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专利名称：压力传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及压力传感器，更具体地说涉及检测精细图形的传感器。
背景技术：
指纹传感器已经常规地用作个人识别装置，指纹传感器的要求是以简单且良好的精度检测指纹图谱。已经研究并开发出了这种类型的不同型号的指纹传感器，包括光学地检测指纹的类型、电检测指纹的类型等。例如JP-A 09-126918(1997)和JP-A 10-300610(1998)描述，具有电极的微传感器部分呈矩阵设置，其中来自手指的压力转换为电信号由此检测指纹。每个微传感器部分都被构造成使两个电极彼此相对地设置，并且在它们之间存在空腔。
附图16所示为在制造过程中的微传感器部分的截面视图。蚀刻阻挡层102层叠在硅基片101上，由Au或Ti制成的第一金属层103以预定的图形形成在其上。第一金属层103用作可变电容器的第一电极或微接触器的第一端。由多晶硅或Al制成的分隔层104形成在第一金属层103上并覆盖它，由Au或Ti制成的第二金属层105形成在分隔膜104上。由氮化硅形成的绝缘膜106覆盖在整个硅基片101的表面上。达到分隔层104的开口107通过第二金属层105和绝缘膜106形成在微传感器部分的表面上以在开口107中将分隔层104暴露到外部。注意，这个状态如附图16所示。此后，对硅基片101进行湿蚀刻，其中溶液腐蚀由多晶硅或Al制成的分隔膜104以清除分隔膜104并形成空腔。在蚀刻之后，开口107以氮化硅等封闭以使空腔气密封。在来自手指的压力施加到微传感器上时，绝缘膜106和第二金属层105根据压力弯曲到第一金属层103侧，在这种情况下相应地输出电信号，由此检测指纹的图形。
起微传感器的上部电极作用的第二金属层105要求具有根据手指的压力将它本身弯曲到第一金属层103侧的挠性和在不再施加压力时将其变形状态恢复到原始状态的恢复力。尽管这种要求，在绝缘膜106覆盖第二金属层105的情况下(这种情况是常规采用的情况)，在第二金属层105和绝缘膜106之间的挠性和弹性方面的差异较大，这是因为与金属相比绝缘膜106更硬，导致了在使用的过程中第二金属层105等破裂的可能性更高。特别是由于具有较大厚度的绝缘膜和多种绝缘膜形成在第二金属层105上以确保绝缘特性时，在绝缘膜106和第二金属层105之间产生的挠性方面存在较大的差异。
随着微传感器的使用次数的增加，第二金属层105容易断裂，由此减小了精度和耐用性，这是因为具有挠性的第二金属层105在强度上较低。因为常规的第二金属层105在整体上形成为平面，因此通过选择材料或它的厚度设定挠性和恢复力。然而，如果减小膜厚以获得挠性，则减弱了恢复力，而如果增加膜厚以增强挠性，则牺牲了挠性；因此，在常规的技术中难以实现具有足够的挠性和足够的恢复力的第二金属层105。

发明内容
考虑到上述问题做出了本发明，本发明的一个目的是提供一种具有更少的失效和适当的灵敏度的传感器部分的压力传感器。
为了实现上述目的，本发明涉及一种压力传感器，该压力传感器包括呈矩阵设置的多个传感器部分，其中每个传感器部分包括在传感器部分中设置的第一电极；覆盖第一电极的第一绝缘膜；形成在第一绝缘膜中并暴露第一电极的一部分的传感器孔；至少位于所暴露的第一电极上的空腔；以及第二电极，该第二电极与第一电极相对地设置并且在它们之间插入该空腔，并且该第二电极还能够弯曲到第一电极侧。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中第一电极包括基本位于传感器部分的中央的中央电极部分；和位于传感器部分中并形成为包围中央电极部分的环形部分。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中除了在第一绝缘膜上的传感器孔之外，第一绝缘膜具有在第一电极上的至少一个凹口。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中第一绝缘膜的端部边缘位于第一电极的周边上。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中在传感器孔的周边上存在的第一绝缘膜的厚度在大约2000至大约5000埃的范围内。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中传感器孔呈圆形并且它的直径在大约5至大约40微米的范围内。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中从位于空腔下的第一电极的表面上升的第一绝缘膜的端部边缘向第一电极倾斜。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中排放孔设置在第二电极中以便对应于第一电极的周边部分。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中第二绝缘膜层叠在第二电极上，并且在传感器部分的中央附近上的第二绝缘膜被清除以形成开口。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中在传感器部分中的第二绝缘膜的被清除的部分呈圆形并且其直径为大约24至大约28微米的范围，本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中外涂膜形成在开口中的第二电极上。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中外涂膜由与第二绝缘膜的材料不同的材料形成。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中第二绝缘膜以无机绝缘膜形成，而外涂膜以有机绝缘膜形成。
本发明也涉及具有上述构造的压力传感器，其中在传感器部分中的中央部分上的外涂膜的表面是平面。
本发明也涉及一种制造包括呈矩阵设置的多个传感器部分的压力传感器的方法，该方法包括如下的步骤在传感器部分中形成第一电极；在第一电极上形成中间层；在中间层上形成第二电极；在第二电极上形成外涂层；在外涂层上形成绝缘膜；清除中间层以形成空腔；以及清除在传感器部分的中央部分中存在的绝缘膜以形成开口。
本发明也涉及具有上述构造的制造压力传感器的方法，包括如下的步骤至少在第二电极的中央部分上形成外涂膜；在外涂膜上形成第二绝缘膜；以及清除在第二电极的中央部分中存在的第二绝缘膜以形成开口。
