JP2002236067A - Pressure sensor and its production method - Google Patents
Pressure sensor and its production methodInfo
- Publication number
- JP2002236067A JP2002236067A JP2001030783A JP2001030783A JP2002236067A JP 2002236067 A JP2002236067 A JP 2002236067A JP 2001030783 A JP2001030783 A JP 2001030783A JP 2001030783 A JP2001030783 A JP 2001030783A JP 2002236067 A JP2002236067 A JP 2002236067A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- pressure
- electrode
- etching
- pressure sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 46
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 239000010408 film Substances 0.000 description 41
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 17
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Substances [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- LFYJSSARVMHQJB-QIXNEVBVSA-N bakuchiol Chemical compound CC(C)=CCC[C@@](C)(C=C)\C=C\C1=CC=C(O)C=C1 LFYJSSARVMHQJB-QIXNEVBVSA-N 0.000 description 2
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical compound OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- ONRPGGOGHKMHDT-UHFFFAOYSA-N benzene-1,2-diol;ethane-1,2-diamine Chemical compound NCCN.OC1=CC=CC=C1O ONRPGGOGHKMHDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、タッチモード式容
量型圧力センサに関し、特に高い耐圧性を有する圧力セ
ンサの構造およびその製造方法に関する。The present invention relates to a touch-mode capacitive pressure sensor, and more particularly to a structure of a pressure sensor having a high pressure resistance and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】静電容量型圧力センサは、圧力に応じて
変形するダイヤフラムが形成された基板と電極が形成さ
れた基板とを、ある程度の隙間をあけて前記ダイヤフラ
ムおよび電極が互いに対向するように接合されている構
造を有し、前記ダイヤフラムと電極との間の静電容量の
変化から圧力を検出するものである。ダイヤフラムや電
極を形成するための基板にシリコンやガラスのウエハを
用いることが可能であるため、ウエハ上に一度に大量の
センサを作製することができ、低コストでの大量生産に
適している。2. Description of the Related Art An electrostatic capacitance type pressure sensor is arranged such that a substrate having a diaphragm formed thereon and a substrate having an electrode formed thereon are deformed in response to pressure so that the diaphragm and the electrode are opposed to each other with a certain gap. The pressure is detected from a change in the capacitance between the diaphragm and the electrode. Since a silicon or glass wafer can be used as a substrate for forming a diaphragm or an electrode, a large number of sensors can be manufactured on the wafer at one time, which is suitable for mass production at low cost.
【0003】静電容量型圧力センサの中で、例えば米国
特許第5,528,452号公報中に開示されたタッチモード式
容量型圧力センサは、図3(A)に示すように、ガラス
基板上に金属薄膜からなる電極1を形成し、その上に誘
電体膜2を形成し、少なくとも表面が導電性を有するダ
イヤフラム3を僅かな隙間4を持たせて対向配置した構
造であり、圧力検出時には図3(B)に示すようにダイ
ヤフラムがたわんで誘電体膜2に接触している(タッチ
モードと称される)ことを特徴としている。Among the capacitive pressure sensors, for example, a touch mode capacitive pressure sensor disclosed in US Pat. No. 5,528,452 discloses a metal thin film on a glass substrate as shown in FIG. An electrode 1 is formed, and a dielectric film 2 is formed thereon, and a diaphragm 3 having at least a surface having conductivity is arranged to face each other with a slight gap 4 therebetween. As shown in FIG. 3B, the diaphragm is bent and is in contact with the dielectric film 2 (referred to as a touch mode).
【0004】ダイヤフラム3は、n型シリコンに高濃度
にボロンをドーピングしたP+層とされており、ダイヤ
フラム3を1つの電極とみなせば、圧力検出時には電極
1,誘電体膜2,およびダイヤフラム3からなるコンデ
ンサが形成されることになる。ダイヤフラム3と誘電体
膜2の接触面積の変化を、両電極間(ダイヤフラム3と
電極1間)の静電容量の変化として検出することで、ダ
イヤフラム3に加わる圧力の測定が可能となる。タッチ
モード式容量型圧力センサは、他の静電容量型圧力セン
サに比べて高感度で耐圧性が高く、また圧力と静電容量
が直線関係を持つなど多くの優れた特性を有する。The diaphragm 3 is a P + layer in which n-type silicon is doped with boron at a high concentration. If the diaphragm 3 is regarded as one electrode, the electrode 1, the dielectric film 2 and the diaphragm 3 are used when pressure is detected. Is formed. By detecting a change in the contact area between the diaphragm 3 and the dielectric film 2 as a change in capacitance between both electrodes (between the diaphragm 3 and the electrode 1), it is possible to measure the pressure applied to the diaphragm 3. The touch mode capacitive pressure sensor has many excellent characteristics, such as high sensitivity and high pressure resistance, and a linear relationship between pressure and capacitance as compared with other capacitive pressure sensors.
【0005】図4に、タッチモード式容量型圧力センサ
の静電容量と印加圧力の関係を示す。タッチモード式容
量型圧力センサの特性上、ダイヤフラムが誘電体膜に接
触する前の低圧領域(未接触領域)では、感度はほとん
どゼロである。ダイヤフラムが誘電体膜に接触すると、
センサの静電容量は一定の範囲内で圧力に対してほぼ直
線的に増加(直線領域)し、更に圧力が高まると、感度
は次第に低下して静電容量の変化は飽和する(飽和領
域)。FIG. 4 shows the relationship between the capacitance of the touch mode capacitive pressure sensor and the applied pressure. Due to the characteristics of the touch-mode capacitive pressure sensor, the sensitivity is almost zero in a low-pressure region (non-contact region) before the diaphragm contacts the dielectric film. When the diaphragm contacts the dielectric film,
The capacitance of the sensor increases almost linearly with pressure within a certain range (linear region), and when the pressure further increases, the sensitivity gradually decreases and the change in capacitance saturates (saturation region). .
