JP2005156164A - Pressure sensor, and manufacturing method for pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばダイヤフラムと圧力基準室とを備え、気圧や生体圧等の絶対圧を検出する圧力センサ及び該圧力センサの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a pressure sensor that includes, for example, a diaphragm and a pressure reference chamber, and detects an absolute pressure such as atmospheric pressure or biological pressure, and a method of manufacturing the pressure sensor.
従来の圧力センサは、例えば、図9(a)、図9(b)に示すように、半導体基板の一部を薄肉状に加工したダイヤフラム5とこのダイヤフラム5の周囲を取り囲む肉厚のフレーム6とを有して表面に、ダイヤフラム5に加わる圧力を検出する圧力検出部としての拡散型歪みゲージ抵抗8、拡散型リード抵抗9、電極パッド10が形成されたセンサチップ2と、このフレーム6と略真空中にて気密接着させたガラスやシリコン等を材料とした台座3とを備えて構成されるものを挙げることができる。
For example, as shown in FIG. 9A and FIG. 9B, a conventional pressure sensor includes a
ここで、センサチップ2と台座3とで閉じられた閉空間は、略真空となっており、絶対圧として圧力を検出するための圧力基準室4として機能する(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
Here, the closed space closed by the
また、他の従来の圧力センサとしては、図9(c)に示すように、歪みゲージ抵抗を用いずに台座3とダイヤフラム5の対向する面にそれぞれ固定電極50と可動電極60とを形成し、両電極50、60間の静電容量として圧力を検出する静電駆動型のものも挙げることができる。なお、略真空とは、絶対真空ではなく半導体プロセスで一般的にいわれる真空を意味する。
ところが、上述のような圧力センサにおいては、使用雰囲気が例えば略1気圧である場合、閉空間である圧力基準室が略真空となっているため、ダイヤフラムの上下で差圧が生じ、ダイヤフラムが初期状態にて大きく変形する可能性があった。ここで、ダイヤフラム変形が大きくなりすぎると、圧力検出部で検出する圧力とダイヤフラムの変形量との間の直線性が損なわれるとともに、単位圧力あたりの変形量も小さくなり、圧力センサとしての性能が劣化する。従って、初期状態においてダイヤフラムが大きく変形していると、ダイヤフラムが変形していない場合に比して、圧力計測範囲が狭められたり、圧力センサとしての性能が劣化してしまうという問題点があった。 However, in the pressure sensor as described above, when the operating atmosphere is, for example, approximately 1 atm, the pressure reference chamber, which is a closed space, is in a substantially vacuum, so that a differential pressure is generated above and below the diaphragm, and the diaphragm is initially There was a possibility of significant deformation in the state. Here, if the diaphragm deformation becomes too large, the linearity between the pressure detected by the pressure detection unit and the amount of deformation of the diaphragm is impaired, and the amount of deformation per unit pressure is also reduced, and the performance as a pressure sensor is reduced. to degrade. Therefore, when the diaphragm is greatly deformed in the initial state, there is a problem that the pressure measurement range is narrowed or the performance as the pressure sensor is deteriorated as compared with the case where the diaphragm is not deformed. .
本発明は、上記問題点を改善するためになされたものであり、圧力計測範囲が大きく、高性能な圧力センサ及び該圧力センサの製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to remedy the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-performance pressure sensor having a large pressure measurement range and a manufacturing method of the pressure sensor.
上述の目的を達成するために、本発明の請求項1に係る圧力センサは、ダイヤフラムと該ダイヤフラムの周囲を取り囲むフレームと前記ダイヤフラムに加わる圧力を検出する圧力検出部とを有した第1基板と、該第1基板との間に圧力検出時の圧力基準室となる閉空間を形成するように接合する第2基板とを備えた圧力センサであって、第1圧力値を前記閉空間の圧力とし、第2圧力値を圧力センサ周囲の雰囲気圧としたとき、前記ダイヤフラムは、前記第2圧力値が前記第1圧力値と等しい場合、前記閉空間から見て凸形状であり、前記第2圧力値が圧力センサの初期状態における圧力である場合、前記閉空間から見て略フラット形状である。
In order to achieve the above object, a pressure sensor according to
また、本発明の請求項2に係る圧力センサは、請求項1に記載の圧力センサにおいて、少なくとも前記ダイヤフラムは、前記第1基板に対して圧縮応力又は引張応力を有する第1層を備える。 A pressure sensor according to a second aspect of the present invention is the pressure sensor according to the first aspect, wherein at least the diaphragm includes a first layer having a compressive stress or a tensile stress with respect to the first substrate.
