JPH04299231A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は半導体圧力センサに関し
、更に詳しくは、差圧伝送器における過大圧保護の改善
に関する。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to semiconductor pressure sensors and, more particularly, to improved overpressure protection in differential pressure transmitters.
【0002】0002
【従来の技術】図4は従来の半導体圧力センサの一例の
構成図である。図において、1はボディであり、下部2
と上部3が形成されている。下部2の一方の側面には低
圧側の測定圧力PLが作用する第1のシールダイヤフラ
ム4が設けられ、他方の側面には高圧側の測定圧力PH
が作用する第2のシールダイヤフラム5が設けられ、内
部には過大圧保護ダイヤフラム6が設けられている。上
部3には静電容量検出型の半導体センサダイヤフラム7
が設けられている。該半導体センサダイヤフラム7は、
移動電極8と該移動電極8の両面に対向するように形成
された2個の固定電極9,10とで構成されている。そ
して、これら下部2の過大圧保護ダイヤフラム6と上部
3の半導体センサダイヤフラム7は測定圧力PL,PH
を伝達する封入液がそれぞれ充填された通路11,12
により連結され一体化されている。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a block diagram of an example of a conventional semiconductor pressure sensor. In the figure, 1 is the body, and the lower part 2
and upper part 3 are formed. A first seal diaphragm 4 is provided on one side of the lower part 2, on which the measured pressure PL on the low pressure side acts, and on the other side, the measured pressure PH on the high pressure side is provided.
A second sealing diaphragm 5 is provided, on which an overpressure protection diaphragm 6 is provided. In the upper part 3 is a capacitance detection type semiconductor sensor diaphragm 7.
is provided. The semiconductor sensor diaphragm 7 is
It is composed of a moving electrode 8 and two fixed electrodes 9 and 10 formed to face both sides of the moving electrode 8. The overpressure protection diaphragm 6 in the lower part 2 and the semiconductor sensor diaphragm 7 in the upper part 3 are connected to the measured pressures PL and PH.
Passages 11 and 12 each filled with an enclosed liquid that transmits
are connected and integrated.
【0003】上記構成において、各シールダイヤフラム
4,5に加えられた2つの測定圧力PL,PHは各通路
11,12に充填された封入液を介して半導体センサダ
イヤフラム7に加えられ、移動電極8を変位させる。こ
れにより、2つの測定圧力PL,PHの差圧に比例する
変位は移動電極8と固定電極9,10間の静電容量の変
化として検出され、電気信号に変換される。In the above configuration, the two measurement pressures PL and PH applied to each seal diaphragm 4 and 5 are applied to semiconductor sensor diaphragm 7 via the sealed liquid filled in each passage 11 and 12, and the moving electrode 8 Displace. Thereby, a displacement proportional to the differential pressure between the two measured pressures PL and PH is detected as a change in capacitance between the moving electrode 8 and the fixed electrodes 9 and 10, and is converted into an electrical signal.
【0004】そして、シールダイヤフラム4または5に
過大圧力が加えられた場合、過大圧保護ダイヤフラム6
は半導体センサダイヤフラム7を過大圧力から保護する
ために、過大圧力変化を緩和するように作動する。[0004] When excessive pressure is applied to the seal diaphragm 4 or 5, an overpressure protection diaphragm 6
operates to alleviate excessive pressure changes in order to protect the semiconductor sensor diaphragm 7 from excessive pressure.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の構成によれば、半導体センサダイヤフラム7
を過大圧力から保護するために別途過大圧保護ダイヤフ
ラム6を設けなければならず、構造が大形になるという
問題がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, according to such a conventional configuration, the semiconductor sensor diaphragm 7
An overpressure protection diaphragm 6 must be provided separately in order to protect the motor from overpressure, resulting in a problem that the structure becomes large.
【0006】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、それ自体に過大圧保護機
構が設けられた構造が簡単で小形化が可能な半導体圧力
センサを提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a semiconductor pressure sensor which is equipped with an overpressure protection mechanism, has a simple structure, and can be miniaturized. It's about doing.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
る本発明は、平板状の単結晶シリコンウェハと、表面に
窪みが形成された2枚の単結晶シリコンウェハとで構成
され、前記平板状の単結晶シリコンウェハの両面には窪
みが対向するように各単結晶シリコンウェハがそれぞれ
接合され、各窪みには圧力を導入する穴が形成されたこ
とを特徴とするものである。[Means for Solving the Problems] The present invention, which solves the above problems, consists of a flat single-crystal silicon wafer and two single-crystal silicon wafers each having a recess formed on the surface thereof. Each single-crystal silicon wafer is bonded to a single-crystal silicon wafer having a shape such that depressions face each other on both sides, and a hole for introducing pressure is formed in each depression.
