JPH0746068B2 - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

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JPH0746068B2
JPH0746068B2 JP618787A JP618787A JPH0746068B2 JP H0746068 B2 JPH0746068 B2 JP H0746068B2 JP 618787 A JP618787 A JP 618787A JP 618787 A JP618787 A JP 618787A JP H0746068 B2 JPH0746068 B2 JP H0746068B2
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JP
Japan
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pressure
groove
pressure sensor
ridge
reference pressure
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JP618787A
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JPS63175737A (en
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俊朗 篠原
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、圧力を電気信号に変換する圧力センサに関
し、特にセンサチップ内に基準圧力室を有する圧力セン
サに関するものである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a pressure sensor for converting pressure into an electric signal, and more particularly to a pressure sensor having a reference pressure chamber in a sensor chip.

〔従来技術〕[Prior art]

従来の圧力センサとしては、例えば、第5図に示すごと
きものがある(例えば特開昭58−63826号に記載)。
As a conventional pressure sensor, for example, there is one as shown in FIG. 5 (for example, described in JP-A-58-63826).

第5図の装置は、絶対圧型の圧力センサであり、ピン3
及びパイプ11が設けられたハーメチックシールのステム
5に第2接着層8を介して台座4が接着され、さらにそ
の上に第1接着層7を介して圧力センサチップ1が接着
されている。
The device shown in FIG. 5 is an absolute pressure type pressure sensor, and the pin 3
The pedestal 4 is adhered to the stem 5 of the hermetic seal provided with the pipe 11 via the second adhesive layer 8, and the pressure sensor chip 1 is further adhered thereto via the first adhesive layer 7.

また、圧力センサチップ1の表面の入出力パッドとピン
3とは金ワイヤ2で接着されている。
Further, the input / output pad on the surface of the pressure sensor chip 1 and the pin 3 are bonded by the gold wire 2.

また、キャップ6とステム5とは放電加工やハンダ付け
等で接着されており、真空中でハンダ9を用いて封止孔
12を封止することにより真空室10が形成されている。
Further, the cap 6 and the stem 5 are adhered to each other by electric discharge machining, soldering, etc.
A vacuum chamber 10 is formed by sealing 12.

上記の構造においては、真空室10が基準圧として真空に
なっており、パイプ11を通して外部圧力が圧力センサチ
ップ1の下部から印加されるようになっている。
In the above structure, the vacuum chamber 10 is evacuated as a reference pressure, and the external pressure is applied from the lower part of the pressure sensor chip 1 through the pipe 11.

〔発明が解決しようとする問題点〕 上記のごとき従来の圧力センサ、特に絶対圧型の圧力セ
ンサにおいては、基準圧となる真空室を形成する必要が
あり、しかもステム5と圧力センサチップ1との膨張係
数の違いによる熱応力を低減する必要があるため、台座
4及び第1接着層7、第2接着層8として熱膨張係数の
近い物質を選択する等の考慮を用いて実装しなければな
らず、そのため圧力センサチップ1を実装するために多
くのコストが掛かり、その結果、圧力センサが高価にな
ってしまうという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional pressure sensor as described above, particularly in the absolute pressure type pressure sensor, it is necessary to form a vacuum chamber serving as a reference pressure, and moreover, the stem 5 and the pressure sensor chip 1 are formed. Since it is necessary to reduce the thermal stress due to the difference in the expansion coefficient, it must be mounted by taking into consideration such as selecting a material having a close thermal expansion coefficient as the pedestal 4, the first adhesive layer 7, and the second adhesive layer 8. Therefore, there is a problem that mounting the pressure sensor chip 1 requires a lot of cost, and as a result, the pressure sensor becomes expensive.

本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決するために
なされたものであり、実装が容易で低コスト化が可能な
圧力センサを提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional techniques as described above, and an object thereof is to provide a pressure sensor that can be easily mounted and can be manufactured at low cost.

〔問題を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の目的を達成するため、本発明においては、基板上
にセンサ部を形成するのと同時に基準圧力室も形成する
ように構成している。
In order to achieve the above object, in the present invention, the reference pressure chamber is formed at the same time when the sensor portion is formed on the substrate.