本发明也涉及具有上述构造的制造压力传感器的方法，包括如下的步骤在第二绝缘膜和第二电极中形成排放孔以叠加第一电极；通过排放孔清除中间层；以及在清除了中间层之后封闭排放孔。
本发明也涉及具有上述构造的制造压力传感器的方法，包括如下的步骤在大约250至大约300℃的范围的温度下对外涂膜进行后烘焙。


附图1所示为根据本发明的第一实施例的压力传感器的总体示意图。
附图2所示为传感器部分和压力传感器的排气孔部分的平面视图。
附图3所示为传感器部分的剖面示意图。
附图4所示为排气孔部分的剖面示意图。
附图5所示为包括传感器部分和排气孔部分的剖面示意图。
附图6(a)至6(h)所示为描述传感器部分的制造过程的步骤的剖面图。
附图7(a)至7(f)所示为描述传感器部分的制造过程的步骤的平面图。
附图8所示为根据本发明的第二实施例的第一电极的平面视图。
附图9所示为根据本发明的第三实施例的第一电极的平面视图。
附图10所示为根据本发明的第四实施例的传感器部分的剖面示意图。
附图11所示为根据本发明的第五实施例的传感器部分的平面视图。
附图12所示为传感器部分的剖面示意图。
附图13所示为根据本发明的第六实施例的传感器部分的平面视图。
附图14所示为传感器部分的剖面示意图。
附图15(a)和15(b)所示为描述传感器部分的主要部件的剖面示意图。
附图16所示为常规压力传感器在其制造过程的步骤中的状态的剖面视图。
具体实施例方式
下文参考附图描述本发明的实施例。注意，虽然在实施例中描述了以设置的多个传感器部分检测精细图形的压力传感器，但是本发明并不特别限于用于检测精细图形的压力传感器。本发明例如也可以应用于以一个传感器部分检测压力的压力传感器或者使用在结构上每个都具有稍微更大些的尺寸的多个传感器部分来检测推压的存在/不存在的触板。虽然在这些实施例中，描述通过在一对传感器部分的电极之间的接触的存在/不存在来识别检测状态的构造，但是本发明对于输出与一对电极之间的间隔相对应的检测信号的静电方案也是有效的。
首先，参考附图描述第一实施。附图1所示为本发明的传感器部分的总体示意图。数字符号1表示透明玻璃基片，在行方向上延伸的多个第一导线2和在列方向上延伸的多个第二导线3之间的交点以矩阵的形式设置在玻璃基片1上。在本实施例中，虽然玻璃基片1用作基片，但是塑料膜等也可以替代它而不特别限制于玻璃基片。数字符号4表示每个设置在第一导线2和第二导线3的交点附近的传感器部分，以及数字符号5表示提供在相应的第二导线3上的排气孔部分。其中以矩阵形式设置多个传感器部分4的区域对应于检测精细图形的压力检测区，排气孔部分5提供在压力检测区之外。注意，提供了检测在其中装配了传感器部分4的压力传感器装置中的图形的区域，术语“压力检测区”在此并不意味着检测在压力传感器装置中的图形的区域，而是其中存在传感器部分4的区域。排气孔部分5位于沿设置传感器部分4的列方向上相应的延长部分上，其中两个排气孔部分设置在沿列方向的线上设置的每个传感器部分组的两端上。注意，一个排气孔部分5可以设置在一个线上的每个传感器组的一端附近。数字符号6表示将扫描信号输送给第一导线2的扫描电路，以及数字符号7表示检测在第二导线3中流动的信号的感测电路。
在传感器部分4中，在下文要描述的详细结构、连接到第一导线2的第一电极和连接到第二导线3的第二电极彼此相对地设置，并且在它们之间插入空腔。在施加预定值或更大的压力时第二电极弯曲到第一电极侧以便使来自试样的压力匹配以最终与第一电极相接触。在试样推到压力检测区时，两个电极在对应于试样的凸伸部的传感器部分4中彼此接触，同时两个电极在对应于试样的凹陷部的传感器部分4中彼此间隔。如果在这种情况下，将扫描信号从扫描电路6输送给第一导线2中的一个，则信号通过在其中两个电极相接触的传感器部分4中的两个电极流入第二导线3，同时没有信号流入到其中两个电极没有接触的传感器部分4中的第二导线3。然后，如果在感测电路7中检测到流经第二导线3的信号的存在/不存在，则可以检测在每个传感器部分4上施加的压力。扫描信号从扫描电路6顺序地施加第一导线2，由此一次扫描具有该信号的所有的压力检测区并检测图形。
附图2所示为压力传感器的排气孔部分5和传感器部分4的平面视图，附图3所示为沿附图2的线A-A的传感器部分4的剖面视图，附图4所示为沿附图2的线B-B的排气孔部分5的剖面视图，以及附图5所示为沿附图2的C-C线的剖面视图。
首先，描述传感器部分4的结构。由SiNx制成的底层绝缘膜11层叠在玻璃基片1的整个表面上。多根第一导线2彼此平行地设置在底层绝缘膜11上，并且第一电极8形成在传感器部分4上。第一导线2和第一电极8两者都通过对层叠在底层绝缘膜11上的金属层构图形成。作为金属层使用的例如是由Al和Mo制成的层状结构。第一电极8包括位于中央部分并对应于传感器部分4的中央电极部分的圆形部分8a；设置在传感器部分4的周边部分中的环形部分8b；和由此连接圆形部分8a和环形部分8b的连接部分8c。在本实施例中，提供一个环形部分8b并且环形部分8b是具有传感器部分4的中心的环形的形状。
数字符号12表示电连接第一导线2和第一电极8的长且窄的接触层，它是由非晶硅层、多晶层或金属层制成。接触层12由具有比制成第一导线2和第一电极8的金属的电阻率更高的电阻率的材料制成。在此如果定义接触层的电阻值是R，输送给第一导线2的扫描信号的电压是E，以及流经第二导线3的电流是I，则建立了关系E＝IR。因此，通过一个传感器部分4流入第二导线3的信号具有电流值I。然而，流入第二导线3的信号进一步在传感器部分4中、在还没有扫描的第一导线2中、在另一列上的传感器部分4中和在另一列上的第二导线3中流动，扫描信号最终通过从最初施加扫描信号的第一导线2起开始起算的三个接触层12。如果在另一列的第二导线3中流动的电流定义为I′，则建立关系E＝3RI′，由此得到关系I′＝I/3。因此，通过测量在第二导线3中的电流值，确定电流是否流经其它的传感器部分4，由此能够提高传感器本身的精度。
接触层12优选是厚度均匀的并且在其上以光学装置形成图形的膜，在这种情况下，接触层12由与导电杂质混合的非晶硅或多晶硅制成，它也可以以开关元件或整流元件(二极管等)替换。
接触层12的电阻基于在感测电路7中可检测的最小电流值确定。在利用较高电阻的接触层12的情况下，需要减小布线电阻。由于电阻值与距离成比例，因此距扫描电路6的距离越大，直到扫描电路6的电阻越高。因此，从扫描电路6到位于远离扫描电路6的位置上的传感器部分4的导线电阻与接触层12的电阻处于相同的等级，在感测电路7中的检测结果没有一个给出其结果是正确值的正确信息。因此，第一导线2优选包含电阻率较低的Al等。
数字符号13表示由SiNx、SiO2等制成的并覆盖底层绝缘膜11和第一导线2的第一绝缘膜。第一绝缘膜13也存在于传感器部分4中，并且圆形的传感器孔14形成在传感器部分4的中心的附近以暴露第一电极8的圆形部分8a的中央部分。传感器孔14的尺寸和厚度(在传感器孔14的周边处的第一绝缘膜13的厚度)影响传感器的灵敏度。
