【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度のアライメント技術を要せず、低コストで得られると共に、正確に圧力を検出することができる圧力センサ及び圧力センサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧力センサとしては、例えば特開平６−１６０２２３号公報に開示されたものや特開平１０−８２７０９号公報に開示されたものが知られている。
前者の圧力センサは、図５に示すように、ガス注入口３０からケース３１内にガスが注入されることによりケース３１内の圧力が高くなると、ベローズ３２がその圧力の増加にともなって変位して、保持片３３が可動棒３４を介して電磁石３５側に移動する。保持片３３の電磁石３３側には磁性半導体３６が固定され、この磁性半導体３６が電磁石３５に近づくと、電磁石３５は、磁性半導体３６の周囲に磁界を発生する。電磁石３５と磁性半導体３６との間には、磁束密度を検出する磁気センサ３７が配設されているため、ベローズ３２の変位にともなって電磁石３５からの磁束とほぼ平行な方向に沿って磁性半導体３６が移動すると、磁気センサ３７を通過する磁束密度が変化するので磁気センサ３７がこれを検出して、ケース３１内の圧力を検出することができることになる。
【０００３】
後者の圧力センサは、図６に示すように、ガラス４０、４１とダイアフラム４２を陽極接合した静電容量型圧力センサ４３である。この圧力センサ４３は、圧力導入口４４からダイアフラム４２と下ガラス４１との間に流体が入りその間の圧力が高くなると、ダイアフラム４２が上ガラス４０側に弾性変形して湾曲する。このようにダイアフラム４２が上ガラス４０側に湾曲するため、ダイアフラム４２と上ガラス４０の中央電極４５および周辺電極４６との間の距離が変化し、その距離に応じて静電容量が変化し、これにより圧力測定を行うものである。ダイアフラム４２の変位は中央近辺が大きく、周辺部が小さいため、ダイアフラム４２と下ガラス４１の中央電極４５および周辺電極４６との間の静電容量とに差が生じるので、温度等の変化に基づく誤差を補正するとともに、ノイズ等を取り除き、より正確に圧力を検出することができる。この圧力センサ４３は、いわゆるゲージ圧（大気圧をゼロとしたときの、大気圧に対する差圧）センサであり、ダイアフラム４２および上ガラス４０間の空隙部分は、中央電極４５、周辺電極４６の各スルーホール４７、４８を通じて大気に開放されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前者の圧力センサは、ケース内の圧力を検出することができるが、圧力センサは設置箇所の環境が常に同じであることはなく、例えば温度が異なるため、同じ圧力を検出する場合にも環境によっては検出値が異なることがあり、正確に圧力を検出することができないことがある。
【０００５】
また、後者の圧力センサは、図６に示すように、上ガラス４０のダイアフラム４２と対向する対向面に、中央電極４５と、この中央電極４５を囲む周辺電極４６とを設けると共に、これら各電極４５、４６は、上ガラス４０の上面（対向面とは反対の面）に設けられた各信号取出部４９、５０とスルーホール４７、４８を介して導通している。このように、中央電極４５及び周辺電極４６は、上ガラス４０の上下面に配設されると共に、上ガラス４０を貫通するスルーホール４７、４８にも配設されるため、高精度のアライメント技術を必要とする。
【０００６】
また、ダイアフラム４２は、上、下ガラス４０、４１に対して間隔を開けて配置され、ダイアフラム４２の厚肉部５１を介して上、下ガラス４０、４１と陽極接合されている。つまり、圧力センサ４３は、ガラス４０、シリコン（ダイアフラム４２）、ガラス４１の３層構造となっており、これらガラス４０、４１とシリコン（ダイアフラム４２の厚肉部５１）との間の２箇所の接触面５１Ａ、５１Ｂが陽極接合されてなる。このため、ガラス４０、４１とシリコンとは接着剤なしで固着できるが、高価なものとなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、このような実状に鑑みなされたものであり、その目的は、高精度のアライメント技術を要せず、低コストで得られると共に、正確に圧力を検出することができる圧力センサ及び圧力センサの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の圧力センサは、貫通すると共に圧力がかかる圧力作用部を有する基部と、その基部の圧力がかかる側とは反対側の表面に固着され、前記圧力作用部を閉塞する箇所が圧力作用部にかかる圧力により弾性変形するダイアフラムとなる圧力検出部と、その圧力検出部のダイアフラムの外表面に設けられ、そのダイアフラムの変形による抵抗値の変化から圧力を検出する検出磁気抵抗素子と、前記圧力検出部のダイアフラム以外の外表面に設けられ、前記検出磁気抵抗素子の抵抗値の変化から圧力を検出するとき、その抵抗値を補正する補正磁気抵抗素子と、それら検出、補正磁気抵抗素子に磁気をかける磁気発生手段と、を備えたものである（請求項１）。
【０００９】
