在しているため、通常の状態ではもち
ろんのこと、ダイアフラム或いは両板の非対向面に物理
量が加わったときにもギャップ内にゴミ等の侵入が無い
し、内部の電極は測定対象物量の媒体から隔離されるの
で電極の腐食なども生じない。よって、信頼性の高いセ
ンサになる。In the present invention, since there is a gap in the diaphragm or between the two plates, the gap is formed not only in a normal state but also when a physical quantity is applied to the non-opposing surface of the diaphragm or both plates. There is no intrusion of dust or the like inside, and the electrodes inside are isolated from the medium of the measurement object amount, so that no corrosion of the electrodes occurs. Therefore, a highly reliable sensor is obtained.

【００１５】さらには、ダイアフラム等は物理的に一枚
とみなせるので、ダイアフラム等の両側から圧力が加わ
った場合には、その差圧分に応じて変形し、出力される
ので、２つの圧力の大小関係や、圧力差を求めるのに適
している。Further, since the diaphragm or the like can be regarded as physically one sheet, when pressure is applied from both sides of the diaphragm or the like, it is deformed and output according to the differential pressure, so that two pressures are output. It is suitable for finding the magnitude relationship and pressure difference.

【００１６】さらにまた、ダイアフラム等が撓んで（変
形して）電極間距離が変化したとしても、ギャップ内の
容積はほとんど変化しない。よって、内部に存在する空
気などの気体が圧縮されることもなく、その気体の粘性
抵抗にともなうダンピング効果の影響が減少し、高周波
応答性が向上する。Furthermore, even if the diaphragm or the like flexes (deforms) and the distance between the electrodes changes, the volume in the gap hardly changes. Therefore, the gas such as air existing inside is not compressed, the influence of the damping effect due to the viscous resistance of the gas is reduced, and the high-frequency response is improved.

【００１７】そして、前記ギャップは、１つでもよいし
複数設けてもよい。また、複数も受ける場合には、個々
のギャップは空間的に独立させてもよいし、個々のギャ
ップを空間的に接続させてもよい。そして、空間的に独
立させた場合には、大圧に対する検出に適し、空間的に
接続した場合には微圧の検出に適する。The number of the gaps may be one or more. When a plurality of gaps are received, the individual gaps may be spatially independent, or the individual gaps may be spatially connected. When they are spatially independent, they are suitable for detecting large pressures, and when they are spatially connected, they are suitable for detecting small pressures.

【００１８】そして、前記可動電極は固定電極の一方の
面に対向する内面にのみ設けるようにしてもよいが、好
ましくは可動電極は、前記固定電極の両面にそれぞれ対
向する位置に設け、前記固定電極の両面に対向して形成
される両可動電極は、相互に絶縁される構造をとり、前
記固定電極と、その両面に対向する両可動電極間にそれ
ぞれ発生する静電容量に基づいて差動式の検出を行える
ように構成することである（請求項３）。The movable electrode may be provided only on the inner surface facing one surface of the fixed electrode. Preferably, the movable electrode is provided at a position opposed to both surfaces of the fixed electrode. The two movable electrodes formed on both sides of the electrode have a structure in which they are insulated from each other, and a differential voltage is obtained based on the capacitance generated between the fixed electrode and the two movable electrodes facing the both sides. It is configured to detect the expression (claim 3).

【００１９】このように差動式にすると、外乱ノイズキ
ャンセル効果が向上する。また、センサチップサイズを
拡大することなく静電容量を発生する電極面積が２倍に
なるので、感度も向上する。With the differential system, the effect of disturbance noise cancellation is improved. Further, since the area of the electrode for generating the capacitance is doubled without increasing the size of the sensor chip, the sensitivity is also improved.

【００２０】さらに好ましくは、前記ギャップ内は閉塞
されるとともに、真空或いは減圧状態にすることである
（請求項４）。[0020] More preferably, the inside of the gap is closed and a vacuum or reduced pressure is set.

【００２１】ギャップ内が真空或いは減圧状態になって
いると、ダイアフラム等が撓む（変形する）際に、固定
電極が内部気体のスムーズな流れを抑止することもな
く、ダンピングの影響が無視でき、ダイアフラムの移動
から安定までの応答速度が大幅に向上する。つまり、高
速応答（高周波応答）がさらに向上する。よって、瞬間
的な圧力変化や、高周波で圧力が変化するものであって
も、正確に測定できる。When the inside of the gap is in a vacuum or reduced pressure state, when the diaphragm or the like bends (deforms), the fixed electrode does not inhibit the smooth flow of the internal gas, and the effect of damping can be ignored. In addition, the response speed from the movement of the diaphragm to the stability is greatly improved. That is, the high-speed response (high-frequency response) is further improved. Therefore, it is possible to accurately measure even an instantaneous pressure change or a pressure change at a high frequency.

【００２２】[0022]

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一形態である圧
力センサに適用した実施の形態の一例を一部破断した状
態で示した斜視図である。同図に示すように、本センサ
１０はダイアフラム１１内に複数のギャップ１２を設
け、そのギャップ１２内に固定電極となる帯状のビーム
電極２２ｂを設けている。この時、ビーム電極２２ｂ
は、ギャップ１２内に浮かんでいるように位置されてい
る。そして、このビーム電極２２ｂは、一般に固定電極
と称されるものと同様で、圧力が加わってダイアフラム
１１は変位しても、ギャップ１２内に浮かぶように配置
されたビーム電極２２ｂは、変形しないようになってい
る。係る構成にすることにより、ダイアフラム１１とビ
ーム電極２２ｂの距離が変化する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment applied to a pressure sensor according to an embodiment of the present invention in a partially broken state. As shown in FIG. 1, the sensor 10 has a plurality of gaps 12 provided in a diaphragm 11 and a band-shaped beam electrode 22b serving as a fixed electrode provided in the gap 12. At this time, the beam electrode 22b
Are positioned so as to float in the gap 12. The beam electrode 22b is similar to the one generally called a fixed electrode. Even if the diaphragm 11 is displaced by applying pressure, the beam electrode 22b arranged so as to float in the gap 12 is not deformed. It has become. With such a configuration, the distance between the diaphragm 11 and the beam electrode 22b changes.

【００２３】さらに、そのギャップ１２内に浮かんでい
るビーム電極２２ｂは、ダイアフラム１１とは電気的に
絶縁されており、かつビーム電極２２ｂを隔てたダイア
フラム１１の上面と下面も電気的に絶縁されている。そ
こで、ダイアフラム１１のギャップ１２の上面及びまた
は下面の所定位置に可動電極１７ｂ，１７ａを設けるこ
とにより、電極間距離に基づく静電容量の変化として、
加わった圧力に応じた信号を出力することができる。そ
して、具体的な構成は以下のようになっている。Further, the beam electrode 22b floating in the gap 12 is electrically insulated from the diaphragm 11, and the upper and lower surfaces of the diaphragm 11 across the beam electrode 22b are also electrically insulated. I have. Therefore, by providing the movable electrodes 17b and 17a at predetermined positions on the upper surface and / or the lower surface of the gap 12 of the diaphragm 11, a change in capacitance based on the distance between the electrodes can be obtained.
A signal corresponding to the applied pressure can be output. The specific configuration is as follows.

【００２４】まず、単結晶シリコン基板からなる下側電
極基板１６の下面中央を除去して凹部１６ａを形成する
ことにより、その下側電極基板１６の上面中央に薄肉部
１６ｂを形成する。この薄肉部１６ｂの形成領域がダイ
アフラム領域となる。また、薄肉部１６ｂの上面が可動
電極１７ａとなる。First, a thin portion 16b is formed at the center of the upper surface of the lower electrode substrate 16 by removing the center of the lower surface of the lower electrode substrate 16 made of a single crystal silicon substrate to form a concave portion 16a. The region where the thin portion 16b is formed becomes a diaphragm region. The upper surface of the thin portion 16b becomes the movable electrode 17a.

