JPH11258089A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH11258089A JPH11258089A JP6250398A JP6250398A JPH11258089A JP H11258089 A JPH11258089 A JP H11258089A JP 6250398 A JP6250398 A JP 6250398A JP 6250398 A JP6250398 A JP 6250398A JP H11258089 A JPH11258089 A JP H11258089A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】測定流体、大気圧の影響を受けない安定性のよ
い圧力センサを提供する。 【解決手段】固定電極１２６と可動電極１２３間の静電
容量に基づいて絶対圧力を検出する半導体圧力センサに
おいて、固定電極と可動電極とをほぼ真空封止する凹形
のキャップ１２８と、キャップに設けられ、外部からの
電気ノイズから固定電極と可動電極とを保護するシール
ド電極とを備えた。
い圧力センサを提供する。 【解決手段】固定電極１２６と可動電極１２３間の静電
容量に基づいて絶対圧力を検出する半導体圧力センサに
おいて、固定電極と可動電極とをほぼ真空封止する凹形
のキャップ１２８と、キャップに設けられ、外部からの
電気ノイズから固定電極と可動電極とを保護するシール
ド電極とを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧力を静電容量の変
化として検出する半導体形センサに関する。
化として検出する半導体形センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の表面デバイス形の圧力センサは特
願昭61−168079号に見られるように、シリコン基板上に
ポリシリコンで形成したダイアフラムを可動電極と基板
上に形成した固定電極との間で形成した静電容量の変化
から圧力を検出するセンサである。
願昭61−168079号に見られるように、シリコン基板上に
ポリシリコンで形成したダイアフラムを可動電極と基板
上に形成した固定電極との間で形成した静電容量の変化
から圧力を検出するセンサである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の表面デバイス形
の圧力センサでは、シリコン基板の表面にポリシリコン
ダイアフラムを形成し基板上に測定流体を導くため、可
動電極であるダイアフラムの電位が測定流体の影響で変
動し不安定になる問題があった。また近接して形成され
る信号処理回路への影響が問題であった。
の圧力センサでは、シリコン基板の表面にポリシリコン
ダイアフラムを形成し基板上に測定流体を導くため、可
動電極であるダイアフラムの電位が測定流体の影響で変
動し不安定になる問題があった。また近接して形成され
る信号処理回路への影響が問題であった。
【０００４】本発明の目的は測定流体，大気圧の影響を
受けない安定性のよい圧力センサを提供するものであ
る。
受けない安定性のよい圧力センサを提供するものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、両側に空隙
と、前記両側を貫通させる貫通孔とを有する固定電極
と、圧力によって変位するダイアフラム部に設けられ、
前記固定電極の片側に対向する可動電極とを備え、前記
固定電極と前記可動電極間の静電容量に基づいて絶対圧
力を検出する半導体圧力センサにおいて、前記固定電極
と前記可動電極とをほぼ真空封止する凹形のキャップ
と、前記キャップに設けられ、外部からの電気ノイズか
ら前記固定電極と前記可動電極とを保護するシールド電
極と、を備えたことによって達成される。
と、前記両側を貫通させる貫通孔とを有する固定電極
と、圧力によって変位するダイアフラム部に設けられ、
前記固定電極の片側に対向する可動電極とを備え、前記
固定電極と前記可動電極間の静電容量に基づいて絶対圧
力を検出する半導体圧力センサにおいて、前記固定電極
と前記可動電極とをほぼ真空封止する凹形のキャップ
と、前記キャップに設けられ、外部からの電気ノイズか
ら前記固定電極と前記可動電極とを保護するシールド電
極と、を備えたことによって達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】基本的構造と作用について説明す
る。
る。
【０００７】Ｐ形シリコン基板の一部に形成したダイア
フラムは被測定流体の圧力に応動する。基板上に絶縁さ
れ可動電極として導電性の膜が形成される。その上に犠
牲層を形成する。この上に固定電極を形成し、先に形成
した犠牲層をエッチング除去して微小空隙を形成する。
