JPH0566978B2 - - Google Patents

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JPH0566978B2
JPH0566978B2 JP60221351A JP22135185A JPH0566978B2 JP H0566978 B2 JPH0566978 B2 JP H0566978B2 JP 60221351 A JP60221351 A JP 60221351A JP 22135185 A JP22135185 A JP 22135185A JP H0566978 B2 JPH0566978 B2 JP H0566978B2
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JP
Japan
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pressure
silicon
based insulating
layer
film
Prior art date
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JP60221351A
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Japanese (ja)
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JPS6281539A (en
Inventor
Kyoichi Ikeda
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

<産業上の利用分野> 本発明は、過大圧保護機構を備えた小形、高感
度の圧力測定装置の製造方法に関し、特にダイア
フラム部分の製造方法に関する。 <従来の技術> 従来、例えば圧力の測定に用いられるダイアフ
ラム部分製造方法としては、 (1) 金属の圧延材を金型等で成型加工する。 (2) 単結晶シリコンをエツチングして加工する。 等の方法が知られている。 <発明が解決しようとする問題点> しかしながら、上記従来のダイアフラムにおい
てはいずれの製造方法においても1μm以下の厚
さのものを作製することは困難であり、このこと
は小形の圧力センサ作製上のネツクとなつてい
る。本発明は薄膜によりダイアフラムを形成する
とともに過大圧防止機構を有する小形の圧力測定
装置の製造方法を提供することを目的とする。 <問題点を解決するための手段> 上記問題点を解決するための本発明の構成は、 (a) 導圧孔を有するシリコン基板の一方の面に前
記導圧孔の周りを除いて第1のシリコン系絶縁
膜を形成する工程。 (b) 前記シリコン系絶縁膜が除去されたシリコン
基板の表面部分に第1の金属膜を形成する工
程。 (c) 前記第1金属膜を含む基板上に第2のシリコ
ン系絶縁膜を形成する工程。 (d) 前記第2のシリコン系絶縁膜上の前記第1金
属膜に対向して第2の金属膜を形成する工程。 (e) 前記導圧孔から封液を圧入し前記第1金属膜
と前記第2シリコン系絶縁膜の間に所定のギヤ
ツプを形成する工程。 を含むことを特徴とするものである。 <実施例> 第1図a〜dは本発明の圧力測定装置の製造方
法の一実施例を示す工程図である。 工程aにおいて、1は円筒状の剛体(この例で
はシリコンを用いる)で、その中央部に導圧孔2
が設けられている。3は剛体の一方の表面に熱酸
化により形成された第1のシリコン系絶縁膜から
なるSiO2層で、導圧孔2の周囲のわずかな部分
を残して形成されている。 工程bにおいて、導圧孔2の周りにSiO2層3
を除いてスパツタ等により略0.1μmの厚さのCr層
4およびAu層5からなる第1金属膜を形成する。 工程cにおいて、Au層5を覆つてスパツタ等
により略1μmの厚さの第2のシリコン系絶縁膜
からなるSiO2層6を形成し、このSiO2層6の上
にさらにCr層7、Au層8からなる第2金属膜を
それぞれ0.1μm程度の厚さに形成する。 次に工程dにおいて導圧孔2から例えばシリコ
ンオイル等を封入してバイアス圧力Pを加える
と、SiO2層6はAu層5とは結合力が弱いため剥
がれ、これらの層の間にギヤツプ40が生じダイ
アフラムとなる。このSiO2層6とAu層5ではコ
ンデンサを形成しており、上方のAu層8と下方
のAu層5を電極としてこのコンデンサの容量の
変化を検出することが出来る。そしてバイアス圧
力以上の過大圧がダイアフラムに加わつた場合は
SiO2層6がAu層5に密着するが、導圧孔の径を
微小に加工しておけば過大圧に対して破損するこ
とがない。 第2図は剛体11の両方の面にダイアフラムを
形成する製作例を示すもので、この例の場合は貫
通孔2を設けた剛体10の側面に導圧孔12を設
け、この導圧孔12から剛体11の両方の面に設
けた薄膜にシリコンオイル12を所定の圧力によ
り圧入し、両側にダイアフラム13,13を形成
したものである。 なお、ダイアフラム13,13は上記第1図と
同様の方法により製作し、導圧孔12からシリコ
ンオイルを所定のバイアス圧力で封入した後は封
止栓14によつて封止する。 上記ダイアフラムを形成した剛体11を図示し
ない容器に収納し、左右のダイアフラム13,1 上記ダイアフラムを形成した剛体11を図示し
ない容器に収納し、左右のダイアフラム13,1
3に圧力を加えることにより差圧計として利用す
ることが出来る。 その場合、圧力差による容量変化は次の式で現
わすことが出来る。 P1−P2=(C1−C2)/(C1+C2) 第3図はこの発明による圧力測定装置のダイア
フラムを過大圧防止機構として利用したもので、
要部断面図を示すものである。この例においては
両側にダイアフラム31,31を有する収納容器
30の中に、圧力測定用シリコンダイアフラム2
1を内臓する剛体20が気密に組込まれており、
この剛体20の両側には略同体積の室D、Eが形
成されシリコンオイルが封入されている。 図において剛体20内の室F、Gはシリコンダ
イアフラム21により気密に仕切られており、そ
れぞれの室F、Gにはシリコンオイルにより両側
の室に同一の圧力が加えられ、過大圧防止機構と
してのダイアフラム22が形成されている。 剛体20の導圧孔41を封止するので、シリコ
ンダイアフラム21に印加される力が抑制され、
シリコンダイアフラム21が破損することがな
い。なお、この例における薄膜は電極としての機
能は不要なので第1図に示すAu層の薄膜5,8
は必ずしも必要ではない。 また、本実施例におけるダイアフラムの薄膜は
シリコン、SiC、Si3N4膜等でもよい。 <発明の効果> 以上、実施例とともに具体的に説明したように
本発明によれば、比較的柔軟なダイアフラムを得
ることが出来るので、 (1) 高感度の圧力センサを得ることができる。 (2) 直径10〜100μm程度の小形のダイアフラム
が製作可能となり、従来製作困難であつた小形
の圧力センサが実現でき、生体等の圧力計測な
ど幅広い応用が可能となる。 (3) バイアス圧力を調整することにより、過大圧
に対する調整が可能である。
<Industrial Application Field> The present invention relates to a method for manufacturing a small, highly sensitive pressure measuring device equipped with an overpressure protection mechanism, and particularly to a method for manufacturing a diaphragm portion. <Prior Art> Conventionally, for example, methods for manufacturing a diaphragm part used for pressure measurement include: (1) Molding a rolled metal material using a mold or the like. (2) Etching and processing single crystal silicon. Methods such as the following are known. <Problems to be Solved by the Invention> However, it is difficult to manufacture the above-mentioned conventional diaphragms with a thickness of 1 μm or less using any of the manufacturing methods, and this makes it difficult to manufacture small pressure sensors. It has become a netsuku. