CN101713693A - 压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种小型且高性能的压力传感器。本发明涉及的压力传感器，具有：差压用膜片(4)；设置于差压用膜片的外周部的静压用膜片(17)；第一静压应变片对(15)，其具有隔着差压用膜片(4)而配置的两个静压应变片(15a、15b)，且形成于静压用膜片(17)的端部；第二静压应变片对(16)，其具有隔着差压用膜片(4)而配置的两个静压应变片(16c、16d)，且形成于静压用膜片(17)的中央部。

Description

压力传感器
技术领域
本发明涉及压力传感器，尤其涉及具有膜片的压力传感器。
背景技术
利用半导体的压阻效应的压力传感器，由于小型、轻质、灵敏度高，所以在工业测量、医疗等领域被广泛地利用。在这样的压力传感器中，在半导体基板上形成有膜片。而且，在膜片上形成有应变片。因施压于膜片的压力而使应变片变形。检测由压阻效应引起的应变片的电阻变化，来测量压力。
另外，公开有为了降低串扰，而将静压检测用应变片设置在最佳位置的压力传感器(专利文献1)。在专利文献1的压力传感器中，在传感器芯片与基座的接合部的外侧，设置有静压检测用应变片。具体而言，在传感器芯片的中央，形成正方形的差压用膜片。而且，在差压用膜片的周缘部或中心部设置差压检测用应变片。在差压用膜片的外侧设置有静压检测用应变片。
此外，公开有在半导体基板上，设置静压检测用膜片的传感器(专利文献2)。在专利文献2的压力传感器中，在圆形的差压用膜片的外周，形成有圆环状的静压用膜片。而且在静压用膜片上形成有四个静压应变片。四个静压应变片，在周向上等间隔地配置。即，两个静压应变片被配置为隔着差压用膜片相对置。通过形成静压用膜片，从而能够提高静压的灵敏度。
如上所述，将因变形使电阻变化的压电电阻元件用作应变片。即，根据由压力而产生的半导体基板的变形，来改变压电电阻元件的电阻。通过借助电桥电路检测电阻的变化量，就能测量压力。
专利文献1：日本特开2002-277337号公报
专利文献2：日本特开平6-213746号公报
压电电阻元件，受到测量环境温度的影响。例如，因半导体基板和玻璃基座等的热膨胀系数的不同，而产生热应力。因该热应力而使该半导体基板上的应变片产生变形。因此，在测量环境温度不同时，成为引起测量误差的原因。
另外，在压力传感器中，为了实现小型化，而需要减小膜片。然而，若减小膜片，则测量灵敏度会降低。例如，若将静压检测用膜片的高宽比(纵横比)设为恒定，则应力的峰值也为恒定。然而，即使高宽比为恒定，若减小膜片，则也会减小应力的峰值幅度。因此，获得足够的灵敏度变得困难。换而言之，若为了提高测量灵敏度而增大膜片，则难于实现压力传感器的小型化。
于是，存在难于实现小型且高性能的压力传感器这样的问题。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题而完成的，目的在于提供一种小型且高性能的压力传感器。
本发明的第一方式涉及的压力传感器，具备：基板；设置于上述基板的中央部的差压用膜片；设置于上述差压用膜片的差压应变片；设置于上述差压用膜片的外周部的静压用膜片；第一静压应变片对，其具有隔着上述差压用膜片而配置的两个静压应变片，且形成于上述静压用膜片的端部；第二静压应变片对，其具有隔着上述差压用膜片而配置的两个静压应变片，且形成于上述静压用膜片的中央部。由此，即使在将压力传感器小型化的情况下，也能够抑制测量灵敏度的降低。另外，能够抑制温度变化引起的测量误差。因此，能够实现小型且高性能的压力传感器。
本发明的第二方式涉及的压力传感器，是在上述的压力传感器的基础上，以连接上述第一静压应变片对的直线，与连接上述第二静压应变片对的直线正交的方式配置。由此，即使在将压力传感器小型化的情况下，也能够抑制测量灵敏度的降低。另外，能够抑制温度变化引起的测量误差。因此，能够实现小型且高性能的压力传感器。
本发明的第三方式涉及的压力传感器，是在上述的压力传感器的基础上，以连接上述第一静压应变片对的直线，与连接上述第二静压应变片对的直线一致的方式配置。由此，即使在将压力传感器小型化的情况下，也能够抑制测量灵敏度的降低。另外，能够抑制温度变化引起的测量误差。因此，能够实现小型且高性能的压力传感器。
本发明的第四方式涉及的压力传感器，是在上述的压力传感器的基础上，上述第一静压应变片对所包括的两个静压应变片，形成于上述静压用膜片的基板中心侧的端部，或者基板端侧的端部。由此，能够提高测量灵敏度以及温度特性。
本发明的第五方式涉及的压力传感器，是在上述第二方式涉及的压力传感器的基础上，与上述第一及第二静压应变片对所包括的四个静压应变片相对应地，设置四个上述静压用膜片，四个上述静压用膜片的短边方向，沿着相对于上述差压用膜片的中心的径向配置，由此，能够提高测量灵敏度以及温度特性。
