JP2894478B2 - Capacitive pressure sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

Capacitive pressure sensor and method of manufacturing the same

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JP2894478B2
JP2894478B2 JP6203499A JP20349994A JP2894478B2 JP 2894478 B2 JP2894478 B2 JP 2894478B2 JP 6203499 A JP6203499 A JP 6203499A JP 20349994 A JP20349994 A JP 20349994A JP 2894478 B2 JP2894478 B2 JP 2894478B2
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lower electrode
plate
silicon substrate
upper electrode
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弘男 矢部
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Yazaki Sogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板をダイア
フラムに用いた静電容量型圧力センサとその製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type pressure sensor using a silicon substrate as a diaphragm and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンを用いた圧力センサは、シリコ
ン基板の一部をエッチングして感圧ダイアフラムとし、
感圧部に向い合う部分に電極を設けたガラス板を設けて
ダイアフラムと電極との間にコンデンサを形成し、圧力
変化に伴う容量の変化を検出するように構成されてい
る。
2. Description of the Related Art In a pressure sensor using silicon, a part of a silicon substrate is etched to form a pressure-sensitive diaphragm.
A glass plate provided with an electrode is provided at a portion facing the pressure-sensitive portion, a capacitor is formed between the diaphragm and the electrode, and a change in capacitance due to a change in pressure is detected.

【0003】従来の圧力センサには、二つの圧力P0
1 のいずれも固定値でないときの二つの圧力P0 とP
1 の差圧を測定する相対用圧力センサと、二つの圧力P
0 とP1 の内一方が固定値であるときの二つの圧力P0
とP1 の差圧を測定する絶対用圧力センサの2種類があ
る。
[0003] Conventional pressure sensors, and two pressure P 0 when none of the two pressure P 0 and P 1 is not a fixed value P
A relative pressure sensor for measuring the differential pressure of 1 and two pressures P
Two pressures P 0 when one of 0 and P 1 is a fixed value
There are two types of absolute pressure sensor that measures the pressure difference P 1 and.

【0004】図7は従来の静電容量型圧力センサの第1
の例の断面図である。
FIG. 7 shows a first example of a conventional capacitance type pressure sensor.
It is sectional drawing of the example of FIG.

【0005】一導電型(P型またはN型)で単結晶のシ
リコン基板51の上面に反対導電型の下部電極52を設
け、下部電極52の下方からエッチングして薄肉部5
3,厚肉部54を形成して感圧部とする。感圧部の隣に
絶縁分離用のフィールド酸化膜55を設け、フィールド
酸化膜55に囲まれる領域内に反対導電型のウェル56
を設け、ウェル56内に半導体素子57からなる信号処
理回路部58を設ける。下部電極52と信号処理回路部
58とを配線(図示されず)で接続し、信号処理回路部
58にリード線59を接続して外部に引き出す。これに
よりダイアフラムが構成される。
A lower electrode 52 of the opposite conductivity type is provided on the upper surface of a silicon substrate 51 of one conductivity type (P type or N type) and single crystal, and the thin portion 5 is etched from below the lower electrode 52.
3. A thick portion 54 is formed to be a pressure-sensitive portion. A field oxide film 55 for isolation is provided next to the pressure-sensitive portion, and a well 56 of the opposite conductivity type is provided in a region surrounded by the field oxide film 55.
, And a signal processing circuit section 58 including a semiconductor element 57 is provided in the well 56. The lower electrode 52 and the signal processing circuit section 58 are connected by wiring (not shown), and a lead wire 59 is connected to the signal processing circuit section 58 to be drawn out. This forms a diaphragm.

【0006】上部ガラス板61は、パイレックス・ガラ
ス等のガラス板で作られ、ダイアフラム51の下部電極
52に向い合う領域に凹部が形成され、この凹部に上部
電極62が形成される。また、上部電極62を信号処理
回路部58に接続するための接続配線63が上部電極6
2から上部ガラス板61の底面にかけて設けられてい
る。
The upper glass plate 61 is made of a glass plate such as Pyrex glass. A concave portion is formed in a region of the diaphragm 51 facing the lower electrode 52, and an upper electrode 62 is formed in the concave portion. The connection wiring 63 for connecting the upper electrode 62 to the signal processing circuit section 58 is
2 to the bottom surface of the upper glass plate 61.

【0007】台座ガラス板71は、パイレックス・ガラ
ス等のガラス板で作られ、ダイアフラム51の厚肉部5
4に向い合う領域に通気孔72が形成されている。
The pedestal glass plate 71 is made of a glass plate such as Pyrex glass.
A vent hole 72 is formed in a region facing 4.

【0008】台座ガラス板71の上にダイアフラムを置
き、その上に上部ガラス板61を置き、下部電極52と
上部電極62とを位置合わせして、約400℃に加熱し
て600〜1000Vの直流電圧を印加する陽極接合法
で接合する。この接合により、下部電極52と上部電極
62との間に密閉された空洞64が形成され、下部電極
52と上部電極62とはコンデンサを形成する。上部電
極62は、接続配線63により信号処理回路部58に接
続される。
A diaphragm is placed on a pedestal glass plate 71, an upper glass plate 61 is placed thereon, the lower electrode 52 and the upper electrode 62 are aligned, heated to about 400 ° C., and applied with a direct current of 600 to 1000 V. Bonding is performed by an anodic bonding method in which a voltage is applied. By this joining, a closed cavity 64 is formed between the lower electrode 52 and the upper electrode 62, and the lower electrode 52 and the upper electrode 62 form a capacitor. The upper electrode 62 is connected to the signal processing circuit section 58 by the connection wiring 63.

【0009】今、空洞4内の圧力をP0 とする。圧力P
0 は一定値であり、基準値となる。外気圧をP1 とする
と、この圧力センサは、圧力P0 を基準値とする圧力差
(P 1 −P0 )を検出する。信号処理回路部58は、こ
の値から絶対圧力を算出する。それ故、この圧力センサ
は、絶対用圧力センサである。
Now, let the pressure in the cavity 4 be P0And Pressure P
0Is a constant value, which is a reference value. External pressure is P1To be
And this pressure sensor has a pressure P0Pressure difference with reference value
(P 1−P0) Is detected. The signal processing circuit unit 58
Calculate the absolute pressure from the value of. Therefore, this pressure sensor
Is an absolute pressure sensor.

【0010】図8は従来の静電容量型圧力センサの第2
の例の断面図である。
FIG. 8 shows a second example of a conventional capacitance type pressure sensor.
It is sectional drawing of the example of FIG.

【0011】この圧力センサは、特開平3−23993
8号公報に開示されたもので、シリコン基板81を両面
からエッチングして薄肉部82を形成して感圧部とす
る。薄肉部82の下面に形成されている凹部に上部電極
83とこの上部電極83を間隔をおいて囲む補正電極8
4とを設け、また薄肉部82の隣の領域に信号処理回路
部85を設け、上部電極83と補正電極84とを信号処
理回路部85に接続する。これによりダイアフラムが構
成される。
This pressure sensor is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 3-23993.
No. 8, the silicon substrate 81 is etched from both sides to form a thin portion 82 to be a pressure-sensitive portion. An upper electrode 83 and a correction electrode 8 surrounding the upper electrode 83 at intervals are formed in a concave portion formed on the lower surface of the thin portion 82.
4 is provided, and a signal processing circuit portion 85 is provided in a region adjacent to the thin portion 82, and the upper electrode 83 and the correction electrode 84 are connected to the signal processing circuit portion 85. This forms a diaphragm.

【0012】台座ガラス板91は、パイレックス・ガラ
ス等のガラス板で作られ、ダイアフラムの上部電極83
と補正電極84とに向い合う領域に下部電極92と補正
電極93とこれらの電極92,93を信号処理回路部8
5に接続するための配線94とが設けられる。また、台
座ガラス板91の下面から下部電極92を貫通する通気
孔95と台座ガラス板91の下面から信号処理回路部8
5に達する孔96とが設けられている。
The pedestal glass plate 91 is made of a glass plate such as Pyrex glass and has a diaphragm upper electrode 83.
The lower electrode 92, the correction electrode 93, and these electrodes 92 and 93 are provided in a region facing the
5 is provided. Further, a ventilation hole 95 penetrating the lower electrode 92 from the lower surface of the pedestal glass plate 91 and the signal processing circuit unit 8 from the lower surface of the pedestal glass plate 91.
A hole 96 reaching 5 is provided.