由于第一绝缘膜13覆盖第一电极8的圆形部分8a的周边，因此第二电极9在较大的面积上并不紧密接触第一电极8，在第二电极9接触第一电极8之后，第二电极9开始从第一绝缘膜13的附近的点上与第二电极9分离。第一绝缘膜13越厚，第二电极9越容易恢复原始状态，即使第二电极9的弹性越弱，第二电极9与第一电极8接触的可能性越低。
在传感器孔14更大的情况下，第一电极8的暴露部分增加，这导致了第一电极8与第二电极9相接触的可能性更大。因此，可以实现施加在传感器部分4上的较低的压力的检测，而通过增加检测低压力的灵敏度容易发生过检测。与其相反，在传感器孔14更小的情况下，第一电极8的暴露的部分减少，这导致了使第一电极8接触第二电极9的可能性降低；因此通过降低接触的可能性，传感器对压力更加不敏感。
因此，第一绝缘膜13的厚度和传感器孔14的尺寸适当地设置以便与压力传感器的所要求的灵敏度匹配。为了获得以良好的精度检测图形的压力传感器，将第一绝缘膜13的厚度设置在大约500埃至大约10000埃的范围内和将传感器孔14的直径设置在大约5微米至大约40微米的范围内是必须的。更为可取的是，第一绝缘膜13的厚度在大约2000埃至大约5000埃的范围内。注意，传感器孔14可以是多边形，其中传感器孔14可以是边长在大约5微米至大约40微米的范围内的方形形状。
从第一绝缘膜13中暴露的第一电极8与第二电极9相对设置，并且在它们之间插入空腔10。空腔10(其形成方法将在下文中描述)在传感器部分4的水平方向上延伸到第一电极8的环形部分8b。排放孔15提供在传感器部分4的四个角落上，并且空腔10延伸到排放孔15。
第二电极9以金属层形成，例如使用Mo作为金属层。在传感器部分4中，第二电极9构造成尺寸为50微米×50微米的方形，排放孔15开在四个角落上。在设置于列方向上的传感器部分4中，形成有在彼此相邻的传感器部分4的第二电极9之间电连接的连接部分30，第二电极9和连接部分30其次起到第二导线3的作用。连接部分30在宽度上形成得比第二电极9更窄，并且在正交方向上经由第一绝缘膜13与第一导线2重叠。下文描述通过构造相同的金属层形成的第二电极9和连接部分30的制造过程。
由于第二电极9也起第二导线3的作用，因此不需要提供用于第二导线的专用线。因此，可以增加在压力检测区中由传感器部分4占用的面积，并且更加有效地使用压力检测区的空间。
第二电极9具有基本均匀的膜厚带有凹陷和凸伸组合的轮廓，这是因为下文描述的中间层25的表面具有与第一电极8的形状一致的凹陷和凸伸组合的轮廓。即，宏观上，位于与圆形部分8a和环形部分8b相对的部分凸伸，而其它部分凹陷。这样，由于第二电极9整个具有凹陷和凸伸组合的轮廓，因此第二电极9被加强，由此增加了它的恢复力。即使较强的压力作用在第二电极9上，由于应力分布在第二电极9的整个上而提高了它的强度，由此减小第二电极9断裂的可能性，改善了耐用性。
数字符号16表示第二绝缘膜，数字符号17表示保护膜，这些膜都层叠在第一绝缘膜13和第一导线2上。在本实施例中，这两层膜都由SiNx制成，注意膜16和17的材料并不特别限于SiNx，也可以是SiO2或者有机绝缘材料比如聚酰亚胺、聚丙烯酸脂等。虽然下面要描述细节，但是第二绝缘膜16和保护膜17都分别在不同的步骤形成。排放孔15形成在第二绝缘膜16中，在形成排放孔15之后保护膜17形成在第二绝缘膜16上；因此排放孔15以保护膜17封闭。封闭排放孔15的保护膜17和层叠在第二绝缘膜16上的保护膜17同时形成，但两者不是连续而是分离的。封闭排放孔15的保护膜17对应于封闭的部分。注意如果保护膜17的厚度增加以超过排放孔15的深度，则在排放孔15中的保护膜17和在第二绝缘膜16上的保护膜17变为连续的。
在传感器部分4中，在第二电极9上的第二绝缘膜16和保护膜17都被清除以形成以这两种膜包围的空圆形，由此暴露出了第二电极9。由于第二电极9在暴露的部分和作为支撑点的周围的第二绝缘膜16之间的边界上弯曲，因此第二电极9的挠性根据清除了第二绝缘膜16的区域的数量改变。如果在较大的面积上清除第二绝缘膜16，则第二电极9更容易弯曲，并且在使试样的凸伸部与第二电极9接触时，第二电极9弯曲以接触第一电极8；因此，传感器部分4对压力更加敏感。与此相反，如果在更小的面积上清除在第二电极9上的第二绝缘膜16和保护膜17，则相应地第二电极9更加难以弯曲；因此，传感器部分4对压力更加不敏感。第二电极9容易弯曲将影响传感器部分4的灵敏度，传感器部分4对压力越敏感，由于压力的过检测的缘故，检测试样的图形更加不确定，同时在另一方面，传感器部分4对压力更加不敏感，出现了其中不能检测它的精细图形和以更低的清晰度检测试样的图形的试样部分。因此，过大的灵敏度和过小的灵敏度都可能造成错误检测，需要作这样的设计，其中适当地设置在第二电极9的弯曲中的容易性。如果在第二绝缘膜16的清除区和膜的其余部分之间的边界被设置成位于在第一电极8的最外侧上的环形部分8b的里面，则第二电极9的恢复力和挠性会落在适当的范围内。
在第二电极9上以薄膜形式存在的第二绝缘膜16和保护膜17具有加固和保护的作用，在加固和保护的程度上减小了第二电极9的断裂。虽然在本实施例中第二绝缘膜16和保护膜17被在部分面积上清除到它的全部深度，但是第二绝缘膜16和保护膜17也可以在部分面积上清除到部分深度以使中央部分比其余部分薄。在后一种情况下，更可取的是，更薄的部分为圆形，传感器部分4的中心作为它的中心。注意，虽然在本实施例中，第二绝缘膜16以圆形被清除，但是也可以以四边形清除该膜。
在其中将第二绝缘膜16清除到全部深度或在厚度上部分深度的第二电极9上的第二绝缘膜16区域在圆形的情况下的直径优选在大约5微米至大约40微米的范围内。更为优选的是在圆形的情况下该区域的直径在大约24微米至大约28微米的范围内。注意在四边行的情况下，该面积优选具有长度为大约5微米至大约40微米的范围的侧边的方形形状。
然后，描述排气孔部分5。数字符号20表示设置在排气孔部分5的中心的附近并形成在底层绝缘膜11上的模拟电极。模拟电极20是环形形状的金属层，在它的中心具有开口并在与第一导线2和第一电极8相同的步骤中形成。因此，例如，Mo和Al制成的层结构的金属层层叠在底层绝缘膜11的所有的表面上，并且金属层被构造成同时形成模拟电极20、第一导线2和第一电极8。模拟电极20没有电连接到第一导线2，因此隔离地形成。第一绝缘膜13层叠以覆盖底层绝缘膜11和模拟电极20，并在排气孔部分5的中心的附近被清除以暴露底层绝缘膜11和模拟电极20的一部分。
