JPH0726886B2 - 集積容量性圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents
集積容量性圧力センサ及びその製造方法Info
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- JPH0726886B2 JPH0726886B2 JP3503660A JP50366091A JPH0726886B2 JP H0726886 B2 JPH0726886 B2 JP H0726886B2 JP 3503660 A JP3503660 A JP 3503660A JP 50366091 A JP50366091 A JP 50366091A JP H0726886 B2 JPH0726886 B2 JP H0726886B2
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
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- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/12—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
- G01L9/125—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor with temperature compensating means
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- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/43—Electric condenser making
- Y10T29/435—Solid dielectric type
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、請求項１の前文部分による集積容量性圧力セ
ンサの製造方法、請求項８の前文部分による集積容量性
圧力センサ及び請求項12の前文部分による前記圧力セン
サを有する集積容量性圧力センサアレイに関する。
ンサの製造方法、請求項８の前文部分による集積容量性
圧力センサ及び請求項12の前文部分による前記圧力セン
サを有する集積容量性圧力センサアレイに関する。
この種の圧力センサ及びその製造方法については、下記
の技術刊行物において既に公知である。
の技術刊行物において既に公知である。
H.Guckel及びD.W.Burnsによる「Planar Processed Poly
silicon Sealed Cavities for Pressure Transducer Ar
rays」IEDM 1984年223-225頁。
silicon Sealed Cavities for Pressure Transducer Ar
rays」IEDM 1984年223-225頁。
H.Guckel及びD.W.Burnsによる「A Technology for Inte
grated Transduers」Transducers '85,Philadelphia 19
85年90-92頁。
grated Transduers」Transducers '85,Philadelphia 19
85年90-92頁。
上記公知の技術文献による圧力センサは、第６図に示さ
れる。この圧力センサを製造する方法では、シリコン基
板１を、スペーサとしても利用できる保護膜２で覆う。
この保護膜２は、圧力センサキャビティ３を形成し、更
に、保護膜２の上にはポリシリコン膜４が配置される。
れる。この圧力センサを製造する方法では、シリコン基
板１を、スペーサとしても利用できる保護膜２で覆う。
この保護膜２は、圧力センサキャビティ３を形成し、更
に、保護膜２の上にはポリシリコン膜４が配置される。
第７図は、第６図の圧力センサの平面図である。第７図
から、特に明らかなように、保護膜２には、ポリシリコ
ン膜４を通って延伸し、ポリシリコン膜４の下から保護
膜２をエッチングにより取り除くためのエッチング通路
５を形成する延長部が設けられる。保護膜２がエッチン
グにより取り除かれると、エッチング通路は閉塞され
る。この方法によると、規定値に調整可能な真空圧力ま
たはガス圧力が圧力センサキャビティに残留する。ポリ
シリコン膜４は、ダイアフラム状の構造を有し、外部圧
力により変形可能である。変形度は、使用されるピエゾ
抵抗器により電気信号に変換できる。
から、特に明らかなように、保護膜２には、ポリシリコ