【0006】シリコン単結晶を用いたダイヤフラムの形
成には、KOH,NaOH等の無機系溶液やエチレンジ
アミン・ピロカテコール(EDP)、水酸化テトラメチ
ルアンモニウム(TMAH)等の有機系溶液を用い、シ
リコン単結晶の結晶方位によるエッチングレートの違い
を利用した異方性エッチングによりなされることが多
い。上述したエッチング溶液の中でもKOH水溶液は、
他のエッチング溶液と比較してエッチングレートが大き
いことや安価であることから、シリコン単結晶の異方性
エッチングにはよく用いられている。P+層でのエッチ
ストップ効果、すなわちボロン濃度が1019cm-3を超
えるような領域ではシリコン層と比べてエッチングレー
トが数十分の一から数百分の一になるという効果を利用
して、通常は厚さ数μmのダイヤフラムが形成される。
ダイヤフラムの厚さや電極間隔の寸法を制御することに
より、上述した直線領域を、所望するセンサの動作範囲
に適合させることができ、例えばタイヤ圧検出用のセン
サでは、10kgf/cm2程度の圧力範囲内で安定し
た動作を得るようにすればよい。For forming a diaphragm using a silicon single crystal, an inorganic solution such as KOH or NaOH or an organic solution such as ethylenediamine / pyrocatechol (EDP) or tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is used. It is often performed by anisotropic etching utilizing a difference in etching rate depending on the crystal orientation of the crystal. Among the above etching solutions, KOH aqueous solution is
Because of its high etching rate and low cost compared to other etching solutions, it is often used for anisotropic etching of silicon single crystal. The etch stop effect in the P + layer, that is, the effect that the etching rate in the region where the boron concentration exceeds 10 19 cm −3 becomes several tenths to several hundredths in comparison with the silicon layer is used. Thus, a diaphragm having a thickness of several μm is usually formed.
By controlling the thickness of the diaphragm and the dimension of the electrode interval, the above-described linear region can be adapted to a desired operating range of the sensor. For example, a sensor for detecting tire pressure has a pressure range of about 10 kgf / cm 2. What is necessary is just to obtain a stable operation within.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のタッチモード式容量型圧力センサは、高感度、高
耐圧の特徴を有しており、ダイヤフラム厚や電極間隔を
変えることにより所望の圧力範囲内で安定した動作を得
ることができる。しかしながら、センサの使用状況によ
っては、実際の動作圧力範囲を大きく超えるような圧
力、例えば測定可能な圧力範囲の上限の4〜5倍もの耐
圧性を必要とする場合があり、このような高圧が加わる
と、ダイヤフラム割れなどのセンサの破壊が発生する場
合があった。このダイヤフラムの割れは、長方形状のダ
イヤフラムがたわんで、誘電体膜に接触している際に最
も応力がかかるダイヤフラムの長辺または短辺に主とし
て発生する。As described above,
The conventional touch-mode capacitive pressure sensor has characteristics of high sensitivity and high withstand voltage, and a stable operation can be obtained within a desired pressure range by changing the diaphragm thickness and the electrode interval. However, depending on the use condition of the sensor, a pressure that greatly exceeds the actual operating pressure range, for example, a pressure resistance as high as 4 to 5 times the upper limit of the measurable pressure range may be required. When added, the sensor may be broken, such as a diaphragm crack. This cracking of the diaphragm mainly occurs on the long side or the short side of the diaphragm where the rectangular diaphragm bends and is most stressed when in contact with the dielectric film.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、従来品よりも
ダイヤフラムの耐圧性が高いタッチモード式容量型圧力
センサの提供を目的としている。本発明者らは上記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、従来のエッチ
ストップ法で作製したダイヤフラム表面には数多くの微
小なエッチピットが存在していることが、原子間力顕微
鏡(AFM;Atomic Force Microscopy)の観察により
明らかとなった。このピットは、ボロンドーピング層に
おいて、ボロンの濃度が9×1019cm-3を超えるよう
な領域までエッチングすることにより発生し、エッチン
グ時間の増加とともにエッチピットの密度も大きくなる
ことが確認された。さらにエッチピットと耐圧性との関
係を調べたところ、エッチピット密度が5個/μm2以
下の時、特に1個/μm2以下の時にダイヤフラムの耐
圧性が劇的に向上することを知見し、本発明を完成させ
た。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a touch-mode capacitive pressure sensor having a diaphragm with higher pressure resistance than conventional products. The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, it has been confirmed that a number of minute etch pits are present on the surface of a diaphragm manufactured by the conventional etch stop method. AFM; Atomic Force Microscopy) has revealed this. These pits were generated by etching to a region where the boron concentration exceeded 9 × 10 19 cm −3 in the boron doping layer, and it was confirmed that the density of the etch pits increased as the etching time increased. . Further, when the relationship between the etch pits and the pressure resistance was examined, it was found that the pressure resistance of the diaphragm was dramatically improved when the etch pit density was 5 / μm 2 or less, particularly when the etch pit density was 1 / μm 2 or less. The present invention has been completed.
【0009】前記目的を達成するため、本発明は、不純
物ドーピングと異方性エッチングにより形成された導電
性を有するダイヤフラムを有するシリコン構造体を、電
極とそれを覆う誘電体膜を形成した基体上に、該ダイヤ
フラムと電極が対向しかつ誘電体膜と隙間をあけた状態
で接合してなり、該ダイヤフラムが圧力を受けて誘電体
膜と接触する接触面積の変化を検出してその圧力を測定
する圧力センサにおいて、前記ダイヤフラム表面上のエ
ッチピット密度を5個/μm2以下としたことを特徴と
する圧力センサを提供する。また本発明は、不純物ドー
ピングと異方性エッチングにより形成された導電性を有
するダイヤフラムを有するシリコン構造体を、電極とそ
れを覆う誘電体膜を形成した基体上に、該ダイヤフラム
と電極が対向しかつ誘電体膜と隙間をあけた状態で接合
してなり、該ダイヤフラムが圧力を受けて誘電体膜と接
触する接触面積の変化を検出してその圧力を測定する圧
力センサの製造方法であって、シリコン表面に不純物を
高濃度でドーピングし、次いでエッチング面上のエッチ
ピット密度が5個/μm2以下となるようにエッチング
を施してダイヤフラムを形成し前記シリコン構造体を製
造する工程を含むことを特徴とする圧力センサの製造方
法を提供する。この圧力センサの製造方法において、前
記エッチングは、濃度が1重量%以上10重量%未満で
あるKOH溶液を用い、エッチング面上のエッチピット
密度が1個/μm2以下となるように行うことが望まし
い。In order to achieve the above object, the present invention provides a method of forming a silicon structure having a conductive diaphragm formed by impurity doping and anisotropic etching on a substrate on which electrodes and a dielectric film covering the electrodes are formed. The diaphragm and the electrode face each other and are joined in a state of leaving a gap with the dielectric film, and the pressure is measured by detecting a change in the contact area where the diaphragm comes into contact with the dielectric film under pressure. The present invention provides a pressure sensor wherein the density of etch pits on the surface of the diaphragm is set to 5 / μm 2 or less. Further, the present invention provides a silicon structure having a conductive diaphragm formed by impurity doping and anisotropic etching, and forming the electrode and a dielectric film covering the same on a substrate on which the diaphragm and the electrode face each other. And a method for manufacturing a pressure sensor which is joined with a gap between the dielectric film and the dielectric film, and detects a change in a contact area where the diaphragm is in contact with the dielectric film under pressure to measure the pressure. Manufacturing a silicon structure by doping a silicon surface with a high concentration of impurities and then performing etching so that an etch pit density on an etching surface is 5 / μm 2 or less to form a diaphragm. The present invention provides a method for manufacturing a pressure sensor, characterized by the following. In this method of manufacturing a pressure sensor, the etching may be performed using a KOH solution having a concentration of 1% by weight or more and less than 10% by weight so that the etch pit density on the etched surface is 1 / μm 2 or less. desirable.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の圧力センサの一
形態を示すものであり、(A)は圧力センサの平面図、
(B)は側面断面図である。この圧力センサは、金属薄
膜からなる電極7とそれを覆うように形成された誘電体
膜8を設けた基体6上に、圧力に応じて変形可能な、導
電性を有するダイヤフラム9を設けたシリコン構造体5
を、ダイヤフラム9と電極7が対向しかつダイヤフラム
9と誘電体膜8間に隙間10を持たせた状態で接合して
構成されている。FIG. 1 shows an embodiment of a pressure sensor according to the present invention. FIG. 1 (A) is a plan view of the pressure sensor.