本发明的第六方式涉及的压力传感器，是在上述第三方式涉及的压力传感器的基础上，与上述第一及第二静压应变片对所包括的四个静压应变片相对应地，设置两个上述静压用膜片，两个上述静压用膜片的短边方向，沿着相对于上述差压用膜片的中心的径向配置，由此，能够提高测量灵敏度以及温度特性。
本发明的第七方式涉及的压力传感器，是在上述压力传感器的基础上，上述第一及第二静压应变片对所包括的四个静压应变片，沿着与上述静压用膜片的短边方向垂直的方向形成。由此，能够提高测量灵敏度。
本发明的第八方式涉及的压力传感器，是在上述第五或第六方式涉及的压力传感器的基础上，上述静压用膜片呈长方形。由此，能够提高测量灵敏度和温度特性。
本发明的第九方式涉及的压力传感器，是在上述压力传感器的基础上，上述静压用膜片，以包围上述差压用膜片的方式形成为圆环状，上述第一及第二静压应变片对所包括的四个静压应变片，形成在圆环状的上述静压用膜片的周向上。由此，能够提高测量灵敏度和温度特性。
本发明的第十方式涉及的压力传感器，是在上述压力传感器的基础上，上述差压用膜片呈圆形。由此，能够提高测量灵敏度和温度特性。
本发明的第十一方式涉及的压力传感器，是在上述压力传感器的基础上，圆环状的上述静压用膜片和圆形的上述差压用膜片，配置成同心圆状。由此，能够提高测量灵敏度和温度特性。
本发明的第十二方式涉及的压力传感器，是在上述压力传感器的基础上，上述基板呈圆形。由此，能够提高测量灵敏度和温度特性。
根据本发明，能够提供小型且高性能的压力传感器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的压力传感器的构成的俯视图。
图2是图1的II-II剖视图。
图3是图1的III-III剖视图。
图4是表示由静压应变片构成的电桥电路及其电阻变动的示意图。
图5是施加压力时的传感器芯片自中心起的应力分布图。
图6是表示由静压应变片构成的电桥电路及其电阻变动的示意图。
图7是施加温度时传感器芯片自中心起的应力分布图。
图8是表示本发明的实施方式1涉及的压力传感器的另一构成例的俯视图。
图9是表示压力传感器的制造工序的图。
图10是表示压力传感器的制造工序的工序剖视图。
图11是表示压力传感器的另一制造工序的图。
图12是表示压力传感器的另一制造工序的工序剖视图。
图13是表示本发明的实施方式2涉及的压力传感器的构成的俯视图。
图14是表示本发明的实施方式3涉及的压力传感器的构成的俯视图。
图15是表示本发明的实施方式3涉及的压力传感器的另一构成的俯视图。
图16是表示本发明的实施方式3涉及的压力传感器的另一构成的俯视图。
附图标记说明：1-第一半导体层，2-绝缘层，3-第二半导体层，4-差压用膜片，5-差压应变片，5a-差压应变片，5b-差压应变片，5c-差压应变片，5d-差压应变片，9-抗蚀剂，10-传感器芯片，15-第一静压应变片对，15a-静压应变片，15b-静压应变片，15e-静压应变片，15f-静压应变片，16-第二静压应变片对，16c-静压应变片，16d-静压应变片，16g-静压应变片，16h-静压应变片，17-静压用膜片，17a-静压用膜片，17b-静压用膜片，17c-静压用膜片，17d-静压用膜片，19-抗蚀剂。
具体实施方式
发明的实施方式1
下面，对适用了本发明的具体实施方式，参照附图详细地进行说明。图1是表示本发明的实施方式涉及的压力传感器所使用的传感器芯片的构成的俯视图。图2是图1的II-II剖视图，图3是图1的III-III剖视图。本实施方式涉及的压力传感器，是利用了半导体的压阻效应的半导体压力传感器。
压力传感器，具有由半导体基板构成的传感器芯片10。传感器芯片10为正方形。如图1所示，设正方形的传感器芯片10的各顶点为A、B、C、D。如图1所示，左上角为角A、右下角为角B、右上角为角C、左下角为角D。连接角A和角B的对角线为对角线AB。连接角C和角D的对角线为对角线CD。由于传感器芯片10为正方形，因此对角线AB和对角线CD正交。
如图2所示，传感器芯片10为：作为基座的第一半导体层1、绝缘层2以及第二半导体层3的三层构造。例如，作为传感器芯片10，可以使用由第一半导体层1、0.5μm左右厚度的绝缘层2和第二半导体层3构成的SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)基板。第一半导体层1和第二半导体层3，例如由n型单晶硅层构成。绝缘层2例如由SiO2层构成。在第一半导体层1上，形成有绝缘层2。而且，在绝缘层2上，形成有第二半导体层3。因此，在第一半导体层1和第二半导体层3之间，配设有绝缘层2。在蚀刻第一半导体层1时，绝缘层2，作为蚀刻终止层发挥作用。第二半导体层3，构成差压用膜片4。如图1所示，差压用膜片4配设于芯片的中央部分。
