JP3409980B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧力を静電容量の変
化として検出する半導体形センサに係わり、特には、シ
リコンチップの同一平面に形成した表面デバイス形の複
合センサに関する。
化として検出する半導体形センサに係わり、特には、シ
リコンチップの同一平面に形成した表面デバイス形の複
合センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、複合センサは特願昭63−82961 号
に見られるように、差圧，静圧、及び温度のセンサが一
つの基板上に構成され、裏面から基板を加工してダイア
フラムを形成したいわゆるバルク形のピエゾ抵抗式複合
センサである。
に見られるように、差圧，静圧、及び温度のセンサが一
つの基板上に構成され、裏面から基板を加工してダイア
フラムを形成したいわゆるバルク形のピエゾ抵抗式複合
センサである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のバルク形の複合
センサでは、シリコン基板の裏面から加工してダイアフ
ラムを形成するため表面に形成した検出素子との位置が
僅かにずれると感度が大きく低下するのでこの問題を防
ぐためダイアフラムをある程度大きく設計する必要があ
った。シリコンウェハの両面の位置合わせ精度は片側の
位置合わせ精度に比べて悪いためである。
センサでは、シリコン基板の裏面から加工してダイアフ
ラムを形成するため表面に形成した検出素子との位置が
僅かにずれると感度が大きく低下するのでこの問題を防
ぐためダイアフラムをある程度大きく設計する必要があ
った。シリコンウェハの両面の位置合わせ精度は片側の
位置合わせ精度に比べて悪いためである。
【０００４】また両面を鏡面研磨したシリコンウェハを
使用するためコストが高い問題があった。またピエゾ抵
抗式のセンサは、周囲温度の変化によって特性が大きく
変化し非線形なので特性補正が複雑となりコスト高とい
う問題があった。
使用するためコストが高い問題があった。またピエゾ抵
抗式のセンサは、周囲温度の変化によって特性が大きく
変化し非線形なので特性補正が複雑となりコスト高とい
う問題があった。
【０００５】本発明の目的は、小形で低コストの複合セ
ンサを提供するものである。また、構造と製造方法が簡
単で量産的かつ経済的な複合センサを提供することにあ
る。そして他の目的は、１つのチップに複数のセンサと
信号処理回路を形成した多機能圧力センサを提供するも
のである。
ンサを提供するものである。また、構造と製造方法が簡
単で量産的かつ経済的な複合センサを提供することにあ
る。そして他の目的は、１つのチップに複数のセンサと
信号処理回路を形成した多機能圧力センサを提供するも
のである。
【０００６】他の目的は、高感度で温度影響の小さいＩ
Ｃ圧力センサを提供するにある。
Ｃ圧力センサを提供するにある。
【０００７】
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、静電容量を
利用する半導体圧力センサにおいて、シリコンチップの
同一平面に第１の圧力検知用静電容量と第２の圧力検知
用静電容量と参照静電容量とが形成され、前記第１の圧
力検知用静電容量の変化から絶対圧力を、前記第２の圧
力検知用静電容量の変化から大気圧を、前記参照静電容
量の変化から温度を検知することによって達成される。
利用する半導体圧力センサにおいて、シリコンチップの
同一平面に第１の圧力検知用静電容量と第２の圧力検知
用静電容量と参照静電容量とが形成され、前記第１の圧
力検知用静電容量の変化から絶対圧力を、前記第２の圧
力検知用静電容量の変化から大気圧を、前記参照静電容
量の変化から温度を検知することによって達成される。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【発明の実施の形態】まず、作用について説明する。
【００１３】シリコンチップの片面に形成したダイアフ
ラムは可動電極として作用する導電性の膜であり、負荷
される圧力に応動する。絶縁膜（犠牲層）を除去して形
成した空間は、ダイアフラムとシリコンウェハの基板側
に形成した固定電極との間で圧力検知用静電容量を形成
する。この空間は、真空封止されており、基準圧室とし
て機能する。いわゆる絶対圧基準の静電容量式圧力セン
サを構成する。したがって、ダイアフラムが大気圧に曝
されたときは下方に変位し凹状の形をしており、負荷圧
力が真空に近づくにつれダイアフラムはもとの平らな形