犠牲層を除去して形成した空間は、ダイアフラムとシリ
コン基板上に形成した固定電極との間で圧力検知用静電
容量を形成する。基板とダイアフラムは所定の電位に保
持され被測定流体の電位が可動電極に影響するのを防止
する。
フラムは被測定流体の圧力に応動する。基板上に絶縁さ
れ可動電極として導電性の膜が形成される。その上に犠
牲層を形成する。この上に固定電極を形成し、先に形成
した犠牲層をエッチング除去して微小空隙を形成する。
犠牲層を除去して形成した空間は、ダイアフラムとシリ
コン基板上に形成した固定電極との間で圧力検知用静電
容量を形成する。基板とダイアフラムは所定の電位に保
持され被測定流体の電位が可動電極に影響するのを防止
する。
【０００８】さらに大気圧変化の影響を防止するためこ
の上にキャップを形成する。これはまた固定電極が外部
から汚染されるのを防止するためのシールド電極の機能
を持っている。この空間は、真空封止されており、基準
圧室として機能する。いわゆる絶対圧基準の静電容量式
圧力センサを構成する。
の上にキャップを形成する。これはまた固定電極が外部
から汚染されるのを防止するためのシールド電極の機能
を持っている。この空間は、真空封止されており、基準
圧室として機能する。いわゆる絶対圧基準の静電容量式
圧力センサを構成する。
【０００９】したがって、ダイアフラムが大気圧に曝さ
れたときは上方に変位し凸状の形をしており、負荷圧力
が真空に近づくにつれダイアフラムはもとの平らな形状
に戻る。負荷圧力が大気圧より正圧の場合はダイアフラ
ムがさらに上方に変位し可動電極との空間の隙間が小さ
くなる。このように負荷圧力により固定電極との間で形
成する静電容量が変化する。この静電容量変化を信号処
理回路で１−５Ｖなどの規格化出力信号に変換し、この
出力値から負荷された圧力を検知する。
れたときは上方に変位し凸状の形をしており、負荷圧力
が真空に近づくにつれダイアフラムはもとの平らな形状
に戻る。負荷圧力が大気圧より正圧の場合はダイアフラ
ムがさらに上方に変位し可動電極との空間の隙間が小さ
くなる。このように負荷圧力により固定電極との間で形
成する静電容量が変化する。この静電容量変化を信号処
理回路で１−５Ｖなどの規格化出力信号に変換し、この
出力値から負荷された圧力を検知する。
【００１０】キャップは大気圧により下方向に凹状に変
形するが、固定電極には接触しないので大気圧変動によ
って固定電極は変形しない。またキャップは固定電極が
外部から汚染されるのを防止するためのシールド電極の
機能を持って、圧力検知用静電容量は機械的にも電気的
にも外部からの影響を防止でき絶対圧基準の圧力センサ
として安定に動作する。
形するが、固定電極には接触しないので大気圧変動によ
って固定電極は変形しない。またキャップは固定電極が
外部から汚染されるのを防止するためのシールド電極の
機能を持って、圧力検知用静電容量は機械的にも電気的
にも外部からの影響を防止でき絶対圧基準の圧力センサ
として安定に動作する。
【００１１】１チップ上に上記絶対圧基準の構造を持つ
２つの圧力検知用静電容量を複合形成し、１つの検知容
量下に被測定圧力を導き絶対圧基準のセンサとして使用
し、他のセンサ下に大気圧力を導き大気圧の変化を検知
するセンサとする。さらに信号処理回路で両者の差をと
り、相対圧センサとしての信号を出力する。また、２つ
の圧力検知容量と参照容量との差をとり、温度変化の影
響を受けなくして絶対圧測定及び大気圧測定用センサと
しての信号を出力することができる。
２つの圧力検知用静電容量を複合形成し、１つの検知容
量下に被測定圧力を導き絶対圧基準のセンサとして使用
し、他のセンサ下に大気圧力を導き大気圧の変化を検知
するセンサとする。さらに信号処理回路で両者の差をと
り、相対圧センサとしての信号を出力する。また、２つ
の圧力検知容量と参照容量との差をとり、温度変化の影
響を受けなくして絶対圧測定及び大気圧測定用センサと
しての信号を出力することができる。
【００１２】浮遊容量を低減するために検知容量の近く
に信号処理回路を形成するので微小な容量変化を電圧出
力に増幅変換することができる。
に信号処理回路を形成するので微小な容量変化を電圧出
力に増幅変換することができる。
【００１３】まず図１を用いて本発明の実施例について
説明する。１２１はＰ形導電体のセンサ基板１の一部を
加工し被測定流体の圧力に応動するよう薄肉部に形成し
たＮ形導電体のダイアフラム、この上には絶縁膜１２２
が形成され次に可動電極123として導電性膜が形成され
る。その上に絶縁膜１２４を形成する。これは、さらに
積層された後で除去して空隙１２５を形成するための犠
牲層（リン注入シリカガラスＳｉＯ2 ）をエッチングす
る時のストッパとなる。その犠牲層の上に固定電極１２
６（リン注入多結晶シリコン）を形成し、先に形成した
犠牲層をエッチング除去して微小な空隙１２５を形成す