【００２５】そして図２，図３に分解斜視図として示す
ように、下側電極基板１６の上面には、外形寸法形状が
ほぼ等しい第１絶縁膜１８が配置される。この第１絶縁
膜１８は、ダイアフラム領域（薄肉部１６ｂ）に対応す
る領域には、複数の開口部１８ａを形成している。この
開口部１８ａは、長方形状からなり、ダイアフラム１１
内のギャップ１２の一部を形成する。そして、隣接する
開口部１８ａ間に仕切壁１８ｂが形成される。この仕切
壁１８ｂの部分も下面側で下側電極基板１６の上面と接
合されている。また、ダイアフラム領域外に位置する第
１絶縁膜１８の上面には、ワイヤパッド２０ａが形成さ
れ、下側電極基板１６ひいては可動電極１７ａと導通状
態となる。As shown in FIG. 2 and FIG. 3 as an exploded perspective view, on the upper surface of the lower electrode substrate 16, a first insulating film 18 having substantially the same outer dimensions is arranged. The first insulating film 18 has a plurality of openings 18a in a region corresponding to the diaphragm region (thin portion 16b). The opening 18a has a rectangular shape, and
To form a part of the gap 12. Then, a partition wall 18b is formed between the adjacent openings 18a. This partition wall 18b is also joined to the upper surface of the lower electrode substrate 16 on the lower surface side. Further, a wire pad 20a is formed on the upper surface of the first insulating film 18 located outside the diaphragm region, and is in a conductive state with the lower electrode substrate 16 and thus with the movable electrode 17a.

【００２６】この第１絶縁膜１８の上面にシリコン基板
からなるビーム電極基板２２を接合もしくは積層形成す
る。このビーム電極基板２２は、ワイヤパッド２０ａが
外部に露出するように１つの角部が除去されるととも
に、ダイアフラム領域に対向する位置に、前記第１絶縁
膜１８における仕切壁１８ｂと平行な複数の両持ち梁を
有している。この梁の具体的な形成位置としては、仕切
壁１８ｂの上面に接触する位置と、開口部１８ａに対向
する位置としている。そして、仕切壁１８ｂに接触する
位置に設けた梁は、連結部２２ａとなり、仕切壁１８ｂ
と接合一体化している。また、開口部１８ａに対向する
位置に設けた梁は、空中に浮くように配置された固定電
極たるビーム電極２２ｂとなる。そして、各ビーム電極
２２ｂは、ビーム電極基板２２の周囲によって連結され
ているので電気的に導通されている。A beam electrode substrate 22 made of a silicon substrate is joined or laminated on the upper surface of the first insulating film 18. The beam electrode substrate 22 has one corner portion removed so that the wire pad 20a is exposed to the outside, and a plurality of beams parallel to the partition wall 18b of the first insulating film 18 are provided at positions facing the diaphragm region. It has a doubly supported beam. The specific formation positions of the beams are a position that contacts the upper surface of the partition wall 18b and a position that faces the opening 18a. The beam provided at a position in contact with the partition wall 18b becomes the connecting portion 22a, and the partition wall 18b
And integrated with it. Further, the beam provided at a position facing the opening 18a becomes a beam electrode 22b as a fixed electrode arranged so as to float in the air. The beam electrodes 22b are electrically connected because they are connected by the periphery of the beam electrode substrate 22.

【００２７】さらに、このビーム電極基板２２の上面に
は、第２絶縁膜２４が積層形成されている。この第２絶
縁膜２４の外形寸法形状は、ビーム電極基板２２と一致
させている。そして、第１絶縁膜１８と同様に、ダイア
フラム領域に対応する領域に、長方形状の複数の開口部
（ダイアフラム１１のギャップの一部を形成する）２４
ａを形成し、隣接する開口部２４ａ間に仕切壁２４ｂが
形成された形状となる。そして仕切壁２４ｂは、ビーム
電極基板２２の連結部２２ａと接合一体化される。つま
り、第２絶縁膜２４の形状は、ビーム電極基板２２のう
ちビーム電極２４ｂの部分を除去したのと同様の形状と
なる。Further, a second insulating film 24 is formed on the upper surface of the beam electrode substrate 22. The outer dimensions of the second insulating film 24 match the beam electrode substrate 22. Then, similarly to the first insulating film 18, a plurality of rectangular openings (forming a part of the gap of the diaphragm 11) 24 in a region corresponding to the diaphragm region.
a is formed, and the partition wall 24b is formed between the adjacent openings 24a. The partition wall 24b is joined and integrated with the connecting portion 22a of the beam electrode substrate 22. That is, the shape of the second insulating film 24 is the same as the shape obtained by removing the beam electrode 24b from the beam electrode substrate 22.

【００２８】よって、第２絶縁膜２４まで積層した状態
では、仕切壁１８ｂ，連結部２２ａ並びに仕切壁２４ｂ
は、その順に積層して相互に接合されて一体化される。
また、両絶縁膜１８，２４に形成した開口部１８ａ，２
４ａは、積層方向で重なってギャップを形成し、その隣
接する仕切壁１８ｂ，２４ｂ間に構成されるギャップ
（開口部１８ａ，２４ａ）内にビーム電極２２ｂが位置
されることになる（図４参照）。また、第２絶縁膜２４
のダイアフラム領域外に位置する領域には、ワイヤパッ
ド２０ｂが形成され、ビーム電極基板２２ひいてはビー
ム電極２２ｂと導通状態となる。Therefore, when the second insulating film 24 is laminated, the partition wall 18b, the connecting portion 22a and the partition wall 24b
Are laminated in that order, joined together, and integrated.
Also, the openings 18a, 2a formed in the insulating films 18, 24 are formed.
4a overlaps in the stacking direction to form a gap, and the beam electrode 22b is located in the gap (openings 18a, 24a) formed between the adjacent partition walls 18b, 24b (see FIG. 4). ). Also, the second insulating film 24
A wire pad 20b is formed in a region located outside the diaphragm region, and is brought into a conductive state with the beam electrode substrate 22 and the beam electrode 22b.

【００２９】さらに、第２絶縁膜２４の上面には、平板
状の上側電極基板２６が接合もしくは積層形成されてい
る。この上側電極基板２６もシリコンから形成し、全体
的にシンニング（薄くエッチング）されて全面が薄肉部
となり、ビーム電極２２ｂに対向する下面が可動電極１
７ｂとなる。そして、その上側電極基板２６は、その下
方に位置する第２絶縁膜２２との接触部位で接合されて
いる。また、ダイアフラム領域外に位置する上側電極基
板２６の上面には、ワイヤパッド２０ｃが形成され、可
動電極１７ｂと導通する。これにより、図５に示すよう
な外観構造からなるセンサ１０が形成される。Further, on the upper surface of the second insulating film 24, a flat upper electrode substrate 26 is joined or laminated. The upper electrode substrate 26 is also formed of silicon, and is entirely thinned (thinly etched) so that the entire surface becomes a thin portion, and the lower surface opposed to the beam electrode 22b is the movable electrode 1
7b. The upper electrode substrate 26 is joined at a contact portion with the second insulating film 22 located below the upper electrode substrate 26. Further, a wire pad 20c is formed on the upper surface of the upper electrode substrate 26 located outside the diaphragm region, and is electrically connected to the movable electrode 17b. Thus, the sensor 10 having the external structure as shown in FIG. 5 is formed.