状に戻る。負荷圧力が大気圧より正圧の場合はダイアフ
ラムがさらに下方に変位し可動電極との空間の隙間が小
さくなる。このように負荷圧力により固定電極との間で
形成する静電容量が変化する。この静電容量変化を信号
処理回路で１−５Ｖなどの規格化出力信号に変換し、こ
の出力値から負荷された圧力を検知する。
ラムは可動電極として作用する導電性の膜であり、負荷
される圧力に応動する。絶縁膜（犠牲層）を除去して形
成した空間は、ダイアフラムとシリコンウェハの基板側
に形成した固定電極との間で圧力検知用静電容量を形成
する。この空間は、真空封止されており、基準圧室とし
て機能する。いわゆる絶対圧基準の静電容量式圧力セン
サを構成する。したがって、ダイアフラムが大気圧に曝
されたときは下方に変位し凹状の形をしており、負荷圧
力が真空に近づくにつれダイアフラムはもとの平らな形
状に戻る。負荷圧力が大気圧より正圧の場合はダイアフ
ラムがさらに下方に変位し可動電極との空間の隙間が小
さくなる。このように負荷圧力により固定電極との間で
形成する静電容量が変化する。この静電容量変化を信号
処理回路で１−５Ｖなどの規格化出力信号に変換し、こ
の出力値から負荷された圧力を検知する。
【００１４】１チップ上に上記絶対圧基準の構造を持つ
２つの圧力検知用静電容量を複合形成し、１つの検知容
量上に被測定圧力を導き絶対圧基準のセンサとして使用
し、他のセンサ上に大気圧力を導き大気圧の変化を検知
するセンサとする。さらに信号処理回路で両者の差をと
り、相対圧センサとしての信号を出力する。２つの圧力
検知容量と参照容量との差をとり、絶対圧測定及び大気
圧測定用センサとしての信号を出力する。
２つの圧力検知用静電容量を複合形成し、１つの検知容
量上に被測定圧力を導き絶対圧基準のセンサとして使用
し、他のセンサ上に大気圧力を導き大気圧の変化を検知
するセンサとする。さらに信号処理回路で両者の差をと
り、相対圧センサとしての信号を出力する。２つの圧力
検知容量と参照容量との差をとり、絶対圧測定及び大気
圧測定用センサとしての信号を出力する。
【００１５】ダイアフラムの上から、表面層の下に数ミ
クロンの空隙を形成し、過負荷圧力が加えられたときに
はダイアフラムが変位してシリコンウェハの基板面に当
接してダイアフラムの過剰な変位を制限し、破損を防止
するので測定レンジの数１０倍の耐圧を得ることができ
る。
クロンの空隙を形成し、過負荷圧力が加えられたときに
はダイアフラムが変位してシリコンウェハの基板面に当
接してダイアフラムの過剰な変位を制限し、破損を防止
するので測定レンジの数１０倍の耐圧を得ることができ
る。
【００１６】次に本発明の実施例について説明する。本
発明のブロック構成の一実施例を図１に示す。複合形成
した２つの圧力検知用容量１１，１２は、被測定圧力を
静電容量変化として検出し信号処理して絶対圧基準の信
号として端子１４２から出力する。また、端子１４３か
らは相対圧センサの信号として出力する。まず圧力検知
用容量１２と参照容量１３との差から絶対圧基準の出力
を演算する。また圧力検知用容量１１を大気圧センサと
し、スイッチ手段１５５を用いて切り替え、圧力検知用
容量１２との差をとり、端子１４３から相対圧センサと
しての信号を出力する。必要な場合は、図１（Ｃ）のよ
うに構成して圧力検知用容量１１と参照容量１３′との
差を演算し、端子１４４から大気圧を出力する。さらに
必要なら、参照容量１３の温度による変化を信号処理し
て端子１４１から温度信号として出力する。このとき、
２つの圧力検知用容量１１，１２と参照容量１３は同一
基盤上に隣接して同じプロセスで同じに形成するため殆
ど同じ温度特性を持つ。故に、周囲温度が変化しても信
号処理回路で演算し両者の差をとれば温度による誤差を
打ち消すことができる。本発明の容量式圧力センサは従
来のピエゾ抵抗式の圧力センサに比べて温度係数は小さ
いが、さらにこのような演算処理で温度影響をさらに小
さくすることができる。図１（Ｃ）は２個の圧力検知用
容量１１，１２と２個の参照容量１３，１３′を用いた
例である。参照容量１３から温度センサ，圧力検知用容
量１２と参照容量１３の差から絶対圧力信号を、また圧
力検知用容量１１と圧力検知用容量１２の差から相対圧
信号を、そして圧力検知用容量１１と参照容量１３′の
差から大気圧信号を得る。この実施例の特徴は１チップ
に形成した４つの静電容量と信号処理回路１５により温
度信号と周囲の温度変化の影響を受けない絶対圧，相対
圧，大気圧の信号を正確に得られることである。
発明のブロック構成の一実施例を図１に示す。複合形成