【0013】台座ガラス板91の上にダイアフラムを置
き、下部電極92と上部電極83とを位置合わせして、
陽極接合法で接合する。この接合により、下部電極92
と上部電極83とはコンデンサを形成し、下部電極92
は配線94により信号処理回路部85に接続される。孔
96に信号線98を挿入し、導電性接着剤97で固着し
て信号線98を信号処理回路部85に接続して外部に引
き出す。ダイアフラムの薄肉部82と台座ガラス板91
の間に空洞86が形成される。この空洞86は通気孔9
5とつながっている。この圧力センサは、薄肉部82の
両側が開放されているから、相対圧力を測定する相対用
圧力センサとなる。
The diaphragm is placed on the pedestal glass plate 91, and the lower electrode 92 and the upper electrode 83 are aligned with each other.
Join by anodic bonding. By this bonding, the lower electrode 92
And the upper electrode 83 form a capacitor.
Is connected to the signal processing circuit unit 85 by the wiring 94. A signal line 98 is inserted into the hole 96 and fixed with a conductive adhesive 97, and the signal line 98 is connected to the signal processing circuit unit 85 and pulled out. Thin part 82 of diaphragm and pedestal glass plate 91
A cavity 86 is formed therebetween. This cavity 86 has the ventilation hole 9
It is connected to 5. This pressure sensor is a relative pressure sensor for measuring the relative pressure since both sides of the thin portion 82 are open.

【0014】図9は静電容量型圧力センサにおける上部
電極と下部電極との間隙と圧力−容量特性との関係を示
す相関図である。
FIG. 9 is a correlation diagram showing the relationship between the gap between the upper electrode and the lower electrode and the pressure-capacity characteristics in the capacitance type pressure sensor.

【0015】静電容量型圧力センサにおいて、圧力が高
くなるとダイアフラムの薄肉部が撓み、上部電極と下部
電極との間隙dが狭くなり、上部電極と下部電極とで構
成するコンデンサの容量は間隙dに反比例して増大す
る。今、上部電極と下部電極との間隙がd1 の圧力セン
サの圧力−容量特性が線101で表されるものとする
と、d1 より小さい間隙d2 (d2 <d1 )の圧力セン
サの圧力−容量特性は線102で表され、d1 より大き
い間隙d3 (d3 >d1 )の圧力センサの圧力−容量特
性は線103で表される。従って、静電容量型圧力セン
サにおいては上部電極と下部電極との間隙dを設計値通
りに確保することが重要である。
In the capacitance type pressure sensor, when the pressure increases, the thin portion of the diaphragm bends, the gap d between the upper electrode and the lower electrode becomes narrower, and the capacitance of the capacitor formed by the upper electrode and the lower electrode becomes the gap d. Increases in inverse proportion to Now, the gap between the upper electrode and the lower electrode pressure of the pressure sensor of d 1 - Assuming that capacitance characteristic is represented by a line 101, the pressure sensor of d 1 is smaller than the gap d 2 (d 2 <d 1 ) The pressure-capacitance characteristic is represented by a line 102, and the pressure-capacity characteristic of the pressure sensor having a gap d 3 (d 3 > d 1 ) larger than d 1 is represented by a line 103. Therefore, in the capacitance type pressure sensor, it is important to secure the gap d between the upper electrode and the lower electrode as designed.

【0016】図10は静電容量型圧力センサにおける薄
肉部の厚さと圧力−容量特性との関係を示す相関図であ
る。
FIG. 10 is a correlation diagram showing the relationship between the thickness of the thin portion and the pressure-capacity characteristics in the capacitance type pressure sensor.

【0017】静電容量型圧力センサにおいて、同じ圧力
に対して、ダイアフラムの薄肉部の厚さが薄くなる程薄
肉部は撓み易くなるから、上部電極と下部電極との間隔
は狭くなり易く、上部電極と下部電極とが作るコンデン
サの容量は大きくなり易い。図10において、線104
は薄肉部の厚さが薄い場合、線105は薄肉部の厚さが
厚い場合の圧力−容量特性を示す。圧力が大きくなれば
なる程、薄肉部の厚さが薄いものと厚いものとの容量の
差が大きくなっていく。従って、圧力−容量特性のばら
つきを小さくするためには、薄肉部の厚さのばらつきを
小さくすることが必要である。
In the capacitance type pressure sensor, the thinner the thinner portion of the diaphragm becomes, the more easily the thinner portion is bent at the same pressure, so that the distance between the upper electrode and the lower electrode is easily reduced. The capacity of the capacitor formed by the electrode and the lower electrode tends to be large. In FIG. 10, line 104
Indicates the pressure-capacity characteristics when the thickness of the thin portion is small, and the line 105 indicates the pressure-capacity characteristics when the thickness of the thin portion is large. The greater the pressure, the greater the difference in capacitance between the thinner and thinner parts. Therefore, in order to reduce the variation in the pressure-capacity characteristics, it is necessary to reduce the variation in the thickness of the thin portion.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の圧
力センサにおいて、上部電極と下部電極との間隔は、シ
リコン基板のエッチング、ガラス板のエッチング、また
はシリコン基板とガラス板の両方のエッチングで形成さ
れており、また、ダイアフラムの薄肉部もシリコン基板
のエッチングで形成されていた。上部電極と下部電極と
の間隔および薄肉部の厚さを設定するためのエッチング
は、エッチング液の組成と温度とエッチング時間で制御
されていた。しかしながら、エッチングによる場合、上
部電極と下部電極との間隙が1〜2μm程度であると
き、±0.4μm程度のばらつきがあり、薄肉部の厚さ
が10〜20μm程度であるとき、±0.3μm程度の
ばらつきがあり、ばらつきをこれ以下に抑えることは甚
だ難しかった。このため、圧力センサの感度を狭いばら
つきの範囲内に収めることが非常に難しく、ばらつきを
狭い範囲内に収めようとすると歩留りが悪くなり、コス
トが高くなるという問題があった。
In the conventional pressure sensor described above, the distance between the upper electrode and the lower electrode is formed by etching the silicon substrate, etching the glass plate, or etching both the silicon substrate and the glass plate. The thin portion of the diaphragm was also formed by etching the silicon substrate. Etching for setting the distance between the upper electrode and the lower electrode and the thickness of the thin portion has been controlled by the composition of the etching solution, the temperature, and the etching time. However, in the case of etching, when the gap between the upper electrode and the lower electrode is about 1 to 2 μm, there is a variation of about ± 0.4 μm, and when the thickness of the thin portion is about 10 to 20 μm, ± 0.2 μm. There is a variation of about 3 μm, and it has been extremely difficult to suppress the variation to less than this. For this reason, it is very difficult to keep the sensitivity of the pressure sensor within a narrow range of variation, and if the variation is to be kept within a narrow range, there is a problem that the yield is reduced and the cost is increased.