在传感器芯片10的中央部，设置有用于检测差压的差压用膜片4。如图2所示，通过去除第一半导体层1，来形成差压用膜片4。即，在差压用膜片4处，传感器芯片10变薄。这里，如图1所示，差压用膜片4形成为正方形。另外，差压用膜片4的中心与传感器芯片10的中心一致。即，传感器芯片10的中心点位于对角线AB和对角线CD的交点上。而且，差压用膜片4配置成相对于正方形的传感器芯片10以45°倾斜。因此，对角线AB垂直地穿过差压用膜片4的相对置的两条边的中心。另外，对角线CD垂直地穿过差压用膜片4的相对置的另两条边的中心。
在差压用膜片4的表面，设置有差压应变片5a～5d。将这四个差压应变片5a～5d统称为差压应变片5。差压应变片5设置在差压用膜片4的端部。即，差压应变片5形成在差压用膜片4的周缘部上。在此，在正方形的差压用膜片4的各边，各设置有一个差压应变片5。差压应变片5设置在差压用膜片4的各边的中央。因此，在差压用膜片4的中心和角A之间，配置差压应变片5a。在差压用膜片4的中心和角B之间，配置差压应变片5b。在差压用膜片4的中心和角C之间，配置差压应变片5c。在差压用膜片4的中心和角D之间，配置差压应变片5d。差压应变片5a和差压应变片5b，隔着传感器芯片10的中心而对置。差压应变片5c和差压应变片5d，隔着传感器芯片10的中心而对置。
差压应变片5是具有压阻效应的应变片。因此，当传感器芯片10变形时，各差压应变片5a～5d的电阻产生变化。另外，在传感器芯片的上表面上形成有与各差压应变片5a～5d连接的布线(未图示)。例如，在各差压应变片5a～5d的两端连接有布线。借助该布线，四个差压应变片5接线成电桥电路。由于被差压用膜片4隔开的空间的压力差，差压用膜片4变形。差压应变片5的电阻，根据差压用膜片4的变形量产生变化。通过检测该电阻的变化，就能够测量压力。如图2和图3所示，差压应变片5形成于传感器芯片10的表面。
四个差压应变片5a～5d相互平行配置。即，四个差压应变片5a～5d的长边方向沿着对角线AB设置。而且，在差压应变片5a～5d的长边方向的两端，连接有布线(未图示)。差压应变片5，在传感器芯片10的结晶面方位(100)，形成为与压电电阻系数为最大的(110)的结晶轴方向平行。
此外，在传感器芯片10上，设置有四个静压用膜片17a～17d。将这四个静压用膜片17a～17d统称为静压用膜片17。如图2所示，通过去除第一半导体层1，而形成静压用膜片17。即，在静压用膜片17处，传感器芯片10变薄。静压用膜片17配置于差压用膜片4的外周部。即，在差压用膜片4的外侧，配置有静压用膜片17。四个静压用膜片17a～17d，相对于传感器芯片10的中心点配置为点对称。
因此，静压用膜片17a和静压用膜片17b配置为，隔着差压用膜片4相对置。而且，静压用膜片17a和静压用膜片17b，配置在对角线AB上。同样，静压用膜片17c和静压用膜片17d配置为隔着差压用膜片4相对置。而且，静压用膜片17c和静压用膜片17d，配置在对角线CD上。而且，从传感器芯片10的中心到各静压用膜片17a～17d的距离相等。
在差压应变片5a和角A之间，配置静压用膜片17a。同样地，在差压应变片5b和角B之间，配置静压用膜片17b、在差压应变片5c和角C之间，配置静压用膜片17c、在差压应变片5d和角D之间，配置静压用膜片17d。静压用膜片17a～17d为相同大小、形状。
静压用膜片17形成为长方形。因此，静压用膜片17的长边和短边正交。即，静压用膜片17，存在长边方向和短边方向。在此，将从传感器芯片10的中心朝向外侧延伸的方向作为径向(r方向)。即，从传感器芯片10的中心点朝向传感器芯片10的端点的方向为径向。由于传感器芯片10和差压用膜片4的中心一致，因此该径向，为相对于差压用膜片4的中心的径向。而且，将与径向正交的方向作为周向(θ方向)。周向对应于以传感器芯片10的中心为中心的圆的切线方向。静压用膜片17的短边与径向平行。
静压用膜片17a、17b的短边与对角线AB平行，静压用膜片17c、17d的短边与对角线CD平行。于是，在相对置的两个静压用膜片(例如，静压用膜片17a和静压用膜片17b)中，短边方向平行。而且，在周向上相邻的静压用膜片17(例如，静压用膜片17a和静压用膜片17c)中，短边方向垂直。另外，在对角线AB及对角线CD上，静压用膜片17的长边方向与周向平行。四个静压用膜片17，在周向上等间隔配置。
在静压用膜片17a上，形成有静压应变片15a。同样，在静压用膜片17b上，形成有静压应变片15b。在静压用膜片17c上，形成有静压应变片16c。同样，在静压用膜片17d上，形成有静压应变片16d。在此，将两个静压应变片15a、15b作为静压应变片对15。同样，将两个静压应变片16c、16d作为静压应变片对16。