すなわち、本発明においては、基板表面に設けられた複
数の溝と、上記溝によって両面を周囲の基板と隔てられ
た少なくとも1つの畝と、該畝の片面にある溝の頂部を
密閉する部材とにより、上記頂部を密閉された溝を外部
に対して気密に形成された空洞領域とし、かつ、上記空
洞領域と外部との圧力差に応じて上記畝に生じる変位を
電気信号に変換する変換手段を備えるように構成してい
る。
That is, in the present invention, a plurality of grooves provided on the surface of the substrate, at least one ridge whose both surfaces are separated from the surrounding substrate by the groove, and a member for sealing the top of the groove on one side of the ridge. A conversion means for converting the displacement generated in the ridges according to the pressure difference between the hollow area and the outside into an electric signal by forming a groove whose top is hermetically sealed to the outside. It is configured to include.

上記のように構成したことにより、本発明においては、
上記の空洞領域内の気圧(例えば10Torr以下の真空)を
基準圧力として用いることが出来るので、センサチップ
の外部に別個に基準圧力室を形成する必要がなくなる。
そのため、Siウェハのバッジ処理等で同時に大量に基準
圧力室を持った圧力センサを作製することが出来、実装
が容易になると共に低コスト化が可能になる。
With the above-mentioned configuration, in the present invention,
Since the air pressure in the cavity area (for example, a vacuum of 10 Torr or less) can be used as the reference pressure, it is not necessary to separately form the reference pressure chamber outside the sensor chip.
Therefore, a pressure sensor having a large number of reference pressure chambers can be manufactured at the same time by the badge processing of Si wafers, etc., and the mounting becomes easy and the cost can be reduced.

〔発明の実施例〕Example of Invention

第1図は、本発明の一実施例の断面図である。 FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.

第1図において、シリコン基板101の表面近傍には3本
の溝102、103、104が設けられ、それによって溝と溝と
の間に畝106および107が形成されている。また畝106と1
07との間の溝104の頂部は蓋105によって密閉され、それ
によって溝104は外部に対して気密に形成された空洞領
域、すなわち基準圧力室となっている。また畝106と107
との対向する面(溝104の両側面)にはそれぞれ電極10
8、109が形成されている。
In FIG. 1, three grooves 102, 103 and 104 are provided in the vicinity of the surface of a silicon substrate 101, whereby ridges 106 and 107 are formed between the grooves. Also ridges 106 and 1
The top of the groove 104 with respect to 07 is sealed by a lid 105, so that the groove 104 serves as a hollow region that is formed airtight to the outside, that is, a reference pressure chamber. Also ridges 106 and 107
The electrodes 10 are provided on the surfaces facing each other (both sides of the groove 104).
8 and 109 are formed.

次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.

第2図は、本発明の圧力センサの圧力感応部を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a pressure sensitive portion of the pressure sensor of the present invention.

第2図において、基準圧力室の内部圧力(基準圧力)を
P0、深さをd、幅をw、長さ(紙面と垂直方向の長さ)
をlとし、基準圧力室と大気室との間の畝の厚さをtと
する。なおこの厚さtは2つの畝で厚さが異なってもよ
い。また基準圧力室の両側面に形成された電極により、
間隔がwで面積S=d×lの静電容量が形成されてい
る。
In FIG. 2, the internal pressure (reference pressure) of the reference pressure chamber is
P 0 , depth d, width w, length (length in the direction perpendicular to the paper surface)
Is 1 and the thickness of the ridge between the reference pressure chamber and the atmospheric chamber is t. The thickness t may be different between the two ridges. Also, with the electrodes formed on both sides of the reference pressure chamber,
An electrostatic capacitance having an area S = d × l is formed at intervals of w.

上記の構成において、基準圧力室と大気室との間に圧力
差が生じると畝が撓み、その結果幅wが変化して両電極
間の静電容量が変化する。この容量変化を電気信号に変
換することによって印加された圧力を検出することが出
来る。従って、第2図に示した構造のみで絶対圧を検出
することが出来、他に基準圧力室を設ける必要がないの
で、実装が非常に簡単になる。
In the above structure, when a pressure difference is generated between the reference pressure chamber and the atmosphere chamber, the ridge is bent, and as a result, the width w changes and the capacitance between both electrodes changes. The applied pressure can be detected by converting this capacitance change into an electric signal. Therefore, the absolute pressure can be detected only by the structure shown in FIG. 2, and it is not necessary to provide another reference pressure chamber, so that the mounting is very simple.