(B) is a side sectional view. This pressure sensor is composed of a silicon substrate provided with a conductive diaphragm 9 which is deformable according to pressure on a substrate 6 provided with an electrode 7 made of a metal thin film and a dielectric film 8 formed so as to cover the electrode 7. Structure 5
Are joined in a state where the diaphragm 9 and the electrode 7 face each other and a gap 10 is provided between the diaphragm 9 and the dielectric film 8.
【0011】シリコン構造体5のダイヤフラム9は、シ
リコンウエハをエッチングして窪ませることによって形
成されている。シリコンウエハにダイヤフラム9を形成
するには、高濃度に不純物を添加した層をシリコン表面
に形成しておき、ボロンのような不純物の高濃度ドーピ
ングによるエッチストップ技術を用いて行うことができ
る。The diaphragm 9 of the silicon structure 5 is formed by etching a silicon wafer to make it concave. In order to form the diaphragm 9 on the silicon wafer, a layer to which a high concentration of impurity is added is formed on the silicon surface, and an etch stop technique by high concentration doping of an impurity such as boron can be used.
【0012】本発明において、ダイヤフラム9表面上の
エッチピット密度は、5個/μm2以下、好ましくは3
個/μm2以下、特に好ましくは2個/μm2以下、最も
好ましくは1個/μm2以下になっている。エッチピッ
トとは、エッチング後に形成されたダイヤフラム9表面
上で観測される微小なピット(穴)である。ダイヤフラ
ム9表面上のエッチピット密度が5個/μm2より多い
と、本発明によるダイヤフラムの耐圧性向上効果が充分
に得られなくなる。ボロンのような不純物がドーピング
されたシリコンにより形成されたダイヤフラムを持つタ
ッチモード式容量型圧力センサにおいて、ダイヤフラム
表面上のエッチピット密度を5個/μm2以下、特に高
圧用のもの(例えば自動車タイヤ圧検出用)では、1個
/μm2以下とすることによって、その耐圧性を格段に
向上させることができる。In the present invention, the density of etch pits on the surface of the diaphragm 9 is 5 / μm 2 or less, preferably 3 / μm 2 or less.
Pieces / μm 2 or less, particularly preferably 2 pieces / μm 2 or less, and most preferably 1 piece / μm 2 or less. The etch pits are minute pits (holes) observed on the surface of the diaphragm 9 formed after the etching. If the etch pit density on the surface of the diaphragm 9 is more than 5 / μm 2, the effect of improving the pressure resistance of the diaphragm according to the present invention cannot be sufficiently obtained. In a touch-mode capacitive pressure sensor having a diaphragm formed of silicon doped with an impurity such as boron, the density of etch pits on the surface of the diaphragm is 5 / μm 2 or less, particularly for high pressure (for example, automobile tires). Pressure detection), the pressure resistance can be remarkably improved by setting it to 1 piece / μm 2 or less.
【0013】このようなエッチピットは、ボロンドーピ
ング層において、ボロンの濃度が9×1019cm-3を超
えるような領域までエッチングすることにより発生し、
エッチング時間の増加とともにエッチピットの密度も大
きくなることが確認された。従って、ダイヤフラム表面
の不純物(ボロン)濃度は9×1019cm-3以下、好ま
しくは1×1019cm-3以上9×1019cm-3未満とす
ることが望ましい。ダイヤフラム表面上のエッチピット
密度は、原子間力顕微鏡(AFM;AtomicForce Micros
copy)の観察などにより調べることができる。またダイ
ヤフラム表面の不純物(ボロン)濃度測定には、幾つか
の方法があり、例えばSR法(Spread Resistance;広
がり抵抗測定法)を用いて測定することができる。この
方法は、ボロン拡散層の表面から深さ方向に抵抗値を測
定していき、その抵抗値からキャリアの濃度を求めると
いう方法である。抵抗値から該濃度を求めるには理論に
基づいた計算により行われ、このための理論は確立され
ている。[0013] Such etch pits are generated by etching a region of the boron doping layer such that the boron concentration exceeds 9 × 10 19 cm -3 ,
It was confirmed that the density of the etch pits increased as the etching time increased. Therefore, the impurity (boron) concentration on the diaphragm surface is preferably 9 × 10 19 cm −3 or less, more preferably 1 × 10 19 cm −3 or more and less than 9 × 10 19 cm −3 . The density of the etch pits on the diaphragm surface is determined by the atomic force microscope (AFM).
copy). There are several methods for measuring the impurity (boron) concentration on the diaphragm surface, for example, by using the SR method (Spread Resistance: Spread Resistance Measurement Method). In this method, the resistance is measured in the depth direction from the surface of the boron diffusion layer, and the carrier concentration is determined from the resistance. The concentration is determined from the resistance value by calculation based on a theory, and the theory for this is established.
【0014】ダイヤフラム9の厚さ、およびダイヤフラ
ム9と誘電体膜8間の隙間10の高さを規定するダイヤ
フラム下方側(基体6との接合面側)の窪み深さは、測
定対象の負荷圧力範囲にセンサの直線領域が合致するよ
うに適宜設定することができる。The thickness of the diaphragm 9 and the depth of the dent below the diaphragm (joint surface with the base 6) which define the height of the gap 10 between the diaphragm 9 and the dielectric film 8 are determined by the load pressure of the object to be measured. It can be set appropriately so that the linear region of the sensor matches the range.
