JPH1164141A - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

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JPH1164141A
JPH1164141A JP24461897A JP24461897A JPH1164141A JP H1164141 A JPH1164141 A JP H1164141A JP 24461897 A JP24461897 A JP 24461897A JP 24461897 A JP24461897 A JP 24461897A JP H1164141 A JPH1164141 A JP H1164141A
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pressure
diaphragm
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pressure receiving
groove
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Koichi Kusuyama
幸一 楠山
Masao Tsukada
正夫 塚田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out precise positioning of a diaphragm part and a warp detecting element, detect pressure at high precision, and make a pressure sensor fine. SOLUTION: While sandwiching a projected wall 4 between them, a pressure receiving groove 2 and a recessed groove 3 are formed in the front side of a silicon substrate 1. An upper plate 12 is fixed on the pressure receiving groove 2 and the recessed groove 3 to form a pressure receiving chamber A and a standard pressure chamber B which are mutually isolated by the diaphragm part C made of the projected wall 4. A piezoelectric resistance element 5 is formed in the diaphragm part C. When pressure is applied to the pressure receiving chamber A, the diaphragm part C is warped and deformed and the piezo electric resistance element 5 sends out a signal corresponding to the pressure reflecting the warping deformation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力を検出するの
に用いて好適な圧力センサに関し、特にエッチング処理
等の半導体製造技術を用いてシリコン基板等に形成され
る半導体式の圧力センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor suitable for detecting pressure, and more particularly to a semiconductor type pressure sensor formed on a silicon substrate or the like by using a semiconductor manufacturing technique such as an etching process.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体式の圧力センサとして、
シリコン等の半導体材料からなる基板上にエッチング等
の半導体製造技術を用いて形成したものが例えば特開平
2−132337号公報によって知られている。
2. Description of the Related Art Generally, as a semiconductor type pressure sensor,
A device formed on a substrate made of a semiconductor material such as silicon by using a semiconductor manufacturing technique such as etching is known, for example, from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-132337.

【0003】そこで、図20および図21に基づき従来
技術によるダイヤフラム型の圧力センサをシリコン基板
に形成する場合について述べる。
A case in which a diaphragm-type pressure sensor according to the prior art is formed on a silicon substrate will be described with reference to FIGS.

【0004】101は圧力センサを構成する基板として
のシリコン基板を示し、該シリコン基板101は、その
上,下面となる表面101Aと裏面101Bとは、シリ
コン結晶の(100)面とほぼ一致するように形成され
ている。
[0004] Reference numeral 101 denotes a silicon substrate as a substrate constituting a pressure sensor, and the upper and lower surfaces 101A and 101B of the silicon substrate 101 are substantially coincident with the (100) plane of the silicon crystal. Is formed.

【0005】102はシリコン基板101の裏面101
B側に凹設された凹溝で、該凹溝102によりシリコン
基板101の表面側に薄肉のダイヤフラム部103が形
成されている。また、ダイヤフラム部103上にはダイ
ヤフラム部103に生じる撓みを検出するピエゾ抵抗素
子が設けられ、該ピエゾ抵抗素子104にはリード端子
105,105が接続されている。
Reference numeral 102 denotes a back surface 101 of the silicon substrate 101
The thin groove portion 103 is formed on the surface side of the silicon substrate 101 by the concave groove formed on the B side. Further, a piezoresistive element for detecting the bending of the diaphragm 103 is provided on the diaphragm 103, and lead terminals 105, 105 are connected to the piezoresistive element 104.

【0006】ここで、凹溝102は、シリコン基板10
1に対して異方性のエッチング処理を施すことにより横
断面が四角形状に形成され、シリコン結晶の(111)
面に沿って形成された4個の側壁102A,102A,
…を有している。
Here, the concave groove 102 is formed in the silicon substrate 10
1 is anisotropically etched to form a square cross section, and the silicon crystal (111)
Four side walls 102A, 102A,
…have.

【0007】そして、圧力センサの作動時には、流体圧
等がダイヤフラム部103に作用すると、この圧力に応
じてダイヤフラム部103が全体に亘って撓み変形す
る。このとき、ピエゾ抵抗素子104はダイヤフラム部
103に設けられているから、ピエゾ抵抗素子104に
歪が生じる。そして、ピエゾ抵抗素子104の抵抗値は
この歪み量に応じて変化するから、圧力センサは、ピエ
ゾ抵抗素子104の抵抗値を各リード端子105間の電
圧、電流等によって検出することによって、ダイヤフラ
ム部103に加わる圧力を検出している。
During operation of the pressure sensor, when a fluid pressure or the like acts on the diaphragm portion 103, the diaphragm portion 103 bends and deforms in its entirety according to the pressure. At this time, since the piezoresistive element 104 is provided in the diaphragm section 103, distortion occurs in the piezoresistive element 104. Since the resistance value of the piezoresistive element 104 changes in accordance with the amount of distortion, the pressure sensor detects the resistance value of the piezoresistive element 104 based on the voltage, current, and the like between the lead terminals 105, so that the diaphragm unit The pressure applied to 103 is detected.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、ピエゾ抵抗素子104に生じる歪み量は、
ダイヤフラム部103の撓み変形の大きさによって変化
する。このため、ダイヤフラム部103に作用する圧力
を正確に検出するためには、ダイヤフラム部103とピ
エゾ抵抗素子104とを正確に位置合せする必要があ
る。そして、ピエゾ抵抗素子104とダイヤフラム部1
03(凹溝102)とをシリコン基板101の両面側で
位置合せするために、例えば両面型の露光設備等を用い
てシリコン基板101の表面101A側にピエゾ抵抗素
子104用の露光マスクを配置すると共に、シリコン基
板101の裏面101B側に凹溝102用の露光マスク
を配置し、2つの露光マスクを表面101A側と裏面1
01B側とで正確に位置合わせしている。
In the above-mentioned prior art, the amount of distortion generated in the piezoresistive element 104 is as follows.
It changes depending on the magnitude of the bending deformation of the diaphragm portion 103. Therefore, in order to accurately detect the pressure acting on the diaphragm 103, it is necessary to accurately position the diaphragm 103 and the piezoresistive element 104. Then, the piezoresistive element 104 and the diaphragm 1
In order to align 03 (concave groove 102) on both sides of the silicon substrate 101, an exposure mask for the piezoresistive element 104 is arranged on the surface 101A side of the silicon substrate 101 using, for example, a double-sided exposure equipment. At the same time, an exposure mask for the groove 102 is arranged on the back surface 101B side of the silicon substrate 101, and the two exposure masks are attached to the front surface 101A side and the back surface 1A.
The position is accurately aligned with the 01B side.

【0009】しかし、一般に、2つの露光マスクを表面
101A側と裏面101B側とで位置合せするときに
は、例えば表面101A側でのみ露光マスクの位置合せ
をするときに比して位置合せの精度が低下することが知
られている。即ち、2つの露光マスクの位置合せを行な
う赤外線アライナや反射式の両面アライナでは、光学系
の軸ずれ等によって2つの露光マスクに位置ずれが生じ
ることがある。このため、ピエゾ抵抗素子104′は、
例えば図21中に一点鎖線で示すように、ダイヤフラム
部103に対して数μm程度の寸法d0 だけ位置ずれす
ることがある。
However, generally, when two exposure masks are aligned on the front surface 101A side and the back surface 101B side, the accuracy of alignment is lower than when, for example, the exposure masks are aligned only on the front surface 101A side. It is known to That is, in an infrared aligner or a reflective double-sided aligner that aligns two exposure masks, a positional shift may occur between the two exposure masks due to an axis shift of an optical system or the like. Therefore, the piezoresistive element 104 '
For example, as shown by a one-dot chain line in FIG. 21, the position may be shifted from the diaphragm 103 by a dimension d0 of about several μm.

【0010】また、2つの露光マスクを正確に位置合せ
できたときでも、ダイヤフラム部103がピエゾ抵抗素
子104に対して位置ずれすることがある。即ち、シリ
コン基板101のカット面となる表面101Aは、カッ
ト時におけるスライス加工、研摩加工の誤差等によって
(100)面に対して例えば1〜3°程度のばらつきが
生じることがある。このとき、異方性のエッチング処理
によって凹溝102を形成すると、図21中に二点鎖線
で示すように各側壁102A′が本来の各側壁102A
に対して傾斜した状態となる。このため、ダイヤフラム
部103はピエゾ抵抗素子104に対して10μm程度
の寸法d1 だけ位置ずれするものである。
Further, even when the two exposure masks can be accurately aligned, the diaphragm 103 may be displaced from the piezoresistive element 104. That is, the surface 101A serving as the cut surface of the silicon substrate 101 may have a variation of, for example, about 1 to 3 degrees with respect to the (100) plane due to an error in slicing or polishing during cutting. At this time, when the concave groove 102 is formed by anisotropic etching, each side wall 102A 'is replaced with the original side wall 102A as shown by a two-dot chain line in FIG.
Is inclined with respect to. For this reason, the diaphragm 103 is displaced from the piezoresistive element 104 by a dimension d1 of about 10 μm.

【0011】このように、ダイヤフラム部103とピエ
ゾ抵抗素子104とに位置ずれが生じた場合には、ピエ
ゾ抵抗素子104に生じる歪み量がピエゾ抵抗素子10
4とダイヤフラム部103との相対位置によって異なる
から、ピエゾ抵抗素子104によってダイヤフラム部1
03に作用する圧力を高精度で検出することが難しいと
いう問題がある。
As described above, when the displacement between the diaphragm portion 103 and the piezoresistive element 104 occurs, the amount of distortion generated in the piezoresistive element 104 is reduced.
4 differs from the relative position of the diaphragm unit 103, and therefore the diaphragm unit 1 is
There is a problem that it is difficult to detect the pressure acting on the pressure sensor 03 with high accuracy.

【0012】これに対し、ダイヤフラム部103とピエ
ゾ抵抗素子104とを大型化することによって、ダイヤ
フラム部103とピエゾ抵抗素子104との位置ずれに
よって生じるピエゾ抵抗素子104の歪み量の差を少な
くし、ピエゾ抵抗素子104による検出の精度を向上さ
せることができる。しかし、この場合にはダイヤフラム
部103の1辺の寸法d2 が例えば数100μm〜数m
m程度となってしまい、圧力センサを微細化することが
できないという問題がある。
On the other hand, by increasing the size of the diaphragm section 103 and the piezoresistive element 104, the difference in the amount of distortion of the piezoresistive element 104 caused by the displacement between the diaphragm section 103 and the piezoresistive element 104 is reduced. The accuracy of detection by the piezoresistive element 104 can be improved. However, in this case, the dimension d2 of one side of the diaphragm 103 is, for example, several hundred μm to several m.
m, which makes it impossible to miniaturize the pressure sensor.

【0013】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は高精度に圧力を検出できると共
に、ダイヤフラム部と撓み検出素子とを高精度に位置合
せすることができ、微細化が可能な圧力センサを提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the present invention can detect pressure with high accuracy, and can position the diaphragm and the deflection detecting element with high accuracy, thereby achieving a fine structure. It is to provide a pressure sensor which can be used.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、請求項1の発明に係る圧力センサの構成は、シリ
コン材料からなる基板と、該基板の表面側に形成され、
該基板の側面に開口した受圧溝と、前記基板の表面側に
形成され、該受圧溝に対し突壁を介して隔てられた凹陥
溝と、前記受圧溝と該凹陥溝とを覆って前記基板の表面
側に設けられ、前記受圧溝との間で外部からの圧力を受
圧する受圧室を形成すると共に、該凹陥溝との間に基準
圧室を画成する上板と、前記受圧溝と前記凹陥溝との間
に位置して前記突壁により形成され、前記受圧室と基準
圧室との間の圧力差によって変位するダイヤフラム部
と、少なくとも該ダイヤフラム部に設けられ、該ダイヤ
フラム部が変位したときに生じる撓みを検出する撓み検
出素子とからなる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a pressure sensor comprising: a substrate made of a silicon material; and a pressure sensor formed on a front surface of the substrate.
A pressure receiving groove opened on a side surface of the substrate, a concave groove formed on a front surface side of the substrate, and separated from the pressure receiving groove via a protruding wall; and the substrate covering the pressure receiving groove and the concave groove. A pressure receiving chamber is provided on the front side of the pressure receiving groove and receives a pressure from the outside between the pressure receiving groove and the upper plate defining a reference pressure chamber between the pressure receiving chamber and the concave groove. A diaphragm formed between the recessed groove and the projecting wall and displaced by a pressure difference between the pressure receiving chamber and the reference pressure chamber; and a diaphragm provided at least in the diaphragm, wherein the diaphragm is displaced. And a deflection detecting element for detecting the deflection generated when the deflection is performed.

