JPH07318445A - Capacitance type pressure sensor and manufacture thereof - Google Patents

Capacitance type pressure sensor and manufacture thereof

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JPH07318445A
JPH07318445A JP11253294A JP11253294A JPH07318445A JP H07318445 A JPH07318445 A JP H07318445A JP 11253294 A JP11253294 A JP 11253294A JP 11253294 A JP11253294 A JP 11253294A JP H07318445 A JPH07318445 A JP H07318445A
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JP
Japan
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pressure sensor
silicon substrate
insulating film
silicon layer
lower electrode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP11253294A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Endo
智 遠藤
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To stably manufacture a pressure sensor with an excellent yield so that dispersion of sensor sensitivity can be restrained within a narrow range by uniformizing a thickness of a thin part within a narrow range. CONSTITUTION:An insulating film 2 is formed on a surface of a silicon substrate 1, and a silicon layer 3 is formed on it. A lower electrode 4, a signal processing circuit part 5 and connecting wiring 6 are formed on the silicon layer 3. The silicon substrate 1 is selectively etched, and a thin part 7 and a thick part 8 are formed. Recessed parts 12 and 13 are formed on an upper glass plate 11, and an upper electrode 14 is formed in the recessed part 12. The upper glass plate 11 and the silicon layer 3 are stuck together by a positive electrode joining method. The thin part 7 is composed of the insulating film 2 and the silicon layer 3, and constitutes a pressure sensitive part. Since a thickness of the thin part 7 can be determined by polishing the silicon layer, a thickness of the thin part is restrained within a narrow dispesion range, and sensor sensitivity can be uniformized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板を用いた
静電容量型圧力センサとその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type pressure sensor using a silicon substrate and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンを用いた圧力センサは、シリコ
ン基板の一部をエッチングして感圧ダイアフラムとし、
感圧部に向い合う部分に電極を設けたガラス板を設けて
ダイアフラムと電極との間にコンデンサを形成し、圧力
変化に伴う容量の変化を検出するように構成されてい
る。
2. Description of the Related Art A pressure sensor using silicon is a pressure-sensitive diaphragm obtained by etching a part of a silicon substrate.
A glass plate provided with an electrode is provided in a portion facing the pressure-sensitive portion, a capacitor is formed between the diaphragm and the electrode, and a change in capacitance due to a pressure change is detected.

【0003】従来の圧力センサには、二つの圧力P0
1 のいずれも固定値でないときの二つの圧力P0 とP
1 の差圧を測定する相対用圧力センサと、二つの圧力P
0 とP1 の内一方が固定値であるときの二つの圧力P0
とP1 の差圧を測定する絶対用圧力センサの2種類があ
る。
[0003] Conventional pressure sensors, and two pressure P 0 when none of the two pressure P 0 and P 1 is not a fixed value P
A relative pressure sensor that measures the differential pressure of 1 and two pressures P
Two pressures P 0 when one of 0 and P 1 is a fixed value
There are two types of absolute pressure sensor that measures the pressure difference P 1 and.

【0004】図6は従来の静電容量型圧力センサの一例
の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of an example of a conventional capacitance type pressure sensor.

【0005】この圧力センサのダイアフラム51は、一
導電型(p型またはn型)で単結晶のシリコン基板をエ
ッチングして一面に薄肉部52,厚肉部53を形成し、
他面に凹部54を形成して感圧部とし、凹部54に下部
電極55を設け、薄肉部52と厚肉部53とから成る感
圧部の隣に信号処理回路部56を設けた構造になってい
る。信号処理回路部56は、シリコン基板と反対導電型
(n型またはp型)のウェル57内に素子領域58を設
け、素子領域58に電極59を接続して構成される。
For the diaphragm 51 of this pressure sensor, a single-conductivity type (p-type or n-type) single-crystal silicon substrate is etched to form a thin portion 52 and a thick portion 53 on one surface,
In the structure in which the concave portion 54 is formed on the other surface to form a pressure sensitive portion, the lower electrode 55 is provided in the concave portion 54, and the signal processing circuit portion 56 is provided next to the pressure sensitive portion including the thin portion 52 and the thick portion 53. Has become. The signal processing circuit unit 56 is configured by providing an element region 58 in a well 57 of a conductivity type (n type or p type) opposite to that of a silicon substrate, and connecting an electrode 59 to the element region 58.

【0006】上部ガラス板61にはダイアフラム51の
下部電極55に向い合う領域に上部電極62とこの上部
電極62を信号処理回路部56に接続する接続配線(図
示せず)が形成され、また信号処理回路部56に向い合
う領域に凹部63が形成され、信号処理回路部56を損
傷しないように保護する空間が形成されている。
On the upper glass plate 61, an upper electrode 62 and a connecting wiring (not shown) for connecting the upper electrode 62 to the signal processing circuit section 56 are formed in a region of the diaphragm 51 facing the lower electrode 55, and a signal is provided. A concave portion 63 is formed in a region facing the processing circuit portion 56, and a space for protecting the signal processing circuit portion 56 from being damaged is formed.

【0007】ダイアフラム51の上に上部ガラス板61
を置き、下部電極55と上部電極62とを位置合わせし
て、約400℃に加熱して600〜1000Vの直流電
圧を印加する陽極接合法で貼り合わせる。
An upper glass plate 61 is placed on the diaphragm 51.
Then, the lower electrode 55 and the upper electrode 62 are aligned with each other, and they are bonded by an anodic bonding method in which they are heated to about 400 ° C. and a DC voltage of 600 to 1000 V is applied.

【0008】ダイアフラム51と上部ガラス板61とを
貼り合わせることるよりダイアフラム51の凹部54と
上部ガラス板61との間に密閉された空間64が形成さ
れる。この空間64内の圧力をP0 とする。圧力P0
一定値であり、基準値となる。外気圧をP1 とすると、
この圧力センサは、圧力P0 を基準値とする圧力差(P
1 −P0 )を検出する。信号処理回路部56は、この値
から絶対圧力を算出する。上部ガラス板61に空間64
に通じる孔をあけ、空間64に別の気体の圧力P2 を導
入して圧力差(P1 −P2 )を測定した場合は、この圧
力センサは、圧力P2 に対する相対圧力(P1 −P2
を測定したことになる。
By bonding the diaphragm 51 and the upper glass plate 61 together, a sealed space 64 is formed between the recess 54 of the diaphragm 51 and the upper glass plate 61. The pressure in this space 64 is P 0 . The pressure P 0 is a constant value and serves as a reference value. If the external pressure is P 1 ,
The pressure sensor, the pressure difference to a reference value of pressure P 0 (P
1− P 0 ) is detected. The signal processing circuit unit 56 calculates the absolute pressure from this value. Space 64 in the upper glass plate 61
When a pressure P 2 of another gas is introduced into the space 64 to measure the pressure difference (P 1 −P 2 ), this pressure sensor measures the relative pressure (P 1 −P 2 ) to the pressure P 2 . P 2 )
Will be measured.

【0009】図7は図6のダイアフラムの製造方法を説
明するための工程順に示した断面図である。
7A to 7C are sectional views showing the method of manufacturing the diaphragm of FIG. 6 in order of steps for explaining the method.

【0010】まず、図7(a)に示すように、結晶方位
が〔100〕である主面を有する単結晶で一導電型(p
型またはn型)のシリコン基板71の上面にSiO2
どのレジストマスク72を設け、下部電極を形成する領
域となる所のレジストマスク72に開口を形成し、シリ
コン基板71と反対導電型(n型またはp型)の不純物
をイオン注入または拡散により導入して反対導電型領域
73を形成する。
First, as shown in FIG. 7 (a), a single crystal having a major surface whose crystal orientation is [100] is of one conductivity type (p).
Type or n-type) silicon substrate 71 is provided with a resist mask 72 such as SiO 2 and an opening is formed in the resist mask 72 in a region where a lower electrode is formed. Type or p-type) impurities are introduced by ion implantation or diffusion to form the opposite conductivity type region 73.