【0008】[0008]
【作用】平板状のシリコンウェハは、両面のシリコンウ
ェハの圧力導入穴に導入される圧力の差に応じてたわむ
。そして、一方の圧力が大きくなった場合には対向する
シリコンウェハの壁に押し当てられ、過大圧力による破
損から保護される。[Operation] The flat silicon wafer bends in response to the difference in pressure introduced into the pressure introduction holes of the silicon wafers on both sides. When the pressure on one side becomes large, it is pressed against the wall of the opposing silicon wafer and is protected from damage due to excessive pressure.
【0009】[0009]
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0010】図1及び図2は本発明に係る半導体圧力セ
ンサの一実施例を製造する工程の説明図(工程A〜Dを
図1に示し、工程E及びFを図2に示した)である。
(工程A)第1の単結晶シリコンウェハ21の表面に深
さ数μmの窪み22を形成した後、表面を酸化して10
0nm程度の膜厚のSiO2の膜23を形成する。なお
、窪み22は円形でも矩形でもよい。
(工程B)該第1のシリコンウェハ21の表面に、表面
を酸化することにより100nm程度の膜厚のSiO2
の膜25が形成された例えばn型の第2の単結晶シリコ
ンウェハ24を重ね合わせ、1000℃程度に加熱して
2枚のシリコンウェハ21,24を貼り合わせる。
(工程C)第2のシリコンウェハ24を機械的あるいは
化学的に所望の厚さ(数μm〜数10μm)に削り取っ
て表面にゲージとして機能させるp型の拡散抵抗26と
電極を付けるための拡散抵抗27を形成し、その後表面
を酸化して100nm程度の膜厚のSiO2の膜28を
形成する。
(工程D)第3の単結晶シリコンウェハ29の表面に第
1のシリコンウェハ21の窪み22と同様な形状の深さ
数μmの窪み30を形成した後、表面を酸化して100
nm程度の膜厚のSiO2の膜31を形成したものを用
意し、工程Cで形成されたSiO2膜28の表面に窪み
22と30が対向するように重ね合わせ、1000℃程
度に加熱して貼り合わせる。
(工程E)拡散抵抗27の端部の上部に位置する第3の
シリコンウェハ29の一部を例えばヒドラジンでエッチ
ング除去し、SiO2膜31を露出させる。そして、S
iO2膜31及び28に穴をあけて拡散抵抗27の端部
を露出させ、例えばAlの電極層32を形成してその一
端を接続する。該電極層32の他端は図示しないワイヤ
ボンディングパッドに接続される。
(工程F)その後、第1のシリコンウェハ21の一部分
に窪み22に連通するように穴33をあけるとともに第
3のシリコンウェハ28の一部分にも窪み30に連通す
るように穴34をあける。これにより、第2のシリコン
ウェハ24がダイヤフラムとして機能することになる。FIGS. 1 and 2 are explanatory diagrams of steps for manufacturing an embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention (steps A to D are shown in FIG. 1, and steps E and F are shown in FIG. 2). be. (Step A) After forming a depression 22 with a depth of several μm on the surface of the first single crystal silicon wafer 21, the surface is oxidized to
A SiO2 film 23 having a thickness of about 0 nm is formed. Note that the depression 22 may be circular or rectangular. (Step B) A SiO2 film with a thickness of about 100 nm is formed on the surface of the first silicon wafer 21 by oxidizing the surface.
For example, second n-type single crystal silicon wafers 24 having a film 25 formed thereon are stacked and heated to about 1000° C. to bond the two silicon wafers 21 and 24 together. (Step C) The second silicon wafer 24 is mechanically or chemically scraped to a desired thickness (several μm to several tens of μm), and the surface is diffused to attach a p-type diffused resistor 26 that functions as a gauge and an electrode. A resistor 27 is formed, and then the surface is oxidized to form a SiO2 film 28 with a thickness of about 100 nm. (Step D) After forming a depression 30 with a depth of several μm in the same shape as the depression 22 of the first silicon wafer 21 on the surface of the third single crystal silicon wafer 29, the surface is oxidized to
A SiO2 film 31 with a thickness of about 100 nm is prepared, and the SiO2 film 28 formed in step C is stacked on the surface of the SiO2 film 28 so that the depressions 22 and 30 face each other, and is heated to about 1000°C and attached. match. (Step E) A portion of the third silicon wafer 29 located above the end of the diffused resistor 27 is removed by etching with, for example, hydrazine to expose the SiO2 film 31. And S
Holes are made in the iO2 films 31 and 28 to expose the ends of the diffused resistor 27, and an electrode layer 32 of, for example, Al is formed and one end thereof is connected. The other end of the electrode layer 32 is connected to a wire bonding pad (not shown). (Step F) After that, a hole 33 is made in a portion of the first silicon wafer 21 so as to communicate with the depression 22, and a hole 34 is also made in a portion of the third silicon wafer 28 so as to communicate with the depression 30. This causes the second silicon wafer 24 to function as a diaphragm.