した２つの圧力検知用容量１１，１２は、被測定圧力を
静電容量変化として検出し信号処理して絶対圧基準の信
号として端子１４２から出力する。また、端子１４３か
らは相対圧センサの信号として出力する。まず圧力検知
用容量１２と参照容量１３との差から絶対圧基準の出力
を演算する。また圧力検知用容量１１を大気圧センサと
し、スイッチ手段１５５を用いて切り替え、圧力検知用
容量１２との差をとり、端子１４３から相対圧センサと
しての信号を出力する。必要な場合は、図１（Ｃ）のよ
うに構成して圧力検知用容量１１と参照容量１３′との
差を演算し、端子１４４から大気圧を出力する。さらに
必要なら、参照容量１３の温度による変化を信号処理し
て端子１４１から温度信号として出力する。このとき、
２つの圧力検知用容量１１，１２と参照容量１３は同一
基盤上に隣接して同じプロセスで同じに形成するため殆
ど同じ温度特性を持つ。故に、周囲温度が変化しても信
号処理回路で演算し両者の差をとれば温度による誤差を
打ち消すことができる。本発明の容量式圧力センサは従
来のピエゾ抵抗式の圧力センサに比べて温度係数は小さ
いが、さらにこのような演算処理で温度影響をさらに小
さくすることができる。図１（Ｃ）は２個の圧力検知用
容量１１，１２と２個の参照容量１３，１３′を用いた
例である。参照容量１３から温度センサ，圧力検知用容
量１２と参照容量１３の差から絶対圧力信号を、また圧
力検知用容量１１と圧力検知用容量１２の差から相対圧
信号を、そして圧力検知用容量１１と参照容量１３′の
差から大気圧信号を得る。この実施例の特徴は１チップ
に形成した４つの静電容量と信号処理回路１５により温
度信号と周囲の温度変化の影響を受けない絶対圧，相対
圧，大気圧の信号を正確に得られることである。
【００１７】スタンドアローン形センサの組立断面図を
示す図２（Ａ）、センサ部の拡大断面図の図２（Ｂ）及
びブロック回路図図１を用いてさらに詳細に説明する。
センサ基板１はシリコン、ケーシング２はプラスチック
などの材料からなる、３は信号引出用コネクタ、４はセ
ンサ基板１をケーシング２に気密に接着する有機接着
材、２１はケーシング２の一部に形成され大気を導くた
めの穴、５は被測定圧力を導く導圧管、７はセンサとコ
ネクタ３１の結線である。６はセンサ基板１と結線７を
保護するためのシリコーンゲルである。
示す図２（Ａ）、センサ部の拡大断面図の図２（Ｂ）及
びブロック回路図図１を用いてさらに詳細に説明する。
センサ基板１はシリコン、ケーシング２はプラスチック
などの材料からなる、３は信号引出用コネクタ、４はセ
ンサ基板１をケーシング２に気密に接着する有機接着
材、２１はケーシング２の一部に形成され大気を導くた
めの穴、５は被測定圧力を導く導圧管、７はセンサとコ
ネクタ３１の結線である。６はセンサ基板１と結線７を
保護するためのシリコーンゲルである。
【００１８】導圧管５から導かれた被測定圧力は、ケー
シング２に気密に接着したセンサ基板１に導びかれる。
センサ基板１はこの圧力に応動し、これに比例した電気
信号をコネクタ３を経由して外部に出力する。またセン
サ基板１はケーシング２に形成した穴２１から導かれる
大気圧を粘弾性をもつシリコーンゲル６を介して受け大
気の圧力を検知する。センサ基板１は図２（Ｂ）に示す
ように１チップ上に絶対圧基準の構造を持つ２つの圧力
検知用容量１１，１２を複合形成し、１つの圧力検知用
容量１２上に被測定圧力を導き絶対圧基準のセンサとし
て使用し、他の圧力検知用容量１１上に大気圧力を導き
大気圧の変化を検知するセンサとする。さらに図１に示
すように信号処理回路１５で両者の差をとり、相対圧セ
ンサとしての出力を出す。図２（Ｂ）を用いてセンサ部
の構造を詳細に説明する。１はセンサ基板で、この上に
絶対圧基準の構造を持つ２つの圧力検知用容量１１，１
２と参照容量１３及び信号処理回路１５が複合形成され
ている。２つの圧力検知用容量は全く同じ構造を持ち、
後述する表面デバイスプロセスで同時に形成される。１
２１はダイアフラム、１２２は空間部、１２３は空間の
隙間を限定するためのエッチングストッパ膜、１２４は
固定電極、１２５は絶縁膜、１２６は空間部１２２の封
止である。圧力検知用容量１１も同じ構造寸法を持つ。
これらセンサからの電極は隣接の信号処理回路１５に最
短距離で接続し、浮遊容量を極力小さくしている。信号
処理回路１５で１−５Ｖなどの標準信号に変換され、外
部のボンディングパッド１４に引き出される。信号処理
回路１５は周辺部１２７でガラス板２０と気密に接合さ