【0011】次に、図7(b)に示すように、レジスト
マスク72を除去し、新しくレジストマスクを設け、開
口を形成し、不純物を導入する通常の方法により反対導
電型のウェル57、一導電型の素子領域58、電極5
9、絶縁膜74を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, the resist mask 72 is removed, a new resist mask is provided, an opening is formed, and an impurity is introduced into the well 57 of the opposite conductivity type by a usual method. Conductive element region 58, electrode 5
9. An insulating film 74 is formed.

【0012】次に、図7(c)に示すように、シリコン
基板71の表面にレジストマスク75を設けて保護し、
シリコン基板71の裏面に耐エッチング性の異なるレジ
ストマスク76、77を設ける。このようなレジストマ
スクの材料としてSiO2 、Si3 4 が適している。
薄肉部を形成する領域となる所のレジストマスク77に
開口を形成し、次に厚肉部53を形成する領域となる所
のレジストマスク76を残してレジストマスク76をエ
ッチングして開口を形成してシリコン基板71の裏面を
露出させる。開口を通してシリコン基板71をTMAH
(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、(C
3 4 NOH)などで異方性エッチングして凹部78
を形成する。凹部78の深さは、薄肉部52と厚肉部5
3との厚さの差にする。
Next, as shown in FIG. 7C, a resist mask 75 is provided on the surface of the silicon substrate 71 to protect it.
Resist masks 76 and 77 having different etching resistances are provided on the back surface of the silicon substrate 71. SiO 2 and Si 3 N 4 are suitable as materials for such a resist mask.
An opening is formed in the resist mask 77 where the thin portion is to be formed, and the resist mask 76 is etched leaving the resist mask 76 where the thick portion 53 is to be formed to form the opening. To expose the back surface of the silicon substrate 71. TMAH the silicon substrate 71 through the opening
(Tetramethylammonium hydroxide, (C
H 3 ) 4 NOH) and the like are anisotropically etched to form the recess 78.
To form. The depth of the concave portion 78 is the same as the thin portion 52 and the thick portion 5
The difference in thickness from 3 is used.

【0013】次に、図7(d)に示すように、レジスト
マスク77の開口内のレジストマスク76を除去し、シ
リコン基板71をTMAHでエッチングする。このエッ
チングは、薄肉部52の厚さが所定厚さになるまで行
う。この時、厚肉部53もエッチングされ、厚肉部53
の下面はシリコン基板71の下面よりも引込むことにな
る。
Next, as shown in FIG. 7D, the resist mask 76 in the opening of the resist mask 77 is removed, and the silicon substrate 71 is etched by TMAH. This etching is performed until the thin portion 52 has a predetermined thickness. At this time, the thick portion 53 is also etched, and the thick portion 53
The lower surface of the silicon substrate 71 is recessed from the lower surface of the silicon substrate 71.

【0014】次に、図7(e)に示すように、シリコン
基板71の下面とレジストマスク76,77の表面をホ
トレジストなどのレジストマスク79で覆い、凹部54
を形成する予定の領域の上のレジストマスク75に開口
を形成する。この開口を通してシリコン基板71をエッ
チングして凹部54を形成する。このとき、反対導電型
領域73もエッチングされて下部電極55が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 7E, the lower surface of the silicon substrate 71 and the surfaces of the resist masks 76 and 77 are covered with a resist mask 79 such as photoresist to form the recess 54.
An opening is formed in the resist mask 75 above the region where the mask is to be formed. The silicon substrate 71 is etched through this opening to form the recess 54. At this time, the opposite conductivity type region 73 is also etched to form the lower electrode 55.

【0015】次に、図7(f)に示すように、レジスト
マスク75〜77,79を除去し、ダイアフラム51を
得る。
Next, as shown in FIG. 7F, the resist masks 75 to 77 and 79 are removed to obtain the diaphragm 51.

【0016】図8は図6の上部ガラス板の製造方法を説
明するための工程順に示した断面図である。
FIGS. 8A to 8C are sectional views showing the method of manufacturing the upper glass plate of FIG. 6 in order of steps for explaining the method.

【0017】まず、図8(a)に示すように、上部ガラ
ス板61の両面にホトレジスト等でレジストマスク8
1,82を設け、レジストマスク81に開口83を設け
る。開口83を通して上部ガラス板61をフッ化水素酸
系のエッチング液でエッチングして凹部63を形成す
る。
First, as shown in FIG. 8A, a resist mask 8 is formed on both surfaces of the upper glass plate 61 with photoresist or the like.
1, 82, and an opening 83 is provided in the resist mask 81. The upper glass plate 61 is etched through the opening 83 with a hydrofluoric acid-based etching solution to form a recess 63.

【0018】次に、図8(b)に示すように、レジスト
マスク82を除去し、新しくレジストマスク84を設
け、上部電極62を形成する領域のレジストマスク84
に開口85を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, the resist mask 82 is removed, a new resist mask 84 is provided, and the resist mask 84 in the region where the upper electrode 62 is formed is formed.
An opening 85 is formed in the.

【0019】次に、図8(c)に示すように、レジスト
マスク84の上に金属膜86を蒸着またはスパッタ法に
より形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, a metal film 86 is formed on the resist mask 84 by vapor deposition or sputtering.

【0020】次に、図8(d)に示すように、レジスト
マスク84をその上の金属膜86と共に除去する。開口
85の所の金属膜86が残り、上部電極47が形成され
る。このようにして図6の上部ガラス板61が得られ
る。
Next, as shown in FIG. 8D, the resist mask 84 is removed together with the metal film 86 thereon. The metal film 86 at the opening 85 remains, and the upper electrode 47 is formed. In this way, the upper glass plate 61 of FIG. 6 is obtained.

【0021】このようにして製造されたダイアフラム5
1と上部ガラス板61とを重ね、ダイアフラム51の下
部電極55と上部電極62とを位置合わせして、約40
0℃に加熱して600〜1000Vの直流電圧を印加す
る陽極接合法で貼り合わせることにより図6に示す圧力
センサが製造される。
Diaphragm 5 manufactured in this way
1 and the upper glass plate 61 are overlapped with each other, and the lower electrode 55 and the upper electrode 62 of the diaphragm 51 are aligned with each other, and about 40
The pressure sensor shown in FIG. 6 is manufactured by heating at 0 ° C. and bonding by an anodic bonding method in which a DC voltage of 600 to 1000 V is applied.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の圧
力センサの製造において、圧力センサの感度を狭いばら
つきの範囲内に収めるためにはダイアフラムの感圧部と
なる薄肉部の厚さを狭いばらつきの範囲内に揃える必要
がある。従来は、薄肉部の厚さの制御をエッチング液の
組成と温度とエッチング時間の制御で行っていたが、薄
肉部の厚さには±3μm程度のばらつきがあり、ばらつ
きをこれ以下に抑えることは甚だ難しかった。このた
め、狭い範囲内の感度を有する圧力センサの歩留りが悪
く、コストが高くなるという問題があった。
In the manufacture of the conventional pressure sensor described above, in order to keep the sensitivity of the pressure sensor within the range of narrow variation, the thickness of the thin portion which is the pressure sensitive portion of the diaphragm varies widely. Must be within the range of. In the past, the thickness of the thin portion was controlled by controlling the composition of the etching solution, the temperature, and the etching time. However, the thickness of the thin portion has a variation of about ± 3 μm. Was very difficult. Therefore, there is a problem that the yield of the pressure sensor having the sensitivity within a narrow range is low and the cost is high.