【0019】本発明の目的は、上部電極と下部電極との
間隔およびダイアフラムの薄肉部の厚さを狭いばらつき
の範囲内に揃えることが容易で、センサの感度を狭いば
らつきの範囲内に収めることが容易な構造を有し、感度
が揃った製品を歩留り良く安定に製造できる静電容量型
圧力センサとその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to make it easy to make the distance between the upper electrode and the lower electrode and the thickness of the thin portion of the diaphragm within a narrow range of variation, and to keep the sensitivity of the sensor within the narrow range of variation. It is an object of the present invention to provide a capacitance type pressure sensor which has a structure which can be easily manufactured and which can stably produce a product having uniform sensitivity with good yield, and a method of manufacturing the same.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の静電容量型圧力
センサは、一導電型単結晶のシリコン基板の上面に設け
られた反対導電型の下部電極と、この下部電極に達する
まで前記シリコン基板を下面から選択除去して形成され
る薄肉部とこの薄肉部の中に形成される厚肉部とを有す
るダイアフラムと、一導電型単結晶のシリコン板の下面
に設けられた反対導電型の上部電極と、この上部電極に
達するまで前記シリコン板を上面から選択除去して形成
される電極取出し部とを有し、前記下部電極に対して前
記上部電極が間隔をおいて対向するように前記シリコン
基板の上面に取付けられた上部電極板と、前記ダイアフ
ラムと前記上部電極板との間に配置され、前記上部電極
と前記薄肉部との間に空洞を形成すると共に前記上部電
極と前記下部電極との間の間隔を保持する絶縁膜と、前
記ダイアフラムの下面に設けられ、前記薄肉部との間に
空洞を形成し、この空洞に通じる通気孔を有する台座ガ
ラス板とを備えたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a capacitance type pressure sensor according to the present invention, comprising a lower electrode of the opposite conductivity type provided on the upper surface of a single conductivity type single crystal silicon substrate; A diaphragm having a thin portion formed by selectively removing the substrate from the lower surface and a thick portion formed in the thin portion, and an opposite conductivity type provided on the lower surface of a single conductivity type single crystal silicon plate. An upper electrode, and an electrode extraction portion formed by selectively removing the silicon plate from the upper surface until reaching the upper electrode, wherein the upper electrode faces the lower electrode at an interval. An upper electrode plate mounted on an upper surface of a silicon substrate, and disposed between the diaphragm and the upper electrode plate to form a cavity between the upper electrode and the thin portion and to form the upper electrode and the lower electrode An insulating film that keeps an interval between the thin film and a pedestal glass plate that is provided on the lower surface of the diaphragm and forms a cavity between the thin portion and a ventilation hole that communicates with the cavity. I do.

【0021】本発明は、前記薄肉部が前記反対導電型の
下部電極の一部で構成されていることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the thin portion is constituted by a part of the lower electrode of the opposite conductivity type.

【0022】本発明は、前記下部電極の電極取出し部が
前記シリコン基板の下面から前記下部電極に達する凹部
に形成されていることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the electrode lead-out portion of the lower electrode is formed in a recess reaching the lower electrode from the lower surface of the silicon substrate.

【0023】本発明は、前記下部電極の電極取出し部が
前記シリコン板の上面から前記下部電極に達する凹部に
形成されていることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the electrode lead-out portion of the lower electrode is formed in a recess reaching the lower electrode from the upper surface of the silicon plate.

【0024】本発明は、前記上部電極板が前記シリコン
板を上面から前記上部電極の一部を貫通して前記空洞に
達する孔を有することを特徴とする。
The present invention is characterized in that the upper electrode plate has a hole that penetrates a part of the upper electrode from the upper surface of the silicon plate to reach the cavity.

【0025】本発明は、前記上部電極と下部電極とによ
り検出された容量値から圧力値を求める信号処理回路部
が前記上部電極板に一体化形成されていることを特徴と
する。
The present invention is characterized in that a signal processing circuit for obtaining a pressure value from a capacitance value detected by the upper electrode and the lower electrode is formed integrally with the upper electrode plate.

【0026】本発明の静電容量型圧力センサの製造方法
は、(A)一導電型で単結晶のシリコン基板1の上面に
反対導電型の下部電極を形成する下部電極形成工程、
(B)一導電型単結晶のシリコン板の下面に反対導電型
の上部電極を形成する上部電極板形成工程、(C)前記
シリコン基板の下部電極と前記シリコン板の上部電極上
面または前記シリコン板の下面に所定の厚さの絶縁膜を
形成する絶縁膜形成工程、(D)前記下部電極と前記上
部電極とが向い合うように位置合わせして前記シリコン
基板と前記シリコン板とを貼合わせる貼合わせ工程、
(E)前記シリコン基板を下面から前記下部電極に達す
るまで選択除去して薄肉部を形成してダイアフラムを形
成すると同時に、前記シリコン板を上面から選択除去し
て前記上部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹部
を形成するエッチング工程、(F)ガラス板を選択エッ
チングして通気孔を形成する台座ガラス板形成工程、
(G)前記台座ガラス板の通気孔が前記ダイアフラムの
厚肉部に向かい合うように位置合わせして前記台座ガラ
ス板の上面に前記ダイアフラムを重ねて貼合わせる貼合
わせ工程、を備えたことを特徴とする。
The method of manufacturing a capacitance type pressure sensor according to the present invention comprises: (A) a lower electrode forming step of forming a lower electrode of the opposite conductivity type on the upper surface of a single conductivity type single crystal silicon substrate 1;
(B) an upper electrode plate forming step of forming an upper electrode of the opposite conductivity type on a lower surface of a silicon plate of one conductivity type single crystal; (C) a lower electrode of the silicon substrate and an upper electrode of the silicon plate or the upper surface of the silicon plate or the silicon plate An insulating film forming step of forming an insulating film having a predetermined thickness on the lower surface of the substrate; (D) bonding the silicon substrate and the silicon plate by positioning the lower electrode and the upper electrode so as to face each other; Matching process,
(E) The silicon substrate is selectively removed from the lower surface until it reaches the lower electrode to form a thin portion to form a diaphragm, and at the same time, the silicon plate is selectively removed from the upper surface to expose a part of the upper electrode. (F) a pedestal glass plate forming step of selectively etching a glass plate to form ventilation holes;
(G) a laminating step of positioning the ventilation hole of the pedestal glass plate so as to face the thick portion of the diaphragm, and laminating and laminating the diaphragm on the upper surface of the pedestal glass plate. I do.

【0027】本発明は、前記エッチング工程が前記薄肉
部に向かい合う上部電極の一部を貫通して前記絶縁膜に
達する孔を形成するエッチングを含むことを特徴とす
る。
The present invention is characterized in that the etching step includes an etching for forming a hole reaching the insulating film through a part of the upper electrode facing the thin portion.

【0028】本発明は、前記孔を通して前記絶縁膜を選
択除去して前記薄肉部と前記上部電極との間に空洞を形
成することを特徴とする。
The present invention is characterized in that the insulating film is selectively removed through the hole to form a cavity between the thin portion and the upper electrode.

【0029】本発明は、前記絶縁膜を前記薄肉部を除く
領域に選択的に形成することを特徴とする。
The present invention is characterized in that the insulating film is selectively formed in a region excluding the thin portion.

【0030】本発明は、前記エッチング工程が前記シリ
コン基板を下面から前記下部電極に達するまで選択除去
して前記下部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹
部を形成するエッチングを含むことを特徴とする。
According to the present invention, the etching step includes an etching step of selectively removing the silicon substrate from the lower surface until the silicon substrate reaches the lower electrode, exposing a part of the lower electrode to form a recess for extracting an electrode. Features.

【0031】本発明は、前記エッチング工程が前記シリ
コン板を上面から前記下部電極に達するまで選択除去し
て前記下部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹部
を形成するエッチングを含むことを特徴とする。
According to the present invention, the etching step includes an etching step of selectively removing the silicon plate from the upper surface until reaching the lower electrode to expose a part of the lower electrode to form a concave portion for taking out the electrode. Features.

【0032】[0032]

【作用】本発明では、上部電極と下部電極との間隔は絶
縁膜の厚さで決められる。絶縁膜にSiO2 膜等を用い
ると、厚さ1〜2μmの絶縁膜に対して±0.01μm
以下の精度で所望の厚さに制御でき、従って、この精度
で電極間間隔を制御することができ、圧力−容量特性の
ばらつきを小さくすることができる。また、本発明で
は、下部電極を高不純物領域で形成してエッチ・ストッ
パとして用い、下部電極まで選択除去することで薄肉部
を形成するようにしたので、エッチングの過不足が防
げ、薄肉部の厚さが高精度で制御でき、圧力−容量特性
のばらつきを小さくすることができる。
According to the present invention, the distance between the upper electrode and the lower electrode is determined by the thickness of the insulating film. When a SiO 2 film or the like is used for the insulating film, ± 0.01 μm for an insulating film having a thickness of 1-2 μm.
The thickness can be controlled to a desired thickness with the following accuracy. Therefore, the interval between the electrodes can be controlled with this accuracy, and variation in pressure-capacity characteristics can be reduced. Further, in the present invention, the lower electrode is formed of a high impurity region and used as an etch stopper, and the thin portion is formed by selectively removing the lower electrode, so that excessive or insufficient etching can be prevented, and the thin portion can be prevented. The thickness can be controlled with high precision, and variations in pressure-capacity characteristics can be reduced.