また、本発明の請求項3に係る圧力センサは、請求項2に記載の圧力センサにおいて、前記第1層は、前記第1基板に対して圧縮応力を有する場合、前記閉空間と直接接することなく外方側に設ける。
The pressure sensor according to
また、本発明の請求項4に係る圧力センサは、請求項3に記載の圧力センサにおいて、前記第1基板に対して引張応力を有するとともに、該引張応力の絶対値が前記第1層の有する圧縮応力の絶対値よりも小さい第2層を前記第1層に設ける。 A pressure sensor according to a fourth aspect of the present invention is the pressure sensor according to the third aspect, wherein the first sensor has a tensile stress with respect to the first substrate, and the absolute value of the tensile stress is included in the first layer. A second layer smaller than the absolute value of the compressive stress is provided on the first layer.
また、本発明の請求項5に係る圧力センサは、請求項2に記載の圧力センサにおいて、前記第1層は、前記第1基板に対して引張応力を有する場合、前記閉空間と直接接するように内方側に設ける。 The pressure sensor according to a fifth aspect of the present invention is the pressure sensor according to the second aspect, wherein the first layer is in direct contact with the closed space when the first layer has a tensile stress with respect to the first substrate. On the inner side.
また、本発明の請求項6に係る圧力センサは、請求項5に記載の圧力センサにおいて、前記第1基板に対して圧縮応力を有するとともに、該圧縮応力の絶対値が前記第1層の有する引張応力の絶対値よりも小さい第2層を前記第1層と前記第1基板の間に設ける。 A pressure sensor according to a sixth aspect of the present invention is the pressure sensor according to the fifth aspect, wherein the pressure sensor has a compressive stress with respect to the first substrate, and an absolute value of the compressive stress has the first layer. A second layer smaller than the absolute value of the tensile stress is provided between the first layer and the first substrate.
また、本発明の請求項7に係る圧力センサは、請求項2乃至請求項6のいずれかに記載の圧力センサにおいて、前記第1層は、薄膜層又は不純物ドープ層である。 The pressure sensor according to a seventh aspect of the present invention is the pressure sensor according to any one of the second to sixth aspects, wherein the first layer is a thin film layer or an impurity doped layer.
また、本発明の請求項8に係る圧力センサの製造方法は、ダイヤフラムと該ダイヤフラムの周囲を取り囲むフレームと前記ダイヤフラムに加わる圧力を検出する圧力検出部とを有した第1基板と、該第1基板との間に圧力検出時の圧力基準室となる閉空間を形成するように接合する第2基板とを備えた圧力センサの製造方法であって、第1圧力値を前記閉空間の圧力とし、第2圧力値を圧力センサ周囲の雰囲気圧としたとき、前記第2圧力値を前記第1圧力値と等しい圧力とし、前記ダイヤフラムを前記閉空間から見て凸形状とするように前記第1基板と前記第2基板とを接合する工程と、前記第2圧力値を圧力センサの初期状態における圧力とし、前記ダイヤフラムを前記閉空間から見て略フラット形状とする工程とを備えている。 A pressure sensor manufacturing method according to an eighth aspect of the present invention includes a first substrate having a diaphragm, a frame surrounding the periphery of the diaphragm, and a pressure detection unit that detects pressure applied to the diaphragm, and the first substrate. A pressure sensor manufacturing method comprising: a second substrate joined to form a closed space that serves as a pressure reference chamber for pressure detection with a substrate, wherein the first pressure value is the pressure of the closed space When the second pressure value is the ambient pressure around the pressure sensor, the second pressure value is equal to the first pressure value, and the diaphragm has a convex shape when viewed from the closed space. A step of bonding the substrate and the second substrate, and a step of setting the second pressure value to a pressure in an initial state of the pressure sensor and making the diaphragm substantially flat when viewed from the closed space.