ン膜４を通って延伸し、ポリシリコン膜４の下から保護
膜２をエッチングにより取り除くためのエッチング通路
５を形成する延長部が設けられる。保護膜２がエッチン
グにより取り除かれると、エッチング通路は閉塞され
る。この方法によると、規定値に調整可能な真空圧力ま
たはガス圧力が圧力センサキャビティに残留する。ポリ
シリコン膜４は、ダイアフラム状の構造を有し、外部圧
力により変形可能である。変形度は、使用されるピエゾ
抵抗器により電気信号に変換できる。
また、ポリシリコン膜４からなるダイアフラムの変形
は、例えば下記の技術刊行物に記載されるように、容量
的に検出することができる。
は、例えば下記の技術刊行物に記載されるように、容量
的に検出することができる。
M.M.Farooqui及びA.G.R.Eransによる「A Polysilicon-D
iaphragmagm-Based Pressure Sensor Technology」Y.Ph
ys.E.Sci.Inst.20（1987年）1469-1471頁。
iaphragmagm-Based Pressure Sensor Technology」Y.Ph
ys.E.Sci.Inst.20（1987年）1469-1471頁。
ダイアフラム状のポリシリコン膜４の変形を容量的に検
出するために、ダイアフラム域６の領域内への埋め込み
により前記ポリシリコン膜４は密にドーピングできるの
で、第８図から特に明らかなように、基板１により形成
される電極に対する逆電極が製造される。
出するために、ダイアフラム域６の領域内への埋め込み
により前記ポリシリコン膜４は密にドーピングできるの
で、第８図から特に明らかなように、基板１により形成
される電極に対する逆電極が製造される。
しかしながら、このような公知の圧力センサは、CMOS回
路と適合せず、その上、ポリシリコン膜４とシリコン基
板１との間に非オーム抵抗が生じるので、この圧力セン
サの静電容量は、使用される電圧に依存することとな
る。更に、ポリシリコン膜４の埋め込みがされなかった
領域により生じる抵抗のため、この圧力センサの電荷
は、特定周波数で検出しなければならない。このよう
に、公知の圧力センサは、低周波数サンプリング読出回
路により圧力変化を検出するには適していない。
路と適合せず、その上、ポリシリコン膜４とシリコン基
板１との間に非オーム抵抗が生じるので、この圧力セン
サの静電容量は、使用される電圧に依存することとな
る。更に、ポリシリコン膜４の埋め込みがされなかった
領域により生じる抵抗のため、この圧力センサの電荷
は、特定周波数で検出しなければならない。このよう
に、公知の圧力センサは、低周波数サンプリング読出回
路により圧力変化を検出するには適していない。
また、公知の圧力センサは、付加電子回路素子とのモノ
リシック集積化にも使用できない。
リシック集積化にも使用できない。
ドイツ特許公開3723561A1号は、比較的複雑な多層構造
を有する容量性圧力センサを開示している。下部絶縁層
が基板上に設けられており、この下部絶縁層は、その上
部に、圧力センサキャビティを取り囲むダイアフラム支
持層を備えている。ダイアフラム支持層は、圧力センサ
キャビティを閉塞するためのカバー層で被覆される。カ
バー層ではなく、ダイアフラム支持層だけが、多結晶半
導体材料からなる。半導体領域は、基板のドーピングと
反対位置のドーピングにより基板内に形成され、前記半
導体領域の寸法は、この上に配置される圧力センサキャ
ビティの寸法と実質的に一致する。
を有する容量性圧力センサを開示している。下部絶縁層
が基板上に設けられており、この下部絶縁層は、その上
部に、圧力センサキャビティを取り囲むダイアフラム支
持層を備えている。ダイアフラム支持層は、圧力センサ
キャビティを閉塞するためのカバー層で被覆される。カ
バー層ではなく、ダイアフラム支持層だけが、多結晶半
導体材料からなる。半導体領域は、基板のドーピングと
反対位置のドーピングにより基板内に形成され、前記半
導体領域の寸法は、この上に配置される圧力センサキャ
ビティの寸法と実質的に一致する。
このような圧力センサにおいては、センサ素子の全静電
容量は、一方では、ダイアフラム域内の圧力−依存静電
容量により決定され、他方では、基板に関してダイアフ
ラム支持部の静電容量により実質的に決定される圧力−
非依存静電容量により決定される。ダイアフラム支持部
と基板との間隔が小さいので、圧力−非依存静電容量
は、全静電容量を基礎として約95％になる。前記ドイツ
特許公開3723561A1の第1A図の主題において、ダイアフ
ラム支持部が基板の非ドーピング領域上方に位置するこ
とに鑑みると、圧力−非依存静電容量構成要素の温度及
び電圧への依存は、上部絶縁層により導電性ダイアフラ