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a small pressure measuring device having a diaphragm formed of a thin film and having an overpressure prevention mechanism. <Means for Solving the Problems> The structure of the present invention for solving the above problems is as follows: (a) A silicon substrate having a pressure-conducting hole has a first surface on one surface except for the area around the pressure-conducting hole. The process of forming a silicon-based insulating film. (b) A step of forming a first metal film on the surface portion of the silicon substrate from which the silicon-based insulating film has been removed. (c) forming a second silicon-based insulating film on the substrate including the first metal film; (d) forming a second metal film opposite to the first metal film on the second silicon-based insulating film; (e) A step of pressurizing a sealing liquid through the pressure guiding hole to form a predetermined gap between the first metal film and the second silicon-based insulating film. It is characterized by including. <Example> Figures 1a to 1d are process diagrams showing an example of the method for manufacturing a pressure measuring device of the present invention. In step a, 1 is a cylindrical rigid body (silicon is used in this example), and a pressure guiding hole 2 is provided in the center of the body.
is provided. Reference numeral 3 denotes an SiO 2 layer consisting of a first silicon-based insulating film formed on one surface of the rigid body by thermal oxidation, leaving only a small portion around the pressure-conducting hole 2. In step b, a SiO 2 layer 3 is formed around the pressure guiding hole 2.
A first metal film consisting of a Cr layer 4 and an Au layer 5 with a thickness of approximately 0.1 μm is formed by sputtering or the like. In step c, a SiO 2 layer 6 made of a second silicon-based insulating film with a thickness of approximately 1 μm is formed by sputtering or the like to cover the Au layer 5, and a Cr layer 7 and an Au layer are further formed on this SiO 2 layer 6. A second metal film consisting of layers 8 is formed to have a thickness of about 0.1 μm. Next, in step d, when silicone oil or the like is sealed through the pressure guiding hole 2 and a bias pressure P is applied, the SiO 2 layer 6 peels off from the Au layer 5 due to its weak bonding strength, and a gap 40 is formed between these layers. is formed and becomes a diaphragm. The SiO 2 layer 6 and the Au layer 5 form a capacitor, and changes in the capacitance of this capacitor can be detected using the upper Au layer 8 and the lower Au layer 5 as electrodes. If excessive pressure above the bias pressure is applied to the diaphragm,
The SiO 2 layer 6 is in close contact with the Au layer 5, but if the diameter of the pressure-conducting hole is made minute, it will not be damaged by excessive pressure. FIG. 2 shows a production example in which diaphragms are formed on both sides of the rigid body 11. In this example, a pressure guiding hole 12 is provided on the side surface of the rigid body 10 provided with the through hole 2. Silicone oil 12 is press-fitted under a predetermined pressure into thin films provided on both surfaces of a rigid body 11 to form diaphragms 13 on both sides. The diaphragms 13, 13 are manufactured by the same method as shown in FIG. The rigid body 11 forming the diaphragm is stored in a container (not shown), and the left and right diaphragms 13,1 are stored in the container (not shown).