上記の作用を第3図に基づいて、さらに詳細に説明す
る。
The above operation will be described in more detail with reference to FIG.

例えば、外気圧が基準圧力室と等しくP0であるときに
は、第3図(A)に示すように畝の撓みはなく、静電容
量C0はC0=ε・d・l/wとなる。外気圧が変化してP
になると(B)に示すように畝が撓む。このときの畝の
間隔、すなわち電極間隔をW(x,p)とする。ただし、
x軸は第3図の(B)に示すごとく、深さ方向にとり、
中点を原点とする。このW(x,p)は畝の撓みで定まる
量であり、畝の材質、寸法、内外圧力差等の関数とな
る。
For example, when the atmospheric pressure is equal to the reference pressure chamber and is P 0 , there is no ridge deflection as shown in FIG. 3 (A), and the capacitance C 0 is C 0 = ε 0 · d · l / w. Become. The external pressure changes and P
Then, the ridge is bent as shown in (B). At this time, the ridge spacing, that is, the electrode spacing is W (x, p). However,
As shown in FIG. 3B, the x-axis is taken in the depth direction,
The midpoint is the origin. This W (x, p) is an amount determined by the deflection of the ridge, and is a function of the material, size, pressure difference between the inside and outside of the ridge.

すなわちW(x)=F(t,d,P0,p,t1…)となる。That W (x) = F (t , d, P 0, p, t 1 ...) to become.

上式のうち寸法や基準圧力等は用途や仕様に応じて適宜
設計される値である。この結果、外圧がPのときの静電
容量C(P)は次のようになる。
In the above equation, the dimensions, reference pressure, etc. are values that are appropriately designed according to the application and specifications. As a result, the electrostatic capacitance C (P) when the external pressure is P is as follows.

上記の式から判るように基準圧力、畝の材質、基準圧力
室の寸法等が定まれば、静電容量は外圧Pだけによって
決まることが判る。
If the reference pressure, the material of the ridges, the size of the reference pressure chamber, etc. are determined as can be seen from the above equation, it can be seen that the capacitance is determined only by the external pressure P.

次に第4図に基づいて、第1図の圧力センサの製造工程
を説明する。
Next, the manufacturing process of the pressure sensor of FIG. 1 will be described with reference to FIG.

まず(A)において、シリコン基板101上に熱酸化等の
方法によって酸化膜117を形成した後、例えばイオン注
入、拡散等の方法により、拡散層116を形成する。
First, in (A), after forming an oxide film 117 on the silicon substrate 101 by a method such as thermal oxidation, a diffusion layer 116 is formed by a method such as ion implantation or diffusion.

次に(B)において、フォトエッチングによって選択的
に酸化膜117を除去し、残りの酸化膜をマスクとして、
反応性イオンエッチングによってシリコン基板101を垂
直にエッチングし、溝102、103、104を形成する。な
お、溝の深さは例えば5μm程度とする。このように3
本の溝を形成することによって2本の畝106および107が
形成される。
Next, in (B), the oxide film 117 is selectively removed by photoetching, and the remaining oxide film is used as a mask.
The silicon substrate 101 is vertically etched by reactive ion etching to form the grooves 102, 103, 104. The depth of the groove is, for example, about 5 μm. Like this 3
By forming the book groove, two ridges 106 and 107 are formed.

次に前記(A)で形成した拡散層116と同じタイプの不
純物の拡散層118を溝の壁面に形成する。
Next, an impurity diffusion layer 118 of the same type as the diffusion layer 116 formed in (A) above is formed on the wall surface of the groove.

次に(C)において、溝の底部に形成された拡散層118
が完全に除去されるまで、反応性イオンエッチングによ
ってエッチングする。これによって拡散層118が分割さ
れ、電極108と109とが形成される。
Next, in (C), the diffusion layer 118 formed at the bottom of the groove.
Etch by reactive ion etching until completely removed. This divides the diffusion layer 118 and forms the electrodes 108 and 109.