【００３０】係る構成にすると、ダイアフラム領域に位
置する上側電極基板２６と下側電極基板１６は、図６に
示すように仕切壁１８ｂ，２４ｂ及び連結部２２ａによ
り連結されている。従って、上側電極基板２６と下側電
極基板１６の薄肉部１６ｂは一体化されて実質的・物理
的に一枚のダイアフラムと等価とみなせる。With this configuration, the upper electrode substrate 26 and the lower electrode substrate 16 located in the diaphragm area are connected by the partition walls 18b, 24b and the connecting portion 22a as shown in FIG. Therefore, the thin portions 16b of the upper electrode substrate 26 and the lower electrode substrate 16 are integrated and can be substantially and physically regarded as equivalent to one diaphragm.

【００３１】すなわち、同図（Ｂ）に示すように、測定
物理量としての圧力が下側電極基板１６の下面に加わる
とすると、その圧力に伴い下側電極基板１６の薄肉部１
６ｂが上に凸になるように撓もうとし、この時一緒に仕
切壁１８ｂ，２４ｂ及び連結部２２ａも撓むので、上側
電極基板２６も撓む。そして、各部位における変位量は
同じである。That is, as shown in FIG. 3B, when a pressure as a physical quantity to be measured is applied to the lower surface of the lower electrode substrate 16, the thin portion 1 of the lower electrode substrate 16 is caused by the pressure.
The upper electrode substrate 26 also bends because the partition walls 18b and 24b and the connecting portion 22a also bend together at this time. And the displacement amount in each part is the same.

【００３２】また、ギャップ１２（開口部１８ｂ，２４
ｂ）が形成されたダイアフラム１１内が中空の領域で
は、図７に示すように、ビーム電極２２ｂと下側，上側
電極基板１６，２６の対向面（可動電極となる）との間
には、両絶縁膜１８，２４の厚さ分だけのギャップをお
いた空間が形成されており、当該領域では下側電極基板
１６と上側電極基板２６は直接接続はされていない。し
かし、その領域に隣接する部分では、上記したごとく両
電極基板１６，２６が接続されていることから、追従し
て変位する。しかも開口部を複数設け、個々の開口部の
幅（隣接する仕切壁１８ａ，２４ａの間隔）は短くでき
ることから、ギャップ１２を形成した部分でも下側，上
側電極基板１６，２６の変位量は同じである。このこと
からも物理的に一枚のダイアフラムであることがわか
る。つまり、ダイアフラム１１は通常の圧力センサと同
様に撓む。The gap 12 (openings 18b, 24)
As shown in FIG. 7, in the hollow area inside the diaphragm 11 where the b) is formed, between the beam electrode 22 b and the opposing surfaces (movable electrodes) of the lower and upper electrode substrates 16 and 26, as shown in FIG. 7. A space having a gap corresponding to the thickness of both insulating films 18 and 24 is formed, and in this region, the lower electrode substrate 16 and the upper electrode substrate 26 are not directly connected. However, since the two electrode substrates 16 and 26 are connected to each other in the portion adjacent to the region as described above, the displacement follows. Moreover, since a plurality of openings are provided and the width of each opening (the interval between the adjacent partition walls 18a, 24a) can be reduced, the displacement of the lower and upper electrode substrates 16, 26 is the same even in the portion where the gap 12 is formed. It is. This also indicates that the diaphragm is physically one sheet. That is, the diaphragm 11 bends in the same manner as a normal pressure sensor.

【００３３】また、ギャップ１２に設けたビーム電極２
２ｂは、図７に示すように、両持ち支持された梁状であ
り、各ビーム電極２２ｂの配置方向と直交する方向（図
４中Ｃ−Ｃ線の方向）の断面図を見ると、ビーム電極２
２ｂは空中に浮いた状態となる。従って、上記のように
ダイアフラム１１が変化しても、ビーム電極２２ｂを支
持する両端位置は変位しないので、ビーム電極２２ｂは
図７（Ｂ）に示すように、水平所帯に延びたままで、撓
まない。よって、図示の例では下側電極基板１６との距
離が短くなり、上側電極基板２６との距離は長くなる。The beam electrode 2 provided in the gap 12
As shown in FIG. 7, reference numeral 2b denotes a beam shape which is supported at both ends. In a cross-sectional view orthogonal to the arrangement direction of each beam electrode 22b (the direction of line CC in FIG. 4), Electrode 2
2b floats in the air. Therefore, even if the diaphragm 11 changes as described above, the position of both ends supporting the beam electrode 22b is not displaced, so that the beam electrode 22b is flexed while extending in a horizontal zone as shown in FIG. 7B. Absent. Therefore, in the illustrated example, the distance to the lower electrode substrate 16 is shorter, and the distance to the upper electrode substrate 26 is longer.

【００３４】そして、各基板１６，２２，２６はシリコ
ンから形成されており、各基板１６，２２，２６間には
絶縁膜１８，２４が配置されているので基板間の絶縁が
図れている。従って、ビーム電極２２ｂと対向する両電
極基板１６，２６の間には距離に応じた静電容量が発生
する。よって、下側電極基板（薄肉部１６ｂ）１６並び
に上側電極基板２６は可動電極となり、上記したダイア
フラム１１の変位に伴い、下側電極基板１６（可動電極
１７ａ）とビーム電極２２ｂとの間の静電容量は大きく
なり、上側電極基板２６（可動電極１７ｂ）とビーム電
極２２ｂとの間の静電容量は小さくなる。しかも、各電
極基板はワイヤパッド２０ａ〜２０ｃに接続されること
から、この時のビーム電極上下の静電容量の変化をそれ
ぞれ独立して取り出し、差動式で検出することにより、
測定物理量を検出する。このように差動式にすることか
ら、出力感度を増加できる。The substrates 16, 22, and 26 are formed of silicon, and the insulating films 18, 24 are disposed between the substrates 16, 22, and 26, so that insulation between the substrates is achieved. Therefore, a capacitance corresponding to the distance is generated between the two electrode substrates 16 and 26 facing the beam electrode 22b. Therefore, the lower electrode substrate (thin portion 16b) 16 and the upper electrode substrate 26 become movable electrodes, and the static displacement between the lower electrode substrate 16 (movable electrode 17a) and the beam electrode 22b is caused by the displacement of the diaphragm 11 described above. The capacitance increases, and the capacitance between the upper electrode substrate 26 (the movable electrode 17b) and the beam electrode 22b decreases. Moreover, since each electrode substrate is connected to the wire pads 20a to 20c, the change in the capacitance at the top and bottom of the beam electrode at this time is independently taken out, and detected by a differential method.
Detect the physical quantity to be measured. The differential sensitivity can increase output sensitivity.

【００３５】また、ギャップ１２内部はギャップ外の気
体から隔離されるように閉塞・封止されている。従っ
て、センサ外部の気体が、ダイアフラム１１内に侵入す
ることはありえない。さらに例えば気体の圧力を測定す
る場合を例に挙げると、測定媒体がギャップ１２内に侵
入することもない。そのため、測定媒体が腐食性の気体
であってもギャップ１２内のビーム電極２２ｂや可動電
極１７ａ，１７ｂに悪影響を与えることがなくなる。さ
らに、測定媒体内に混入しているダストやミストがギャ
ップ１２内に混入することもありえない。The inside of the gap 12 is closed and sealed so as to be isolated from the gas outside the gap. Therefore, gas outside the sensor cannot enter the diaphragm 11. Further, for example, when the pressure of gas is measured, the measurement medium does not enter the gap 12. Therefore, even if the measurement medium is a corrosive gas, it does not adversely affect the beam electrode 22b and the movable electrodes 17a and 17b in the gap 12. Further, dust and mist mixed in the measurement medium cannot be mixed in the gap 12.