静压应变片15a、15b、16c、16d，与差压应变片5是同样的应变片。因此，当传感器芯片10变形时，因压阻效应，各静压应变片15a、15b、16c、16d的电阻产生变化。静压应变片15a、15b、16c、16d，与差压应变片5同样接线成电桥电路。由此，能够测量静压。这里，如图2和图3所示，静压应变片15a、15b、16c、16d形成于传感器芯片10的表面。在静压应变片15a、15b、16c、16d长边方向的两端，连接布线(未图示)。而且，与差压应变片5同样，静压应变片15a、15b、16c、16d接线成电桥电路。
静压应变片对15包括的两个静压应变片15a、15b，以隔着差压用膜片4相对置的方式配置。静压应变片15a、15b，形成于对角线AB上。静压应变片15a、15b，相对于传感器芯片10的中心对称地配置。从传感器芯片10的中心到静压应变片15a的距离，与从传感器芯片10的中心到静压应变片15b的距离相等。
静压应变片对16包括的两个静压应变片16c、16d，以隔着差压用膜片4相对置的方式配置。静压应变片16c、16d，形成于对角线CD上。静压应变片16c、16d，相对于传感器芯片10的中心对称地配置。即，从传感器芯片10的中心到静压应变片16c的距离，与从传感器芯片10的中心到静压应变片16d的距离相等。
静压应变片15a、15b，分别配置于静压用膜片17a、17b的端部。即，静压应变片15a、15b与静压用膜片17a、17b的周缘重叠。另一方面，静压应变片16c、16d，分别配置在静压用膜片17c、17d的中央部。即，静压应变片16c、16d与静压用膜片17c、17d的周缘不重叠。从传感器芯片10的中心到静压应变片15a(或静压应变片15b)的距离，与从传感器芯片10的中心到静压应变片16c(或静压应变片16d)的距离不同。
在此，静压应变片15a、15b，形成于静压用膜片17a、17b的传感器芯片端侧的周缘上。即，静压应变片15a，配置在静压用膜片17a的角A侧的长边上。同样，静压应变片15b，配置在静压用膜片17b的角B侧的长边上。从传感器芯片10的中心到静压应变片15a或静压应变片15b的距离，长于与从传感器芯片10的中心到静压应变片16c或静压应变片16d的距离。另外，可以将静压应变片15a、静压应变片15b分别配置在传感器芯片10的中心侧的长边上。即，在本实施例中，是将静压应变片对15所包括的两个静压应变片15a、15b形成于静压用膜片的长边上，然而不限于长边上，只要形成于静压用膜片的芯片中心侧的端部，或者芯片端侧的端部附近产生最大应力的位置即可。
这样，通过第一静压应变片对15和第二静压应变片对16，就可改变静压用膜片17上的静压应变片的配置位置。即，将相对置的两个静压应变片15a、15b配置在静压用膜片17a、17b的端部，并将相对置的两个静压应变片16c、16d配置在静压用膜片17c、17d的中央部。通过这样的配置，即使在将传感器芯片10小型化时，也能够防止测量灵敏度的降低。此外，能够抑制因测量环境的温度变化所引起的测量误差。即，能够提高压力传感器的温度特性，根据上述构成，能够实现小型且高性能的压力传感器。
首先，用图4及图5，对能够防止测量灵敏度降低的理由进行说明。图4是表示由静压应变片15a、15b、16c、16d构成的电桥电路及其电阻变动的示意图。如图4所示，四个静压应变片15a、15b、16c、16d为电阻元件，例如，构成惠斯登电桥电路。图5是表示施加了3.5MPa时的传感器芯片10自中心起的应力分布的图。这里，图5表示对角线CD上的应力的模拟结果。在模拟的解析中，使用有限元法(FiniteElement Method：FEM)。在图5中，横轴表示距离传感器芯片10的中心的距离，纵轴表示应力。在图5中，左侧的箭头，对应于静压用膜片17的中央的位置，右侧的箭头，对应于静压用膜片17外侧的边缘。
在静压用膜片17的中央部和端部，施加压力时产生的应力的朝向是相反的。例如，如图5所示，在施加了3.5MPa时在静压用膜片17的中央部(左侧箭头)应力为负，在端部(右侧箭头)应力为正。即，在静压用膜片17的中央部处成为应力为负的峰值，在端部处成为正的峰值。
在此，如图4所示，将为规定压力的静压应变片15a、15b、16c、16d的电阻值设为R。将由施加压力而产生的变形而引起的静压应变片15a、15b的电阻变动的绝对值设为ΔR1，将静压应变片16c、16d的电阻变动的绝对值设为ΔR2。于是，配置在静压用膜片17的端部的静压应变片15a、15b中，电阻值为R-ΔR1。另一方面，配置在静压用膜片17的中央部的静压应变片16c、16d中，电阻值为R+ΔR2。这里，ΔR1、ΔR2分别为正值。即，当施加压力时，在第一静压应变片对15所包括的两个静压应变片15a、15b中电阻值下降，在第二静压应变片对16所包括的两个静压应变片16c、16d中电阻值上升。
