JPH1114481A - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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Publication number
JPH1114481A
JPH1114481A JP15623698A JP15623698A JPH1114481A JP H1114481 A JPH1114481 A JP H1114481A JP 15623698 A JP15623698 A JP 15623698A JP 15623698 A JP15623698 A JP 15623698A JP H1114481 A JPH1114481 A JP H1114481A
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JP
Japan
Prior art keywords
pressure sensor
notch
base member
diaphragm
dimension
Prior art date
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Pending
Application number
JP15623698A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Dr Finkbeiner
フィンクバイナー シュテファン
Horst Muenzel
ミュンツェル ホルスト
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of JPH1114481A publication Critical patent/JPH1114481A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 圧力センサであって、圧力センサの基礎
部材が切欠き上に配置されたダイヤフラムを有してお
り、ダイヤフラムが基礎部材の切欠きを後方の構造化に
よって形成される形式のものにおいて、切欠き20がア
ンダーカット部28を有している。 【効果】ダイヤフラム及び、切欠きを取り囲む縁部領域
の最小寸法を維持して、圧力センサの構成寸法を最小限
にできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサであっ
て、圧力センサの基礎部材が切欠き上に配置されたダイ
ヤフラムを有しており、ダイヤフラムが基礎部材の切欠
きの後方の構造化によって形成されている形式のものに
関する。
【0002】
【従来の技術】前記形式の圧力センサは、公知である。
該圧力センサはプレート状の基礎部材を有しており、基
礎部材内に片側からバルクマイクロ機構にける構造化に
よって凹部(Vertiefung)が形成される。凹部は、凹部の
反対側に、いわば凹部上に張設された薄いダイヤフラム
を残す程度に前進させられる。基礎部材は通常は珪素か
ら成っており、従って、凹部はエッチングプロセスによ
って得られる。この場合、珪素の111結晶面に沿って
斜めの縁部が生じ、その結果、ダイヤフラムの方向から
見て、凹部の漏斗状の拡張が行われる。
【0003】切欠き(Ausnehmung)は基礎部材のダイヤフ
ラムと逆の側で縁部領域によって取り囲まれおり、縁部
領域はセンサエレメントへの圧力センサの後の圧密な取
り付けのために役立つ。従って、圧力センサの全体の大
きさは、切欠きを取り囲む縁部、ダイヤフラムの大き
さ、及び切欠きの漏斗状の拡張部によって規定される。
所定の使用中の圧力センサの確実な機能にとって、、ダ
イヤフラム及び切欠きを取り囲む縁部領域に対する所定
の最小寸法を規定してあり、該最小寸法が公知の製造技
術によって維持される。公知の圧力センサにおける欠点
として、切欠きの漏斗状の拡張部が圧力センサの付加的
な拡大をもたらし、このような拡大はそれ自体機能的に
は不必要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
技術における欠点を取り除くことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の構成では、切欠きがアンダーカット部を有し
ている。
【0006】
【発明の効果】本発明に基づく構成により、公知技術に
対して利点として、圧力センサの構成寸法が、ダイヤフ
ラム及び切欠きを取り囲む縁部領域に対する最小寸法を
維持するにもかかわらず、最小限にされる。切欠きが規
定されたエッチングエッジ(Aetzkante)を介して基礎部
材の異方性エッチングによって形成され、従って、凹部
がダイヤフラムに向かってまずダイヤフラム大きさを越
えて拡張され、次いでダイヤフラム大きさを取るように
なり、その結果、凹部の拡張部分の、基礎部材の底面に
投影した長さが最小限にされる。これによって、全体的
に基礎部材の構成寸法(辺寸法)が小さくでき、その結
果、圧力センサが全体的に小さく形成され得る。これに
伴う材料及び重量の節減並びにコスト的な利点のほか
に、特に小型の圧力センサの使用に必要な条件の改善が
達成される。
【0007】本発明の有利な構成が請求項2以下に記載
してある。
【0008】
【発明の実施の形態】図1に示す基礎部材10は、圧力
センサ12の製造のための素材として用いられる。基礎
部材10は幅(Breite)、深さ(Tiefe)及び高さ(Hoehe)に
おける所定の寸法の直方体の珪素プレート片から成って
いる。
【0009】以下においては、圧力センサ12の製造を
1つの基礎部材10によって行うことについて説明す
る。結晶方位は100方向であり、即ち、表面に対して
垂直なベクトルは100方向に対して平行である。
【0010】別の実施例では、圧力センサ10の製造を
シート成形によって行ってよく、即ち、大きなウエハー
上への圧力センサ10の構造化の後に、該ウエハーが個
別の圧力センサに分割される。
【0011】基礎部材10の下面14に、槽状の補助凹
部(Hilfsvertiefung)16が設けられる(図2)。補助
凹部16は、例えばドライエッチングプロセスによって
異方性にエッチング成形されてよい。このために下面1
4にマスキングが設けられる。マスキングは、例えば酸
化物、窒化物若しくはこれらの混合物から成る誘電膜で
あってよい。次いで、誘電膜がフォトラックを用いて構
造化(strukturieren)され、その結果、誘電膜が後の補
助凹部の領域で除去される。これによって形成されたマ
スク開口を介して、補助凹部16が異方性にエッチング
される。この場合、深さd3及び、下面14に対して垂
直、若しくはほぼ垂直な側壁を有する補助凹部16が生
じる。補助凹部16の形成によって、規定された環状の
エッジ(Kante)18が生じる。基礎部材10の引き続く
構造化にとって、誘電膜は下面14に残されていてよ
く、これによって誘電膜は後続の異方性ウェットエッチ
ング工程に際して表面の保護を行う。誘電膜上に施され
たフォトラック膜は、後続のウェットエッチング工程の
前に除去される。
【0012】次いで、基礎部材10に下面14から異方