れ、形成される空間１５５は真空または窒素などの乾燥
ガスで封止され外部からの水分や汚染から保護される。
２０はシリコンに熱膨張が近似した硼珪酸ガラスの板、
２１は圧力検知用容量１１に大気を導く穴、２２は同じ
く圧力検知用容量１２に被測定圧力を導く穴である。参
照容量１３の上は真空中でガラス板２０で気密にシ−ル
されている。参照容量１３の空間１３２も同じく真空中
で気密シ−ルされるので被測定圧力と大気圧いずれも検
知しない。即ち周囲の温度が変化したことによる容量の
変化だけを検知する。一種の温度センサとして機能す
る。温度による容量変化は、材料の誘電率変化，熱歪に
よる隙間の変化などによってもたらされる。５０は補強
板、５１は導圧穴２１に通じ圧力検知用容量１１に大気
を導く穴、５２は導圧穴２２に通じ外部から被測定圧力
を導く穴である。
シング２に気密に接着したセンサ基板１に導びかれる。
センサ基板１はこの圧力に応動し、これに比例した電気
信号をコネクタ３を経由して外部に出力する。またセン
サ基板１はケーシング２に形成した穴２１から導かれる
大気圧を粘弾性をもつシリコーンゲル６を介して受け大
気の圧力を検知する。センサ基板１は図２（Ｂ）に示す
ように１チップ上に絶対圧基準の構造を持つ２つの圧力
検知用容量１１，１２を複合形成し、１つの圧力検知用
容量１２上に被測定圧力を導き絶対圧基準のセンサとし
て使用し、他の圧力検知用容量１１上に大気圧力を導き
大気圧の変化を検知するセンサとする。さらに図１に示
すように信号処理回路１５で両者の差をとり、相対圧セ
ンサとしての出力を出す。図２（Ｂ）を用いてセンサ部
の構造を詳細に説明する。１はセンサ基板で、この上に
絶対圧基準の構造を持つ２つの圧力検知用容量１１，１
２と参照容量１３及び信号処理回路１５が複合形成され
ている。２つの圧力検知用容量は全く同じ構造を持ち、
後述する表面デバイスプロセスで同時に形成される。１
２１はダイアフラム、１２２は空間部、１２３は空間の
隙間を限定するためのエッチングストッパ膜、１２４は
固定電極、１２５は絶縁膜、１２６は空間部１２２の封
止である。圧力検知用容量１１も同じ構造寸法を持つ。
これらセンサからの電極は隣接の信号処理回路１５に最
短距離で接続し、浮遊容量を極力小さくしている。信号
処理回路１５で１−５Ｖなどの標準信号に変換され、外
部のボンディングパッド１４に引き出される。信号処理
回路１５は周辺部１２７でガラス板２０と気密に接合さ
れ、形成される空間１５５は真空または窒素などの乾燥
ガスで封止され外部からの水分や汚染から保護される。
２０はシリコンに熱膨張が近似した硼珪酸ガラスの板、
２１は圧力検知用容量１１に大気を導く穴、２２は同じ
く圧力検知用容量１２に被測定圧力を導く穴である。参
照容量１３の上は真空中でガラス板２０で気密にシ−ル
されている。参照容量１３の空間１３２も同じく真空中
で気密シ−ルされるので被測定圧力と大気圧いずれも検
知しない。即ち周囲の温度が変化したことによる容量の
変化だけを検知する。一種の温度センサとして機能す
る。温度による容量変化は、材料の誘電率変化，熱歪に
よる隙間の変化などによってもたらされる。５０は補強
板、５１は導圧穴２１に通じ圧力検知用容量１１に大気
を導く穴、５２は導圧穴２２に通じ外部から被測定圧力
を導く穴である。
【００１９】センサ基板１と補強板５０の材料はシリコ
ンで、ガラス板２０はシリコンに熱膨張が近似した硼珪
酸ガラスで構成し、接着剤を用いずに静電接合法により
互いが接合される。
ンで、ガラス板２０はシリコンに熱膨張が近似した硼珪
酸ガラスで構成し、接着剤を用いずに静電接合法により
互いが接合される。
【００２０】また補強板５０は図２（Ａ）に示したよう
に、プラスチック材料のケーシング２に接着固定するの
で、両者の熱膨張の違いによる不可逆な熱歪の発生を回
避するため、ガラス板２０に比べシリコン補強板５０を
厚くし剛性高く設計されている。
に、プラスチック材料のケーシング２に接着固定するの
で、両者の熱膨張の違いによる不可逆な熱歪の発生を回
避するため、ガラス板２０に比べシリコン補強板５０を
厚くし剛性高く設計されている。
【００２１】導圧管５から導かれた被測定圧力は、ケー
シング２に気密に接着したセンサ基板１上の圧力検知用
容量１２上に導びかれる。圧力検知用容量１２のダイア
フラム１２１はこの圧力に応動し、空間の隙間が変化し
て静電容量が変化する。これを信号処理回路１５で処理
し周囲温度の変動による特性変化を参照容量１３を用い
て補正し静電容量の変化を１−５Ｖなどの標準電気信号
に変換して被測定圧力に比例した信号をコネクタ３を経