ム部をポリシリコン支持層から絶縁することによっての
み低減できる。この圧力センサ構造において、基板上方
に配置されて圧力センサキャビティを決定する全圧力セ
ンサ領域が、単一の材料で製造される場合には、高圧力
−非依存静電容量構成要素は上述の理由により温度及び
電圧に過剰に依存するようになる。
容量は、一方では、ダイアフラム域内の圧力−依存静電
容量により決定され、他方では、基板に関してダイアフ
ラム支持部の静電容量により実質的に決定される圧力−
非依存静電容量により決定される。ダイアフラム支持部
と基板との間隔が小さいので、圧力−非依存静電容量
は、全静電容量を基礎として約95％になる。前記ドイツ
特許公開3723561A1の第1A図の主題において、ダイアフ
ラム支持部が基板の非ドーピング領域上方に位置するこ
とに鑑みると、圧力−非依存静電容量構成要素の温度及
び電圧への依存は、上部絶縁層により導電性ダイアフラ
ム部をポリシリコン支持層から絶縁することによっての
み低減できる。この圧力センサ構造において、基板上方
に配置されて圧力センサキャビティを決定する全圧力セ
ンサ領域が、単一の材料で製造される場合には、高圧力
−非依存静電容量構成要素は上述の理由により温度及び
電圧に過剰に依存するようになる。
この公知技術を基礎として、本発明は圧力センサ構造の
単純化及び製造方法の簡略化とともに圧力センサ精度の
改良を達成できるように、本明細書の最初に記載したよ
うな種類の圧力センサ及び圧力センサの製造方法をさら
に発展させるための課題に基づいてなされた。
単純化及び製造方法の簡略化とともに圧力センサ精度の
改良を達成できるように、本明細書の最初に記載したよ
うな種類の圧力センサ及び圧力センサの製造方法をさら
に発展させるための課題に基づいてなされた。
この課題は、請求項１による方法及び請求項８による圧
力センサにより解決される。
力センサにより解決される。
請求項１に開示された方法により製造された圧力センサ
及び請求項８に開示された特徴を有する圧力センサにお
いては、単一の多結晶半導体膜を沈澱させることによ
り、圧力センサキャビティを取り囲むセンサ本体部分を
製造することができ、多結晶半導体膜は、絶縁された半
導体領域上の絶縁膜上方に配置されるので、温度依存、
電圧依存及び圧力−非依存の静電容量構成要素が大きく
なり過ぎることはない。
及び請求項８に開示された特徴を有する圧力センサにお
いては、単一の多結晶半導体膜を沈澱させることによ
り、圧力センサキャビティを取り囲むセンサ本体部分を
製造することができ、多結晶半導体膜は、絶縁された半
導体領域上の絶縁膜上方に配置されるので、温度依存、
電圧依存及び圧力−非依存の静電容量構成要素が大きく
なり過ぎることはない。
請求項１の前文部分による方法の課題は、前記請求項１
の特徴部分に開示された特徴によって解決され、請求項
８の前文部分による圧力センサの課題は、前記請求項８
の特徴部分に開示された特徴によって解決される。
の特徴部分に開示された特徴によって解決され、請求項
８の前文部分による圧力センサの課題は、前記請求項８
の特徴部分に開示された特徴によって解決される。
更に別の態様に従って、本発明は、このような圧力セン
サに圧力を正確に測定するのに適した圧力センサアレイ
を提供するための課題に基づいてなされた。この副課題
は、請求項12による集積圧力センサアレイによって解決
される。
サに圧力を正確に測定するのに適した圧力センサアレイ
を提供するための課題に基づいてなされた。この副課題
は、請求項12による集積圧力センサアレイによって解決
される。
本発明のさらに好ましい改良は、従属請求項に開示され
る。
る。
以下に、本発明による圧力センサ及び圧力センサアレイ
の好ましい実施例を、添付図面を参照して詳細に説明す
る。
の好ましい実施例を、添付図面を参照して詳細に説明す
る。
第1A図は、本発明による圧力センサの第１の実施例を示
す横断面図である。
す横断面図である。
第1B図は、本発明による圧力センサの第２の実施例を示
す横断面図である。
す横断面図である。
第1C図は、本発明による圧力センサの第３の実施例を示
す横断面図である。
す横断面図である。
第２図は、本発明による圧力センサアレイの実施例を示
す平面図である。
す平面図である。
第３図は、本発明による圧力センサアレイのもう１つの
実施例を示す断面図である。
実施例を示す断面図である。
第４図及び第５図は、本発明による圧力センサアレイの
回路形態の実施例である。
回路形態の実施例である。
第６図は、従来の圧力センサの横断面図である。
第７図は、第６図に示される従来の圧力センサの平面図
である。
である。
第８図は、別の従来の圧力センサの横断面図である。