【0023】本発明の目的は、薄肉部の厚さを狭いばら
つきの範囲内に揃えることが容易で、センサの感度を狭
いばらつきの範囲内に収めることが容易な構造を有し、
感度が揃った製品を歩留り良く安定に製造できる静電容
量型圧力センサとその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to have a structure in which it is easy to make the thickness of the thin portion within a narrow range of variation and to easily set the sensitivity of the sensor within a narrow range of variation.
An object of the present invention is to provide an electrostatic capacitance type pressure sensor and a manufacturing method thereof that can stably manufacture products with uniform sensitivity with good yield.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明の静電容量型圧力
センサは、シリコン基板の上に絶縁膜を介して設けられ
た一導電型で単結晶のシリコン層と、このシリコン層の
表面に設けられた下部電極と、この下部電極に向かい合
う前記シリコン基板の領域を選択除去して形成される薄
肉部とを有するダイアフラムと、前記ダイアフラムの上
面に取付けられ前記下部電極に間隔をおいて対向する上
部電極を有する上部ガラス板と、前記シリコン層の表面
に設けられ前記下部電極と前記上部電極からの信号を受
けて圧力値を算出する信号処理回路部とを備えたことを
特徴とする。
A capacitance type pressure sensor according to the present invention comprises a single conductivity type single crystal silicon layer provided on a silicon substrate via an insulating film and a surface of the silicon layer. A diaphragm having a lower electrode provided and a thin portion formed by selectively removing a region of the silicon substrate facing the lower electrode, and a diaphragm attached to an upper surface of the diaphragm and facing the lower electrode with a space therebetween. An upper glass plate having an upper electrode, and a signal processing circuit unit provided on the surface of the silicon layer for calculating a pressure value by receiving signals from the lower electrode and the upper electrode are provided.

【0025】本発明は、前記薄肉部が前記絶縁膜と前記
シリコン層とから成ることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the thin portion comprises the insulating film and the silicon layer.

【0026】本発明は、前記薄肉部が前記シリコン層の
みから成ることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the thin portion is composed of only the silicon layer.

【0027】本発明は、前記薄肉部の中央部分に前記シ
リコン基板の一部で構成され前記薄肉部よりも厚い厚肉
部を有することを特徴とする。
The present invention is characterized in that a thick portion which is formed of a part of the silicon substrate and is thicker than the thin portion is provided in a central portion of the thin portion.

【0028】本発明は、前記厚肉部が前記絶縁膜を介し
て前記シリコン層と接していることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the thick portion is in contact with the silicon layer through the insulating film.

【0029】本発明は、前記シリコン基板の一部の選択
除去して絶縁分離されたシリコンの島と、この島に接す
る前記絶縁膜を選択除去して形成された開口と、この開
口を通して前記信号処理回路部の入出力部と前記島とを
接続する接続配線を含むことを特徴とする。
According to the present invention, a part of the silicon substrate is selectively removed by insulation to form an island of silicon, an opening formed by selectively removing the insulating film in contact with the island, and the signal through the opening. It is characterized by including a connection wiring for connecting the input / output section of the processing circuit section and the island.

【0030】本発明の静電容量型圧力センサの製造方法
は、(A)シリコン基板の表面に所定の厚さの絶縁膜を
形成する工程と、この絶縁膜の上に一導電型で単結晶の
シリコン層を設ける工程と、このシリコン層を所定の厚
さに調整する工程と、このシリコン層の表面の所定位置
に下部電極とこの下部電極に接続する信号処理回路部と
を形成する工程と、前記下部電極に向かい合う前記シリ
コン基板の領域を選択除去して薄肉部を形成する工程と
を備えたダイアフラム形成工程、(B)ガラス板の両面
に耐エッチング性のレジストマスクを設け、前記ダイア
フラムの下部電極および信号処理回路部に向い合う領域
のレジストマスクに開口を設ける工程と、前記開口を通
して前記ガラスをエッチングして前記下部電極および信
号処理回路部に向い合う領域に凹部を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、前記下部電極に
向い合う凹部に上部電極を形成する工程と、この上部電
極を前記信号処理回路部に接続するための接続配線を形
成する工程とを備えた上部ガラス板形成工程、(C)前
記ダイアフラムの上面に前記上部ガラス板を前記下部電
極と前記上部電極とが向い合うように位置合わせして貼
合わせると同時に前記接続配線を前記信号処理回路部に
接続する工程とを備えたことを特徴とする。
The method of manufacturing a capacitance type pressure sensor according to the present invention comprises: (A) a step of forming an insulating film of a predetermined thickness on the surface of a silicon substrate, and a single crystal of one conductivity type on the insulating film. A step of providing the silicon layer, a step of adjusting the silicon layer to a predetermined thickness, and a step of forming a lower electrode and a signal processing circuit section connected to the lower electrode at a predetermined position on the surface of the silicon layer. A step of forming a thin portion by selectively removing a region of the silicon substrate facing the lower electrode, and (B) providing an etching resistant resist mask on both surfaces of the glass plate, A step of forming an opening in a resist mask in a region facing the lower electrode and the signal processing circuit section; and etching the glass through the opening to expose the lower electrode and the signal processing circuit section. Forming a recess in the fit region,
An upper part including a step of removing the resist mask, a step of forming an upper electrode in a recess facing the lower electrode, and a step of forming a connection wiring for connecting the upper electrode to the signal processing circuit section. Glass plate forming step, (C) The upper glass plate is aligned and bonded on the upper surface of the diaphragm so that the lower electrode and the upper electrode face each other, and at the same time, the connection wiring is connected to the signal processing circuit unit. And a step of performing.

【0031】本発明は、前記薄肉部を形成する工程が、
前記シリコン基板のみを選択除去して形成する工程であ
ることを特徴とする。
According to the present invention, the step of forming the thin portion includes
It is characterized in that it is a step of selectively removing and forming only the silicon substrate.

【0032】本発明は、前記薄肉部を形成する工程が、
前記シリコン基板と前記絶縁膜とを選択除去して形成す
る工程であることを特徴とする。
According to the present invention, the step of forming the thin portion includes
It is characterized in that it is a step of selectively removing and forming the silicon substrate and the insulating film.

【0033】本発明は、前記薄肉部の中央部分に前記シ
リコン基板の一部を選択除去して厚肉部を形成する工程
を含むことを特徴とする。
The present invention is characterized by including a step of selectively removing a part of the silicon substrate at a central portion of the thin portion to form a thick portion.

【0034】本発明は、前記シリコン基板の一部の周囲
を前記絶縁膜に到るまで選択除去して絶縁分離されたシ
リコンの島を形成し、この島に接する前記絶縁膜を選択
除去して前記信号処理回路部の入出力部を前記島に接続
する工程を含むことを特徴とする。
According to the present invention, a portion of the periphery of the silicon substrate is selectively removed until reaching the insulating film to form an island of silicon that is insulated and separated, and the insulating film in contact with the island is selectively removed. The method may further include connecting an input / output unit of the signal processing circuit unit to the island.

【0035】[0035]

【作用】本発明では、シリコン基板とシリコン層とを絶
縁膜を介して貼り合わせ、シリコン層の表面に下部電極
を設け、下部電極に向かい合うシリコン基板の領域を選
択除去して薄肉部を形成することによってダイアフラム
を構成している。そして、ダイアフラムの下部電極に対
向する上部電極を有する上部ガラス板をダイアフラムの
上に接合して静電容量型圧力センサを構成している。感
圧部となる薄肉部の厚さは、シリコン層と絶縁膜の厚さ
で決まる。シリコン層の厚さは研磨によって調整される
が、シリコン層の研磨は相当高い精度で制御でき、シリ
コン層の厚さは狭いばらつきの範囲内で目標値に収めら
れる。また、絶縁膜の厚さはシリコン層よりも更に狭い
ばらつきの範囲内で制御できる。従って、薄肉部の厚さ
は、従来よりも1桁程度狭いばらつきの範囲内に収める
ことができる。
In the present invention, the silicon substrate and the silicon layer are bonded together via the insulating film, the lower electrode is provided on the surface of the silicon layer, and the region of the silicon substrate facing the lower electrode is selectively removed to form a thin portion. This constitutes the diaphragm. Then, an upper glass plate having an upper electrode facing the lower electrode of the diaphragm is joined onto the diaphragm to form a capacitance type pressure sensor. The thickness of the thin portion that becomes the pressure sensitive portion is determined by the thickness of the silicon layer and the insulating film. Although the thickness of the silicon layer is adjusted by polishing, the polishing of the silicon layer can be controlled with considerably high accuracy, and the thickness of the silicon layer is set within a target range within a narrow variation. Further, the thickness of the insulating film can be controlled within a range of variation narrower than that of the silicon layer. Therefore, the thickness of the thin portion can be kept within a range of variation that is narrower by one digit than the conventional one.

