JPS63175737A - 圧力センサ - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、圧力を電気信号に変換する圧力センサに関し
、特にセンサチップ内に基準圧力室を有する圧力センサ
に関するものである。

〔従来技術〕

従来の圧力センサとしては、例えば、第５図に示すごと
きものがある（例えば特開昭５８−６３８２６号に記載
九 第５図の装置は、絶対圧型の圧力センサであり、ピン３
及びパイプ１工が設けられたハーメチックシールのステ
ム５に第２接着層８を介して台座４が接着され、さらに
その上に第１接着層７を介して圧力センサチップ１が接
着されている。

また、圧力センサチップ１の表面の人出カパッドとピン
３とは金ワイヤ２で接続されている。

また、キャップ６とステム５とは放電加工やハンダ付は
等で接着されており、真空中でハンダ９を用いて封止孔
１２を封止することにより真空室１゜が形成されている
。

上記の構造においては、真空室１ｏが基準圧として真空
になっており、パイプ１１を通して外部圧力が圧力セン
サチップ１の下部から印加されるようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のごとき従来の圧力センサ、特に絶対圧型の圧力セ
ンサにおいては、基準圧となる真空室を形成する必要が
あり、しかもステム５と圧カセンサチップ１との膨張係
数の違いによる熱応力を低減する必要があるため１台座
４及び第１接着層７、第２接着層８として熱膨張係数の
近い物質を選択する等の考慮を用いて実装しなければな
らず、そのため圧力センサチップ１を実装するために多
くのコストが掛かり、その結果、圧力センサが高価にな
ってしまうという問題があった。

本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決するために
なされたものであり、実装が容易で低コスト化が可能な
圧力センサを提供することを目的とするものである。

〔問題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、基板上
にセンサ部を形成するのと同時に基準圧力室も形成する
ように構成している。

すなわち、本発明においては、基板表面に設けられた複
数の溝と、上記溝によって両面を周囲の基板と隔てられ
た少なくとも一つの畝と、該畝の片面にある溝の頂部を
密閉する部材とにより、上記頂部を密閉された溝を外部
に対して気密に形成された空洞領域とし、かつ、上記空
洞領域と外部との圧力差に応じて上記畝に生じる変位を
電気信号に変換する変換手段を備えるように構成してい
る。

上記のように構成したことにより、本発明においては、
上記の空洞領域内の気圧（例えば１０Ｔｏｒｒ以下の真
空）を基準圧力として用いることが出来るので、センサ
チップの外部に別個に基準圧力室を形成する必要がなく
なる。そのため、Ｓｉウェハのバッジ処理等で同時に大
量に基準圧力室を持った圧力センサを作製することが出
来、実装が容易になると共に低コスト化が可能になる。

〔発明の実施例〕

第１図は１本発明の一実施例の断面図である。

第１図において、シリコン基板１０１の表面近傍には３
本の溝１０２．１０３．１０４が設けられ、それによっ
て溝と溝との間に畝１０６および１０７が形成されてい
る。また畝１０６と１０７との間の＃１０４の頂部は蓋
１０５によって密閉され、それによって溝１０４は外部
に対して気密に形成された空洞領域、すなわち基準圧力
室となっている。また畝１０６と１０７との対向する面
（溝１０４の両側面）にはそれぞれ電極１０８゜１０９
が形成されている。

次に、作用を説明する。

第２図は、本発明の圧力センサの圧力感応部を示す図で
ある。

第２図において、基準圧力室の内部圧力（基準圧力）を
Ｐ、、　ｆｆさをｄ、幅をＷ、長さく紙面と垂直方向の
長さ）をΩとし、基準圧力室と大気室との間の畝の厚さ
をｔとする。なおこの厚さｔは２つの畝で厚さが異なっ
てもよい、また基準圧力室の両側面に形成された電極に
より、間隔がＷで面積Ｓ＝ｄ　Ｘ　Ｑの静電容量が形成
されている。

上記の構成において、基準圧力室と大気室との間に圧力
差が生じると畝が撓み、その結果＠Ｗが変化して両電極
間の静電容量が変化する。この容量変化を電気信号に変
換することによって印加された圧力を検出することが出
来る。従って、第２図に示した構造のみで絶対圧を検出
することが出来、他に基準圧力室を設ける必要がないの
で、実装が非常に簡単になる。