数字符号21表示位于排气孔部分5中的辅助电极，辅助电极21是Mo等制成的类似于传感器部分4的第二电极9的金属层，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属层中。排气孔部分5的辅助电极21在形状上类似于传感器部分4的第二电极9，但没有检测图形的功能而作为第二导线3的一部分存在。第二空腔22提供在辅助电极21和第一绝缘膜13之间并与传感器部分4的空腔10连通以在其间形成两个可通风的空腔10和22。第二绝缘膜16层叠在辅助电极21上，排放孔15以类似于辅助电极21的方式提供在其中。
通过辅助电极21和第二绝缘膜16的排气孔23形成在排气孔部分5的中心。在对应于排气孔23的地方不存在模拟电极20和第一绝缘膜13。在保护膜17层叠在第二绝缘膜16上时，排放孔15被部分保护膜17封闭，由此将与第二空腔22的连通状态断开，同时由于在排气孔23中保护膜17层叠在底层绝缘膜11上，因此与第二空腔22连通的状态保留。在排气孔部分5中，在辅助电极21上的第二绝缘膜16和保护膜17没有被清除，仍然保持原样。因此，通过第二绝缘膜16和保护膜17限制了在辅助电极21中的弯曲，加强了排气孔23的外围区域，由此即使在它的制造或操作的过程中排气孔23继续与第二空腔22连通。
数字符号24表示在内部中空、以使其中的空气通风的连通路径，该连通路径位于在排气孔部分5和传感器部分4之间并且在相邻的传感器部分4之间，并且在传感器部分4中的空腔10之间和在传感器部分4中的空腔10和排气孔部分5的第二空腔22之间连通。连通路径24在底部设有第一绝缘膜13和在侧面和顶部上设有辅助电极21，该辅助电极21是第二导线3的金属层。传感器部分4的空腔10和排气孔部分5的第二空腔22在空间上通过连通路径24彼此连通并且通过排气孔23与外面的空气通风。由于连通路径24的横向宽度比空腔10的横向宽度更窄，因此可以防止来自排气孔23的灰尘通过连通路径24进入到空腔10中。
应用这种结构，即使在排放孔15被保护膜17封闭时，传感器部分4的空腔10仍然可以保持在与外部空气压力几乎相同的压力上。因此，在形成真空的步骤中没有较大的负载施加在传感器部分4的第二电极9上，由此能够防止了第二电极9断裂。由于排气孔部分5单独地由传感器部分4提供，因此防止了灰尘进入传感器部分4的空腔10，由此能够使压力传感器受到更少的麻烦。注意，排气孔23可以被封闭以使在压力传感器的操作的过程中灰尘从排气孔部分5侵入。
然后，现在基于附图描述传感器部分4的制造过程的步骤。附图6(a)至6(f)是传感器部分4的制造过程的步骤的剖视图(对应于附图3的剖视图)，附图7(a)至7(h)是传感器部分4的制造过程的步骤的平面视图。
由SiNx制成的底层绝缘膜11层叠在玻璃基片1上并且Si层层叠在底层绝缘膜11上。Si层退火到多晶状态，此后对Si层应用照相法以剩下对应于接触层12的Si层。此后，由Mo和Al制成的层结构的金属层通过溅射等方法形成在底层绝缘膜11上，以根据光刻法形成如附图6(a)和7(a)所示的第一导线2和第一电极8。
然后，SiNx层叠在底层绝缘膜11和第一导线2上以形成第一绝缘膜13。第一绝缘膜13对应于圆形部分8a的一部分在蚀刻步骤中被清除。在圆形部分8a上的第一绝缘膜13以如附图6(b)和7(b)中所示的圆形被清除以形成传感器孔14。这样，暴露了圆形部分8a的中央部分，同时第一绝缘膜13覆盖圆形部分8a的周围部分。在圆形部分8a上存在的第一绝缘膜13的比例影响压力传感器的灵敏度。
然后，由Al制成的金属层层叠在第一绝缘膜13和暴露的第一电极8上。此后，根据蚀刻法等方法以预定的形状对金属层构图以形成中间层25。在最后清除中间层25的同时，由中间层25占用的空间成为空腔10和连通路径24。因此，在附图6(c)和7(c)中所示的中间层25形成在传感器部分4中。中间层25包括覆盖第一电极8的圆形部分8a到环形部分8b的基本圆形部分；和从其中凸伸到在四个点上的排放孔15的部分。对应于连通路径24的长的中间层25存在于相邻的传感器部分4之间和传感器部分4和排气孔部分5之间。因此，在列方向上设置的每个传感器部分4和排气孔部分5之间存在的中间层25作为一体连续地延伸而无断开。注意，中间层25的形状、厚度等被设计成适合于空腔10和连通路径24的所需的形状和尺寸。
然后，通过溅射法将金属层层叠在中间层25和第一绝缘膜13上。金属层具有由Mo和Al制成的层结构。在传感器部分4中的中间层25具有与第一电极8的形状一致的凹陷和凸伸组合的轮廓的表面。抗蚀剂涂敷在金属层上并根据照相法进行暴光、显影并蚀刻以形成包括第二电极9和连接部分30在内的第二导线3。在这种情况下，中间层25处于被第二导线3的金属层完全覆盖的状态。如附图6(d)和7(d)所示，完全覆盖中间层25的基本四边形的形状的第二电极9以基本均匀的膜厚度形成，并且第二电极9呈与中间层25的表面的凹陷和凸伸组合的轮廓一致的凹陷和凸伸组合的轮廓。在这个步骤中，在第二电极9中没有形成排放孔15。对应于连通路径24的中间层25被连接部分30覆盖，并且第二电极9通过连接部分30电连接到在相邻的传感器部分4中的第二电极9。
然后，SiNx层叠在第二电极9和第一绝缘膜13上以形成第二绝缘膜16。如附图6(e)和7(e)所示，清除在对应于排放孔15的部分中的SiNx。其中清除了第二绝缘膜16的部分暴露了第二电极9的一部分。
然后，蚀刻处理以清除Mo和Al的两种材料。在没有被第二绝缘膜16覆盖的暴露的部分中的金属层通过这个蚀刻处理清除。作为蚀刻方法，可以使用干蚀刻或湿蚀刻。例如，通过使用磷酸、硝酸和乙酸的混合物作为蚀刻溶液可以蚀刻掉Mo和Al。通过这种蚀刻处理，如附图6(f)所示，清除在对应于排放孔15的部分中的第二电极9和中间层25。
然后，进行蚀刻处理以仅清除中间层25。在这个步骤中，采用湿蚀刻溶液，采用盐酸、磷酸和水的混合物作为蚀刻溶液。蚀刻溶液通过排放孔15到达中间层25以从它的端部到内部蚀刻掉中间层25。在使用盐酸∶磷酸∶水＝1∶5∶1的混合比的混合物的蚀刻溶液的情况下，在中间层25中的Al和制成第二导线3的Mo之间发生电化效应，由此在短时间内蚀刻掉Al。在以电化效应侵蚀性地蚀刻掉Al的情况下，特别是包含在体积上是盐酸的5倍或更多倍的磷酸的蚀刻溶液发挥这种效果，而在使用盐酸∶磷酸＝1∶5的混合比的混合物的蚀刻溶液的情况下，在蚀刻的过程中同时产生大量的气泡。为对付气泡的产生，进行实验研究的结果是，在使用盐酸∶磷酸∶水＝1∶10∶1的混合比的混合物的蚀刻溶液的情况下，在产生更少的气泡的短时间内侵蚀性地蚀刻掉Al。应用这种蚀刻处理，可以确保清除中间层25以形成空腔10和连通路径24(附图6(g))。
