JPS62268167A - 薄膜圧力センサ - Google Patents

薄膜圧力センサ

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Publication number
JPS62268167A
JPS62268167A JP11137786A JP11137786A JPS62268167A JP S62268167 A JPS62268167 A JP S62268167A JP 11137786 A JP11137786 A JP 11137786A JP 11137786 A JP11137786 A JP 11137786A JP S62268167 A JPS62268167 A JP S62268167A
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JP
Japan
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layer
pressure
pressure sensor
sensitive
layers
Prior art date
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Pending
Application number
JP11137786A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Kamaike
蒲池 誠
Atsushi Tachika
田近 淳
Aki Tanaka
田中 亜紀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP11137786A priority Critical patent/JPS62268167A/ja
Publication of JPS62268167A publication Critical patent/JPS62268167A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0055Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、7t9膜圧カセンサに係り、特にそのダイヤ
フラムのJI4造に関する。
〔従来技術およびその問題点] 半導体技術の進歩に伴い、シリコンやゲルマニウム等の
半導体のもつピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力セン
サが、近年注目されてきている。
半導体圧力センサにはいろいろな構造が提案されている
がなかでも最も広く用いられているのは、第6図に示す
如く、拡散抵抗層101aを具えた単結晶シリコンから
なるダイヤフラム101を台座102に接着固定したダ
イヤフラム型の圧力センサである。
このダイヤフラム型の圧力センサでは、ダイヤフラム1
01は低融点ガラス等のシリコンと熱膨張係数の近い物
質からなる接着剤103によって台座102に接着固定
されている。
このような圧力センサでは、高い圧力が、繰り返して加
えられると、この接着部分で歪が生じたり、接着部分が
剥れたりする等、いわゆるクリーブ現象が生じることが
あった。クリープ現象の発生は、検出信号レベルの変動
をJ?7き、センサ特性を低下させる原因となっていた
そこで、上述したような台座とダイヤフラムとのクリー
プ現象の発生を防止するため、ステンレスでダイヤフラ
ムを構成し、このダイヤフラム上に、酸化シリコン(S
i 02 >層等の絶縁層を介して感圧層としてアモル
ファスシリコン薄膜等の半導体薄膜を形成した薄膜型圧
力センサが提案されている。
しかしながら、この薄膜型圧力センサにおいても、特に
感圧層をn型半導体で構成した場合に絶縁層と感圧層と
の界面での密着性が十分でないためクリープ現象の発生
が、避けられない問題となっていた。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、絶縁層と
感圧抵抗層との密着性を向上し、信頼性の高い薄膜圧力
センサを提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) そこで本発明では、ダイヤフラム上に絶縁層を介して感
圧層としてのn型半導体層を形成してなる薄膜圧力セン
サにおいて、該絶縁層とn型半導体層との間にp型アモ
ルファスシリコンカーバイド層を介在せしめるようにし
ている。
(作用〕 本発明の薄膜圧力センサによれば絶縁層とn型半導体層
との間にp型アモルファスシリコンカーバイド層を介在
せしめているため、絶縁層とn型半導体層との間の付着
性が向上し、経時的変化もなく、極めて安定した性能を
維持することができる。
〔実施例] 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。
第1図(a)および(b)は、本発明実施例の薄膜圧力
センサを示す図である。(第1図(a>は第1図(b)
のA−へ断面図である。)この薄膜圧力センサは、ステ
ンレス製のダイヤフラム1と、該ダイヤフラムの表面に
形4呪された絶縁層としての酸化シリコン(Si 02
 )112と、この上層にバインダ層としてのp型のア
モルファスシリコンカーバイド(a−8i C)f13
を介して形成されたn型のマイクロクリスタルシリコン
(MO−81)層4からなる感圧層と、該感圧層に給電
するためのアルミニウム層からなる電極配線パターン5
とからなるゲージ都立と、ゲージ都立を被覆保護するた
めの酸化シリコン層からなるパッシベーション膜7とか
ら構成されている。
また、ゲージ都立の感圧層4は4つの感圧層パターンR
1〜R4から構成されており、これらに給電するための
6つの電極配線パターンE1〜E6を有している。この
ゲージ部を等価回路で示すと第4図に示す如く、ブリッ
ジ回路を構成しており、圧力に起因した歪による感圧抵
抗層の抵抗値変化によって生じる電極配線パターンE2
とEBとの間の電圧変化を検出することにより圧力を測
定するようになっている。
次に、この薄膜圧力センサの製造工程について説明する
まず、第2図(a)に示す如く、ステンレス製のダイヤ
フラム1の表面に、プラズマCV D法により膜厚約1
〜10虜の酸化シリコン層2を形成する。
次いで、第2図(b)に示す如く、プラズマCVD法に
より、順次膜厚2000人のp型のアモルファスシリコ
ンカーバイド層3を堆積する。
続いてプラズマCVD法により膜厚1mのn型のマイク
ロクリスタルシリコン層4をガL積した後第2図(C)
に示す如く、エレクトロンビーム(EB)蒸着法によっ
てアルミニウム層5を形成し、通常のフォトリソエツチ
ング法により該アルミニウム層5をバターニングする。