る（０.５ 〜１μｍ）。固定電極１２６の上には後で除
去して空隙１２７を形成するための犠牲層を形成しポリ
シリコンキャップ１２８が形成される。１２９はポリシ
リコンキャップ１２８に開けた穴で、ここから２つの犠
牲層をエッチングするための通路となりエッチング完了
時にはプラグ１３０で封止される。固定電極１２６はポ
リシリコンキャップ１２８とセンサ基板１とで気密に封
止され形成される空間１２０の中に設置されているので
外部からの水分や汚染から保護され、これからの電位影
響を防止される。空間１２０は真空封止されダイアフラ
ム１２１に加わる圧力は絶対圧基準として測定される。
犠牲層を除去して形成した空隙１２５は、センサ基板１
上に形成した可動電極１２３と固定電極１２６との間で
圧力検知用静電容量を形成する。基板１とダイアフラム
１２１は所定の電位に保持され被測定流体の電位が可動
電極に影響するのを防止する。さらに大気圧変化の影響
を防止するためこの上に形成したポリシリコンキャップ
１２８は、また固定電極１２６が外部から汚染されるの
を防止するためのシールド電極の機能を持っている。こ
の空間１２０は、真空封止されており、基準圧室として
機能する。いわゆる絶対圧基準の静電容量式圧力センサ
を構成する。したがって、ダイアフラム１２１が大気圧
に曝されたときは上方に変位し凸状の形をしており、負
荷圧力が真空に近づくにつれダイアフラム１２１はもと
の平らな形状に戻る。負荷圧力が大気圧より正圧の場合
はダイアフラム１２１がさらに上方に変位し可動電極と
の空間の隙間が小さくなる。このように負荷圧力により
可動電極１２３と固定電極１２６との間で形成する静電
容量が変化する。この静電容量変化を信号処理回路で１
−５Ｖなどの規格化出力信号に変換し、この出力値から
負荷された圧力を検知する。ポリシリコンキャップ１２
８は大気圧により下方向に凹状に変形するが、固定電極
１２６には接触しないので大気圧変動によって固定電極
は変形しない。また前述のようにポリシリコンキャップ
１２８は固定電極１２６が外部から汚染されるのを防止
するためのシールド電極の機能を持っているので、本発
明の容量式圧力センサは機械的にも電気的にも外部から
の影響を防止でき絶対圧基準の圧力センサとして安定に
動作する。センサ容量からの２つの電極は後述する信号
処理回路に最短距離で接続し、浮遊容量を極力小さくし
ている。容量変化は信号処理回路で１−５Ｖなどの標準
信号に変換され出力する。
説明する。１２１はＰ形導電体のセンサ基板１の一部を
加工し被測定流体の圧力に応動するよう薄肉部に形成し
たＮ形導電体のダイアフラム、この上には絶縁膜１２２
が形成され次に可動電極123として導電性膜が形成され
る。その上に絶縁膜１２４を形成する。これは、さらに
積層された後で除去して空隙１２５を形成するための犠
牲層（リン注入シリカガラスＳｉＯ2 ）をエッチングす
る時のストッパとなる。その犠牲層の上に固定電極１２
６（リン注入多結晶シリコン）を形成し、先に形成した
犠牲層をエッチング除去して微小な空隙１２５を形成す
る（０.５ 〜１μｍ）。固定電極１２６の上には後で除
去して空隙１２７を形成するための犠牲層を形成しポリ
シリコンキャップ１２８が形成される。１２９はポリシ
リコンキャップ１２８に開けた穴で、ここから２つの犠
牲層をエッチングするための通路となりエッチング完了
時にはプラグ１３０で封止される。固定電極１２６はポ
リシリコンキャップ１２８とセンサ基板１とで気密に封
止され形成される空間１２０の中に設置されているので
外部からの水分や汚染から保護され、これからの電位影
響を防止される。空間１２０は真空封止されダイアフラ
ム１２１に加わる圧力は絶対圧基準として測定される。
犠牲層を除去して形成した空隙１２５は、センサ基板１
上に形成した可動電極１２３と固定電極１２６との間で
圧力検知用静電容量を形成する。基板１とダイアフラム
１２１は所定の電位に保持され被測定流体の電位が可動
電極に影響するのを防止する。さらに大気圧変化の影響
を防止するためこの上に形成したポリシリコンキャップ
１２８は、また固定電極１２６が外部から汚染されるの
を防止するためのシールド電極の機能を持っている。こ
の空間１２０は、真空封止されており、基準圧室として
機能する。いわゆる絶対圧基準の静電容量式圧力センサ
を構成する。したがって、ダイアフラム１２１が大気圧
に曝されたときは上方に変位し凸状の形をしており、負
荷圧力が真空に近づくにつれダイアフラム１２１はもと
の平らな形状に戻る。負荷圧力が大気圧より正圧の場合
はダイアフラム１２１がさらに上方に変位し可動電極と
の空間の隙間が小さくなる。このように負荷圧力により
可動電極１２３と固定電極１２６との間で形成する静電
容量が変化する。この静電容量変化を信号処理回路で１
−５Ｖなどの規格化出力信号に変換し、この出力値から
