專利名稱：壓力傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓力傳感器，更具體地說涉及檢測精細(xì)圖形的傳感器。
背景技術(shù)：
指紋傳感器已經(jīng)常規(guī)地用作個(gè)人識(shí)別裝置，指紋傳感器的要求是以簡單且良好的精度檢測指紋圖譜。已經(jīng)研究并開發(fā)出了這種類型的不同型號(hào)的指紋傳感器，包括光學(xué)地檢測指紋的類型、電檢測指紋的類型等。例如JP-A 09-126918(1997)和JP-A 10-300610(1998)描述，具有電極的微傳感器部分呈矩陣設(shè)置，其中來自手指的壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)由此檢測指紋。每個(gè)微傳感器部分都被構(gòu)造成使兩個(gè)電極彼此相對地設(shè)置，并且在它們之間存在空腔。
附圖16所示為在制造過程中的微傳感器部分的截面視圖。蝕刻阻擋層102層疊在硅基片101上，由Au或Ti制成的第一金屬層103以預(yù)定的圖形形成在其上。第一金屬層103用作可變電容器的第一電極或微接觸器的第一端。由多晶硅或Al制成的分隔層104形成在第一金屬層103上并覆蓋它，由Au或Ti制成的第二金屬層105形成在分隔膜104上。由氮化硅形成的絕緣膜106覆蓋在整個(gè)硅基片101的表面上。達(dá)到分隔層104的開口107通過第二金屬層105和絕緣膜106形成在微傳感器部分的表面上以在開口107中將分隔層104暴露到外部。注意，這個(gè)狀態(tài)如附圖16所示。此后，對硅基片101進(jìn)行濕蝕刻，其中溶液腐蝕由多晶硅或Al制成的分隔膜104以清除分隔膜104并形成空腔。在蝕刻之后，開口107以氮化硅等封閉以使空腔氣密封。在來自手指的壓力施加到微傳感器上時(shí)，絕緣膜106和第二金屬層105根據(jù)壓力彎曲到第一金屬層103側(cè)，在這種情況下相應(yīng)地輸出電信號(hào)，由此檢測指紋的圖形。
起微傳感器的上部電極作用的第二金屬層105要求具有根據(jù)手指的壓力將它本身彎曲到第一金屬層103側(cè)的撓性和在不再施加壓力時(shí)將其變形狀態(tài)恢復(fù)到原始狀態(tài)的恢復(fù)力。盡管這種要求，在絕緣膜106覆蓋第二金屬層105的情況下(這種情況是常規(guī)采用的情況)，在第二金屬層105和絕緣膜106之間的撓性和彈性方面的差異較大，這是因?yàn)榕c金屬相比絕緣膜106更硬，導(dǎo)致了在使用的過程中第二金屬層105等破裂的可能性更高。特別是由于具有較大厚度的絕緣膜和多種絕緣膜形成在第二金屬層105上以確保絕緣特性時(shí)，在絕緣膜106和第二金屬層105之間產(chǎn)生的撓性方面存在較大的差異。
隨著微傳感器的使用次數(shù)的增加，第二金屬層105容易斷裂，由此減小了精度和耐用性，這是因?yàn)榫哂袚闲缘牡诙饘賹?05在強(qiáng)度上較低。因?yàn)槌Ｒ?guī)的第二金屬層105在整體上形成為平面，因此通過選擇材料或它的厚度設(shè)定撓性和恢復(fù)力。然而，如果減小膜厚以獲得撓性，則減弱了恢復(fù)力，而如果增加膜厚以增強(qiáng)撓性，則犧牲了撓性；因此，在常規(guī)的技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)具有足夠的撓性和足夠的恢復(fù)力的第二金屬層105。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題做出了本發(fā)明，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有更少的失效和適當(dāng)?shù)撵`敏度的傳感器部分的壓力傳感器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，該壓力傳感器包括呈矩陣設(shè)置的多個(gè)傳感器部分，其中每個(gè)傳感器部分包括在傳感器部分中設(shè)置的第一電極；覆蓋第一電極的第一絕緣膜；形成在第一絕緣膜中并暴露第一電極的一部分的傳感器孔；至少位于所暴露的第一電極上的空腔；以及第二電極，該第二電極與第一電極相對地設(shè)置并且在它們之間插入該空腔，并且該第二電極還能夠彎曲到第一電極側(cè)。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中第一電極包括基本位于傳感器部分的中央的中央電極部分；和位于傳感器部分中并形成為包圍中央電極部分的環(huán)形部分。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中除了在第一絕緣膜上的傳感器孔之外，第一絕緣膜具有在第一電極上的至少一個(gè)凹口。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中第一絕緣膜的端部邊緣位于第一電極的周邊上。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中在傳感器孔的周邊上存在的第一絕緣膜的厚度在大約2000至大約5000埃的范圍內(nèi)。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中傳感器孔呈圓形并且它的直徑在大約5至大約40微米的范圍內(nèi)。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中從位于空腔下的第一電極的表面上升的第一絕緣膜的端部邊緣向第一電極傾斜。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中排放孔設(shè)置在第二電極中以便對應(yīng)于第一電極的周邊部分。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中第二絕緣膜層疊在第二電極上，并且在傳感器部分的中央附近上的第二絕緣膜被清除以形成開口。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中在傳感器部分中的第二絕緣膜的被清除的部分呈圓形并且其直徑為大約24至大約28微米的范圍，本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中外涂膜形成在開口中的第二電極上。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中外涂膜由與第二絕緣膜的材料不同的材料形成。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中第二絕緣膜以無機(jī)絕緣膜形成，而外涂膜以有機(jī)絕緣膜形成。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的壓力傳感器，其中在傳感器部分中的中央部分上的外涂膜的表面是平面。
本發(fā)明也涉及一種制造包括呈矩陣設(shè)置的多個(gè)傳感器部分的壓力傳感器的方法，該方法包括如下的步驟在傳感器部分中形成第一電極；在第一電極上形成中間層；在中間層上形成第二電極；在第二電極上形成外涂層；在外涂層上形成絕緣膜；清除中間層以形成空腔；以及清除在傳感器部分的中央部分中存在的絕緣膜以形成開口。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的制造壓力傳感器的方法，包括如下的步驟至少在第二電極的中央部分上形成外涂膜；在外涂膜上形成第二絕緣膜；以及清除在第二電極的中央部分中存在的第二絕緣膜以形成開口。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的制造壓力傳感器的方法，包括如下的步驟在第二絕緣膜和第二電極中形成排放孔以疊加第一電極；通過排放孔清除中間層；以及在清除了中間層之后封閉排放孔。
本發(fā)明也涉及具有上述構(gòu)造的制造壓力傳感器的方法，包括如下的步驟在大約250至大約300℃的范圍的溫度下對外涂膜進(jìn)行后烘焙。