第１図から第５図において、参照符号は、説明の繰り返
しをさけるために、同一又は類似する部分については、
第６図から第８図で使用したものと対応させた。
しをさけるために、同一又は類似する部分については、
第６図から第８図で使用したものと対応させた。
第1A図に示される本発明の圧力センサを製造する方法
は、保護膜２の被覆処理ステップの前に、導電性型の基
板と向き合うように選択されるシリコン基板１がドーピ
ング領域７内でドーピングを施される点に関して、本明
細書の最初に記載した従来技術による製造方法とは相違
する。次に、ｐ−基板１の場合、一方では高導電性電極
を製造するために、他方ではドーピング領域７により形
成されるこの電極をpn−接合によりシリコン基板１から
絶縁するために、ｎ＋−ドーピング領域７を形成する。
その後、例えばSi3N4からなる絶縁膜８を、前記のよう
に形成されたドーピング領域７に被せる。既に述べた方
法で絶縁膜８に保護膜２とポリシリコン膜４を被せ、そ
れから、保護膜はエッチングにより取り除かれる。この
後、エッチング通路は既に述べたように閉塞される。
は、保護膜２の被覆処理ステップの前に、導電性型の基
板と向き合うように選択されるシリコン基板１がドーピ
ング領域７内でドーピングを施される点に関して、本明
細書の最初に記載した従来技術による製造方法とは相違
する。次に、ｐ−基板１の場合、一方では高導電性電極
を製造するために、他方ではドーピング領域７により形
成されるこの電極をpn−接合によりシリコン基板１から
絶縁するために、ｎ＋−ドーピング領域７を形成する。
その後、例えばSi3N4からなる絶縁膜８を、前記のよう
に形成されたドーピング領域７に被せる。既に述べた方
法で絶縁膜８に保護膜２とポリシリコン膜４を被せ、そ
れから、保護膜はエッチングにより取り除かれる。この
後、エッチング通路は既に述べたように閉塞される。
第1B図に示すように、ドーピング領域７を基板１から絶
縁するためのpn−接合を製造するステップは、適宜な埋
め込み物質の埋め込みにより、半導体基板１内にドーピ
ング領域７を絶縁する埋設絶縁膜９を製造するステップ
に代えることができる。埋設絶縁膜９は、SiO2又はSi3N
4で構成することができる。このように、ドーピング領
域７が基板１から絶縁される時は、前記ドーピング領域
７は、酸素埋め込み後、焼入れされる。
縁するためのpn−接合を製造するステップは、適宜な埋
め込み物質の埋め込みにより、半導体基板１内にドーピ
ング領域７を絶縁する埋設絶縁膜９を製造するステップ
に代えることができる。埋設絶縁膜９は、SiO2又はSi3N
4で構成することができる。このように、ドーピング領
域７が基板１から絶縁される時は、前記ドーピング領域
７は、酸素埋め込み後、焼入れされる。
第1C図は、本発明による圧力センサの第３の実施例を示
し、ドーピング領域７が、圧力センサ静電容量の電極を
形成する第１ドーピング領域7Aとポリシリコン膜４の支
持領域下方にのみ配置される第２ドーピング領域7Bに区
分けされる点に関して、第1A図による実施例とは相違す
る。このドーピング領域７の構造により、支持部の静電
容量はもはや信号通路内にはないため、支持部の圧力−
非依存静電容量の影響を実質的に低減できる効果を有す
る。
し、ドーピング領域７が、圧力センサ静電容量の電極を
形成する第１ドーピング領域7Aとポリシリコン膜４の支
持領域下方にのみ配置される第２ドーピング領域7Bに区
分けされる点に関して、第1A図による実施例とは相違す
る。このドーピング領域７の構造により、支持部の静電
容量はもはや信号通路内にはないため、支持部の圧力−
非依存静電容量の影響を実質的に低減できる効果を有す
る。
本発明の圧力センサにおいては、多結晶半導体膜４の支
持領域下方のドーピング領域７、7Bのドーピングを高く
選択して、退化範囲内の金属反応がそこから生じるよう
にするのが好ましい。これは、更に、センサの圧力−非
依存静電容量構成要素の温度−依存静電容量変化及び電
圧依存静電容量変化による影響を減少させる。
持領域下方のドーピング領域７、7Bのドーピングを高く
選択して、退化範囲内の金属反応がそこから生じるよう
にするのが好ましい。これは、更に、センサの圧力−非
依存静電容量構成要素の温度−依存静電容量変化及び電
圧依存静電容量変化による影響を減少させる。
いずれにしても、本発明の圧力センサ構造は、CMOS回路
素子と適合し、CMOS回路内に集積できる電位−解放コン
デンサを構成する。本発明による圧力センサの静電容量
は、用いられる電圧ではなく、圧力のみに依存する。ポ
リシリコン膜４がシリコン基板１から充分に絶縁される
ため、圧力センサの静電容量は、高読出周波数で準静的
状態で検出できる。