負荷された圧力を検知する。ポリシリコンキャップ１２
８は大気圧により下方向に凹状に変形するが、固定電極
１２６には接触しないので大気圧変動によって固定電極
は変形しない。また前述のようにポリシリコンキャップ
１２８は固定電極１２６が外部から汚染されるのを防止
するためのシールド電極の機能を持っているので、本発
明の容量式圧力センサは機械的にも電気的にも外部から
の影響を防止でき絶対圧基準の圧力センサとして安定に
動作する。センサ容量からの２つの電極は後述する信号
処理回路に最短距離で接続し、浮遊容量を極力小さくし
ている。容量変化は信号処理回路で１−５Ｖなどの標準
信号に変換され出力する。
【００１４】Ｎ形導電形で形成したダイアフラム１２１
は、その断面形状が中央部１２１１を厚く周辺部を薄く
し、圧力による変形を周辺部で行い、可動電極１２３が
形成される中央部は変形しないで固定電極１２６に対し
て並行運動を行うようにしている。これは、入力圧力に
対する容量変化の非直線性を逆数演算を行うことにより
打ち消すためである。もし可動電極１２３が圧力で変形
するとこのために生じる非直線性は単なる逆数演算では
打ち消せず複雑な演算が必要となる。
は、その断面形状が中央部１２１１を厚く周辺部を薄く
し、圧力による変形を周辺部で行い、可動電極１２３が
形成される中央部は変形しないで固定電極１２６に対し
て並行運動を行うようにしている。これは、入力圧力に
対する容量変化の非直線性を逆数演算を行うことにより
打ち消すためである。もし可動電極１２３が圧力で変形
するとこのために生じる非直線性は単なる逆数演算では
打ち消せず複雑な演算が必要となる。
【００１５】図１の実施例ではダイアフラム１２１の下
部に凹凸の構造を形成したが、図２の例では上部に凹凸
の構造を形成した実施例を示した。ドライエッチングを
用いた製造プロセスを採用するのに都合がよい。製造方
法に違いはあるが、作用，機能は同じである。図３の実
施例では酸化膜や窒化膜でダイアフラムを構成する。セ
ンサ基板１を下からエッチング加工しダイアフラム１２
１を形成する時のストッパー膜として前記の酸化膜や窒
化膜１２２を用いるが、これをダイアフラムとして利用
する。この構造の特徴は極めて薄い厚さのダイアフラム
が実現できるので微小な圧力を高感度で検知できること
にある。
部に凹凸の構造を形成したが、図２の例では上部に凹凸
の構造を形成した実施例を示した。ドライエッチングを
用いた製造プロセスを採用するのに都合がよい。製造方
法に違いはあるが、作用，機能は同じである。図３の実
施例では酸化膜や窒化膜でダイアフラムを構成する。セ
ンサ基板１を下からエッチング加工しダイアフラム１２
１を形成する時のストッパー膜として前記の酸化膜や窒
化膜１２２を用いるが、これをダイアフラムとして利用
する。この構造の特徴は極めて薄い厚さのダイアフラム
が実現できるので微小な圧力を高感度で検知できること
にある。
【００１６】図４を用いて、センサ部の製造プロセスを
説明する。
説明する。
【００１７】（Ａ）は信号処理回路を形成するプロセ
ス、例えば標準的なＣＭＯＳ回路形成プロセスを用いて
基板１の上に信号処理回路１５が形成される。
ス、例えば標準的なＣＭＯＳ回路形成プロセスを用いて
基板１の上に信号処理回路１５が形成される。
【００１８】（Ｂ）は後で除去される犠牲層１２５を形
成するプロセスで例えばＳｉＯ2 などがセンサの静電容
量値として設計された必要な厚さに成膜される。
成するプロセスで例えばＳｉＯ2 などがセンサの静電容
量値として設計された必要な厚さに成膜される。
【００１９】（Ｃ）は固定電極１２６となるポリシリコ
ン膜を成膜する。図１〜図３に示したように前記電極膜
の一部を除去し開けた複数の穴１２６１が形成されてい
る。この上にはさらに犠牲層１２７（後で除去され空隙
となる）が成膜され、次にキャップとなるポリシリコン
膜１２８を成膜する。ポリシリコン膜の一部には犠牲層
１２７をエッチング除去するための複数の穴１２９が形
成されている。
ン膜を成膜する。図１〜図３に示したように前記電極膜
の一部を除去し開けた複数の穴１２６１が形成されてい
る。この上にはさらに犠牲層１２７（後で除去され空隙
となる）が成膜され、次にキャップとなるポリシリコン
膜１２８を成膜する。ポリシリコン膜の一部には犠牲層
１２７をエッチング除去するための複数の穴１２９が形
成されている。
【００２０】（Ｄ）は犠牲層をエッチング除去するプロ
セスで、まずポリシリコン膜１２８に開けた穴１２９を
通じて犠牲層１２７をフッ酸でエッチング除去し、さら
に図１〜図３に示したポリシリコン電極膜１２６の一部
に開けた穴１２６１を通じてフッ酸を導き犠牲層材料Ｓ
ｉＯ2 を除去し空隙１２５，１２７を形成する。可動電
極１２３の上にはプロセス１の段階でエッチングストッ
パーとしてＳｉ3Ｎ4膜１２４が形成されているので電極