このような構成の圧力センサは、第1圧力値を圧力基準室である閉空間の圧力とし、第2圧力値を圧力センサ周囲の雰囲気圧とした場合、第2圧力値が第1圧力値と等しいとき閉空間から見てダイヤフラムが凸形状であり、第2圧力値が圧力センサの初期状態における圧力であるとき、閉空間から見てダイヤフラムが略フラット形状であるようにすることで、圧力検出部で検出する圧力とダイヤフラムの変形量との間で直線性が得られる領域を広く確保するとともに、単位圧力当たりのダイヤフラムの変形量も大きくすることができる。すなわち、圧力計測範囲が大きく、高性能な圧力センサを提供することができる。また、このような構成の圧力センサの製造方法により、上述の圧力センサを提供することが可能になる。 In the pressure sensor having such a configuration, when the first pressure value is the pressure in the closed space that is the pressure reference chamber and the second pressure value is the atmospheric pressure around the pressure sensor, the second pressure value is the first pressure value. If the diaphragm has a convex shape when viewed from the closed space when equal, and the second pressure value is the pressure in the initial state of the pressure sensor, the pressure is detected by making the diaphragm have a substantially flat shape when viewed from the closed space. In addition to ensuring a wide region in which linearity is obtained between the pressure detected by the section and the deformation amount of the diaphragm, the deformation amount of the diaphragm per unit pressure can also be increased. That is, a high-performance pressure sensor having a large pressure measurement range can be provided. Further, the above-described pressure sensor can be provided by the manufacturing method of the pressure sensor having such a configuration.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the structure which attached | subjected the same code | symbol shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
本発明の第1実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。図1(a)は、台座3を接合する前のセンサチップ2を示す断面図であり、図1(b)は、後述する略真空時の圧力センサ1を示す断面図であり、図1(c)は、後述する初期状態時の圧力センサ1を示す断面図である。なお、図2は、本実施形態の変形形態を示す断面図である。
1st Embodiment of this invention is described based on FIG.1 and FIG.2. FIG. 1A is a cross-sectional view showing the
本実施形態においては、圧力センサ1は、半導体基板の一部を薄肉状に加工したダイヤフラム5とダイヤフラム5の周囲を取り囲む肉厚のフレーム6とを有した第1基板であるセンサチップ2と、第2基板である台座3と、センサチップ2と台座3との間で形成した閉空間である圧力基準室4と、センサチップ2に対して圧縮応力を有するとともに圧力基準室4と直接接することなく外方側に設けられた第1層であるシリコン酸化膜7とを備えた構成である。
In the present embodiment, the