上記の作用を第３図に基づいて、さらに詳細に説明する
。

例えば、外気圧が基準圧力室と等しくＰｏであるときに
は、第３図（Ａ）に示すように畝の撓みはなく、静電容
量Ｃ，はＣＩ、＝８０・ｄ−Ｑ／ｗとなる。外気圧が変
化してＰになるとＣＢ）に示すように畝が撓む、このと
きの畝の間隔、すなわち電極間隔をＷ（ｘｖｐ）とする
。ただし、Ｘ軸は第３図の（Ｂ）に示すごとく、深さ方
向にとり、中点を原点とする。このＷ（Ｘ、Ｐ）は畝の
撓みで定まる量であり、畝の材質、寸法、内外圧力差等
の関数となる。

すなわちＷ（ｘ）＝Ｆ（ｔｔ　ｄｌ　ｐｏｔ　ＰＩ　ｔ
ｉ−）となる。

上式のうち寸法や基準圧力等は用途や仕様に応じて適宜
設計される値である。この結果、外圧がＰのときの静電
容量ｃ　（ｐ）は次のようになる。

上記の式から判るように基準圧力、畝の材質。

基準圧力室の寸法等が定まれば、静電容量は外圧Ｐだけ
によって決まることが判る。

次に第４図に基づいて、第１図の圧力センサの製造工程
を説明する。

まず（Ａ）において、シリコン基板１０１上に熱酸化等
の方法によって酸化膜１１７を形成した後、例えばイオ
ン注入、拡散等の方法により、拡散層１１６を形成する
。

次に（Ｂ）において、フォトエツチングによって選択的
に酸化膜１１７を除去し、残りの酸化膜をマスクとして
、反応性イオンエツチングによってシリコン基板１０１
を垂直にエツチングし、溝１０２゜１０３、１０４を形
成する。なお、溝の深さは例えば５−程度とする。この
ように３本の溝を形成することによって２本の畝１０６
および１０７が形成される。

次に前記（Ａ）で形成した拡散層１１６と同じタイプの
不純物の拡散Ｍ１１８を溝の壁面に形成する。

次に（Ｃ）において、溝の底部に形成された拡散層１１
８が完全に除去されるまで、反応性イオンエツチングに
よってエツチングする。これによって拡散層１１８が分
割され、電極１０８と１０９とが形成される。

次に（Ｄ）において、所定の圧力下で、例えば、蒸着等
の方法によって金属、誘電体等を基板表面に形成し、フ
ォトエツチングによって基準圧力室の上部以外の部分を
除去することにより、蓋１０５を形成する。このとき基
準圧力室となる溝１０４の幅および深さを適切に設定し
、かつ斜め蒸着等の方法を用いることにより、蒸着物が
溝１０４の内部に入り込まないようにし、溝の内部を蓋
１０５を形成するときの圧力に保つことが可能となる。

なお、これまで説明した実施例においては３本の溝を形
成し、それによって２本の畝を形成し、その間の溝を基
準圧力室とする場合について例示したが、２本の溝を形
成し、その間に１本の畝を形成し、いずれか一方の溝の
上部に蓋を設けることによっても基準圧力室を形成する
ことが出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく、本発明においては、基板表面に圧
力検知部を設けるのと同時に基準圧力室を形成するよう
に構成しているのでＳｉウェハのバッジ処理等で同時に
大量の基準圧力室を持つ圧力センサを製造することが出
来、そのため実装が極めて容易になるので低コスト化が
可能になるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図および第３
図は本発明の詳細な説明するための図、第４図は本発明
の製造工程図、第５図は従来装置の一例の断面図である
。 〈符号の説明〉 １０１・・・シリコン基板　　１０２−１０３，１０４
・・・溝１０５・・・蓋　　　　　　　１０６，１０７
・・・畝１０８．１０９・・・電極 代理人弁理士　　中　村　純之助 ｆ　４　図 （Ｃ） （Ｄ） ネキＦカ！ ｔ′５　図 １−−一圧力−ｒ！；−リ”−）、、、７’　　　　　
　　　　２−４（ｔＬ＜ＩｆｆＡ））ワイヤ３−　ご°
ン輛引　　　　　　４−殆座５−　ステｊ−６−・代ヤ
、ツブ ７−律１傷羞層　　　　　　８−臂２愕看屑９−−−ハ
〉ブ＋ｏ−３墾室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板表面に設けられた複数の溝と、上記溝によって両面
   を周囲の基板と隔てられた少なくとも一つの畝と、該畝
   の片面にある溝の頂部を密閉する部材とにより、上記頂
   部を密閉された溝を外部に対して気密に形成された空洞
   領域とし、かつ、上記空洞領域と外部との圧力差に応じ
   て上記畝に生じる変位を電気信号に変換する変換手段を
   備えた圧力センサ。