By applying pressure to 3, it can be used as a differential pressure gauge. In that case, the capacitance change due to pressure difference can be expressed by the following equation. P 1 −P 2 =(C 1 −C 2 )/(C 1 +C 2 ) FIG. 3 shows a pressure measuring device according to the present invention in which the diaphragm is used as an overpressure prevention mechanism.
It shows a cross-sectional view of main parts. In this example, a silicon diaphragm 2 for pressure measurement is placed in a storage container 30 having diaphragms 31, 31 on both sides.
A rigid body 20 containing 1 is airtightly incorporated,
Chambers D and E of approximately the same volume are formed on both sides of this rigid body 20 and are filled with silicone oil. In the figure, chambers F and G within the rigid body 20 are airtightly partitioned by a silicone diaphragm 21, and the same pressure is applied to both chambers by silicone oil to act as an overpressure prevention mechanism. A diaphragm 22 is formed. Since the pressure guiding hole 41 of the rigid body 20 is sealed, the force applied to the silicon diaphragm 21 is suppressed,
The silicon diaphragm 21 will not be damaged. Note that the thin film in this example does not need to function as an electrode, so the thin films 5 and 8 of the Au layer shown in FIG.
is not necessarily necessary. Further, the thin film of the diaphragm in this embodiment may be a silicon, SiC, Si 3 N 4 film, or the like. <Effects of the Invention> As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, a relatively flexible diaphragm can be obtained, so that (1) a highly sensitive pressure sensor can be obtained. (2) It is now possible to manufacture a small diaphragm with a diameter of about 10 to 100 μm, making it possible to realize a small pressure sensor that was difficult to manufacture in the past, and enabling a wide range of applications such as pressure measurement in living organisms. (3) Adjustment against excessive pressure is possible by adjusting the bias pressure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図a〜dは本発明の圧力測定装置の製造方
法のダイアフラムを製作する工程を示す説明図、
第2図は本発明の方法により作製した圧力測定装
置のダイアフラムを差圧計として用いた例を示す
断面図、第3図は本発明の圧力測定装置の製造方
法により作製したダイアフラムを過大圧防止機構
として用いた例を示す断面図である。 1,11……剛体(シリコン)、2,12……
導圧孔、3,6……SiO2層、4,7……Cr、5,
8……Au、15……シリコンオイル、21……
シリコンダイアフラム、30……収納容器。
FIGS. 1a to 1d are explanatory diagrams showing the steps of manufacturing a diaphragm in the method for manufacturing a pressure measuring device of the present invention,
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example in which the diaphragm of the pressure measuring device manufactured by the method of the present invention is used as a differential pressure gauge, and FIG. It is a sectional view showing an example used as a. 1, 11... Rigid body (silicon), 2, 12...
Pressure conducting hole, 3, 6...SiO 2 layer, 4, 7...Cr, 5,
8...Au, 15...Silicone oil, 21...
Silicon diaphragm, 30...storage container.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a) 導圧孔を有するシリコン基板の一方の面
に前記導圧孔の周りを除いて薄膜技術により第
1のシリコン系絶縁膜を形成する工程。 (b) 前記シリコン系絶縁膜が除去されたシリコン
基板の表面部分に薄膜技術により第1の金属膜
を形成する工程。 (c) 前記第1金属膜を含む基板上に薄膜技術によ
り第2のシリコン系絶縁膜を形成する工程。 (d) 前記第2のシリコン系絶縁膜上の前記第1金
属膜に対向して薄膜技術により第2の金属膜を
形成する工程。 (e) 前記導圧孔から封液を圧入し前記第1金属膜
と前記第2シリコン系絶縁膜の間に所定のギヤ
ツプを形成する工程。 を含むことを特徴とする圧力測定装置の製造方
法。
[Scope of Claims] 1 (a) A step of forming a first silicon-based insulating film on one surface of a silicon substrate having a pressure-conducting hole except for the area around the pressure-conducting hole using a thin film technique. (b) A step of forming a first metal film by thin film technology on the surface portion of the silicon substrate from which the silicon-based insulating film has been removed. (c) forming a second silicon-based insulating film on the substrate including the first metal film using thin film technology; (d) forming a second metal film on the second silicon-based insulating film, facing the first metal film, using a thin film technique; (e) A step of pressurizing a sealing liquid through the pressure guiding hole to form a predetermined gap between the first metal film and the second silicon-based insulating film. A method of manufacturing a pressure measuring device, comprising:
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