この後、第2図(d)に示す如く、該アルミニウム層5
のパターン5−をマスクとして、n型のマイクロクリス
タルシリコン層およびp型のアモルファスシリコンカー
バイド層をプラズマエツチング法により選択的に除去す
る。このときのエツヂングガスとしては、テトラフルオ
ルメタン(CF4 )あるいはテトラクロルメタン(C
Cii )を用いる。
そして、感圧層となる部分のn型マイクロクリスタルシ
リコン層を露呈せしむべく、再びフォトリソ法を用いて
前記アルミニウム層のパターン5′更に選択的に除去し
、感圧層パターンR1〜R4および電極配線パターンE
1〜E6を形成する。(第2図(e)) 最後に、CVD法により、パッシベーション膜7として
酸化シリコン膜を形成し、第1図(a)および(b)に
示した薄膜圧力センサが完成せしめられる。
次に、この薄膜圧力センサの動作について述べる。
各感圧層パターンR1〜R4は無負荷時すなわち歪のな
いとき抵抗値がすべて等しくRである。
第5図に示す如く圧力Pがダイヤフラム1に作用すると
感圧層パターンR1〜R3がダイヤフラムの周辺部に、
感圧層パターンR2とR4とが中央部に配される構造と
なっているため、感圧層パターンR1とR3は圧縮応力
を受け、R+ΔRとなる一方、感圧層パターンR2とR
4は引っ張り応力を受けてR−ΔRとなる。
電極配線パターンE1.E6間にVinを印加するもの
とすると、無負荷時には4つの感圧層パターンR1,R
2,R3,R4はすべて等しい故、電極配線パターンE
2.E5間の電位は等しくこれらの間の電圧はV=0で
ある。
従って第5図に示す圧力Pの如き負荷がかかったとき、
感圧層パターンR1,R3はR+ΔR1感圧層パターン
R2,R4はR−ΔRとなり、電極配線パターンE2.
E5間の電圧 ■−2(ΔR/R) ・Vinとなる。
このようにして負荷に応じた電圧が出力され、アンプ部
(図示せず)でwU幅等の処理がなされ、外部回路に精
度良く出力せしめられる。
このようにして形成された薄膜圧力センサの圧力(K9
 / cj >と感圧層パターンのもつ抵抗値(KΩ)
との関係を第3図に示す。
この図からも明らかなように、測定圧力範囲では良好な
直線性を呈している。
また、高い圧力が繰り返して印加された場合にもクリー
プ現象もみられず、良好な特性を維持することができた
なお、実施例においては、感圧層としてマイクロクリス
タルシリコン層を用いたが、これに限定されることなく
、ポリシリコン層等、他の感圧性の半導体薄膜(n型)
にも適用可能である。
更にまた、感圧層および電極配線パターンのパターン形
状については実施例に限定されることなく適宜変形可能
である。加えて、実施例は、バインダ層を感圧層パター
ンと同一パターン形状としたが、バインダ層は絶縁層の
表面全体に形成するようにしてもよい。
また、絶縁層についても、酸化シリコン層に限定される
ものではない。
〔効果] 以上説明してきたように、本発明によれば、ダイヤフラ
ム上に形成された絶縁層上に感圧層としてのn型半導体
層を形成してなる薄膜圧力センサにおいて、該絶縁層と
n型半導体層との間にバインダ層としてp型のアモルフ
ァスシリコンカーバイド層を介在せしめるようにしてい
るため、クリープ現象の発生もなく、信頼性の高い薄膜
圧力センサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)および(b)は、本発明実施例の薄膜圧力
センサを示す図、第2図(a)乃至(e)は、同薄膜圧
力センサの製造工程図、第3図は同薄膜圧力センサの圧
力と感圧層の抵抗値との関係を示す図、第4図は同セン
サの等価回路図、第5図は、ダイヤフラムが圧力を受け
たときの各パターンの状態を示す説明図、第6図は従来
のa膜圧力センサを示す図である。 101・・・ダイヤフラム、101a・・・拡散抵抗層
、102・・・台座、103・・・接着剤、1・・・ダ
イヤフラム、2・・・絶縁層、3・・・バインダ層(p
型のアモルファスシリコンカーバイド層)、4・・・感
圧1t2i(n型のマイクロクリスタルシリコン層)、
5・・・電極配線パターン、6・・・ゲージ部、7・・
・パッシベーシヨン膜、R1−R4・・・抵抗層パター
ン、E1〜E6・・・電極配線パターン。 第1図(G) 第1図(b) 第2図(・)      第2図(8゜第2図(b) 第2図(C) 第2図(d) 圧力(に9/cm2) 第3図 第4図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ダイヤフラム上に、 絶縁層を介して感圧層としてのn型半導体層を形成して
    なる薄膜圧力センサにおいて、 前記絶縁層と前記n型半導体層との間にp型アモルファ
    スシリコンカーバイド層を介在せしめたことを特徴とす
    る薄膜圧力センサ。
  2. (2)前記n型半導体膜は、n型のアモルファスシリコ
    ン層であることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項
    記載の薄膜圧力センサ。
  3. (3)前記n型半導体層は、n型のマイクロクリスタル
    シリコン層であることを特徴とする特許請求の範囲第(
    2)項記載の薄膜圧力センサ。
JP11137786A 1986-05-15 1986-05-15 薄膜圧力センサ Pending JPS62268167A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5095349A (en) * 1988-06-08 1992-03-10 Nippondenso Co., Ltd. Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing same
US5320705A (en) * 1988-06-08 1994-06-14 Nippondenso Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor pressure sensor
US5400489A (en) * 1991-11-30 1995-03-28 Endress Hauser Gmbh Co Method of stabilizing the surface properties of objects to be thermally treated in a vacuum
USRE34893E (en) * 1988-06-08 1995-04-04 Nippondenso Co., Ltd. Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing same

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