【0015】上記構成により、受圧室に圧力が加わると
基準圧室との差圧によってダイヤフラム部が撓み変形す
る。このとき、圧力センサは、撓み検出素子によってダ
イヤフラム部の撓み変形を検出し、ダイヤフラム部に作
用する圧力を検出することができる。
According to the above configuration, when pressure is applied to the pressure receiving chamber, the diaphragm is bent and deformed due to a differential pressure between the pressure receiving chamber and the reference pressure chamber. At this time, the pressure sensor can detect the bending deformation of the diaphragm by the deflection detecting element and detect the pressure acting on the diaphragm.

【0016】また、ダイヤフラム部と撓み検出素子とを
基板の表面側に形成するから、基板の表面側だけを加工
することによってダイヤフラム部と撓み検出素子とを形
成することができ、ダイヤフラム部と撓み検出素子を高
精度に位置合せすることができる。
Further, since the diaphragm and the deflection detecting element are formed on the front surface of the substrate, the diaphragm and the deflection detecting element can be formed by processing only the surface of the substrate, and the diaphragm and the deflection detecting element can be formed. The detection element can be positioned with high accuracy.

【0017】また、請求項2の発明は、ダイヤフラム部
を構成する突壁は、受圧溝と凹陥溝との間に変位可能と
なる厚みをもって形成している。
Further, according to the invention of claim 2, the protruding wall constituting the diaphragm portion is formed with a thickness capable of being displaced between the pressure receiving groove and the concave groove.

【0018】この場合、受圧溝と上板との間から圧力が
加わったときに、ダイヤフラム部は基板と上板との間の
高さ方向の中間部が大きく変位し、全体的に撓み変形す
る。このため、ダイヤフラム部全体で圧力を受承するこ
とができる。
In this case, when a pressure is applied from between the pressure receiving groove and the upper plate, the diaphragm portion is largely displaced at the intermediate portion in the height direction between the substrate and the upper plate, and is flexibly deformed as a whole. . For this reason, pressure can be received by the entire diaphragm portion.

【0019】また、請求項3の発明は、基板の表面側に
は凹陥溝を複数個形成し、受圧溝との間に複数のダイヤ
フラム部を形成している。
According to a third aspect of the present invention, a plurality of concave grooves are formed on the front surface side of the substrate, and a plurality of diaphragm portions are formed between the concave grooves and the pressure receiving grooves.

【0020】上記構成により、受圧室に圧力が加わった
ときに、各ダイヤフラム部毎に圧力を検出することがで
きる。また、各ダイヤフラム部をそれぞれ異なる厚さ寸
法に形成することによって、各ダイヤフラム部毎に検出
可能な圧力の範囲を変えることができる。
According to the above configuration, when pressure is applied to the pressure receiving chamber, the pressure can be detected for each diaphragm. Further, by forming each of the diaphragm portions to have different thickness dimensions, the range of the pressure that can be detected for each of the diaphragm portions can be changed.

【0021】また、請求項4の発明は、撓み検出素子
は、ダイヤフラム部に設けたピエゾ抵抗素子によって構
成したことにある。
According to a fourth aspect of the present invention, the deflection detecting element is constituted by a piezoresistive element provided in the diaphragm.

【0022】これにより、受圧溝と上板との間に圧力が
加わり、ダイヤフラム部に撓み変形が生じたときに、ピ
エゾ抵抗素子に歪みが生じる。このとき、この歪み量に
応じてピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化するから、ピエゾ
抵抗素子の抵抗値に応じてダイヤフラム部に加わる圧力
を検出することができる。
As a result, when pressure is applied between the pressure receiving groove and the upper plate, and the diaphragm is bent and deformed, distortion occurs in the piezoresistive element. At this time, since the resistance value of the piezoresistive element changes according to the amount of distortion, the pressure applied to the diaphragm can be detected according to the resistance value of the piezoresistive element.

【0023】また、請求項5の発明は、撓み検出素子
は、ダイヤフラム部に設けられた第1の電極と、該第1
の電極と対向し凹陥溝内に設けられた第2の電極とによ
り静電容量型素子として構成している。
According to a fifth aspect of the present invention, the deflection detecting element comprises: a first electrode provided on the diaphragm;
And a second electrode provided in the recessed groove opposite to the above-mentioned electrode to constitute a capacitance-type element.

【0024】これにより、受圧溝と上板との間に圧力が
加わり、ダイヤフラム部に撓み変形が生じたときに、ダ
イヤフラム部側の第1の電極と凹陥溝内の第2の電極と
の間の距離が減少、増加するから、この距離に応じて第
1の電極と第2の電極との間の静電容量が変化する。こ
のため、第1の電極と第2の電極との間の静電容量に対
応してダイヤフラム部に加わる圧力を検出することがで
きる。
Accordingly, when a pressure is applied between the pressure receiving groove and the upper plate, and the diaphragm portion is bent and deformed, the gap between the first electrode on the diaphragm portion side and the second electrode in the concave groove is formed. Is reduced or increased, the capacitance between the first electrode and the second electrode changes according to this distance. For this reason, it is possible to detect the pressure applied to the diaphragm in accordance with the capacitance between the first electrode and the second electrode.

【0025】また、請求項6の発明は、前記基板は不純
物を添加した半導体材料によって形成している。
According to a sixth aspect of the present invention, the substrate is formed of a semiconductor material to which impurities are added.

【0026】このため、基板をn形半導体またはp形半
導体として形成でき、イオン注入法等を用いることによ
って、撓み変形素子をダイヤフラム部に容易に形成する
ことができる。
Therefore, the substrate can be formed as an n-type semiconductor or a p-type semiconductor, and the flexural deformation element can be easily formed on the diaphragm by using an ion implantation method or the like.

【0027】また、請求項7の発明は、前記基板は2つ
のシリコン基板間に酸化膜を介在させたSOI基板であ
る。
According to a seventh aspect of the present invention, the substrate is an SOI substrate having an oxide film interposed between two silicon substrates.

【0028】SOI基板を用いることにより、受圧凹溝
およびダイヤフラム部の形成を容易に行なうことができ
る。
By using the SOI substrate, it is possible to easily form the pressure receiving groove and the diaphragm.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
圧力センサを添付図面に従って詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0030】まず、本発明による第1の実施例を、図1
ないし図10に基づいて説明する。
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0031】1は単結晶のシリコン材料からなる基板と
してのシリコン基板で、該シリコン基板1は例えば長辺
と短辺とを有する略長方形状に形成されている。ここ
で、本実施例ではシリコン基板1の長辺方向を前後方
向、短辺方向を左右方向とする。そして、シリコン基板
1は、例えばリン等の不純物を添加することにより半導
体材料としてのn形半導体となっている。
Reference numeral 1 denotes a silicon substrate as a substrate made of a single-crystal silicon material. The silicon substrate 1 is formed in, for example, a substantially rectangular shape having long sides and short sides. Here, in this embodiment, the long side direction of the silicon substrate 1 is the front-back direction, and the short side direction is the left-right direction. The silicon substrate 1 becomes an n-type semiconductor as a semiconductor material by adding an impurity such as phosphorus.

【0032】2はシリコン基板1の前部側に位置して表
面側に凹設された受圧溝で、該受圧溝2はシリコン基板
1の表面側にドライエッチング処理等を施すことにより
形成され、例えば20〜100μm程度の深さ寸法を有
している。また、受圧溝2は、シリコン基板1の前端と
なる側面に開口し、シリコン基板1の前端から後部側へ
と略四角形状をなして形成されると共に、左右方向に向
けて長さ寸法L0 を有している。そして、受圧溝2は、
後述の上板12によって覆われることにより、上板12
との間に外部からの圧力を受圧する受圧室Aを形成して
いる。
Reference numeral 2 denotes a pressure receiving groove located on the front side of the silicon substrate 1 and recessed on the surface side. The pressure receiving groove 2 is formed by performing a dry etching process or the like on the surface side of the silicon substrate 1. For example, it has a depth dimension of about 20 to 100 μm. The pressure receiving groove 2 is opened in a side surface serving as a front end of the silicon substrate 1, is formed in a substantially square shape from the front end to the rear side of the silicon substrate 1, and has a length L0 in the left-right direction. Have. And the pressure receiving groove 2
The upper plate 12 is covered by the upper plate 12 described later.
And a pressure receiving chamber A for receiving a pressure from the outside.

【0033】3はシリコン基板1の表面側に凹設された
凹陥溝を示し、該凹陥溝3は、シリコン基板1の表面側
にドライエッチング処理等を施すことにより形成され、
受圧溝2から後述の突壁4を介して隔てられている。ま
た、凹陥溝3は、図2に示すように略四角形状に形成さ
れ、受圧溝2に対し前後方向で離間し、左右方向ではほ
ぼ並行となるように配設されている。
Reference numeral 3 denotes a concave groove formed in the front surface of the silicon substrate 1, and the concave groove 3 is formed by performing a dry etching process or the like on the front surface of the silicon substrate 1.
The pressure receiving groove 2 is separated from the pressure receiving groove 2 via a projecting wall 4 described later. The concave groove 3 is formed in a substantially square shape as shown in FIG. 2, and is arranged so as to be spaced apart from the pressure receiving groove 2 in the front-rear direction and substantially parallel in the left-right direction.

【0034】そして、凹陥溝3は、例えば20〜100
μm程度の深さ寸法を有すると共に、左右方向に対して
は受圧溝2とほぼ同一の長さ寸法L0 を有している。ま
た、凹陥溝3は上板12で閉塞されることにより、上板
12との間に密閉された基準圧室Bを画成している。
The concave groove 3 is, for example, 20 to 100.
It has a depth of about .mu.m and a length L0 substantially the same as the pressure receiving groove 2 in the left-right direction. The concave groove 3 is closed by the upper plate 12 to define a sealed reference pressure chamber B between the upper groove 12 and the upper groove 12.

【0035】4は受圧溝2と凹陥溝3との間に形成され
た突壁で、該突壁4は凹陥溝3と受圧溝2との間に薄肉
の壁となって形成され、均一な厚さ寸法L1 をもって基
板1の左右方向に向けて長尺に延びている。そして、突
壁部4は、左右方向に対して受圧溝2、凹陥溝3とほぼ
同一の長さ寸法を有している。
Reference numeral 4 denotes a projecting wall formed between the pressure receiving groove 2 and the concave groove 3. The projecting wall 4 is formed as a thin wall between the concave groove 3 and the pressure receiving groove 2, and is uniform. It extends long in the left-right direction of the substrate 1 with a thickness L1. The projecting wall portion 4 has substantially the same length dimension as the pressure receiving groove 2 and the concave groove 3 in the left-right direction.

【0036】また、突壁4は上板12が固着されること
より、受圧室Aと基準圧室Bとの間を隔離するダイヤフ
ラム部Cを形成している。そして、ダイヤフラム部Cは
受圧室Aと基準圧室Bとの間に圧力差が発生することに
よって撓み変形し、例えば高さ方向の中間部が基も大き
く変位するものである。
The projecting wall 4 forms a diaphragm portion C for isolating the pressure receiving chamber A from the reference pressure chamber B by fixing the upper plate 12. The diaphragm portion C is bent and deformed due to a pressure difference between the pressure receiving chamber A and the reference pressure chamber B. For example, the base portion in the height direction is largely displaced.