由して外部に出力する。
シング２に気密に接着したセンサ基板１上の圧力検知用
容量１２上に導びかれる。圧力検知用容量１２のダイア
フラム１２１はこの圧力に応動し、空間の隙間が変化し
て静電容量が変化する。これを信号処理回路１５で処理
し周囲温度の変動による特性変化を参照容量１３を用い
て補正し静電容量の変化を１−５Ｖなどの標準電気信号
に変換して被測定圧力に比例した信号をコネクタ３を経
由して外部に出力する。
【００２２】また圧力センサ容量１１はケーシング２に
形成した穴２１′から導かれる大気圧を補強板５０の穴
５１、ガラス板２０の穴２１を経てダイアフラム１２１
上に受け同様に検知する。この間、大気圧を導びく通路
には粘弾性をもつシリコーンゲル６が介在しているが、
圧力が伝達する十分な柔らかさをもつので圧力センサ容
量１１は絶対圧を基準として大気圧を測定することがで
きる。
形成した穴２１′から導かれる大気圧を補強板５０の穴
５１、ガラス板２０の穴２１を経てダイアフラム１２１
上に受け同様に検知する。この間、大気圧を導びく通路
には粘弾性をもつシリコーンゲル６が介在しているが、
圧力が伝達する十分な柔らかさをもつので圧力センサ容
量１１は絶対圧を基準として大気圧を測定することがで
きる。
【００２３】以上の説明は静電容量の段階で演算を行う
場合を例にして説明したが、図１（Ｂ）に示すように信
号増幅器１５１で容量変化を電圧信号に変換した後に差
をとる演算を行うことができる。選択は信号変化の大き
さＳＮ比などセンサの設計によって決められる。
場合を例にして説明したが、図１（Ｂ）に示すように信
号増幅器１５１で容量変化を電圧信号に変換した後に差
をとる演算を行うことができる。選択は信号変化の大き
さＳＮ比などセンサの設計によって決められる。
【００２４】図３は別の実装構造の実施例である。以下
説明する。センサ基板１はこれまでに説明してきた構造
と同じである。それを実装するケーシング２と信号の取
り出し構造が異なり、取付け基板９上の配線パターンに
半田で接続するいわゆる表面実装に対応するため鍍金に
よる配線３１をもつコネクタ３の内部にセンサ基板１が
接着剤４で固定され、結線７で配線３１とセンサ基板１
のパッドが接続される。被測定圧力はケーシング２に固
定された導圧管５０に導かれセンサ基板１上の絶対圧基
準の圧力検知用容量１２に加えられ、大気圧導入部２１
を経て圧力検知用容量１２に加えられる。信号処理回路
１５では図１で説明した演算を行い、必要に応じて絶対
圧基準の信号や相対圧に比例したセンサ信号を出力す
る。
説明する。センサ基板１はこれまでに説明してきた構造
と同じである。それを実装するケーシング２と信号の取
り出し構造が異なり、取付け基板９上の配線パターンに
半田で接続するいわゆる表面実装に対応するため鍍金に
よる配線３１をもつコネクタ３の内部にセンサ基板１が
接着剤４で固定され、結線７で配線３１とセンサ基板１
のパッドが接続される。被測定圧力はケーシング２に固
定された導圧管５０に導かれセンサ基板１上の絶対圧基
準の圧力検知用容量１２に加えられ、大気圧導入部２１
を経て圧力検知用容量１２に加えられる。信号処理回路
１５では図１で説明した演算を行い、必要に応じて絶対
圧基準の信号や相対圧に比例したセンサ信号を出力す
る。
【００２５】図４は大気圧センサの実施例である。この
実施例では、参照容量１３が大気圧で変化しないように
ダイアフラム中央部にピラー１３９が形成されている。
大気圧を検知する圧力検知用容量１２と参照容量１３の
差を演算して、大気圧に比例した信号を出力する。被測
定圧力は直接センサ１上に加わるので、ケーシング２と
これに固定した導圧管５０が不必要となり極めて簡単な
構造である。
実施例では、参照容量１３が大気圧で変化しないように
ダイアフラム中央部にピラー１３９が形成されている。
大気圧を検知する圧力検知用容量１２と参照容量１３の
差を演算して、大気圧に比例した信号を出力する。被測
定圧力は直接センサ１上に加わるので、ケーシング２と
これに固定した導圧管５０が不必要となり極めて簡単な
構造である。
【００２６】図５を用いて、センサ部の製造プロセスを
説明する。
説明する。
【００２７】（Ａ）は信号処理回路を形成するプロセ
ス、例えば標準的なＣＭＯＳ回路形成プロセスを用い信
号処理回路１５が形成される。
ス、例えば標準的なＣＭＯＳ回路形成プロセスを用い信
号処理回路１５が形成される。
【００２８】（Ｂ）は後で除去される犠牲層１２２を形
成するプロセスで例えばＳｉＯ2 などがセンサの静電容
量値として設計された必要な厚さに成膜される。