なお、センサチップ2は、ダイヤフラム5表面にダイヤフラム5の圧力を検出する圧力検出部である拡散型歪みゲージ抵抗8を備え、更に拡散型リード抵抗9と、電極パッド10とを備えた構成である。拡散型歪みゲージ抵抗8、拡散型リード抵抗9、電極パッド10は、各々電気的に接続されている。第1基板は、例えば、シリコン基板であり、第2基板は、例えば、ガラス基板やシリコン基板である。ここで、第1層は、本実施形態においては、圧力基準室4と直接接せず外方側に対してダイヤフラム5及びフレーム6を覆うように設けているが、少なくともダイヤフラム5を覆うように設けた構成であればよい。なお、略真空とは、絶対真空ではなく半導体プロセスで一般的にいわれる真空を意味する。
The
なお、図1は、拡散型歪みゲージ抵抗8と拡散型リード抵抗9と電極パッド10とを設けたセンサチップ2の表面側とは反対側の面を台座3に接合させた実施例であり、図2は、拡散型歪みゲージ抵抗8と拡散型リード抵抗9と電極パッド10とを設けたセンサチップ2の表面側に台座3に接合させた実施例である。
FIG. 1 shows an embodiment in which a surface opposite to the surface side of the
以下に、図1に基づいて圧力センサ1の製造工程の一例を説明する。なお、第1圧力値は、圧力基準室4の圧力であり、第2圧力値は、圧力センサ1周囲の雰囲気圧であるものとする。また、圧力センサ1の初期状態とは、圧力検出部である拡散型歪みゲージ抵抗8に無負荷状態であることを意味する。
Below, an example of the manufacturing process of the
まず、図1(a)に示すように、拡散型歪みゲージ抵抗8と拡散型リード抵抗9とをセンサチップ2に形成した後、圧力基準室4に接する側でないセンサチップ2の表面に対して、センサチップ2に対して圧縮応力を有するシリコン酸化膜7を形成し、圧力基準室4側から見て予め凸状になるようにダイヤフラム5を変形させておく。そして、略真空雰囲気中で、センサチップ2のフレーム6と台座3とを圧力基準室4を形成するように気密接着させ接合する。この場合、第1圧力値は、略真空である。なお、台座3が、例えば、ガラス基板である場合は、センサチップ2と台座3との接合は、陽極接合にて行う。
First, as shown in FIG. 1 (a), a diffusion type
そして、拡散型リード抵抗9に電極パッド10を接続する。センサチップ2と台座3とを真空雰囲気中で接合した状態では、ダイヤフラム5は、図1(b)に示すように、図1(a)に示す状態と同じく凸状である。ここで、圧力センサ1のダイヤフラム5は、使用雰囲気として例えば大気圧(略1気圧)を初期状態とする場合は、第1圧力値と第2圧力値との差圧により、圧力基準室4の方向に向い変形(以降、変形Aと称する。)する。なお、変形A方向とシリコン酸化膜7によるダイヤフラム5の変形(以降、変形Bと称する。)方向とは互いに逆方向であるため、変形Aの変形量と変形Bの変形量が略同じ絶対値になるようにシリコン酸化膜7の厚みを予め調整することで、圧力センサ1の初期状態におけるダイヤフラム5の形状が図1(c)に示すように略フラットになる。
Then, the
ここで、ダイヤフラム5の形状が略フラットとは、完全にフラット又は圧力検出部で検出する圧力とダイヤフラム5の変形量との間で直線性が損なわれない範囲でフラットであることを意味している。
Here, the shape of the
なお、例えば、ダイヤフラム5は、平面形状が約1mm角の正方形で厚みが約30μmである場合、シリコン酸化膜7を約0.8μm形成することにより、1気圧の雰囲気中におけるダイヤフラム5の変形量を、シリコン酸化膜7を形成しない場合の変形量の半分以下にすることができる。
For example, when the
本実施形態に係る圧力センサ1は、ダイヤフラム5がセンサチップ2に対して圧縮応力を有するシリコン酸化膜7を備え、第1圧力値が第2圧力値の圧力と等しいときには圧力基準室4から見てダイヤフラム5が凸形状であり、第2圧力値が初期状態における圧力であるときには圧力基準室4から見てダイヤフラム5が略フラット形状であるようにすることで、圧力検出部で検出する圧力とダイヤフラム5の変形量との間で直線性が得られる領域を広く確保するとともに、単位圧力当たりのダイヤフラム5の変形量も大きくすることができる。すなわち、圧力計測範囲が大きく、高性能な圧力センサを提供することができる。
The
また、ダイヤフラム5の変形量のばらつきも小さくすることができるので、センサ特性のばらつきが低減され、歩留りも向上できる。つまり、同性能であれば小型で低コストの圧力センサを提供することができる。また、第1層に薄膜であるシリコン酸化膜7を使用し、シリコン酸化膜7をダイヤフラム5の変形量の調整に利用することは、製造工程を特に増やすことなく、ダイヤフラム5の形状を略フラット化することができる。なお、第1層であるシリコン酸化膜7は、表面保護膜としても機能する。また、本実施形態のように、第1層として例えば、シリコン酸化膜7のような電気的絶縁性を備えた薄膜を用いることで、圧力検出部と第1層との間の電気的絶縁を考慮する必要がない。
In addition, since the variation in the deformation amount of the