このように構成することで、圧力作用部の圧力が高くなると、ダイアフラムが弾性変形して湾曲するため、ダイアフラムに設けられている検出磁気抵抗素子に加わる磁気発生手段による磁気による磁束密度が変化するので、検出磁気抵抗素子の抵抗値の変化から圧力を検出することができる。また、補正磁気抵抗素子により抵抗を測定することで、温度等の変化に基づく誤差を補正するとともに、ノイズ等を取り除き、より正確に圧力を検出することができる。また、圧力作用部の外表面のみに磁気抵抗素子が配設されているので、高精度のアライメント技術を必要としない。
したがって、高精度のアライメント技術を要せず、低コストで得られると共に、正確に圧力を検出することができる。
【００１０】
前記基部と前記圧力検出部とからなる構成体が、シリコン基板上に酸化膜を介してシリコン活性層を形成したＳＯＩ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ基板）であることが好ましい（請求項２）。
このように、ＳＯＩ基板は安価で、汎用されているため、より低コスト化を図れることになる。
【００１１】
前記磁気発生手段が、前記検出、補正磁気抵抗素子上にそれぞれ配設されたワイヤであることが好ましい（請求項３）。
これにより、簡単な構造で磁気発生手段を構成することができるので、より一層低コスト化を図れる。
【００１２】
また、本発明の圧力センサの製造方法は、シリコン基板上に酸化膜を介してシリコン活性層を形成したＳＯＩ基板のシリコン活性層側表面に、抵抗値の変化から圧力を検出する検出磁気抵抗素子及びその抵抗値を補正する補正磁気抵抗素子をパターニングし、該ＳＯＩ基板のシリコン基板及び酸化膜のそれぞれの一部をエッチングして、前記検出磁気抵抗素子が設けられている箇所のシリコン活性層を、圧力により弾性変形するダイアフラムとして形成させた後、前記検出、補正磁気抵抗素子上に、それら検出、補正磁気抵抗素子に磁気をかけるワイヤを配設したものである（請求項４）。
【００１３】
このように構成することで、磁気抵抗素子（及び配線）のパターニング、ダイアフラムの形成、ワイヤの形成の単純な工程のみであると共に、安価で汎用されているＳＯＩ基板を用いるので、圧力センサを容易に低コストで製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１及び図２は本発明の圧力センサの一例を示す図である。図１及び図２において、１は圧力センサを示し、この圧力センサ１は、貫通すると共に圧力がかかる圧力作用部２を有する基部３と、その基部３の圧力がかかる側とは反対側の表面に固着され、前記圧力作用部２を閉塞する箇所が圧力作用部２にかかる圧力により弾性変形するダイアフラム４となる圧力検出部５と、その圧力検出部５のダイアフラム４の外表面に設けられ、そのダイアフラム４の変形による抵抗値の変化から圧力を検出する検出磁気抵抗素子６と、前記圧力検出部５のダイアフラム４以外の外表面に設けられ、前記検出磁気抵抗素子６の抵抗値の変化から圧力を検出するとき、その抵抗値を補正する補正磁気抵抗素子７と、それら検出、補正磁気抵抗素子６、７にそれぞれほぼ同一の磁気をかける磁気発生手段８と、を備えてなる。
【００１５】
基部３と圧力検出部５とは、どのように形成してもよく、例えば、基部３と圧力検出部５とからなる構成体としてＳＯＩ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ基板）９を用いてもよい。
ＳＯＩ基板９は、例えば、シリコン基板１０上に酸化膜１１を介してシリコン活性層１２を形成したものであり、シリコン基板１０と酸化膜１１とが基部３として構成されると共に、シリコン活性層１２が圧力検出部５として構成される。
【００１６】
シリコン基板１０は、いわゆる半導体基板であり、どのようなものを用いてもよく、例えば単結晶シリコンである。また、酸化膜１１は、例えばＳｉＯ２である。
基部３（シリコン基板１０と酸化膜１１と）は、圧力を測定する流体（被測定流体）例えば気体の圧力が作用しても湾曲しない厚さに形成されている。
【００１７】
基部３には、基部３を貫通すると共に圧力がかかる圧力作用部２が設けられている。
圧力作用部２は、例えば、断面ほぼ矩形状、円形状、多角形状等、どのような形状に形成してもよいし、また、その大きさは、被測定流体の圧力を検出することができる範囲から任意に選択される。
圧力作用部２は、どのように形成してもよく、例えば、シリコン基板１０の一部をウェットエッチングしてから酸化膜１１をドライエッチングして形成するようにしてもよい。ウェットエッチングとしては、例えば、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を用いて行うようにしてもよい。
【００１８】
シリコン活性層１２は、どのように形成してもよいが、被測定流体の圧力が作用したとき、その圧力が作用した側とは反対側に弾性変形して湾曲する厚さに形成するようにする。これにより、圧力作用部２を閉塞する部分（シリコン活性層１２）がダイアフラム４として形成されることになる。
【００１９】
圧力検出部５（シリコン活性層１２）の外表面（酸化膜１１とは反対側の表面）には、磁気抵抗素子６、７と配線１３、１４、１５、１６とが設けられている。