【0033】本発明では、高精度で厚さ制御できる不純
物領域を下部電極とし、この下部電極の一部が薄肉部と
なるようにしたので、薄肉部の厚さが高精度で制御で
き、圧力−容量特性のばらつきを小さくすることができ
る。
According to the present invention, the impurity region whose thickness can be controlled with high precision is used as the lower electrode, and a part of this lower electrode is made to be a thin portion. -Variation in capacitance characteristics can be reduced.

【0034】下部電極の電極取出し部を形成する凹部を
シリコン基板の下面側に設けると、薄肉部形成時のエッ
チングと同時にでき、製造工程の短縮が図れる。
If a concave portion for forming the electrode extraction portion of the lower electrode is provided on the lower surface side of the silicon substrate, etching can be performed at the time of forming the thin portion, and the manufacturing process can be shortened.

【0035】下部電極の電極取出し部をシリコン板の上
面側に設けると、組立や印刷配線基板への取付時の配線
が容易になる。
If the electrode take-out portion of the lower electrode is provided on the upper surface side of the silicon plate, wiring at the time of assembling and mounting on a printed wiring board becomes easy.

【0036】二つの圧力の差圧を測定する相対圧測定圧
力センサを得たいときは、上部電極と下部電極との間の
空洞に通じる孔を上部電極板に形成する。
When it is desired to obtain a relative pressure measuring pressure sensor for measuring a pressure difference between two pressures, a hole communicating with a cavity between the upper electrode and the lower electrode is formed in the upper electrode plate.

【0037】信号処理回路部を上部電極板に一体化形成
すると、素子面積を縮小でき、小型化が図れると共にコ
ストダウンが図れる。
When the signal processing circuit is formed integrally with the upper electrode plate, the element area can be reduced, the size can be reduced, and the cost can be reduced.

【0038】本発明の圧力センサの製造方法において
は、上部電極と下部電極との間隔は絶縁膜の厚さで決
め、薄肉部の厚さは上部電極の厚さで決めるようにして
いる。そして、薄肉部の厚さの設定は、高濃度不純物領
域が低濃度不純物領域よりもエッチング速度が極度に遅
いことを利用して高濃度不純物領域をエッチ・ストッパ
として用いている。このため、先ずシリコン基板に高濃
度不純物濃度の下部電極を設け、シリコン基板かシリコ
ン板のいずれか一方に絶縁膜を形成して、シリコン基板
とシリコン板を貼り合わせ、エッチングする。それ故、
高精度で上部電極と下部電極との間隔と薄肉部の厚さを
制御することができる。
In the method of manufacturing a pressure sensor according to the present invention, the distance between the upper electrode and the lower electrode is determined by the thickness of the insulating film, and the thickness of the thin portion is determined by the thickness of the upper electrode. The thickness of the thin portion is set using the high-concentration impurity region as an etch stopper by utilizing the fact that the etching rate of the high-concentration impurity region is extremely slower than that of the low-concentration impurity region. For this purpose, a lower electrode having a high impurity concentration is first provided on a silicon substrate, an insulating film is formed on one of the silicon substrate and the silicon plate, and the silicon substrate and the silicon plate are bonded and etched. Therefore,
The distance between the upper electrode and the lower electrode and the thickness of the thin portion can be controlled with high accuracy.

【0039】薄肉部が圧力を感知して動くためには、薄
肉部の両側に空間が必要である。絶縁膜がシリコン基板
またはシリコン板の全面に形成されて貼り合わされてい
るときは、薄肉部に接している絶縁膜をエッチングで除
去する必要がある。そのため、エッチング液を導入する
ための孔を形成する。
In order for the thin portion to move by sensing pressure, a space is required on both sides of the thin portion. When the insulating film is formed over the entire surface of the silicon substrate or the silicon plate and bonded together, the insulating film in contact with the thin portion needs to be removed by etching. Therefore, a hole for introducing an etching solution is formed.

【0040】この孔を通してエッチング液を導入して絶
縁膜を選択除去して薄肉部と上部電極との間に空洞を形
成する。
An etching solution is introduced through the holes to selectively remove the insulating film, thereby forming a cavity between the thin portion and the upper electrode.

【0041】薄肉部に接している絶縁膜を予め選択除去
してからシリコン基板とシリコン板を貼り合わせると、
エッチングする必要がなく、作業が容易になる。
When the silicon substrate and the silicon substrate are bonded together after the insulating film in contact with the thin portion is selectively removed in advance,
There is no need for etching, and the work becomes easier.

【0042】下部電極取出し用の凹部をシリコン基板の
下面に形成するときは、薄肉部形成のエッチングのとき
に同時に形成すれば、エッチングが一工程で済み、工程
節減になる。
When the concave portion for taking out the lower electrode is formed on the lower surface of the silicon substrate, if the concave portion is formed at the same time as the etching for forming the thin portion, the etching can be completed in one step, thereby reducing the number of steps.

【0043】下部電極取出し用の凹部をシリコン基板の
上面に形成するときは、シリコン板を上面から下部電極
に達するまでエッチングして形成する。
When the concave portion for taking out the lower electrode is formed on the upper surface of the silicon substrate, the concave portion is formed by etching the silicon plate from the upper surface to reach the lower electrode.

【0044】[0044]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the present invention.

【0045】シリコン基板1は、結晶方位が〔100〕
である主面を有するN型の単結晶のシリコンから成る。
このシリコン基板1の表面にP型の不純物を1×1020
cm -3以上の高濃度に拡散して高伝導度の下部電極2を
形成する。シリコン基板1を選択エッチングして薄肉部
5と厚肉部6と凹部7を形成する。薄肉部5は、下部電
極2の一部で構成され、下部電極2とほぼ同じ厚さを有
する。厚肉部6の厚さは、薄肉部5の厚さの3〜10倍
程度にする。凹部7に電極取出し部8を設ける。これに
よりダイアフラムが構成される。
The silicon substrate 1 has a crystal orientation of [100].
And N-type single crystal silicon having a main surface of
The surface of the silicon substrate 1 is doped with P-type20
cm -3By diffusing into the above high concentration, the lower electrode 2 having high conductivity is formed.
Form. Selective etching of silicon substrate 1 to thin section
5, a thick portion 6, and a concave portion 7 are formed. The thin part 5 is
It is composed of a part of the pole 2 and has almost the same thickness as the lower electrode 2.
I do. The thickness of the thick part 6 is 3 to 10 times the thickness of the thin part 5
About. An electrode extraction portion 8 is provided in the concave portion 7. to this
A diaphragm is formed.

【0046】シリコン板11は、結晶方位が〔100〕
である主面を有するN型の単結晶のシリコンから成る。
このシリコン板11の表面にP型の不純物を1×1020
cm -3以上の高濃度に拡散して高伝導度の上部電極12
を形成する。シリコン板11を選択除去して凹部15
a,15bを形成する。凹部15aに孔16を設け、凹
部15bに電極取出し部18を設ける。これにより上部
電極板が構成される。
The silicon plate 11 has a crystal orientation of [100].
And N-type single crystal silicon having a main surface of
P type impurities are added to the surface of the silicon20
cm -3The high conductivity upper electrode 12 diffused to the above high concentration
To form The silicon plate 11 is selectively removed to form the recess 15
a and 15b are formed. A hole 16 is provided in the recess 15a.
The electrode extracting portion 18 is provided in the portion 15b. This allows the upper part
An electrode plate is configured.