素子と適合し、CMOS回路内に集積できる電位−解放コン
デンサを構成する。本発明による圧力センサの静電容量
は、用いられる電圧ではなく、圧力のみに依存する。ポ
リシリコン膜４がシリコン基板１から充分に絶縁される
ため、圧力センサの静電容量は、高読出周波数で準静的
状態で検出できる。
本発明の圧力センサでは、ポリシリコン膜４全体に導電
性を増大させるようにドープ剤が提供される。従来技術
では必要とされたドーピング領域の区切りは、あっても
良いが、本発明の圧力センサには必要ではない。
性を増大させるようにドープ剤が提供される。従来技術
では必要とされたドーピング領域の区切りは、あっても
良いが、本発明の圧力センサには必要ではない。
第1A図、第1B図、第1C図の本発明の単一の圧力センサの
代表的な有効静電容量は、数フェムトファラッドにな
る。しかしながら、本発明の圧力センサにおいては、フ
ィールド状アレイ内のシリコン基板１上に複数の圧力セ
ンサを配置できる。
代表的な有効静電容量は、数フェムトファラッドにな
る。しかしながら、本発明の圧力センサにおいては、フ
ィールド状アレイ内のシリコン基板１上に複数の圧力セ
ンサを配置できる。
第２図から明らかなように、フィールド状アレイ内に配
置された圧力センサＤは、ポリシリコン膜４の接続アー
ム９により相互接続できるので、より高い出力信号が得
られるように、静電容量を増大させるための並列接続が
できる。
置された圧力センサＤは、ポリシリコン膜４の接続アー
ム９により相互接続できるので、より高い出力信号が得
られるように、静電容量を増大させるための並列接続が
できる。
この相互接続により、フィールド状アレイにおける各個
別の圧力センサＤの容量値を個々に検出して、各位置に
関する圧力分布を測定し、或いは、冗長圧力センサシス
テムを構成することもできる。そのため、欠陥のある圧
力センサを検出して、これらの圧力センサが総信号に影
響しないようにできる。
別の圧力センサＤの容量値を個々に検出して、各位置に
関する圧力分布を測定し、或いは、冗長圧力センサシス
テムを構成することもできる。そのため、欠陥のある圧
力センサを検出して、これらの圧力センサが総信号に影
響しないようにできる。
また同様に、このようなフィールド状アレイにおいて
は、１個のチップ上の複数の圧力センサの寸法及び／又
はダイアフラム厚さを変化させて、種々の圧力範囲を単
一のチップにおける複数の圧力センサで検出することも
できる。
は、１個のチップ上の複数の圧力センサの寸法及び／又
はダイアフラム厚さを変化させて、種々の圧力範囲を単
一のチップにおける複数の圧力センサで検出することも
できる。
本発明による圧力センサは、圧力−依存静電容量構成要
素とともに圧力−非依存静電容量構成要素を有する。圧
力−非依存静電容量構成要素は、例えば、ポリシリコン
膜４の基部とシリコン基板１との間の静電容量とともに
導体容量からなる。更に、本発明の圧力センサは、温度
により圧力−非依存静電容量が変化し易い。上記圧力−
非依存静電容量構成要素又は容量変化は、本発明による
圧力センサを基礎とし、圧力センサ及び基準素子を有す
る圧力センサアレイで補償できる。
素とともに圧力−非依存静電容量構成要素を有する。圧
力−非依存静電容量構成要素は、例えば、ポリシリコン
膜４の基部とシリコン基板１との間の静電容量とともに
導体容量からなる。更に、本発明の圧力センサは、温度
により圧力−非依存静電容量が変化し易い。上記圧力−
非依存静電容量構成要素又は容量変化は、本発明による
圧力センサを基礎とし、圧力センサ及び基準素子を有す
る圧力センサアレイで補償できる。
第３図は、左側に上記構造の圧力センサ、右側に容量性
基準素子を有する集積容量性圧力センサアレイを示す。
本発明の基準素子と圧力センサとの間の唯一の相違点
は、前記基準素子が曲げ強度を増大させたポリシリコン
膜４を有する点にある。実施例では、この曲げ強度の増
大は、補助膜10を基準素子のポリシリコン膜４に設ける
ことにより得られる。これは、例えば、ポリシリコンの
沈澱により達成できる。また、基準素子に圧力センサよ
り厚いポリシリコン膜４を設けることも可能である。
基準素子を有する集積容量性圧力センサアレイを示す。
本発明の基準素子と圧力センサとの間の唯一の相違点
は、前記基準素子が曲げ強度を増大させたポリシリコン
膜４を有する点にある。実施例では、この曲げ強度の増
大は、補助膜10を基準素子のポリシリコン膜４に設ける
ことにより得られる。これは、例えば、ポリシリコンの
沈澱により達成できる。また、基準素子に圧力センサよ
り厚いポリシリコン膜４を設けることも可能である。
第３図に示されるような種類の圧力センサと基準素子を
有する圧力センサアレイでは、圧力センサの静電容量と