膜１２３はフッ酸でエッチングされず犠牲層としての酸
化膜の厚みに等しい空隙１２５が正確に形成される。こ
れで空間の隙間が決まり、静電容量つまり感度が決めら
れる。
セスで、まずポリシリコン膜１２８に開けた穴１２９を
通じて犠牲層１２７をフッ酸でエッチング除去し、さら
に図１〜図３に示したポリシリコン電極膜１２６の一部
に開けた穴１２６１を通じてフッ酸を導き犠牲層材料Ｓ
ｉＯ2 を除去し空隙１２５，１２７を形成する。可動電
極１２３の上にはプロセス１の段階でエッチングストッ
パーとしてＳｉ3Ｎ4膜１２４が形成されているので電極
膜１２３はフッ酸でエッチングされず犠牲層としての酸
化膜の厚みに等しい空隙１２５が正確に形成される。こ
れで空間の隙間が決まり、静電容量つまり感度が決めら
れる。
【００２１】（Ｅ）はポリシリコンキャップ膜１２８の
一部に開けた穴１２９を真空中で封止するプロセスであ
る。同じポリシリコンやＳｉＯ2 などを減圧した容器の
中で成膜し穴１２９の中を埋める。これによりポリシリ
コンキャップ膜１２８内部と外部を封止し隔離する。不
必要部を除去しプラグ130 を残して形成する。
一部に開けた穴１２９を真空中で封止するプロセスであ
る。同じポリシリコンやＳｉＯ2 などを減圧した容器の
中で成膜し穴１２９の中を埋める。これによりポリシリ
コンキャップ膜１２８内部と外部を封止し隔離する。不
必要部を除去しプラグ130 を残して形成する。
【００２２】（Ｆ）はボンディングパッドのＡＬの端子
１４を形成するプロセスである。
１４を形成するプロセスである。
【００２３】（Ｇ）は基板１に開口１００を開けてダイ
アフラム１２１を形成するプロセスである。厚さと直径
はセンサの測定圧力レンジに応じて決める。
アフラム１２１を形成するプロセスである。厚さと直径
はセンサの測定圧力レンジに応じて決める。
【００２４】センサ部の実装構造を図５に説明する。
【００２５】センサ基板１はシリコン、ケーシング２は
プラスチックなどの材料からなる、３は信号引出用コネ
クタ、４はセンサ基板１をケーシング２に気密に接着す
る有機接着材、５は被測定圧力を導く導圧管、７はセン
サとコネクタ３の結線である。６はセンサ基板１と結線
７を保護するためのシリコーンゲルである。導圧管５か
ら導かれた被測定圧力は、ケーシング２に気密に接着し
たセンサ基板１の穴１００に導かれる。センサ基板１は
この圧力に応動し、これに比例した電気信号をコネクタ
３を経由して外部に出力する。
プラスチックなどの材料からなる、３は信号引出用コネ
クタ、４はセンサ基板１をケーシング２に気密に接着す
る有機接着材、５は被測定圧力を導く導圧管、７はセン
サとコネクタ３の結線である。６はセンサ基板１と結線
７を保護するためのシリコーンゲルである。導圧管５か
ら導かれた被測定圧力は、ケーシング２に気密に接着し
たセンサ基板１の穴１００に導かれる。センサ基板１は
この圧力に応動し、これに比例した電気信号をコネクタ
３を経由して外部に出力する。
【００２６】次に図６のセンサ部の実装断面図について
説明する。
説明する。
【００２７】１はセンサ基板で、この上に絶対圧基準の
構造を持つ２つの圧力検知用容量１１，１２と参照容量
１３及び信号処理回路１５が複合形成されている。２つ
の圧力検知用容量は全く同じ構造を持ち、先述した図４
の半導体プロセスで同時に形成される。圧力検知用容量
１１，１２の中の隙間は前記図４のプロセスで説明した
ように真空中で気密シールされ基準室を構成しているの
で、圧力検知用容量１２は導圧穴２２から開口１００に
導かれる被測定圧力を検知すべく、これらセンサからの
電極は隣接の信号処理回路１５に接続している。浮遊容
量を極力小さくするため最短距離で接続している。同様
に圧力検知用容量１１は導圧穴２１から開口１００に導
かれる大気圧力を検知する。センサ群１１〜１３からの
信号は信号処理回路１５で１−５Ｖなどの標準信号に変
換され、外部のボンディングパッド１４を経てケーシン
グ２に設けたコネクタ３に引き出される。センサ容量群
１１〜１３，回路１５の上に形成される空間はケーシン
グ２で隔離され外汚部からの水分や汚染から保護され
る。ケーシング２の材料がプラスチックなど透湿性の場
合長年にわたる使用で外気中に含まれる水分や汚染物質
などが信号処理回路１５の上に到達する可能性があるの
でこれを防ぐシリコーンゲル６が塗布されている。
構造を持つ２つの圧力検知用容量１１，１２と参照容量
１３及び信号処理回路１５が複合形成されている。２つ
の圧力検知用容量は全く同じ構造を持ち、先述した図４
の半導体プロセスで同時に形成される。圧力検知用容量
１１，１２の中の隙間は前記図４のプロセスで説明した
ように真空中で気密シールされ基準室を構成しているの
で、圧力検知用容量１２は導圧穴２２から開口１００に
導かれる被測定圧力を検知すべく、これらセンサからの
