JP3507978B2 - 静電容量式圧力センサー - Google Patents
静電容量式圧力センサーInfo
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
Description
ンサーに関する。
式圧力センサーとしては、例えば、第1の従来技術とし
て、特開平8−233672号公報に記載されたものが
ある。
覆われている補助層内に該ダイヤフラム層内の空隙を通
して空洞を形成し、これらの空隙をダイヤフラム層上の
遮蔽層の一部を満たすことなく閉鎖してダイヤフラムに
所望の変形性をもたせるように仕上げるようになってい
る。
容量式圧力センサーとしては、例えば、第2の従来技術
として、特開平6−307960号公報に記載されたも
のがある。
トリクス状に設け、圧縮歪みに依存する可変電気容量を
決定するために、シリコン基板の上部における電気導体
のパターン上に配置されたポリシリコン製ダイヤフラム
を備えている。これらのダイヤフラムは、少なくとも2
つの異なったサイズに形成され、同一サイズのダイヤフ
ラムの多数のセンサーが1つのサブユニットに納められ
る。各サブユニットの基本容量は、それぞれ同じ大きさ
となるようになっている。
ては、時間制御によりダイヤフラム層内の空隙を通して
補助層を部分的にエッチングして空洞を形成するため
に、エッチング条件のばらつきにより圧力特性を決定す
るダイヤフラムのサイズがばらつくという問題がある。
また、複数のセンサーを並列接続する場合には、隣接す
るセンサーと空洞がつながらないようにセンサー間隔を
保つ必要があるために、検出すべき容量形成に寄与しな
い無効領域が広くなり、寄生容量が増加する。そして、
この寄生容量の増加により、高精度の圧力検出が困難に
なるという問題がある。
ンサーがそれぞれ独立にダイヤフラムと空洞領域を有す
る。このために、検出すべき容量に寄与しない無効領域
が広くなり、この無効領域によって寄生容量が増加す
る。そして、寄生容量の増加により、高精度の圧力検出
が困難になるという問題がある。
てなされたものであり、寄生容量の増加を抑制して高精
度の圧力検出が可能な静電容量式圧力センサーを高歩留
まりおよび低コストで実現することにある。
と空洞領域と該空洞領域を介して前記電極に対向する導
電性膜を含むダイヤフラムを備えた複数の圧力センサー
ユニットを並列接続するように構成した静電容量式圧力
センサーにおいて、前記空洞領域内にダイヤフラム固定
部を設けることにより1つのダイヤフラムを複数のセン
サーユニット領域に区画することにより、検出すべき容
量に寄与しない無効領域を小さくして寄生容量を少なく
して検出精度を高めるものである。
上に絶縁膜を介して形成し、前記ダイヤフラムに空洞領
域形成のためのエッチング穴を設けることにより、製造
プロセスのスループットを向上させる。このエッチング
穴はダイヤフラム固定部を結ぶ位置上に配置することに
より、ダイヤフラム固定部によって決まる圧力センサー
ユニットのダイヤフラムサイズを変えないようにする。
にはダイヤフラム全体を覆うように、導電性膜を設ける
ことにより、信頼性を向上させ、検出精度を向上させ
る。
図2は、本発明の第1の実施の形態の静電容量式圧力セ
ンサーを示す図であり、図1は平面透視図、図2は図1
におけるA−A断面図である。
には絶縁膜としてシリコン酸化膜2を設け、このシリコ
ン酸化膜2上に電極(固定電極)として機能するn型ポ
リシリコン膜3をマトリクス状に配置して並列接続す
る。そして、シリコン酸化膜2およびn型ポリシリコン
膜3上には、空洞領域8を形成するときのエッチングス
トッパの役目をする絶縁膜として、シリコン窒化膜4を
形成する。
ことにより1つのダイヤフラムを所定のダイヤフラムサ