なお、本実施形態では、第1圧力値が略真空であり、第2圧力値が第1圧力値から略1気圧まで変化する場合を例示したが、第1圧力値及び第2圧力値(又は範囲)は、特にこれらの値に限ったものではい。例えば、センサチップ2と台座3との接合を大気圧(略1気圧)下で行い、圧力センサの初期状態を2気圧とする場合、第1圧力値は、略1気圧であり、第2圧力値は、略1気圧から2気圧まで変化する値となる。
In the present embodiment, the case where the first pressure value is approximately vacuum and the second pressure value changes from the first pressure value to approximately 1 atmosphere is exemplified, but the first pressure value and the second pressure value (or The range is not limited to these values. For example, when the
ここで、第1実施形態においては、第1層は、例えばセンサチップ2に対して圧縮応力を有する薄膜のシリコン酸化膜7を用いたが、第1基板に対して圧縮応力を有するものであればシリコン酸化膜に限ったものではなく、第1基板であるシリコン基板に対して圧縮応力を有するボロンドープ層等の不純物ドープ層(不図示)を用いてもよい。ダイヤフラム5は、例えば、平面形状が約1mm角の正方形で厚みが約30μmの場合、不純物濃度が約1.0×1020cm-3で拡散深さが約3μmのボロンドープ層を形成することにより、1気圧の雰囲気中におけるダイヤフラム5の変形量をボロンドープ層がない場合の変形量の半分以下にすることができる。不純物ドープ層は、基板内に不純物を拡散させて形成するため、拡散型歪みゲージ抵抗8との電気的絶縁性を考慮した設計により、ダイヤフラム5の厚みを増すことなく応力の調整が可能である。
Here, in the first embodiment, for example, the thin
次に、第1実施形態においてシリコン酸化膜7に更に後述する第2層を設けた実施形態を、本発明の第2実施形態として図3及び図4に基づいて説明する。図3(a)は、台座3を接合する前のセンサチップ2を示す断面図であり、図3(b)は、初期状態時の圧力センサ1を示す断面図である。なお、図4は、本実施形態の変形形態を示す断面図である。ここで、図3は、第1実施形態における図1の変形形態に対応し、図4は、第1実施形態における図2の変形形態に対応する。
Next, an embodiment in which a second layer to be described later is provided on the
本実施形態において第1実施形態との相違点は、図3、図4に示すように、第1層であるシリコン酸化膜7の圧力基準室4から見て外側に、後述する第2層を設けた点である。
In this embodiment, the difference from the first embodiment is that, as shown in FIGS. 3 and 4, a second layer (to be described later) is formed outside the
ここで、第2層は、センサチップ2に対して引張応力を有するとともに、この引張応力の絶対値がシリコン酸化膜7の有する圧縮応力の絶対値よりも小さいものであれば材料は特に限定はしないが、本実施形態においては、例えば、薄膜であるシリコン窒化膜11を用いる。また、第1層が第1基板であるセンサチップ2に対して引張応力を有するとともに、この引張応力の絶対値が第1層であるシリコン酸化膜7の有する圧縮応力の絶対値よりも小さいものになるように、シリコン酸化膜7、シリコン窒化膜11の各膜厚を調整することで、ダイヤフラム5は、第1実施形態と同様に、センサチップ2と台座3とを接合する前に、圧力基準室4側から見て予め凸状になるように変形させることができる。
Here, the second layer has a tensile stress on the
なお、本実施形態においては、シリコン酸化膜7、シリコン窒化膜11を例えば、熱酸化、減圧CVDによって形成するが、この場合、シリコン酸化膜7の膜厚は、シリコン窒化膜11の膜厚の4倍とする。なお、第1層であるシリコン酸化膜7、第2層であるシリコン窒化膜11は、表面保護膜として機能する。
In the present embodiment, the
ここで、圧力センサ1の製造工程に関して、拡散型歪みゲージ抵抗8と拡散型リード抵抗9とをセンサチップ2に形成した後、圧力基準室4に接する側でないセンサチップ2の表面に対して、シリコン酸化膜7、シリコン窒化膜11を形成し、圧力基準室4側から見て予め凸状になるようにダイヤフラム5を変形させる以降の工程は、第1実施形態と同様であるため、説明は省略する。
Here, regarding the manufacturing process of the