電極は隣接の信号処理回路１５に接続している。浮遊容
量を極力小さくするため最短距離で接続している。同様
に圧力検知用容量１１は導圧穴２１から開口１００に導
かれる大気圧力を検知する。センサ群１１〜１３からの
信号は信号処理回路１５で１−５Ｖなどの標準信号に変
換され、外部のボンディングパッド１４を経てケーシン
グ２に設けたコネクタ３に引き出される。センサ容量群
１１〜１３，回路１５の上に形成される空間はケーシン
グ２で隔離され外汚部からの水分や汚染から保護され
る。ケーシング２の材料がプラスチックなど透湿性の場
合長年にわたる使用で外気中に含まれる水分や汚染物質
などが信号処理回路１５の上に到達する可能性があるの
でこれを防ぐシリコーンゲル６が塗布されている。
【００２８】参照容量１３の中の隙間は前記図４のプロ
セスで説明したように真空中で気密シールされ、下側に
は圧力を導く開口がないので被測定圧力と大気圧いずれ
も検知されない。即ち参照容量１３は周囲の温度が変化
したことによる容量の変化だけを検知する一種の温度セ
ンサとして機能する。温度による容量変化は、材料の誘
電率変化，熱歪よる隙間の変化などによってもたらされ
る。
セスで説明したように真空中で気密シールされ、下側に
は圧力を導く開口がないので被測定圧力と大気圧いずれ
も検知されない。即ち参照容量１３は周囲の温度が変化
したことによる容量の変化だけを検知する一種の温度セ
ンサとして機能する。温度による容量変化は、材料の誘
電率変化，熱歪よる隙間の変化などによってもたらされ
る。
【００２９】本発明のブロック構成の一実施例を図７に
示す。複合形成した２つの圧力検知用容量１１，１２
は、被測定圧力を静電容量変化として検出し信号処理し
て絶対圧基準の信号として端子１４１から出力する。ま
ず圧力検知用容量１２と参照容量１３との差から絶対圧
基準の出力を演算する。また圧力検知用容量１１を大気
圧センサとし、スイッチ手段１５５を用いて切り替え、
圧力検知用容量１２との差をとり、端子１４２から相対
圧センサとしての信号を出力する。必要な場合は、圧力
検知用容量と参照容量との差を演算し、端子から大気圧
を出力する。さらに必要なら、参照容量１３の温度によ
る変化を信号処理して端子から温度信号として出力す
る。このとき、２つの圧力検知用容量１１，１２と参照
容量１３は同一基板１上に隣接して同じプロセスで同時
に形成するため殆ど同じ温度特性を持つ。故に、周囲温
度が変化しても信号処理回路で演算し両者の差をとれば
温度による誤差を打ち消すことができる。本発明の容量
式圧力センサは原理的に従来のピエゾ抵抗式の圧力セン
サに比べて温度係数は小さいが、さらにこのような演算
処理で温度影響をさらに小さくすることができる。ゆえ
に絶対圧，相対圧及び大気圧の信号を正確に得られる特
徴を有する。
示す。複合形成した２つの圧力検知用容量１１，１２
は、被測定圧力を静電容量変化として検出し信号処理し
て絶対圧基準の信号として端子１４１から出力する。ま
ず圧力検知用容量１２と参照容量１３との差から絶対圧
基準の出力を演算する。また圧力検知用容量１１を大気
圧センサとし、スイッチ手段１５５を用いて切り替え、
圧力検知用容量１２との差をとり、端子１４２から相対
圧センサとしての信号を出力する。必要な場合は、圧力
検知用容量と参照容量との差を演算し、端子から大気圧
を出力する。さらに必要なら、参照容量１３の温度によ
る変化を信号処理して端子から温度信号として出力す
る。このとき、２つの圧力検知用容量１１，１２と参照
容量１３は同一基板１上に隣接して同じプロセスで同時
に形成するため殆ど同じ温度特性を持つ。故に、周囲温
度が変化しても信号処理回路で演算し両者の差をとれば
温度による誤差を打ち消すことができる。本発明の容量
式圧力センサは原理的に従来のピエゾ抵抗式の圧力セン
サに比べて温度係数は小さいが、さらにこのような演算
処理で温度影響をさらに小さくすることができる。ゆえ
に絶対圧，相対圧及び大気圧の信号を正確に得られる特
徴を有する。
【００３０】他の実施例を図８を用いて説明する。シリ
コンに熱膨張が近似した硼珪酸ガラス板２０，固定電極
１２６の上面には犠牲層エッッチング用の穴１２６が開
けられるが、真空中で静電接合法により接着剤を用いず
に互いを接合することにより静電容量を形成する空隙１
２５は気密に真空封止される。また、この構造は固定電
極１２６をガラス板２０で補強するため図９に示したよ
うに、プラスチック材料のケーシング２に接着固定する
ときの両者の熱膨張の違いによる不可逆な熱歪の発生を
回避することができる。
コンに熱膨張が近似した硼珪酸ガラス板２０，固定電極
１２６の上面には犠牲層エッッチング用の穴１２６が開
けられるが、真空中で静電接合法により接着剤を用いず
に互いを接合することにより静電容量を形成する空隙１
２５は気密に真空封止される。また、この構造は固定電