磁気抵抗素子６、７は、磁気による抵抗値を測定するものであり、例えばほぼ矩形状のものが２つ設けられている。１つがダイアフラム４の外表面に配設されて、そのダイアフラム４の変形による抵抗値の変化から圧力を検出する検出磁気抵抗素子６である。残りが圧力検出部５のダイアフラム４以外の外表面（圧力作用部２に被測定流体の圧力が作用したとき弾性変形しない箇所の外表面）に設けられて、検出磁気抵抗素子６の抵抗値の変化から圧力を検出するとき、その抵抗値を補正する補正磁気抵抗素子７である。これら検出、補正磁気抵抗素子６、７は、圧力検出部５（シリコン活性層１２）の外表面に並列に配置されている。
配線１３、１４、１５、１６は、磁気抵抗素子６、７の抵抗値を測定するための抵抗配線１３と、磁気抵抗素子６、７に磁気をかけるための磁気配線（電極を含む）１４、１５、１６とからなり、例えば、Ａｌ配線により形成される。
磁気抵抗素子６、７と配線１３、１４、１５、１６とは、どのように配設してもよく、例えば、フォトリソグラフィにより圧力検出部５（シリコン活性層１２）の外表面にパターニングして配設されている。
【００２０】
また、圧力検出部５（シリコン活性層１２）の外表面には、検出、補正磁気抵抗素子６、７にそれぞれほぼ同一の磁気をかける磁気発生手段８が設けられている。
磁気発生手段８は、検出、補正磁気抵抗素子６、７にそれぞれほぼ同一の磁気をかけることができるならばどのように構成してもよく、例えば、検出、補正磁気抵抗素子６、７上にワイヤを配設するようにしてもよい。ワイヤは、１本で検出、補正磁気抵抗素子６、７の両方に磁気をかけるように配設してもよいが、好ましくは、検出、補正磁気抵抗素子６、７にそれぞれ個別にほぼ同一の磁気をかけるように個々に配設することがよい。また、検出、補正磁気抵抗素子６、７個々にワイヤを配設する場合のワイヤの数は、１本でも、２本以上でもよく、例えば、図示例では２本である。
【００２１】
ワイヤ１７、１８は、どのように形成してもよく、例えば、ワイヤボンディングにより形成することが好ましい。ワイヤボンディングにより形成されるワイヤとしては、例えばＡｌワイヤ、Ａｕワイヤ等が用いられる。
ワイヤ１７、１８は、例えば、図示するように、圧力検出部５の検出、補正磁気抵抗素子６、７を挟持する箇所にそれぞれ設けられた磁気配線（電極を含む）１４、１５、１６を接続することにより、検出、補正磁気抵抗素子６、７上に配設することが好ましい。
【００２２】
具体的には例えば、検出、補正磁気抵抗素子６、７の並列方向にある検出、補正磁気抵抗素子６、７の対向する一対の側部（その並列方向とほぼ直交する方向に沿って延在する側部）６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの近傍にそれぞれ磁気配線１４、１５、１６を配設する。検出、補正磁気抵抗素子６、７間の２つの磁気配線（第１配線）１４、１４は、近傍の側部６ｂ、７ａと長さがほぼ同じ長さに形成されたほぼ矩形状に形成され、これら第１配線１４、１４と検出、補正磁気抵抗素子６、７とが並列に配設されている。残りの２つの磁気配線１５、１６は、近傍の側部６ａ、７ｂに沿ってその側部６ａ、７ｂの一方の端部側と他方の端部側とに配置された２つの第２配線１５、第３配線１６とからそれぞれなる。
【００２３】
これら第２配線１５、第３配線１６と第１配線１４とを各磁気抵抗素子６、７を跨ぐようにそれぞれワイヤボンディングによりワイヤ（第１、第２ワイヤ）１７、１８で接続されている。これらワイヤ（４つのワイヤ）１７、１８は、前記並列方向とほぼ平行であって、ほぼ同形状の湾曲状に磁気抵抗素子６、７（圧力検出部５の外表面）から離間して配置されており、ワイヤ１７、１８に電流が流れると、磁気が発生し、磁気抵抗素子６、７に磁束密度が加わるようになっている。つまり、４つのワイヤ１７、１８は、図３（ａ）に示すように、例えば磁気抵抗素子６に加わる磁束密度がほぼ同じになるように磁気抵抗素子６、７を跨ぐように湾曲状に配設されている。
【００２４】
さて、この圧力センサ１を製造するには、まず、図４（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板９のシリコン活性層１２（圧力検出部５）の外表面に、磁気抵抗素子（検出、補正磁気抵抗素子）６、７と配線（Ａｌ配線）１３、１４、１５、１６とをフォトリソグラフィによりパターニングする。パターニング後、図４（ｂ）に示すように、シリコン活性層１２（圧力検出部５）の外表面を酸化膜等の第１保護膜１９で保護する。これは、ダイアフラム４を形成するときに磁気抵抗素子６、７等を保護するためのものである。
【００２５】
ＳＯＩ基板９の裏面（基部３の表面（シリコン基板１０の外表面））に、図４（ｃ）に示すように、所定の箇所に圧力作用部２が形成されるように第２保護膜２０をパターニングする。パターニング後、ＴＭＡＨを用いてウェットエッチングし、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板１０の一部を除去する。ウェットエッチングは、酸化膜１１で止まるので、ウェットエッチング後、露出した部分の酸化膜１１をドライエッチングする。ドライエッチング後、図４（ｅ）に示すように、第１、第２保護膜１９、２０を除去する。これにより、第２保護膜２０のパターンに沿って基部３（シリコン基板１０及び酸化膜１１）の一部が除去されて、圧力作用部２が形成されると共に、その圧力作用部２に連通するシリコン活性層１２の一部がダイアフラム４として形成される。