附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的壓力傳感器的總體示意圖。
附圖2所示為傳感器部分和壓力傳感器的排氣孔部分的平面視圖。
附圖3所示為傳感器部分的剖面示意圖。
附圖4所示為排氣孔部分的剖面示意圖。
附圖5所示為包括傳感器部分和排氣孔部分的剖面示意圖。
附圖6(a)至6(h)所示為描述傳感器部分的制造過程的步驟的剖面圖。
附圖7(a)至7(f)所示為描述傳感器部分的制造過程的步驟的平面圖。
附圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的第一電極的平面視圖。
附圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的第一電極的平面視圖。
附圖10所示為根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的傳感器部分的剖面示意圖。
附圖11所示為根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的傳感器部分的平面視圖。
附圖12所示為傳感器部分的剖面示意圖。
附圖13所示為根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的傳感器部分的平面視圖。
附圖14所示為傳感器部分的剖面示意圖。
附圖15(a)和15(b)所示為描述傳感器部分的主要部件的剖面示意圖。
附圖16所示為常規(guī)壓力傳感器在其制造過程的步驟中的狀態(tài)的剖面視圖。
具體實(shí)施例方式
下文參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。注意，雖然在實(shí)施例中描述了以設(shè)置的多個(gè)傳感器部分檢測精細(xì)圖形的壓力傳感器，但是本發(fā)明并不特別限于用于檢測精細(xì)圖形的壓力傳感器。本發(fā)明例如也可以應(yīng)用于以一個(gè)傳感器部分檢測壓力的壓力傳感器或者使用在結(jié)構(gòu)上每個(gè)都具有稍微更大些的尺寸的多個(gè)傳感器部分來檢測推壓的存在/不存在的觸板。雖然在這些實(shí)施例中，描述通過在一對傳感器部分的電極之間的接觸的存在/不存在來識(shí)別檢測狀態(tài)的構(gòu)造，但是本發(fā)明對于輸出與一對電極之間的間隔相對應(yīng)的檢測信號(hào)的靜電方案也是有效的。
首先，參考附圖描述第一實(shí)施。附圖1所示為本發(fā)明的傳感器部分的總體示意圖。數(shù)字符號(hào)1表示透明玻璃基片，在行方向上延伸的多個(gè)第一導(dǎo)線2和在列方向上延伸的多個(gè)第二導(dǎo)線3之間的交點(diǎn)以矩陣的形式設(shè)置在玻璃基片1上。在本實(shí)施例中，雖然玻璃基片1用作基片，但是塑料膜等也可以替代它而不特別限制于玻璃基片。數(shù)字符號(hào)4表示每個(gè)設(shè)置在第一導(dǎo)線2和第二導(dǎo)線3的交點(diǎn)附近的傳感器部分，以及數(shù)字符號(hào)5表示提供在相應(yīng)的第二導(dǎo)線3上的排氣孔部分。其中以矩陣形式設(shè)置多個(gè)傳感器部分4的區(qū)域?qū)?yīng)于檢測精細(xì)圖形的壓力檢測區(qū)，排氣孔部分5提供在壓力檢測區(qū)之外。注意，提供了檢測在其中裝配了傳感器部分4的壓力傳感器裝置中的圖形的區(qū)域，術(shù)語“壓力檢測區(qū)”在此并不意味著檢測在壓力傳感器裝置中的圖形的區(qū)域，而是其中存在傳感器部分4的區(qū)域。排氣孔部分5位于沿設(shè)置傳感器部分4的列方向上相應(yīng)的延長部分上，其中兩個(gè)排氣孔部分設(shè)置在沿列方向的線上設(shè)置的每個(gè)傳感器部分組的兩端上。注意，一個(gè)排氣孔部分5可以設(shè)置在一個(gè)線上的每個(gè)傳感器組的一端附近。數(shù)字符號(hào)6表示將掃描信號(hào)輸送給第一導(dǎo)線2的掃描電路，以及數(shù)字符號(hào)7表示檢測在第二導(dǎo)線3中流動(dòng)的信號(hào)的感測電路。
在傳感器部分4中，在下文要描述的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、連接到第一導(dǎo)線2的第一電極和連接到第二導(dǎo)線3的第二電極彼此相對地設(shè)置，并且在它們之間插入空腔。在施加預(yù)定值或更大的壓力時(shí)第二電極彎曲到第一電極側(cè)以便使來自試樣的壓力匹配以最終與第一電極相接觸。在試樣推到壓力檢測區(qū)時(shí)，兩個(gè)電極在對應(yīng)于試樣的凸伸部的傳感器部分4中彼此接觸，同時(shí)兩個(gè)電極在對應(yīng)于試樣的凹陷部的傳感器部分4中彼此間隔。如果在這種情況下，將掃描信號(hào)從掃描電路6輸送給第一導(dǎo)線2中的一個(gè)，則信號(hào)通過在其中兩個(gè)電極相接觸的傳感器部分4中的兩個(gè)電極流入第二導(dǎo)線3，同時(shí)沒有信號(hào)流入到其中兩個(gè)電極沒有接觸的傳感器部分4中的第二導(dǎo)線3。然后，如果在感測電路7中檢測到流經(jīng)第二導(dǎo)線3的信號(hào)的存在/不存在，則可以檢測在每個(gè)傳感器部分4上施加的壓力。掃描信號(hào)從掃描電路6順序地施加第一導(dǎo)線2，由此一次掃描具有該信號(hào)的所有的壓力檢測區(qū)并檢測圖形。
附圖2所示為壓力傳感器的排氣孔部分5和傳感器部分4的平面視圖，附圖3所示為沿附圖2的線A-A的傳感器部分4的剖面視圖，附圖4所示為沿附圖2的線B-B的排氣孔部分5的剖面視圖，以及附圖5所示為沿附圖2的C-C線的剖面視圖。
首先，描述傳感器部分4的結(jié)構(gòu)。由SiNx制成的底層絕緣膜11層疊在玻璃基片1的整個(gè)表面上。多根第一導(dǎo)線2彼此平行地設(shè)置在底層絕緣膜11上，并且第一電極8形成在傳感器部分4上。第一導(dǎo)線2和第一電極8兩者都通過對層疊在底層絕緣膜11上的金屬層構(gòu)圖形成。作為金屬層使用的例如是由Al和Mo制成的層狀結(jié)構(gòu)。第一電極8包括位于中央部分并對應(yīng)于傳感器部分4的中央電極部分的圓形部分8a；設(shè)置在傳感器部分4的周邊部分中的環(huán)形部分8b；和由此連接圓形部分8a和環(huán)形部分8b的連接部分8c。在本實(shí)施例中，提供一個(gè)環(huán)形部分8b并且環(huán)形部分8b是具有傳感器部分4的中心的環(huán)形的形狀。
數(shù)字符號(hào)12表示電連接第一導(dǎo)線2和第一電極8的長且窄的接觸層，它是由非晶硅層、多晶層或金屬層制成。接觸層12由具有比制成第一導(dǎo)線2和第一電極8的金屬的電阻率更高的電阻率的材料制成。在此如果定義接觸層的電阻值是R，輸送給第一導(dǎo)線2的掃描信號(hào)的電壓是E，以及流經(jīng)第二導(dǎo)線3的電流是I，則建立了關(guān)系E＝IR。因此，通過一個(gè)傳感器部分4流入第二導(dǎo)線3的信號(hào)具有電流值I。然而，流入第二導(dǎo)線3的信號(hào)進(jìn)一步在傳感器部分4中、在還沒有掃描的第一導(dǎo)線2中、在另一列上的傳感器部分4中和在另一列上的第二導(dǎo)線3中流動(dòng)，掃描信號(hào)最終通過從最初施加掃描信號(hào)的第一導(dǎo)線2起開始起算的三個(gè)接觸層12。如果在另一列的第二導(dǎo)線3中流動(dòng)的電流定義為I′，則建立關(guān)系E＝3RI′，由此得到關(guān)系I′＝I/3。因此，通過測量在第二導(dǎo)線3中的電流值，確定電流是否流經(jīng)其它的傳感器部分4，由此能夠提高傳感器本身的精度。
接觸層12優(yōu)選是厚度均勻的并且在其上以光學(xué)裝置形成圖形的膜，在這種情況下，接觸層12由與導(dǎo)電雜質(zhì)混合的非晶硅或多晶硅制成，它也可以以開關(guān)元件或整流元件(二極管等)替換。