【００３６】また、ギャップ１２内を真空状態、或いは
減圧状態もしくは不活性ガスを注入するようにしてもよ
い。なお、真空或いは減圧状態とした場合には、定常状
態でダイアフラム１１を構成する薄肉部１６ｂや上側電
極基板２６が、内側（ビーム電極２２ｂ側）に向けて極
端に凹むことがないように、基板１６，２６を構成する
材質として適度な剛性を有するを用いたり、厚みを増し
たり、ギャップの断面の縦横比を適宜に設定するなどし
てダイアフラム部分の強度を増すような構成をとるのが
よい。Further, the inside of the gap 12 may be in a vacuum state, a reduced pressure state, or an inert gas may be injected. When the vacuum or reduced pressure state is set, the thin portion 16b and the upper electrode substrate 26 that constitute the diaphragm 11 in a steady state are not depressed inward (toward the beam electrode 22b). It is preferable that the strength of the diaphragm is increased by using a material having appropriate rigidity, increasing the thickness, or appropriately setting the aspect ratio of the cross section of the gap as a material constituting the members 16 and 26. .

【００３７】このように、ギャップ１２内を真空・減圧
・不活性ガス置換した構成にすると、酸化等することも
無く長期にわたって安定化する。さらに、真空或いは減
圧状態にした場合には、センサ外部の湿度変化等の周囲
の環境の変化があった場合でも、ダイアフラム１１内の
ギャップ１２は環境変化の影響を受けにくく、結露など
も起こらないので良好な特性が得られ信頼性が非常に向
上する。しかも、ギャップ内を真空・減圧にしたとして
も、下側電極基板１６に加わった圧力は、仕切壁１８
ｂ，２４ｂ，連結部２２ａを介して上側電極基板２６に
伝わるので、上側電極基板２６も加わる圧力に応じた量
だけ確実に撓む。As described above, when the inside of the gap 12 is configured to be vacuum, reduced pressure, and replaced with an inert gas, the gap 12 is stabilized for a long time without oxidation. Furthermore, in the case of a vacuum or reduced pressure state, even when there is a change in the surrounding environment such as a change in humidity outside the sensor, the gap 12 in the diaphragm 11 is hardly affected by the change in environment, and dew condensation does not occur. Therefore, good characteristics are obtained and the reliability is greatly improved. In addition, even if the inside of the gap is evacuated or decompressed, the pressure applied to the lower electrode substrate 16 does not
Since the power is transmitted to the upper electrode substrate 26 via the b, 24b and the connecting portion 22a, the upper electrode substrate 26 is also surely bent by an amount corresponding to the applied pressure.

【００３８】さらにまた、従来の静電容量センサはギャ
ップに存在している気体の粘性抵抗のため、ギャップ量
が変化したときにギャップ量が真の安定状態に到達する
までにタイムラグが生じる。そのため周波数応答を向上
することが困難であった。つまり、ダイアフラム１１が
変位するときに固定電極との間に存在している気体を外
部に押し出すのに時間を要していた。Furthermore, in the conventional capacitance sensor, a time lag occurs until the gap amount reaches a true stable state when the gap amount changes due to the viscous resistance of the gas existing in the gap. Therefore, it has been difficult to improve the frequency response. That is, it takes time to push out the gas existing between the diaphragm 11 and the fixed electrode to the outside when the diaphragm 11 is displaced.

【００３９】しかし、本形態では、ダイアフラム１１が
撓んで、電極間距離が変化したとしても、ギャップ１２
内の容量は変化せず、しかも、下側電極基板１６に加わ
った圧力は、上記のように仕切壁１８ｂ，２４ｂ，連結
部２２ａを介して上側電極基板２６に伝わるので、内部
の気体が圧縮されたりすることがなく、内部の気体の粘
性抵抗（ダンピング）の影響を受けず、高周波応答が良
好となる。電極間距離を短くして高感度にすることがで
きる。よって、従来では実現不可能であった小さなチッ
プサイズで、十分な静電容量、感度及び高周波応答性が
得られる。However, in the present embodiment, even if the diaphragm 11 is bent and the distance between the electrodes is changed, the gap 12
The internal capacity does not change, and the pressure applied to the lower electrode substrate 16 is transmitted to the upper electrode substrate 26 via the partition walls 18b, 24b and the connecting portion 22a as described above, so that the internal gas is compressed. It is not affected by the viscous resistance (damping) of the gas inside, and the high-frequency response is improved. High sensitivity can be achieved by shortening the distance between the electrodes. Therefore, sufficient capacitance, sensitivity, and high-frequency response can be obtained with a small chip size, which was impossible in the past.

【００４０】さらに、ギャップ１２内を真空或いは減圧
状態にした場合には、ダンピングの影響がより抑制さ
れ、高周波応答がさらに高まる。すなわち、上記したよ
うにダイアフラム１１内のギャップ１２の容積は変化し
ないものの、ギャップ１２内に空気などの気体を封入し
ている場合には、ダイアフラム１１が撓む際にそれに追
従して内部の空気等も移動することになる。すると、そ
の移動方向と直交する方向にビーム電極２２ｂが存在す
るので、そのビーム電極２２ｂが係る空気等の移動に対
する抵抗となる（なお、ビーム電極２２ｂの抵抗があっ
ても、従来の空気の粘性抵抗によるものに比べると高周
波応答性は十分向上する）。しかし、ギャップ１２内を
真空にすることにより、上記したビーム電極２２ｂが抵
抗になる問題が発生しないので、高周波応答が向上す
る。もちろん真空度の高いものほど係る効果は顕著にな
る。Further, when the gap 12 is evacuated or decompressed, the influence of damping is further suppressed, and the high-frequency response is further enhanced. That is, as described above, although the volume of the gap 12 in the diaphragm 11 does not change, when a gas such as air is sealed in the gap 12, the internal air follows the diaphragm 11 when it is bent. Etc. will also move. Then, since the beam electrode 22b exists in a direction orthogonal to the moving direction, the beam electrode 22b has a resistance to the movement of the air or the like. The high-frequency response is sufficiently improved as compared with that using a resistor.) However, by evacuating the gap 12, the problem that the beam electrode 22b becomes a resistance does not occur, and the high-frequency response is improved. Of course, the higher the degree of vacuum, the more remarkable the effect.

【００４１】また、本形態では、ダイアフラム１１が物
理的に１つとなっているので、例えばダイアフラム１１
の上下、すなわち、下側電極基板１６の薄膜部１６ｂ
と、上側電極基板２６にそれぞれ圧力が加わった（変化
した）場合には、ビーム電極２２ｂの上下両側のギャッ
プが同時に縮小したりすることなく上下の圧力は相殺さ
れ、その差に基づいてダイアフラム１１が変化するの
で、誤った信号を出力することなく正確な測定が可能と
なる。In the present embodiment, since the diaphragm 11 is physically one, for example, the diaphragm 11
, That is, the thin film portion 16 b of the lower electrode substrate 16
When the pressure is applied (changed) to the upper electrode substrate 26, the upper and lower pressures are canceled without simultaneously reducing the gaps on the upper and lower sides of the beam electrode 22b, and the diaphragm 11 is moved based on the difference. Changes, accurate measurement can be performed without outputting an erroneous signal.

【００４２】なお、上記した例では、可動電極１７ａ，
１７ｂをビーム電極２２ｂの両面に対向する位置に設け
ているが、本発明はこれに限ることはなく、いずれか一
方でもよい。In the above example, the movable electrodes 17a,
Although 17b is provided at a position facing both surfaces of the beam electrode 22b, the present invention is not limited to this, and either one may be used.