【００２６】
そして、検出、補正磁気抵抗素子６、７上に第１、第２ワイヤ１７、１８をそれぞれ配設する。つまり、第２配線１５、第３配線１６と第１配線１４とを各磁気抵抗素子６、７を跨ぐようにそれぞれワイヤボンディングにより第１、第２ワイヤ１７、１８で接続する。これにより、圧力センサ１が得られる。このように圧力センサ１は、両面のアライメント技術を要するが、ダイアフラム４上に磁気抵抗素子６、７が配置されていればセンシングできるため、高精度なアライメント技術を必要としない。また、磁気抵抗素子６、７及び配線１３、１４、１５、１６のパターニング、ダイアフラム４の形成、ワイヤ１７、１８の形成の単純な工程のみであるので、圧力センサ１を容易に低コストで製造することができる。
【００２７】
この圧力センサ１を用いて圧力を検出するには、圧力作用部２に被測定流体例えば気体の圧力が作用する位置に圧力センサ１を設置する。すると、圧力作用部２内の圧力が高くなり、ダイアフラム４が圧力作用部２とは反対側に弾性変形して湾曲するため、ダイアフラム４に設けられている検出磁気抵抗素子６に加わる磁束密度が変化するので、検出磁気抵抗素子６の抵抗値の変化から圧力を検出することができる。つまり、第１、第２ワイヤ１７、１８に電流を流すと、ダイアフラム４に圧力が作用していない状態では、図３（ａ）に示すように、検出磁気抵抗素子６に磁気が加わり、ダイアフラム４に圧力が作用すると、ダイアフラム４がワイヤ１７側（磁気が加わる方向）に湾曲するため、検出磁気抵抗素子６に加わる磁束密度が変化する。このため、検出磁気抵抗素子６の抵抗値を測定すれば抵抗値が変化するので、圧力を検出することができる。
【００２８】
また、補正磁気抵抗素子７により抵抗を測定することで、温度等の変化に基づく誤差を補正するとともに、ノイズ等を取り除き、より正確に圧力を検出することができる。つまり、抵抗は、温度による影響が大きく、温度に応じて抵抗値が変わるため、この変動を補正することができ、より正確に圧力を検出することができることになる。
【００２９】
したがって、本発明の圧力センサ１は、高精度のアライメント技術を要せず、低コストで得られると共に、正確に圧力を検出することができる。
また、ＳＯＩ基板９を用いることにより、ＳＯＩ基板９は安価で、汎用されているため、より低コスト化を図れることになる。
また、ワイヤボンディングによりワイヤ１７、１８を磁気抵抗素子６、７上に配設して、磁気抵抗素子６、７に磁気を加えることにより、簡単な構造で磁気発生手段８を構成することができるので、より一層低コスト化を図れる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、高精度のアライメント技術を要せず、低コストで得られると共に、正確に圧力を検出することができる。
【００３１】
請求項２に記載の発明によれば、ＳＯＩ基板は安価で、汎用されているため、より低コスト化を図れる。
【００３２】
請求項３に記載の発明によれば、簡単な構造で磁気発生手段を構成することができるので、より一層低コスト化を図れる。
【００３３】
請求項４に記載の発明によれば、磁気抵抗素子のパターニング、ダイアフラムの形成、ワイヤの形成の単純な工程のみであると共に、安価で汎用されているのＳＯＩ基板を用いるので、圧力センサを容易に低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力センサの一例を示す概略側面図である。
【図２】本発明の圧力センサの一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明の圧力センサの圧力状態を示す図で、その（ａ）は圧力なしの状態を示す概略側面図、（ｂ）は圧力ありの状態を示す概略側面図である。
【図４】本発明の圧力センサを製造するプロセスを示す図である。
【図５】従来の圧力センサを示す断面図である。
【図６】従来の圧力センサを示す一部切欠正面図である。
【符号の説明】
１ 圧力センサ
２ 圧力作用部
３ 基部
４ ダイアフラム
５ 圧力検出部
６ 検出磁気抵抗素子
７ 補正磁気抵抗素子
８ 磁気発生手段
９ ＳＯＩ基板（構成体）
１０ シリコン基板
１１ 酸化膜
１２ シリコン活性層
１４ 第１配線（電極）
１５ 第２配線（電極）
１６ 第３配線（電極）
１７ 第１ワイヤ
１８ 第２ワイヤ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure sensor that can be obtained at low cost without requiring high-precision alignment technology and that can accurately detect pressure, and a method of manufacturing the pressure sensor.