【0036】前記薄肉部は、シリコン基板を選択エッチ
ングして形成されるが、そのとき絶縁膜はエッチ・スト
ッパの役目をしている。それ故、絶縁膜が露出するよう
にエッチングすれば、薄肉部の厚さはシリコン層と絶縁
膜の厚さで決まり、エッチング不足やエッチング過剰に
より薄肉部の厚さがばらつくというようなことは起こら
ない。
The thin portion is formed by selectively etching a silicon substrate, and at that time, the insulating film functions as an etch stopper. Therefore, if etching is performed so that the insulating film is exposed, the thickness of the thin portion is determined by the thickness of the silicon layer and the insulating film, and the thickness of the thin portion may vary due to insufficient etching or excessive etching. Absent.

【0037】圧力センサの感度を高めるためには薄肉部
の厚さは薄い方がよい。このため、絶縁膜を除去して、
薄肉部をシリコン層のみで構成して薄肉部の厚さを薄く
すると、圧力センサの感度を高めることができる。絶縁
膜はエッチ・ストッパの役目をしているから、絶縁膜の
除去はシリコン基板の選択エッチングが終了した後にす
る。
In order to increase the sensitivity of the pressure sensor, it is preferable that the thin portion has a small thickness. Therefore, remove the insulating film,
The sensitivity of the pressure sensor can be increased by forming the thin portion only with the silicon layer to reduce the thickness of the thin portion. Since the insulating film functions as an etch stopper, the insulating film is removed after the selective etching of the silicon substrate is completed.

【0038】圧力センサの感圧部は、薄肉部のみで構成
することができるが、大きな圧力がかかったとき、薄肉
部が円弧状に撓み、上部電極とダイアフラムとが平行に
ならず、圧力−容量変換が複雑になる。これを防ぎ、上
部電極とダイアフラムとの平行度を保つために、薄肉部
の中央部分に厚肉部を設ける。厚肉部は、薄肉部よりも
厚く、シリコン基板よりも薄くするのが普通であるが、
シリコン基板と同じ厚さにしても良い。
The pressure-sensitive portion of the pressure sensor can be composed of only the thin-walled portion, but when a large pressure is applied, the thin-walled portion bends in an arc shape and the upper electrode and the diaphragm are not parallel to each other. Capacity conversion becomes complicated. In order to prevent this and maintain parallelism between the upper electrode and the diaphragm, a thick portion is provided in the central portion of the thin portion. The thick part is usually thicker than the thin part and thinner than the silicon substrate,
The thickness may be the same as that of the silicon substrate.

【0039】前記厚肉部は、シリコン基板の一部を選択
エッチングして作られるので、厚肉部は絶縁膜を介して
前記シリコン層と接している。
Since the thick portion is formed by selectively etching a part of the silicon substrate, the thick portion is in contact with the silicon layer via the insulating film.

【0040】この発明の圧力センサは、シリコン基板と
シリコン層とが絶縁膜により完全に絶縁されていて電気
信号はすべてシリコン層から取り出される。このこと
は、シリコン基板をどこに取付けてもシリコン層は常に
絶縁されていて取付場所の影響を受けないという大きな
利点を有していることを示す。しかしながら、プリント
回路板に圧力センサを取付ける場合には、プリント回路
板の配線またはランドに圧力センサのシリコン基板を取
付け、圧力センサの入出力信号をプリント回路板の配線
に流してやる場合が多い。このような場合、圧力センサ
の信号処理回路部の入出力部をシリコン基板に接続して
おくと、圧力センサをプリント回路板の配線またはラン
ドに取付けるだけで圧力センサの入出力信号をプリント
回路板の配線に流すことができて便利である。そのよう
なことを可能にするために、シリコン基板の一部の選択
除去して絶縁分離されたシリコンの島を設け、この島に
接する絶縁膜を選択除去して開口を形成し、この開口を
通して信号処理回路部の入出力部と島とを接続配線で接
続する。
In the pressure sensor of this invention, the silicon substrate and the silicon layer are completely insulated by the insulating film, and all electric signals are taken out from the silicon layer. This shows that no matter where the silicon substrate is attached, the silicon layer is always insulated and is not affected by the place of attachment, which is a great advantage. However, when the pressure sensor is mounted on the printed circuit board, it is often the case that the silicon substrate of the pressure sensor is mounted on the wiring or land of the printed circuit board and the input / output signals of the pressure sensor are sent to the wiring of the printed circuit board. In such a case, if the input / output section of the signal processing circuit section of the pressure sensor is connected to the silicon substrate, the input / output signal of the pressure sensor can be sent by simply attaching the pressure sensor to the wiring or land of the printed circuit board. It is convenient because it can be fed to the wiring. In order to enable such a thing, a part of the silicon substrate is selectively removed to provide an island of insulation-isolated silicon, the insulating film in contact with this island is selectively removed, and an opening is formed. The input / output section of the signal processing circuit section and the island are connected by connection wiring.

【0041】この発明の圧力センサの製造方法において
は、絶縁膜を所定の厚さに形成する工程と、シリコン層
を所定の厚さに調整する工程とが重要である。シリコン
層の厚さの調整には研磨が用いられるが、研磨により相
当高い精度でシリコン層の厚さを目標値に持っていくこ
とができる。絶縁膜の厚さはシリコン層の厚さの制御以
上に制御できる。従って、感圧部となる薄肉部を絶縁膜
とシリコン層とで構成するようにすれば、薄肉部の厚さ
を狭いばらつきの範囲内に収めることができ、感度特性
の揃った圧力センサを高歩留りで安定に製造することが
できる。
In the method of manufacturing the pressure sensor of the present invention, the step of forming the insulating film to a predetermined thickness and the step of adjusting the silicon layer to a predetermined thickness are important. Although polishing is used for adjusting the thickness of the silicon layer, the thickness of the silicon layer can be brought to a target value with considerably high accuracy by polishing. The thickness of the insulating film can be controlled more than the control of the thickness of the silicon layer. Therefore, if the thin portion serving as the pressure sensitive portion is configured by the insulating film and the silicon layer, the thickness of the thin portion can be set within a narrow variation range, and a pressure sensor having uniform sensitivity characteristics can be provided. It can be stably manufactured with a high yield.

【0042】上述のように、感圧部となる薄肉部を絶縁
膜とシリコン層とで構成するときは、シリコン基板のみ
を選択除去する工程で薄肉部を形成することができる。
As described above, when the thin portion which becomes the pressure sensitive portion is composed of the insulating film and the silicon layer, the thin portion can be formed in the step of selectively removing only the silicon substrate.

【0043】圧力センサの感度を高めるためには薄肉部
の厚さは薄い方がよい。このため、薄肉部をシリコン層
のみで構成し、絶縁膜を除去する。絶縁膜はエッチ・ス
トッパの役目をしているから、シリコン基板の選択エッ
チングが終了した後に絶縁膜を除去する。
In order to increase the sensitivity of the pressure sensor, it is preferable that the thin portion has a small thickness. Therefore, the thin portion is composed of only the silicon layer and the insulating film is removed. Since the insulating film functions as an etch stopper, the insulating film is removed after the selective etching of the silicon substrate is completed.

【0044】薄肉部が円弧状に撓むのを防ぎ、上部電極
とダイアフラムとの平行度を保つために、薄肉部の中央
部分に厚肉部を設けるが、厚肉部はシリコン基板の一部
を選択除去して厚肉部を形成する。
In order to prevent the thin portion from bending in an arc shape and to maintain the parallelism between the upper electrode and the diaphragm, the thick portion is provided in the central portion of the thin portion. The thick portion is a part of the silicon substrate. Is selectively removed to form a thick portion.