極１２６をガラス板２０で補強するため図９に示したよ
うに、プラスチック材料のケーシング２に接着固定する
ときの両者の熱膨張の違いによる不可逆な熱歪の発生を
回避することができる。
【００３１】図９は静電容量式センサの感度特性を示す
説明図である。ピエゾ抵抗式に比較して空隙を小さくす
れば感度は高くなる。とくに静電容量式圧力センサは半
導体の微細加工を利用して微小ギャップを加工形成する
ことができるためダイアフラム径の小さい小型の圧力セ
ンサに有利である。
説明図である。ピエゾ抵抗式に比較して空隙を小さくす
れば感度は高くなる。とくに静電容量式圧力センサは半
導体の微細加工を利用して微小ギャップを加工形成する
ことができるためダイアフラム径の小さい小型の圧力セ
ンサに有利である。
【００３２】
【発明の効果】半導体シリコン単結晶の一部に形成した
ダイアフラムと、外界から機械的，電気的に絶縁，シー
ルドされた電極を形成することにより、外部圧力や測定
流体からの影響を受けない安定性のよい半導体容量式の
圧力センサを実現できる。
ダイアフラムと、外界から機械的，電気的に絶縁，シー
ルドされた電極を形成することにより、外部圧力や測定
流体からの影響を受けない安定性のよい半導体容量式の
圧力センサを実現できる。
【図１】本発明のセンサの縦断面図。
【図２】本発明のセンサの縦断面図。
【図３】本発明のセンサの縦断面図。
【図４】本発明の実装構造の実施例の断面図。
【図５】本発明の実装構造の実施例の断面図。
【図６】本発明の実装構造の実施例の断面図。
【図７】本発明のブロック回路図。
【図８】本発明の別の実施例のセンサ縦断面図。
【図９】静電容量式圧力センサの特性を説明する図。
１…センサ基板、２…ケーシング、３…コネクタ、４…
接着剤、５…導圧管、６…シリコーンゲル、７…結線、
８…固定接着剤、９…取付け基板、１１，１２…圧力検
知用容量、１３，１３′…参照容量、１５…信号処理回
路、１２１…ダイアフラム、１２２…絶縁膜、１２３…
可動電極、１２５，１２７…空隙、126…固定電極、１
２８…ポリシリコンキャップ。
接着剤、５…導圧管、６…シリコーンゲル、７…結線、
８…固定接着剤、９…取付け基板、１１，１２…圧力検
知用容量、１３，１３′…参照容量、１５…信号処理回
路、１２１…ダイアフラム、１２２…絶縁膜、１２３…
可動電極、１２５，１２７…空隙、126…固定電極、１
２８…ポリシリコンキャップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 昌大 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 渡辺 篤雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 市川 範男 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 宮▲崎▼ 敦史 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 堀江 潤一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 半沢 恵二 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内
Claims (7)
- 【請求項１】両側に空隙と、前記両側を貫通させる貫通
孔とを有する固定電極と、 圧力によって変位するダイアフラム部に設けられ、前記
固定電極の片側に対向する可動電極とを備え、 前記固定電極と前記可動電極間の静電容量に基づいて絶
対圧力を検出する半導体圧力センサにおいて、 前記固定電極と前記可動電極とをほぼ真空封止する凹形
のキャップと、 前記キャップに設けられ、外部からの電気ノイズから前
記固定電極と前記可動電極とを保護するシールド電極
と、を備えたことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項２】請求項１において、 前記ダイアフラム部は、周辺部に設けられた薄肉部と、
中心付近に設けられた厚肉部とを備えたことを特徴とす
る半導体圧力センサ。 - 【請求項３】請求項２において、 前記ダイアフラム部は、所定の電位に保たれることを特
徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項４】請求項１において、 前記半導体絶対圧力センサを支持するシリコン基板はＰ
形導電体であり、 前記ダイアフラム部はＮ形導電体または高濃度Ｐ形導電
体であり、 前記両側の空隙は、前記キャップ形成後に前記両側の空
隙を満たす犠牲層をエッチングして形成されることを特
徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項５】請求項４において、 前記キャップは多結晶シリコンで形成され、 前記固定電極はリン注入多結晶シリコンで形成され、 前記犠牲層はリン注入シリカガラス（ＳｉＯ2 ）で形成
されたことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項６】請求項１において、 シリコン基板１上に圧力により容量が変化する検知容量
と変化しない参照容量を形成し、これらの容量変化を電
圧に変換する信号処理回路を直近に形成したことを特徴
とする半導体圧力センサ。 - 【請求項７】貫通孔とを有する固定電極と、 圧力によって変位するダイアフラム部に設けられ、前記
固定電極の片側に対向する可動電極とを備え、 前記固定電極と前記可動電極間の静電容量に基づいて絶
対圧力を検出する半導体圧力センサにおいて、 前記固定電極を多結晶シリコンで形成し、前記固定電極
の貫通孔を塞ぐように、これと近似した熱膨張係数のガ
ラス板を真空中で静電接合し、前記固定電極と前記可動
電極との間に形成される空間をほぼ真空封止することを
特徴とする絶対圧基準形半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6250398A JPH11258089A (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6250398A JPH11258089A (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11258089A true JPH11258089A (ja) | 1999-09-24 |
Family
ID=13202049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6250398A Pending JPH11258089A (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11258089A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11281509A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Hitachi Ltd | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
| US6584852B2 (en) | 2001-07-06 | 2003-07-01 | Denso Corportation | Electrical capacitance pressure sensor having electrode with fixed area and manufacturing method thereof |
| JP2007208549A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Matsushita Electric Works Ltd | 音響センサ |
| JP2008051820A (ja) * | 2007-09-26 | 2008-03-06 | Toyota Central R&D Labs Inc | 半導体装置 |
-
1998
- 1998-03-13 JP JP6250398A patent/JPH11258089A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11281509A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Hitachi Ltd | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
| US6584852B2 (en) | 2001-07-06 | 2003-07-01 | Denso Corportation | Electrical capacitance pressure sensor having electrode with fixed area and manufacturing method thereof |
| JP2007208549A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Matsushita Electric Works Ltd | 音響センサ |
| JP2008051820A (ja) * | 2007-09-26 | 2008-03-06 | Toyota Central R&D Labs Inc | 半導体装置 |
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