【0015】基体6は、電極7と電気的絶縁状態を確保
できるものであれば、その構成材料は特に限定されず、
たとえばガラス板、セラミック板、硬質プラスチック
板、表面酸化膜を形成したシリコンウエハなどを用いて
良く、特に好ましくはガラス板が用いられる。この基体
6上に形成された電極7は、Al、Cr、Au、Ag、
Cu、Tiなどの電極用材料として一般に使用される各
種の金属を、基体6の表面に、蒸着法、スパッタ法、C
VD法、無電解メッキ法などの薄膜形成方法を用いて成
膜される。電極7の形状は、基体6表面の電極非成膜部
をマスクで覆い、電極形成部のみに金属膜を成膜する方
法、或いは基体6の一面に均一に金属膜を成膜後、フォ
トリソグラフィ手法を用いて所望の形状にエッチングす
る方法によりパターン形成することができ、通常はダイ
ヤフラム9と同形に成膜される。この電極7を覆うよう
に基体6上に成膜された誘電体膜8は、ガラス(石英ガ
ラス)、セラミックなどの絶縁材料として周知の材料
を、スパッタ法、CVD法などの薄膜形成手段を用いて
成膜することによって形成される。この誘電体膜8の厚
さは、圧力センサの必要とされる感度に応じて適宜設定
され、通常は0.1〜数μm程度とされる。The constituent material of the base 6 is not particularly limited as long as it can ensure an electrical insulation state with the electrode 7.
For example, a glass plate, a ceramic plate, a hard plastic plate, a silicon wafer having a surface oxide film formed thereon may be used, and a glass plate is particularly preferably used. The electrodes 7 formed on the base 6 are made of Al, Cr, Au, Ag,
Various metals generally used as electrode materials such as Cu and Ti are deposited on the surface of the substrate 6 by vapor deposition, sputtering, C
The film is formed using a thin film forming method such as a VD method or an electroless plating method. The shape of the electrode 7 may be a method of covering the non-electrode film-forming portion on the surface of the base 6 with a mask and forming a metal film only on the electrode forming portion, or a method of uniformly forming a metal film on one surface of the base 6 and then performing photolithography. A pattern can be formed by a method of etching into a desired shape using a technique, and is usually formed in the same shape as the diaphragm 9. The dielectric film 8 formed on the base 6 so as to cover the electrode 7 is made of a material known as an insulating material such as glass (quartz glass) or ceramic by using a thin film forming means such as a sputtering method or a CVD method. It is formed by forming a film. The thickness of the dielectric film 8 is appropriately set according to the required sensitivity of the pressure sensor, and is usually about 0.1 to several μm.
【0016】また基体6上には、電極7と接続して基体
2の辺縁部まで延びる端子部11と、誘電体膜8上に設
けられ構造体5と電気的に接続された端子部11とが設
けられている。これらの端子部11,11は電極7と同
じ金属材料と、同種の薄膜形成手段を用いて形成可能で
ある。A terminal 11 connected to the electrode 7 and extending to the edge of the base 2 is provided on the base 6, and a terminal 11 provided on the dielectric film 8 and electrically connected to the structure 5. Are provided. These terminal portions 11 and 11 can be formed using the same metal material as the electrode 7 and the same kind of thin film forming means.
【0017】基体6の誘電体膜8とダイヤフラム9との
間に形成される隙間10は、電極7とダイヤフラム9よ
りも一回り大きい長方形状にシリコン構造体5下面を窪
ませて形成されている。この隙間10の高さ、すなわち
誘電体膜8とダイヤフラム9間の寸法は、ダイヤフラム
9の寸法(長さ、幅および厚さ)に応じて適宜選択され
る。本例示において隙間10内は真空とされている。The gap 10 formed between the dielectric film 8 of the base 6 and the diaphragm 9 is formed by recessing the lower surface of the silicon structure 5 into a rectangular shape slightly larger than the electrode 7 and the diaphragm 9. . The height of the gap 10, that is, the dimension between the dielectric film 8 and the diaphragm 9 is appropriately selected according to the dimensions (length, width, and thickness) of the diaphragm 9. In this example, the inside of the gap 10 is evacuated.
【0018】次に、本発明による圧力センサの製造方法
の一例として、前述した構造の圧力センサの製造方法を
説明する。基体6は、電極7およびそれに接続した端子
部11とを、スパッタ法などを用いて金属薄膜を基体6
上に成膜し、次いでガラスからなる誘電体膜8をスパッ
タ法などで成膜し、端子部11を残して電極7を覆い、
さらに誘電体膜8上にシリコン構造体5側の端子部11
を電極7と同様の方法で形成して作製される。Next, as an example of a method of manufacturing a pressure sensor according to the present invention, a method of manufacturing a pressure sensor having the above-described structure will be described. The substrate 6 is formed by connecting the electrode 7 and the terminal portion 11 connected thereto to a metal thin film by sputtering or the like.
A dielectric film 8 made of glass is formed by a sputtering method or the like, and covers the electrode 7 except for the terminal portion 11.
Further, the terminal portion 11 on the silicon structure 5 side is formed on the dielectric film 8.
Is formed in the same manner as the electrode 7.
【0019】シリコン構造体5は、シリコンウエハの基
体6との接合面側から、ボロンなどの不純物を高濃度に
熱拡散法を用いてドーピングし、次いで表面(エッチン
グ面)のエッチピット密度が5個/μm2以下、好まし
くは3個/μm2以下、特に好ましくは2個/μm2以
下、最も好ましくは1個/μm2以下となるように接合
面とは反対側からエッチングを施してダイヤフラム9を
形成し、作製される。The silicon structure 5 is doped with impurities such as boron at a high concentration from the bonding surface side of the silicon wafer with the substrate 6 by a thermal diffusion method, and then the surface (etched surface) has an etch pit density of 5%. Pieces / μm 2 or less, preferably 3 pieces / μm 2 or less, particularly preferably 2 pieces / μm 2 or less, and most preferably 1 piece / μm 2 or less. 9 are formed.
【0020】このエッチングは、エッチング溶液とし
て、KOH、NaOH、エチレンジアミン・ピロカテコ
ール(EDP)、水酸化テトラメチルアンモニウム(T
MAH)の群から選択される少なくとも1種類の溶液を
用い、高濃度の不純物をドーピングした部分を残すエッ
チストップ効果を利用して、ダイヤフラム9の厚さが予
め設定した厚さになるようにエッチング時間を制御して
行われる。この際、不純物の深さ方向分布を制御するこ
とにより、ダイヤフラムの厚さを変えることができる。In this etching, KOH, NaOH, ethylenediamine pyrocatechol (EDP), tetramethylammonium hydroxide (T
MAH), and etching is performed so that the thickness of the diaphragm 9 becomes a predetermined thickness by using an etch stop effect that leaves a portion doped with a high concentration of impurities. This is done by controlling the time. At this time, the thickness of the diaphragm can be changed by controlling the distribution of impurities in the depth direction.