次に(D)において、所定の圧力下で、例えば、蒸着等
の方法によって金属、誘電体等を基板表面に形成し、フ
ォトエッチングによって基準圧力室の上部以外の部分を
除去することにより、蓋105を形成する。このとき基準
圧力室となる溝104の幅および深さを適切に設定し、か
つ斜め蒸着等の方法を用いることにより、蒸着物が溝10
4の内部に入り込まないようにし、溝の内部を蓋105を形
成するときの圧力に保ことが可能となる。
Next, in (D), a metal, a dielectric, or the like is formed on the substrate surface by a method such as vapor deposition under a predetermined pressure, and a portion other than the upper portion of the reference pressure chamber is removed by photoetching to remove the lid. Form 105. At this time, by appropriately setting the width and depth of the groove 104 serving as the reference pressure chamber, and by using a method such as oblique vapor deposition, the deposit can be formed into the groove 10.
It is possible to prevent the inside of the groove 4 from entering and to keep the inside of the groove at the pressure when the lid 105 is formed.

なお、これまで説明した実施例においては3本の溝を形
成し、それによって2本の畝を形成し、その間の溝を基
準圧力室とする場合について例示したが、2本の溝を形
成し、その間に1本の畝を形成し、いずれか一方の溝の
上部に蓋を設けることによっても基準圧力室を形成する
ことが出来る。
It should be noted that, in the embodiments described so far, three grooves are formed, two ridges are formed thereby, and the groove between them is used as the reference pressure chamber. However, two grooves are formed. The reference pressure chamber can also be formed by forming one ridge between them and providing a lid on the top of either one of the grooves.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したごとく、本発明においては、基板表面に圧
力検知部を設けるのと同時に基準圧力室を形成するよう
に構成しているのでSiウェハのバッジ処理等で同時に大
量の基準圧力室を持つ圧力センサを製造することが出
来、そのため実装が極めて容易になるので低コスト化が
可能になるという優れた効果が得られる。
As described above, in the present invention, the pressure detecting portion is provided on the surface of the substrate and the reference pressure chamber is formed at the same time. Since the sensor can be manufactured, and therefore the mounting becomes extremely easy, the excellent effect that the cost can be reduced can be obtained.

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

第1図は本発明の1実施例の断面図、第2図および第3
図は本発明の作用を説明するための図、第4図は本発明
の製造工程図、第5図は従来装置の一例の断面図であ
る。 〈符号の説明〉 101……シリコン基板、102、103、104……溝 105……蓋、106、107……畝 108、109……電極
FIG. 1 is a sectional view of one embodiment of the present invention, FIG. 2 and FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the present invention, FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view of an example of a conventional device. <Explanation of symbols> 101 ... Silicon substrate, 102, 103, 104 ... Groove 105 ... Lid, 106, 107 ... Ridges 108, 109 ... Electrodes

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板表面に設けられた複数の溝と、上記溝
によって両面を周囲の基板と隔てられた少なくとも1つ
の畝と、該畝の片面にある溝の頂部を密閉する部材とに
より、上記頂部を密閉された溝を外部に対して気密に形
成された空洞領域とし、かつ、上記空洞領域と外部との
圧力差に応じて上記畝に生じる変位を電気信号に変換す
る変換手段を備えた圧力センサ。
1. A plurality of grooves provided on the surface of a substrate, at least one ridge whose both surfaces are separated from the surrounding substrate by the groove, and a member for sealing the top of the groove on one side of the ridge, The top portion is a cavity region hermetically sealed with respect to the outside, and conversion means is provided for converting the displacement generated in the ridges according to the pressure difference between the cavity region and the outside into an electric signal. Pressure sensor.
JP618787A 1987-01-16 1987-01-16 Pressure sensor Expired - Lifetime JPH0746068B2 (en)

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JP618787A JPH0746068B2 (en) 1987-01-16 1987-01-16 Pressure sensor

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JP618787A JPH0746068B2 (en) 1987-01-16 1987-01-16 Pressure sensor

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JPS63175737A JPS63175737A (en) 1988-07-20
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JP2013253879A (en) * 2012-06-07 2013-12-19 Rohm Co Ltd Capacitance type pressure sensor, method of manufacturing the same, and pressure sensor package

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