此后，SiNx层叠在第二绝缘膜16以形成保护膜17。SiNx通过例如CVD形成并且以几乎相同的厚度层叠在玻璃基片1的所有的表面上。在这个步骤中，由于在排放孔15中不存在第二绝缘膜16等，因此保护膜17层叠在第一绝缘膜13上。保护膜17的厚度被设置为封闭排放孔15的值的数量级的厚度。由于以中间层25形成空腔10，因此中间层25的厚度是空腔10的厚度，空腔10的厚度基本均匀。空腔10的厚度对应于从排放孔15的底部空间的底面到排放孔15的距离。因此，如果空腔10的厚度定义为d1，封闭排放孔15的保护膜17的厚度(封闭的部分)为d，则如果建立关系d1≤d则一定能够封闭排放孔15。通过满足这个条件的层叠保护膜17，则如附图6(g)所示地封闭排放孔15，可以防止灰尘通过排放孔15进入空腔10。
此后，如附图6(h)和7(f)所示，清除在传感器部分4中的第二电极9上的第二绝缘膜16和保护膜17。在覆盖第一电极8的圆形部分8a到环形部分8b的区域中清除第二绝缘膜16和保护膜17，由此在该区域中的第二电极9容易被弯曲。应用这种结构，形成了对压力敏感的传感器部分4。
然后，基于附图8描述第一电极8的第二实施例。附图8所示为在传感器部分4中的第一电极8的平面视图。在本实施例中，第一电极8的形状不同于在第一实施例中的形状，该结构的其它部件与在第一实施例中的部件相同；因此，在此省去对它们的描述。第二实施例的第一电极8具有位于传感器部分4的中心的圆形部分8a、封闭圆形部分8a的两个环形部分8b、以及在圆形部分8a和两个环形部分8b之间连接的窄且长的连接部分8c。在本实施例中环形部分8b是以传感器部分4的中心作为公共中心且和直径彼此不同的两个环的同心圆。最外的环形部分8b与第一实施例的环形部分8b的尺寸相同，它的直径被设置为比传感器部分4的侧边稍短的值。
第二电极9具有与第一电极8的形状一致的凹陷和凸伸组合的表面轮廓，其中对应于第一电极8的圆形部分8a、两个环形部分8b和连接部分8c的部分凸伸，而其下没有第一电极8的部分凹陷。在本实施例中，一对凹陷和凸伸增加在第一电极8的两个环形部分8b中，由此一对凹陷和凸伸增加在第二电极9中，这增强了第二电极9的强度，由此与在第一实施例中的轮廓相比增加了它的恢复力。在本实施例中，如果在第一电极8上没有提供第一绝缘膜13，则不仅圆形部分8a而且两个环形部分8b都可能电接触第二电极9以改善灵敏度。虽然也是在本实施例中第二绝缘膜16覆盖了除了其中心部分之外的第二电极9，但是通过第二绝缘膜16覆盖的部分的轮廓位于在两个环形部分8b之间。如果第一电极8具有三个或更多个环形部分8b，则通过第二绝缘膜16覆盖的部分的轮廓位于在最外的环形部分8b和第二最外的环形部分8b之间。
然后，基于附图9描述第一电极8的第三实施例。虽然第三实施例在形状上不同于第一实施例的第一电极8，但是该构造的其它部件都与在第一实施例中的部件相同。在第三实施例中的第一电极8类似于在第二实施例中的第一电极8，但两个环形部分8b与圆形部分8a间隔开。在第一导线2上的扫描信号通过连接部分8c输送给圆形部分8a，但环形部分8b与其电隔离，因此不向其输送扫描信号，环形部分8b用于获得在第二电极9中的凹陷和凸伸组合的轮廓。由于在第一电极8中环形部分8b不参与图形的检测，因此降低了灵敏度。由于施加较低的压力，因此在第一电极8和第二电极9之间不出现电接触，因此降低了错误检测的可能性。
本发明的第一电极8并不限于该实施例，本发明还可以应用于其它形状的第一电极8。第二电极9与第一电极8的表面轮廓一起具有凹陷和凸伸组合的表面轮廓，由此提高了恢复力。
然后，基于附图描述第四实施例。附图10所示为传感器部分4的剖面视图，它对应于沿附图2的线A-A的剖面视图。注意在本实施例中，外涂膜提供在第二电极上，包括传感器部分4和其它部件的主要结构与第一实施例的结构相同。因此在此不重复该结构的共同的部件的描述。
数字符号29表示外涂膜，该外涂膜29覆盖第二电极9。数字符号16表示第二绝缘膜，数字符号17表示保护膜，第二绝缘膜16和保护膜17层叠在外涂膜29上。外涂膜29以有机膜比如聚酰亚胺膜形成，第二绝缘膜16和保护膜17以SiNx形成。注意，任何绝缘膜都可以用作第二绝缘膜16和保护膜17，并不特别限于SiNx的材料，可以以SiO2或以聚酰亚胺、聚丙烯酸脂等形成的有机膜形成。外涂膜29并不特别限于聚酰亚胺膜，可以是以下列膜形成酚醛树脂清漆膜等形成的有机绝缘膜、以SiNx或SiO2形成的无机绝缘膜；以α-Si等形成的半导体膜；和以ITO或IZO形成的导电膜。虽然开口形成在第二电极9上的第二绝缘膜16中，但是在外涂膜29中没有形成开口；因此，外涂膜29可以以不同于第二绝缘膜16的材料的材料形成。如果导电层用作外涂膜29，则独立的外涂膜29分别形成在相应的传感器部分4上。由于外涂膜29连同第二电极9一起仍然保留在传感器部分4的中央附近，因此外涂膜29可以被形成为具有类似于第二电极9的挠性和弹性。因此，外涂膜29被形成为相对较小的厚度。注意虽然在本实施例中外涂膜29被形成为一个层，但是该膜也可以形成为具有两个薄层。
外涂膜29如下地形成。以旋涂器将光敏聚酰亚胺涂敷在第二电极9作为外涂膜29以获得均匀膜。在对除了排放孔15和排气孔23之外的部分进行曝光处理中固化有机膜并进行显影以清除对应于排放孔15和排气孔23的有机膜。虽然外涂膜29也形成在除了第二电极9之外的部分中，但是该膜仅形成在第二电极9上。
在传感器部分4中，在第二电极9上的第二绝缘膜16和保护膜17在圆形区域中清除以形成开口26。在开口26中，存在第二电极9和外涂膜29。因此，第二电极9容易被弯曲，并且在使试样的凸伸部与第二电极9接触时，第二电极9被由此弯曲到接触第一电极8，实现了对压力敏感的传感器部分4。相反，在由于层叠在第二电极9上的第二绝缘膜16和保护膜17被剩下的情况下，第二电极9难以被弯曲，这是因为存在两层膜的缘故，这导致了传感器部分4对压力不敏感。第二电极9的易弯曲性影响了传感器部分4的灵敏度，随着传感器部分4的压力的灵敏度越大，对压力过检测，这使得试样的轮廓不确定，而在另一方面，随着传感器部分4的压力越不灵敏，出现了不能检测的试样部分，这使得检测试样不清晰。因此，由于不仅太过于灵敏而且太过于不灵敏都增加错误的可能性，因此需要将开口26的尺寸设计成使第二电极9具有适当的易弯曲性。注意，虽然在本实施例中开口26是圆形，但是也可以采用其它的形状比如四边形等。
数字符号18表示以聚酰亚胺等制成的有机绝缘膜形成的并层叠在保护膜17上的密封材料。密封材料18最终封闭排气孔部分5的排气孔23，并在开口26中被清除。注意，SiNx或SiO2也可以用作密封材料18。
然后，参考附图描述第五实施例。附图11所示为附图1的四个(2×2)传感器部分4的平面视图，附图12所示为沿附图11的线A-A的平面视图(仅一个传感器部分的)。涉及玻璃基片1、底层绝缘膜11和第一导线2的构造与在第一实施例中的构造相同；因此在此不重复对它们的描述。