【0021】エッチピット密度が1個/μm2以下のダ
イヤフラムを形成するためには、濃度が1wt%以上1
0wt%未満のKOH溶液を用い、均一なエッチングを
行うことが望ましい。また、このようなエッチピット密
度を持ったダイヤフラムの不純物濃度は、1×1019c
m-3以上9×1019cm-3未満とすることが好ましい。In order to form a diaphragm having an etch pit density of 1 / μm 2 or less, a concentration of 1 wt% or more and 1
It is desirable to perform uniform etching using a KOH solution of less than 0 wt%. The impurity concentration of the diaphragm having such an etch pit density is 1 × 10 19 c
It is preferably at least m −3 and less than 9 × 10 19 cm −3 .
【0022】そして、このように作製された基体6とシ
リコン構造体5とを、真空中で適宜な接合方法、たとえ
ば加熱融着や無機接着剤を用いて接合することによっ
て、圧力センサが製造される。The pressure sensor is manufactured by joining the substrate 6 and the silicon structure 5 thus manufactured to each other in a vacuum by an appropriate bonding method, for example, by heat fusion or an inorganic adhesive. You.
【0023】この圧力センサは、端子部11を静電容量
測定用の測定機器と接続し、ダイヤフラム9と電極7間
に交流電圧を印加して、その共振周波数またはインピー
ダンス変化を検出することによって行われる。図4に示
すように、ダイヤフラム9に圧力が加わり誘電体膜8に
接触すると、センサの静電容量は一定の範囲内で圧力に
対してほぼ直線的に増加する。以下、実施例によって本
発明の効果を具体化する。This pressure sensor is operated by connecting the terminal portion 11 to a measuring device for measuring capacitance, applying an AC voltage between the diaphragm 9 and the electrode 7, and detecting a change in the resonance frequency or impedance thereof. Is As shown in FIG. 4, when pressure is applied to the diaphragm 9 and comes into contact with the dielectric film 8, the capacitance of the sensor increases almost linearly with pressure within a certain range. Hereinafter, the effects of the present invention will be embodied by examples.
【0024】[0024]
【実施例】図1(A),(B)に示すように、電極7と
誘電体膜8を形成した基体6上に、ダイヤフラム9を設
けたシリコン構造体5を接合した構造を持つタッチモー
ド式容量型圧力センサを作製した。ガラス板からなる基
体6上にCr薄膜からなる電極7、およびそれを覆うガ
ラスからなる誘電体膜8を、それぞれ0.1μm,0.
4μmの膜厚で形成した。電極7および誘電体膜8の形
成は、スパッタ法による膜の蒸着とフォトリソグラフィ
によるパターニングという一連の工程により行った。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIGS. 1A and 1B, a touch mode having a structure in which a silicon structure 5 provided with a diaphragm 9 is joined to a substrate 6 on which an electrode 7 and a dielectric film 8 are formed. A capacitive pressure sensor was manufactured. An electrode 7 made of a Cr thin film and a dielectric film 8 made of glass which cover the electrode 7 made of a Cr thin film on a substrate 6 made of a glass plate are each 0.1 μm thick and 0.1 μm thick.
It was formed with a thickness of 4 μm. The formation of the electrode 7 and the dielectric film 8 was performed by a series of steps of film deposition by sputtering and patterning by photolithography.
【0025】電極7(下部電極)と対向するダイヤフラ
ム9は、ボロンを高濃度でドーピングして上部電極の役
割を果たすようにし、平面視形状は、0.4mm×1.
5mmの長方形とした。米国特許第5,528,452号公報中
に開示されたように、ダイヤフラム9の形状を長辺、短
辺の比が3:1以上となる長方形とすることで、一定範
囲内における圧力と静電容量変化の直線性を得ることが
可能となる。また、誘電体膜8とダイヤフラム9の隙間
10は3μmとした。基体6上の一部に外部との接触用
のAlからなる端子部11を、一方が上部電極、他方が
下部電極に接続するように形成した。一連の製造工程
は、シリコンウエハおよびガラスウエハを用いて行い、
両ウエハを接合後切断することで個々のセンサを得た。The diaphragm 9 facing the electrode 7 (lower electrode) is doped with boron at a high concentration so as to serve as an upper electrode, and has a shape of 0.4 mm × 1.
It was a 5 mm rectangle. As disclosed in U.S. Pat. No. 5,528,452, by making the shape of the diaphragm 9 a rectangle having a ratio of the long side to the short side of 3: 1 or more, the pressure and the capacitance change within a certain range can be reduced. It is possible to obtain linearity. The gap 10 between the dielectric film 8 and the diaphragm 9 was 3 μm. A terminal 11 made of Al for contact with the outside was formed on a part of the base 6 so that one was connected to the upper electrode and the other was connected to the lower electrode. A series of manufacturing processes are performed using silicon wafers and glass wafers,
Each sensor was obtained by cutting both wafers after bonding.
【0026】図2に、作製したタッチモード式容量型圧
力センサのダイヤフラムの詳細な構造を示す。ダイヤフ
ラム12を形成する際にシリコン基板13には、ガラス
基板14との接合面(ダイヤフラム裏面)側から熱拡散
によりボロンをドーピングしている。本実施例では拡散
の際の温度を1125℃とし、ダイヤフラム裏面から7
μmの深さでのボロン濃度が1×1019cm-3となるよ
うに拡散時間を10時間とした。このときの拡散深さは
シリコンウエハ内でほぼ均一であり9.4μmであっ
た。ボロン濃度はダイヤフラム裏面から5.5μmの深
さまでは約2×1020cm-3と一定の値を示し、5.5
μmを超えた辺りから徐々に減少し始め、拡散深さの
9.4μmでは2×1014cm-3であった。ダイヤフラ
ム12の形成は、接合面と反対の面(ダイヤフラム表
面)からの異方性エッチングにより行った。エッチング
液は24wt%、80℃のKOH溶液を用い、エッチス
トップ効果を利用してダイヤフラム12の厚さが6μm
程度となるようにエッチング時間を制御した。FIG. 2 shows a detailed structure of the diaphragm of the manufactured touch mode capacitive pressure sensor. When the diaphragm 12 is formed, the silicon substrate 13 is doped with boron by thermal diffusion from the bonding surface (the back surface of the diaphragm) with the glass substrate 14. In this embodiment, the temperature at the time of diffusion is 1125 ° C.
The diffusion time was set to 10 hours so that the boron concentration at a depth of μm was 1 × 10 19 cm −3 . The diffusion depth at this time was substantially uniform in the silicon wafer, and was 9.4 μm. The boron concentration shows a constant value of about 2 × 10 20 cm −3 at a depth of 5.5 μm from the back surface of the diaphragm, and is 5.5.
It gradually started to decrease around about μm, and was 2 × 10 14 cm −3 at the diffusion depth of 9.4 μm. The formation of the diaphragm 12 was performed by anisotropic etching from a surface (diaphragm surface) opposite to the bonding surface. The etching solution is a 24 wt% KOH solution at 80 ° C., and the thickness of the diaphragm 12 is 6 μm using an etch stop effect.