于是，当从规定的压力产生变化时破坏电桥电路的电阻平衡。对置配置的两个静压应变片的电阻变动为同方向。此外，第一静压应变片对15及第二静压应变片对16的电阻变动值的符号相反。即，第一静压应变片对15及第二静压应变片对16的一方，电阻变动为正，另一方电阻变动为负。由此，电桥输出增大，能够提高对静压的测量灵敏度。
此外，静压应变片15a、15b、16c、16d沿着静压用膜片17的长边而形成。如图4所示，在静压用膜片17的边缘及中央处，产生应力为峰值。而且，在该边缘或中央，形成有沿着静压用膜片17长边方向的静压应变片15a、15b、16c、16d。由电桥电路检测的电阻值变化，为沿着该长边方向被积分的值。因此，能够将产生应力有效地转换为电阻值变化。因此，能够提高测量灵敏度。
接下来，用图6、图7对能够抑制因测量环境的温度变化引起的测量误差的理由进行说明。图6与图4同样，是表示由静压应变片15a、15b、16c、16d构成的电桥电路及其电阻变动的示意图。图7是施加-40℃时的传感器芯片10自中心起的应力分布图。另外，图7表示对角线CD上的应力的模拟结果。在模拟的解析中，使用FEM(Finite ElementMethod)。在图7中，横轴表示距离传感器芯片10的中心的距离，纵轴表示应力。在图7中，左侧的箭头对应于静压用膜片17的中央的位置，右侧的箭头对应于静压用膜片17外侧的边缘。
由温度变化时产生的应力引起的电阻值变化为同方向。即，如图7所示，在静压用膜片17的边缘和中央，应力产生于同方向。例如，在由于温度变化而在静压用膜片17的边缘产生了压缩应力的情况下，在静压用膜片17的中央也产生压缩应力。在因温度变化而在静压用膜片17的边缘产生了拉伸应力时，在静压用膜片17的中央也产生拉伸应力。因此，静压应变片15a、15b的电阻值为R+ΔR1，静压应变片16c、16d的电阻值为R+ΔR2。另外，ΔR1和ΔR2是正数。因此，即使在温度变化时，电桥输出也会减小。即，抑制因温度变化引起的输出的变动。因此，能够抑制温度变化引起的测量误差，由此，能够提高温度特性。
通过将第一静压应变片对15、第二静压应变片对16以及静压用膜片17以上述方式配置，从而能够实现小型且高性能的压力传感器。另外，在上述的说明中，说明了静压用膜片17为长方形，然而静压用膜片17的形状不限于长方形。例如，也可以将静压用膜片17作成椭圆形等。此外，在上述的说明中，只在与第一静压用应变片对15和第二静压用应变片对16对应的位置设置静压用膜片17，然而也可以以在周向上连续的方式以圆环状或多边形状等来形成。例如，如图8(a)所示，将静压用膜片17作成四边形的画框状。即，可以形成包围差压用膜片14的槽来作为静压用膜片17。换而言之，静压用膜片17，可以是具有长边方向和短边方向的形状。而且，可以将与长边方向正交的短边方向沿着径向配置。将静压应变片15a、15b、16c、16d的长边方向沿着静压用膜片的长边方向配置。即，将静压应变片15a、15b、16c、16d的长边方向沿着周向配置。在上述的说明中，是使基板和差压用膜片4为正方形，然而不限于此也可以是圆形等。
另外，在上述的说明中，是以连接静压应变片15a和静压应变片15b的直线，和连接静压应变片16c和静压应变片16d的直线正交的方式形成静压应变片，然而不限定于此。即使是非正交的构成，与正交的构成相比较虽然特性差但也能够适用。
例如，如图8(b)所示，可以构成为使连接静压应变片15a和静压应变片15b的直线，和连接静压应变片16c和静压应变片16d的直线一致的方式。在图8(b)中，使差压用膜片4为圆形，且使静压用膜片17为圆环状。而且，静压用膜片17包围在差压用膜片4的周围。静压应变片16c、15a配置在角C附近，静压应变片16d、15b配置在角D附近。因此在静压应变片15a和静压应变片15b之间配置有静压应变片16c、16d。在此，连接两个静压应变片的直线，是表示连接两个静压应变片的中心的直线。另外，对于差压应变片的配置，由于与图1所示的构成同样，因此在图8中省略图示。
接下来，使用图9及图10对压力传感器的制造方法进行说明。图9是表示压力传感器的制造方法的图，表示从上方观察传感器芯片10的构成。图10是表示压力传感器的制造方法的工序剖视图，表示图9的X-X截面的构成。
首先，准备由第一半导体层1、0.5μm左右厚度的绝缘层2和第二半导体层3构成的SOI(Silicon On Insulator)晶片。为了制作该SOI晶片，可以利用在Si基板中注入氧气而形成SiO2层的SIMOX(Separation by Implanted Oxygen：注氧隔离)技术，也可以用使两枚Si基板粘合在一起的SDB(Silicon Direct Bonding：硅直接键合)技术，还可以用其它方法。另外，可以将第二半导体层3平坦化及薄膜化。例如，通过被称为CCP(Computer Controlled Polishing：数控抛光)的研磨法等，将第二半导体层3研磨到规定厚度。