本実施形態に係る圧力センサは、第1層であるシリコン酸化膜7に更に第2層であるシリコン窒化膜11を設けることで、シリコン酸化膜7とシリコン窒化膜11とを合わせた膜厚を厚くして表面保護膜としての機能を向上させながらも、ダイヤフラム5に対する応力を適当な値に保つことができる。また、シリコン酸化膜7の膜厚に応じてシリコン窒化膜11の膜厚を変えることにより、ダイヤフラム5に対する応力値の調整が容易となる。
In the pressure sensor according to the present embodiment, the
次に、第1実施形態において、第1層を圧力基準室4と直接接するように設けた実施形態を、本発明の第3実施形態として図5及び図6に基づいて説明する。図5(a)は、台座3を接合する前のセンサチップ2を示す断面図であり、図5(b)は、初期状態時の圧力センサ1を示す断面図である。なお、図6は、本実施形態の変形形態を示す断面図である。
Next, an embodiment in which the first layer is provided so as to be in direct contact with the
本実施形態においては、圧力センサ1は、図5に示すように、第1実施形態における第1層の代わりに、第1基板に対して引張応力を有し、圧力基準室4と直接接するように圧力基準室4の内方側に対して第1層を設けた構成である。
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the
ここで、本実施形態では、第1層は、例えばシリコン窒化膜12を用いるが、第1基板に対して圧縮応力を有するものであればシリコン窒化膜12に限ったものではない。
In this embodiment, for example, the
以下に、図5に基づいて圧力センサ1の製造工程の一例を説明するが、第1実施形態における共通箇所は簡略化のため説明を省略する。図5(a)に示すように、拡散型歪みゲージ抵抗8と拡散型リード抵抗9とをセンサチップ2に形成した後、圧力基準室4に直接接する側のダイヤフラム5、フレーム6の表面に対して、センサチップ2に対して引張応力を有するシリコン窒化膜12を形成し(但し、台座3との接合面にはシリコン窒化膜12は設けない)、ダイヤフラム5が圧力基準室4側から見て予め凸状になるように変形させておく。そして、使用雰囲気においては、図5(b)に示すように、シリコン窒化膜12の膜厚を予め調整することで、ダイヤフラム5の形状を略フラットな形状にする。
Hereinafter, an example of the manufacturing process of the
なお、ダイヤフラム5は、例えば、平面形状が約1mm角の正方形で厚みが約30μmである場合、シリコン窒化膜12を約0.2μm形成することにより、1気圧の雰囲気中におけるダイヤフラム5の変形量を、シリコン窒化膜12を形成しない場合の変形量の半分以下にすることができる。
For example, when the planar shape is a square of about 1 mm square and the thickness is about 30 μm, the deformation amount of the
なお、図5は、拡散型歪みゲージ抵抗8と拡散型リード抵抗9と電極パッド10とを設けたセンサチップ2の表面側とは反対側の面(第1層を設けた面)を台座3に接合させた実施例であり、図6は、拡散型歪みゲージ抵抗8と拡散型リード抵抗9と電極パッド10とを設けたセンサチップ2の表面側に台座3に接合させた実施例である。なお、センサチップ2と台座3との接合面となる箇所には、図5に示すように、シリコン窒化膜12は設けない。
In FIG. 5, the surface (surface provided with the first layer) opposite to the surface side of the
ここで、第3実施形態においては、第1層は、第1基板に対して引張応力を有するシリコン窒化膜12を用いたが、第1基板であるシリコン基板に対して引張応力を有するボロンドープ層等の不純物ドープ層(不図示)を用いてもよい。ダイヤフラム5は、例えば、平面形状が約1mm角の正方形で厚みが約30μmの場合、不純物濃度が約1.0×1020cm-3で拡散深さが約3μmのボロンドープ層を形成することにより、1気圧の雰囲気中におけるダイヤフラム5の変形量をボロンドープ層がない場合の変形量の半分以下にすることができる。
Here, in the third embodiment, the
本実施形態に係る圧力センサ1は、ダイヤフラム5がセンサチップ2に対して圧縮応力を有するシリコン窒化膜12を備え、第1圧力値が第2圧力値の圧力と等しいときには圧力基準室4から見てダイヤフラム5が凸形状であり、第2圧力値が初期状態における圧力であるときには圧力基準室4から見てダイヤフラム5が略フラット形状であるようにすることで、圧力検出部で検出する圧力とダイヤフラム5の変形量との間で直線性が得られる領域を広く確保するとともに、単位圧力当たりのダイヤフラム5の変形量も大きくすることができる。すなわち、圧力計測範囲が大きく、高性能な圧力センサを提供することができる。