[0002]
[Prior art]
As the pressure sensor, for example, those disclosed in JP-A-6-160223 and those disclosed in JP-A-10-82709 are known.
As shown in FIG. 5, when the pressure in the case 31 increases due to the gas being injected from the gas inlet 30 into the case 31, the bellows 32 displaces as the pressure increases. Thus, the holding piece 33 moves toward the electromagnet 35 via the movable rod 34. A magnetic semiconductor 36 is fixed to the holding piece 33 on the electromagnet 33 side. When the magnetic semiconductor 36 approaches the electromagnet 35, the electromagnet 35 generates a magnetic field around the magnetic semiconductor 36. Since the magnetic sensor 37 for detecting the magnetic flux density is provided between the electromagnet 35 and the magnetic semiconductor 36, the magnetic semiconductor 37 moves in a direction substantially parallel to the magnetic flux from the electromagnet 35 with the displacement of the bellows 32. When the 36 moves, the magnetic flux density passing through the magnetic sensor 37 changes, so that the magnetic sensor 37 can detect the change and detect the pressure in the case 31.
[0003]
As shown in FIG. 6, the latter pressure sensor is a capacitance type pressure sensor 43 in which the glass 40, 41 and the diaphragm 42 are anodicly bonded. In the pressure sensor 43, when a fluid enters between the diaphragm 42 and the lower glass 41 from the pressure inlet 44 and the pressure therebetween increases, the diaphragm 42 elastically deforms toward the upper glass 40 and curves. Since the diaphragm 42 is curved toward the upper glass 40 in this manner, the distance between the diaphragm 42 and the central electrode 45 and the peripheral electrode 46 of the upper glass 40 changes, and the capacitance changes according to the distance. Thus, the pressure is measured. Since the displacement of the diaphragm 42 is large near the center and small at the peripheral portion, a difference is generated between the diaphragm 42 and the capacitance between the central electrode 45 and the peripheral electrode 46 of the lower glass 41. The error can be corrected, noise and the like can be removed, and the pressure can be detected more accurately. The pressure sensor 43 is a so-called gauge pressure (differential pressure with respect to the atmospheric pressure when the atmospheric pressure is set to zero), and a gap between the diaphragm 42 and the upper glass 40 includes a central electrode 45 and a peripheral electrode 46. It is open to the atmosphere through through holes 47 and 48.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the former pressure sensor can detect the pressure inside the case, but the pressure sensor is not always the same in the environment of the installation location, for example, because the temperature is different, even when detecting the same pressure Depending on the environment, the detection value may be different, and the pressure may not be detected accurately.
[0005]
As shown in FIG. 6, the latter pressure sensor is provided with a central electrode 45 and a peripheral electrode 46 surrounding the central electrode 45 on a surface of the upper glass 40 facing the diaphragm 42. The reference numerals 45 and 46 are electrically connected to the respective signal extraction units 49 and 50 provided on the upper surface of the upper glass 40 (the surface opposite to the opposing surface) via through holes 47 and 48. As described above, since the center electrode 45 and the peripheral electrode 46 are provided on the upper and lower surfaces of the upper glass 40 and also provided in the through holes 47 and 48 penetrating the upper glass 40, a high-precision alignment technique is used. Need.
[0006]
Further, the diaphragm 42 is arranged with a space between the upper and lower glasses 40 and 41 and is anodic-bonded to the upper and lower glasses 40 and 41 via the thick portion 51 of the diaphragm 42. That is, the pressure sensor 43 has a three-layer structure of glass 40, silicon (diaphragm 42), and glass 41, and has two portions between the glass 40, 41 and silicon (thick portion 51 of the diaphragm 42). The contact surfaces 51A and 51B are anodically bonded. For this reason, the glasses 40 and 41 and the silicon can be fixed without an adhesive, but are expensive.
[0007]
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and a purpose of the present invention is to provide a pressure sensor that can be obtained at low cost without requiring high-precision alignment technology and that can accurately detect pressure. And a method for manufacturing a pressure sensor.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a pressure sensor according to the present invention includes a base having a pressure-operating portion that penetrates and is pressurized, and a pressure-sensitive portion fixed to a surface of the base opposite to a side to which pressure is applied. A pressure detecting portion is provided on the outer surface of the diaphragm of the pressure detecting portion, and a pressure is detected from a change in resistance value due to the deformation of the diaphragm. A detecting magnetoresistive element, a correction magnetoresistive element provided on an outer surface of the pressure detecting section other than the diaphragm, and detecting a pressure from a change in the resistance value of the detecting magnetoresistive element, for correcting the resistance value; And a magnetism generating means for applying magnetism to the detecting and correcting magnetoresistive element.