接觸層12的電阻基于在感測電路7中可檢測的最小電流值確定。在利用較高電阻的接觸層12的情況下，需要減小布線電阻。由于電阻值與距離成比例，因此距掃描電路6的距離越大，直到掃描電路6的電阻越高。因此，從掃描電路6到位于遠(yuǎn)離掃描電路6的位置上的傳感器部分4的導(dǎo)線電阻與接觸層12的電阻處于相同的等級，在感測電路7中的檢測結(jié)果沒有一個(gè)給出其結(jié)果是正確值的正確信息。因此，第一導(dǎo)線2優(yōu)選包含電阻率較低的Al等。
數(shù)字符號(hào)13表示由SiNx、SiO2等制成的并覆蓋底層絕緣膜11和第一導(dǎo)線2的第一絕緣膜。第一絕緣膜13也存在于傳感器部分4中，并且圓形的傳感器孔14形成在傳感器部分4的中心的附近以暴露第一電極8的圓形部分8a的中央部分。傳感器孔14的尺寸和厚度(在傳感器孔14的周邊處的第一絕緣膜13的厚度)影響傳感器的靈敏度。
由于第一絕緣膜13覆蓋第一電極8的圓形部分8a的周邊，因此第二電極9在較大的面積上并不緊密接觸第一電極8，在第二電極9接觸第一電極8之后，第二電極9開始從第一絕緣膜13的附近的點(diǎn)上與第二電極9分離。第一絕緣膜13越厚，第二電極9越容易恢復(fù)原始狀態(tài)，即使第二電極9的彈性越弱，第二電極9與第一電極8接觸的可能性越低。
在傳感器孔14更大的情況下，第一電極8的暴露部分增加，這導(dǎo)致了第一電極8與第二電極9相接觸的可能性更大。因此，可以實(shí)現(xiàn)施加在傳感器部分4上的較低的壓力的檢測，而通過增加檢測低壓力的靈敏度容易發(fā)生過檢測。與其相反，在傳感器孔14更小的情況下，第一電極8的暴露的部分減少，這導(dǎo)致了使第一電極8接觸第二電極9的可能性降低；因此通過降低接觸的可能性，傳感器對壓力更加不敏感。
因此，第一絕緣膜13的厚度和傳感器孔14的尺寸適當(dāng)?shù)卦O(shè)置以便與壓力傳感器的所要求的靈敏度匹配。為了獲得以良好的精度檢測圖形的壓力傳感器，將第一絕緣膜13的厚度設(shè)置在大約500埃至大約10000埃的范圍內(nèi)和將傳感器孔14的直徑設(shè)置在大約5微米至大約40微米的范圍內(nèi)是必須的。更為可取的是，第一絕緣膜13的厚度在大約2000埃至大約5000埃的范圍內(nèi)。注意，傳感器孔14可以是多邊形，其中傳感器孔14可以是邊長在大約5微米至大約40微米的范圍內(nèi)的方形形狀。
從第一絕緣膜13中暴露的第一電極8與第二電極9相對設(shè)置，并且在它們之間插入空腔10?？涨?0(其形成方法將在下文中描述)在傳感器部分4的水平方向上延伸到第一電極8的環(huán)形部分8b。排放孔15提供在傳感器部分4的四個(gè)角落上，并且空腔10延伸到排放孔15。
第二電極9以金屬層形成，例如使用Mo作為金屬層。在傳感器部分4中，第二電極9構(gòu)造成尺寸為50微米×50微米的方形，排放孔15開在四個(gè)角落上。在設(shè)置于列方向上的傳感器部分4中，形成有在彼此相鄰的傳感器部分4的第二電極9之間電連接的連接部分30，第二電極9和連接部分30其次起到第二導(dǎo)線3的作用。連接部分30在寬度上形成得比第二電極9更窄，并且在正交方向上經(jīng)由第一絕緣膜13與第一導(dǎo)線2重疊。下文描述通過構(gòu)造相同的金屬層形成的第二電極9和連接部分30的制造過程。
由于第二電極9也起第二導(dǎo)線3的作用，因此不需要提供用于第二導(dǎo)線的專用線。因此，可以增加在壓力檢測區(qū)中由傳感器部分4占用的面積，并且更加有效地使用壓力檢測區(qū)的空間。
第二電極9具有基本均勻的膜厚帶有凹陷和凸伸組合的輪廓，這是因?yàn)橄挛拿枋龅闹虚g層25的表面具有與第一電極8的形狀一致的凹陷和凸伸組合的輪廓。即，宏觀上，位于與圓形部分8a和環(huán)形部分8b相對的部分凸伸，而其它部分凹陷。這樣，由于第二電極9整個(gè)具有凹陷和凸伸組合的輪廓，因此第二電極9被加強(qiáng)，由此增加了它的恢復(fù)力。即使較強(qiáng)的壓力作用在第二電極9上，由于應(yīng)力分布在第二電極9的整個(gè)上而提高了它的強(qiáng)度，由此減小第二電極9斷裂的可能性，改善了耐用性。
數(shù)字符號(hào)16表示第二絕緣膜，數(shù)字符號(hào)17表示保護(hù)膜，這些膜都層疊在第一絕緣膜13和第一導(dǎo)線2上。在本實(shí)施例中，這兩層膜都由SiNx制成，注意膜16和17的材料并不特別限于SiNx，也可以是SiO2或者有機(jī)絕緣材料比如聚酰亞胺、聚丙烯酸脂等。雖然下面要描述細(xì)節(jié)，但是第二絕緣膜16和保護(hù)膜17都分別在不同的步驟形成。排放孔15形成在第二絕緣膜16中，在形成排放孔15之后保護(hù)膜17形成在第二絕緣膜16上；因此排放孔15以保護(hù)膜17封閉。封閉排放孔15的保護(hù)膜17和層疊在第二絕緣膜16上的保護(hù)膜17同時(shí)形成，但兩者不是連續(xù)而是分離的。封閉排放孔15的保護(hù)膜17對應(yīng)于封閉的部分。注意如果保護(hù)膜17的厚度增加以超過排放孔15的深度，則在排放孔15中的保護(hù)膜17和在第二絕緣膜16上的保護(hù)膜17變?yōu)檫B續(xù)的。
在傳感器部分4中，在第二電極9上的第二絕緣膜16和保護(hù)膜17都被清除以形成以這兩種膜包圍的空圓形，由此暴露出了第二電極9。由于第二電極9在暴露的部分和作為支撐點(diǎn)的周圍的第二絕緣膜16之間的邊界上彎曲，因此第二電極9的撓性根據(jù)清除了第二絕緣膜16的區(qū)域的數(shù)量改變。如果在較大的面積上清除第二絕緣膜16，則第二電極9更容易彎曲，并且在使試樣的凸伸部與第二電極9接觸時(shí)，第二電極9彎曲以接觸第一電極8；因此，傳感器部分4對壓力更加敏感。與此相反，如果在更小的面積上清除在第二電極9上的第二絕緣膜16和保護(hù)膜17，則相應(yīng)地第二電極9更加難以彎曲；因此，傳感器部分4對壓力更加不敏感。第二電極9容易彎曲將影響傳感器部分4的靈敏度，傳感器部分4對壓力越敏感，由于壓力的過檢測的緣故，檢測試樣的圖形更加不確定，同時(shí)在另一方面，傳感器部分4對壓力更加不敏感，出現(xiàn)了其中不能檢測它的精細(xì)圖形和以更低的清晰度檢測試樣的圖形的試樣部分。因此，過大的靈敏度和過小的靈敏度都可能造成錯(cuò)誤檢測，需要作這樣的設(shè)計(jì)，其中適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在第二電極9的彎曲中的容易性。如果在第二絕緣膜16的清除區(qū)和膜的其余部分之間的邊界被設(shè)置成位于在第一電極8的最外側(cè)上的環(huán)形部分8b的里面，則第二電極9的恢復(fù)力和撓性會(huì)落在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
在第二電極9上以薄膜形式存在的第二絕緣膜16和保護(hù)膜17具有加固和保護(hù)的作用，在加固和保護(hù)的程度上減小了第二電極9的斷裂。雖然在本實(shí)施例中第二絕緣膜16和保護(hù)膜17被在部分面積上清除到它的全部深度，但是第二絕緣膜16和保護(hù)膜17也可以在部分面積上清除到部分深度以使中央部分比其余部分薄。在后一種情況下，更可取的是，更薄的部分為圓形，傳感器部分4的中心作為它的中心。注意，雖然在本實(shí)施例中，第二絕緣膜16以圓形被清除，但是也可以以四邊形清除該膜。
在其中將第二絕緣膜16清除到全部深度或在厚度上部分深度的第二電極9上的第二絕緣膜16區(qū)域在圓形的情況下的直徑優(yōu)選在大約5微米至大約40微米的范圍內(nèi)。更為優(yōu)選的是在圓形的情況下該區(qū)域的直徑在大約24微米至大約28微米的范圍內(nèi)。注意在四邊行的情況下，該面積優(yōu)選具有長度為大約5微米至大約40微米的范圍的側(cè)邊的方形形狀。
然后，描述排氣孔部分5。數(shù)字符號(hào)20表示設(shè)置在排氣孔部分5的中心的附近并形成在底層絕緣膜11上的模擬電極。模擬電極20是環(huán)形形狀的金屬層，在它的中心具有開口并在與第一導(dǎo)線2和第一電極8相同的步驟中形成。因此，例如，Mo和Al制成的層結(jié)構(gòu)的金屬層層疊在底層絕緣膜11的所有的表面上，并且金屬層被構(gòu)造成同時(shí)形成模擬電極20、第一導(dǎo)線2和第一電極8。模擬電極20沒有電連接到第一導(dǎo)線2，因此隔離地形成。第一絕緣膜13層疊以覆蓋底層絕緣膜11和模擬電極20，并在排氣孔部分5的中心的附近被清除以暴露底層絕緣膜11和模擬電極20的一部分。