【0047】シリコン基板1とシリコン板11とは、上
部電極12と薄肉部5とが向かい合うように位置合わせ
され、厚さ1〜2μmの絶縁膜13を間に挟んで接合さ
れる。絶縁膜13は上部電極12と薄肉部5との間に空
洞17を形成すると共に上部電極12と下部電極2との
間隔を保持する。空洞17は、薄肉部5を完全に包含す
ることが必要である。絶縁膜13として熱酸化で形成し
たSiO2 膜が最も適するが、CVD(化学的気相堆
積)法で形成したSiO2 膜、リン珪酸ガラス、ホウ珪
酸ガラス、リンホウ珪酸ガラス等を用いることができ
る。
The silicon substrate 1 and the silicon plate 11 are aligned so that the upper electrode 12 and the thin portion 5 face each other, and are joined with an insulating film 13 having a thickness of 1 to 2 μm therebetween. The insulating film 13 forms a cavity 17 between the upper electrode 12 and the thin portion 5 and keeps a space between the upper electrode 12 and the lower electrode 2. The cavity 17 needs to completely cover the thin portion 5. Although SiO 2 film formed by thermal oxidation as an insulating film 13 is best suited for, it can be used SiO 2 film formed by CVD (chemical vapor deposition) method, phosphosilicate glass, borosilicate glass, Rinhou silicate glass .

【0048】台座ガラス板21は、表面に配線22を有
し、ダイアフラムに気体を送って圧力を印加できる場所
に通気孔23が形成されている。台座ガラス板21は、
陽極接合法等でシリコン基板1に位置合わせして接合さ
れる。この接合により台座ガラス板21とシリコン基板
1のダイアフラムとの間に空洞24が形成され、通気孔
23は空洞24に通じ、同時にシリコン基板1の電極取
出し部8と配線22とが接続される。配線22に金属線
9を接続する。電極取出し部18に金属線19を接続す
る。
The pedestal glass plate 21 has wirings 22 on its surface, and has a ventilation hole 23 at a location where gas can be sent to the diaphragm to apply pressure. The pedestal glass plate 21
It is aligned and bonded to the silicon substrate 1 by anodic bonding or the like. By this bonding, a cavity 24 is formed between the pedestal glass plate 21 and the diaphragm of the silicon substrate 1, the ventilation hole 23 communicates with the cavity 24, and at the same time, the electrode extraction portion 8 of the silicon substrate 1 and the wiring 22 are connected. The metal wire 9 is connected to the wiring 22. The metal wire 19 is connected to the electrode extracting portion 18.

【0049】図9で説明したように、上部電極12と下
部電極2との間隔は圧力センサの圧力−容量特性に直接
関係する。本発明では、この間隔を高精度で厚さ制御で
きるSiO2 膜等の絶縁膜13で定めるようにしたの
で、この間隔を高精度で制御することができ、圧力−容
量特性のばらつきを小さくすることができる。
As described with reference to FIG. 9, the distance between the upper electrode 12 and the lower electrode 2 is directly related to the pressure-capacity characteristic of the pressure sensor. In the present invention, this interval is determined by the insulating film 13 such as a SiO 2 film or the like whose thickness can be controlled with high accuracy. Therefore, this interval can be controlled with high accuracy, and variations in pressure-capacity characteristics are reduced. be able to.

【0050】図10で説明したように、薄肉部5の厚さ
は圧力−容量特性に直接関係する。本発明では、高濃度
不純物領域が低濃度不純物領域よりもエッチング速度が
極度に遅いことを利用して、下部電極2を高濃度不純物
領域にしてエッチ・ストッパとして用い、薄肉部5の厚
さが下部電極2の厚さとなるようにした。不純物領域の
深さ(厚さ)は、高精度で制御できるので薄肉部5の厚
さを高精度で制御することができ、圧力−容量特性のば
らつきを小さくすることができる。
As described with reference to FIG. 10, the thickness of the thin portion 5 is directly related to the pressure-capacity characteristics. In the present invention, utilizing the fact that the etching rate of the high-concentration impurity region is extremely slower than that of the low-concentration impurity region, the lower electrode 2 is formed as a high-concentration impurity region and used as an etch stopper. The thickness of the lower electrode 2 was set. Since the depth (thickness) of the impurity region can be controlled with high precision, the thickness of the thin portion 5 can be controlled with high precision, and variations in pressure-capacity characteristics can be reduced.

【0051】上記第1の実施例では、空洞17に通じる
孔16を設けたが、空洞17を密封空間にして絶対圧力
を測定する絶対圧力測定用圧力センサを得たいときは孔
16を形成する必要はない。これに伴って凹部15aも
不要となる。
In the first embodiment, the hole 16 communicating with the cavity 17 is provided. However, when it is desired to obtain a pressure sensor for measuring absolute pressure by using the cavity 17 as a sealed space, the hole 16 is formed. No need. Accordingly, the concave portion 15a becomes unnecessary.

【0052】図2は図1の圧力センサの製造方法を説明
するための工程順に示した断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the order of steps for explaining a method of manufacturing the pressure sensor of FIG.

【0053】まず、図2(a)に示すように、結晶方位
が〔100〕である主面を有する単結晶でN型のシリコ
ン板11の裏面(下面)にホウ素を熱拡散またはイオン
注入してP型領域を形成し、上部電極12とする。上部
電極12の中央部にホウ素を拡散しないほぼ円形の小領
域12aを設けておく。これは、後で空洞17を形成す
るときのエッチング液の導入口を形成するためである。
上部電極12は、電気抵抗を低くするためと、後述のエ
ッチ・ストッパとしての作用をさせるため、不純物濃度
を1×1020cm-3以上にする。ホウ素の熱拡散は、例
えばBCl3 またはBBr3 を用いる気相拡散法、BN
を用いる固相拡散法等で行われる。イオン注入は、例え
ばBF2 + を用いる方法等で行われる。シリコン板11
の下面に絶縁膜13として、熱酸化により厚さ1〜2μ
mのSiO2 膜を形成する。図9で説明したように、絶
縁膜13の厚さは、下部電極2と上部電極12との間隙
を決め、圧力−容量特性を定めるものであるから、非常
に重要である。SiO2 膜は、熱酸化法で形成する時は
相当正確に厚さ制御ができ、±0.01μm以下の精度
で所望の厚さにすることができる。熱酸化法の代わりに
CVD(化学的気相堆積)法で形成することもでき、ま
た絶縁膜13は、SiO2 膜に限定されず、リン珪酸ガ
ラス、ホウ珪酸ガラス、リンホウ珪酸ガラス等のガラス
を用いることができる。さらに、絶縁膜13は、シリコ
ン基板1の表面に設けても良い。
First, as shown in FIG. 2A, boron is thermally diffused or ion-implanted into the back surface (lower surface) of a single crystal N-type silicon plate 11 having a main surface with a crystal orientation of [100]. Thus, a P-type region is formed to form the upper electrode 12. A substantially circular small region 12a in which boron is not diffused is provided in the center of the upper electrode 12. This is to form an inlet for the etchant when forming the cavity 17 later.
The upper electrode 12 has an impurity concentration of 1 × 10 20 cm −3 or more in order to lower the electric resistance and to function as an etch stopper described later. The thermal diffusion of boron is performed, for example, by a gas phase diffusion method using BCl 3 or BBr 3 , BN
This is performed by a solid phase diffusion method or the like. The ion implantation is performed by, for example, a method using BF 2 + . Silicon plate 11
The thickness of the insulating film 13 is 1 to 2 μm
An m 2 SiO 2 film is formed. As described with reference to FIG. 9, the thickness of the insulating film 13 is very important because it determines the gap between the lower electrode 2 and the upper electrode 12 and determines the pressure-capacity characteristics. When the SiO 2 film is formed by the thermal oxidation method, the thickness can be controlled quite accurately, and a desired thickness can be obtained with an accuracy of ± 0.01 μm or less. The insulating film 13 may be formed by a CVD (chemical vapor deposition) method instead of the thermal oxidation method, and the insulating film 13 is not limited to the SiO 2 film, and may be a glass such as a phosphosilicate glass, a borosilicate glass, or a phosphoborosilicate glass. Can be used. Further, the insulating film 13 may be provided on the surface of the silicon substrate 1.