[0009]
With this configuration, when the pressure of the pressure acting section increases, the diaphragm elastically deforms and curves, so that the magnetic flux density due to the magnetism generated by the magnetism generating means applied to the detection magnetoresistive element provided on the diaphragm changes. Therefore, pressure can be detected from a change in the resistance value of the detection magnetoresistive element. Further, by measuring the resistance with the correction magnetic resistance element, it is possible to correct an error based on a change in temperature or the like, remove noise and the like, and more accurately detect the pressure. Further, since the magnetoresistive element is provided only on the outer surface of the pressure acting portion, a high-precision alignment technique is not required.
Therefore, high-precision alignment technology is not required, it is possible to obtain at low cost, and it is possible to accurately detect pressure.
[0010]
It is preferable that the structure composed of the base and the pressure detector is an SOI substrate (Silicon On Insulator substrate) having a silicon active layer formed on a silicon substrate via an oxide film (claim 2).
As described above, since the SOI substrate is inexpensive and widely used, the cost can be further reduced.
[0011]
It is preferable that the magnetism generating means is a wire provided on each of the detection and correction magnetoresistance elements.
As a result, the magnetism generating means can be configured with a simple structure, so that the cost can be further reduced.
[0012]
Further, the method of manufacturing a pressure sensor according to the present invention is a method for detecting a pressure on a silicon active layer side surface of an SOI substrate having a silicon active layer formed on a silicon substrate via an oxide film by detecting a pressure from a change in resistance value. And patterning a correction magnetoresistive element for correcting the resistance value, etching a part of each of the silicon substrate and the oxide film of the SOI substrate to form a silicon active layer at a position where the detection magnetoresistive element is provided. After being formed as a diaphragm which is elastically deformed by pressure, a wire for applying magnetism to the detection / correction magnetoresistive element is disposed on the detection / correction magnetoresistance element (claim 4).
[0013]
With such a configuration, only the simple steps of patterning the magnetoresistive element (and the wiring), forming the diaphragm, and forming the wire are used, and the inexpensive and widely used SOI substrate is used. Can be manufactured at low cost.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 are views showing an example of the pressure sensor of the present invention. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a pressure sensor. The pressure sensor 1 has a base 3 having a pressure acting portion 2 that penetrates and is pressurized, and a surface of the base 3 opposite to the pressure-applied side. A pressure detection unit 5 that is fixed to the pressure application unit 2 and is a diaphragm 4 elastically deformed by the pressure applied to the pressure application unit 2, and a pressure detection unit 5 that is provided on an outer surface of the diaphragm 4 of the pressure detection unit 5; A detecting magnetoresistive element 6 for detecting pressure from a change in resistance value due to the deformation of the diaphragm 4, and a detecting magnetoresistive element 6 provided on an outer surface of the pressure detecting unit 5 other than the diaphragm 4, When detecting pressure, a correction magnetoresistive element 7 for correcting the resistance value thereof, and magnetism generating means 8 for applying substantially the same magnetism to each of the detection and correction magnetoresistive elements 6, 7 are provided. It made.
[0015]
The base 3 and the pressure detection unit 5 may be formed in any manner. For example, an SOI substrate (Silicon On Insulator substrate) 9 may be used as a structure including the base 3 and the pressure detection unit 5.
The SOI substrate 9 is formed, for example, by forming a silicon active layer 12 on a silicon substrate 10 via an oxide film 11. The silicon substrate 10 and the oxide film 11 are formed as the base 3 and the silicon active layer 12 is formed. Are configured as the pressure detecting unit 5.
[0016]
The silicon substrate 10 is a so-called semiconductor substrate, and any material may be used, for example, single crystal silicon. The oxide film 11 is, for example, SiO 2 .
The base 3 (the silicon substrate 10 and the oxide film 11) is formed to have a thickness that does not bend even when a pressure measuring fluid (fluid to be measured), for example, a gas pressure acts.
[0017]
The base 3 is provided with a pressure application section 2 that penetrates the base 3 and applies pressure.
The pressure acting portion 2 may be formed in any shape such as a substantially rectangular cross section, a circular shape, a polygonal shape, and the like, and the size thereof can detect the pressure of the fluid to be measured. Arbitrarily selected from the range.
The pressure acting portion 2 may be formed in any manner. For example, the pressure acting portion 2 may be formed by wet etching a part of the silicon substrate 10 and then dry etching the oxide film 11. The wet etching may be performed using, for example, TMAH (Tetramethyl ammonium hydroxide).
[0018]
The silicon active layer 12 may be formed in any manner. When the pressure of the fluid to be measured is applied, the silicon active layer 12 is formed so as to be elastically deformed to a side opposite to the side on which the pressure is applied and to be curved. I do. As a result, a portion (silicon active layer 12) that closes the pressure acting portion 2 is formed as the diaphragm 4.
[0019]
On the outer surface (surface opposite to the oxide film 11) of the pressure detector 5 (silicon active layer 12), magnetoresistive elements 6, 7 and wirings 13, 14, 15, 16 are provided.