【0037】5,5はダイヤフラム部4の受圧溝2側に
撓み検出素子として設けられた例えば2個のピエゾ抵抗
素子で、該各ピエゾ抵抗素子5は、ダイヤフラム部Cの
左右方向に離間し、高さ方向中間部に埋設状態で形成さ
れている。また、ピエゾ抵抗素子5は、例えばイオン注
入法等を用いてホウ素等の不純物をシリコン基板1の表
面側から注入して、拡散させ、その一部を略長方形状に
ピエゾ抵抗化させることによって形成されている。そし
て、各ピエゾ抵抗素子5は、ダイヤフラム部Cが撓み変
形するのに伴って歪むことにより、この歪み量をダイヤ
フラム部Cに加わる圧力として検出するものである。
Reference numerals 5 and 5 denote, for example, two piezoresistive elements provided as deflection detecting elements on the side of the pressure receiving groove 2 of the diaphragm section 4, and the piezoresistive elements 5 are separated from each other in the left-right direction of the diaphragm section C. It is formed in a buried state at an intermediate portion in the height direction. Further, the piezoresistive element 5 is formed by injecting impurities such as boron from the surface side of the silicon substrate 1 by using, for example, an ion implantation method and diffusing it, and making a part of the piezoresistive into a substantially rectangular shape. Have been. Each piezoresistive element 5 is distorted as the diaphragm C is flexed and deformed, and detects the amount of distortion as a pressure applied to the diaphragm C.

【0038】6は各ピエゾ抵抗素子5間を接続するため
の拡散層配線で、該拡散層配線6は、ピエゾ抵抗素子5
と同様に、例えばイオン注入法等の手段を用いることに
よってダイヤフラム部C内に埋設状態で形成されてい
る。そして、拡散層配線6は、その両端側が各ピエゾ抵
抗素子5に接続されている。また、拡散層配線6の導電
率は、ピエゾ抵抗素子5の導電率と同じ、もしくは高く
なっている。
Reference numeral 6 denotes a diffusion layer wiring for connecting the respective piezoresistive elements 5, and the diffusion layer wiring 6 is
Similarly to the case described above, for example, it is formed in a state buried in the diaphragm portion C by using a means such as an ion implantation method. The two ends of the diffusion layer wiring 6 are connected to the respective piezoresistive elements 5. The conductivity of the diffusion layer wiring 6 is the same as or higher than the conductivity of the piezoresistive element 5.

【0039】7,7は各ピエゾ抵抗素子5を後述の金属
配線10に電気的に接続するための拡散層配線で、該各
拡散層配線7は、拡散層配線6と同様にイオン注入法等
の手段を用いることによってシリコン基板1内に埋設状
態で形成されている。ここで、各拡散層配線7は、図2
に示すようにその一端側がダイヤフラム部C内に達し、
他端側が凹陥溝3の側面に沿って前後方向に延びてい
る。そして、各拡散層配線7は、一端側が各ピエゾ抵抗
素子5に接続され、他端側が後述する各接続部8に接続
されている。
Reference numerals 7 and 7 denote diffusion layer wirings for electrically connecting the respective piezoresistive elements 5 to metal wirings 10 to be described later. Is formed in the silicon substrate 1 in a buried state. Here, each diffusion layer wiring 7 is shown in FIG.
As shown in the figure, one end side reaches the inside of the diaphragm part C,
The other end extends in the front-rear direction along the side surface of the concave groove 3. One end of each diffusion layer wiring 7 is connected to each piezoresistive element 5, and the other end is connected to each connection section 8 described later.

【0040】8,8は各拡散層配線7の他端側に設けら
れ、各拡散層配線7と金属配線10とを電気的に接続す
る接続部で、該各接続部8は、拡散層配線7と同様にイ
オン注入法等の手段を用いることによってシリコン基板
1の表面側に形成されている。そして、接続部8はシリ
コン基板1の表面から高さ方向に向けて延び各拡散層配
線7の他端側に接続されている。
Numerals 8 are provided at the other end of each of the diffusion layer wirings 7 to electrically connect each of the diffusion layer wirings 7 to the metal wiring 10. Each of the connection parts 8 is a diffusion layer wiring. 7 is formed on the surface side of the silicon substrate 1 by using a method such as an ion implantation method. The connection portion 8 extends from the surface of the silicon substrate 1 in the height direction and is connected to the other end of each diffusion layer wiring 7.

【0041】9はシリコン基板1の表面側に形成されシ
リコン基板1を全体に亘って覆う絶縁膜で、該絶縁膜9
は、例えば酸化シリコン等によって形成され、0.3〜
0.9μm程度の厚さ寸法となっている。また、絶縁膜
9には、図1に示す如く、各接続部8に対応する部位に
各コンタクトホール9Aが形成されている。
Reference numeral 9 denotes an insulating film formed on the front surface side of the silicon substrate 1 and covering the entire silicon substrate 1.
Is formed of, for example, silicon oxide, etc.
The thickness is about 0.9 μm. Also, as shown in FIG. 1, each contact hole 9A is formed in the insulating film 9 at a portion corresponding to each connection portion 8.

【0042】10,10はシリコン基板1上に絶縁膜9
を介して設けられた金属配線で、該各金属配線10は、
図1に示す如く、例えばアルミニウム等の金属膜により
形成されている。
Reference numerals 10 and 10 denote insulating films 9 on the silicon substrate 1.
Each metal wiring 10 is a metal wiring provided through
As shown in FIG. 1, it is formed of a metal film such as aluminum.

【0043】また、前記各金属配線10は、一端側が絶
縁膜9の各コンタクトホール9Aを介して各接続部8に
接続され、他端側がシリコン基板1の後部側に向けて延
びている。そして、各金属配線10の他端側には電極部
10A,10Aが形成されると共に、各電極部10Aが
外部の検出回路(図示せず)等に接続されている。これ
により、各金属配線10は各ピエゾ抵抗素子5から出力
される圧力の検出信号をこの検出回路等に導出してい
る。
Each of the metal wirings 10 has one end connected to each connection portion 8 through each contact hole 9 A of the insulating film 9, and the other end extending toward the rear side of the silicon substrate 1. Electrodes 10A, 10A are formed on the other end of each metal wiring 10, and each electrode 10A is connected to an external detection circuit (not shown) or the like. Thus, each metal wiring 10 derives a pressure detection signal output from each piezoresistive element 5 to this detection circuit or the like.

【0044】11は金属配線10を保護するための絶縁
性の保護膜で、該保護膜11は金属配線10を覆ってシ
リコン基板1の表面側に設けられている。また、保護膜
11には、各電極部10Aに対応する部位に各コンタク
トホール11Aが形成されている。
Reference numeral 11 denotes an insulating protective film for protecting the metal wiring 10. The protective film 11 is provided on the surface of the silicon substrate 1 so as to cover the metal wiring 10. Each contact hole 11A is formed in the protective film 11 at a position corresponding to each electrode portion 10A.

【0045】12は受圧溝2を覆いかつ凹陥溝3を閉塞
する上板を示し、該上板12は、例えばパイレックスガ
ラス等からなり、陽極接合法等を用いることによって絶
縁膜9を介してシリコン基板1の表面側に固着されてい
る。
Reference numeral 12 denotes an upper plate that covers the pressure receiving groove 2 and closes the concave groove 3. The upper plate 12 is made of, for example, Pyrex glass, and is made of silicon through the insulating film 9 by using an anodic bonding method or the like. It is fixed to the surface side of the substrate 1.

【0046】また、上板12は、その前部側が受圧溝2
を覆うことにより、上板12と受圧溝2との間に受圧室
Aを形成している。そして、上板12の前端の位置はシ
リコン基板1の前端の位置とほぼ等しく、上板12の前
端面とシリコン基板1の前端面とが面合せされている。
このため、シリコン基板1、上板12の前部側を検出対
象に向けて取付けることにより、受圧室Aに検出対象の
圧力を導くことができる。一方、上板12は、凹陥溝3
を閉塞することによって、上板12と凹陥溝3との間に
基準の圧力状態に保持される基準圧室Bを形成してい
る。
The upper plate 12 has a pressure receiving groove 2 at its front side.
To form a pressure receiving chamber A between the upper plate 12 and the pressure receiving groove 2. The position of the front end of the upper plate 12 is substantially equal to the position of the front end of the silicon substrate 1, and the front end surface of the upper plate 12 and the front end surface of the silicon substrate 1 are flush with each other.
Therefore, the pressure of the detection target can be guided to the pressure receiving chamber A by attaching the front portions of the silicon substrate 1 and the upper plate 12 to the detection target. On the other hand, the upper plate 12 is
To form a reference pressure chamber B between the upper plate 12 and the recessed groove 3 which is maintained at a reference pressure state.

【0047】さらに、上板12の後部側には、切欠段部
12Aが設けられ、該切欠段部12Aとシリコン基板1
との間には、金属配線10を収容するための隙間が形成
されている。
Further, on the rear side of the upper plate 12, a notch step 12A is provided, and the notch step 12A and the silicon substrate 1 are formed.
A gap for accommodating the metal wiring 10 is formed between them.

【0048】本発明による圧力センサは上述の如き構成
を有するもので、次に図3ないし図10を参照しつつそ
の製造工程について説明する。
The pressure sensor according to the present invention has the above-described configuration. Next, the manufacturing process thereof will be described with reference to FIGS.

【0049】まず、図3に示すシリコン基板1を圧力セ
ンサの製造装置内(図示せず)に配設する。そして、シ
リコン基板1の表面側に酸化膜13を形成し、図4に示
す状態となる。
First, the silicon substrate 1 shown in FIG. 3 is provided in a pressure sensor manufacturing apparatus (not shown). Then, an oxide film 13 is formed on the front surface side of the silicon substrate 1, and the state shown in FIG. 4 is obtained.

【0050】次に、図5に示すように、露光工程、エッ
チング工程を施すことによって、受圧溝2、凹陥溝3が
形成される部分の酸化膜13を除去する。そして、図5
に示す状態では酸化膜13がマスクとしての役割を果た
すから、ドライエッチング法を用いることによって、図
6に示す如くシリコン基板1に受圧溝2、凹陥溝3が形
成されると共に、受圧溝2と凹陥溝3との間に突壁4が
形成される。
Next, as shown in FIG. 5, by performing an exposure step and an etching step, the oxide film 13 where the pressure receiving groove 2 and the concave groove 3 are formed is removed. And FIG.
In the state shown in FIG. 6, the oxide film 13 plays a role as a mask. Therefore, by using the dry etching method, the pressure receiving groove 2 and the concave groove 3 are formed in the silicon substrate 1 as shown in FIG. A protruding wall 4 is formed between the protruding wall 3 and the concave groove 3.

【0051】次に、酸化膜13を除去すると共に、イオ
ン注入法等を用いてシリコン基板1に表面側からホウ素
等の不純物を注入して、拡散させ、図7に示すように、
突壁4に各ピエゾ抵抗素子5を形成する。また、突壁4
には拡散層配線6を形成すると共に、シリコン基板1に
各拡散層配線7を形成する。
Next, while removing the oxide film 13, impurities such as boron are implanted into the silicon substrate 1 from the surface side by ion implantation or the like and diffused, as shown in FIG.
Each piezoresistive element 5 is formed on the protruding wall 4. In addition, gusset 4
, A diffusion layer wiring 6 is formed, and each diffusion layer wiring 7 is formed on the silicon substrate 1.

【0052】そして、各ピエゾ抵抗素子5等を形成した
後、シリコン基板1の表面側に酸化膜等の絶縁膜9を形
成する。また、図8に示すように、拡散層配線7と金属
配線10とを接続するためのコンタクトホール9Aを形
成する。
After forming the piezoresistive elements 5 and the like, an insulating film 9 such as an oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 1. Further, as shown in FIG. 8, a contact hole 9A for connecting the diffusion layer wiring 7 and the metal wiring 10 is formed.