数字符号8表示设置在基片1上的第一电极，第一电极8为盘状焊盘，它的中心作为触点部分。第一电极8具有例如由Al和Mo制成的层结构，并且通过在其间插入的接触层12连接到在行方向上延伸的第一导线2。接触层12的结构与在第一实施例中相同，因此在此不重复对它们的描述。
数字符号9表示与第一电极8相对设置的第二电极，并在列方向上还另外用作第二导线3，在第二电极9和第一电极8之间插入空腔10。在第一电极8和第二电极9之间的空腔10在传感器部分4中在相应的列方向上通过每列的连通部分31彼此连通，空腔10最后在对应的列的端部上设置的排气孔部分5中打开。第二电极9例如由Mo制成，每个传感器部分4的形状基本为四边形，它的周边距第一电极8的轮廓足够远，排放孔15提供在四个角落上。在该附图的实例中，第二电极9实质上确定了传感器部分4的尺寸，例如该尺寸在每个触点传感器上是50微米×50微米的方形。注意，在本实施例中，第二电极9的宽度与同第二电极9整体地形成的并在相邻的传感器部分4之间延伸的金属层的宽度相同。在相邻的传感器部分4之间存在的金属层不仅起覆盖连通部分31的作用，而且还具有在相邻的传感器部分4中的第二电极9之间电连接的作用，由此使第二电极9起第二导线3的作用。包括第二电极9的金属层被看作第二导线3，在总体上也起窄且长的形状的电极的作用。
多个排放孔15优选提供在所有的传感器部分中的一个上。在本发明中，在如下的构造中排放孔15提供在第二电极9上，其中第一电极8的周边部分从排放孔15看到，即排放孔15具有至少与第一电极8相对地设置的部分。然而，由于理想的是排放孔15最终以保护膜17等封闭，因此在传感器部分4的操作状态下第一电极8不能从排放孔15观察到。这是因为由于排放孔15位于触点区27的附近，因此如果孔对外部空气打开则灰尘或液体等通过排放孔15侵入到空腔10中，由于这些孔在触点区27的附近因此导致了可能的麻烦比如接触失效。
注意在本实施例中，与在第一实施例中的状态相比，排放孔15形成得更靠近传感器部分4的中心。虽然实施蚀刻处理以清除中间层25，但是蚀刻溶液通过排放孔15达到中间层25并在中间层25的端部部分开始蚀刻，顺序地进行到内部；因此，如果排放孔15位于传感器部分4的内部，则提高了中间层25的清除效率，然而，由于传感器部分4的中央部分没有以第一绝缘膜13覆盖因此在形成排放孔15的同时出现了第一电极8也被蚀刻掉的可能性。因此，排放孔15的内侧端优选位于以第一绝缘膜13覆盖的第一电极8的外周边边缘上。
为进一步详述，由于排放孔15位于第一电极8的周边部分上，因此在蚀刻前端上的开口不具有水平平面而是倾斜表面，这有助于产生的气泡(尽管被减少了，但是)在蚀刻的过程中以非常高的效率逃逸，结果更不会造成不规则的蚀刻掉或者蚀刻残留。由于排放孔15设置在第一电极8和第一绝缘膜13彼此重叠的部分之上，因此在气体达到在第一电极8的周边部分的附近时在空腔10中产生的气体从排放孔15被排放到外面。例如，在排放孔15位于第一电极8的外面的点上的情况下，甚至在空腔10中的已经达到第一电极8的周边部分的气体被要求进一步移到排放孔15。然而，由于第一电极8的厚度而在第一电极8的周边部分和排放孔15之间的间隙中产生了水平差，因此在空腔10中的气体必须爬升该水平差以到达排放孔15。因此，通过设置排放孔15以在平面视图中叠加第一电极8，可以有效地排放在空腔10中的气体。
在本实施例中，形成排放孔15以与连通部分31重叠。由于连通部分31是窄且长的通路，因此通过将排放孔15提供在连通部分31上可以确定地清除在连通部分31中存在的中间层。
数字符号13表示层叠在第一电极8上的第一绝缘膜，第一绝缘膜13的形状为同心地设置的两个环形的组合。第一绝缘膜13例如由SiNx或SiO2形成，并覆盖底层11和第一电极8的主要部分，在本实施例中，还指定第二电极9和提供在其上紧密接触的涂层的形状。由于第一电极8的中央部分是起触点作用的触点区27，因此电极被暴露并且不以第一绝缘膜13覆盖，同时由于第一电极8不需要暴露在第一绝缘膜13的凹口28中，因此第一电极8可以以第一绝缘膜13的更薄的部分覆盖。在这种情况下，第一绝缘膜13的剖面视图具有基本凹口的形状。注意，在本实施例中，第一电极8暴露在凹口28中。在第一电极8暴露在凹口28中的情况下，凹口28也起触点的作用，因此这使传感器更加敏感。由于在凹口28上的水平差更大，因此后面描述的第二电极9的凹陷和凸伸组合的表面轮廓增强，由此提高了第二电极9的强度。
数字符号29表示外涂膜，外涂膜29覆盖第二电极9。数字符号16表示第二绝缘膜，数字符号17表示保护膜，第二绝缘膜16和保护膜17层叠在外涂膜29上。外涂膜29、第二绝缘膜16和保护膜17在材料和构造上都与在第四实施例中的材料和构造相同；因此在此不重复对它们的描述。
由于虽然第二电极9本身是基本均匀的厚度，但是中间层25的表面轮廓呈与第一绝缘膜13的表面轮廓一致的凹陷和凸伸组合的表面轮廓，因此第二电极9也呈波浪轮廓。即，第二电极8在第一绝缘膜13存在的地方上升，而在凹口28的点处下降，其中如果上升和下凹是同心圆，则在平面视图中该图形类似于将石头扔到水面时的波纹。这样，由于第二电极9具有凹陷和凸伸组合的轮廓，因此第二电极9变得更加柔软并且增加了恢复力。在更大的压力施加到第二电极9和在其上层叠的保护膜17时，应力分布在整个第二电极9和保护膜17上，这增加了强度并极大地减小了第二电极9的断裂的可能性。
虽然在本实施例中，在第一绝缘膜13中的凹口作为一个环形凹口提供，但是本发明并不限于这种情况，还可以同心地提供多个环形凹口。一个或多个凹口可以以不是同心圆而是波纹管的形状提供。
然后，参考附图描述本发明的第六实施例。附图13所示为在附图1中的四个(2×2)传感器部分4的平面视图，附图14所示为沿附图13的线A-A的平面视图(仅一个传感器部分的)。涉及玻璃基片1、底层绝缘膜11、第一导线2和第一电极8的构造与在第五实施例中的构造相同；因此在此不重复对它们的描述。
数字符号13表示由SiNx或SiO2等制成的第一绝缘膜，该第一绝缘膜13覆盖底层绝缘膜11和第一导线2。第一绝缘膜13也覆盖第一电极8的外部周边部分，由此形成具有凹口的圆形传感器孔14。通过以第一绝缘膜13覆盖第一电极8的外部周边部分，与在空腔10中第一电极8相对设置的第二电极9的形状具有凹口以使在第一电极8和第二电极9之间发生接触时不是点接触而是面接触。