成するプロセスで例えばＳｉＯ2 などがセンサの静電容
量値として設計された必要な厚さに成膜される。
【００２９】（Ｃ）はダイアフアラムとなるポリシリコ
ン膜１２１をセンサの測定圧力レンジに応じて成膜す
る。隣接するダイアフラム周辺部のポリシリコン膜の一
部を除去し絶縁溝１２９が形成されている。またこのダ
イアフラム周辺部と信号処理回路１５の周辺部に形成し
たポリシリコン膜１２７は後で接合するガラス基板の接
着材の役割を果たす。
ン膜１２１をセンサの測定圧力レンジに応じて成膜す
る。隣接するダイアフラム周辺部のポリシリコン膜の一
部を除去し絶縁溝１２９が形成されている。またこのダ
イアフラム周辺部と信号処理回路１５の周辺部に形成し
たポリシリコン膜１２７は後で接合するガラス基板の接
着材の役割を果たす。
【００３０】（Ｄ）は犠牲層をエッチング除去するプロ
セスで、ポリシリコン膜の一部に開けた穴を通じてフッ
酸を導きＳｉＯ2 を除去し空間１２２′を形成する。固
定電極１２４の上にはプロセス１の段階でＳｉ3Ｎ4膜が
形成されているので電極124はエッチングされず犠牲層
としての酸化膜１２２の厚みに等しい空間１２２′がが
正確に形成される。
セスで、ポリシリコン膜の一部に開けた穴を通じてフッ
酸を導きＳｉＯ2 を除去し空間１２２′を形成する。固
定電極１２４の上にはプロセス１の段階でＳｉ3Ｎ4膜が
形成されているので電極124はエッチングされず犠牲層
としての酸化膜１２２の厚みに等しい空間１２２′がが
正確に形成される。
【００３１】周辺部に形成した厚い酸化膜１２５と犠牲
層としての酸化膜１２２でダイアフラムの直径と空間の
隙間が決まり、静電容量つまり感度を決められる。
層としての酸化膜１２２でダイアフラムの直径と空間の
隙間が決まり、静電容量つまり感度を決められる。
【００３２】（Ｅ）はポリシリコン膜１２２の一部に開
けた穴を封止するプロセスで、同じポリシリコンやＳｉ
Ｏ2 などを成膜し不必要部を除去し蓋１２６を形成す
る。
けた穴を封止するプロセスで、同じポリシリコンやＳｉ
Ｏ2 などを成膜し不必要部を除去し蓋１２６を形成す
る。
【００３３】（Ｆ）は回路１３とボンディングパッドの
ＡＬの端子１４を形成するプロセスである。
ＡＬの端子１４を形成するプロセスである。
【００３４】図６は従来の複合センサの例である。ピエ
ゾ抵抗を複数個拡散形成して差圧，圧力センサと温度セ
ンサなどを構成したセンサ基板１、各センサの出力を切
り替えるマルチプレクサ１５６，各センサに応じてゲイ
ンを変えることができるプログラマブルゲインアンプ１
５７，ＡＤ変換器１５８でディジタル信号に変換しマイ
クロプロセッサ１６０で演算処理を行いＤＡ変換器１５
９で再度アナログ信号に変換後、端子１４から標準信号
を出力する。１６１は各センサの特性を記憶するメモリ
である。マイクロプロセッサ１６０で演算処理を行うの
で高精度なセンサシステムを実現出来るため工業用の差
圧伝送器に用いられる。しかし、構成が複雑となるため
コスト高であるという問題がある。
ゾ抵抗を複数個拡散形成して差圧，圧力センサと温度セ
ンサなどを構成したセンサ基板１、各センサの出力を切
り替えるマルチプレクサ１５６，各センサに応じてゲイ
ンを変えることができるプログラマブルゲインアンプ１
５７，ＡＤ変換器１５８でディジタル信号に変換しマイ
クロプロセッサ１６０で演算処理を行いＤＡ変換器１５
９で再度アナログ信号に変換後、端子１４から標準信号
を出力する。１６１は各センサの特性を記憶するメモリ
である。マイクロプロセッサ１６０で演算処理を行うの
で高精度なセンサシステムを実現出来るため工業用の差
圧伝送器に用いられる。しかし、構成が複雑となるため
コスト高であるという問題がある。
【００３５】
【発明の効果】１チップに絶対圧基準と相対圧基準の圧
力センサや大気圧センサを複合形成し温度影響が小さい
高感度で小型低コストの圧力センサを提供することがで
きる。
力センサや大気圧センサを複合形成し温度影響が小さい
高感度で小型低コストの圧力センサを提供することがで
きる。
【図１】本発明のセンサのブロック回路図。
【図２】本発明の圧力センサの組立断面図。
【図３】別の実装構造の実施例の断面図。
【図４】別の実装構造の実施例の断面図。
【図５】本発明のセンサ部の製造プロセス図。
【図６】従来の複合センサを説明する図。
１…センサ基板、２…ケーシング、３…コネクタ、４…
接着剤、５…導圧管、６…シリコーンゲル、７…結線、
８…固定接着剤、９…取付け基板、１１，１２…圧力検
知用容量、１３，１３′…参照容量、１５…信号処理回