The magnetoresistive elements 6 and 7 measure a resistance value due to magnetism, and are provided, for example, in two substantially rectangular shapes. One is a detection magnetoresistive element 6 disposed on the outer surface of the diaphragm 4 and detecting pressure from a change in resistance value due to deformation of the diaphragm 4. The remainder is provided on the outer surface of the pressure detecting unit 5 other than the diaphragm 4 (the outer surface of a portion that does not elastically deform when the pressure of the fluid to be measured acts on the pressure action unit 2), and the resistance value of the detected magnetoresistive element 6 When the pressure is detected from the change, the correction magnetoresistive element 7 corrects the resistance value. These detection and correction magnetoresistive elements 6 and 7 are arranged in parallel on the outer surface of the pressure detector 5 (silicon active layer 12).
The wirings 13, 14, 15, and 16 include a resistance wiring 13 for measuring the resistance value of the magnetoresistive elements 6 and 7, a magnetic wiring (including electrodes) 14 for applying magnetism to the magnetoresistive elements 6 and 7, 15 and 16, which are formed by, for example, Al wiring.
The magnetoresistive elements 6, 7 and the wirings 13, 14, 15, 16 may be arranged in any manner, for example, by patterning the outer surface of the pressure detecting section 5 (silicon active layer 12) by photolithography. It is arranged.
[0020]
Further, on the outer surface of the pressure detecting section 5 (silicon active layer 12), a magnetic generating means 8 for applying substantially the same magnetism to the detecting and correcting magnetoresistive elements 6, 7 is provided.
The magnetism generating means 8 may have any configuration as long as it can apply substantially the same magnetism to the detection and correction magnetoresistive elements 6 and 7, for example. A wire may be provided. The wire may be arranged so as to apply magnetism to both the detection and correction magnetoresistive elements 6 and 7 by one wire. However, it is preferable that the detection and correction magnetoresistive elements 6 and 7 be substantially the same individually. It is better to arrange them individually so as to apply magnetism. The number of wires in the case where wires are individually provided for the detection and correction magnetoresistive elements 6 and 7 may be one or two or more, for example, two in the illustrated example.
[0021]
The wires 17 and 18 may be formed in any manner, and for example, are preferably formed by wire bonding. As a wire formed by wire bonding, for example, an Al wire, an Au wire, or the like is used.
The wires 17 and 18 are connected to magnetic wirings (including electrodes) 14, 15 and 16 respectively provided at positions where the detection and correction magnetic resistance elements 6 and 7 of the pressure detection unit 5 are sandwiched, as shown in the drawing. By doing so, it is preferable to dispose them on the detection and correction magnetic resistance elements 6 and 7.
[0022]
Specifically, for example, a pair of opposing side portions of the detection and correction magnetoresistive elements 6 and 7 in the parallel direction of the detection and correction magnetoresistive elements 6 and 7 (extending along a direction substantially orthogonal to the parallel direction). Magnetic wirings 14, 15, 16 are disposed in the vicinity of 6a, 6b, 7a, 7b. The two magnetic wires (first wires) 14, 14 between the detection and correction magnetoresistive elements 6, 7 are formed in a substantially rectangular shape having a length substantially equal to that of the neighboring side portions 6b, 7a. The first wirings 14, 14 and the detection and correction magnetic resistance elements 6, 7 are arranged in parallel. The remaining two magnetic wirings 15 and 16 are two second wirings 15 arranged on one end side and the other end side of the side parts 6a and 7b along the neighboring side parts 6a and 7b. , And the third wiring 16.
[0023]
The second wiring 15, the third wiring 16 and the first wiring 14 are connected by wires (first and second wires) 17 and 18 by wire bonding so as to straddle the respective magnetoresistive elements 6 and 7. These wires (four wires) 17 and 18 are arranged substantially parallel to the parallel direction and in a curved shape having substantially the same shape and separated from the magnetoresistive elements 6 and 7 (the outer surface of the pressure detection unit 5). When a current flows through the wires 17 and 18, magnetism is generated, and a magnetic flux density is applied to the magnetoresistive elements 6 and 7. That is, as shown in FIG. 3A, for example, the four wires 17 and 18 are arranged in a curved manner so as to straddle the magnetoresistive elements 6 and 7 so that the magnetic flux density applied to the magnetoresistive element 6 becomes substantially the same. Is established.
[0024]
Now, in order to manufacture the pressure sensor 1, first, as shown in FIG. 4A, a magnetoresistive element (detection, correction) is provided on the outer surface of the silicon active layer 12 (pressure detection section 5) of the SOI substrate 9. The magnetoresistive elements 6 and 7 and the wirings (Al wirings) 13, 14, 15 and 16 are patterned by photolithography. After the patterning, as shown in FIG. 4B, the outer surface of the silicon active layer 12 (the pressure detector 5) is protected by a first protective film 19 such as an oxide film. This is to protect the magnetoresistive elements 6, 7 and the like when forming the diaphragm 4.