性ウェットエッチング工程が行われる。例えばアルカリ
溶液(KOH、TMAH)を用いて行われるウェットエ
ッチング工程により、珪素から成る基礎部材10の表面
が腐食されて除去される。この場合、珪素内に周知の異
方性エッチングレート比(例えば111/100レート
は約1:20〜1:100)が生じる。これによって、
所定の角度で傾斜して延びるエッチング面(111平
面)が形成される。基礎部材10の図3に示す断面図か
ら明らかなように、異方性ウェットエッチング工程は、
形成される切欠き20上に張設されるダイヤフラム22
が厚さd2で残されるように行われる。あらかじめ設け
られた補助凹部16に基づき、切欠き20に環状のエッ
ジ(Kante)18に関連してアンダーカット部(Hinterschn
itt)28が形成される。補助凹部16によって規定され
た深さd3に対応して、深さ(Tiefe)d4の平面26及
び24が得られる。アンダーカット部28の寸法は寸法
(Groesse)d4によって規定され、寸法d3は寸法d4
の約半分である(図2と図3とは正確な縮尺で示してあ
るものではない)。
【0013】切欠き20にアンダーカット部28を設け
ることにより、切欠き20が比較的大きな容積を有し、
該容積がダイヤフラム22に作用する圧力に対する基準
容積として用いられる。ダイヤフラム22と逆の側の開
口部30がダイヤフラム22よりわずかにしか大きくな
っておらず、従って、下面14の開口部30を取り囲む
縁部領域32が比較的大きく形成され得る。
【0014】図3に示す圧力センサ12を図3のaに再
度示してあり、この場合、寸法符号が記入してある。
【0015】図3のaには、図面を見易くするために、
個別の構成部分の符号は省略してある。圧力センサ12
の辺寸法lは次式より求められる: l=a+b′+c+b′+a 圧力センサ12は対称的に構成されており、従って、寸
法は長さは図3のaには片側にだけ記入してある。前記
辺寸法にとって、前記式はまとめて: l=2a+2b′+c となる。
【0016】寸法aは、開口部30の回りの縁部領域3
2に対応し、センサエレメント36(図4)に形成する
ための圧力センサ12と支持体34との結合面を規定し
ている。圧力センサ12と支持体34との結合は圧密に
行われねばならないので、寸法aは標準的には300〜
400μmである。寸法cはダイヤフラム22の大きさ
に対応し、圧力センサ12の定格圧力範囲(Nenndruckbe
reich)によって規定されている。ダイヤフラム22の1
8μmの厚さd2において、1バール・圧力センサ(1 b
ar-Drucksensor)12に対するダイヤフラム寸法は、例
えばc=1000μmである。
【0017】明らかなように、寸法a及び寸法cに対す
る最小寸法は圧力センサ12の使用条件によって規定さ
れる。さらに、寸法b′は圧力センサ12の辺寸法(Kan
tenlaenge)lに含まれる。
【0018】従来技術との相違を明瞭にするために、図
3のaの右側に、平面24が下面14の方向に破線で延
長して示してある。即ち、アンダーカット部28を有さ
ない従来技術においては、開口部30はエッジ18によ
って規定されず、平面24と圧力センサ12の下面14
との交点によって規定される。これによって、下面14
に投影された平面24に対応する寸法bが、アンダーカ
ット部28を有する切欠き20における寸法b′(図3
のaの左側)よりも大きくなっている。このように拡大
された寸法bにより、寸法a′が相応の値b−b′にわ
たって外側へずらされる。寸法a若しくは寸法a′にと
って、例えば300μm以上の最小寸法が必要であり、
従って、辺寸法lが相応に大きくなる。辺寸法lの増大
に伴って、圧力センサ12が同じく相応に大きく形成さ
れる。
【0019】次ぎに、圧力センサ12にアンダーカット
部28を形成することによって得られる面に対する利点
を述べる。本発明に基づく圧力センサ12は辺寸法lを
有し、従来技術に基づく圧力センサは辺寸法l′を有し
ている: l′=2a′+2b+c l=2a+2b′+c、この場合、a′=a 従って、 Δl=1′−1=2(b−b′) b′に対して次の式が当てはまり、b′=b−2f、こ
の場合、
【0020】
【数1】
【0021】明らかなように、寸法b対寸法b′の減少
により、かつ寸法a及び寸法cの変わらないことによ
り、寸法l′対寸法lが減少している。圧力センサ12
の面にとって、F=l・l、若しくは従来技術において
F′=l′・l′が当てはまり、圧力センサ12の面は
アンダーカット部28によって相応に減少している。従
って、圧力センサ12の構造化のために必要なウエハー
の面積が全体的に減少される。これによって、圧力セン
サ12自体の構成寸法が減少される。
【0022】図4に、センサエレメント36に圧力セン
サ12を組み込んだ完成状態が示してある。圧力センサ
12は支持体34上に取り付けられており、圧力センサ
12の辺寸法lの減少に基づき、支持体34も同じく相
応に減少させられる。これにより、圧力センサ36のた
めに必要な構成スペースが全体的に減少される。支持体
34は、例えば貫通開口38を有していてよく、貫通口
38はダイヤフラム22の張設によって形成された切欠
き20への接続部を形成しており、従って、圧力センサ
12による相対圧力測定が可能である。貫通開口38な
しには、切欠き20は閉じた中空室を成し、中空室が圧
力センサ12による絶対圧力測定を可能にする。
【0023】図4に示してあるように、圧力センサ12
はダイヤフラム22の領域にピエゾ抵抗40を有してお
り、ピエゾ抵抗がダイヤフラム22が機械的な変位に際
して抵抗を変化させる。ピエゾ抵抗40の抵抗変化は、
略示した接続パッド42及び、圧力センサ12内に構造
化された導体路44を介して検出されて、評価され得
る。ピエゾ抵抗40、接続パッド42及び導体路44の
構造化は、切欠き20の形成の前、若しくは後に行われ
てよい。
【0024】図5に、センサエレメント36の別の実施
例を示してある。この場合、支持体34が例えば1mm
の厚さの薄いガラスによって形成されている。これによ
って切欠き20が閉じた中空室を形成し、中空室がダイ
ヤフラム22に図面で上側から作用する圧力の測定を可
能にする。この場合にも、圧力センサ12の本発明に基
づく構成によって面の減少が達成されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく圧力センサの製造過程を示す図
【図2】本発明に基づく圧力センサの次の製造過程を示
す図
【図3】本発明に基づく圧力センサの次の製造過程を示
す図
【図4】本発明に基づく圧力センサを有するセンサエレ
メントを示す図
【図5】本発明に基づく圧力センサを有する別のセンサ
エレメントを示す図
【符号の説明】
10 基礎部材、 14 ウェーハ表面、 16
補助凹部、 20切欠き、 22 ダイヤフラム、
28 アンダーカット部、 30 開口幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホルスト ミュンツェル ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン グル オバッハシュトラーセ 60