【0053】次に、図9に示すように、コンタクトホー
ル9Aを介してシリコン基板1に表面側からホウ素等の
不純物を注入して、拡散させ、接続部8を形成する。そ
して、図10に示すように、真空蒸着等により金属配線
10を絶縁膜9の表面側に形成すると共に、シリコン基
板1の表面側に金属配線10を覆う保護膜11を形成す
る。そして、保護膜11には電極部10Aに対応した位
置にボンディングパット領域としてのコンタクトホール
11Aを設ける。
Next, as shown in FIG. 9, an impurity such as boron is implanted into the silicon substrate 1 from the front side through the contact hole 9A and diffused to form the connection portion 8. Then, as shown in FIG. 10, a metal wiring 10 is formed on the surface side of the insulating film 9 by vacuum deposition or the like, and a protective film 11 that covers the metal wiring 10 is formed on the surface side of the silicon substrate 1. Then, a contact hole 11A as a bonding pad region is provided in the protective film 11 at a position corresponding to the electrode portion 10A.

【0054】最後に、絶縁膜9を介して上板12をシリ
コン基板1の表面側に載置すると共に、陽極接合法等に
よって上板12をシリコン基板1に接合する。
Lastly, the upper plate 12 is placed on the front surface of the silicon substrate 1 via the insulating film 9, and the upper plate 12 is bonded to the silicon substrate 1 by an anodic bonding method or the like.

【0055】かくして、本実施例では、シリコン基板1
上に上板12を固着し、受圧溝2、凹陥溝3との間にダ
イヤフラム部Cとなる突壁4を形成したから、ダイヤフ
ラム部Cをシリコン基板1の表面側からの加工によって
製造することができる。このため、ダイヤフラム部Cと
ピエゾ抵抗素子5とを高精度に位置合せすることが可能
となり、ダイヤフラム部C、ピエゾ抵抗素子5を従来技
術によるものに比してより小さくすることができ、当該
圧力センサを微細化しコンパクトに形成することができ
る。また、ピエゾ抵抗素子5によってダイヤフラム部C
に作用する圧力を正確に検出することができる。
Thus, in this embodiment, the silicon substrate 1
The upper plate 12 is fixed on the upper surface, and the protruding wall 4 serving as the diaphragm portion C is formed between the pressure receiving groove 2 and the concave groove 3, so that the diaphragm portion C is manufactured by processing from the surface side of the silicon substrate 1. Can be. For this reason, the diaphragm portion C and the piezoresistive element 5 can be positioned with high accuracy, and the diaphragm portion C and the piezoresistive element 5 can be made smaller than those of the prior art. The sensor can be miniaturized and formed compact. Further, the diaphragm portion C is formed by the piezoresistive element 5.
Can be accurately detected.

【0056】また、ダイヤフラム部Cにはピエゾ抵抗素
子5を設けたから、ダイヤフラム部Cに圧力が作用し、
撓み変形が生じたときに、ピエゾ抵抗素子5に歪みが生
じる。このとき、この歪み量に応じてピエゾ抵抗素子5
の抵抗値が変化するから、ピエゾ抵抗素子5の抵抗値に
対応してダイヤフラム部Cに加わる圧力を検出すること
ができる。
Since the piezoresistive element 5 is provided in the diaphragm C, pressure acts on the diaphragm C,
When bending deformation occurs, distortion occurs in the piezoresistive element 5. At this time, the piezoresistive element 5
Of the piezoresistive element 5, the pressure applied to the diaphragm C can be detected.

【0057】また、ピエゾ抵抗素子5は、ダイヤフラム
部Cの左右方向に離間し、高さ方向の中間部に形成した
から、各ピエゾ抵抗素子5に、より大きな歪み変形を生
じさせることができる。即ち、受圧室Aと基準圧室Bと
の間に圧力差が生じたときに、ダイヤフラム部Cの高さ
方向中間部がより大きく変位すると共に、左右方向の中
間部も変位する。このため、各ピエゾ抵抗素子5はより
大きな歪み変形するから、ピエゾ抵抗素子5によってダ
イヤフラム部Cに作用する圧力を正確に検出することが
できる。
Further, since the piezoresistive elements 5 are formed in the middle of the diaphragm C in the left-right direction and in the height direction, the piezoresistive elements 5 can be more greatly deformed and deformed. That is, when a pressure difference occurs between the pressure receiving chamber A and the reference pressure chamber B, the middle part in the height direction of the diaphragm C is further displaced, and the middle part in the left-right direction is also displaced. For this reason, since each piezoresistive element 5 undergoes a larger distortion deformation, the pressure acting on the diaphragm C by the piezoresistive element 5 can be accurately detected.

【0058】また、n形半導体からなるシリコン基板1
を用いたから、ホウ素等の不純物を添加、拡散すること
によって容易にピエゾ抵抗素子5等を形成することがで
きる。
Further, a silicon substrate 1 made of an n-type semiconductor
Is used, the piezoresistive element 5 and the like can be easily formed by adding and diffusing impurities such as boron.

【0059】次に、本発明の第2の実施例による圧力セ
ンサを図11に基づいて説明するに、本実施例の特徴
は、圧力センサの基板として2つのシリコン基板部間に
酸化膜を介在させたSOI(Silicon on I
nsulator)基板を用いたことにある。
Next, a pressure sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 11. The feature of this embodiment is that an oxide film is interposed between two silicon substrates as a substrate of the pressure sensor. SOI (Silicon on I
nsulator) substrate.

【0060】図において、21は圧力センサの基板をな
す四角形状のSOI基板で、該SOI基板21は、シリ
コン単結晶からなる一のシリコン基板としての基底部2
1Aと、該基底部21Aの表面側に形成された他のシリ
コン基板としての表層部21Bと、該表層部21Bと前
記基底部21Aとの間に介在した酸化膜としての絶縁層
部21Cとから構成されている。そして、表層部21B
は、例えば5〜20μm程度の厚さ寸法を有し、リン等
の不純物が添加されることによりn形半導体となってい
る。
In the figure, reference numeral 21 denotes a square SOI substrate which forms the substrate of the pressure sensor. The SOI substrate 21 has a base portion 2 as one silicon substrate made of silicon single crystal.
1A, a surface layer 21B as another silicon substrate formed on the surface side of the base 21A, and an insulating layer 21C as an oxide film interposed between the surface 21B and the base 21A. It is configured. And the surface layer 21B
Has an thickness of, for example, about 5 to 20 μm, and becomes an n-type semiconductor by adding impurities such as phosphorus.

【0061】22はSOI基板21の表面側に凹設され
た受圧溝で、該受圧溝22はSOI基板21の表面側に
ドライエッチング処理、ウエットエッチング処理等を施
すことにより略四角形状をなして形成され、SOI基板
21の表面側から高さ方向に向けて延び絶縁層部21C
に達している。
Reference numeral 22 denotes a pressure receiving groove formed in the front surface of the SOI substrate 21. The pressure receiving groove 22 is formed in a substantially square shape by performing a dry etching process, a wet etching process, or the like on the surface side of the SOI substrate 21. The insulating layer portion 21C is formed and extends from the surface side of the SOI substrate 21 in the height direction.
Has been reached.

【0062】23は受圧溝22から後述の突壁24を介
して隔てられ、SOI基板21の表層部21Bに凹設さ
れた凹陥溝を示し、該凹陥溝23は、受圧溝22と同様
にSOI基板21の表面側にエッチング処理等を施すこ
とにより形成されている。また、凹陥溝23は、略四角
形状をなして形成され、SOI基板21の表面側から高
さ方向に向けて延び絶縁層部21Cに達している。
Reference numeral 23 denotes a concave groove which is separated from the pressure receiving groove 22 via a projecting wall 24 described later and is formed in the surface layer portion 21B of the SOI substrate 21. The concave groove 23 has the same SOI as the pressure receiving groove 22. It is formed by performing an etching process or the like on the surface side of the substrate 21. Further, the concave groove 23 is formed in a substantially square shape, extends from the surface side of the SOI substrate 21 in the height direction, and reaches the insulating layer portion 21C.

【0063】24は凹陥溝23と受圧溝22との間に細
長い隔壁として形成された突壁で、該突壁24はSOI
基板21の左右方向に向って延びている。
Reference numeral 24 denotes a projecting wall formed as an elongated partition between the concave groove 23 and the pressure receiving groove 22. The projecting wall 24 is formed of SOI.
It extends in the left-right direction of the substrate 21.

【0064】25は突壁24に設けられたピエゾ抵抗素
子、26は各ピエゾ抵抗素子25間を接続するための拡
散層配線、27は各ピエゾ抵抗素子25を後述の金属配
線30に電気的に接続するための拡散層配線をそれぞれ
示し、各ピエゾ抵抗素子25、各拡散層配線26,27
は第1の実施例による各ピエゾ抵抗素子5、各拡散層配
線6,7とほぼ同様にシリコン基板1内に埋設状態で形
成されている。
Reference numeral 25 denotes a piezoresistive element provided on the protruding wall 24, reference numeral 26 denotes a diffusion layer wiring for connecting the piezoresistive elements 25, and reference numeral 27 denotes an electrical connection between the piezoresistive elements 25 to a metal wiring 30 to be described later. Diffusion layer wirings for connection are shown, each piezoresistive element 25, each diffusion layer wiring 26, 27
Are buried in the silicon substrate 1 in substantially the same manner as the piezoresistive elements 5 and the diffusion layer wirings 6 and 7 according to the first embodiment.

【0065】28,28は各拡散層配線27の他端側に
設けられ、各拡散層配線27と金属配線30とを電気的
に接続する接続部で、該接続部28はSOI基板21の
表面からシリコン基板21の裏面側に向けて高さ方向に
延び各拡散層配線27の他端側に接続されている。
Reference numerals 28, 28 are provided on the other end side of the respective diffusion layer wirings 27, and are connecting portions for electrically connecting the respective diffusion layer wirings 27 and the metal wirings 30. Extends in the height direction toward the back side of the silicon substrate 21 and is connected to the other end of each diffusion layer wiring 27.

【0066】29はSOI基板21の表面側に形成され
SOI基板21を全体に亘って覆う絶縁膜で、該絶縁膜
29には、各接続部28に対応する部位にそれぞれコン
タクトホール29A,29Aが形成されている。
Reference numeral 29 denotes an insulating film formed on the front surface side of the SOI substrate 21 and covering the entire SOI substrate 21. The insulating film 29 has contact holes 29A, 29A at portions corresponding to the connection portions 28, respectively. Is formed.

【0067】30,30はSOI基板21上に絶縁膜2
9を介して設けられた金属配線で、該各金属配線30
は、一端側が絶縁膜29の各コンタクトホール29Aを
介して各接続部28に接続され、他端側には電極部30
A,30Aが形成されている。
Reference numerals 30 and 30 denote insulating films 2 on the SOI substrate 21.
9, each metal wiring 30
Has one end connected to each connection portion 28 via each contact hole 29A of the insulating film 29, and the other end portion having an electrode portion 30
A, 30A are formed.

【0068】31は金属配線30を覆ってSOI基板2
1の表面側に設けらた保護膜で、該保護膜31には、各
電極部30Aに対応する部位にそれぞれコンタクトホー
ル31A,31Aが形成されている。
Reference numeral 31 denotes the SOI substrate 2 covering the metal wiring 30.
The contact holes 31A, 31A are formed in the protective film 31 at portions corresponding to the respective electrode portions 30A.

【0069】32は受圧溝22を覆いかつ凹陥溝23を
閉塞する上板を示し、該上板32は、第1の実施例によ
る上板12と同様に、その前部側が受圧溝22を覆うこ
とにより、上板32と受圧溝22との間に受圧室Aを形
成している。また、上板32は、凹陥溝23を閉塞する
ことによって、上板32と凹陥溝23との間に基準の圧
力となった基準圧室Bを形成している。そして、上板3
2は、突壁24上に固着されることによって、受圧室A
と基準圧室Bとの間に作用する差圧によって変位するダ
イヤフラム部Cを形成している。
Reference numeral 32 denotes an upper plate which covers the pressure receiving groove 22 and closes the concave groove 23. The upper plate 32 has a front side covering the pressure receiving groove 22 similarly to the upper plate 12 according to the first embodiment. Thereby, the pressure receiving chamber A is formed between the upper plate 32 and the pressure receiving groove 22. The upper plate 32 forms a reference pressure chamber B having a reference pressure between the upper plate 32 and the concave groove 23 by closing the concave groove 23. And the upper plate 3
2 is fixed on the protruding wall 24 so that the pressure receiving chamber A
And a reference pressure chamber B to form a diaphragm portion C which is displaced by a differential pressure acting on the reference pressure chamber B.

