JPH05281067A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は,半導体圧力センサに関
し,特に,例えば−80〜300℃程度の広い範囲にお
いても使用可能な圧力センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure sensor, and more particularly to a pressure sensor usable in a wide range of -80 to 300 ° C.
【0002】[0002]
【従来の技術】図4は半導体圧力センサの従来例を示す
断面図である。図において1はボディ,2はボディ1の
凹部に固定されたパイレックスガラスからなる支持部材
であり,この支持部材には貫通孔8が形成されている。
3は支持部材2上に陽極接合により接合されたセンサチ
ップであり,このセンサチップ3には穴9を形成するこ
とにより測定ダイアフラム4が形成されている。5はダ
イアフラム上に形成された歪み検出素子である。6はセ
ンサチップ上に配置されたシールダイアフラムであり,
縁部がボディに気密に固定されている。7はシールダイ
アフラムとセンサチップの間に封入された封液,10は
歪み検出素子からの電気信号を外部に取り出すためのリ
ード線である。上記の構成において測定圧力がシールダ
イアフラムに印加されると,その圧力に応じて測定ダイ
アフラムが変形し,歪み検出素子に圧力に対応した電気
信号が発生する。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a sectional view showing a conventional example of a semiconductor pressure sensor. In the figure, reference numeral 1 is a body, and 2 is a supporting member made of Pyrex glass fixed in a recess of the body 1, and a through hole 8 is formed in this supporting member.
A sensor chip 3 is joined to the support member 2 by anodic bonding, and a measuring diaphragm 4 is formed by forming a hole 9 in the sensor chip 3. Reference numeral 5 is a strain detecting element formed on the diaphragm. 6 is a seal diaphragm arranged on the sensor chip,
The edges are airtightly fixed to the body. Reference numeral 7 is a sealing liquid sealed between the seal diaphragm and the sensor chip, and 10 is a lead wire for taking out an electric signal from the strain detecting element to the outside. When the measurement pressure is applied to the seal diaphragm in the above configuration, the measurement diaphragm is deformed according to the pressure and an electric signal corresponding to the pressure is generated in the strain detection element.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで,上記歪み検
出素子をpn接合により絶縁した基板上に形成した場
合,pn接合による絶縁の有効性はセンサの温度が上昇
するにつれて減少する。即ち125℃〜175℃以上に
なるとその接合面は絶縁性が低下する。また,封液オイ
ルを用いているため使用温度が−40℃程度に制限さ
れ,使用温度範囲が−40〜125℃程度に制限される
という問題があった。本発明は上記従来技術の問題点を
解決するために成されたもので−80〜300℃程度に
おいても使用可能な半導体圧力センサを提供することを
目的とする。By the way, when the strain detecting element is formed on a substrate insulated by a pn junction, the effectiveness of the insulation by the pn junction decreases as the temperature of the sensor rises. That is, when the temperature is 125 ° C. to 175 ° C. or higher, the insulating property of the joint surface deteriorates. Further, since the sealing oil is used, the operating temperature is limited to about -40 ° C, and the operating temperature range is limited to about -40 to 125 ° C. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a semiconductor pressure sensor that can be used even at about -80 to 300 ° C.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は,SOI基板に所定の距離を隔てて形成され
た2つのダイアフラムと,該ダイアフラム上に形成され
た歪み検出素子と,前記2つのダイアフラムの上部に形
成された空洞と,前記2つのダイアフラムの中間を仕切
る隔壁からなり,前記空洞を真空にするとともに前記ダ
イアフラムの一方をプロセス側に,他方のダイアフラム
を大気中に配置したことを特徴とするものである。In order to solve the above problems, the present invention provides two diaphragms formed on an SOI substrate at a predetermined distance, a strain detecting element formed on the diaphragm, and A cavity formed in the upper part of the two diaphragms and a partition wall partitioning the middle of the two diaphragms. The cavity is evacuated and one of the diaphragms is placed on the process side and the other diaphragm is placed in the atmosphere. It is characterized by.