基準素子の静電容量との間の容量差を検出することによ
り圧力測定ができる。これには、圧力依存ではない全静
電容量及び容量変化を補償する効果がある。圧力センサ
と基準素子が同一製造ステップで同一基板上に構成でき
ることに鑑みると、圧力センサ構造と結合基準素子構造
との間には最大の相似性が得られる。
有する圧力センサアレイでは、圧力センサの静電容量と
基準素子の静電容量との間の容量差を検出することによ
り圧力測定ができる。これには、圧力依存ではない全静
電容量及び容量変化を補償する効果がある。圧力センサ
と基準素子が同一製造ステップで同一基板上に構成でき
ることに鑑みると、圧力センサ構造と結合基準素子構造
との間には最大の相似性が得られる。
一対の圧力センサ／基準素子による圧力測定は、第４図
及び第５図に示される切替えコンデンサ型の所謂静電容
量測定回路による手段で行うのが好ましい。
及び第５図に示される切替えコンデンサ型の所謂静電容
量測定回路による手段で行うのが好ましい。
第４図に示される切替えコンデンサ型の静電容量測定回
路は、その全体に符号11が付され、非反転入力がアース
に接続する演算増幅器12を含んで構成される。第１の制
御状態ａでは、圧力センサC sensは、第１電極が第１ス
イッチS1を介して第１電位V1に接続され、第２の制御状
態ｂでは、第１電極が第２スイッチS2を介して第２電位
V2に接続される。基準素子C refは、演算増幅器の反転
入力と出力との間に位置し、また、第１の制御状態ａで
は閉じられ、第２の制御状態ｂでは開放される第３スイ
ッチS3が、前記基準素子と並列に接続される。
路は、その全体に符号11が付され、非反転入力がアース
に接続する演算増幅器12を含んで構成される。第１の制
御状態ａでは、圧力センサC sensは、第１電極が第１ス
イッチS1を介して第１電位V1に接続され、第２の制御状
態ｂでは、第１電極が第２スイッチS2を介して第２電位
V2に接続される。基準素子C refは、演算増幅器の反転
入力と出力との間に位置し、また、第１の制御状態ａで
は閉じられ、第２の制御状態ｂでは開放される第３スイ
ッチS3が、前記基準素子と並列に接続される。
切替えコンデンサ型の静電容量測定回路の出力電圧V ou
tが、基準素子C refの静電容量に対する圧力センサC se
nsの静電容量の係数に比例することは当業者には明らか
である。
tが、基準素子C refの静電容量に対する圧力センサC se
nsの静電容量の係数に比例することは当業者には明らか
である。
第４図に示される切替えコンデンサ型の静電容量測定回
路の実施例から逸脱するが、前記第４図の圧力センサC
sensと基準素子C refは入れ換えができるので、回路11
の出力電圧V outの相互依存が得られる。
路の実施例から逸脱するが、前記第４図の圧力センサC
sensと基準素子C refは入れ換えができるので、回路11
の出力電圧V outの相互依存が得られる。
第５図は、切替えコンデンサ型静電容量測定回路の別の
実施例を示しており、符号13を付してある。第４図の実
施例と対応する回路構成要素及び制御状態には同一の参
照符号を付してある。従って、以下の説明は、第４図の
回路11から逸脱する回路13の特徴についての説明に限
る。この実施例では、第２基準素子C ref2は、その第２
電極が演算増幅器12の反転入力に接続される。前記第２
基準素子C ref2は、第１の制御状態ａでは第１電極が第
５スイッチS5を介して第４電位V4に接続されるのに対し
て、第２の制御状態ｂでは、第１電極が第４スイッチS4
を介して第３電位V3に接続される。切替えコンデンサ型
の静電容量測定回路13の出力電圧V outは、第１基準素
子C ref1の静電容量から第２基準素子C ref2の静電容量
の係数を差し引いた第１基準要素C ref1の静電容量に対
する圧力センサC sensの静電容量の係数に比例する。こ
のような回路では、付加静電容量条件が除かれるので、
出力電圧は測定される圧力のみに依存する。
実施例を示しており、符号13を付してある。第４図の実
施例と対応する回路構成要素及び制御状態には同一の参
照符号を付してある。従って、以下の説明は、第４図の
回路11から逸脱する回路13の特徴についての説明に限
る。この実施例では、第２基準素子C ref2は、その第２
電極が演算増幅器12の反転入力に接続される。前記第２
基準素子C ref2は、第１の制御状態ａでは第１電極が第
５スイッチS5を介して第４電位V4に接続されるのに対し
て、第２の制御状態ｂでは、第１電極が第４スイッチS4
を介して第３電位V3に接続される。切替えコンデンサ型
の静電容量測定回路13の出力電圧V outは、第１基準素