【００４３】次に、上記した構成のセンサの製造方法に
ついて説明する。製造プロセスは各種のものを適用でき
るが、一例としては、図９〜図１２に示す各手順に従っ
て製造することができる。 （１）まず、図９に示すように、シリコン基板１６の表
面（接合面側）に不純物（リン）をドープし拡散を行
う。これにより、表面から所定の深さまでリンドープ層
が形成され、ダイアフラム１１のエッチングストップ層
となる。 （２）ギャップ量分の厚みの絶縁膜１８としての酸化膜
を成膜するとともに、パターニングによりギャップ領域
の絶縁膜をエッチングして開口部１８ａを形成する。こ
れにより、仕切壁１８ｂが形成される。 （３）ビーム電極となるシリコン基板２２′を接合す
る。この接合するシリコン基板２２′は、シリコン基板
１６と同様の厚さとなり、厚くなっている。ここまでが
図９に示す処理である。 （４）次に、図１０に示す工程に移行し、シリコン基板
２２′，ウェットエッチング等により全体的に薄くし、
所定厚さのビーム電極基板２２を形成（パターン前）す
る。さらに、ビーム電極基板２２における下側の基板の
ワイヤパット部分に対応する領域もエッチングして除去
しておく。この時は、まだビーム電極は形成しない。 （５）上記した（２）の工程と同様に、ビーム電極基板
２２上に所定厚さの絶縁膜２４を成膜するとともに、パ
ターニングして所定領域を除去し開口部（ギャップ）２
４ａを形成する。 （６）開口部２４ａを介してその下側のビーム電極基板
２２が露出する。そこで、ドライエッチング等により開
口部２４ａの長辺側近傍に溝状の貫通孔２２ｃを形成
し、ビーム電極２２ｂを形成する。ここまでが図１０に
示す処理である。 （７）次に、図１１に示すように、絶縁膜２４の上面に
シリコン基板２６′を接合する。この時、真空中で行
う。これにより、ギャップ内は真空になる。 （８）そして、そのシリコン基板２６′の上面をウェッ
トエッチング等により除去し、薄くする。これにより、
薄肉状の上側電極基板２６を形成する。 （９）さらに、上側電極基板２６における下側の基板の
ワイヤパッド部分に対応する領域もエッチングして除去
する。 （１０）各絶縁膜１８，２４のワイヤパッドの形成領域
の一部をウェットエッチングなどにより除去し、コンタ
クトホール２９を形成する。これにより、このコンタク
トホール２９を介して下側の基板（下側電極基板１６ま
たはビーム電極基板２２）が露出する。ここまでが図１
１に示す処理である。 （１１）そして、図１２に示すように、コンタクトホー
ル２９形成位置及び上側電極基板２６の表面所定位置に
アルミを形成し、各基板に導通するワイヤパッド２０を
形成する。 （１２）最後に、下側電極基板１６の下面中央をＥＣＥ
異方性エッチング等により除去して凹部１６ａを形成す
ることにより、薄肉部１６ｂを設け、ダイアフラム１１
を形成して完成する。Next, a method of manufacturing the sensor having the above configuration will be described. Various manufacturing processes can be applied. As an example, the manufacturing process can be performed according to each procedure shown in FIGS. (1) First, as shown in FIG. 9, an impurity (phosphorus) is doped into the surface (joining surface side) of the silicon substrate 16 and diffusion is performed. As a result, a phosphorus-doped layer is formed to a predetermined depth from the surface, and serves as an etching stop layer for the diaphragm 11. (2) An oxide film as the insulating film 18 having a thickness corresponding to the gap amount is formed, and the opening 18a is formed by etching the insulating film in the gap region by patterning. Thereby, the partition wall 18b is formed. (3) The silicon substrate 22 'serving as the beam electrode is joined. The silicon substrate 22 'to be bonded has the same thickness as the silicon substrate 16 and is thick. The process up to this point is the process shown in FIG. (4) Next, proceeding to the step shown in FIG. 10, the silicon substrate 22 'is entirely thinned by wet etching or the like.
A beam electrode substrate 22 having a predetermined thickness is formed (before a pattern). Further, a region corresponding to the wire pad portion of the lower substrate in the beam electrode substrate 22 is also removed by etching. At this time, no beam electrode is formed yet. (5) An insulating film 24 having a predetermined thickness is formed on the beam electrode substrate 22 in the same manner as in the step (2), and a predetermined region is removed by patterning to form an opening (gap) 2.
4a is formed. (6) The lower beam electrode substrate 22 is exposed through the opening 24a. Therefore, a groove-shaped through-hole 22c is formed near the long side of the opening 24a by dry etching or the like, and the beam electrode 22b is formed. The processing so far is the processing shown in FIG. (7) Next, as shown in FIG. 11, a silicon substrate 26 'is bonded to the upper surface of the insulating film 24. At this time, it is performed in a vacuum. Thereby, the inside of the gap is evacuated. (8) Then, the upper surface of the silicon substrate 26 'is removed by wet etching or the like to make it thinner. This allows
A thin upper electrode substrate 26 is formed. (9) Further, the region corresponding to the wire pad portion of the lower substrate in the upper electrode substrate 26 is also removed by etching. (10) The contact holes 29 are formed by removing a part of the wire pad formation region of each of the insulating films 18 and 24 by wet etching or the like. Thereby, the lower substrate (the lower electrode substrate 16 or the beam electrode substrate 22) is exposed through the contact hole 29. Fig. 1 up to here
This is the processing shown in FIG. (11) Then, as shown in FIG. 12, aluminum is formed at the position where the contact hole 29 is to be formed and at a predetermined position on the surface of the upper electrode substrate 26, and the wire pad 20 that is electrically connected to each substrate is formed. (12) Finally, the center of the lower surface of the lower electrode substrate 16 is ECE
The thin portion 16b is provided by forming the concave portion 16a by removing by anisotropic etching or the like.
To complete.