イズの複数のセンサーユニット領域に区画するダイヤフ
ラム固定部として機能するn型ポリシリコン膜部7を配
置する。空洞領域8上には、ダイヤフラム構成膜の1つ
である電極(可動電極)として機能するn型ポリシリコ
ン膜部6を設ける。
8を真空封止するようにシリコン酸化膜9を設ける。ま
た、固定電極(n型ポリシリコン膜)3と可動電極(n
型ポリシリコン膜部)6には、固定電極引き出し配線1
0と可動電極引き出し配線11を設け、容量検出回路
(図示省略)に接続するように導出する。
およびシリコン酸化膜9から成り、周囲の圧力変化に応
じてこのダイヤフラムの撓み量が変化するために、空洞
領域8の厚みが変化する。固定電極(n型ポリシリコン
膜)3と可動電極(n型ポリシリコン膜部)6の間の静
電容量Cは、以下のように表せる。
dが変化して静電容量Cが変化するので、この静電容量
Cに基づいて圧力検出が可能となる。
としてn型ポリシリコン膜部7を利用して可動電極用n
型ポリシリコン膜部6との一体化を図っているが、シリ
コン窒化膜等の絶縁膜を用いても良い。
定部(n型ポリシリコン膜部)7をセンサーユニットを
区画する角部のみに配置したが、必要に応じて数を増や
しても良い。
ーユニットを並列接続したが、必要に応じて任意のユニ
ット数に設定することができる。
したが、任意の形状に設定しても良く、全面に形成して
も良い。
センサーユニット領域はダイヤフラム固定部7のみによ
って区画(定義)され、ダイヤフラム,空洞領域,隣接
するセンサーユニットのダイヤフラム固定部9は共通化
されていることから、検出すべき容量に寄与しない無効
領域が減り、寄生容量は低減する。また、固定電極は絶
縁膜上に形成するために、絶縁膜を厚くすることにより
寄生容量が低減する。
圧力センサーの好ましい製造工程(方法)を図3を参照
して説明する。図3の(a)〜(d)は、この製造工程
を工程順に示している。
縁膜)2を形成する。
ポリシリコン膜を堆積し、例えば、リンイオン打ち込み
によってn型にドーピングする。次に、ホト・エッチン
グによりパターニングを行ってn型ポリシリコン膜3を
形成する。次に、その上にCVDによってシリコン窒化
膜4を堆積する。次に、補助膜として、CVDによって
シリコン酸化膜5を堆積する。シリコン酸化膜5は、フ
ッ酸によるエッチング速度が早いことが好ましく、例え
ばPSG,BPSG等が好ましい。
ーニングする。次に、その上に、CVDによってポリシ
リコン膜を堆積し、例えば、リンイオン打ち込みにより
n型にドーピングする。次に、ホト・エッチングにより
パターニングを行ってダイヤフラム固定層であるn型ポ
リシリコン膜部7と可動電極であるn型ポリシリコン膜
部6を同時に形成する。
らサイドエッチングによって除去して空洞領域8を形成
する。次に、CVDによって真空中でシリコン酸化膜9
を堆積して前記空洞領域8を真空封止する。このシリコ
ン酸化膜9は、真空封止膜およびダイヤフラム構成膜と
して機能する。
が、本発明による圧力センサーとCMOS回路装置を同
時に形成することができることは言うまでもない。特
に、本発明のようにセンサーユニットを並列接続する構
成とすることにより、必要な検出容量値をセンサーユニ
ットの数で決めることができるようになり、ダイヤフラ
ムの厚みを自由に設定することができるようになる。従
って、通常のCMOSプロセスに合致したプロセスとな
り、高歩留まり、低コストを実現することができる。
(第2の実施の形態)図4および図5は、本発明の第2
の実施の形態の静電容量式圧力センサーを示す図であ
り、図4は平面透視図、図5は図4におけるA−A断面
図である。
機能するn型ポリシリコン膜部6には、空洞領域8を形
成するためのエッチング穴15を設けている。このエッ
チング穴15は、n型ポリシリコン膜部7によって支え