The etching time was controlled so as to be about the same.
【0027】以上説明したような構造を持つタッチモー
ド式容量型圧力センサに、一定の圧力を長時間印加した
後のダイヤフラムの割れを調査する耐圧試験を実施し
た。試験は素子に切断する前のウエハの状態で行い、サ
ンプル数(ウエハ枚数)は10枚(A〜J)とした。こ
こで各ウエハ上にはセンサ素子が500個形成してあ
る。印加圧力を40kgf/cm2、印加時間を1時間
として圧力印加後のダイヤフラム割れの有無を調査した
ところ、各ウエハA〜Jに対して図5に示すような割れ
の度数分布が得られた。すなわち、ダイヤフラム割れの
全く生じなかったものから、ウエハ内で82%のダイヤ
フラムに割れが生じたものまで、その割合は大きくばら
ついていた。またダイヤフラムの割れは、殆どが長方形
状のダイヤフラムがたわんで、誘電体膜に接触している
際に最も応力がかかるダイヤフラムの長辺と短辺で生じ
ていた。A pressure resistance test was conducted to investigate cracks in the diaphragm after applying a constant pressure to the touch mode capacitive pressure sensor having the structure described above for a long time. The test was performed on the wafer before being cut into elements, and the number of samples (the number of wafers) was set to 10 (A to J). Here, 500 sensor elements are formed on each wafer. When the application pressure was set to 40 kgf / cm 2 and the application time was set to 1 hour, the presence / absence of diaphragm cracks after application of the pressure was examined. That is, the ratio varied greatly from the case where no diaphragm crack occurred to the case where 82% of the diaphragm cracked in the wafer. In addition, cracks in the diaphragm were generated on the long side and the short side of the diaphragm where the most stress was applied when the diaphragm was bent, and was in contact with the dielectric film.
【0028】上記耐圧試験に用いたウエハの中から、特
に耐圧性が高かったウエハのセンサと、著しく耐圧の低
かったウエハのセンサを各々10個ずつ抜き取り、ダイ
ヤフラムの表面形態を原子間力顕微鏡(AFM;Atomic
Force Microscopy)により調査した。その結果、著し
く耐圧の低かったセンサのダイヤフラム表面上には、直
径が0.2μm程度のピットが1μm3中に6〜8個と
高密度に分布しているのが認められた。一方、耐圧性が
非常に高かったセンサのダイヤフラム表面には、このよ
うに高密度に分布したピットは全く認められず、非常に
平滑であった。この高密度に分布したピットは、ダイヤ
フラムを形成する差異のエッチングプロセスで生じてい
ると考えられる。またダイヤフラム割れの有無に関わら
ず、何れのセンサにおいてもダイヤフラムの厚さに大き
な違いはなく、この耐圧性の違いはダイヤフラム厚の違
いではないことを確認した。更に各センサに対して、ダ
イヤフラム表面のボロン濃度を調査したところ、耐圧性
の高かったセンサの表面ボロン濃度は全て9×1019c
m-3未満であったのに対し、耐圧の低かったセンサの表
面ボロン濃度はすべて9×1019cm-3以上となってい
た。From the wafers used in the above-mentioned withstand voltage test, 10 sensors each of a wafer with particularly high withstand voltage and a sensor with very low withstand voltage were extracted, and the surface morphology of the diaphragm was measured with an atomic force microscope (atomic force microscope). AFM; Atomic
Force Microscopy). As a result, it was recognized that pits having a diameter of about 0.2 μm were distributed at a high density of 6 to 8 per 1 μm 3 on the diaphragm surface of the sensor having extremely low withstand voltage. On the other hand, no pits having such a high density distribution were observed on the diaphragm surface of the sensor having extremely high pressure resistance, and the sensor was very smooth. It is considered that the pits distributed at a high density are caused by a different etching process for forming a diaphragm. Regardless of the presence or absence of a diaphragm crack, there was no significant difference in the thickness of the diaphragm in any of the sensors, and it was confirmed that this difference in pressure resistance was not a difference in the diaphragm thickness. Further, when the boron concentration on the diaphragm surface was investigated for each sensor, the surface boron concentration of the sensor having high pressure resistance was 9 × 10 19 c.
In contrast, the surface boron concentration of the sensor having a low withstand voltage was 9 × 10 19 cm −3 or more, while it was less than m −3 .
【0029】この表面ボロン濃度の違いは、ダイヤフラ
ムを形成する際のエッチング時間の違いと考えられるた
め、エッチング時間に対するダイヤフラム表面形態の変
化を調査した。その結果、エッチング時間の増加ととも
にダイヤフラム上にエッチピットが発生した。Since this difference in surface boron concentration is considered to be a difference in etching time when forming the diaphragm, a change in the diaphragm surface morphology with respect to the etching time was investigated. As a result, etch pits were generated on the diaphragm as the etching time increased.
【0030】上述した結果は、ダイヤフラム形成エッチ
ングの際に必要以上にエッチングを施すとエッチピット
が発生し、センサの耐圧性を著しく低下させることを表
している。従って、ダイヤフラム形成エッチングは、面
内で均一にエッチングを行うことと、エッチストップ効
果を大きくとることが重要である。そこで、以下この点
に着目した検討を行った。The above results show that if etching is performed more than necessary at the time of diaphragm formation etching, etch pits are generated and the pressure resistance of the sensor is significantly reduced. Therefore, it is important for the diaphragm formation etching to perform uniform etching in the plane and to obtain a large etch stop effect. Therefore, a study focused on this point was conducted below.
【0031】KOH溶液のP+層に対するエッチストッ
プ効果は、溶液の濃度に依存し、濃度が低くなる(<10w
t%)とエッチストップ効果は大きくなることが、例えば
H.Seidelらの文献(J. Electrochem. Soc. Vol.137, No.