在第二半导体层3的上面，通过杂质扩散或离子注入法来形成由p型Si构成的差压应变片5a～5d、静压应变片15a、15b、16c、16d。由此，成为图9(a)和图10(a)所示的构成。如用图1等表示的那样，各应变片，形成于作为各膜片的部位的规定的位置。另外，也可以在下述所示的膜片的形成工序之后形成差压应变片5a～5d、静压应变片15a、15b和静压应变片16c、16d。当然，可以将差压应变片5形成为与静压应变片15a、15b、16c、16d不同的特性。
在这样形成的SOI晶片的下面形成抗蚀剂9。抗蚀剂9的图案，可以通过公知的光刻蚀工序，而在第一半导体层1上形成。即，通过涂敷感光性树脂膜，并进行曝光、显影，来形成抗蚀剂9的图案。抗蚀剂9，在相当于压敏区域(形成膜片的区域)的部分具有开口部。即，在形成膜片的部分，露出第一半导体层1.由此，成为图10(b)所示的构成。
然后，将抗蚀剂9作为掩模，对第一半导体层1蚀刻。由此，成为图9(b)和图10(c)所示的构成。例如，可以用公知的ICP蚀刻等干式蚀刻，对第一半导体层1蚀刻。当然，也可以利用使用KOH和TMAH等溶液的湿式蚀刻，对第一半导体层1蚀刻。在对第一半导体层1蚀刻后，形成差压用膜片4和静压用膜片17。在此，绝缘层2作为蚀刻终止层发挥作用。因此，从抗蚀剂9的开口部露出绝缘层2。
然后，当去除抗蚀剂9时，则成为图10(d)所示的构成。之后，蒸镀用于得到与第一静压应变片对15、第二静压应变片对16、差压应变片5的电连接的布线(未图示)。由此，完成传感器芯片10。另外，形成布线的工序，也可以在图10(d)之前进行。例如，可以在图10(a)之前制成布线，也可以在图10(a)～图10(c)之间制成布线。另外如上所述，可以在图10(d)之后进行第一静压应变片对15、第二静压应变片对16和差压应变片5的形成，也可以在图10(a)～图10(d)之间进行。即，布线的形成工序和应变片的形成工序的顺序未作特殊限定。
将该传感器芯片10与基座接合。由此，基座由派热克斯(PYREX)(注册商标)玻璃或陶瓷形成。例如，通过阳极接合使基座与传感器芯片10的第一半导体层1接合。在基座的中心，形成有到达差压用膜片4的贯穿孔。贯穿孔与差压用膜片4连通。另外，为了使形成静压用膜片17的部位为非接合部，而在基座的中央部形成凸部，并在外周部形成凹部。因此，基座的凸部与凹部的界线，配置在差压用膜片4和静压用膜片17之间。这样一来结束压力传感器的制作。这样制成的压力传感器，为小型且高性能的传感器。
另外，在上述的说明中，是将静压用膜片17和差压用膜片4的形成同时进行，然而也可以将它们单独进行。即，可以用不同的蚀刻工序，形成差压用膜片4和静压用膜片17。对该制造工序，用图11、图12进行说明。
图11是表示压力传感器的另一制造方法的图，表示从上方观察传感器芯片10的构成。图12是表示压力传感器的另一制造方法的工序剖视图，表示图11的XII-XII截面的构成。另外，对于与使用图9、图10说明的内容相同的内容，省略说明。
如图11(a)和图12(a)所示，准备作为传感器芯片的晶片。该晶片是与图9(a)的晶片相同的晶片。然后，在第一半导体层1上形成抗蚀剂9的图案。由此成为图12(b)所示的构成。在此，抗蚀剂9，为了露出形成差压用膜片4的部分，而具有开口部。即，形成静压用膜片7的部位，被抗蚀剂9覆盖。
然后，将抗蚀剂9作为掩模，对第一半导体层1蚀刻。由此，成为图12(c)所示的构成。在此，如上所述，绝缘层2作为蚀刻终止层。而且，当去除抗蚀剂9时，则成为图12(d)和图11(b)所示的构成。在此，形成差压用膜片4。另外，在该阶段，成为静压用膜片17的部位，被抗蚀剂9覆盖。因此，没有形成静压用膜片17。并且，当去除抗蚀剂9时，则成为图11(b)和图12(d)所示的构成。
然后，在第一半导体层1上形成抗蚀剂19的图案。由此，成为图12(e)所示的构成。该抗蚀剂19，在成为静压用膜片17的部位具有开口部。即，在形成静压用膜片17的区域内露出第一半导体层1。另一方面，在形成差压用膜片4的区域内，绝缘层2被抗蚀剂19覆盖。将该抗蚀剂19作为掩模，对第一半导体层1蚀刻。由此，形成静压用膜片17，从而成为图12(f)所示的构成。在此，绝缘层2被作为蚀刻终止层而使用。
而且，当去除抗蚀剂9时，则成为图11(c)和图12(g)所示的构成。由此，完成传感器芯片10。
这样，可以用不同的蚀刻工序来形成静压用膜片17和差压用膜片4。由此，能够改变静压用膜片17的厚度和差压用膜片4的厚度。即，能够容易地进行静压用膜片17的厚度和差压用膜片4的厚度的控制。例如，能够分别将静压用膜片17和差压用膜片4的厚度最佳化。因此，能够容易地制造将各自的膜片厚度最佳化的压力传感器。即，用差压用膜片4和静压用膜片17，能够制造厚度不同的压力传感器。此时，至少在一方的蚀刻工序中，在露出绝缘层2之前结束蚀刻。
发明的实施方式2