【0045】この発明の圧力センサは、信号処理回路部
が形成されているシリコン層が絶縁膜によりシリコン基
板と完全に絶縁されていることが利点の一つであるが、
信号処理回路部をシリコン基板に接続しておくと、便利
な場合がある。これを実現するために、シリコン基板の
一部の周囲を絶縁膜に到るまで選択除去して絶縁分離さ
れたシリコンの島を形成し、この島に接する絶縁膜を選
択除去して信号処理回路部の入出力部を島に接続する。
この島は、シリコン基板の残りの部分とは絶縁分離され
ているから、シリコン基板の残りの部分に電気的影響を
及ぼすことはない。
One of the advantages of the pressure sensor of the present invention is that the silicon layer in which the signal processing circuit portion is formed is completely insulated from the silicon substrate by the insulating film.
It may be convenient to connect the signal processing circuit section to the silicon substrate. In order to achieve this, a part of the silicon substrate is selectively removed until it reaches the insulating film to form an island of isolated silicon, and the insulating film in contact with this island is selectively removed to perform the signal processing circuit. Connect the input / output section of the section to the island.
Since the island is isolated from the rest of the silicon substrate, it does not electrically affect the rest of the silicon substrate.

【0046】[0046]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例の断面図であ
る。
1 is a sectional view of a first embodiment of the present invention.

【0047】シリコン基板1は、結晶方位が〔100〕
である主面を有する単結晶のシリコン基板から成る。こ
のシリコン基板1の表面に絶縁膜2を形成し、その上に
一導電型のシリコン層3を形成する。シリコン層3に反
対導電型の不純物を高濃度に拡散して高伝導度の下部電
極4を形成し、その隣の領域に信号処理回路部5を形成
し、反対導電型不純物の拡散により接続配線6を形成
し、下部電極4と信号処理回路部5とを接続する。シリ
コン基板1を選択エッチングして薄肉部7と厚肉部8を
形成する。薄肉部7は、絶縁膜2とシリコン層3とから
なり、感圧部を構成する。これによりダイアフラムが構
成される。
The silicon substrate 1 has a crystal orientation of [100].
It is composed of a single crystal silicon substrate having a main surface of. An insulating film 2 is formed on the surface of the silicon substrate 1, and a silicon layer 3 of one conductivity type is formed on the insulating film 2. Impurities of opposite conductivity type are diffused into the silicon layer 3 to a high concentration to form a lower electrode 4 having high conductivity, a signal processing circuit section 5 is formed in a region adjacent to the lower electrode 4, and connection wiring is formed by diffusion of impurities of opposite conductivity type. 6 is formed, and the lower electrode 4 and the signal processing circuit unit 5 are connected. The thin portion 7 and the thick portion 8 are formed by selectively etching the silicon substrate 1. The thin portion 7 is composed of the insulating film 2 and the silicon layer 3 and constitutes a pressure sensitive portion. This constitutes a diaphragm.

【0048】厚肉部8は、必ずしも必要ではないが、大
きな圧力がかかったとき、薄肉部7が円弧状に撓むのを
防ぎ、上部電極14とダイアフラムとの平行度を安定に
保つ効果があるので、厚肉部8を設けた方が良い。厚肉
部8は、薄肉部7よりも厚く、シリコン基板1よりも薄
くするのが普通であるが、シリコン基板1と同じ厚さに
しても良い。
The thick-walled portion 8 is not always necessary, but has an effect of preventing the thin-walled portion 7 from bending in an arc shape when a large pressure is applied, and keeping the parallelism between the upper electrode 14 and the diaphragm stable. Therefore, it is better to provide the thick portion 8. The thick portion 8 is usually thicker than the thin portion 7 and thinner than the silicon substrate 1, but may be the same thickness as the silicon substrate 1.

【0049】上部ガラス板11は、薄肉部7と厚肉部8
とから成る感圧部に向い合う領域に凹部12を形成し、
信号処理回路部5に向かい合う領域に凹部13を形成
し、凹部12に上部電極14と、上部電極14と信号処
理回路部5とを接続する接続配線(図示せず)を形成す
ることにより作られる。
The upper glass plate 11 has a thin portion 7 and a thick portion 8
A concave portion 12 is formed in a region facing the pressure-sensitive portion consisting of
The recess 13 is formed in a region facing the signal processing circuit unit 5, and the recess 12 is formed by forming an upper electrode 14 and a connection wiring (not shown) connecting the upper electrode 14 and the signal processing circuit unit 5. .

【0050】シリコン層3の上面に上部ガラス板11を
置き、下部電極4と上部電極14とが向い合うように位
置合わせして、陽極接合法により貼合わせると同時に接
続配線を信号処理回路部5に接続する。
The upper glass plate 11 is placed on the upper surface of the silicon layer 3, the lower electrode 4 and the upper electrode 14 are aligned so that they face each other, and they are bonded by the anodic bonding method, and at the same time the connection wiring is connected to the signal processing circuit section 5. Connect to.

【0051】図2は図1のダイアフラムの製造方法を説
明するための工程順に示した断面図である。
2A to 2D are cross-sectional views showing the method of manufacturing the diaphragm of FIG. 1 in order of steps for explaining the method.

【0052】まず、図2(a)に示すように、結晶方位
が〔100〕である主面を有する単結晶のシリコン基板
1の表面に熱酸化により厚さ約0.5〜1μmのSiO
2 の絶縁膜2を設ける。絶縁膜2は、相当正確に形成す
ることができ、±0.01μm以下の精度で所望の厚さ
にすることができる。一導電型の単結晶のシリコン板2
1を別に用意し、シリコン基板1の絶縁膜2の上に置
く。
First, as shown in FIG. 2 (a), the surface of a single crystal silicon substrate 1 having a main surface with a crystal orientation of [100] is thermally oxidized to a thickness of about 0.5-1 μm of SiO 2.
2 insulating film 2 is provided. The insulating film 2 can be formed quite accurately and can be formed to a desired thickness with an accuracy of ± 0.01 μm or less. One conductivity type single crystal silicon plate 2
1 is separately prepared and placed on the insulating film 2 of the silicon substrate 1.

【0053】次に、図2(b)に示すように、シリコン
板21を絶縁膜2の上に重ね合わせ、約1000℃〜1
200℃のN2 雰囲気中で約1時間加熱して貼り合わせ
る。シリコン基板1とシリコン板21との間には、特に
圧力をかけたり、電圧をかけたりするようなことはしな
い。
Next, as shown in FIG. 2B, a silicon plate 21 is superposed on the insulating film 2 and the temperature is about 1000 ° C. to 1 ° C.
The pieces are heated and bonded in a N 2 atmosphere at 200 ° C. for about 1 hour. No particular pressure or voltage is applied between the silicon substrate 1 and the silicon plate 21.

【0054】次に、図2(c)に示すように、シリコン
板21を研磨して厚さ約15〜25μmの薄いシリコン
層3に調整する。この調整は、薄肉部7の厚さを決定す
るものであるから重要である。この研磨は相当正確に行
うことができ、±0.5μm以内の精度で所望の厚さに
することができる。シリコン板21の研磨は、シリコン
層3と絶縁膜2の厚さの和が20μm程度となるように
するのが望ましい。シリコン層3の表面にSiO2 など
のマスクを設け、窓あけし、不純物を拡散する通常の方
法によって、ウェル22、素子領域23、絶縁膜24、
電極25を形成して信号処理回路部5を形成する。同様
にしてシリコン層3と反対導電型の下部電極4、接続配
線6を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (c), the silicon plate 21 is polished to prepare a thin silicon layer 3 having a thickness of about 15 to 25 μm. This adjustment is important because it determines the thickness of the thin portion 7. This polishing can be performed fairly accurately, and the desired thickness can be obtained with an accuracy within ± 0.5 μm. It is desirable that the silicon plate 21 be polished so that the sum of the thicknesses of the silicon layer 3 and the insulating film 2 is about 20 μm. A well 22, an element region 23, an insulating film 24 are formed by a usual method of providing a mask such as SiO 2 on the surface of the silicon layer 3, opening a window, and diffusing impurities.
The electrode 25 is formed to form the signal processing circuit unit 5. Similarly, a lower electrode 4 having a conductivity type opposite to that of the silicon layer 3 and a connection wiring 6 are formed.