子C ref1の静電容量から第２基準素子C ref2の静電容量
の係数を差し引いた第１基準要素C ref1の静電容量に対
する圧力センサC sensの静電容量の係数に比例する。こ
のような回路では、付加静電容量条件が除かれるので、
出力電圧は測定される圧力のみに依存する。
フロントページの続き (72)発明者 モクワ，ウィルフリート ドイツ連邦共和国，4150 クレフェルト, ヨルクシュトラーセ 67 (72)発明者 カンドラー，ミハイル ドイツ連邦共和国，5042 エルフシュタ ト，アムゼルベク 10 (72)発明者 マノリ，イアナキス ドイツ連邦共和国，4330 ミュルハイム, デュッペンベッカー ベク 28 エー
Claims (19)
- 【請求項１】半導体基板１の半導体領域７の上方に位置
し圧力センサキャビティ３を形成する保護膜２を製造
し、 保護膜２を少なくとも部分的に被覆するように多結晶半
導体膜４を沈澱させ、 少なくとも保護膜２の上方に位置するダイアフラム状領
域内で沈澱した多結晶半導体膜４をドーピングし、更
に、保護膜２をエッチングにより取り除く ステップを含んで構成される半導体基板から集積容量性
圧力センサを製造する方法において、 半導体領域７を半導体基板１から絶縁し、 絶縁された半導体領域７に絶縁膜８を被せ、 絶縁された半導体領域７上方の絶縁膜８上に多結晶半導
体膜４が位置するようにした ことを特徴とする集積容量性圧力センサの製造方法。 - 【請求項２】半導体基板１から半導体領域７を絶縁する
ステップが、前記半導体領域７の充分なドーピングによ
る前記半導体基板内でのpn−接合の製造を含むことを特
徴とする請求項１に記載の集積容量性圧力センサの製造
方法。 - 【請求項３】半導体領域７を絶縁するステップが、前記
半導体基板１内に埋設絶縁膜を製造するのに適した埋め
込み物質の埋め込みを含むことを特徴とする請求項１又
は２に記載の集積容量性圧力センサの製造方法。 - 【請求項４】埋め込み物質が酸素または窒素からなるこ
とを特徴とする請求項３に記載の集積容量性圧力センサ
の製造方法。 - 【請求項５】埋設絶縁膜により形成される半導体領域７
の焼入れステップが、埋め込みステップの後に行われる
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の集積容量性圧
力センサの製造方法。 - 【請求項６】絶縁膜８がSi3N4を含むことを特徴とする
請求項１〜５のいずれか１つに記載の集積容量性圧力セ
ンサの製造方法。 - 【請求項７】保護膜２が、多結晶半導体膜４を介して延
長して少なくとも１個のエッチング通路５を形成するよ
うに構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１つに記載の集積容量性圧力センサの製造方法。 - 【請求項８】半導体基板１と、前記半導体基板１と共に
圧力センサキャビティ３を形成し少なくとも前記圧力セ
ンサキャビティ上方に位置するダイアフラム状域６内に
ドープ剤を備えた多結晶半導体膜４とを、含んで構成さ
れる集積容量性圧力センサにおいて、 絶縁膜８は、多結晶半導体膜４と前記多結晶半導体膜４
下方に位置する半導体領域７との間に配置され、 半導体領域７は半導体基板１から絶縁されて、圧力セン
サキャビティ３を形成する多結晶半導体膜４が前記絶縁
された半導体領域７上方の絶縁膜８上に配置されるよう
にしたことを特徴とする集積容量性圧力センサ。 - 【請求項９】pn−接合を製造するために、半導体領域７
が半導体基板１と反対にドーピングされることを特徴と
する請求項８に記載の集積容量性圧力センサ。 - 【請求項１０】埋設絶縁膜が半導体領域７と半導体基板
１との間に位置することを特徴とする請求項８又は９に
記載の集積容量性圧力センサ。 - 【請求項１１】半導体基板１がシリコンを含み、多結晶
半導体膜４がポリシリコンを含み、また、絶縁膜８がSi
3N4を含むことを特徴とする請求項８〜10のいずれか１
つに記載の集積容量性圧力センサ。 - 【請求項１２】容量性基準素子の構造が、基準素子キャ
ビティ３の上に伸びる多結晶半導体膜４の曲げ強度がよ
り高い点以外は、容量性圧力センサの構造と対応するこ
とを特徴とする請求項８〜11のいずれか１つに記載の集
積容量性圧力センサを含む集積容量性圧力センサアレ
イ。 - 【請求項１３】基準素子の多結晶半導体膜４が容量性圧
力センサの多結晶半導体膜４より厚いことを特徴とする
請求項12に記載の集積容量性圧力センサアレイ。 - 【請求項１４】基準素子の多結晶半導体膜４が補助膜10
により補強されて曲げ強度を増大させたことを特徴とす
る請求項12又は13に記載の集積容量性圧力センサアレ
イ。 - 【請求項１５】複数の圧力センサ／基準素子対がフィー