【0054】次に、図2(b)に示すように、結晶方位
が〔100〕である主面を有する単結晶でN型のシリコ
ン基板1の表面(上面)にP型領域を形成して下部電極
2とする。下部電極2も上部電極12と同じ理由によ
り、不純物濃度を1×1020cm-3以上にする。下部電
極2の厚さは、後で形成される薄肉部5の厚さと同じに
する。図10で説明したように、薄肉部5の厚さは、圧
力−容量特性を定めるもので非常に重要である。薄肉部
5の厚さは、下部電極2の厚さで決められ、下部電極2
の厚さは、拡散の深さで決められるが、拡散の深さは高
精度で制御できるので、薄肉部5の厚さを高精度で制御
できることになる。
Next, as shown in FIG. 2B, a P-type region is formed on the surface (upper surface) of an N-type silicon substrate 1 made of a single crystal having a main surface with a crystal orientation of [100]. The lower electrode 2 is used. The lower electrode 2 has an impurity concentration of 1 × 10 20 cm −3 or more for the same reason as the upper electrode 12. The thickness of the lower electrode 2 is the same as the thickness of the thin portion 5 to be formed later. As described with reference to FIG. 10, the thickness of the thin portion 5 determines the pressure-capacity characteristics and is very important. The thickness of the thin portion 5 is determined by the thickness of the lower electrode 2.
Is determined by the depth of diffusion. However, the depth of diffusion can be controlled with high precision, so that the thickness of the thin portion 5 can be controlled with high precision.

【0055】次に、図2(c)に示すように、シリコン
基板1の上にシリコン板11を置いて位置合わせして、
陽極接合法でシリコン基板1とシリコン板11とを気密
に貼り合わせる。
Next, as shown in FIG. 2C, the silicon plate 11 is placed on the silicon substrate 1 and aligned.
The silicon substrate 1 and the silicon plate 11 are bonded together hermetically by anodic bonding.

【0056】次に、図2(d)に示すように、シリコン
基板1とシリコン板11にマスクとしてSiO2 膜3,
14を選択形成し、エッチングして凹部4,7,15
a,15bを形成する。凹部4,7,15a,15bの
深さは、厚肉部6と薄肉部5との厚さの差をシリコン基
板1の厚さから引いた値にする。SiO2 膜をマスクと
するとき、エッチング液にはTMAH(テトラメチルア
ンモニウムハイドロオキサイド、(CH3 4 NOH)
またはヒドラジン(N2 4 )が適当である。これらの
エッチング液はSiO2 を余りエッチングしないからで
ある。
Next, as shown in FIG. 2D, the SiO 2 film 3 is used as a mask on the silicon substrate 1 and the silicon plate 11.
14 is selectively formed and etched to form recesses 4, 7, 15
a and 15b are formed. The depth of the recesses 4, 7, 15a, 15b is set to a value obtained by subtracting the difference in thickness between the thick portion 6 and the thin portion 5 from the thickness of the silicon substrate 1. When the SiO 2 film is used as a mask, the etching solution is TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide, (CH 3 ) 4 NOH)
Alternatively, hydrazine (N 2 H 4 ) is suitable. These etchants is because not so much etched SiO 2.

【0057】次に、図2(e)に示すように、厚肉部6
となる部分のSiO2 膜3aのみを除去し、下部電極2
と上部電極12の一部の表面が露出するまでエッチング
して凹部4,7,15a,15bの深さを深くして薄肉
部5と厚肉部6を形成する。厚肉部6の厚さは、薄肉部
5の厚さの3〜10倍程度にする。このエッチングは、
高濃度不純物領域が低濃度不純物領域よりもエッチング
速度が極度に遅いことを利用しており、高濃度不純物領
域の下部電極2と上部電極12はエッチ・ストッパとな
っている。それ故、正確に下部電極2と上部電極12の
表面を露出させることができる。先に小領域12aを設
けておいたのは、このエッチングで小領域12aがエッ
チされて孔16が形成され、絶縁膜13が露出するよう
にするためである。これによりダイアフラムが形成され
る。
Next, as shown in FIG.
Only the portion of the SiO 2 film 3a that will become the lower electrode 2 is removed.
Then, etching is performed until a part of the surface of the upper electrode 12 is exposed, so that the depths of the concave portions 4, 7, 15a, and 15b are increased to form the thin portion 5 and the thick portion 6. The thickness of the thick portion 6 is about 3 to 10 times the thickness of the thin portion 5. This etching is
Utilizing that the etching rate of the high concentration impurity region is extremely slower than that of the low concentration impurity region, the lower electrode 2 and the upper electrode 12 of the high concentration impurity region serve as an etch stopper. Therefore, the surfaces of the lower electrode 2 and the upper electrode 12 can be accurately exposed. The reason why the small region 12a is provided earlier is that the etching is performed on the small region 12a to form the hole 16 so that the insulating film 13 is exposed. Thereby, a diaphragm is formed.

【0058】次に、図2(f)に示すように、孔16か
らエッチング液を導入して絶縁膜13をエッチングして
空洞17を形成する。絶縁膜13がSiO2 である場
合、エッチング液にはフッ化水素酸が適当である。空洞
17の横方向広がりは、図3に示すように、薄肉部5を
完全に包含する円R1 より大きく、一つの圧力センサの
チップより小さい円R2 の間の範囲R12にあるようにす
る。円R2 は空洞17の許容値を決めるものであるが、
余り厳密でなくてよく、シリコン基板1とシリコン板1
1との接合を維持できる所まで許容される。SiO2
のエッチングでは、シリコン基板1とシリコン板11の
側面からエッチング液が侵入し易いので、これを避けた
い場合には、図4に示すように、シリコン基板1とシリ
コン板11の側面に多結晶シリコン膜25を設けて保護
するとよい。凹部7,15bに露出している下部電極2
と上部電極12の表面に電極取出し部8,18をアルミ
ニウム等の金属で形成する。
Next, as shown in FIG. 2F, a cavity 17 is formed by introducing an etchant through the hole 16 and etching the insulating film 13. When the insulating film 13 is SiO 2 , hydrofluoric acid is suitable for the etching solution. Lateral extension of the cavity 17, as shown in FIG. 3, larger than completely encompasses the circle R 1 a thin portion 5, to be in the range R 12 between the chip smaller circle R 2 of one pressure sensor I do. The circle R 2 determines the allowable value of the cavity 17,
It is not so strict that the silicon substrate 1 and the silicon plate 1
It is permissible to the extent that bonding with 1 can be maintained. In the etching of the SiO 2 film, the etchant easily penetrates from the side surfaces of the silicon substrate 1 and the silicon plate 11, and if it is desired to avoid this, as shown in FIG. It is preferable to provide a polycrystalline silicon film 25 for protection. Lower electrode 2 exposed in recesses 7 and 15b
Then, electrode extraction portions 8 and 18 are formed on the surface of the upper electrode 12 with a metal such as aluminum.

【0059】次に、図2(g)に示すように、台座ガラ
ス板21の上面に配線22を形成し、次にホトリソグラ
フィ技術を用いて通気孔23をあける。台座ガラス板2
1には種々の材質のものを使用することができるが、パ
イレックス・ガラス等が適当である。
Next, as shown in FIG. 2 (g), wirings 22 are formed on the upper surface of the pedestal glass plate 21, and then ventilation holes 23 are opened using photolithography. Pedestal glass plate 2
A variety of materials can be used for 1, but Pyrex glass or the like is suitable.

【0060】次に、図1に示すように、台座ガラス板2
1の上面にシリコン基板1のダイアフラムを置き、陽極
接合法で接合する。この接合により台座ガラス板21と
ダイアフラムとの間に空洞24が形成される。台座ガラ
ス板21とのダイアフラムとを接合するとき、通気孔2
3が空洞24に通じ、かつ配線22と電極取出し部8と
が電気的に接続するように位置合わせしておく。次に、
個々のチップに切り離し、さらに金属線取付け部の上の
シリコン基板1とシリコン板11を切り離し、パッケー
ジに納めた後、金属線9,19を取付けて圧力センサを
完成させる。
Next, as shown in FIG.
The diaphragm of the silicon substrate 1 is placed on the upper surface of the substrate 1 and bonded by an anodic bonding method. This bonding forms a cavity 24 between the pedestal glass plate 21 and the diaphragm. When bonding the pedestal glass plate 21 to the diaphragm,
Positioning is performed so that 3 communicates with the cavity 24 and the wiring 22 and the electrode extraction portion 8 are electrically connected. next,
After separating the chip into individual chips, further separating the silicon substrate 1 and the silicon plate 11 on the metal wire mounting portion, and placing them in a package, the metal wires 9 and 19 are mounted to complete the pressure sensor.