通过采用这样的结构，其中为形成第一绝缘膜13的另一目的，第一绝缘膜13覆盖第一电极8的外部周边部分，凹陷和凸伸组合的表面轮廓形成在与空腔10上的第一电极8相对的第二电极9上。即，在形成第二电极9的情况下，具有基本均匀的厚度的中间层25(参见附图6)层叠在第一电极8和第一绝缘膜13上，第二电极9层叠在中间层25上，之后清除中间层25。因此，第二电极9具有符合第一电极8和第一绝缘膜13组合的表面轮廓的表面轮廓。在本实施例中，第二电极9的凹陷和凸伸组合的表面轮廓仅提供在第一电极8的周边的附近，而不将该轮廓提供给在第一电极8的中央部分中的第二电极9。仅通过在第一电极8的周边部分上的第二电极9的弯曲部分，提高了第二电极9的恢复力。
在本发明中，提供在第一电极8的外部周边部分上的第一绝缘膜13的端部边缘的部分如附图15(a)所示，以θ的倾角倾斜。倾角θ优选在大约30°至大约60°的范围中，这个范围是研究分析的结果。更为可取的是，该倾角在大约40°至大约50°的范围中。
现在基于附图15(a)和15(b)详细描述基于第二电极9的弯曲部分的倾角。附图15(a)所示为本实施例的第二电极，附图15(b)所示为常规的第二电极。如果第一绝缘膜13的截面和与第一绝缘膜13的轮廓一致形成的第二电极9的弯曲部分的倾角是直角并且在第二电极9与第一电极8接触时压力直接施加在第二电极9的直角部分上，导致了第二电极9容易断裂。
第一绝缘膜13的截面中的倾角影响了第二电极9的弯曲部分的厚度。即，中间层25和第二电极9顺序地层叠在第一绝缘膜13上，由此使第二电极9形成与第一绝缘膜8的形状一致的形状，其中在第一绝缘膜13的端部边缘的部分中的倾角为直角的情况下，在第一绝缘膜13的端部边缘附近中的中间层25和第二电极9的厚度变为小于其余部分的厚度。因此，第二电极9的弯曲部分更容易断裂，空腔10的厚度也不均匀，导致了传感器部分4的精度不均匀。
另一方面，在第一绝缘膜13的截面的倾角是过度的锐角的情况下，也产生了问题。即，如果该倾角是锐角(第一绝缘膜13的端部边缘倾斜到第一电极8的角度是30°或更小)，与锐角一致地形成的第二电极9的弯曲部分呈锐角，在第一电极8和第二电极9彼此接触时施加在第二电极9的弯曲部分上的压力被散开，结果难以发生断裂，但恢复力变差。
通过在防止第二电极9的弯曲部分断裂的同时施加最佳的恢复力的倾角θ研究实验，在第一绝缘膜13的截面中的倾角θ在大约30°至大约60°的范围中时获得良好的结果。更为可取的是，该倾角在大约40°至大约50°的范围中。如果在第一绝缘膜13的截面中的倾角θ设定在大约30°至大约60°的范围中，则在第二电极9的弯曲部分上的倾角也在大约30°至大约60°的范围中以使第二电极9更不容易断裂并且实现更大的恢复力。
外涂膜29形成在第二电极9上。形成外涂膜29的光敏聚酰亚胺涂敷在基片1上并通过旋涂器使湿涂层均匀。对在除了排放孔15和排气孔23之外的部分中的有机膜进行曝光处理并在大约250℃的附近在温度下(或者在大约250℃至大约300℃的范围内)对有机膜进行后烘焙以使有机膜硬化，然后对有机膜进行显影处理以清除在对应于排放孔15和排气孔23的部分中的有机膜。在200℃下对外涂膜29进行后烘焙的情况下，烘焙不充分而使硬化不够，层叠在外涂膜29上的第二绝缘膜16的粘着劣化并且第二绝缘膜容易分离。如果烘焙温度低于250℃，硬化变得不充分，由此使防止水从外部侵入的防水性更差。
然后，表1所示为在250°或更高的烘焙温度下由水滴的下降引起的废品率。表1所示为泄漏点测试的结果的典型数字值。泄漏点表示由在压力传感器中检测精细图形并由多个传感器部分4排列而成的一个单元构成的有缺陷的传感器部分4所占用的比例。泄漏点(之前)表示在水滴下降之前废品率，泄漏点(之后)表示在水滴下降之后经过了大约10分钟时废品率。
表1


在250℃的后烘焙温度下，在水滴的下降之前和之后的泄漏点的废品率之间的变化是0.04，在300℃的后烘焙温度下，变化是0.07，两者都不超过0.1；在水滴的下降之后耐水性不变，并且有缺陷的产品的产生较少。与其相反，在350℃的后烘焙温度下，泄漏点(之前)的值快速地增加到泄漏点(之后)的较高的值，由此获得了百分比变化为3或更大，这显示耐水性质量降低。这样，在大约250℃至大约300℃的范围中的后烘焙温度下，传感器部分4的耐水性较好，并且传感器部分4的产量极大地提高了。
在第四实施例中，具有多个凹陷和凸伸组合的轮廓形成在第二电极9上，并且外涂膜层叠在第二电极9上。在这个步骤中，外涂膜的后烘焙温度可以是大约200℃。在这个步骤中，第二电极具有凹陷和凸伸组合的轮廓，由此使包括第二电极和外涂膜的层状膜具有最佳的挠性和最佳的恢复力。然而，在外涂膜的更高的后烘焙温度下，随着温度的增加外涂膜的挠性丧失。因此，如果在250℃的温度下处理的外涂膜层叠在具有多个凹陷和凸伸组合的第二电极上，则外涂膜过于硬，由此第二电极和外涂膜的层状结构丧失挠性，产生的不方便的结果是在第一电极和第二电极之间的接触会变得非均匀的，由此降低了传感器部分的灵敏度，在具有凹陷和凸伸组合的轮廓的部分中产生了裂纹并且降低了耐水性。因此，在其中在大约250℃或更高的温度下对外涂膜29进行后烘焙的情况下，对应于传感器区的第二电极9的部分形成为平板形状而不是凹陷和凸伸组合的轮廓，因此使第二电极9和外涂膜29的层状结构具有最佳的挠性和最佳的恢复力，由此通过传感器部分4能够保持均匀的灵敏度。
通过使外涂膜29在后烘焙之后形成为具有均匀的膜厚度和平滑的表面而不是凹陷和凸伸组合的轮廓，在将压力施加到作为外涂膜29的底层设置的外涂膜29上时该传感器的检测灵敏度可以是均匀的。可取的是，外涂膜29由不同于第二绝缘膜16的材料的材料制成，并具有与第二电极9类似的挠性和弹性。注意，虽然在本实施例中外涂膜29形成在作为第二电极9的整个金属层的表面上，但是外涂膜29也可以仅形成在对应于从其中清除了第二绝缘膜16的开口26的部分中的传感器部分4中。
在本实施例中，第二绝缘膜16和保护膜17都由彼此相同的材料制成，但分别在不同的步骤中形成。由于形成第二绝缘膜16、空腔10和保护膜17的步骤都与在第一实施例中的步骤相同；因此在此不重复对它们的描述。
在完成了传感器部分4之后，起密封材料18作用的光敏聚酰亚胺通过旋涂器从湿涂层涂敷在保护膜17上以获得均匀的膜。然后，在除了对应于具有与传感器孔14基本相同面积的开口26的部分之外对有机膜进行曝光处理，由此在显影处理中清除开口26的有机膜。因此，在传感器部分4中有机膜是具有开口26的膜。
然后，在传感器部分4中的第二电极9上的第二绝缘膜16和保护膜17被清除以形成开口26。通过设计开口26的尺寸以使比在第一绝缘膜中的开口的尺寸更小，第二绝缘膜和保护膜留下在第二电极的弯曲部分中，这提高了弯曲部分的强度。通过将开口26的直径设定为大约24微米至28微米的范围的量级的值，可以使第二电极和外涂膜的层状结构具有适当的挠性和适当的恢复力。在这个步骤中，使用蚀刻溶液形成开口26以清除SiNx，而在没有外涂膜29存在于第二电极9上的情况下，蚀刻溶液透过第二电极9以最终侵入到空腔10中。由于该空腔是气密封状态因此侵入到空腔10中的蚀刻溶液不能被清除并且仍然保留在其中。传感器部分4不能有效地操作，因为存在蚀刻溶液，这影响了它的可靠性。因此，通过在第二电极9上形成外涂膜29，可以防止蚀刻溶液通过外涂膜29透过，因此蚀刻溶液不能侵入到空腔10中。