路、１２１…ダイアフラム、１２４…固定電極、１２７
…接合用膜。
接着剤、５…導圧管、６…シリコーンゲル、７…結線、
８…固定接着剤、９…取付け基板、１１，１２…圧力検
知用容量、１３，１３′…参照容量、１５…信号処理回
路、１２１…ダイアフラム、１２４…固定電極、１２７
…接合用膜。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 松本 昌大
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号
株式会社 日立製作所 日立研究所内
(72)発明者 鈴木 清光
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号
株式会社 日立製作所 日立研究所内
(72)発明者 仲沢 照美
茨城県ひたちなか市大字高場2520番地
株式会社 日立製作所 自動車機器事業
部内
(72)発明者 宮▲崎▼ 敦史
茨城県ひたちなか市大字高場2520番地
株式会社 日立製作所 自動車機器事業
部内
(72)発明者 市川 範男
茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式
会社 日立カーエンジニアリング内
(72)発明者 半沢 恵二
茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式
会社 日立カーエンジニアリング内
(56)参考文献 特開 平８−5494（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−77471（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−27646（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−7162（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−7161（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−109568（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−66658（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−171986（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01L 9/00 305
G01L 19/04
G01L 7/00
H01L 29/84
Claims (6)
- 【請求項１】静電容量を利用する半導体圧力センサにお
いて、 シリコンチップの同一平面に第１の圧力検知用静電容量
と第２の圧力検知用静電容量と参照静電容量とが形成さ
れ、 前記第１の 圧力検知用静電容量の変化から絶対圧力を、前記第２の 圧力検知用静電容量の変化から大気圧を、 前記参照静電容量の変化から温度を検知することを特徴
とする半導体圧力センサ。 - 【請求項２】請求項１において、前記第１の 圧力検知用静電容量の変化と前記第２の圧力
検知用静電容量の変化との差から大気圧基準の相対圧力
を検知することを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項３】請求項１において、 圧力に応動し可動電極として作用するダイアフラムと、 その下部に形成した空間に対向して形成し、前記ダイア
フラムと絶縁した固定電極からなる静電容量対と、導圧用の穴を有する基板とを備え、 前記ダイアフラムの周囲と前記導圧用の穴を有する基板
とを接合用膜を介して気密に接合することにより、前記
第１の圧力検知用静電容量と前記第２の圧力検知用静電
容量と参照静電容量とを形成したことを特徴とする半導
体圧力センサ。 - 【請求項４】請求項３において、前記 接合用膜は導電性膜材料で形成し、ガラスからなる
膜または基板を介して導圧用の穴を有する補強シリコン
板とを静電接合したことを特徴とする半導体圧力セン
サ。 - 【請求項５】請求項２において、前記 シリコンチップの同一平面に信号処理回路を集積形
成し、その周辺部に形成した導電性接合用膜とガラス膜
または基板とにより前記信号処理回路を覆って気密に静
電接合したことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項６】請求項５において、 前記シリコンチップの同一平面に形成した２つの前記圧