【0055】次に、図2(d)に示すように、シリコン
層3の表面をレジストマスク26で覆い、シリコン基板
1の裏面に耐エッチング性が異なるレジストマスク2
7,28を設ける。例えば、レジストマスク27にSi
2 、レジストマスク28にSi3 4 を用いる。薄肉
部7を形成する領域のレジストマスク28に窓をあけ、
厚肉部8を形成する領域のレジストマスク27を残し、
薄肉部7を形成する領域のレジストマスク27をエッチ
ングして除去する。
Next, as shown in FIG. 2D, the surface of the silicon layer 3 is covered with a resist mask 26, and the back surface of the silicon substrate 1 is covered with a resist mask 2 having different etching resistance.
7 and 28 are provided. For example, if the resist mask 27
O 2 and Si 3 N 4 are used for the resist mask 28. A window is opened in the resist mask 28 in the region where the thin portion 7 is formed,
Leaving the resist mask 27 in the region where the thick portion 8 is formed,
The resist mask 27 in the region where the thin portion 7 is formed is removed by etching.

【0056】次に、図2(e)に示すように、TMAH
(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、(C
3 4 NOH)で異方性エッチングを行い、凹部29
を形成する。TMAHは、SiO2 を殆どエッチせずに
シリコンをエッチするので、SiO2 をマスクとして使
用する場合のシリコンのエッチングにはKOHより優れ
ている。
Next, as shown in FIG. 2E, TMAH
(Tetramethylammonium hydroxide, (C
H 3 ) 4 NOH) is used for anisotropic etching to form the recess 29.
To form. TMAH etches silicon with little etching of SiO 2 and is therefore superior to KOH for etching silicon when using SiO 2 as a mask.

【0057】次に、図2(f)に示すように、厚肉部8
を形成する領域のレジストマスク27を除去し、TMA
Hで再び異方性エッチングを行い絶縁膜2に達する凹部
29を形成する。このとき、レジストマスク27で覆わ
れないシリコン基板21もエッチングされ、厚肉部8が
形成される。絶縁膜2はエッチング剤に対するストッパ
となっており、絶縁膜2とシリコン層3からなる薄肉部
7の厚さが図2(c)で設定した厚さに維持されるとい
う大きな効果を有している。従来は薄肉部7の厚さの制
御をエッチング液の組成とエッチング時間の制御で行っ
ていたので薄肉部7の厚さを狭い許容範囲に収めること
が難しかったが、本発明では絶縁膜2がストッパとなっ
ていてそれ以上はエッチングされないので、薄肉部7の
厚さを精度良く制御できる。エッチング終了後レジスト
マスク26,27,28を除去する。これにより図1に
示すダイアフラムが製造される。
Next, as shown in FIG. 2 (f), the thick portion 8
The resist mask 27 in the region for forming
Anisotropic etching is again performed with H to form a recess 29 reaching the insulating film 2. At this time, the silicon substrate 21 not covered with the resist mask 27 is also etched to form the thick portion 8. The insulating film 2 serves as a stopper against the etching agent, and has a great effect that the thickness of the thin portion 7 composed of the insulating film 2 and the silicon layer 3 is maintained at the thickness set in FIG. 2C. There is. Conventionally, the thickness of the thin portion 7 was controlled by controlling the composition of the etching solution and the etching time, so it was difficult to keep the thickness of the thin portion 7 within a narrow allowable range. Since the stopper serves as a stopper and is not further etched, the thickness of the thin portion 7 can be accurately controlled. After the etching is completed, the resist masks 26, 27 and 28 are removed. As a result, the diaphragm shown in FIG. 1 is manufactured.

【0058】図3は図1の上部ガラスの製造方法を説明
するための工程順に示した断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the order of steps for explaining the method for manufacturing the upper glass of FIG.

【0059】まず、図3(a)に示すように、厚さ約5
00μmのガラス板11の上面と下面にホトレジストの
マスク31,32を設け、凹部13を形成する領域に窓
33をあけ、ガラス板11の表面を露出させる。ガラス
板11には種々の材質のものを使用することができる
が、パイレックス・ガラスなどが適当である。
First, as shown in FIG. 3A, the thickness is about 5
Photoresist masks 31 and 32 are provided on the upper surface and the lower surface of the glass plate 11 of 00 μm, and a window 33 is opened in a region where the recess 13 is formed to expose the surface of the glass plate 11. Although various materials can be used for the glass plate 11, Pyrex glass or the like is suitable.

【0060】次に、図3(b)に示すように、開口33
を通してエッチングを行い、凹部13を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, the opening 33 is formed.
Etching is performed to form the concave portion 13.

【0061】次に、図3(c)に示すように、マスク3
1,32を除去し、新しくホトレジストのマスク34,
35を設ける。このとき、凹部13を覆っておく。凹部
12を形成する領域に窓36をあける。
Next, as shown in FIG. 3C, the mask 3
1, 32 are removed, and a new photoresist mask 34,
35 is provided. At this time, the recess 13 is covered. A window 36 is opened in the area where the recess 12 is formed.

【0062】次に、図3(d)に示すように、窓36を
通して深さ2〜3μm程度のエッチングを行い、凹部1
2を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, etching is performed through the window 36 to a depth of about 2 to 3 μm to form the recess 1
Form 2.

【0063】次に、図3(e)に示すように、ホトレジ
ストのマスク34,35を除去した後、金属の蒸着と選
択除去により上部電極14と接続配線15を形成する。
これにより図1に示す上部ガラス板11を得る。
Next, as shown in FIG. 3E, after removing the photoresist masks 34 and 35, the upper electrode 14 and the connection wiring 15 are formed by vapor deposition and selective removal of metal.
Thereby, the upper glass plate 11 shown in FIG. 1 is obtained.

【0064】上記のようにして得られた上部ガラス板1
1をダイアフラムのシリコン層3の上に置き、上部電極
14と下部電極4とを位置合わせし、約400℃の温度
で600〜1000Vの直流電圧を印加する陽極接合法
で気密に貼り合わせる。凹部13の上のガラスを除去
し、金属線を接続して信号処理回路部5を外部に引き出
す。これにより第1の実施例の圧力センサが得られる。
Upper glass plate 1 obtained as described above
1 is placed on the silicon layer 3 of the diaphragm, the upper electrode 14 and the lower electrode 4 are aligned, and they are airtightly bonded by an anodic bonding method in which a DC voltage of 600 to 1000 V is applied at a temperature of about 400 ° C. The glass on the recess 13 is removed, a metal wire is connected, and the signal processing circuit unit 5 is pulled out to the outside. As a result, the pressure sensor of the first embodiment is obtained.

【0065】図4は本発明の第2の実施例の断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of the second embodiment of the present invention.

【0066】第2の実施例においては、薄肉部7の絶縁
膜2を除去して、シリコン層3のみで薄肉部7を形成し
ている。厚肉部8は絶縁膜2を介してシリコン層3に接
している。このようにすると、小さな圧力でも薄肉部7
が撓み易くなり、検出感度が高くなるという効果が得ら
れる。絶縁膜2を除去するエッチング剤ではシリコン層
3は殆ど侵されないので、薄肉部7の厚さはシリコン板
21の研磨時の厚さに維持される。それ以外は第1の実
施例と同じである。
In the second embodiment, the insulating film 2 of the thin portion 7 is removed and the thin portion 7 is formed only by the silicon layer 3. The thick portion 8 is in contact with the silicon layer 3 via the insulating film 2. In this way, even with a small pressure, the thin portion 7
Can be easily bent, and the detection sensitivity can be increased. Since the silicon layer 3 is hardly attacked by the etching agent that removes the insulating film 2, the thickness of the thin portion 7 is maintained at the thickness when the silicon plate 21 is polished. The other points are the same as in the first embodiment.