【0070】さらに、上板32の後部側には、切欠段部
32Aが設けられ、該切欠段部32AとSOI基板21
との間には、金属配線30を収容するための隙間が形成
されている。
Further, on the rear side of the upper plate 32, a notch step 32A is provided, and the notch step 32A and the SOI substrate 21 are formed.
A gap for accommodating the metal wiring 30 is formed between the two.

【0071】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第1の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができるが、特に本実施例では、表層部21Bと基底
部21Aとの間に絶縁層部21Cが設けられたSOI基
板21を用いたから、受圧溝22、凹陥溝23を形成す
るときに、SOI基板21のエッチングを絶縁層部21
Cによって停止することができ、例えば1枚にSOI基
板21から多数の圧力センサを製造したときに、各圧力
センサの受圧溝22、凹陥溝23の深さ寸法を均一化
し、同一の圧力に対してほぼ同一の値となる圧力の検出
信号を出力することができる。
Thus, in the present embodiment having the above-described structure, substantially the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained. In particular, in the present embodiment, the connection between the surface layer portion 21B and the base portion 21A is achieved. Since the SOI substrate 21 having the insulating layer 21C interposed therebetween was used, the etching of the SOI substrate 21 was performed when the pressure receiving groove 22 and the concave groove 23 were formed.
C, for example, when a large number of pressure sensors are manufactured from one SOI substrate 21, the depth dimensions of the pressure receiving grooves 22 and the concave grooves 23 of each pressure sensor are made uniform, and the same pressure is applied. Thus, a pressure detection signal having substantially the same value can be output.

【0072】さらに、SOI基板21の表層部21Bに
図11中に仮想線で示す如く高さ方向に向って延びる酸
化シリコン等の絶縁部33,33を形成することによっ
て、該各絶縁部33によって取囲まれた領域と、他の領
域とを電気的に絶縁することができる。このため、他の
素子との絶縁が必要となるMOSトランジスタ等の能動
素子をSOI基板21に容易に形成することができ、ピ
エゾ抵抗素子25からの検出信号を増幅し、波形整形す
る処理回路等の能動素子を当該圧力センサと一体に形成
することができる。
Further, by forming insulating portions 33 made of silicon oxide or the like extending in the height direction on the surface layer portion 21B of the SOI substrate 21 as shown by phantom lines in FIG. The enclosed region and other regions can be electrically insulated. For this reason, an active element such as a MOS transistor which needs to be insulated from other elements can be easily formed on the SOI substrate 21, and a processing circuit for amplifying a detection signal from the piezoresistive element 25 and shaping a waveform, etc. Can be formed integrally with the pressure sensor.

【0073】なお、前記第2の実施例では、SOI基板
21の表層部21Bに受圧溝22、凹陥溝23を形成す
ることによってダイヤフラム部Cを設ける構成とした
が、ダイヤフラム部Cの高さ寸法を増加させるために、
表層部21Bをエピタキシャル成長させてもよい。この
場合、表層部21Bの表面側にピエゾ抵抗素子25、拡
散層配線26,27を形成し、その後に表層部21Bを
エピタキシャル成長させ、次に受圧溝22、凹陥溝23
を形成するのが好ましい。
In the second embodiment, the diaphragm C is provided by forming the pressure receiving groove 22 and the concave groove 23 in the surface layer 21B of the SOI substrate 21. However, the height dimension of the diaphragm C is set. To increase
The surface portion 21B may be epitaxially grown. In this case, a piezoresistive element 25 and diffusion layer wirings 26 and 27 are formed on the surface side of the surface layer portion 21B, and then the surface layer portion 21B is epitaxially grown.
Is preferably formed.

【0074】次に、本発明の第3の実施例による圧力セ
ンサを図12および図13に基づいて説明するに、本実
施例の特徴は、基板の表面側には複数の凹陥溝を形成
し、各凹陥溝と受圧溝との間に複数のダイヤフラム部を
形成したことにある。
Next, a pressure sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 and 13. The feature of this embodiment is that a plurality of concave grooves are formed on the surface side of the substrate. In addition, a plurality of diaphragm portions are formed between each concave groove and the pressure receiving groove.

【0075】41は圧力センサの基板となる略四角形状
のシリコン基板で、該シリコン基板41は、不純物を添
加することによりn形半導体となっている。
Reference numeral 41 denotes a substantially rectangular silicon substrate serving as a substrate of the pressure sensor. The silicon substrate 41 becomes an n-type semiconductor by adding impurities.

【0076】42はシリコン基板41の表面側に凹設さ
れた受圧溝で、該受圧溝42は、シリコン基板41の表
面側にドライエッチング処理等を施すことにより略四角
形状をなして形成されている。そして、受圧溝42は後
述する凹陥溝43,44の合計寸法(L2 +L3 )より
も長い寸法を有し、凹陥溝43,44は受圧溝42の長
さ方向(左右方向)に沿って並べるように配設されてい
る。
Reference numeral 42 denotes a pressure receiving groove which is recessed on the surface of the silicon substrate 41. The pressure receiving groove 42 is formed in a substantially square shape by performing a dry etching process or the like on the surface of the silicon substrate 41. I have. The pressure receiving groove 42 has a dimension longer than the total dimension (L 2 + L 3) of the concave grooves 43 and 44 described later, and the concave grooves 43 and 44 are arranged along the length direction (left and right direction) of the pressure receiving groove 42. It is arranged in.

【0077】43は受圧溝42の後部側に位置してシリ
コン基板41の表面側に凹設された第1の凹陥溝を示
し、該凹陥溝43は、例えば20〜100μm程度の高
さ寸法を有している。また、該凹陥溝43は、図13に
示すように長辺と短辺とを有する略長方形状をなして形
成されている。
Reference numeral 43 denotes a first recessed groove located on the rear side of the pressure receiving groove 42 and recessed on the surface side of the silicon substrate 41. The recessed groove 43 has a height of, for example, about 20 to 100 μm. Have. The concave groove 43 is formed in a substantially rectangular shape having a long side and a short side as shown in FIG.

【0078】44は受圧溝42の後部側に位置してシリ
コン基板41の表面側に凹設された第2の凹陥溝で、該
凹陥溝44は第1の凹陥溝43とほぼ同一の深さ寸法を
有し、第1の凹陥溝43から左右方向に離間して配設さ
れている。
Reference numeral 44 denotes a second concave groove located on the rear side of the pressure receiving groove 42 and recessed on the surface side of the silicon substrate 41. The concave groove 44 has substantially the same depth as the first concave groove 43. It has dimensions, and is disposed apart from the first concave groove 43 in the left-right direction.

【0079】そして、凹陥溝44は、長辺と短辺とを有
する略長方形状をなして形成され、凹陥溝44の長辺側
の長さ寸法L3 は第1の凹陥溝43の長辺側の長さ寸法
L2とほぼ等しくなっている。
The concave groove 44 is formed in a substantially rectangular shape having a long side and a short side, and the length dimension L 3 of the long side of the concave groove 44 is set to the long side of the first concave groove 43. Is approximately equal to the length dimension L2.

【0080】45,46は凹陥溝43,44と受圧溝4
2との間に細長い隔壁として形成された第1,第2の突
壁で、該突壁45,46はシリコン基板41の左右方向
に向って延びている。また、突壁45の厚さ寸法L4 は
突壁46の厚さ寸法L5 よりも厚くなっている。
45 and 46 are concave grooves 43 and 44 and pressure receiving grooves 4
The first and second protruding walls formed as elongated partitions between the protruding walls 45 and 46 extend in the left-right direction of the silicon substrate 41. The thickness L4 of the protruding wall 45 is greater than the thickness L5 of the protruding wall 46.

【0081】47,48は突壁45,46に設けられた
ピエゾ抵抗素子で、該各ピエゾ抵抗素子47,48は、
第1の実施例による突壁4と同様に、突壁45,46の
左右方向で離間し、高さ方向中間部に埋設状態で形成さ
れている。
Reference numerals 47 and 48 denote piezoresistive elements provided on the protruding walls 45 and 46, respectively.
Similarly to the protruding wall 4 according to the first embodiment, the protruding walls 45 and 46 are separated from each other in the left-right direction, and are buried at an intermediate portion in the height direction.

【0082】49は各ピエゾ抵抗素子47間を接続する
ための拡散層配線、50は各ピエゾ抵抗素子47を後述
の金属配線56に電気的に接続するための拡散層配線を
それぞれ示し、各拡散層配線49,50は第1の実施例
による拡散層配線6,7と同様にシリコン基板41内に
埋設状態で形成されている。
Reference numeral 49 denotes a diffusion layer wiring for connecting the piezoresistive elements 47, and reference numeral 50 denotes a diffusion layer wiring for electrically connecting the piezoresistive elements 47 to a metal wiring 56 described later. The layer wirings 49 and 50 are buried in the silicon substrate 41 in the same manner as the diffusion layer wirings 6 and 7 according to the first embodiment.

【0083】51は各ピエゾ抵抗素子48間を接続する
ための拡散層配線、52は各ピエゾ抵抗素子48を後述
の金属配線57に電気的に接続するための拡散層配線を
それぞれ示し、各拡散層配線51,52は第1の実施例
による拡散層配線6,7と同様にシリコン基板41内に
埋設状態で形成されている。
Reference numeral 51 denotes a diffusion layer wiring for connecting the respective piezoresistive elements 48, and reference numeral 52 denotes a diffusion layer wiring for electrically connecting the respective piezoresistive elements 48 to a metal wiring 57 described later. The layer wirings 51 and 52 are buried in the silicon substrate 41 similarly to the diffusion layer wirings 6 and 7 according to the first embodiment.

【0084】53,53は各拡散層配線50の他端側に
設けられ、各拡散層配線50と金属配線56とを電気的
に接続する接続部で、該接続部53はシリコン基板41
の表面から高さ方向に向けて延び各拡散層配線50の他
端側に接続されている。
Numerals 53, 53 are provided on the other end side of the respective diffusion layer wirings 50, and are connection parts for electrically connecting the respective diffusion layer wirings 50 and the metal wirings 56.
And extends in the height direction from the surface of each diffusion layer wiring 50 and is connected to the other end of each diffusion layer wiring 50.

【0085】54,54は各拡散層配線52の他端側に
設けられ、各拡散層配線52と金属配線57とを電気的
に接続する接続部で、該接続部54はシリコン基板41
の表面から裏面側に向けて高さ方向に延び各拡散層配線
52の他端側に接続されている。
Numerals 54 and 54 are provided on the other end side of each diffusion layer wiring 52 to electrically connect each diffusion layer wiring 52 to the metal wiring 57. The connection part 54 is a silicon substrate 41.
Extend from the front surface to the rear surface in the height direction and are connected to the other end of each diffusion layer wiring 52.

【0086】55はシリコン基板41の表面側に形成さ
れシリコン基板41を全体に亘って覆う絶縁膜で、該絶
縁膜55には、図12に示すように各接続部53,54
に対応する部位にそれぞれコンタクトホール55A,5
5Bが形成されている。
Reference numeral 55 denotes an insulating film formed on the front surface side of the silicon substrate 41 and covering the entire silicon substrate 41. The insulating film 55 has connection portions 53 and 54 as shown in FIG.
Contact holes 55A, 55A
5B are formed.

【0087】56,57はシリコン基板41上に絶縁膜
55を介して設けられた金属配線で、該各金属配線5
6,57は、一端側が絶縁膜55の各コンタクトホール
55A,55Bを介して各接続部53,54に接続さ
れ、他端側には各電極部56A,57Aが形成されてい
る。
Reference numerals 56 and 57 denote metal wirings provided on the silicon substrate 41 with an insulating film 55 interposed therebetween.
One end of each of the electrodes 6 and 57 is connected to each of the connection portions 53 and 54 via each of the contact holes 55A and 55B of the insulating film 55, and each of the electrode portions 56A and 57A is formed at the other end.