力検知用静電容量の変化を一旦電圧信号に変換した後、
その差から大気圧基準の相対圧力を検知することを特徴
とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28367096A JP3409980B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 半導体圧力センサ |
| DE19743749A DE19743749A1 (de) | 1996-10-03 | 1997-10-02 | Halbleiterdrucksensor |
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| US08/943,205 US6051853A (en) | 1996-10-03 | 1997-10-03 | Semiconductor pressure sensor including reference capacitor on the same substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28367096A JP3409980B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10132684A JPH10132684A (ja) | 1998-05-22 |
| JP3409980B2 true JP3409980B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=17668550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28367096A Expired - Fee Related JP3409980B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-25 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3409980B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3567094B2 (ja) | 1999-02-09 | 2004-09-15 | 株式会社日立製作所 | 回路内蔵型センサおよびそれを用いた圧力検出装置 |
| DE602004025862D1 (de) * | 2004-10-18 | 2010-04-15 | Silverbrook Res Pty Ltd | Mikro-elektromechanischer drucksensor |
| US7194901B2 (en) | 2004-10-18 | 2007-03-27 | Silverbrook Research Pty Ltd | Pressure sensor with apertured membrane guard |
| WO2016203694A1 (ja) * | 2015-06-18 | 2016-12-22 | 株式会社鷺宮製作所 | 圧力スイッチ、圧力センサ、及び、これらのモジュール |
| JP6373318B2 (ja) * | 2016-05-17 | 2018-08-15 | エーエーシー テクノロジーズ ピーティーイー リミテッドＡａｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｅ．Ｌｔｄ． | 圧力センサー |
| JP6378269B2 (ja) * | 2016-05-17 | 2018-08-22 | エーエーシー テクノロジーズ ピーティーイー リミテッドＡａｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｅ．Ｌｔｄ． | 加速度センサー |
| CN114279626B (zh) * | 2021-12-06 | 2024-07-16 | 北京晨晶电子有限公司 | 一种基于薄膜电容器的气体真空度检测方法及系统 |
-
1996
- 1996-10-25 JP JP28367096A patent/JP3409980B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10132684A (ja) | 1998-05-22 |
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