數(shù)字符號(hào)21表示位于排氣孔部分5中的輔助電極，輔助電極21是Mo等制成的類似于傳感器部分4的第二電極9的金屬層，并且形成在具有50微米×50微米的尺寸的方形中，排放孔15形成在它的四角落上的金屬層中。排氣孔部分5的輔助電極21在形狀上類似于傳感器部分4的第二電極9，但沒有檢測圖形的功能而作為第二導(dǎo)線3的一部分存在。第二空腔22提供在輔助電極21和第一絕緣膜13之間并與傳感器部分4的空腔10連通以在其間形成兩個(gè)可通風(fēng)的空腔10和22。第二絕緣膜16層疊在輔助電極21上，排放孔15以類似于輔助電極21的方式提供在其中。
通過輔助電極21和第二絕緣膜16的排氣孔23形成在排氣孔部分5的中心。在對應(yīng)于排氣孔23的地方不存在模擬電極20和第一絕緣膜13。在保護(hù)膜17層疊在第二絕緣膜16上時(shí)，排放孔15被部分保護(hù)膜17封閉，由此將與第二空腔22的連通狀態(tài)斷開，同時(shí)由于在排氣孔23中保護(hù)膜17層疊在底層絕緣膜11上，因此與第二空腔22連通的狀態(tài)保留。在排氣孔部分5中，在輔助電極21上的第二絕緣膜16和保護(hù)膜17沒有被清除，仍然保持原樣。因此，通過第二絕緣膜16和保護(hù)膜17限制了在輔助電極21中的彎曲，加強(qiáng)了排氣孔23的外圍區(qū)域，由此即使在它的制造或操作的過程中排氣孔23繼續(xù)與第二空腔22連通。
數(shù)字符號(hào)24表示在內(nèi)部中空、以使其中的空氣通風(fēng)的連通路徑，該連通路徑位于在排氣孔部分5和傳感器部分4之間并且在相鄰的傳感器部分4之間，并且在傳感器部分4中的空腔10之間和在傳感器部分4中的空腔10和排氣孔部分5的第二空腔22之間連通。連通路徑24在底部設(shè)有第一絕緣膜13和在側(cè)面和頂部上設(shè)有輔助電極21，該輔助電極21是第二導(dǎo)線3的金屬層。傳感器部分4的空腔10和排氣孔部分5的第二空腔22在空間上通過連通路徑24彼此連通并且通過排氣孔23與外面的空氣通風(fēng)。由于連通路徑24的橫向?qū)挾缺瓤涨?0的橫向?qū)挾雀?，因此可以防止來自排氣?3的灰塵通過連通路徑24進(jìn)入到空腔10中。
應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)，即使在排放孔15被保護(hù)膜17封閉時(shí)，傳感器部分4的空腔10仍然可以保持在與外部空氣壓力幾乎相同的壓力上。因此，在形成真空的步驟中沒有較大的負(fù)載施加在傳感器部分4的第二電極9上，由此能夠防止了第二電極9斷裂。由于排氣孔部分5單獨(dú)地由傳感器部分4提供，因此防止了灰塵進(jìn)入傳感器部分4的空腔10，由此能夠使壓力傳感器受到更少的麻煩。注意，排氣孔23可以被封閉以使在壓力傳感器的操作的過程中灰塵從排氣孔部分5侵入。
然后，現(xiàn)在基于附圖描述傳感器部分4的制造過程的步驟。附圖6(a)至6(f)是傳感器部分4的制造過程的步驟的剖視圖(對應(yīng)于附圖3的剖視圖)，附圖7(a)至7(h)是傳感器部分4的制造過程的步驟的平面視圖。
由SiNx制成的底層絕緣膜11層疊在玻璃基片1上并且Si層層疊在底層絕緣膜11上。Si層退火到多晶狀態(tài)，此后對Si層應(yīng)用照相法以剩下對應(yīng)于接觸層12的Si層。此后，由Mo和Al制成的層結(jié)構(gòu)的金屬層通過濺射等方法形成在底層絕緣膜11上，以根據(jù)光刻法形成如附圖6(a)和7(a)所示的第一導(dǎo)線2和第一電極8。
然后，SiNx層疊在底層絕緣膜11和第一導(dǎo)線2上以形成第一絕緣膜13。第一絕緣膜13對應(yīng)于圓形部分8a的一部分在蝕刻步驟中被清除。在圓形部分8a上的第一絕緣膜13以如附圖6(b)和7(b)中所示的圓形被清除以形成傳感器孔14。這樣，暴露了圓形部分8a的中央部分，同時(shí)第一絕緣膜13覆蓋圓形部分8a的周圍部分。在圓形部分8a上存在的第一絕緣膜13的比例影響壓力傳感器的靈敏度。
然后，由Al制成的金屬層層疊在第一絕緣膜13和暴露的第一電極8上。此后，根據(jù)蝕刻法等方法以預(yù)定的形狀對金屬層構(gòu)圖以形成中間層25。在最后清除中間層25的同時(shí)，由中間層25占用的空間成為空腔10和連通路徑24。因此，在附圖6(c)和7(c)中所示的中間層25形成在傳感器部分4中。中間層25包括覆蓋第一電極8的圓形部分8a到環(huán)形部分8b的基本圓形部分；和從其中凸伸到在四個(gè)點(diǎn)上的排放孔15的部分。對應(yīng)于連通路徑24的長的中間層25存在于相鄰的傳感器部分4之間和傳感器部分4和排氣孔部分5之間。因此，在列方向上設(shè)置的每個(gè)傳感器部分4和排氣孔部分5之間存在的中間層25作為一體連續(xù)地延伸而無斷開。注意，中間層25的形狀、厚度等被設(shè)計(jì)成適合于空腔10和連通路徑24的所需的形狀和尺寸。
然后，通過濺射法將金屬層層疊在中間層25和第一絕緣膜13上。金屬層具有由Mo和Al制成的層結(jié)構(gòu)。在傳感器部分4中的中間層25具有與第一電極8的形狀一致的凹陷和凸伸組合的輪廓的表面?？刮g劑涂敷在金屬層上并根據(jù)照相法進(jìn)行暴光、顯影并蝕刻以形成包括第二電極9和連接部分30在內(nèi)的第二導(dǎo)線3。在這種情況下，中間層25處于被第二導(dǎo)線3的金屬層完全覆蓋的狀態(tài)。如附圖6(d)和7(d)所示，完全覆蓋中間層25的基本四邊形的形狀的第二電極9以基本均勻的膜厚度形成，并且第二電極9呈與中間層25的表面的凹陷和凸伸組合的輪廓一致的凹陷和凸伸組合的輪廓。在這個(gè)步驟中，在第二電極9中沒有形成排放孔15。對應(yīng)于連通路徑24的中間層25被連接部分30覆蓋，并且第二電極9通過連接部分30電連接到在相鄰的傳感器部分4中的第二電極9。
然后，SiNx層疊在第二電極9和第一絕緣膜13上以形成第二絕緣膜16。如附圖6(e)和7(e)所示，清除在對應(yīng)于排放孔15的部分中的SiNx。其中清除了第二絕緣膜16的部分暴露了第二電極9的一部分。
然后，蝕刻處理以清除Mo和Al的兩種材料。在沒有被第二絕緣膜16覆蓋的暴露的部分中的金屬層通過這個(gè)蝕刻處理清除。作為蝕刻方法，可以使用干蝕刻或濕蝕刻。例如，通過使用磷酸、硝酸和乙酸的混合物作為蝕刻溶液可以蝕刻掉Mo和Al。通過這種蝕刻處理，如附圖6(f)所示，清除在對應(yīng)于排放孔15的部分中的第二電極9和中間層25。
然后，進(jìn)行蝕刻處理以僅清除中間層25。在這個(gè)步驟中，采用濕蝕刻溶液，采用鹽酸、磷酸和水的混合物作為蝕刻溶液。蝕刻溶液通過排放孔15到達(dá)中間層25以從它的端部到內(nèi)部蝕刻掉中間層25。在使用鹽酸∶磷酸∶水＝1∶5∶1的混合比的混合物的蝕刻溶液的情況下，在中間層25中的Al和制成第二導(dǎo)線3的Mo之間發(fā)生電化效應(yīng)，由此在短時(shí)間內(nèi)蝕刻掉Al。在以電化效應(yīng)侵蝕性地蝕刻掉Al的情況下，特別是包含在體積上是鹽酸的5倍或更多倍的磷酸的蝕刻溶液發(fā)揮這種效果，而在使用鹽酸∶磷酸＝1∶5的混合比的混合物的蝕刻溶液的情況下，在蝕刻的過程中同時(shí)產(chǎn)生大量的氣泡。為對付氣泡的產(chǎn)生，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果是，在使用鹽酸∶磷酸∶水＝1∶10∶1的混合比的混合物的蝕刻溶液的情況下，在產(chǎn)生更少的氣泡的短時(shí)間內(nèi)侵蝕性地蝕刻掉Al。應(yīng)用這種蝕刻處理，可以確保清除中間層25以形成空腔10和連通路徑24(附圖6(g))。