The
また、ダイヤフラム5の変形量のばらつきも小さくすることができるので、センサ特性のばらつきが低減され、歩留りも向上できる。つまり、同性能であれば小型で低コストの圧力センサを提供することができる。また、第1層に薄膜であるシリコン窒化膜12を使用し、シリコン窒化膜12をダイヤフラム5の変形量の調整に利用することは、製造工程を特に増やすことなく、ダイヤフラム5の形状を略フラット化することができる。なお、第1層であるシリコン窒化膜12は、表面保護膜としても機能する。また、本実施形態のように、第1層として例えば、シリコン窒化膜12のような電気的絶縁性を備えた薄膜を用いることで、圧力検出部と第1層との間の電気的絶縁を考慮する必要がない。
In addition, since the variation in the deformation amount of the
次に、第3実施形態において第1層であるシリコン窒化膜12とセンサチップ2との間に後述する第2層を設けた実施形態を、本発明の第4実施形態として図7及び図8に基づいて説明する。図7(a)は、台座3を接合する前のセンサチップ2を示す断面図であり、図7(b)は、初期状態時の圧力センサ1を示す断面図である。なお、図7は、本実施形態の変形形態を示す断面図である。ここで、図7は、第3実施形態における図5の変形形態に対応し、図8は、第1実施形態における図6の変形形態に対応する。
Next, an embodiment in which a second layer (to be described later) is provided between the
本実施形態において第3実施形態との相違点は、図7、図8に示すように、センサチップ2とシリコン窒化膜12との間に第2層を設けた点である。なお、図7は、第3実施形態における図5の変形形態に対応し、図8は、第3実施形態における図6の変形形態に対応する。
This embodiment is different from the third embodiment in that a second layer is provided between the
ここで、第2層は、センサチップ2に対して圧縮応力を有するとともに、この圧縮応力の絶対値がシリコン窒化膜12の有する引張応力の絶対値よりも小さいものであれば材料は特に限定はしないが、本実施形態においては、例えば、薄膜であるシリコン酸化膜13を用いる。
Here, the second layer has a compressive stress with respect to the
なお、シリコン窒化膜12、シリコン酸化膜13の各膜厚は、シリコン酸化膜13がセンサチップ2に対して圧縮応力を有するとともに、この圧縮応力の絶対値がシリコン窒化膜12の有する引張応力の絶対値よりも小さいように調整することで、ダイヤフラム5は、第3実施形態と同様に、センサチップ2と台座3とを接合する前に、圧力基準室4側から見て予め凸状になるようにを変形させることができる。
Each of the
なお、本実施形態においては、シリコン窒化膜12、シリコン酸化膜13を例えば、熱酸化、減圧CVDによって形成するが、この場合、シリコン酸化膜13の膜厚は、シリコン窒化膜12の膜厚の4倍以上とする。
In this embodiment, the
圧力センサ1の製造工程についての説明は、第1実施形態乃至第3実施形態のいずれかに記載の工程に共通するため省略する。なお、図7、図8に示すように、センサチップ2と台座3との接合面にはシリコン窒化膜12、シリコン酸化膜13は設けない。
The description of the manufacturing process of the
本実施形態に係る圧力センサは、第1層であるシリコン窒化膜12に更に第2層であるシリコン酸化膜13を設けることで、シリコン窒化膜12とシリコン酸化膜13とを合わせた膜厚を厚くして表面保護膜としての機能を向上させながらも、ダイヤフラム5に対する応力を適当な値に保つことができる。また、シリコン酸化膜13の膜厚に応じてシリコン窒化膜12の膜厚を変えることにより、ダイヤフラム5に対する応力値の調整が容易となる。また、本実施形態のように、第2層として例えば、シリコン酸化膜13のような電気的絶縁性を備えた薄膜を用いることで、圧力検出部と第2層との間の電気的絶縁を考慮する必要がない。
In the pressure sensor according to the present embodiment, the
ここで、第1実施形態乃至第4実施形態においては、圧力センサ1は、歪みゲージ抵抗8を用いた構成であるが、静電駆動型であってもよい。
Here, in the first embodiment to the fourth embodiment, the
1 圧力センサ
2 センサチップ
3 台座
4 圧力基準室
5 ダイヤフラム
6 フレーム
7、13 シリコン酸化膜
8 ゲージ抵抗
9 拡散型リード抵抗
10 電極パッド