11, 3629-3632, 1990)に記述されている。そこで本発明
者らは、KOH溶液の濃度を8wt%としてエッチスト
ップの効果を高め、エッチピットの発生を防ぐことで耐
圧性の向上を試みた。溶液の温度は従来と同じ80℃と
し、より均一なエッチングが可能となるように溶液を撹
拌しながらダイヤフラムエッチングを行った。こうして
得たセンサ500個に対し、前述した耐圧試験と同じ方
法で耐圧性を評価した。その結果、50kgf/cm2
印加後の全てのセンサにおいて、ダイヤフラムの割れは
全く認められなかった。このセンサのダイヤフラムを原
子間力顕微鏡により観察したところ、耐圧性の著しく低
かったウエハで観察されたようなピットが、1μm2当
たり1個以下に減少できていることが確認された。ま
た、溶液の濃度が1wt%未満の溶液では、溶液を撹拌
してエッチングを行っても均一なエッチングは困難であ
った。The etch stop effect of the KOH solution on the P + layer depends on the concentration of the solution and is lower (<10 watts).
t%) and the etch stop effect will increase, for example
H. Seidel et al. (J. Electrochem.Soc.Vol.137, No.
11, 3629-3632, 1990). Therefore, the present inventors have attempted to improve the pressure resistance by increasing the KOH solution concentration to 8 wt% to enhance the effect of the etch stop and to prevent the occurrence of etch pits. The solution was kept at the same temperature of 80 ° C. as in the prior art, and the diaphragm etching was performed while stirring the solution so as to enable more uniform etching. The pressure resistance of the 500 sensors thus obtained was evaluated by the same method as in the above-described pressure test. As a result, 50 kgf / cm 2
No cracks in the diaphragm were observed in any of the sensors after the application. When the diaphragm of this sensor was observed with an atomic force microscope, it was confirmed that the number of pits as observed on a wafer having extremely low pressure resistance could be reduced to one or less per 1 μm 2 . Further, in the case of a solution having a concentration of less than 1 wt%, uniform etching was difficult even if the solution was stirred and etched.
【0032】以上の結果から、濃度が1wt%以上10
wt%未満のKOH溶液を用い、均一なエッチングを行
うことでエッチピット密度を1個/μm2以下に抑え、
ダイヤフラムの耐圧性を高めることが可能となった。な
お、静電容量型圧力センサにおけるダイヤフラムのエッ
チングを均一に行う方法として、特開平11−3260
95号公報に記載されたように、濃度の異なる2種類の
溶液を用いることも可能である。なお、エッチピット密
度は、従来品(6〜8個/μm2程度)よりも低下させ
れば良く、5個/μm2以下とすることで従来品を上回
る耐圧性が得られるが、上述した通り、特に高圧用のも
の(例えば自動車タイヤ圧検出用)では、1個/μm2
以下とすることによって、その耐圧性を格段に向上する
ことができる。From the above results, it was found that the concentration was 1 wt% or more and 10 wt% or more.
By using a KOH solution of less than wt% and performing uniform etching, the etch pit density is suppressed to 1 / μm 2 or less,
It has become possible to increase the pressure resistance of the diaphragm. Japanese Patent Laid-Open No. 11-3260 discloses a method for uniformly etching a diaphragm in a capacitance type pressure sensor.
As described in Japanese Patent Publication No. 95, two types of solutions having different concentrations can be used. The etch pit density may be lower than that of the conventional product (about 6 to 8 pits / μm 2 ), and by setting it to 5 pits / μm 2 or less, a higher pressure resistance than the conventional product can be obtained. As described above, especially for a high pressure type (for example, for detecting a tire pressure of an automobile), 1 piece / μm 2
With the following, the pressure resistance can be remarkably improved.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による圧力
センサは、不純物ドーピングと異方性エッチングにより
形成された導電性を有するダイヤフラムを有するシリコ
ン構造体を、電極とそれを覆う誘電体膜を形成した基体
上に、ダイヤフラムと電極が対向しかつ誘電体膜と隙間
をあけた状態で接合してなり、ダイヤフラムが圧力を受
けて誘電体膜と接触する接触面積の変化を検出してその
圧力を測定する圧力センサにおいて、ダイヤフラム表面
上のエッチピット密度を5個/μm2以下、特に好まし
くは1個/μm2以下としたことで、ダイヤフラムの耐
圧性を大幅に改善することができる。従って本発明によ
れば、従来品よりもダイヤフラムの耐圧性に優れたタッ
チモード式容量型圧力センサを提供することができる。
また、本発明による圧力センサは、ダイヤフラム表面上
のエッチピット密度を5個/μm2以下、特に好ましく
は1個/μm2以下としたことで、ダイヤフラムの耐圧
性が大幅に向上し、実際の動作圧力範囲を大きく超える
ような圧力が加わった場合にもダイヤフラムの破断を生
じることがないので、安全性が要求される自動車タイヤ
圧検出用の圧力センサとして特に好適に用いることがで
きる。As described above, the pressure sensor according to the present invention comprises a silicon structure having a conductive diaphragm formed by impurity doping and anisotropic etching, an electrode and a dielectric film covering the electrode. The diaphragm and the electrode are joined on the formed substrate in a state where the diaphragm and the electrode face each other and a gap is formed between the diaphragm and the dielectric film. The change in the contact area where the diaphragm contacts the dielectric film due to the pressure is detected and the pressure is detected. The pressure resistance of the diaphragm can be greatly improved by setting the etch pit density on the diaphragm surface to 5 / μm 2 or less, particularly preferably 1 / μm 2 or less. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a touch-mode capacitive pressure sensor that is more excellent in pressure resistance of the diaphragm than conventional products.
Further, in the pressure sensor according to the present invention, by setting the etch pit density on the diaphragm surface to 5 / μm 2 or less, particularly preferably 1 / μm 2 or less, the pressure resistance of the diaphragm is greatly improved, Since the diaphragm is not broken even when a pressure that greatly exceeds the operating pressure range is applied, the diaphragm can be particularly suitably used as a pressure sensor for detecting a vehicle tire pressure that requires safety.
【図1】 本発明の圧力センサの一例を示すもので、
(A)は圧力センサの平面図、(B)は側面断面図であ
る。FIG. 1 shows an example of a pressure sensor of the present invention.
(A) is a top view of a pressure sensor, (B) is a side sectional view.
【図2】 本発明の圧力センサの要部拡大断面図であ
る。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of the pressure sensor of the present invention.
【図3】 従来の圧力センサを示す側面図であり、
(A)は圧力が加わらない状態、(B)は圧力によりダ
イヤフラムが誘電体膜側に接触した状態を示す。FIG. 3 is a side view showing a conventional pressure sensor;
(A) shows a state where no pressure is applied, and (B) shows a state where the diaphragm contacts the dielectric film side due to the pressure.
【図4】 従来の圧力センサにおける圧力と静電容量の
関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between pressure and capacitance in a conventional pressure sensor.
【図5】 本発明に係る実施例の結果を示す度数分布グ
ラフである。FIG. 5 is a frequency distribution graph showing the results of the example according to the present invention.