ルド状アレイ内の共通半導体基板１上に配置されること
を特徴とする請求項12又は13に記載の集積容量性圧力セ
ンサアレイ。 - 【請求項１６】切替えコンデンサ型静電容量測定回路1
1、13が圧力センサ及び基準素子を含んで構成されるこ
とを特徴とする請求項12〜15のいずれか１つに記載の集
積容量性圧力センサアレイ。 - 【請求項１７】圧力センサの第１電極が、切替えコンデ
ンサ型静電容量測定回路11及び13の第１制御状態ａでは
第１電位V1に接続され、第２制御状態ｂでは第２電位V2
に接続され、 圧力センサの第２電極は、切替えコンデンサ型静電容量
測定回路11及び13の演算増幅器12の反転入力（−）に接
続され、 基準素子は、演算増幅器12の反転入力（−）と出力との
間に位置して、２つの制御状態a,bのいずれか１つの状
態で放電され、 演算増幅器12の非反転入力（＋）は基準電位（アース）
と接続する ことを特徴とする請求項16に記載の集積容量性圧力セン
サアレイ。 - 【請求項１８】基準素子の第１電極が、切替えコンデン
サ型静電容量測定回路11及び13の第１制御状態ａでは第
１電位V1に接続され、第２制御状態ｂでは第２電位V2に
接続され、 基準素子の第２電極は、切替えコンデンサ型静電容量測
定回路11及び13の演算増幅器12の反転入力（−）に接続
され、 圧力センサは、演算増幅器12の反転入力（−）と出力と
の間に位置して、２つの制御状態a,bのいずれか１つの
状態で放電され、 演算増幅器12の非反転入力（＋）は基準電位（アース）
と接続する ことを特徴とする請求項16に記載の集積容量性圧力セン
サアレイ。 - 【請求項１９】圧力センサの第１電極は、切替えコンデ
ンサ型静電容量測定回路13の第１制御状態ａでは第１電
位V1に接続され、第２制御状態ｂでは第２電位V2に接続
され、 基準素子の第１電極は切替えコンデンサ型静電容量測定
回路の第１制御状態ａでは第４電位V4に接続され、第２
制御状態ｂでは第３電位V3に接続され、 圧力センサ及び基準素子の各第２電極は，演算増幅器の
反転入力（−）に接続され、 付加容量性基準素子は、演算増幅器12の反転入力（−）
と出力との間に位置し、 演算増幅器12の非反転入力（＋）は基準電位（アース）
と接続することを特徴とする請求項16に記載の集積容量
性圧力センサアレイ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4004179A DE4004179A1 (de) | 1990-02-12 | 1990-02-12 | Integrierbarer, kapazitiver drucksensor und verfahren zum herstellen desselben |
| DE4004179.4 | 1990-02-12 | ||
| PCT/DE1991/000107 WO1991012507A1 (de) | 1990-02-12 | 1991-02-09 | Integrierbarer, kapazitiver drucksensor und verfahren zum herstellen desselben |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05501159A JPH05501159A (ja) | 1993-03-04 |
| JPH0726886B2 true JPH0726886B2 (ja) | 1995-03-29 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3503660A Expired - Lifetime JPH0726886B2 (ja) | 1990-02-12 | 1991-02-09 | 集積容量性圧力センサ及びその製造方法 |
Country Status (6)
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|---|---|
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| EP (1) | EP0515416B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0726886B2 (ja) |
| DE (4) | DE4004179A1 (ja) |
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| WO (1) | WO1991012507A1 (ja) |
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