此后，SiNx層疊在第二絕緣膜16以形成保護(hù)膜17。SiNx通過例如CVD形成并且以幾乎相同的厚度層疊在玻璃基片1的所有的表面上。在這個(gè)步驟中，由于在排放孔15中不存在第二絕緣膜16等，因此保護(hù)膜17層疊在第一絕緣膜13上。保護(hù)膜17的厚度被設(shè)置為封閉排放孔15的值的數(shù)量級的厚度。由于以中間層25形成空腔10，因此中間層25的厚度是空腔10的厚度，空腔10的厚度基本均勻?？涨?0的厚度對應(yīng)于從排放孔15的底部空間的底面到排放孔15的距離。因此，如果空腔10的厚度定義為d1，封閉排放孔15的保護(hù)膜17的厚度(封閉的部分)為d，則如果建立關(guān)系d1≤d則一定能夠封閉排放孔15。通過滿足這個(gè)條件的層疊保護(hù)膜17，則如附圖6(g)所示地封閉排放孔15，可以防止灰塵通過排放孔15進(jìn)入空腔10。
此后，如附圖6(h)和7(f)所示，清除在傳感器部分4中的第二電極9上的第二絕緣膜16和保護(hù)膜17。在覆蓋第一電極8的圓形部分8a到環(huán)形部分8b的區(qū)域中清除第二絕緣膜16和保護(hù)膜17，由此在該區(qū)域中的第二電極9容易被彎曲。應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)，形成了對壓力敏感的傳感器部分4。
然后，基于附圖8描述第一電極8的第二實(shí)施例。附圖8所示為在傳感器部分4中的第一電極8的平面視圖。在本實(shí)施例中，第一電極8的形狀不同于在第一實(shí)施例中的形狀，該結(jié)構(gòu)的其它部件與在第一實(shí)施例中的部件相同；因此，在此省去對它們的描述。第二實(shí)施例的第一電極8具有位于傳感器部分4的中心的圓形部分8a、封閉圓形部分8a的兩個(gè)環(huán)形部分8b、以及在圓形部分8a和兩個(gè)環(huán)形部分8b之間連接的窄且長的連接部分8c。在本實(shí)施例中環(huán)形部分8b是以傳感器部分4的中心作為公共中心且和直徑彼此不同的兩個(gè)環(huán)的同心圓。最外的環(huán)形部分8b與第一實(shí)施例的環(huán)形部分8b的尺寸相同，它的直徑被設(shè)置為比傳感器部分4的側(cè)邊稍短的值。
第二電極9具有與第一電極8的形狀一致的凹陷和凸伸組合的表面輪廓，其中對應(yīng)于第一電極8的圓形部分8a、兩個(gè)環(huán)形部分8b和連接部分8c的部分凸伸，而其下沒有第一電極8的部分凹陷。在本實(shí)施例中，一對凹陷和凸伸增加在第一電極8的兩個(gè)環(huán)形部分8b中，由此一對凹陷和凸伸增加在第二電極9中，這增強(qiáng)了第二電極9的強(qiáng)度，由此與在第一實(shí)施例中的輪廓相比增加了它的恢復(fù)力。在本實(shí)施例中，如果在第一電極8上沒有提供第一絕緣膜13，則不僅圓形部分8a而且兩個(gè)環(huán)形部分8b都可能電接觸第二電極9以改善靈敏度。雖然也是在本實(shí)施例中第二絕緣膜16覆蓋了除了其中心部分之外的第二電極9，但是通過第二絕緣膜16覆蓋的部分的輪廓位于在兩個(gè)環(huán)形部分8b之間。如果第一電極8具有三個(gè)或更多個(gè)環(huán)形部分8b，則通過第二絕緣膜16覆蓋的部分的輪廓位于在最外的環(huán)形部分8b和第二最外的環(huán)形部分8b之間。
然后，基于附圖9描述第一電極8的第三實(shí)施例。雖然第三實(shí)施例在形狀上不同于第一實(shí)施例的第一電極8，但是該構(gòu)造的其它部件都與在第一實(shí)施例中的部件相同。在第三實(shí)施例中的第一電極8類似于在第二實(shí)施例中的第一電極8，但兩個(gè)環(huán)形部分8b與圓形部分8a間隔開。在第一導(dǎo)線2上的掃描信號(hào)通過連接部分8c輸送給圓形部分8a，但環(huán)形部分8b與其電隔離，因此不向其輸送掃描信號(hào)，環(huán)形部分8b用于獲得在第二電極9中的凹陷和凸伸組合的輪廓。由于在第一電極8中環(huán)形部分8b不參與圖形的檢測，因此降低了靈敏度。由于施加較低的壓力，因此在第一電極8和第二電極9之間不出現(xiàn)電接觸，因此降低了錯(cuò)誤檢測的可能性。
本發(fā)明的第一電極8并不限于該實(shí)施例，本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它形狀的第一電極8。第二電極9與第一電極8的表面輪廓一起具有凹陷和凸伸組合的表面輪廓，由此提高了恢復(fù)力。
然后，基于附圖描述第四實(shí)施例。附圖10所示為傳感器部分4的剖面視圖，它對應(yīng)于沿附圖2的線A-A的剖面視圖。注意在本實(shí)施例中，外涂膜提供在第二電極上，包括傳感器部分4和其它部件的主要結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同。因此在此不重復(fù)該結(jié)構(gòu)的共同的部件的描述。
數(shù)字符號(hào)29表示外涂膜，該外涂膜29覆蓋第二電極9。數(shù)字符號(hào)16表示第二絕緣膜，數(shù)字符號(hào)17表示保護(hù)膜，第二絕緣膜16和保護(hù)膜17層疊在外涂膜29上。外涂膜29以有機(jī)膜比如聚酰亞胺膜形成，第二絕緣膜16和保護(hù)膜17以SiNx形成。注意，任何絕緣膜都可以用作第二絕緣膜16和保護(hù)膜17，并不特別限于SiNx的材料，可以以SiO2或以聚酰亞胺、聚丙烯酸脂等形成的有機(jī)膜形成。外涂膜29并不特別限于聚酰亞胺膜，可以是以下列膜形成酚醛樹脂清漆膜等形成的有機(jī)絕緣膜、以SiNx或SiO2形成的無機(jī)絕緣膜；以α-Si等形成的半導(dǎo)體膜；和以ITO或IZO形成的導(dǎo)電膜。雖然開口形成在第二電極9上的第二絕緣膜16中，但是在外涂膜29中沒有形成開口；因此，外涂膜29可以以不同于第二絕緣膜16的材料的材料形成。如果導(dǎo)電層用作外涂膜29，則獨(dú)立的外涂膜29分別形成在相應(yīng)的傳感器部分4上。由于外涂膜29連同第二電極9一起仍然保留在傳感器部分4的中央附近，因此外涂膜29可以被形成為具有類似于第二電極9的撓性和彈性。因此，外涂膜29被形成為相對較小的厚度。注意雖然在本實(shí)施例中外涂膜29被形成為一個(gè)層，但是該膜也可以形成為具有兩個(gè)薄層。
外涂膜29如下地形成。以旋涂器將光敏聚酰亞胺涂敷在第二電極9作為外涂膜29以獲得均勻膜。在對除了排放孔15和排氣孔23之外的部分進(jìn)行曝光處理中固化有機(jī)膜并進(jìn)行顯影以清除對應(yīng)于排放孔15和排氣孔23的有機(jī)膜。雖然外涂膜29也形成在除了第二電極9之外的部分中，但是該膜僅形成在第二電極9上。
在傳感器部分4中，在第二電極9上的第二絕緣膜16和保護(hù)膜17在圓形區(qū)域中清除以形成開口26。在開口26中，存在第二電極9和外涂膜29。因此，第二電極9容易被彎曲，并且在使試樣的凸伸部與第二電極9接觸時(shí)，第二電極9被由此彎曲到接觸第一電極8，實(shí)現(xiàn)了對壓力敏感的傳感器部分4。相反，在由于層疊在第二電極9上的第二絕緣膜16和保護(hù)膜17被剩下的情況下，第二電極9難以被彎曲，這是因?yàn)榇嬖趦蓪幽さ木壒剩@導(dǎo)致了傳感器部分4對壓力不敏感。第二電極9的易彎曲性影響了傳感器部分4的靈敏度，隨著傳感器部分4的壓力的靈敏度越大，對壓力過檢測，這使得試樣的輪廓不確定，而在另一方面，隨著傳感器部分4的壓力越不靈敏，出現(xiàn)了不能檢測的試樣部分，這使得檢測試樣不清晰。因此，由于不僅太過于靈敏而且太過于不靈敏都增加錯(cuò)誤的可能性，因此需要將開口26的尺寸設(shè)計(jì)成使第二電極9具有適當(dāng)?shù)囊讖澢?。注意，雖然在本實(shí)施例中開口26是圓形，但是也可以采用其它的形狀比如四邊形等。
數(shù)字符號(hào)18表示以聚酰亞胺等制成的有機(jī)絕緣膜形成的并層疊在保護(hù)膜17上的密封材料。密封材料18最終封閉排氣孔部分5的排氣孔23，并在開口26中被清除。注意，SiNx或SiO2也可以用作密封材料18。
然后，參考附圖描述第五實(shí)施例。附圖11所示為附圖1的四個(gè)(2×2)傳感器部分4的平面視圖，附圖12所示為沿附圖11的線A-A的平面視圖(僅一個(gè)傳感器部分的)。涉及玻璃基片1、底層絕緣膜11和第一導(dǎo)線2的構(gòu)造與在第一實(shí)施例中的構(gòu)造相同；因此在此不重復(fù)對它們的描述。