[0025]
On the back surface of the SOI substrate 9 (the surface of the base 3 (the outer surface of the silicon substrate 10)), as shown in FIG. Is patterned. After patterning, wet etching is performed using TMAH, and a part of the silicon substrate 10 is removed as shown in FIG. Since the wet etching stops at the oxide film 11, the exposed portion of the oxide film 11 is dry-etched after the wet etching. After the dry etching, the first and second protective films 19 and 20 are removed as shown in FIG. As a result, a part of the base 3 (the silicon substrate 10 and the oxide film 11) is removed along the pattern of the second protective film 20, so that the pressure acting portion 2 is formed and communicates with the pressure acting portion 2. A part of the silicon active layer 12 is formed as the diaphragm 4.
[0026]
Then, the first and second wires 17 and 18 are disposed on the detection and correction magnetoresistive elements 6 and 7, respectively. That is, the second wiring 15 and the third wiring 16 are connected to the first wiring 14 by the first and second wires 17 and 18 by wire bonding so as to straddle the magnetoresistive elements 6 and 7, respectively. Thereby, the pressure sensor 1 is obtained. As described above, the pressure sensor 1 requires both-side alignment technology, but if the magnetoresistive elements 6 and 7 are arranged on the diaphragm 4, sensing can be performed, so that high-precision alignment technology is not required. Further, since only the simple steps of patterning the magnetoresistive elements 6, 7 and the wirings 13, 14, 15, 16 and forming the diaphragm 4, and forming the wires 17, 18 are performed, the pressure sensor 1 can be easily manufactured at low cost. can do.
[0027]
To detect pressure using this pressure sensor 1, the pressure sensor 1 is installed at a position where the pressure of the fluid to be measured, for example, gas, acts on the pressure application section 2. Then, the pressure in the pressure action section 2 increases, and the diaphragm 4 elastically deforms and curves to the opposite side to the pressure action section 2, so that the magnetic flux density applied to the detection magnetoresistive element 6 provided in the diaphragm 4 decreases. Since it changes, the pressure can be detected from the change in the resistance value of the detection magnetoresistive element 6. That is, when a current is applied to the first and second wires 17 and 18, when no pressure is applied to the diaphragm 4, magnetism is applied to the detection magnetoresistive element 6 as shown in FIG. When pressure acts on the diaphragm 4, the diaphragm 4 bends toward the wire 17 (the direction in which magnetism is applied), so that the magnetic flux density applied to the detection magnetoresistive element 6 changes. Therefore, if the resistance value of the detection magnetoresistive element 6 is measured, the resistance value changes, so that the pressure can be detected.
[0028]
Further, by measuring the resistance with the correction magnetic resistance element 7, it is possible to correct an error based on a change in temperature or the like, remove noise and the like, and more accurately detect the pressure. That is, the resistance is greatly affected by the temperature, and the resistance value changes according to the temperature. Therefore, the fluctuation can be corrected, and the pressure can be detected more accurately.
[0029]
Therefore, the pressure sensor 1 of the present invention can be obtained at low cost without requiring a high-precision alignment technique, and can accurately detect pressure.
Further, by using the SOI substrate 9, the SOI substrate 9 is inexpensive and widely used, so that the cost can be further reduced.
Also, by arranging the wires 17 and 18 on the magnetoresistive elements 6 and 7 by wire bonding and applying magnetism to the magnetoresistive elements 6 and 7, the magnetism generating means 8 can be configured with a simple structure. Therefore, the cost can be further reduced.
[0030]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, high-precision alignment technology is not required, the pressure can be obtained at low cost, and the pressure can be accurately detected.
[0031]
According to the second aspect of the present invention, since the SOI substrate is inexpensive and widely used, the cost can be further reduced.
[0032]
According to the third aspect of the present invention, since the magnetism generating means can be configured with a simple structure, the cost can be further reduced.
[0033]
According to the fourth aspect of the present invention, since only the simple steps of patterning the magnetoresistive element, forming the diaphragm, and forming the wire are used, and the inexpensive and widely used SOI substrate is used, the pressure sensor can be easily manufactured. Can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view showing an example of a pressure sensor of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the pressure sensor of the present invention.
3A and 3B are diagrams showing a pressure state of the pressure sensor of the present invention, wherein FIG. 3A is a schematic side view showing a state without pressure, and FIG. 3B is a schematic side view showing a state with pressure.
FIG. 4 is a diagram showing a process for manufacturing the pressure sensor of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a conventional pressure sensor.
FIG. 6 is a partially cutaway front view showing a conventional pressure sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure sensor 2 Pressure action part 3 Base part 4 Diaphragm 5 Pressure detection part 6 Detected magnetoresistive element 7 Correction magnetoresistive element 8 Magnetic generation means 9 SOI substrate (construction)
Reference Signs List 10 silicon substrate 11 oxide film 12 silicon active layer 14 first wiring (electrode)
15 Second wiring (electrode)
16 Third wiring (electrode)
17 First wire 18 Second wire