【００４４】なお、上記した実施の形態では、ビーム電
極２２ｂをシリコン基板をエッチングして形成するよう
にしたが、本発明はこれに限ることはなく、例えば導体
薄膜を用いて製造することもできる。一例を示すと、図
１３，図１４に示すようになる。すなわち、まず、上記
した図９の（１），（２）と同様の処理を行い、下側電
極基板１６の上にパターニングした酸化膜（絶縁膜）１
８を成膜する（図１３の（１），（２）参照）。 （１３）次いで、前工程で形成した開口部１８ａの領域
に犠牲層３０となる薄膜を堆積させる。これにより、絶
縁膜１８の表面は面一となり、導体膜を前面に成膜可能
となる。ここまでが図１３に示す処理である。 （１４）次いで、図１４に示すように、絶縁膜１８（犠
牲層３０付き）の全面にビーム電極となる導電薄膜２２
を堆積させる。 （１５）さらにその導電薄膜２２の表面全面に、上側電
極基板とのギャップ量分だけ絶縁膜２４を堆積させると
ともに、パターニングしてギャップ領域を除去する。こ
れにより、除去された開口部２４ａを介して導体薄膜２
２が露出する。係る処理は、図１０に示した処理（５）
と同様である。 （１６）ビーム電極の導電薄膜２２にドライエッチング
等で、開口部２４ａの長辺近傍に溝状の貫通孔を設け、
ビーム電極２２ｂを形成する。係る処理は、図１０に示
した処理（６）と同様である。 （１７）次いで、ウェットエッチング等で犠牲層３０の
エッチングを行い、犠牲層３０を除去することにより、
下側電極基板１６とビーム電極２２ｂの間にギャップを
形成する。これにより、上記した図１０に示した処理
（６）を終えたのと同様の構造（ビーム電極を構成する
材質が異なる）となる。従って、以下具体的な図示並び
に説明を省略するが、上記した図１１〜図１２に示す処
理を順に行うことにより、センサ１０を製造することが
できる。In the above-described embodiment, the beam electrode 22b is formed by etching the silicon substrate. However, the present invention is not limited to this. For example, the beam electrode 22b can be manufactured using a conductive thin film. . An example is shown in FIG. 13 and FIG. That is, first, the same processing as that of (1) and (2) in FIG. 9 described above is performed, and the patterned oxide film (insulating film) 1 is formed on the lower electrode substrate 16.
8 (see (1) and (2) in FIG. 13). (13) Next, a thin film serving as the sacrificial layer 30 is deposited in the region of the opening 18a formed in the previous step. As a result, the surface of the insulating film 18 becomes flush, and a conductive film can be formed on the front surface. The process up to this point is the process shown in FIG. (14) Next, as shown in FIG. 14, a conductive thin film 22 serving as a beam electrode is formed on the entire surface of the insulating film 18 (with the sacrificial layer 30).
Is deposited. (15) Further, the insulating film 24 is deposited on the entire surface of the conductive thin film 22 by the amount of the gap with the upper electrode substrate, and is patterned to remove the gap region. As a result, the conductor thin film 2 is removed through the removed opening 24a.
2 is exposed. This processing is the processing (5) shown in FIG.
Is the same as (16) A groove-like through hole is provided in the vicinity of the long side of the opening 24a by dry etching or the like in the conductive thin film 22 of the beam electrode,
The beam electrode 22b is formed. This process is the same as the process (6) shown in FIG. (17) Next, the sacrifice layer 30 is etched by wet etching or the like, and the sacrifice layer 30 is removed.
A gap is formed between the lower electrode substrate 16 and the beam electrode 22b. As a result, a structure similar to that after the processing (6) shown in FIG. 10 described above is completed (the material constituting the beam electrode is different). Accordingly, although specific illustration and description are omitted below, the sensor 10 can be manufactured by sequentially performing the processes illustrated in FIGS. 11 to 12 described above.

【００４５】また、具体的な図示は省略したが、ビーム
電極以外のダイアフラム（上側電極基板及びまたは下側
電極基板）を導電性薄膜により製造することができる。
このように、静電容量を発生する電極（ビーム電極及
び、ダイアフラムの上下面）を導電性薄膜にすること
で、使用する基板を減少することができ、低コストで製
造することができる。そして、係るプロセスは、表面マ
イクロ技術など既存の技術で容易に実現できる。Although not specifically shown, the diaphragm (upper electrode substrate and / or lower electrode substrate) other than the beam electrode can be manufactured from a conductive thin film.
As described above, the electrodes (the beam electrodes and the upper and lower surfaces of the diaphragm) that generate the capacitance are formed of a conductive thin film, whereby the number of substrates to be used can be reduced, and the manufacturing can be performed at low cost. Such a process can be easily realized by existing technologies such as surface microtechnology.

【００４６】図１５は、本発明に係るセンサの別の実施
の形態を示している。同図に示すように、本形態では、
ギャップ１２間に面するすべての電極に絶縁膜３２で被
覆している。すなわち、上記した各実施の形態では、各
電極間の絶縁は、第１，第２絶縁膜１８，２４により直
接接触して短絡するのを抑止するとともに、対向面間で
は、その間に存在する空気その他の媒体により絶縁を図
っている。従って、ダイアフラム１１が非常に大きく撓
んだ場合には、ビーム電極と、ダイアフラム１１（可動
電極）が接触し、短絡するおそれがある。そこで、絶縁
膜３２で覆うことにより、係る問題を解消する。また、
空気よりも誘電率の高い絶縁膜を用いることにより静電
容量が増加して感度が向上させることができる。FIG. 15 shows another embodiment of the sensor according to the present invention. As shown in FIG.
All the electrodes facing the gap 12 are covered with the insulating film 32. That is, in each of the above-described embodiments, the insulation between the electrodes is prevented from being short-circuited due to the direct contact between the first and second insulating films 18 and 24, and the air existing between the opposing surfaces is present therebetween. Insulation is achieved with other media. Therefore, when the diaphragm 11 is extremely bent, the beam electrode may come into contact with the diaphragm 11 (movable electrode) and short-circuit may occur. Therefore, the problem is solved by covering with the insulating film 32. Also,
By using an insulating film having a higher dielectric constant than air, the capacitance can be increased and the sensitivity can be improved.

【００４７】そして、係る構成のセンサを製造するに
は、例えば基板接合前に絶縁膜を形成しておき、その基
板を真空接合しても良い。In order to manufacture a sensor having such a configuration, for example, an insulating film may be formed before the substrate is joined, and the substrate may be joined by vacuum.

【００４８】また、具体的な図示は省略するが、図１５
のようにすべての電極に絶縁膜を形成するのではなく、
例えば、ビーム電極以外の電極に絶縁膜を形成するよう
にしてもよい。すなわち、接触する一方に絶縁膜があれ
ば、絶縁が図れるからである。Although not specifically shown, FIG.
Instead of forming an insulating film on all the electrodes as in
For example, an insulating film may be formed on an electrode other than the beam electrode. That is, if there is an insulating film on one side of the contact, insulation can be achieved.

【００４９】また、ダイアフラム１１中のギャップ内に
存在する電極（ビーム電極）表面に薄膜などを形成しな
ければ、薄膜による応力を受けずビーム電極の歪が発生
しにくくなり、正確な測定が可能になる。また、ビーム
電極の歪によるチップ間の特性のばらつきが減少する。If a thin film or the like is not formed on the surface of the electrode (beam electrode) existing in the gap in the diaphragm 11, the stress due to the thin film is not received, the beam electrode is less likely to be distorted, and accurate measurement is possible. become. Further, variation in characteristics between chips due to distortion of the beam electrode is reduced.

【００５０】図１６は、本発明に係るセンサの他の実施
の形態を示している。上記した各実施の形態では、ダイ
アフラム１２中に形成される複数のギャップは、それぞ
れ空間的に独立させているが、本実施の形態では、連結
部２２ａ′の両端を切除して接続通路２２ｃを形成し、
隣接するギャップを空間的に接続させている。これによ
り、ダイアフラム１２内の複数のギャップは空間的に接
続される。係る構成にすると、微圧検出に適する。FIG. 16 shows another embodiment of the sensor according to the present invention. In each of the above-described embodiments, the plurality of gaps formed in the diaphragm 12 are spatially independent from each other. However, in this embodiment, both ends of the connecting portion 22a 'are cut off to form the connection passage 22c. Forming
Adjacent gaps are spatially connected. Thereby, the gaps in the diaphragm 12 are spatially connected. Such a configuration is suitable for detecting a small pressure.