數(shù)字符號(hào)8表示設(shè)置在基片1上的第一電極，第一電極8為盤狀焊盤，它的中心作為觸點(diǎn)部分。第一電極8具有例如由Al和Mo制成的層結(jié)構(gòu)，并且通過在其間插入的接觸層12連接到在行方向上延伸的第一導(dǎo)線2。接觸層12的結(jié)構(gòu)與在第一實(shí)施例中相同，因此在此不重復(fù)對它們的描述。
數(shù)字符號(hào)9表示與第一電極8相對設(shè)置的第二電極，并在列方向上還另外用作第二導(dǎo)線3，在第二電極9和第一電極8之間插入空腔10。在第一電極8和第二電極9之間的空腔10在傳感器部分4中在相應(yīng)的列方向上通過每列的連通部分31彼此連通，空腔10最后在對應(yīng)的列的端部上設(shè)置的排氣孔部分5中打開。第二電極9例如由Mo制成，每個(gè)傳感器部分4的形狀基本為四邊形，它的周邊距第一電極8的輪廓足夠遠(yuǎn)，排放孔15提供在四個(gè)角落上。在該附圖的實(shí)例中，第二電極9實(shí)質(zhì)上確定了傳感器部分4的尺寸，例如該尺寸在每個(gè)觸點(diǎn)傳感器上是50微米×50微米的方形。注意，在本實(shí)施例中，第二電極9的寬度與同第二電極9整體地形成的并在相鄰的傳感器部分4之間延伸的金屬層的寬度相同。在相鄰的傳感器部分4之間存在的金屬層不僅起覆蓋連通部分31的作用，而且還具有在相鄰的傳感器部分4中的第二電極9之間電連接的作用，由此使第二電極9起第二導(dǎo)線3的作用。包括第二電極9的金屬層被看作第二導(dǎo)線3，在總體上也起窄且長的形狀的電極的作用。
多個(gè)排放孔15優(yōu)選提供在所有的傳感器部分中的一個(gè)上。在本發(fā)明中，在如下的構(gòu)造中排放孔15提供在第二電極9上，其中第一電極8的周邊部分從排放孔15看到，即排放孔15具有至少與第一電極8相對地設(shè)置的部分。然而，由于理想的是排放孔15最終以保護(hù)膜17等封閉，因此在傳感器部分4的操作狀態(tài)下第一電極8不能從排放孔15觀察到。這是因?yàn)橛捎谂欧趴?5位于觸點(diǎn)區(qū)27的附近，因此如果孔對外部空氣打開則灰塵或液體等通過排放孔15侵入到空腔10中，由于這些孔在觸點(diǎn)區(qū)27的附近因此導(dǎo)致了可能的麻煩比如接觸失效。
注意在本實(shí)施例中，與在第一實(shí)施例中的狀態(tài)相比，排放孔15形成得更靠近傳感器部分4的中心。雖然實(shí)施蝕刻處理以清除中間層25，但是蝕刻溶液通過排放孔15達(dá)到中間層25并在中間層25的端部部分開始蝕刻，順序地進(jìn)行到內(nèi)部；因此，如果排放孔15位于傳感器部分4的內(nèi)部，則提高了中間層25的清除效率，然而，由于傳感器部分4的中央部分沒有以第一絕緣膜13覆蓋因此在形成排放孔15的同時(shí)出現(xiàn)了第一電極8也被蝕刻掉的可能性。因此，排放孔15的內(nèi)側(cè)端優(yōu)選位于以第一絕緣膜13覆蓋的第一電極8的外周邊邊緣上。
為進(jìn)一步詳述，由于排放孔15位于第一電極8的周邊部分上，因此在蝕刻前端上的開口不具有水平平面而是傾斜表面，這有助于產(chǎn)生的氣泡(盡管被減少了，但是)在蝕刻的過程中以非常高的效率逃逸，結(jié)果更不會(huì)造成不規(guī)則的蝕刻掉或者蝕刻殘留。由于排放孔15設(shè)置在第一電極8和第一絕緣膜13彼此重疊的部分之上，因此在氣體達(dá)到在第一電極8的周邊部分的附近時(shí)在空腔10中產(chǎn)生的氣體從排放孔15被排放到外面。例如，在排放孔15位于第一電極8的外面的點(diǎn)上的情況下，甚至在空腔10中的已經(jīng)達(dá)到第一電極8的周邊部分的氣體被要求進(jìn)一步移到排放孔15。然而，由于第一電極8的厚度而在第一電極8的周邊部分和排放孔15之間的間隙中產(chǎn)生了水平差，因此在空腔10中的氣體必須爬升該水平差以到達(dá)排放孔15。因此，通過設(shè)置排放孔15以在平面視圖中疊加第一電極8，可以有效地排放在空腔10中的氣體。
在本實(shí)施例中，形成排放孔15以與連通部分31重疊。由于連通部分31是窄且長的通路，因此通過將排放孔15提供在連通部分31上可以確定地清除在連通部分31中存在的中間層。
數(shù)字符號(hào)13表示層疊在第一電極8上的第一絕緣膜，第一絕緣膜13的形狀為同心地設(shè)置的兩個(gè)環(huán)形的組合。第一絕緣膜13例如由SiNx或SiO2形成，并覆蓋底層11和第一電極8的主要部分，在本實(shí)施例中，還指定第二電極9和提供在其上緊密接觸的涂層的形狀。由于第一電極8的中央部分是起觸點(diǎn)作用的觸點(diǎn)區(qū)27，因此電極被暴露并且不以第一絕緣膜13覆蓋，同時(shí)由于第一電極8不需要暴露在第一絕緣膜13的凹口28中，因此第一電極8可以以第一絕緣膜13的更薄的部分覆蓋。在這種情況下，第一絕緣膜13的剖面視圖具有基本凹口的形狀。注意，在本實(shí)施例中，第一電極8暴露在凹口28中。在第一電極8暴露在凹口28中的情況下，凹口28也起觸點(diǎn)的作用，因此這使傳感器更加敏感。由于在凹口28上的水平差更大，因此后面描述的第二電極9的凹陷和凸伸組合的表面輪廓增強(qiáng)，由此提高了第二電極9的強(qiáng)度。
數(shù)字符號(hào)29表示外涂膜，外涂膜29覆蓋第二電極9。數(shù)字符號(hào)16表示第二絕緣膜，數(shù)字符號(hào)17表示保護(hù)膜，第二絕緣膜16和保護(hù)膜17層疊在外涂膜29上。外涂膜29、第二絕緣膜16和保護(hù)膜17在材料和構(gòu)造上都與在第四實(shí)施例中的材料和構(gòu)造相同；因此在此不重復(fù)對它們的描述。
由于雖然第二電極9本身是基本均勻的厚度，但是中間層25的表面輪廓呈與第一絕緣膜13的表面輪廓一致的凹陷和凸伸組合的表面輪廓，因此第二電極9也呈波浪輪廓。即，第二電極8在第一絕緣膜13存在的地方上升，而在凹口28的點(diǎn)處下降，其中如果上升和下凹是同心圓，則在平面視圖中該圖形類似于將石頭扔到水面時(shí)的波紋。這樣，由于第二電極9具有凹陷和凸伸組合的輪廓，因此第二電極9變得更加柔軟并且增加了恢復(fù)力。在更大的壓力施加到第二電極9和在其上層疊的保護(hù)膜17時(shí)，應(yīng)力分布在整個(gè)第二電極9和保護(hù)膜17上，這增加了強(qiáng)度并極大地減小了第二電極9的斷裂的可能性。
雖然在本實(shí)施例中，在第一絕緣膜13中的凹口作為一個(gè)環(huán)形凹口提供，但是本發(fā)明并不限于這種情況，還可以同心地提供多個(gè)環(huán)形凹口。一個(gè)或多個(gè)凹口可以以不是同心圓而是波紋管的形狀提供。
然后，參考附圖描述本發(fā)明的第六實(shí)施例。附圖13所示為在附圖1中的四個(gè)(2×2)傳感器部分4的平面視圖，附圖14所示為沿附圖13的線A-A的平面視圖(僅一個(gè)傳感器部分的)。涉及玻璃基片1、底層絕緣膜11、第一導(dǎo)線2和第一電極8的構(gòu)造與在第五實(shí)施例中的構(gòu)造相同；因此在此不重復(fù)對它們的描述。
數(shù)字符號(hào)13表示由SiNx或SiO2等制成的第一絕緣膜，該第一絕緣膜13覆蓋底層絕緣膜11和第一導(dǎo)線2。第一絕緣膜13也覆蓋第一電極8的外部周邊部分，由此形成具有凹口的圓形傳感器孔14。通過以第一絕緣膜13覆蓋第一電極8的外部周邊部分，與在空腔10中第一電極8相對設(shè)置的第二電極9的形狀具有凹口以使在第一電極8和第二電極9之間發(fā)生接觸時(shí)不是點(diǎn)接觸而是面接觸。
通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中為形成第一絕緣膜13的另一目的，第一絕緣膜13覆蓋第一電極8的外部周邊部分，凹陷和凸伸組合的表面輪廓形成在與空腔10上的第一電極8相對的第二電極9上。即，在形成第二電極9的情況下，具有基本均勻的厚度的中間層25(參見附圖6)層疊在第一電極8和第一絕緣膜13上，第二電極9層疊在中間層25上，之后清除中間層25。因此，第二電極9具有符合第一電極8和第一絕緣膜13組合的表面輪廓的表面輪廓。在本實(shí)施例中，第二電極9的凹陷和凸伸組合的表面輪廓僅提供在第一電極8的周邊的附近，而不將該輪廓提供給在第一電極8的中央部分中的第二電極9。僅通過在第一電極8的周邊部分上的第二電極9的彎曲部分，提高了第二電極9的恢復(fù)力。