【0011】図3は図1の工程を経て製造される本発明
に係る半導体圧力センサの概念構成図である。図におい
て、矢印A〜Dの部分を固定し、第1のシリコンウェハ
21に形成された穴33から圧力PLを導入し、第3の
シリコンウェハ29に形成された穴34から圧力PHを
導入することにより、第2のシリコンウェハ24はそれ
らの圧力差に応じてたわみ、ダイヤフラムとして機能す
る。該第2のシリコンウェハ24のたわみ量の大きさを
例えばピエゾ抵抗の抵抗値の変化として検出することに
より、差圧に対応した出力が得られる。FIG. 3 is a conceptual diagram of a semiconductor pressure sensor according to the present invention manufactured through the steps shown in FIG. In the figure, the parts indicated by arrows A to D are fixed, and pressure PL is introduced through the hole 33 formed in the first silicon wafer 21, and pressure PH is introduced through the hole 34 formed in the third silicon wafer 29. As a result, the second silicon wafer 24 flexes in response to the pressure difference therebetween and functions as a diaphragm. By detecting the amount of deflection of the second silicon wafer 24 as a change in the resistance value of a piezoresistor, for example, an output corresponding to the differential pressure can be obtained.
【0012】ここで、一方の圧力が大きくなった場合に
は第2のシリコンウェハ24は対向するシリコンウェハ
21または29の壁に押し当てられることになり、過大
圧力による破損から保護される。[0012] Here, when one pressure becomes large, the second silicon wafer 24 is pressed against the wall of the opposing silicon wafer 21 or 29, and is protected from damage due to excessive pressure.
【0013】すなわち、このように構成することにより
、従来のような過大圧保護のためのダイヤフラムは不要
になるので全体の構造が簡単になり、小形にできる。That is, with this configuration, a diaphragm for overpressure protection as in the prior art is not required, so the overall structure can be simplified and made smaller.
【0014】なお、ダイヤフラムのたわみの検出にあた
っては、ダイヤフラム部分に電極を形成して静電容量の
変化として検出してもよいし、ダイヤフラム部分にビー
ムを形成してビームの振動変化として検出してもよい。[0014] In order to detect the deflection of the diaphragm, an electrode may be formed on the diaphragm portion and detected as a change in capacitance, or a beam may be formed on the diaphragm portion and detected as a change in vibration of the beam. Good too.
【0015】また、シリコンウェハの接合は、陽極接合
や低融点ガラスによる接合であってもよい。[0015] Furthermore, the silicon wafers may be bonded by anodic bonding or bonding using low melting point glass.
【0016】[0016]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、以下のような効果が得られる。As described above in detail, according to the present invention, the following effects can be obtained.
【0017】すなわち、本発明の半導体圧力センサは、
それ自体に過大圧保護機構が設けられた構造であって、
全体の構造が簡単になり、小形にできる。That is, the semiconductor pressure sensor of the present invention has the following features:
The structure is equipped with an overpressure protection mechanism,
The overall structure is simplified and can be made smaller.
【図1】本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を製
造する工程の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a process for manufacturing an embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention.
【図2】本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を製
造する工程の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a process for manufacturing an embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention.
【図3】図1の工程を経て製造される本発明に係る半導
体圧力センサの概念構成図である。FIG. 3 is a conceptual configuration diagram of a semiconductor pressure sensor according to the present invention manufactured through the steps shown in FIG. 1;
【図4】従来の半導体圧力センサの一例の構成図である
。FIG. 4 is a configuration diagram of an example of a conventional semiconductor pressure sensor.
21 第1単結晶シリコンウェハ22,30
窪み
24 第2単結晶シリコンウェハ29 第
3単結晶シリコンウェハ33,34 圧力導入穴21 First single crystal silicon wafer 22, 30
Hollow 24 Second single crystal silicon wafer 29 Third single crystal silicon wafer 33, 34 Pressure introduction hole
Claims (1)
面に窪みが形成された2枚の単結晶シリコンウェハとで
構成され、前記平板状の単結晶シリコンウェハの両面に
は窪みが対向するように各単結晶シリコンウェハがそれ
ぞれ接合され、各窪みには圧力を導入する穴が形成され
たことを特徴とする半導体圧力センサ。1. Consisting of a flat single-crystal silicon wafer and two single-crystal silicon wafers each having a depression formed on its surface, the flat single-crystal silicon wafer having depressions facing each other on both sides. A semiconductor pressure sensor characterized in that single crystal silicon wafers are bonded to each other, and a hole for introducing pressure is formed in each recess.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6507991A JPH04299231A (en) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | Semiconductor pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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JP6507991A JPH04299231A (en) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | Semiconductor pressure sensor |
Publications (1)
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JPH04299231A true JPH04299231A (en) | 1992-10-22 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6507991A Pending JPH04299231A (en) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | Semiconductor pressure sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH04299231A (en) |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP6507991A patent/JPH04299231A/en active Pending
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