用图13对本实施方式涉及的压力传感器的构成进行说明。图13是本实施方式涉及的压力传感器所使用的传感器芯片10的俯视图。在本实施方式中，如图13(a)所示，静压应变片为两点配置。即，在传感器芯片10的角C和角D附近，分别配置两个静压应变片。这里，对除此以外的构成，由于与实施方式1相同因而省略说明。
如图13(a)所示，在一个静压用膜片17c上形成静压应变片15a、16c。另外，在静压用膜片17d上配置两个静压应变片15b和静压应变片16d。而且，静压应变片15a配置在静压用膜片17c的端部，静压应变片16c配置在静压用膜片17c的中央部。静压应变片15b配置在静压用膜片17d的端部，静压应变片16d配置在静压用膜片17d的中央部。另外，在图13(a)所示的构成中，无需静压用膜片17a、17b。即使是这样的构成，也能够获得与实施方式1同样的效果。
另外，如图13(b)所示，可以将静压用膜片17作成圆环状。另外，在图13(b)中，具有图8(b)的差压用膜片4为正方形的构成。对于其它构成，由于与实施方式1相同因而省略说明。
在本实施方式中，在径向上，静压应变片15a、15b配置在静压用膜片17的端部，且静压应变片16c、16d配置在静压用膜片17的中央部。因此，从静压应变片15a到传感器芯片10的中心的距离，与从静压应变片15b到传感器芯片10的中心的距离相等。从静压应变片16d到传感器芯片10的中心的距离，与从静压应变片16c到传感器芯片10的中心的距离相等。而且，从静压应变片15a到传感器芯片10的中心的距离，长于从静压应变片16c到传感器芯片10的中心的距离。即使是这样的构成，也能够获得与实施方式1同样的效果。这里，在实施方式中，连接静压应变片15a和静压应变片15b的直线，与连接静压应变片16c和静压应变片16d的直线一致。
发明的实施方式3
用图14对本实施方式涉及的压力传感器的构成进行说明。图14是压力传感器所使用的传感器芯片10的俯视图。另外，本实施方式涉及的压力传感器，与用实施方式1所示的压力传感器的传感器芯片形状和膜片形状不同。具体而言，使传感器芯片10和差压用膜片4为圆形，使静压用膜片17为圆环状。另外，由于除此以外的基本构成与实施方式1所示的传感器芯片10相同，因此省略说明。即，对于没有特殊说明之处，与实施方式1同样。另外，制造工序也与实施方式1同样，因此省略说明。
在本实施方式中，传感器芯片10为圆形。设通过圆形的传感器芯片10的中心的直线为线EF和线GH。该线EF和线GH相互正交，线EF和线GH，对应于实施方式1表示的对角线AB及对角线CD。而且，在该传感器芯片10的中央部形成有差压用膜片4。
差压用膜片4为圆形。差压用膜片4与传感器芯片10为同心圆。因此，差压用膜片4的中心，与线EF和线GH的交点一致。与实施方式1同样，在差压用膜片4在周缘，形成差压应变片5。
此外，在差压用膜片4的外周部，设有静压用膜片17。在本实施方式中，只设置一个圆环状的静压用膜片17。即，取代实施方式1表示的四个静压用膜片17，而只设置一个圆环状的静压用膜片17。在传感器芯片10上，通过设置圆环状的槽，来形成静压用膜片17。静压用膜片17，以包围差压用膜片4的方式配置。圆环状的静压用膜片17，与传感器芯片10和差压用膜片4成为同心圆状。即，静压用膜片17的外缘和内缘为圆形，该圆的中心与线EF和线GH的交点一致。
而且，在静压用膜片17上，设置有第一静压应变片对15、和第二静压用应变片对16。第一静压应变片对15配置在线EF上，第二静压应变片对16配置在线GH上。使第一静压应变片对15所包括的两个静压应变片为静压应变片15e、15f，使第二静压应变片对16所包括的两个静压应变片为静压应变片16g、16h。静压应变片15e和静压应变片15f隔着差压用膜片4相对置地配置。静压应变片16g和静压应变片16h隔着差压用膜片4相对置地配置。
静压应变片15e、15f，形成于静压用膜片17的端部。在此，静压应变片15e、15f，形成于静压用膜片17的外缘上。静压应变片16g、16h，形成于静压用膜片17的中央部。而且，静压应变片15e、15f、16g、16h，沿着与圆环的宽度方向垂直的方向形成。即，静压应变片15e、15f、16g、16h的长边方向与周向一致。因此，静压应变片15e、15f与静压应变片16g、16h的间隔不同。
对置配置的静压应变片15e、15f形成于静压用膜片17的边缘上，且对置配置的静压应变片16g、16h形成于静压用膜片17的中心上。而且，静压应变片15e、15f、16g、16h的长边，与静压用膜片17的径向垂直。
通过这样的构成，能够获得与实施方式1同样的效果。即，如在实施方式1说明的那样，在施加压力时，相对置配置的两个静压应变片的电阻变动为同方向。此外，在第一静压应变片对15及第二静压应变片对16中，电阻变动值的符号相反。即，第一静压应变片对15及第二静压应变片对16的一方，电阻变动为正，另一方电阻变动为负。由此，电桥输出增大，能够提高对静压的测量灵敏度。