在本發(fā)明中，提供在第一電極8的外部周邊部分上的第一絕緣膜13的端部邊緣的部分如附圖15(a)所示，以θ的傾角傾斜。傾角θ優(yōu)選在大約30°至大約60°的范圍中，這個(gè)范圍是研究分析的結(jié)果。更為可取的是，該傾角在大約40°至大約50°的范圍中。
現(xiàn)在基于附圖15(a)和15(b)詳細(xì)描述基于第二電極9的彎曲部分的傾角。附圖15(a)所示為本實(shí)施例的第二電極，附圖15(b)所示為常規(guī)的第二電極。如果第一絕緣膜13的截面和與第一絕緣膜13的輪廓一致形成的第二電極9的彎曲部分的傾角是直角并且在第二電極9與第一電極8接觸時(shí)壓力直接施加在第二電極9的直角部分上，導(dǎo)致了第二電極9容易斷裂。
第一絕緣膜13的截面中的傾角影響了第二電極9的彎曲部分的厚度。即，中間層25和第二電極9順序地層疊在第一絕緣膜13上，由此使第二電極9形成與第一絕緣膜8的形狀一致的形狀，其中在第一絕緣膜13的端部邊緣的部分中的傾角為直角的情況下，在第一絕緣膜13的端部邊緣附近中的中間層25和第二電極9的厚度變?yōu)樾∮谄溆嗖糠值暮穸取Ｒ虼?，第二電極9的彎曲部分更容易斷裂，空腔10的厚度也不均勻，導(dǎo)致了傳感器部分4的精度不均勻。
另一方面，在第一絕緣膜13的截面的傾角是過度的銳角的情況下，也產(chǎn)生了問題。即，如果該傾角是銳角(第一絕緣膜13的端部邊緣傾斜到第一電極8的角度是30°或更小)，與銳角一致地形成的第二電極9的彎曲部分呈銳角，在第一電極8和第二電極9彼此接觸時(shí)施加在第二電極9的彎曲部分上的壓力被散開，結(jié)果難以發(fā)生斷裂，但恢復(fù)力變差。
通過在防止第二電極9的彎曲部分?jǐn)嗔训耐瑫r(shí)施加最佳的恢復(fù)力的傾角θ研究實(shí)驗(yàn)，在第一絕緣膜13的截面中的傾角θ在大約30°至大約60°的范圍中時(shí)獲得良好的結(jié)果。更為可取的是，該傾角在大約40°至大約50°的范圍中。如果在第一絕緣膜13的截面中的傾角θ設(shè)定在大約30°至大約60°的范圍中，則在第二電極9的彎曲部分上的傾角也在大約30°至大約60°的范圍中以使第二電極9更不容易斷裂并且實(shí)現(xiàn)更大的恢復(fù)力。
外涂膜29形成在第二電極9上。形成外涂膜29的光敏聚酰亞胺涂敷在基片1上并通過旋涂器使?jié)裢繉泳鶆?。對在除了排放?5和排氣孔23之外的部分中的有機(jī)膜進(jìn)行曝光處理并在大約250℃的附近在溫度下(或者在大約250℃至大約300℃的范圍內(nèi))對有機(jī)膜進(jìn)行后烘焙以使有機(jī)膜硬化，然后對有機(jī)膜進(jìn)行顯影處理以清除在對應(yīng)于排放孔15和排氣孔23的部分中的有機(jī)膜。在200℃下對外涂膜29進(jìn)行后烘焙的情況下，烘焙不充分而使硬化不夠，層疊在外涂膜29上的第二絕緣膜16的粘著劣化并且第二絕緣膜容易分離。如果烘焙溫度低于250℃，硬化變得不充分，由此使防止水從外部侵入的防水性更差。
然后，表1所示為在250°或更高的烘焙溫度下由水滴的下降引起的廢品率。表1所示為泄漏點(diǎn)測試的結(jié)果的典型數(shù)字值。泄漏點(diǎn)表示由在壓力傳感器中檢測精細(xì)圖形并由多個(gè)傳感器部分4排列而成的一個(gè)單元構(gòu)成的有缺陷的傳感器部分4所占用的比例。泄漏點(diǎn)(之前)表示在水滴下降之前廢品率，泄漏點(diǎn)(之后)表示在水滴下降之后經(jīng)過了大約10分鐘時(shí)廢品率。
表1


在250℃的后烘焙溫度下，在水滴的下降之前和之后的泄漏點(diǎn)的廢品率之間的變化是0.04，在300℃的后烘焙溫度下，變化是0.07，兩者都不超過0.1；在水滴的下降之后耐水性不變，并且有缺陷的產(chǎn)品的產(chǎn)生較少。與其相反，在350℃的后烘焙溫度下，泄漏點(diǎn)(之前)的值快速地增加到泄漏點(diǎn)(之后)的較高的值，由此獲得了百分比變化為3或更大，這顯示耐水性質(zhì)量降低。這樣，在大約250℃至大約300℃的范圍中的后烘焙溫度下，傳感器部分4的耐水性較好，并且傳感器部分4的產(chǎn)量極大地提高了。
在第四實(shí)施例中，具有多個(gè)凹陷和凸伸組合的輪廓形成在第二電極9上，并且外涂膜層疊在第二電極9上。在這個(gè)步驟中，外涂膜的后烘焙溫度可以是大約200℃。在這個(gè)步驟中，第二電極具有凹陷和凸伸組合的輪廓，由此使包括第二電極和外涂膜的層狀膜具有最佳的撓性和最佳的恢復(fù)力。然而，在外涂膜的更高的后烘焙溫度下，隨著溫度的增加外涂膜的撓性喪失。因此，如果在250℃的溫度下處理的外涂膜層疊在具有多個(gè)凹陷和凸伸組合的第二電極上，則外涂膜過于硬，由此第二電極和外涂膜的層狀結(jié)構(gòu)喪失撓性，產(chǎn)生的不方便的結(jié)果是在第一電極和第二電極之間的接觸會(huì)變得非均勻的，由此降低了傳感器部分的靈敏度，在具有凹陷和凸伸組合的輪廓的部分中產(chǎn)生了裂紋并且降低了耐水性。因此，在其中在大約250℃或更高的溫度下對外涂膜29進(jìn)行后烘焙的情況下，對應(yīng)于傳感器區(qū)的第二電極9的部分形成為平板形狀而不是凹陷和凸伸組合的輪廓，因此使第二電極9和外涂膜29的層狀結(jié)構(gòu)具有最佳的撓性和最佳的恢復(fù)力，由此通過傳感器部分4能夠保持均勻的靈敏度。
通過使外涂膜29在后烘焙之后形成為具有均勻的膜厚度和平滑的表面而不是凹陷和凸伸組合的輪廓，在將壓力施加到作為外涂膜29的底層設(shè)置的外涂膜29上時(shí)該傳感器的檢測靈敏度可以是均勻的。可取的是，外涂膜29由不同于第二絕緣膜16的材料的材料制成，并具有與第二電極9類似的撓性和彈性。注意，雖然在本實(shí)施例中外涂膜29形成在作為第二電極9的整個(gè)金屬層的表面上，但是外涂膜29也可以僅形成在對應(yīng)于從其中清除了第二絕緣膜16的開口26的部分中的傳感器部分4中。
在本實(shí)施例中，第二絕緣膜16和保護(hù)膜17都由彼此相同的材料制成，但分別在不同的步驟中形成。由于形成第二絕緣膜16、空腔10和保護(hù)膜17的步驟都與在第一實(shí)施例中的步驟相同；因此在此不重復(fù)對它們的描述。
在完成了傳感器部分4之后，起密封材料18作用的光敏聚酰亞胺通過旋涂器從濕涂層涂敷在保護(hù)膜17上以獲得均勻的膜。然后，在除了對應(yīng)于具有與傳感器孔14基本相同面積的開口26的部分之外對有機(jī)膜進(jìn)行曝光處理，由此在顯影處理中清除開口26的有機(jī)膜。因此，在傳感器部分4中有機(jī)膜是具有開口26的膜。
然后，在傳感器部分4中的第二電極9上的第二絕緣膜16和保護(hù)膜17被清除以形成開口26。通過設(shè)計(jì)開口26的尺寸以使比在第一絕緣膜中的開口的尺寸更小，第二絕緣膜和保護(hù)膜留下在第二電極的彎曲部分中，這提高了彎曲部分的強(qiáng)度。通過將開口26的直徑設(shè)定為大約24微米至28微米的范圍的量級的值，可以使第二電極和外涂膜的層狀結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膿闲院瓦m當(dāng)?shù)幕謴?fù)力。在這個(gè)步驟中，使用蝕刻溶液形成開口26以清除SiNx，而在沒有外涂膜29存在于第二電極9上的情況下，蝕刻溶液透過第二電極9以最終侵入到空腔10中。由于該空腔是氣密封狀態(tài)因此侵入到空腔10中的蝕刻溶液不能被清除并且仍然保留在其中。傳感器部分4不能有效地操作，因?yàn)榇嬖谖g刻溶液，這影響了它的可靠性。因此，通過在第二電極9上形成外涂膜29，可以防止蝕刻溶液通過外涂膜29透過，因此蝕刻溶液不能侵入到空腔10中。
因此，以不同于形成直接層疊在外涂膜29上的第二絕緣膜16的材料的材料形成外涂膜29，并且在形成開口26時(shí)使用的蝕刻溶液是能夠蝕刻掉第二絕緣膜16但不能蝕刻掉外涂膜29的溶液。