【0067】第1および第2の実施例においては、シリ
コン基板1は、絶縁膜2によりシリコン層3と完全に絶
縁されていて電気信号はすべてシリコン層3の上から取
り出されている。このことは、シリコン基板1をどこに
取付けてもシリコン層3は常に絶縁されていて取付場所
の影響を受けないという大きな利点を有していることを
示す。
In the first and second embodiments, the silicon substrate 1 is completely insulated from the silicon layer 3 by the insulating film 2 and all electric signals are taken out from above the silicon layer 3. This shows that no matter where the silicon substrate 1 is attached, the silicon layer 3 is always insulated and has a great advantage that it is not affected by the place of attachment.

【0068】しかしながら、プリント回路板に圧力セン
サを取付ける場合には、プリント回路板の配線またはラ
ンドに圧力センサのシリコン基板1を取付け、圧力セン
サの入出力信号をプリント回路板の配線に流してやる場
合が多い。このような場合、圧力センサの信号処理回路
部の入出力部をシリコン基板に接続しておくと、圧力セ
ンサをプリント回路板の配線またはランドに取付けるだ
けで圧力センサの入出力信号をプリント回路板の配線に
流すことができて便利である。
However, when the pressure sensor is mounted on the printed circuit board, the silicon substrate 1 of the pressure sensor is attached to the wiring or land of the printed circuit board, and the input / output signals of the pressure sensor are sent to the wiring of the printed circuit board. There are many. In such a case, if the input / output section of the signal processing circuit section of the pressure sensor is connected to the silicon substrate, the input / output signal of the pressure sensor can be sent by simply attaching the pressure sensor to the wiring or land of the printed circuit board. It is convenient because it can be fed to the wiring.

【0069】図5は本発明の第3の実施例の下面図およ
びA−A´線断面図である。
FIG. 5 is a bottom view and a sectional view taken along the line AA 'of the third embodiment of the present invention.

【0070】第3の実施例は、上記要望に応えるべく考
え出された圧力センサである。信号処理回路部5の下で
シリコン基板1を絶縁膜2に達する深さにエッチングし
て溝41を形成し、複数の四角錐台形のシリコンの島4
2a,42b,42cを形成する。シリコンの島42
a,42b,42cの下面およびシリコン基板1の下面
に金属膜45,46を形成してプリント回路板の配線に
はんだ付けできるようにしておく。これらのシリコンの
島42a,42b,42cはシリコン基板1の残りの部
分と完全に絶縁分離されている。シリコンの島42a,
42b,42cの上部の絶縁膜2に孔43a,43b,
43cをあける。信号処理回路部5の素子領域23の一
つを接続配線44bで孔43bを通してシリコンの島4
2bに接続する。他のシリコンの島42a,42cも同
様に信号処理回路部5の他の素子領域と接続する。これ
らのシリコンの島42a,42b,42cをプリント回
路板の配線にはんだ付けすれば、圧力センサの入出力信
号をプリント回路板の配線に流すことができる。
The third embodiment is a pressure sensor devised to meet the above demand. Under the signal processing circuit portion 5, the silicon substrate 1 is etched to a depth reaching the insulating film 2 to form a groove 41, and a plurality of truncated pyramidal silicon islands 4 are formed.
2a, 42b, 42c are formed. Silicon Island 42
Metal films 45, 46 are formed on the lower surfaces of a, 42b, 42c and the lower surface of the silicon substrate 1 so that they can be soldered to the wiring of the printed circuit board. These silicon islands 42a, 42b and 42c are completely insulated from the rest of the silicon substrate 1. Silicon island 42a,
Holes 43a, 43b, in the insulating film 2 above 42b, 42c,
Open 43c. One of the element regions 23 of the signal processing circuit unit 5 is connected to the silicon island 4 through the hole 43b by the connection wiring 44b.
Connect to 2b. Other silicon islands 42a and 42c are similarly connected to other element regions of the signal processing circuit unit 5. By soldering these silicon islands 42a, 42b, 42c to the wiring of the printed circuit board, the input / output signals of the pressure sensor can be passed to the wiring of the printed circuit board.

【0071】上記実施例ではシリコンの島を三つ設けた
が、シリコンの島は必要数だけ設ければよく、三つに限
定されない。上記以外は第1の実施例と同じである。シ
リコンの島を設ける構造は第2の実施例にも適用できる
ことは明らかである。
Although three silicon islands are provided in the above embodiment, the silicon islands may be provided in a necessary number, and the number is not limited to three. Other than the above, it is the same as the first embodiment. It is obvious that the structure having the silicon islands can be applied to the second embodiment.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、シリ
コン基板とシリコン層とを絶縁膜を介して貼り合わせ、
シリコン層を高精度で研磨して厚さを調整することによ
り薄肉部の厚さを決めるようにしたので、薄肉部の厚さ
を狭いばらつきの範囲内に収めることができ、感度が揃
った圧力センサを歩留り良く安定に製造することができ
る。
As described above, according to the present invention, the silicon substrate and the silicon layer are bonded together via the insulating film,
Since the thickness of the thin portion is determined by polishing the silicon layer with high accuracy and adjusting the thickness, it is possible to keep the thickness of the thin portion within the range of narrow variation, and pressure with uniform sensitivity. The sensor can be manufactured with high yield and stably.

【0073】また、本発明では、下部電極および信号処
理回路部を含むシリコン層を絶縁膜でシリコン基板と絶
縁分離したので、下部電極および信号処理回路部を含む
電気部分がシリコン基板と絶縁分離され、圧力センサの
取付場所の自由度が大きくなる。
Further, in the present invention, since the silicon layer including the lower electrode and the signal processing circuit portion is insulated and separated from the silicon substrate by the insulating film, the electric portion including the lower electrode and the signal processing circuit portion is insulated and separated from the silicon substrate. , The degree of freedom of the mounting location of the pressure sensor is increased.

【0074】さらにまた、本発明では、シリコン基板の
一部を選択除去して絶縁分離された島を形成し、この島
に信号処理回路部の入出力部を接続できるようにしたの
で、この島をプリント回路板の配線またはランドに取付
けるだけで圧力センサの入出力部をプリント回路板の配
線に電気的に接続することができる。
Furthermore, according to the present invention, a part of the silicon substrate is selectively removed to form an insulated island, and the input / output section of the signal processing circuit section can be connected to this island. The input / output portion of the pressure sensor can be electrically connected to the wiring of the printed circuit board only by attaching the to the wiring or land of the printed circuit board.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のダイアフラムの製造方法を説明するため
の工程順に示した断面図である。
2A to 2D are cross-sectional views showing the method of manufacturing the diaphragm in FIG. 1 in order of steps for explaining the method.

【図3】図1の上部ガラスの製造方法を説明するための
工程順に示した断面図である。
3A to 3C are cross-sectional views showing the method of manufacturing the upper glass in FIG. 1 in order of steps for explaining the method.

【図4】本発明の第2の実施例の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例の下面図およびA−A´
線断面図である。
FIG. 5 is a bottom view and AA ′ of the third embodiment of the present invention.
It is a line sectional view.

【図6】従来の静電容量型圧力センサの一例の断面図で
ある。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an example of a conventional capacitance type pressure sensor.

【図7】図6のダイアフラムの製造方法を説明するため
の工程順に示した断面図である。
7A to 7C are cross-sectional views showing the method of manufacturing the diaphragm in FIG. 6 in order of steps for explaining the method.