【0061】上記の空洞17は、シリコン基板1とシリ
コン板11とを接合した後、孔16から絶縁膜13エッ
チングして形成したが、シリコン基板1の上面に絶縁膜
を設けた後、薄肉部5となる領域の絶縁膜をエッチング
除去してからシリコン基板1とシリコン板11とを接合
するようにすることもできる。この方法は、孔16を設
けず、空洞17を密封空間にして絶対圧力を測定する絶
対圧力測定用圧力センサの製造には特に有効である。絶
対圧力測定用圧力センサを製造する場合には、図2
(a)に示した小領域12a、図2(d)と図2(e)
に示した凹部15a、図2(f)に示した孔16を形成
する必要はない。
The above-mentioned cavity 17 is formed by bonding the silicon substrate 1 and the silicon plate 11 and then etching the insulating film 13 through the hole 16. After the insulating film is provided on the upper surface of the silicon substrate 1, the cavity 17 is formed. The silicon substrate 1 and the silicon plate 11 can be joined after the insulating film in the region to be 5 is removed by etching. This method is particularly effective for manufacturing a pressure sensor for measuring absolute pressure, in which the hole 17 is not provided and the cavity 17 is made a sealed space to measure absolute pressure. When manufacturing a pressure sensor for measuring absolute pressure, FIG.
The small area 12a shown in (a), FIGS. 2 (d) and 2 (e)
It is not necessary to form the recess 15a shown in FIG. 2 and the hole 16 shown in FIG.

【0062】図5は本発明の第2の実施例の断面図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view of a second embodiment of the present invention.

【0063】第2の実施例においては、凹部7をシリコ
ン板11に形成して、下部電極2の電極取出し部8をシ
リコン板11側に設け、そこに金属線9を取付けてい
る。これが可能なように、下部電極2を第1の実施例よ
りも長く伸ばしている。このようにすると、金属線9と
19とを略同じ高さの位置から取り出すことができ、パ
ッケージング後の金属線ボンディングが容易になるとい
う利点が得られる。それ以外は第1の実施例と同じであ
る。
In the second embodiment, the concave portion 7 is formed in the silicon plate 11, and the electrode extraction portion 8 of the lower electrode 2 is provided on the silicon plate 11 side, and the metal wire 9 is attached thereto. To make this possible, the lower electrode 2 is extended longer than in the first embodiment. In this manner, the metal wires 9 and 19 can be taken out from the positions at substantially the same height, and there is an advantage that the metal wire bonding after packaging becomes easy. The other parts are the same as the first embodiment.

【0064】第1の実施例と同様に、空洞17を密封空
間にして絶対圧力を測定する絶対圧力測定用圧力センサ
を製造する場合は、孔16を形成する必要はない。これ
に伴って凹部15aも不要となる。
As in the first embodiment, when manufacturing a pressure sensor for measuring an absolute pressure by measuring the absolute pressure using the cavity 17 as a sealed space, it is not necessary to form the hole 16. Accordingly, the concave portion 15a becomes unnecessary.

【0065】図6は本発明の第3の実施例の断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view of a third embodiment of the present invention.

【0066】第3の実施例は、シリコン板11に容量−
周波数変換回路または容量−圧力変換回路等の信号処理
回路部を作り込んだ例である。図6で拡散層26、金属
線27は信号処理回路部の一部を示している。このよう
に、同一シリコン板に圧力センサと信号処理回路部とを
作り込めば、集積度が上がり、チップの小型化が図れ
る。それ以外は第1の実施例と同じである。
In the third embodiment, the capacitance-
This is an example in which a signal processing circuit unit such as a frequency conversion circuit or a capacitance-pressure conversion circuit is built. In FIG. 6, the diffusion layer 26 and the metal line 27 show a part of the signal processing circuit unit. As described above, if the pressure sensor and the signal processing circuit are formed on the same silicon plate, the degree of integration is increased and the size of the chip can be reduced. The other parts are the same as the first embodiment.

【0067】第1の実施例と同様に、空洞17を密封空
間にして絶対圧力を測定する絶対圧力測定用圧力センサ
を製造する場合は、孔16と凹部15aとは不要であ
る。
As in the first embodiment, when the absolute pressure measurement pressure sensor for measuring the absolute pressure is manufactured by using the cavity 17 as a sealed space, the hole 16 and the concave portion 15a are unnecessary.

【0068】上記第1〜第3の実施例は、いずれもダイ
アフラムの両側から別々の圧力を印加してその差を測定
する相対圧測定圧力センサであったが、いずれか一方の
通気孔を塞げば絶対圧測定圧力センサとなるので、本発
明は絶対圧測定圧力センサにも適用できることは明らか
である。
In each of the first to third embodiments, a relative pressure measuring pressure sensor for measuring the difference by applying different pressures from both sides of the diaphragm is used. For example, since the pressure sensor is an absolute pressure measuring pressure sensor, it is obvious that the present invention can be applied to an absolute pressure measuring pressure sensor.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、上部
電極と下部電極との間隔を高精度で厚さ制御できるSi
2 膜等の絶縁膜で決めるようにしたので、この間隔を
高精度で制御することができ、圧力−容量特性のばらつ
きの少ない圧力センサを高い歩留りで製造することがで
きる。
As described above, according to the present invention, it is possible to control the distance between the upper electrode and the lower electrode with high accuracy in controlling the thickness.
Since the distance is determined by an insulating film such as an O 2 film, the distance can be controlled with high accuracy, and a pressure sensor with less variation in pressure-capacitance characteristics can be manufactured with a high yield.

【0070】また、本発明では、高精度で厚さ制御でき
る不純物領域を下部電極とし、この下部電極の一部が薄
肉部となるようにしたので、薄肉部の厚さが高精度で制
御でき、圧力−容量特性のばらつきの少ない圧力センサ
を高い歩留りで製造することができる。
Further, according to the present invention, the impurity region whose thickness can be controlled with high precision is used as the lower electrode, and a part of this lower electrode is formed as a thin portion, so that the thickness of the thin portion can be controlled with high precision. Thus, a pressure sensor having a small variation in pressure-capacity characteristics can be manufactured with a high yield.

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

【図1】本発明の第1の実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の圧力センサの製造方法を説明するための
工程順に示した断面図である。
2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the pressure sensor shown in FIG. 1 in a process order.

【図3】図1の空洞の許容範囲を説明するための下面図
である。
FIG. 3 is a bottom view for explaining an allowable range of the cavity in FIG. 1;

【図4】SiO2 膜の側面エッチングを防ぐ手段を説明
する断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a means for preventing side etching of the SiO 2 film.

【図5】本発明の第2の実施例の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a third embodiment of the present invention.

【図7】従来の静電容量型圧力センサの第1の例の断面
図である。
FIG. 7 is a sectional view of a first example of a conventional capacitance type pressure sensor.

【図8】従来の静電容量型圧力センサの第2の例の断面
図である。
FIG. 8 is a sectional view of a second example of a conventional capacitance type pressure sensor.

【図9】静電容量型圧力センサにおける上部電極と下部
電極との間隙と圧力−容量特性との関係を示す相関図で
ある。
FIG. 9 is a correlation diagram showing a relationship between a gap between an upper electrode and a lower electrode and a pressure-capacity characteristic in a capacitance type pressure sensor.