雖然在本實(shí)施例中描述了第一絕緣膜13的端部邊緣位于第一電極8的周邊部分上的情況，但是本發(fā)明對于第一絕緣膜13的一部分存在于第一電極8的中央部分中的情況也是有效的。例如，在第五實(shí)施例的情況下，第一絕緣膜13的端部邊緣優(yōu)選傾斜。
在這些實(shí)施例中，在第二電極上的所有的絕緣膜被清除或者僅僅在其上剩下薄的外涂膜。利用這種結(jié)構(gòu)，可以使第二電極具有最佳的撓性和最佳恢復(fù)力，同時(shí)另一膜可以層疊在第二電極9上以使其不喪失恢復(fù)力和撓性。例如，在傳感器部分的中央部分中可以提供具有一定的厚度的絕緣膜或者僅在傳感器部分的中央部分上提供不同的絕緣膜。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明設(shè)定了起微傳感器的上部電極作用的第二電極的撓性、取決于施加在第一電極側(cè)面的壓力的彎曲和在壓力變?yōu)榱銓⒌诙姌O的原始狀態(tài)恢復(fù)到所需的狀態(tài)的恢復(fù)力。應(yīng)用這種設(shè)定，在檢測精細(xì)圖形的壓力傳感器比如指紋傳感器中，用戶可以設(shè)定適合于一定的目的或應(yīng)用的撓性和恢復(fù)力的各種水平，由此能夠提供在傳感器部分中具有更少失效和適當(dāng)?shù)撵`敏度的壓力傳感器。
在其上使用凹陷和凸伸組合的表面輪廓提高第二電極的恢復(fù)能力的情況下，通過傾斜覆蓋第一電極的周邊部分的第一絕緣膜的端部邊緣預(yù)定的角度，分散開壓力而不集中在第二電極的彎曲部分上，由此能夠提供更加難以斷裂的壓力傳感器，盡管負(fù)載同樣地集中在彎曲部分上由此使第二電極更加容易斷裂。
在要形成壓力傳感器的空腔的情況下，排放孔設(shè)置在第二電極中以對應(yīng)于第一電極的周邊部分，由此能夠?qū)崿F(xiàn)有效地清除中間層而不存在不均勻性。
在清除了第二電極上的絕緣膜的情況下，外涂膜形成在第二電極上并且使外涂膜光滑，因?yàn)樵谀承┣闆r下蝕刻溶液侵入到空腔中，由此能夠減少了傳感器部分的斷裂，此外，實(shí)現(xiàn)了提高的耐水性和更高的產(chǎn)量的壓力傳感器。
在第二電極上形成外涂膜的情況下，在250至300℃的范圍中的溫度下形成外涂膜由此實(shí)現(xiàn)了更好的耐水性并且極大地提高了傳感器部分的產(chǎn)量。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，該壓力傳感器包括呈矩陣設(shè)置的多個(gè)傳感器部分，其中每個(gè)傳感器部分包括在傳感器部分中設(shè)置的第一電極；覆蓋第一電極的第一絕緣膜；形成在第一絕緣膜中并暴露第一電極的一部分的傳感器孔；至少位于所暴露的第一電極之上的空腔；以及第二電極，該第二電極與第一電極相對地設(shè)置并且在它們之間插入該空腔，并且該第二電極還能夠彎曲到第一電極側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中第一電極包括基本位于傳感器部分的中央的中央電極部分；和位于傳感器部分中并形成為包圍中央電極部分的環(huán)形部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中除了在其上的傳感器孔之外，第一絕緣膜還具有在第一電極上的至少一個(gè)凹口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中第一絕緣膜的端部邊緣位于第一電極的周邊處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中在傳感器孔的周邊處存在的第一絕緣膜的厚度在大約2000至大約5000埃的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中傳感器孔呈圓形并且它的直徑在大約5至大約40微米的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中從位于空腔下的第一電極的表面上升的第一絕緣膜的端部邊緣向第一電極傾斜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中排放孔設(shè)置在第二電極中以便對應(yīng)于第一電極的周邊部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中第二絕緣膜層疊在第二電極上，并且在傳感器部分的中央附近的第二絕緣膜被去除以形成開口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力傳感器，其中在傳感器部分中的第二絕緣膜的被去除的部分呈圓形并且其直徑為大約24至大約28微米的范圍，
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力傳感器，其中外涂膜形成在開口中的第二電極上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓力傳感器，其中外涂膜由與第二絕緣膜的材料不同的材料形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓力傳感器，其中第二絕緣膜以無機(jī)絕緣膜形成，而外涂膜以有機(jī)絕緣膜形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓力傳感器，其中在傳感器部分的中央部分上的外涂膜的表面是平面。
15.一種制造包括呈矩陣設(shè)置的多個(gè)傳感器部分的壓力傳感器的方法，該方法包括如下的步驟在傳感器部分中形成第一電極；在第一電極上形成第一絕緣膜；去除在第一電極的中央存在的第一絕緣膜；在第一絕緣膜上形成中間層；在中間層上形成第二電極；在第二電極上形成第二絕緣膜；去除中間層以形成空腔；以及去除在傳感器部分的中央部分中存在的第二絕緣膜以形成開口。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造壓力傳感器的方法，包括如下的步驟至少在第二電極的中央部分中形成外涂膜；在外涂膜上形成第二絕緣膜；以及去除在第二電極的中央部分中存在的第二絕緣膜以形成開口。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造壓力傳感器的方法，包括如下的步驟在第二絕緣膜和第二電極中形成排放孔以疊加第一電極；通過排放孔去除中間層；以及在去除了中間層之后封閉排放孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造壓力傳感器的方法，包括如下的步驟在大約250至大約300℃的范圍內(nèi)的溫度下對外涂膜進(jìn)行后烘焙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括呈矩陣設(shè)置的多個(gè)傳感器部分的壓力傳感器。與第一導(dǎo)線連接的第一電極和與第二導(dǎo)線連接的第二電極通過空腔部分相對地設(shè)置在傳感器部分中。第二電極響應(yīng)來自試樣的壓力彎曲到第一電極側(cè)并在施加指定水平或更大的壓力時(shí)接觸第一電極。在相對壓力檢測區(qū)按壓試樣時(shí)，在對應(yīng)于試樣的凸伸部的傳感器部分上兩個(gè)電極彼此接觸并且在對應(yīng)于下凹部的傳感器部分上分開。在掃描信號(hào)從掃描電路輸送到一根導(dǎo)線并且通過感測電路檢測到通過第二導(dǎo)線流動(dòng)的信號(hào)的存在時(shí)，可以檢測施加到每個(gè)傳感器部分的壓力。此外，通過從掃描電路將掃描信號(hào)順序地輸送給每個(gè)第一導(dǎo)線并一般地檢測壓力檢測區(qū)來檢測該形狀。
文檔編號(hào)G01L5/22GK1643358SQ0380745
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者小林千哲, 鷲見大輔, 稻村弘, 森藤東吾, 吉田公二, 遠(yuǎn)藤正樹, 日浦清, 山內(nèi)隆夫, 山浦俊介, 武田黛, 永見公彥 申請人:三洋電機(jī)株式會(huì)社, 鳥取三洋電機(jī)株式會(huì)社