られて区画されるダイヤフラムサイズが変わらないよう
にn型ポリシリコン膜部7を結ぶ位置上に配置する。こ
のエッチング穴15を使用して各区画毎に並行してシリ
コン酸化膜をエッチングして空洞領域8を形成すること
により、エッチング時間はセンサーユニットのサイズで
決まることになり、n型ポリシリコン膜部6の外周端か
らサイドエッチングする方法に対して大幅な時間短縮を
実現することができる。また、センサユニットの並列接
続の数を増やしてもエッチング時間が増えることがな
い。これにより、スループットが向上して低コスト化を
図ることができる。
空封止するシリコン酸化膜9によって埋める。
本発明の第3の実施の形態の静電容量式圧力センサーを
示す図であり、図6は平面透視図、図7は図6のA−A
断面図である。
9上には外部からのノイズや水分または可動イオン等の
汚染物質の進入を防ぐシールド用電極として機能するn
型ポリシリコン膜20を形成している。
リコン膜20と可動電極として機能するn型ポリシリコ
ン膜部6との間には、シリコン酸化膜9を誘電体とする
寄生容量が生じる。シールド用電極となるn型ポリシリ
コン膜20は、センサー全体を覆うように形成している
ために、寄生容量は、略、可動電極となるn型ポリシリ
コン膜部6の面積で決まる。
空洞領域,隣接するセンサーユニットのダイヤフラム固
定部は共通化されており、可動電極となるn型ポリシリ
コン膜部6の面積は必要最小限にすることができるの
で、シールド用電極であるn型ポリシリコン20と可動
電極であるn型ポリシリコン6との間の寄生容量を低減
することができる。これにより、信頼性が向上し、静電
容量式圧力センサーの検出精度が向上する。
とができ、静電容量式圧力センサーの検出精度を向上す
ることができる。また、必要な検出容量値をセンサーユ
ニットの数で決めることができるようになり、ダイヤフ
ラムの厚みを自由に設定することができるようになる。
従って、通常のCMOSプロセスに合致したプロセスと
なり、高歩留まり、低コストを実現することができる。
圧力センサーの平面透視図である。
製造工程(方法)を示す製造工程図である。
圧力センサーの平面透視図である。
圧力センサーの平面透視図である。
リコン膜、4…シリコン窒化膜、5…シリコン酸化膜、
6…n型ポリシリコン膜部(可動電極)、7…n型ポリ
シリコン膜部(ダイヤフラム固定部)、8…空洞領域、
9…シリコン酸化膜、10…固定電極引き出し配線、1
1…可動電極引き出し配線、15…エッチング穴、20
…n型ポリシリコン膜。
Claims (4)
- 【請求項1】基板上に電極と空洞領域と該空洞領域を介
して前記電極に対向する導電性膜を含むダイヤフラムを
備えた複数の圧力センサーユニットを並列接続するよう
に構成した静電容量式圧力センサーにおいて、 前記空洞領域内にダイヤフラム固定部を配置して1つの
ダイヤフラムを複数のセンサーユニット領域に区画し、 前記ダイヤフラムに空洞領域形成のためのエッチング穴
を設け、このエッチング穴は、前記ダイヤフラム固定部
を結ぶ位置上に配置したことを特徴とする静電容量式圧
力センサー。 - 【請求項2】請求項1において、前記ダイヤフラムを構
成する膜の最上部には、このダイヤフラムの全体を覆う
ような導電性膜を設けたことを特徴とする静電容量式圧
力センサー。 - 【請求項3】請求項1または2において、前記電極およ
びダイヤフラムを半導体基板上に絶縁膜を介して形成し
たことを特徴とする静電容量式圧力センサー。 - 【請求項4】請求項3において、前記半導体基板はシリ
コン基板であって、CMOS回路装置を備えることを特
徴とする静電容量式圧力センサー。
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