因此，以不同于形成直接层叠在外涂膜29上的第二绝缘膜16的材料的材料形成外涂膜29，并且在形成开口26时使用的蚀刻溶液是能够蚀刻掉第二绝缘膜16但不能蚀刻掉外涂膜29的溶液。
虽然在本实施例中描述了第一绝缘膜13的端部边缘位于第一电极8的周边部分上的情况，但是本发明对于第一绝缘膜13的一部分存在于第一电极8的中央部分中的情况也是有效的。例如，在第五实施例的情况下，第一绝缘膜13的端部边缘优选倾斜。
在这些实施例中，在第二电极上的所有的绝缘膜被清除或者仅仅在其上剩下薄的外涂膜。利用这种结构，可以使第二电极具有最佳的挠性和最佳恢复力，同时另一膜可以层叠在第二电极9上以使其不丧失恢复力和挠性。例如，在传感器部分的中央部分中可以提供具有一定的厚度的绝缘膜或者仅在传感器部分的中央部分上提供不同的绝缘膜。
工业实用性本发明设定了起微传感器的上部电极作用的第二电极的挠性、取决于施加在第一电极侧面的压力的弯曲和在压力变为零将第二电极的原始状态恢复到所需的状态的恢复力。应用这种设定，在检测精细图形的压力传感器比如指纹传感器中，用户可以设定适合于一定的目的或应用的挠性和恢复力的各种水平，由此能够提供在传感器部分中具有更少失效和适当的灵敏度的压力传感器。
在其上使用凹陷和凸伸组合的表面轮廓提高第二电极的恢复能力的情况下，通过倾斜覆盖第一电极的周边部分的第一绝缘膜的端部边缘预定的角度，分散开压力而不集中在第二电极的弯曲部分上，由此能够提供更加难以断裂的压力传感器，尽管负载同样地集中在弯曲部分上由此使第二电极更加容易断裂。
在要形成压力传感器的空腔的情况下，排放孔设置在第二电极中以对应于第一电极的周边部分，由此能够实现有效地清除中间层而不存在不均匀性。
在清除了第二电极上的绝缘膜的情况下，外涂膜形成在第二电极上并且使外涂膜光滑，因为在某些情况下蚀刻溶液侵入到空腔中，由此能够减少了传感器部分的断裂，此外，实现了提高的耐水性和更高的产量的压力传感器。
在第二电极上形成外涂膜的情况下，在250至300℃的范围中的温度下形成外涂膜由此实现了更好的耐水性并且极大地提高了传感器部分的产量。
权利要求
1.一种压力传感器，该压力传感器包括呈矩阵设置的多个传感器部分，其中每个传感器部分包括在传感器部分中设置的第一电极；覆盖第一电极的第一绝缘膜；形成在第一绝缘膜中并暴露第一电极的一部分的传感器孔；至少位于所暴露的第一电极之上的空腔；以及第二电极，该第二电极与第一电极相对地设置并且在它们之间插入该空腔，并且该第二电极还能够弯曲到第一电极侧。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中第一电极包括基本位于传感器部分的中央的中央电极部分；和位于传感器部分中并形成为包围中央电极部分的环形部分。
3.根据权利要求1所述的压力传感器，其中除了在其上的传感器孔之外，第一绝缘膜还具有在第一电极上的至少一个凹口。
4.根据权利要求1所述的压力传感器，其中第一绝缘膜的端部边缘位于第一电极的周边处。
5.根据权利要求1所述的压力传感器，其中在传感器孔的周边处存在的第一绝缘膜的厚度在大约2000至大约5000埃的范围内。
6.根据权利要求1所述的压力传感器，其中传感器孔呈圆形并且它的直径在大约5至大约40微米的范围内。
7.根据权利要求1所述的压力传感器，其中从位于空腔下的第一电极的表面上升的第一绝缘膜的端部边缘向第一电极倾斜。
8.根据权利要求1所述的压力传感器，其中排放孔设置在第二电极中以便对应于第一电极的周边部分。
9.根据权利要求1所述的压力传感器，其中第二绝缘膜层叠在第二电极上，并且在传感器部分的中央附近的第二绝缘膜被去除以形成开口。
10.根据权利要求9所述的压力传感器，其中在传感器部分中的第二绝缘膜的被去除的部分呈圆形并且其直径为大约24至大约28微米的范围，
11.根据权利要求9所述的压力传感器，其中外涂膜形成在开口中的第二电极上。
12.根据权利要求11所述的压力传感器，其中外涂膜由与第二绝缘膜的材料不同的材料形成。
13.根据权利要求11所述的压力传感器，其中第二绝缘膜以无机绝缘膜形成，而外涂膜以有机绝缘膜形成。
14.根据权利要求11所述的压力传感器，其中在传感器部分的中央部分上的外涂膜的表面是平面。
15.一种制造包括呈矩阵设置的多个传感器部分的压力传感器的方法，该方法包括如下的步骤在传感器部分中形成第一电极；在第一电极上形成第一绝缘膜；去除在第一电极的中央存在的第一绝缘膜；在第一绝缘膜上形成中间层；在中间层上形成第二电极；在第二电极上形成第二绝缘膜；去除中间层以形成空腔；以及去除在传感器部分的中央部分中存在的第二绝缘膜以形成开口。
16.根据权利要求15所述的制造压力传感器的方法，包括如下的步骤至少在第二电极的中央部分中形成外涂膜；在外涂膜上形成第二绝缘膜；以及去除在第二电极的中央部分中存在的第二绝缘膜以形成开口。
17.根据权利要求15所述的制造压力传感器的方法，包括如下的步骤在第二绝缘膜和第二电极中形成排放孔以叠加第一电极；通过排放孔去除中间层；以及在去除了中间层之后封闭排放孔。
18.根据权利要求15所述的制造压力传感器的方法，包括如下的步骤在大约250至大约300℃的范围内的温度下对外涂膜进行后烘焙。
全文摘要
本发明公开了一种包括呈矩阵设置的多个传感器部分的压力传感器。与第一导线连接的第一电极和与第二导线连接的第二电极通过空腔部分相对地设置在传感器部分中。第二电极响应来自试样的压力弯曲到第一电极侧并在施加指定水平或更大的压力时接触第一电极。在相对压力检测区按压试样时，在对应于试样的凸伸部的传感器部分上两个电极彼此接触并且在对应于下凹部的传感器部分上分开。在扫描信号从扫描电路输送到一根导线并且通过感测电路检测到通过第二导线流动的信号的存在时，可以检测施加到每个传感器部分的压力。此外，通过从扫描电路将扫描信号顺序地输送给每个第一导线并一般地检测压力检测区来检测该形状。
文档编号G01L5/22GK1643358SQ0380745
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月27日 优先权日2002年3月29日
发明者小林千哲, 鹫见大辅, 稻村弘, 森藤东吾, 吉田公二, 远藤正树, 日浦清, 山内隆夫, 山浦俊介, 武田黛, 永见公彦 申请人:三洋电机株式会社, 鸟取三洋电机株式会社