11、12 シリコン窒化膜
DESCRIPTION OF
Claims (8)
第1圧力値を前記閉空間の圧力とし、第2圧力値を圧力センサ周囲の雰囲気圧としたとき、
前記ダイヤフラムは、
前記第2圧力値が前記第1圧力値と等しい場合、前記閉空間から見て凸形状であり、
前記第2圧力値が圧力センサの初期状態における圧力である場合、前記閉空間から見て略フラット形状であることを特徴とする圧力センサ。 A first substrate having a diaphragm, a frame surrounding the periphery of the diaphragm, and a pressure detection unit for detecting pressure applied to the diaphragm, and a closed space serving as a pressure reference chamber for pressure detection between the first substrate and the first substrate. A pressure sensor comprising a second substrate joined to form a pressure sensor,
When the first pressure value is the pressure of the closed space and the second pressure value is the ambient pressure around the pressure sensor,
The diaphragm is
When the second pressure value is equal to the first pressure value, the second pressure value is convex when viewed from the closed space;
When the second pressure value is a pressure in an initial state of the pressure sensor, the pressure sensor has a substantially flat shape when viewed from the closed space.
第1圧力値を前記閉空間の圧力とし、第2圧力値を圧力センサ周囲の雰囲気圧としたとき、
前記第2圧力値を前記第1圧力値と等しい圧力とし、前記ダイヤフラムを前記閉空間から見て凸形状とするように前記第1基板と前記第2基板とを接合する工程と、
前記第2圧力値を圧力センサの初期状態における圧力とし、前記ダイヤフラムを前記閉空間から見て略フラット形状とする工程とを備えたことを特徴とする圧力センサの製造方法。 A first substrate having a diaphragm, a frame surrounding the periphery of the diaphragm, and a pressure detection unit for detecting pressure applied to the diaphragm, and a closed space serving as a pressure reference chamber for pressure detection between the first substrate and the first substrate. A method of manufacturing a pressure sensor comprising a second substrate joined to form a pressure sensor,
When the first pressure value is the pressure of the closed space and the second pressure value is the ambient pressure around the pressure sensor,
Bonding the first substrate and the second substrate so that the second pressure value is equal to the first pressure value, and the diaphragm has a convex shape when viewed from the closed space;
And a step of making the second pressure value a pressure in an initial state of the pressure sensor and making the diaphragm substantially flat when viewed from the closed space.
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