【図10】静電容量型圧力センサにおける薄肉部の厚さ
と圧力−容量特性との関係を示す相関図である。
FIG. 10 is a correlation diagram showing a relationship between a thickness of a thin portion and a pressure-capacity characteristic in a capacitance type pressure sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 下部電極 5 薄肉部 6 厚肉部 8 電極取出し部 9 金属線 11 シリコン板 12 上部電極 13 絶縁膜 17 空洞 18 電極取出し部 21 台座ガラス板 22 配線 23 通気孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Lower electrode 5 Thin part 6 Thick part 8 Electrode taking-out part 9 Metal wire 11 Silicon plate 12 Upper electrode 13 Insulating film 17 Cavity 18 Electrode taking-out part 21 Base glass plate 22 Wiring 23 Vent hole

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 9/12 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01L 9/12

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一導電型単結晶のシリコン基板の上面に
設けられた反対導電型の下部電極と、この下部電極に達
するまで前記シリコン基板を下面から選択除去して形成
される薄肉部とこの薄肉部の中に形成される厚肉部とを
有するダイアフラムと、 一導電型単結晶のシリコン板の下面に設けられた反対導
電型の上部電極と、この上部電極に達するまで前記シリ
コン板を上面から選択除去して形成される電極取出し部
とを有し、前記下部電極に対して前記上部電極が間隔を
おいて対向するように前記シリコン基板の上面に取付け
られた上部電極板と、 前記ダイアフラムと前記上部電極板との間に配置され、
前記上部電極と前記薄肉部との間に空洞を形成すると共
に前記上部電極と前記下部電極との間の間隔を保持する
絶縁膜と、 前記ダイアフラムの下面に設けられ、前記薄肉部との間
に空洞を形成し、この空洞に通じる通気孔を有する台座
ガラス板とを備えたことを特徴とする静電容量型圧力セ
ンサ。
1. A lower electrode of opposite conductivity type provided on an upper surface of a silicon substrate of one conductivity type, a thin portion formed by selectively removing the silicon substrate from the lower surface until reaching the lower electrode. A diaphragm having a thick portion formed in a thin portion, an upper electrode of the opposite conductivity type provided on a lower surface of a single-conductivity type single crystal silicon plate, and an upper surface of the silicon plate until reaching the upper electrode; An upper electrode plate attached to the upper surface of the silicon substrate such that the upper electrode is opposed to the lower electrode at an interval; and And the upper electrode plate,
An insulating film that forms a cavity between the upper electrode and the thin portion and maintains an interval between the upper electrode and the lower electrode; and an insulating film provided on a lower surface of the diaphragm, between the thin portion. And a pedestal glass plate having a cavity and a vent hole communicating with the cavity.
【請求項2】 前記薄肉部が前記反対導電型の下部電極
の一部で構成されていることを特徴とする請求項1記載
の静電容量型圧力センサ。
2. The capacitance-type pressure sensor according to claim 1, wherein the thin portion is constituted by a part of the lower electrode of the opposite conductivity type.
【請求項3】 前記下部電極の電極取出し部が前記シリ
コン基板の下面から前記下部電極に達する凹部に形成さ
れていることを特徴とする請求項1記載の静電容量型圧
力センサ。
3. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein an electrode lead-out portion of said lower electrode is formed in a concave portion reaching from said lower surface of said silicon substrate to said lower electrode.
【請求項4】 前記下部電極の電極取出し部が前記シリ
コン板の上面から前記下部電極に達する凹部に形成され
ていることを特徴とする請求項1記載の静電容量型圧力
センサ。
4. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein an electrode extraction portion of said lower electrode is formed in a concave portion reaching from said upper surface of said silicon plate to said lower electrode.
【請求項5】 前記上部電極板が前記シリコン板を上面
から前記上部電極の一部を貫通して前記空洞に達する孔
を有することを特徴とする請求項1記載の静電容量型圧
力センサ。
5. The capacitance-type pressure sensor according to claim 1, wherein said upper electrode plate has a hole penetrating a part of said upper electrode from said upper surface of said silicon plate to reach said cavity.
【請求項6】 前記上部電極と下部電極とにより検出さ
れた容量値から圧力値を求める信号処理回路部が前記上
部電極板に一体化形成されていることを特徴とする請求
項1記載の静電容量型圧力センサ。
6. The static electrode according to claim 1, wherein a signal processing circuit for obtaining a pressure value from a capacitance value detected by the upper electrode and the lower electrode is formed integrally with the upper electrode plate. Capacitive pressure sensor.
【請求項7】 (A)一導電型で単結晶のシリコン基板
の上面に反対導電型の下部電極を形成する下部電極形成
工程、 (B)一導電型単結晶のシリコン板の下面に反対導電型
の上部電極を形成する上部電極板形成工程、 (C)前記シリコン基板の上面または前記シリコン板の
下面に所定の厚さの絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程、 (D)前記下部電極と前記上部電極とが向い合うように
位置合わせして前記シリコン基板と前記シリコン板とを
貼合わせる貼合わせ工程、 (E)前記シリコン基板を下面から前記下部電極に達す
るまで選択除去して薄肉部とこの薄肉部の中に厚肉部を
形成してダイアフラムを形成すると同時に、前記シリコ
ン板を上面から選択除去して前記上部電極の一部を露出
させて電極取出し用の凹部を形成するエッチング工程、 (F)ガラス板を選択エッチングして通気孔を形成する
台座ガラス板形成工程、 (G)前記台座ガラス板の通気孔が前記ダイアフラムの
薄肉部に向かい合うように位置合わせして前記台座ガラ
ス板の上面に前記ダイアフラムを重ねて貼合わせる貼合
わせ工程、を備えたことを特徴とする静電容量型圧力セ
ンサの製造方法。
7. A lower electrode forming step of forming a lower electrode of the opposite conductivity type on the upper surface of a single conductivity type single crystal silicon substrate; and An upper electrode plate forming step of forming a mold upper electrode; (C) an insulating film forming step of forming an insulating film having a predetermined thickness on the upper surface of the silicon substrate or the lower surface of the silicon plate; A bonding step of bonding the silicon substrate and the silicon plate by positioning the silicon substrate so that the upper electrode faces each other; and (E) selectively removing the silicon substrate from a lower surface until the silicon substrate reaches the lower electrode. At the same time as forming the diaphragm by forming the thick portion in the thin portion, the silicon plate is selectively removed from the upper surface to expose a part of the upper electrode to form a recess for taking out the electrode. (F) a pedestal glass plate forming step of forming a ventilation hole by selectively etching a glass plate; and (G) positioning the pedestal glass plate so that the ventilation hole of the pedestal glass plate faces a thin portion of the diaphragm. A method for manufacturing a capacitance type pressure sensor, comprising: a laminating step of laminating and laminating the diaphragm on an upper surface of a plate.
【請求項8】 前記エッチング工程が前記薄肉部に向か
い合う上部電極の一部を貫通して前記絶縁膜に達する孔
を形成するエッチングを含むことを特徴とする請求項7
記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
8. An etching method according to claim 7, wherein said etching step includes etching to form a hole penetrating a part of the upper electrode facing said thin portion and reaching said insulating film.
A manufacturing method of the capacitance type pressure sensor according to the above.
【請求項9】 前記孔を通して前記絶縁膜を選択除去し
て前記薄肉部と前記上部電極との間に空洞を形成するこ
とを特徴とする請求項8記載の静電容量型圧力センサの
製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the insulating film is selectively removed through the hole to form a cavity between the thin portion and the upper electrode. .
【請求項10】 前記絶縁膜を前記薄肉部を除く領域に
選択的に形成することを特徴とする請求項7記載の静電
容量型圧力センサの製造方法。
10. The method according to claim 7, wherein the insulating film is selectively formed in a region excluding the thin portion.
【請求項11】 前記エッチング工程が前記シリコン基
板を下面から前記下部電極に達するまで選択除去して前
記下部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹部を形
成するエッチングを含むことを特徴とする請求項7記載
の静電容量型圧力センサの製造方法。
11. The etching step includes selectively removing the silicon substrate from the lower surface until the silicon substrate reaches the lower electrode, exposing a portion of the lower electrode to form a recess for extracting an electrode. The method for manufacturing a capacitance type pressure sensor according to claim 7.
【請求項12】 前記エッチング工程が前記シリコン板
を上面から前記下部電極に達するまで選択除去して前記
下部電極の一部を露出させて電極取出し用の凹部を形成
するエッチングを含むことを特徴とする請求項7記載の
静電容量型圧力センサの製造方法。
12. The method according to claim 11, wherein the etching step includes selectively removing the silicon plate from an upper surface until reaching the lower electrode to expose a part of the lower electrode to form a concave portion for taking out the electrode. The method for manufacturing a capacitance type pressure sensor according to claim 7.
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