【００５１】なお、空間的に接続させる構造としては、
上記のように完全に除去するものに限ることなく、連結
部２２ａの両端に凹溝を形成（連結部２２ａとビーム電
極基板２２とを連結した状態を保つ）し、その凹溝を介
して隣接するギャップを空間的に接続するようにしても
よい。また、空間的に接続できればよいので、図示の様
にビーム電極基板２２の一部を除去するのではなく、絶
縁膜１８，２２の一部を除去することにより導通を図る
ようにしてもよい。但し、ビーム電極（固定電極）と可
動電極の短絡を抑制するためには、図示したようにビー
ム電極基板の一部を除去するのがよい。さらにまた、図
示の例では連結部の両端を除去するようにしたが、片側
でももちろんよい。そして、係るギャップを空間的に接
続する構成は、上記した各種の実施の形態に適用できる
のはもちろんである。As a structure for spatial connection,
A groove is formed at both ends of the connecting portion 22a (a state where the connecting portion 22a and the beam electrode substrate 22 are connected) without being limited to the one completely removed as described above, and an adjacent groove is formed through the groove. Gaps may be spatially connected. Further, since it is only necessary to be able to connect spatially, conduction may be achieved by removing a part of the insulating films 18 and 22 instead of removing a part of the beam electrode substrate 22 as illustrated. However, in order to suppress a short circuit between the beam electrode (fixed electrode) and the movable electrode, it is preferable to remove a part of the beam electrode substrate as illustrated. Furthermore, in the illustrated example, both ends of the connecting portion are removed, but may be of course one side. The configuration for spatially connecting the gaps can be applied to the various embodiments described above.

【００５２】図１７は、本発明に係る圧力センサの具体
的な適用例を示している。すなわち、都市ガスのような
流体の流量を測定する流量計の一つとしてフルイディッ
ク流量計と呼ばれる流量計があり、この流量計の一部に
本発明の圧力センサを組み込むようにしている。FIG. 17 shows a specific application example of the pressure sensor according to the present invention. That is, there is a flow meter called a fluidic flow meter as one of flow meters for measuring the flow rate of a fluid such as city gas, and the pressure sensor of the present invention is incorporated in a part of this flow meter.

【００５３】すなわち、圧力室４１に流路形成壁４５
ａ，４５ｂを設けてセットリングスペース４４、管路縮
小部４６、噴出ノズル４７、管路拡大部４８を形成す
る。流体は流入管４２からセットリングスペース４４に
入って整流され、管路縮小部４６で高流速となって噴出
ノズル４７から管路拡大部４８に噴出される。噴出した
流体は、隔壁５０ａ，５０ｂ、５１、誘振子５２の作用
により帰還流路５３ａと５３ｂとを交互に流れる振動流
体となる。なお、帰還流路５３ａ，５３ｂから外れた流
体は、排出流路５４ａ，５４ｂから下流側の排出管４３
へ流れていく。That is, the flow path forming wall 45 is provided in the pressure chamber 41.
a, 45b are provided to form a settling space 44, a pipeline reduction section 46, a jet nozzle 47, and a pipeline expansion section 48. The fluid enters the settling space 44 from the inflow pipe 42, is rectified, flows at a high flow velocity in the pipeline reduction section 46, and is discharged from the discharge nozzle 47 to the pipeline expansion section 48. The ejected fluid becomes an oscillating fluid that alternately flows through the return flow paths 53a and 53b by the action of the partitions 50a, 50b, 51 and the exciter 52. The fluid that has come off from the return flow paths 53a, 53b is discharged from the discharge flow paths 54a, 54b to the downstream discharge pipe 43.
It flows to.

【００５４】この流体の圧力変化を隔壁５１に設けた導
圧路５５ａ，５５ｂで取り出し、本発明の圧力センサ１
０のダイアフラム１１の上下両面にそれぞれ導くように
している。すると、両圧力の差に応じた出力がセンサ１
０から出力されるので、それをセンサ信号処理部１０ａ
にて電気信号に変換し、流量演算回路６０に与えるよう
にしている。The change in the pressure of the fluid is taken out by the pressure guide paths 55a and 55b provided in the partition wall 51, and the pressure sensor 1 of the present invention is used.
The diaphragm 11 is guided to both upper and lower surfaces of the diaphragm 11. Then, an output corresponding to the difference between the two pressures is output from the sensor 1.
0, the signal is output from the sensor signal processing unit 10a.
Is converted into an electric signal and supplied to the flow rate calculation circuit 60.

【００５５】流量演算回路６０は、波形整形回路６２と
演算回路６３と出力回路６４とから成る。噴出ノズル４
７からの噴流の流動方向変化に起因する圧力変化を圧力
センサ１０で検出する。この時の圧力センサ１０からの
信号は、そのまま上記圧力変化に伴う差圧信号であるの
で、波形整形回路６２は、この差信号を整形して矩形波
にする。そして、演算回路６３はこの矩形波から流量を
算出し、その算出された流量値を出力回路６４が出力端
子６６に出力する。なお、上記と信号に基づく具体的な
演算処理は、従来と同様であるので、その詳細な説明を
省略する。The flow rate calculation circuit 60 includes a waveform shaping circuit 62, a calculation circuit 63, and an output circuit 64. Spout nozzle 4
The pressure sensor 10 detects a pressure change caused by a change in the flow direction of the jet from FIG. Since the signal from the pressure sensor 10 at this time is a differential pressure signal accompanying the pressure change as it is, the waveform shaping circuit 62 shapes this differential signal into a rectangular wave. Then, the arithmetic circuit 63 calculates the flow rate from the rectangular wave, and the output circuit 64 outputs the calculated flow rate value to the output terminal 66. Note that the specific arithmetic processing based on the above and the signal is the same as that of the related art, and a detailed description thereof will be omitted.

【００５６】本形態における圧力センサ１０は都市ガス
に対する耐腐食性が大きいシリコンと酸化膜（絶縁膜）
で作られ、都市ガスに触れる部分は上側，下側電極基板
すなわちシリコンになっているから、都市ガスに対する
耐腐食性が大きく、高信頼性、長寿命となる。The pressure sensor 10 according to the present embodiment has silicon and an oxide film (insulating film) having high corrosion resistance to city gas.
The upper and lower electrode substrates, that is, silicon, are in contact with the city gas, so that they have high corrosion resistance to the city gas, high reliability, and a long life.

【００５７】さらに、フルイデック等の差圧計測による
流量測定に用いた場合、高精度（高周波応答、高分解
能）、高信頼性の流量計になる。すなわち、例えばフル
イディック式など差圧計測により流量を検出する場合、
流量がない時にダイアフラム１１の上下の双方に加わる
圧力が同時に変化することがある。その時、本センサ１
０により検出していれば、ダイアフラム１１の上下同時
に圧力が変化しても、ダイアフラム１１は１枚であるた
め上下の圧力は相殺され、誤った信号を出力することな
く正確な測定が可能となる。Further, when used for flow rate measurement by differential pressure measurement such as fluidic or the like, the flow meter has high accuracy (high frequency response, high resolution) and high reliability. That is, for example, when detecting the flow rate by differential pressure measurement such as a fluidic type,
When there is no flow rate, the pressure applied to both the upper and lower portions of the diaphragm 11 may change simultaneously. At this time, this sensor 1
If 0 is detected, even if the pressure of the diaphragm 11 changes simultaneously at the top and bottom, the pressure at the top and bottom is canceled out because only one diaphragm 11 is used, and accurate measurement can be performed without outputting an erroneous signal. .