另外，在本实施例中，是将第一静压应变片对15配置在线EF上，将第二静压应变片对16配置在线GH上，然而无需沿周向均匀地配置，只要将第一静压应变片对15和第二静压应变片对16分别形成于圆环状的静压用膜片的边缘上或中心上，就能够获得同样的效果。
另外，由温度变化时产生的应力引起的电阻值变化为同方向。即，在静压用膜片17的边缘和中央，应力产生于同方向。电阻值向正方向变化。因此，即使在温度变化时，电桥输出也会减小。因此，能够抑制温度变化引起的测量误差。由此，能够提高温度特性。
通过以上述方式配置第一静压应变片对15和第二静压应变片对16以及静压用膜片17，从而能够实现小型且高性能的压力传感器。
另外，在图14中，是使差压用膜片4、静压用膜片17的外缘以及静压用膜片17的内缘为圆形，然而也可以作成多边形。在这种情况下，优选为接近于圆形的正多边形。优选为，使正多边形的角的数目为偶数，更优选为2n。其中，n为3以上的自然数。具体而言，优选为正八边形以上的正多边形。进而更优选为正十六边形以上的正多边形。例如，可以以正十六边形、正三十二边形、正六十四边形等的方式增加角数。多边形所有的角，距离传感器芯片10中心的距离相等。当然，也可以是使差压用膜片4和静压用膜片17中的一方为多边形，另一方为圆形。
例如，如图15所示，可以使差压用膜片4为正八边形，使静压用膜片17为圆形。即，使静压用膜片17的内缘和外缘为圆形。相反地，也可以使差压用膜片4为圆形，使静压用膜片17为正多边形。
此外如图16所示，可以使差压用膜片4和静压用膜片17两者为正多边形。在图16中，使差压用膜片4和静压用膜片17两者为正十六边形。因此，静压用膜片17的内缘和外缘为正十六边形。此时，静压用膜片17相对于差压用膜片4倾斜45°。这样，即使使膜片为多边形，也能够获得基本相同的效果。另外，也可以使传感器芯片10与差压用膜片4和静压用膜片17同样地为正多边形。另外，也可以将各个实施方式进行适宜地组合。

Claims (12)

1.一种压力传感器，其特征在于，具备：
基板；
设置于上述基板的中央部的差压用膜片；
设置于上述差压用膜片的差压应变片；
设置于上述差压用膜片的外周部的静压用膜片；
第一静压应变片对，其具有隔着上述差压用膜片而配置的两个静压应变片，且形成于上述静压用膜片的端部；
第二静压应变片对，其具有隔着上述差压用膜片而配置的两个静压应变片，且形成于上述静压用膜片的中央部。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，
连接上述第一静压应变片对的直线，与连接上述第二静压应变片对的直线正交。
3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，
连接上述第一静压应变片对的直线，与连接上述第二静压应变片对的直线一致。
4.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，
上述第一静压应变片对所包括的两个静压应变片，形成于上述静压用膜片的基板中心侧的端部，或者基板端侧的端部。
5.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，
与上述第一及第二静压应变片对所包括的四个静压应变片相对应地，设置四个上述静压用膜片，
四个上述静压用膜片的短边方向，沿着相对于上述差压用膜片的中心的径向配置。
6.根据权利要求1或3所述的压力传感器，其特征在于，
与上述第一及第二静压应变片对所包括的四个静压应变片相对应地，设置两个上述静压用膜片，
两个上述静压用膜片的短边方向，沿着相对于上述差压用膜片的中心的径向配置。
7.根据权利要求5或6所述的压力传感器，其特征在于，
上述第一及第二静压应变片对所包括的四个静压应变片，沿着与上述静压用膜片的短边方向垂直的方向形成。
8.根据权利要求5至7中任意一项所述的压力传感器，其特征在于，
上述静压用膜片呈长方形。
9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，
上述静压用膜片，以包围上述差压用膜片的方式形成为圆环状，
上述第一及第二静压应变片对所包括的四个静压应变片，形成在圆环状的上述静压用膜片的周向上。
10.根据权利要求9所述的压力传感器，其特征在于，
上述差压用膜片呈圆形。
11.根据权利要求9所述的压力传感器，其特征在于，
圆环状的上述静压用膜片和圆形的上述差压用膜片，配置成同心圆状。
12.根据权利要求9至11中任意一项所述的压力传感器，其特征在于，
上述基板呈圆形。
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