5……構造体、6……基体、7……電極、8……誘電体
膜、9……ダイヤフラム、10……隙間、12……ダイ
ヤフラム、13……シリコン基板(構造体)、14……
ガラス基板(基体)。5 ... structure, 6 ... substrate, 7 ... electrode, 8 ... dielectric film, 9 ... diaphragm, 10 ... gap, 12 ... diaphragm, 13 ... silicon substrate (structure), 14 ... …
Glass substrate (substrate).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 仁 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 佐藤 昌啓 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE18 EE25 FF38 GG01 GG11 4M112 AA01 BA07 CA03 CA04 CA05 DA06 DA08 DA09 EA10 EA11 EA13 EA14 EA20 FA07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Jin Nishimura 1440, Mukurosaki, Sakura City, Chiba Prefecture Inside the Fujikura Sakura Office Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Sato 1440, Misaki, Sakura City, Chiba Prefecture Inside the Fujikura Sakura Office Co., Ltd. F term (reference) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE18 EE25 FF38 GG01 GG11 4M112 AA01 BA07 CA03 CA04 CA05 DA06 DA08 DA09 EA10 EA11 EA13 EA14 EA20 FA07
Claims (3)
より形成された導電性を有するダイヤフラム(9)を有
するシリコン構造体(5)を、電極(7)とそれを覆う
誘電体膜(8)を形成した基体(6)上に、該ダイヤフ
ラムと電極が対向しかつ誘電体膜と隙間(10)をあけ
た状態で接合してなり、該ダイヤフラムが圧力を受けて
誘電体膜と接触する接触面積の変化を検出してその圧力
を測定する圧力センサにおいて、前記ダイヤフラム表面
上のエッチピット密度を5個/μm2以下としたことを
特徴とする圧力センサ。1. A silicon structure (5) having a conductive diaphragm (9) formed by impurity doping and anisotropic etching, an electrode (7) and a dielectric film (8) covering the same are formed. The diaphragm and the electrode are joined to each other on the substrate (6) in a state where the diaphragm and the electrode face each other and a gap (10) is formed between the diaphragm and the electrode. A pressure sensor for detecting a change and measuring the pressure, wherein the density of etch pits on the surface of the diaphragm is set to 5 / μm 2 or less.
より形成された導電性を有するダイヤフラム(9)を有
するシリコン構造体(5)を、電極(7)とそれを覆う
誘電体膜(8)を形成した基体(6)上に、該ダイヤフ
ラムと電極が対向しかつ誘電体膜と隙間(10)をあけ
た状態で接合してなり、該ダイヤフラムが圧力を受けて
誘電体膜と接触する接触面積の変化を検出してその圧力
を測定する圧力センサの製造方法であって、シリコン表
面に不純物を高濃度でドーピングし、次いでエッチング
面上のエッチピット密度が5個/μm2以下となるよう
にエッチングを施してダイヤフラムを形成し前記シリコ
ン構造体を製造する工程を含むことを特徴とする圧力セ
ンサの製造方法。2. A silicon structure (5) having a conductive diaphragm (9) formed by impurity doping and anisotropic etching, an electrode (7) and a dielectric film (8) covering the electrode (7) are formed. The diaphragm and the electrode are joined to each other on the substrate (6) in a state where the diaphragm and the electrode face each other and a gap (10) is formed between the diaphragm and the electrode. A method for manufacturing a pressure sensor for detecting a change and measuring the pressure, wherein a silicon surface is doped with a high concentration of impurities and then etched so that an etch pit density on an etching surface is 5 / μm 2 or less. And forming a diaphragm by applying a pressure to the silicon structure.
10重量%未満であるKOH溶液を用い、エッチング面
上のエッチピット密度が1個/μm2以下となるように
行うことを特徴とする請求項2に記載の圧力センサの製
造方法。3. The method according to claim 1, wherein the etching is performed using a KOH solution having a concentration of 1% by weight or more and less than 10% by weight so that the etch pit density on the etched surface is 1 / μm 2 or less. A method for manufacturing the pressure sensor according to claim 2.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001030783A JP2002236067A (en) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | Pressure sensor and its production method |
EP02290084A EP1223420A3 (en) | 2001-01-16 | 2002-01-14 | Pressure sensor and manufacturing method thereof |
US10/047,627 US6860154B2 (en) | 2001-01-16 | 2002-01-14 | Pressure sensor and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001030783A JP2002236067A (en) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | Pressure sensor and its production method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002236067A true JP2002236067A (en) | 2002-08-23 |
Family
ID=18894952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001030783A Withdrawn JP2002236067A (en) | 2001-01-16 | 2001-02-07 | Pressure sensor and its production method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002236067A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007208548A (en) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Matsushita Electric Works Ltd | Acoustic sensor |
JP2008215893A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Yamatake Corp | Pressure sensor |
KR101068444B1 (en) | 2008-12-19 | 2011-09-28 | 에이디반도체(주) | Touch Cap of Capacitive Touch Switch |
-
2001
- 2001-02-07 JP JP2001030783A patent/JP2002236067A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007208548A (en) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Matsushita Electric Works Ltd | Acoustic sensor |
JP2008215893A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Yamatake Corp | Pressure sensor |
KR101068444B1 (en) | 2008-12-19 | 2011-09-28 | 에이디반도체(주) | Touch Cap of Capacitive Touch Switch |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11228294B2 (en) | Graphene microelectromechanical system (MEMS) resonant gas sensor | |
US6797631B2 (en) | High sensitive micro-cantilever sensor and fabricating method thereof | |
US4415948A (en) | Electrostatic bonded, silicon capacitive pressure transducer | |
JP3114570B2 (en) | Capacitive pressure sensor | |
EP2762864B1 (en) | Membrane-based sensor device and method for manufacturing the same | |
US6860154B2 (en) | Pressure sensor and manufacturing method thereof | |
CN105841852B (en) | A kind of MEMS piezoresistive pressure sensor and its manufacturing method based on doping silene | |
US7478562B2 (en) | High temperature LC pressure transducer and methods for making the same | |
CN109665485A (en) | A kind of MEMS heating chip and preparation method thereof for microcosmic home position observation | |
US11401156B2 (en) | Micro-electro-mechanical system silicon on insulator pressure sensor and method for preparing same | |
CN106017751A (en) | High-sensitivity piezoresistive pressure sensor and preparation method thereof | |
US6691581B2 (en) | Pressure transducer fabricated from beta silicon carbide | |
JP2001324398A (en) | Corrosion resistant vacuum sensor | |
KR100432465B1 (en) | Thin film piezoresistive sensor and method of making the same | |
JP3540277B2 (en) | Touch mode capacitive pressure sensor and method of manufacturing the same | |
JP2002236067A (en) | Pressure sensor and its production method | |
WO2000062030A9 (en) | Method of making thin film piezoresistive sensor | |
Cao et al. | Fabrication technology for single-material MEMS using polycrystalline diamond | |
JP3248606B2 (en) | Mechanical quantity sensor, strain resistance element, and method of manufacturing the same | |
EP1788372B1 (en) | Capacitive pressure sensor | |
US5948361A (en) | Chemical sensor and method of making same | |
JPH08261853A (en) | Mechanical quantity sensor element | |
JP2002195903A (en) | Pressure sensor | |
KR102063928B1 (en) | Fabrication method of pressure sensors with high sensitivity and reliability | |
JP2002181650A (en) | Pressure sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080513 |