【0088】58,59は金属配線56,57を覆って
シリコン基板41の表面側に設けられた保護膜で、該保
護膜58,59には、各電極部56A,57Aに対応す
る部位にそれぞれコンタクトホール58A,59Aが形
成されている。
Reference numerals 58 and 59 denote protection films provided on the surface side of the silicon substrate 41 so as to cover the metal wirings 56 and 57. The protection films 58 and 59 have portions corresponding to the electrode portions 56A and 57A, respectively. Contact holes 58A and 59A are formed.

【0089】60は受圧溝42を覆いかつ凹陥溝43,
44を閉塞する上板を示し、該上板60は、その前部側
が受圧溝42を覆うことにより、上板60と受圧溝42
との間に受圧室Aを形成している。また、上板60は、
凹陥溝43,44を閉塞することによって、上板60と
凹陥溝43,44との間に基準の圧力となった基準圧室
B1 ,B2 を形成している。そして、上板60は、突壁
45,46上に固着されることにより、ダイヤフラム部
C1 ,C2 を構成している。
Reference numeral 60 denotes a pressure receiving groove 42 and a concave groove 43,
44 shows an upper plate for closing the pressure receiving groove 42. The upper plate 60 covers the pressure receiving groove 42 so that the upper plate 60 and the pressure receiving groove 42 are closed.
To form a pressure receiving chamber A. In addition, the upper plate 60
By closing the concave grooves 43, 44, reference pressure chambers B1, B2 having a standard pressure are formed between the upper plate 60 and the concave grooves 43, 44. The upper plate 60 is fixed on the protruding walls 45, 46 to form the diaphragm portions C1, C2.

【0090】さらに、上板60の後部側には、薄肉とな
った切欠段部60Aが設けられ、該切欠段部60Aとシ
リコン基板41との間には、金属配線56,57を収容
するための隙間が形成されている。
Further, on the rear side of the upper plate 60, a thin notch step 60A is provided, and between the notch step 60A and the silicon substrate 41, metal wires 56 and 57 are accommodated. Are formed.

【0091】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第1の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができるが、特に本実施例では、受圧溝42と突壁4
5,46を介して2つの凹陥溝43,44を設けたか
ら、2つのダイヤフラム部C1,C2 を形成することが
できる。このため、受圧室Aに圧力が加わったときに、
2つのダイヤフラム部C1 ,C2 をそれぞれ撓み変形さ
せることができ、ダイヤフラム部C1 ,C2 に設けたピ
エゾ抵抗素子47,48によって、圧力を検出すること
ができる。また、複数のピエゾ抵抗素子47,48を用
いることによって、複数の圧力の検出値を得ることがで
きるから、より正確に圧力を検出することができる。
Thus, in the present embodiment having the above-described structure, substantially the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
Since the two concave grooves 43 and 44 are provided through the interpositions 5 and 46, two diaphragm portions C1 and C2 can be formed. Therefore, when pressure is applied to the pressure receiving chamber A,
The two diaphragm portions C1 and C2 can be bent and deformed, respectively, and the pressure can be detected by the piezoresistive elements 47 and 48 provided in the diaphragm portions C1 and C2. Further, by using a plurality of piezoresistive elements 47 and 48, a plurality of detected values of pressure can be obtained, so that pressure can be detected more accurately.

【0092】さらに、各ダイヤフラム部C1 ,C2 の厚
さ寸法L4 ,L5 をそれぞれ相違させることによって、
各ダイヤフラム部C1 ,C2 毎に検出可能となる圧力の
範囲を変えることができる。即ち、厚さ寸法L4 の厚い
ダイヤフラム部C1 ではより高い圧力の検出を行なうこ
とができ、厚さ寸法L5 の薄いダイヤフラム部C2 では
より低い圧力の検出を行なうことができる。このため、
2つのダイヤフラム部C1 ,C2 を用いて圧力センサを
構成することによって、より広い範囲の圧力を検出する
ことができる。
Further, by making the thicknesses L4 and L5 of the diaphragm portions C1 and C2 different from each other,
The range of detectable pressure can be changed for each of the diaphragm portions C1 and C2. That is, a higher pressure can be detected in the thick diaphragm portion C1 having the thickness L4, and a lower pressure can be detected in the thin diaphragm portion C2 having the thickness L5. For this reason,
By constructing a pressure sensor using the two diaphragm portions C1 and C2, a wider range of pressure can be detected.

【0093】次に、本発明の第4の実施例による圧力セ
ンサを図14に基づいて説明するに、本実施例の特徴
は、基板の表面側には複数の凹陥溝を形成し、各凹陥溝
と受圧溝との間に長さ寸法の異なる複数のダイヤフラム
部を形成したことにある。なお、本実施例では前記第3
の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説
明を省略するものとする。
Next, a pressure sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14. The feature of this embodiment is that a plurality of recessed grooves are formed on the surface side of the substrate, and each recess is formed. This is because a plurality of diaphragm portions having different lengths are formed between the groove and the pressure receiving groove. In this embodiment, the third
The same reference numerals are given to the same components as those of the embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0094】61は受圧溝42の後部側に位置してシリ
コン基板41の表面側に凹設された第1の凹陥溝を示
し、該凹陥溝61は、第3の実施例による凹陥溝43と
ほぼ同様に長辺と短辺とを有する略長方形状をなしてシ
リコン基板41に形成されている。
Reference numeral 61 denotes a first concave groove located on the rear side of the pressure receiving groove 42 and recessed on the surface side of the silicon substrate 41. The first concave groove 61 is different from the concave groove 43 according to the third embodiment. Similarly, it is formed on the silicon substrate 41 in a substantially rectangular shape having a long side and a short side.

【0095】62は受圧溝42の後部側に位置してシリ
コン基板41の表面側に凹設された第2の凹陥溝で、該
凹陥溝62は第1の凹陥溝61とほぼ同一の深さ寸法を
有し、第1の凹陥溝61から左右方向に離間して配設さ
れている。
Reference numeral 62 denotes a second recessed groove located on the rear side of the pressure receiving groove 42 and recessed on the surface side of the silicon substrate 41. The recessed groove 62 has substantially the same depth as the first recessed groove 61. It has dimensions, and is disposed apart from the first concave groove 61 in the left-right direction.

【0096】そして、凹陥溝62は、長辺と短辺とを有
する略長方形状をなして形成され、凹陥溝62の長辺側
の長さ寸法L7 は第1の凹陥溝61の長辺側の長さ寸法
L6よりも短くなっている。
The concave groove 62 is formed in a substantially rectangular shape having a long side and a short side, and the length dimension L7 of the long side of the concave groove 62 is equal to the long side of the first concave groove 61. Is shorter than the length L6.

【0097】63,64は凹陥溝61,62と受圧溝4
2との間に細長い隔壁として形成された第1,第2の突
壁で、該突壁63,64はシリコン基板41の左右方向
に向って延びている。また、突壁63の厚さ寸法L8 は
突壁64の厚さ寸法L9 とほぼ等しくなっている。
Reference numerals 63 and 64 denote concave grooves 61 and 62 and pressure receiving grooves 4.
The first and second protruding walls formed as elongated partitions between the protruding walls 2 and 2 extend in the left-right direction of the silicon substrate 41. The thickness L8 of the projecting wall 63 is substantially equal to the thickness L9 of the projecting wall 64.

【0098】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第3の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができる。
Thus, in the present embodiment having the above-described structure, substantially the same operation and effect as those of the third embodiment can be obtained.

【0099】次に、本発明の第5の実施例による圧力セ
ンサを図15および図16に基づいて説明するに、本実
施例の特徴は、圧力センサの撓み検出素子を静電容量型
素子としたことにある。
Next, a pressure sensor according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16. The feature of this embodiment is that the deflection detecting element of the pressure sensor is replaced with a capacitance type element. I did it.

【0100】図において、71は圧力センサの基板をな
す四角形状のSOI基板で、該SOI基板71は、第2
の実施例によるSOI基板21と同様に基底部71A、
表層部71Bと、絶縁層部71Cとから構成されてい
る。
In the figure, reference numeral 71 denotes a square SOI substrate which forms the substrate of the pressure sensor.
Similarly to the SOI substrate 21 according to the embodiment, the base 71A,
It is composed of a surface layer 71B and an insulating layer 71C.

【0101】72はSOI基板71の表面側に凹設され
た受圧溝で、該受圧溝72は、図16に示すように略四
角形状をもって形成され、SOI基板71の表面側から
絶縁層部71Cに達している。
A pressure receiving groove 72 is formed in the surface of the SOI substrate 71 so as to be recessed. The pressure receiving groove 72 is formed in a substantially square shape as shown in FIG. Has been reached.

【0102】73は受圧溝72の周囲に位置してSOI
基板71の表層部71Bに凹設された凹陥溝を示し、該
凹陥溝73は細長い溝状に形成され、SOI基板71の
左右方向に向けて延びている。また、凹陥溝73はSO
I基板71の表面側から高さ方向に向けて延び絶縁層部
71Cに達している。
Reference numeral 73 denotes an SOI located around the pressure receiving groove 72.
A concave groove formed in the surface layer portion 71B of the substrate 71 is shown. The concave groove 73 is formed in an elongated groove shape and extends in the left-right direction of the SOI substrate 71. Further, the concave groove 73 is made of SO
It extends in the height direction from the surface side of the I substrate 71 and reaches the insulating layer portion 71C.

【0103】74は受圧溝72と凹陥溝73との間に細
長い隔壁として形成された突壁で、該突壁74は受圧溝
72と凹陥溝73との間の厚さ寸法がほぼ一定となるよ
うに形成されている。
Reference numeral 74 denotes a projecting wall formed as an elongated partition wall between the pressure receiving groove 72 and the concave groove 73. The thickness of the projecting wall 74 between the pressure receiving groove 72 and the concave groove 73 is substantially constant. It is formed as follows.

【0104】75は突壁74と凹陥溝73との間に設け
られた静電容量型素子を示し、該静電容量型素子75
は、後述する第1,第2の電極76,77によって構成
されている。
Numeral 75 denotes a capacitance type element provided between the protruding wall 74 and the concave groove 73.
Is constituted by first and second electrodes 76 and 77 described later.

【0105】76は突壁74に設けられた第1の電極
で、該電極76は、例えばイオン注入法等を用いてホウ
素等の不純物をSOI基板71の表層部71Bに注入、
拡散することによって略L字形状に形成され、その一部
が凹陥溝73内に露出している。そして、電極76は、
その一端側がSOI基板71の左右方向に向って延びる
と共に、他端側がSOI基板71の後部側に向って延び
ている。また、電極76の他端側には後述の金属配線8
0が接続されている。
Reference numeral 76 denotes a first electrode provided on the projecting wall 74. The electrode 76 implants an impurity such as boron into the surface layer portion 71B of the SOI substrate 71 by using, for example, an ion implantation method.
It is formed in a substantially L-shape by diffusion, and a part thereof is exposed in the concave groove 73. And the electrode 76 is
One end of the SOI substrate 71 extends in the left-right direction, and the other end extends toward the rear of the SOI substrate 71. The other end of the electrode 76 has a metal wiring 8 to be described later.
0 is connected.

【0106】77は第1の電極76から離間してSOI
基板71の表層部71Bに形成された第2の電極で、該
電極77は凹陥溝73を介して第1の電極76と対向し
ている。また、電極77は、第1の電極76と同様にイ
オン注入法等を用いて形成され、略四角形状となってい
る。そして、電極77には後述の金属配線81が接続さ
れている。
Reference numeral 77 denotes an SOI which is separated from the first electrode 76.
A second electrode formed on the surface layer portion 71B of the substrate 71, and the electrode 77 faces the first electrode 76 via the concave groove 73. The electrode 77 is formed using an ion implantation method or the like in the same manner as the first electrode 76, and has a substantially square shape. The electrode 77 is connected to a metal wiring 81 described later.

【0107】78は第1,第2の電極76,77を電気
的に絶縁するための絶縁壁部で、該絶縁壁部78は電極
77とSOI基板71の表層部71Bとの間に位置して
略コ字状に形成されている。そして、絶縁壁部78は、
電極77と表層部71Bとを電気的に絶縁すると共に、
凹陥溝73と共に電極77を取囲んでいる。
Reference numeral 78 denotes an insulating wall portion for electrically insulating the first and second electrodes 76 and 77. The insulating wall portion 78 is located between the electrode 77 and the surface layer portion 71B of the SOI substrate 71. It is formed in a substantially U-shape. And the insulating wall portion 78
While electrically insulating the electrode 77 and the surface layer portion 71B,
It surrounds the electrode 77 together with the concave groove 73.