【図8】図6の上部ガラス板の製造方法を説明するため
の工程順に示した断面図である。
8A to 8C are cross-sectional views showing the method of manufacturing the upper glass plate in FIG. 6 in order of steps for explaining the method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 絶縁膜 3 シリコン層 4 下部電極 5 信号処理回路部 6 接続配線 7 薄肉部 8 厚肉部 11 上部ガラス板 12,13 凹部 14 上部電極 1 Silicon Substrate 2 Insulating Film 3 Silicon Layer 4 Lower Electrode 5 Signal Processing Circuit Section 6 Connection Wiring 7 Thin Section 8 Thick Section 11 Upper Glass Plate 12, 13 Recess 14 Upper Electrode

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板の上に絶縁膜を介して設け
られた一導電型で単結晶のシリコン層と、このシリコン
層の表面に設けられた下部電極と、この下部電極に向か
い合う前記シリコン基板の領域を選択除去して形成され
る薄肉部とを有するダイアフラムと、 前記ダイアフラムの上面に取付けられ前記下部電極に間
隔をおいて対向する上部電極を有する上部ガラス板と、 前記シリコン層の表面に設けられ前記下部電極と前記上
部電極からの信号を受けて圧力値を算出する信号処理回
路部とを備えたことを特徴とする静電容量型圧力セン
サ。
1. A single-conductivity-type single-crystal silicon layer provided on a silicon substrate via an insulating film, a lower electrode provided on the surface of the silicon layer, and the silicon substrate facing the lower electrode. A diaphragm having a thin portion formed by selectively removing the region, an upper glass plate having an upper electrode attached to the upper surface of the diaphragm and facing the lower electrode at a distance, and a surface of the silicon layer. An electrostatic capacitance type pressure sensor, comprising: a signal processing circuit unit that is provided to calculate a pressure value by receiving signals from the lower electrode and the upper electrode.
【請求項2】 前記薄肉部が前記絶縁膜と前記シリコン
層とから成ることを特徴とする請求項1記載の静電容量
型圧力センサ。
2. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein the thin portion is composed of the insulating film and the silicon layer.
【請求項3】 前記薄肉部が前記シリコン層のみから成
ることを特徴とする請求項1記載の静電容量型圧力セン
サ。
3. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein the thin portion is composed of only the silicon layer.
【請求項4】 前記薄肉部の中央部分に前記シリコン基
板の一部で構成され前記薄肉部よりも厚い厚肉部を有す
ることを特徴とする請求項1または請求項2記載の静電
容量型圧力センサ。
4. The capacitance type according to claim 1, wherein the thin portion has a thick portion which is formed of a part of the silicon substrate and is thicker than the thin portion, in a central portion of the thin portion. Pressure sensor.
【請求項5】 前記厚肉部が前記絶縁膜を介して前記シ
リコン層と接していることを特徴とする請求項4記載の
静電容量型圧力センサ。
5. The capacitance type pressure sensor according to claim 4, wherein the thick portion is in contact with the silicon layer through the insulating film.
【請求項6】 前記シリコン基板の一部の選択除去して
絶縁分離されたシリコンの島と、この島に接する前記絶
縁膜を選択除去して形成された開口と、この開口を通し
て前記信号処理回路部の入出力部と前記島とを接続する
接続配線を含むことを特徴とする請求項1記載の静電容
量型圧力センサ。
6. A silicon island isolated by isolation by selectively removing a part of the silicon substrate, an opening formed by selectively removing the insulating film in contact with the island, and the signal processing circuit through the opening. 2. The capacitance type pressure sensor according to claim 1, further comprising a connection wiring that connects the input / output section of the section and the island.
【請求項7】 (A)シリコン基板の表面に所定の厚さ
の絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜の上に一導電型
で単結晶のシリコン層を設ける工程と、このシリコン層
を所定の厚さに調整する工程と、このシリコン層の表面
の所定位置に下部電極とこの下部電極に接続する信号処
理回路部とを形成する工程と、前記下部電極に向かい合
う前記シリコン基板の領域を選択除去して薄肉部を形成
する工程とを備えたダイアフラム形成工程、 (B)ガラス板の両面に耐エッチング性のレジストマス
クを設け、前記ダイアフラムの下部電極および信号処理
回路部に向い合う領域のレジストマスクに開口を設ける
工程と、前記開口を通して前記ガラスをエッチングして
前記下部電極および信号処理回路部に向い合う領域に凹
部を形成する工程と、前記レジストマスクを除去する工
程と、前記下部電極に向い合う凹部に上部電極を形成す
る工程と、この上部電極を前記信号処理回路部に接続す
るための接続配線を形成する工程とを備えた上部ガラス
板形成工程、 (C)前記ダイアフラムの上面に前記上部ガラス板を前
記下部電極と前記上部電極とが向い合うように位置合わ
せして貼合わせると同時に前記接続配線を前記信号処理
回路部に接続する工程とを備えたことを特徴とする静電
容量型圧力センサの製造方法。
7. (A) a step of forming an insulating film having a predetermined thickness on the surface of a silicon substrate; a step of providing a monoconducting single-crystal silicon layer on the insulating film; A step of adjusting a predetermined thickness, a step of forming a lower electrode and a signal processing circuit section connected to the lower electrode at a predetermined position on the surface of the silicon layer, and a region of the silicon substrate facing the lower electrode. A diaphragm forming step including a step of selectively removing to form a thin portion; (B) providing an etching resistant resist mask on both surfaces of the glass plate to form a region facing the lower electrode of the diaphragm and the signal processing circuit section; Forming an opening in the resist mask; etching the glass through the opening to form a recess in a region facing the lower electrode and the signal processing circuit section; Upper glass plate including a step of removing the mask mask, a step of forming an upper electrode in a recess facing the lower electrode, and a step of forming a connection wiring for connecting the upper electrode to the signal processing circuit section. Forming step, (C) step of aligning and bonding the upper glass plate on the upper surface of the diaphragm so that the lower electrode and the upper electrode face each other, and at the same time connecting the connection wiring to the signal processing circuit unit And a method of manufacturing an electrostatic capacitance type pressure sensor.
【請求項8】 前記薄肉部を形成する工程が、前記シリ
コン基板のみを選択除去して形成する工程であることを
特徴とする請求項7記載の静電容量型圧力センサの製造
方法。
8. The method of manufacturing an electrostatic capacitance type pressure sensor according to claim 7, wherein the step of forming the thin portion is a step of selectively removing and forming only the silicon substrate.
【請求項9】 前記薄肉部を形成する工程が、前記シリ
コン基板と前記絶縁膜とを選択除去して形成する工程で
あることを特徴とする請求項7記載の静電容量型圧力セ
ンサの製造方法。
9. The manufacturing method of an electrostatic capacitance type pressure sensor according to claim 7, wherein the step of forming the thin portion is a step of selectively removing the silicon substrate and the insulating film. Method.
【請求項10】 前記薄肉部の中央部分に前記シリコン
基板の一部を選択除去して厚肉部を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項7または求項8記載の静電容量
型圧力センサの製造方法。
10. The capacitance type according to claim 7, further comprising the step of selectively removing a part of the silicon substrate at a central portion of the thin portion to form a thick portion. Manufacturing method of pressure sensor.
【請求項11】 前記シリコン基板の一部の周囲を前記
絶縁膜に到るまで選択除去して絶縁分離されたシリコン
の島を形成し、この島に接する前記絶縁膜を選択除去し
て前記信号処理回路部の入出力部を前記島に接続する工
程を含むことを特徴とする請求項7記載の静電容量型圧
力センサの製造方法。
11. A portion of the periphery of the silicon substrate is selectively removed until reaching the insulating film to form an island of insulatingly separated silicon, and the insulating film in contact with the island is selectively removed to remove the signal. The method of manufacturing an electrostatic capacitance type pressure sensor according to claim 7, further comprising the step of connecting an input / output section of a processing circuit section to the island.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010151469A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Denso Corp Sensor chip and method of manufacturing the same, and pressure sensor
CN102062662A (en) * 2010-11-05 2011-05-18 北京大学 Monolithic integrated SiC MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) pressure sensor and production method thereof
CN103837290A (en) * 2013-12-03 2014-06-04 江苏物联网研究发展中心 High-precision capacitive pressure sensor
CN104515640A (en) * 2013-10-08 2015-04-15 无锡华润上华半导体有限公司 Capacitive MEMS (micro-electromechanical system) pressure sensor

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