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力センサであって、圧力センサの基礎
    部材が切欠き上に配置されたダイヤフラムを有してお
    り、ダイヤフラムが基礎部材の切欠きの後方の構造化に
    よって形成される形式のものにおいて、切欠き(20)
    がアンダーカット部(28)を有していることを特徴と
    する圧力センサ。
  2. 【請求項2】 切欠き(20)が、規定されたエッチン
    グエッジ(18)を介して基礎部材(10)の異方性エ
    ッチングによって形成されている請求項1記載の圧力セ
    ンサ。
  3. 【請求項3】 エッチングエッジ(18)が、基礎部材
    (10)のダイヤフラム(22)と逆の側(14)の切
    欠き(20)の最大の開口幅(30)を規定している請
    求項1又は2記載の圧力センサ。
  4. 【請求項4】 エッチングエッジ(18)が基礎部材
    (10)内の補助凹部(16)によって規定されている
    請求項1から3までのいずれか1項記載の圧力センサ。
  5. 【請求項5】 補助凹部(16)が、ウェーハ表面(1
    4)に対してほぼ垂直に延びるエッチングエッジを生ぜ
    しめる異方性エッチング法によって形成されている請求
    項4記載の圧力センサ。
  6. 【請求項6】 エッチング法がドライエッチング法であ
    る請求項4記載の圧力センサ。
  7. 【請求項7】 補助凹部(16)の深さ(d3)によっ
    てアンダーカット部(28)の大きさが規定されている
    請求項1から6までのいずれか1項記載の圧力センサ。
JP15623698A 1997-06-04 1998-06-04 圧力センサ Pending JPH1114481A (ja)

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JP2015141107A (ja) * 2014-01-29 2015-08-03 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーの製造方法、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体

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DE102018105868A1 (de) * 2018-03-14 2019-09-19 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zum Herstellen eines halbleiterbasierten Drucksensors
DE102018105869A1 (de) * 2018-03-14 2019-09-19 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zum Herstellen eines halbleiterbasierten Drucksensors mit einer aus einem Substrat geätzten Messmembran

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JP2015141107A (ja) * 2014-01-29 2015-08-03 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーの製造方法、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体

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