【0108】79はSOI基板71の表層部71B上に
形成された酸化膜等からなる絶縁膜で、該絶縁膜79
は、図15に示すように絶縁壁部78の後部側に位置し
て表層部71Bを覆い、各金属配線80と表層部71B
との間を絶縁している。
Reference numeral 79 denotes an insulating film made of an oxide film or the like formed on the surface layer portion 71B of the SOI substrate 71.
Is located on the rear side of the insulating wall portion 78 and covers the surface layer portion 71B as shown in FIG.
Is insulated between

【0109】80,81はSOI基板71上に設けられ
た金属配線で、該金属配線80,81は、一端側が第
1,第2の電極76,77上に達すると共に、他端側が
絶縁膜79上に向けて延びている。そして、各金属配線
80,81は第1,第2の電極76,77を外部の検出
回路(図示せず)等に接続している。
Reference numerals 80 and 81 denote metal wirings provided on the SOI substrate 71. One end of each of the metal wirings 80 and 81 reaches the first and second electrodes 76 and 77, and the other end thereof includes an insulating film 79. Extends upward. The metal wirings 80 and 81 connect the first and second electrodes 76 and 77 to an external detection circuit (not shown) and the like.

【0110】82は受圧溝72を覆いかつ凹陥溝73を
閉塞する上板を示し、該上板82は、その前部側が受圧
溝72を覆うことにより、上板82と受圧溝72との間
に受圧室Aを形成している。また、上板82は凹陥溝7
3を閉塞することによって、上板82と凹陥溝73との
間に基準の圧力となった基準圧室Bを形成している。そ
して、上板82は、突壁74上に固着されることによっ
て、ダイヤフラム部Cを形成している。
Reference numeral 82 denotes an upper plate that covers the pressure receiving groove 72 and closes the concave groove 73. The upper plate 82 has a front portion that covers the pressure receiving groove 72, so that the upper plate 82 is located between the upper plate 82 and the pressure receiving groove 72. A pressure receiving chamber A is formed at the bottom of the cylinder. The upper plate 82 is provided with the concave groove 7.
By closing 3, a reference pressure chamber B having a reference pressure is formed between the upper plate 82 and the concave groove 73. The upper plate 82 is fixed on the protruding wall 74 to form a diaphragm C.

【0111】さらに、上板82の後部側には、薄肉とな
った切欠段部82Aが設けられ、該切欠段部82AとS
OI基板71との間には、金属配線80,81を収容す
るための隙間が形成されている。
Further, on the rear side of the upper plate 82, a thin notch step 82A is provided, and the notch step 82A and S
A gap for accommodating the metal wirings 80 and 81 is formed between the OI substrate 71 and the OI substrate 71.

【0112】次に、本実施例による圧力センサの作動に
ついて説明するに、受圧室Aに圧力が加わり、ダイヤフ
ラム部Cに撓み変形が生じたときに、第1の電極76と
第2の電極77との間の距離が減少、増加する。このた
め、第1,第2の電極76,77間の離間距離に応じて
第1,第2の電極76,77間の静電容量が変化するか
ら、第1,第2の電極76,77との間の静電容量に対
応してダイヤフラム部Cに加わる圧力を検出するもので
ある。
Next, the operation of the pressure sensor according to the present embodiment will be described. First, when pressure is applied to the pressure receiving chamber A and the diaphragm portion C is bent and deformed, the first electrode 76 and the second electrode 77 are moved. The distance between decreases and increases. For this reason, the capacitance between the first and second electrodes 76 and 77 changes according to the separation distance between the first and second electrodes 76 and 77, so that the first and second electrodes 76 and 77 change. The pressure applied to the diaphragm C is detected in accordance with the capacitance between the two.

【0113】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第1,第2の実施例とほぼ同様の作用効果を
得ることができる。
Thus, also in the present embodiment having the above-described configuration, it is possible to obtain substantially the same operation and effect as those of the first and second embodiments.

【0114】次に、本発明の第6の実施例による圧力セ
ンサを図17ないし図19に基づいて説明するに、本実
施例の特徴は、圧力センサに第1,第2の電極からなる
静電容量型素子を設けると共に、第2の電極の外側にコ
字状の凹陥溝を設けたことにある。なお、本実施例では
第5の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、そ
の説明を省略するものとする。
Next, a pressure sensor according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 17 to 19. The feature of this embodiment is that the pressure sensor comprises a static sensor comprising first and second electrodes. In addition to providing a capacitance element, a U-shaped concave groove is provided outside the second electrode. In this embodiment, the same components as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0115】91はSOI基板71の内側部分に位置し
て表層部71Bに凹設された凹陥溝を示し、該凹陥溝9
1は、図18に示す如く略コ字状に形成され、SOI基
板71の表面側から絶縁層部71Cに達している。
Reference numeral 91 denotes a concave groove located in the inner part of the SOI substrate 71 and formed in the surface layer portion 71B.
1 is formed in a substantially U-shape as shown in FIG. 18 and reaches the insulating layer 71C from the front side of the SOI substrate 71.

【0116】92は第1,第2の電極76,77を電気
的に絶縁するための絶縁壁部で、該絶縁壁部92は電極
77の後部側に位置して左右方向に延びる細長い壁状に
形成されている。そして、絶縁壁部92は、電極77と
表層部71Bとの間を電気的に絶縁すると共に、凹陥溝
91と共に電極77を取囲んでいる。
Reference numeral 92 denotes an insulating wall portion for electrically insulating the first and second electrodes 76 and 77. The insulating wall portion 92 is located on the rear side of the electrode 77 and has an elongated wall shape extending in the left-right direction. Is formed. The insulating wall portion 92 electrically insulates the electrode 77 from the surface layer portion 71B, and surrounds the electrode 77 together with the concave groove 91.

【0117】93は受圧溝72を覆いかつ凹陥溝91を
閉塞する上板を示し、該上板93は、図17および図1
9に示すように、その前部側が受圧溝72を覆うことに
より、上板93と受圧溝72との間に受圧室Aを形成し
ている。また、上板93は凹陥溝91を閉塞することに
よって、上板93と凹陥溝91との間に基準の圧力とな
った基準圧室Bを形成している。そして、上板93は、
突壁74上に固着されることによって、ダイヤフラム部
Cを形成している。
Reference numeral 93 denotes an upper plate which covers the pressure receiving groove 72 and closes the concave groove 91.
As shown in FIG. 9, a pressure receiving chamber A is formed between the upper plate 93 and the pressure receiving groove 72 by covering the pressure receiving groove 72 on the front side. The upper plate 93 closes the concave groove 91 to form a reference pressure chamber B having a reference pressure between the upper plate 93 and the concave groove 91. And the upper plate 93
The diaphragm portion C is formed by being fixed on the protruding wall 74.

【0118】さらに、上板93の後部側には、2つの切
欠溝部93A,93Bが設けられ、該切欠溝部93A,
93BとSOI基板71との間には、金属配線80,8
1を収容するための隙間が形成されている。
Further, on the rear side of the upper plate 93, two notched grooves 93A and 93B are provided, and the notched grooves 93A and 93B are provided.
Between the 93B and the SOI substrate 71, metal wirings 80 and 8 are provided.
1 is formed.

【0119】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第4の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができる。
Thus, in the present embodiment having the above-described configuration, substantially the same operation and effect as those of the fourth embodiment can be obtained.

【0120】なお、前記各実施例ではシリコン基板、S
OI基板の表層部をn形半導体として形成するものとし
たが、本発明はこれに限らずp形半導体として形成して
もよい。
In each of the above embodiments, the silicon substrate, S
Although the surface layer portion of the OI substrate is formed as an n-type semiconductor, the present invention is not limited to this, and may be formed as a p-type semiconductor.

【0121】また、前記第1,第2,第3の実施例で
は、各ピエゾ抵抗素子をイオン注入によりシリコン基
板、SOI基板に形成したp型半導体によって構成した
が、本発明はこれに限らず、例えば多結晶シリコンや金
属膜等によりピエゾ抵抗素子を形成してもよい。
In the first, second and third embodiments, each piezoresistive element is constituted by a p-type semiconductor formed on a silicon substrate or an SOI substrate by ion implantation. However, the present invention is not limited to this. For example, a piezoresistive element may be formed of polycrystalline silicon, a metal film, or the like.

【0122】また、前記各実施例では、撓み検出素子と
して各ピエゾ抵抗素子や静電容量型素子を用いる構成と
したが、本発明はこれに限らず、例えば圧電素子等を用
いて圧力を検出する構成としてもよい。
In each of the above embodiments, each piezoresistive element or capacitance type element is used as the deflection detecting element. However, the present invention is not limited to this. For example, pressure is detected using a piezoelectric element or the like. The configuration may be such that

【0123】また、前記各実施例では、シリコン基板、
SOI基板の表面側に絶縁膜等を介して上板を固着する
ものとしたが、絶縁膜上にアモルファス状態、多結晶状
態のシリコン膜を形成し、このシリコン膜上に上板を陽
極接合する構成としてもよい。
In each of the above embodiments, the silicon substrate,
The upper plate is fixed to the front side of the SOI substrate via an insulating film or the like. An amorphous or polycrystalline silicon film is formed on the insulating film, and the upper plate is anodically bonded to the silicon film. It may be configured.

【0124】また、前記各実施例では、凹陥溝を閉塞し
て密閉空間となった基準圧室を形成するものとしたが、
相対圧力を測定するセンサとして用いる場合には、必ず
しも凹陥溝を閉塞し、基準圧室を密閉する必要はなく、
例えば2つの異なる圧力となった圧力室のうち、一方の
圧力室を基準圧室に連通させると共に、他方の圧力室を
受圧室に連通させる構成としてもよい。
In each of the above embodiments, the reference pressure chamber is formed as a closed space by closing the concave groove.
When used as a sensor for measuring relative pressure, it is not necessary to close the concave groove and seal the reference pressure chamber,
For example, of the two pressure chambers having different pressures, one of the pressure chambers may communicate with the reference pressure chamber, and the other pressure chamber may communicate with the pressure receiving chamber.

【0125】[0125]

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項1の発明によ
れば、基板の表面側に受圧溝と凹陥溝とを突壁を介して
設け、これらの受圧溝、凹陥溝上に上板を固着すること
により、突壁からなるダイヤフラム部により互いに隔て
られた受圧室と基準圧室とを形成する構成としたから、
外部からの圧力が受圧室内に作用して、ダイヤフラム部
が撓み変形したときに、ダイヤフラム部に設けた撓み検
出素子によってダイヤフラム部に作用する圧力を検出す
ることができる。そして、ダイヤフラム部、撓み検出素
子を基板の表面側から形成できるから、ダイヤフラム部
と撓み検出素子とを高精度に位置合せすることができ
る。これにより、ダイヤフラム部に作用する圧力を正確
に検出することができると共に、撓み検出素子とダイヤ
フラム部とをより小さくすることができ、当該圧力セン
サを微細化してコンパクトに形成できる。
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, the pressure receiving groove and the concave groove are provided on the surface side of the substrate via the protruding wall, and the upper plate is placed on the pressure receiving groove and the concave groove. By fixing, the pressure receiving chamber and the reference pressure chamber which are separated from each other by the diaphragm part formed of the protruding wall are formed,
When an external pressure acts on the pressure receiving chamber and the diaphragm is flexed and deformed, the pressure acting on the diaphragm can be detected by the flexure detecting element provided on the diaphragm. And since a diaphragm part and a bending detection element can be formed from the surface side of a board | substrate, a diaphragm part and a bending detection element can be positioned with high precision. Thus, the pressure acting on the diaphragm can be accurately detected, the size of the deflection detecting element and the diaphragm can be reduced, and the pressure sensor can be miniaturized and formed compact.