【００５８】なお、上記した流量演算回路は、センサ信
号処理部１０ａの出力をそのまま波形成形回路６２に送
るようにしたが、これは、センサ信号処理部１０ａから
ダイアフラム１１の上下に加わる圧力差に応じて正負の
出力をするようにしたためである。従って、例えばセン
サ信号処理部１０ａからの信号が、圧力が均衡している
（差圧０）時にある一定の電圧が出力され、圧力差に応
じてその一定の電圧を基準に変化するような場合であっ
て、演算処理をする際に正負に振れるのが必要な場合に
は、係る演算回路６３にてオフセットをとるようにした
り、或いは、流量演算回路６０の入力側に比較回路を設
け、センサ信号処理部１０ａの出力をその比較回路に入
力するとともに、上記一定の電圧を比較回路の基準電圧
とするように構成するなど各種の対応がとれる。The above-mentioned flow rate calculation circuit sends the output of the sensor signal processing unit 10a to the waveform shaping circuit 62 as it is. This is because of the pressure difference applied from the sensor signal processing unit 10a to the top and bottom of the diaphragm 11. This is because positive and negative outputs are made accordingly. Therefore, for example, when the signal from the sensor signal processing unit 10a outputs a certain voltage when the pressure is balanced (differential pressure 0), and changes based on the certain voltage according to the pressure difference If it is necessary to perform a positive or negative swing when performing the arithmetic processing, an offset may be taken in the arithmetic circuit 63, or a comparison circuit may be provided on the input side of the flow rate arithmetic circuit 60 to provide a sensor. Various countermeasures can be taken, such as inputting the output of the signal processing unit 10a to the comparison circuit and using the constant voltage as the reference voltage of the comparison circuit.

【００５９】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
度等により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 this case, in order to make the diaphragm easily deformed by acceleration or the like, it is preferable to provide a weight protruding outward at the center of the diaphragm, for example.

【００６０】[0060]

【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
センサでは、ダイヤフラムの内部にギャップを設けると
ともに、そのギャップ内に固定電極を設けたため、ゴミ
等の浸入や電極の腐食などというおそれがなく長期的に
所望の効果を発揮することができ寿命が長く信頼性の高
い静電容量型センサを構成できる。As described above, in the capacitance type sensor according to the present invention, the gap is provided inside the diaphragm and the fixed electrode is provided in the gap. A desired effect can be exerted for a long period without fear, and a long-life and highly reliable capacitance type sensor can be constituted.

【００６１】また、可動電極をギャップ内の固定電極の
両面に対向する両面に設けるとともに、差動式で検出可
能とした場合には（請求項２）、出力・感度の向上と外
乱の影響をカットできるので、さらに高感度・高精度な
測定が可能となる。When the movable electrode is provided on both sides of the fixed electrode in the gap and opposite to each other and can be detected differentially (claim 2), the output and sensitivity can be improved and the influence of disturbance can be reduced. Since it can be cut, higher sensitivity and higher precision measurement is possible.

【００６２】そして、ギャップ内を真空或いは減圧状態
にする（請求項３）と、応答速度をさらに向上すること
ができる。When the inside of the gap is evacuated or reduced (claim 3), the response speed can be further improved.

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

【図１】本発明に係る静電容量型センサの好適な一実施
の形態を示す一部破断斜視図である。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a preferred embodiment of a capacitance type sensor according to the present invention.

【図２】その分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view thereof.

【図３】一部の部材を接合した状態を示す分解斜視図で
ある。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a state where some members are joined.

【図４】上面から見た透視図である。FIG. 4 is a perspective view seen from above.

【図５】外観斜視図である。FIG. 5 is an external perspective view.

【図６】図４におけるＡ−Ａ′断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. 4;

【図７】図４におけるＢ−Ｂ′断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along the line BB 'in FIG.

【図８】図４におけるＣ−Ｃ′断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 4;

【図９】製造プロセスの一例を示す工程図の一部であ
る。FIG. 9 is a part of a process diagram illustrating an example of a manufacturing process.

【図１０】製造プロセスの一例を示す工程図の一部であ
る。FIG. 10 is a part of a process diagram illustrating an example of a manufacturing process.

【図１１】製造プロセスの一例を示す工程図の一部であ
る。FIG. 11 is a part of a process diagram illustrating an example of a manufacturing process.

【図１２】製造プロセスの一例を示す工程図の一部であ
る。FIG. 12 is a part of a process diagram illustrating an example of a manufacturing process.

【図１３】製造プロセスの一例を示す工程図の一部であ
る。FIG. 13 is a part of a process diagram illustrating an example of a manufacturing process.

【図１４】製造プロセスの一例を示す工程図の一部であ
る。FIG. 14 is a part of a process diagram illustrating an example of a manufacturing process.

【図１５】変形例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a modification.

【図１６】変形例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a modification.

【図１７】本発明を適用した例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ センサ １１ ダイアフラム １２ ギャップ １６ 下側電極基板 １７ａ，１７ｂ 可動電極 ２２ｂ ビーム電極（固定電極） ２６ 上側電極基板 Reference Signs List 10 sensor 11 diaphragm 12 gap 16 lower electrode substrate 17a, 17b movable electrode 22b beam electrode (fixed electrode) 26 upper electrode substrate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 物理量を受けて撓むダイアフラムの内部
に中空なギャップを形成し、 前記ギャップ内に前記ダイアフラムの変位方向に空間を
おいて固定電極を設けるとともに、その固定電極は前記
ダイアフラムが撓んでも変形せず、対向するダイアフラ
ムの面との距離が変化するように設置し、 前記固定電極と対向する前記ダイアフラムの内面所定位
置に可動電極を設け、前記可動電極と前記固定電極間に
発生する静電容量に応じた信号を出力する手段を備えた
静電容量型センサ。A hollow gap is formed inside a diaphragm that bends in response to a physical quantity, and a fixed electrode is provided in the gap with a space in a direction of displacement of the diaphragm, and the fixed electrode is bent by the diaphragm. The movable electrode is provided at a predetermined position on the inner surface of the diaphragm facing the fixed electrode, and is generated between the movable electrode and the fixed electrode. A capacitance type sensor comprising a means for outputting a signal corresponding to the capacitance to be generated. 【請求項２】 物理量を受けて変形可能な２枚の板と、 その２枚の板の所定位置を連結する連結部と、 その連結部が存在しない前記両板間の非連結部に形成さ
れるギャップと、 そのギャップ内に前記両板から距離をおいて設けられた
固定電極と、 前記両板の前記固定電極に対向する部分に形成された可
動電極と、 前記可動電極と前記固定電極間に発生する静電容量に応
じた信号を出力する手段を備え、 前記両板のうち、前記ギャップに面する部位が前記物理
量を受けて変形して前記固定電極と前記可動電極間の距
離が変化する静電容量型センサ。2. A plate which is formed on two plates which can be deformed by receiving a physical quantity, a connecting portion for connecting predetermined positions of the two plates, and a non-connecting portion between the two plates where the connecting portion does not exist. A fixed electrode provided at a distance from the two plates in the gap; a movable electrode formed in a portion of the two plates facing the fixed electrode; and a gap between the movable electrode and the fixed electrode. Means for outputting a signal corresponding to the capacitance generated in the two plates, a portion facing the gap is deformed by receiving the physical quantity, and the distance between the fixed electrode and the movable electrode is changed. Capacitive sensor. 【請求項３】 前記可動電極は、前記固定電極の両面に
それぞれ対向する位置に設け、 前記固定電極の両面に対向して形成される両可動電極
は、相互に絶縁される構造をとり、 前記固定電極と、その両面に対向する両可動電極間にそ
れぞれ発生する静電容量に基づいて差動式の検出を行え
るようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載
の静電容量型センサ。3. The movable electrode is provided at a position opposed to both surfaces of the fixed electrode, and both movable electrodes formed opposed to both surfaces of the fixed electrode have a structure insulated from each other. 3. The electrostatic capacitance type according to claim 1, wherein differential detection can be performed based on capacitance generated between the fixed electrode and both movable electrodes opposed to both surfaces thereof. Sensor. 【請求項４】 前記ギャップ内は閉塞されるとともに、
真空或いは減圧状態にされていることを特徴とする請求
項１〜３のいずれか１項に記載の静電容量型センサ。4. The inside of the gap is closed,
The capacitance type sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the capacitance type sensor is set in a vacuum or reduced pressure state.