【0126】また、請求項2の発明によれば、ダイヤフ
ラム部を構成する突壁を変位可能な厚みをもって形成し
たから、該ダイヤフラム部に圧力が作用したときにダイ
ヤフラム部を全体に亘って撓み変形させることができ、
撓み検出素子によって圧力を正確に検出することができ
る。また、ダイヤフラム部に部分的に圧力が作用するの
を防止し、ダイヤフラム部の損傷を防止し、耐久性を向
上させることができる。
According to the second aspect of the present invention, since the protruding wall constituting the diaphragm is formed with a displaceable thickness, the diaphragm is bent and deformed as a whole when pressure is applied to the diaphragm. Can be
The pressure can be accurately detected by the deflection detecting element. Further, it is possible to prevent partial pressure from acting on the diaphragm, prevent damage to the diaphragm, and improve durability.

【0127】また、請求項3の発明によれば、基板の表
面側に受圧溝の周囲に複数の凹陥溝を形成し、受圧溝と
の間に複数のダイヤフラム部を形成したから、受圧室に
圧力が加わったときに、各ダイヤフラム部毎に圧力を検
出することができる。また、各ダイヤフラム部をそれぞ
れ異なる厚さ寸法をもって形成することにより、各ダイ
ヤフラム部毎に検出可能な圧力の範囲を変えることがで
き、より広い範囲の圧力を検出することができる。
According to the third aspect of the present invention, a plurality of concave grooves are formed around the pressure receiving groove on the front surface side of the substrate, and a plurality of diaphragm portions are formed between the pressure receiving groove and the pressure receiving groove. When pressure is applied, the pressure can be detected for each diaphragm. Further, by forming each of the diaphragm portions with a different thickness dimension, the range of detectable pressure can be changed for each diaphragm portion, and a wider range of pressure can be detected.

【0128】また、請求項4の発明によれば、撓み検出
素子としてピエゾ抵抗素子を用いたから、ダイヤフラム
部に圧力が作用したときに、ピエゾ抵抗素子の抵抗値に
対応してダイヤフラム部に加わる圧力を検出することが
できる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the piezoresistive element is used as the deflection detecting element, when a pressure acts on the diaphragm, the pressure applied to the diaphragm corresponding to the resistance value of the piezoresistive element. Can be detected.

【0129】また、請求項5の発明によれば、撓み検出
素子として静電容量型素子を用いたから、ダイヤフラム
部に圧力が作用したときに、第1,第2の電極間の静電
容量に対応してダイヤフラム部に加わる圧力を検出する
ことができる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the capacitance type element is used as the deflection detecting element, the capacitance between the first and second electrodes is reduced when pressure is applied to the diaphragm. Correspondingly, the pressure applied to the diaphragm can be detected.

【0130】また、請求項6の発明によれば、基板を不
純物を添加した半導体材料によって形成したから、該基
板をn形半導体またはp形半導体として形成でき、イオ
ン注入法等を用いることによって、この基板に撓み変形
素子を容易に形成することができる。
According to the invention of claim 6, since the substrate is formed of a semiconductor material to which impurities are added, the substrate can be formed as an n-type semiconductor or a p-type semiconductor. The bending deformation element can be easily formed on this substrate.

【0131】また、請求項7の発明によれば、基板とし
て2つのシリコン基板と酸化膜とからなるSOI基板を
用いたから、凹陥溝、受圧溝を形成するときに、SOI
基板のエッチングを酸化膜によって自動的に停止させ、
ダイヤフラム部の形成を容易に行なうことができる。ま
た、SOI基板の表面側のシリコン基板に電気的に絶縁
した領域を容易に形成することができ、撓み検出素子か
らの信号を増幅等するための能動素子を圧力センサと共
にSOI基板に容易に形成することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, an SOI substrate including two silicon substrates and an oxide film is used as a substrate.
The etching of the substrate is automatically stopped by the oxide film,
The diaphragm portion can be easily formed. Further, an electrically insulated region can be easily formed on the silicon substrate on the front surface side of the SOI substrate, and an active element for amplifying a signal from the deflection detecting element can be easily formed on the SOI substrate together with the pressure sensor. can do.

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

【図1】第1の実施例による圧力センサを示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view showing a pressure sensor according to a first embodiment.

【図2】図1中の矢示II−II方向から見た断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view as seen from the direction of arrows II-II in FIG.

【図3】第1の実施例に用いるシリコン基板を示す断面
図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a silicon substrate used in the first embodiment.

【図4】図3に示すシリコン基板に酸化膜を形成した状
態を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a state where an oxide film is formed on the silicon substrate shown in FIG. 3;

【図5】図4に示すシリコン基板から酸化膜を受圧溝、
凹陥溝に対応した部分を除去した状態を示す断面図であ
る。
FIG. 5 shows a pressure receiving groove formed from an oxide film from the silicon substrate shown in FIG. 4;
It is sectional drawing which shows the state which removed the part corresponding to the recessed groove.

【図6】図5に示すシリコン基板に受圧溝、凹陥溝を形
成した状態を示す断面図である。
6 is a cross-sectional view showing a state in which a pressure receiving groove and a concave groove are formed in the silicon substrate shown in FIG.

【図7】図6に示すシリコン基板にピエゾ抵抗素子、拡
散層配線を形成すると共に、絶縁膜を形成した状態を示
す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a piezoresistive element and a diffusion layer wiring are formed on the silicon substrate shown in FIG. 6 and an insulating film is formed.

【図8】図7に示すシリコン基板に形成された絶縁層に
コンタクトホールを形成した状態を示す断面図である。
8 is a cross-sectional view showing a state where a contact hole is formed in an insulating layer formed on the silicon substrate shown in FIG.

【図9】図8に示すシリコン基板に接続部を形成した状
態を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state where a connection portion is formed on the silicon substrate shown in FIG.

【図10】図9に示すシリコン基板に金属配線と保護膜
とを形成した状態を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state where a metal wiring and a protective film are formed on the silicon substrate shown in FIG. 9;

【図11】第2の実施例による圧力センサを示す断面図
である。
FIG. 11 is a sectional view showing a pressure sensor according to a second embodiment.

【図12】第3の実施例による圧力センサを示す断面図
である。
FIG. 12 is a sectional view showing a pressure sensor according to a third embodiment.

【図13】図12中の矢示XIII−XIII方向から見た断面
図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view as viewed from the direction indicated by arrows XIII-XIII in FIG.

【図14】第4の実施例による圧力センサを示す図13
と同様の方向からみた断面図である。
FIG. 14 shows a pressure sensor according to a fourth embodiment.
It is sectional drawing seen from the same direction as (3).

【図15】第5の実施例による圧力センサを示す断面図
である。
FIG. 15 is a sectional view showing a pressure sensor according to a fifth embodiment.

【図16】図15中の矢示 XVI−XVI 方向から見た断面
図である。
16 is a cross-sectional view as viewed from the direction indicated by arrows XVI-XVI in FIG.

【図17】第6の実施例による圧力センサを示す断面図
である。
FIG. 17 is a sectional view showing a pressure sensor according to a sixth embodiment.

【図18】図17中の矢示 XVIII−XVIII 方向から見た
断面図である。
18 is a cross-sectional view as viewed from the direction of arrows XVIII-XVIII in FIG. 17;

【図19】図17中の矢示 XIX−XIX 方向から見た断面
図である。
19 is a cross-sectional view as viewed from the direction indicated by arrows XIX-XIX in FIG. 17;

【図20】従来技術による圧力センサを示す斜視図であ
る。
FIG. 20 is a perspective view showing a conventional pressure sensor.

【図21】従来技術による圧力センサを示す断面図であ
る。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a conventional pressure sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,41 シリコン基板(基板) 2,22,42,72 受圧溝 3,23,43,44,61,62,73,91 凹陥
溝 4,24,45,46,63,64,74 突壁 5,25,47,48 ピエゾ抵抗素子(撓み検出素
子) 12,32,60,82,93 上板 21,71 SOI基板 75 静電容量型素子(撓み検出素子) 76 第1の電極 77 第2の電極 A 受圧室 B,B1 ,B2 基準圧室 C,C1 ,C2 ダイヤフラム部
1,41 Silicon substrate (substrate) 2,22,42,72 Pressure receiving groove 3,23,43,44,61,62,73,91 Depressed groove 4,24,45,46,63,64,74 Protrusion wall 5 , 25, 47, 48 Piezoresistive element (bending detection element) 12, 32, 60, 82, 93 Upper plate 21, 71 SOI substrate 75 Capacitance type element (bending detection element) 76 First electrode 77 Second Electrode A Pressure receiving chamber B, B1, B2 Reference pressure chamber C, C1, C2 Diaphragm

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン材料からなる基板と、該基板の
表面側に形成され、該基板の側面に開口した受圧溝と、
前記基板の表面側に形成され、該受圧溝に対し突壁を介
して隔てられた凹陥溝と、前記受圧溝と該凹陥溝とを覆
って前記基板の表面側に設けられ、前記受圧溝との間で
外部からの圧力を受圧する受圧室を形成すると共に、該
凹陥溝との間に基準圧室を画成する上板と、前記受圧溝
と前記凹陥溝との間に位置して前記突壁により形成さ
れ、前記受圧室と基準圧室との間の圧力差によって変位
するダイヤフラム部と、少なくとも該ダイヤフラム部に
設けられ、該ダイヤフラム部が変位したときに生じる撓
みを検出する撓み検出素子とから構成してなる圧力セン
サ。
1. A substrate made of a silicon material, a pressure receiving groove formed on a surface side of the substrate and opened on a side surface of the substrate,
A concave groove formed on the front surface side of the substrate and separated from the pressure receiving groove via a protruding wall, provided on the front surface side of the substrate to cover the pressure receiving groove and the concave groove, the pressure receiving groove A pressure receiving chamber for receiving pressure from outside is formed between the upper and lower plates defining a reference pressure chamber with the concave groove, and the upper plate is located between the pressure receiving groove and the concave groove. A diaphragm formed by a projecting wall and displaced by a pressure difference between the pressure receiving chamber and the reference pressure chamber; and a flexure detecting element provided at least in the diaphragm and detecting a flexure generated when the diaphragm is displaced. And a pressure sensor.
【請求項2】 前記ダイヤフラム部を構成する突壁は、
前記受圧溝と前記凹陥溝との間に変位可能となる厚みを
もって形成してなる請求項1に記載の圧力センサ。
2. A projecting wall constituting the diaphragm portion,
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure sensor is formed with a thickness that enables displacement between the pressure receiving groove and the concave groove. 3.
【請求項3】 前記基板の表面側には前記凹陥溝を複数
個形成し、前記受圧溝との間に複数のダイヤフラム部を
形成してなる請求項1または2に記載の圧力センサ。
3. The pressure sensor according to claim 1, wherein a plurality of the concave grooves are formed on a front surface side of the substrate, and a plurality of diaphragm portions are formed between the concave grooves and the pressure receiving grooves.
【請求項4】 前記撓み検出素子は、前記ダイヤフラム
部に設けたピエゾ抵抗素子である請求項1,2または3
に記載の圧力センサ。
4. The deflection detecting element is a piezoresistive element provided in the diaphragm.
Pressure sensor.
【請求項5】 前記撓み検出素子は、前記ダイヤフラム
部に設けられた第1の電極と、該第1の電極と対向して
前記凹陥溝内に設けられた第2の電極とにより静電容量
型素子として構成してなる請求項1,2または3に記載
の圧力センサ。
5. The deflection detecting element includes a first electrode provided on the diaphragm portion and a second electrode provided in the concave groove facing the first electrode. 4. The pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure sensor is configured as a mold element.
【請求項6】 前記基板は不純物を添加した半導体材料
によって形成してなる請求項1,2,3,4または5に
記載の圧力センサ。
6. The pressure sensor according to claim 1, wherein said substrate is formed of a semiconductor material to which impurities are added.
【請求項7】 前記基板は2つのシリコン基板間に酸化
膜を介在させたSOI基板である請求項1,2,3,4
または5に記載の圧力センサ。
7. The substrate according to claim 1, wherein said substrate is an SOI substrate having an oxide film interposed between two silicon substrates.
Or the pressure sensor according to 5.
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