【0005】[0005]
【作用】歪み検出素子をSOI基板上に形成しているの
で300℃程度でも電気的絶縁を保持することができ
る。また,封入オイルを使用しないので封液の熱膨張の
影響をうけない。真空室は検出素子が直接プロセス流体
に触れるのを防止し,各ダイアフラムの中間を仕切る隔
壁は固定歪みや熱歪みによる各検出素子の出力誤差をキ
ャンセルする。Since the strain detecting element is formed on the SOI substrate, the electrical insulation can be maintained even at about 300 ° C. Moreover, since no enclosed oil is used, it is not affected by the thermal expansion of the sealing liquid. The vacuum chamber prevents the sensing elements from touching the process fluid directly, and the partition that separates the middle of each diaphragm cancels the output error of each sensing element due to fixed strain or thermal strain.
【0006】[0006]
【実施例】以下図面を用いて本発明を説明する。図1は
本発明の半導体圧力センサの一実施例を示す断面構成図
であり,図2はセンサ部分を示す断面図である。図2に
おいて,20はSOI(Silicon On Insurator)基板で
あり,シリコン板20a上に酸化膜20bを介して単結
晶シリコン膜20cが形成されている。21は基板の裏
面に所定の距離を隔てて異方性エッチングにより形成さ
れた2つの凹部で,この凹部により基板表面にダイアフ
ラム22が形成されている。The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor pressure sensor of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a sensor portion. In FIG. 2, reference numeral 20 denotes an SOI (Silicon On Insurator) substrate, in which a single crystal silicon film 20c is formed on a silicon plate 20a via an oxide film 20b. Reference numeral 21 denotes two concave portions formed on the back surface of the substrate by a predetermined distance by anisotropic etching, and the diaphragm 22 is formed on the front surface of the substrate by the concave portions.
【0007】23はシリコン膜20cのダイアフラム上
に所定の濃度の不純物を注入して形成された歪み検出素
子である。24はダイアフラム部分を除いて積層された
ポリシリコンからなる隔壁層,25は隔壁層上に接合さ
れたパイレックスガラスからなる板体であり,この板体
25によりダイアフラム22との間に空洞26が形成さ
れ,この空洞26は真空室となっている。なお,ダイア
フラム22および歪み検出素子23は隔壁層24に対し
て対称に配置され,各歪み検出素子23からの出力は不
純物を高濃度にドープする公知の配線方法により隔壁層
の外部(Aで示す部分)に取り出される。Reference numeral 23 is a strain detecting element formed by implanting impurities of a predetermined concentration on the diaphragm of the silicon film 20c. Reference numeral 24 is a partition wall layer made of polysilicon laminated except the diaphragm portion, and 25 is a plate body made of Pyrex glass bonded on the partition wall layer, and a cavity 26 is formed between the plate body 25 and the diaphragm 22. The cavity 26 serves as a vacuum chamber. The diaphragm 22 and the strain detecting element 23 are arranged symmetrically with respect to the partition layer 24, and the output from each strain detecting element 23 is outside the partition layer (shown by A) by a well-known wiring method in which impurities are highly concentrated. Part).
【0008】次に本発明の半導体圧力センサの製造方法
について図3の概略工程を用いて説明する。 工程1(a図参照)) SOI基板の表面のSi層20Cに所望の位置に所定の
距離を隔てて歪み検出素子23を形成し,同時に不純物
を高濃度にドープして出力取出しのための配線(図では
省略)も行う(図では長方形を示すが必ずしもこの形状
に限定するものではない,また,配線と歪み検出素子の
形成順序はいずれが先でもよい。Next, a method of manufacturing the semiconductor pressure sensor of the present invention will be described with reference to the schematic steps of FIG. Step 1 (see FIG. A)) A strain detecting element 23 is formed at a desired position at a predetermined distance on the Si layer 20C on the surface of the SOI substrate, and at the same time, impurities are doped in a high concentration to obtain a wiring for extracting an output (Omitted in the figure) (shown as a rectangle in the figure, but the shape is not limited to this. Further, the wiring and the strain detection element may be formed in any order.
【0009】次に基板の裏面の異方性エッチングを行っ
て穴21を形成してダイアフラム22を形成する。この
エッチングは歪み検出素子23がダイアフラム上に位置
し,かつ,中心軸Bに対して対称となる位置になるよう
に行う。 工程2(b図参照…イは平面図,ロは断面図である) 次にダイアフラム21の上部を除いてCVD装置等によ
りポリシリコンを積層し隔壁層24を形成する。この隔
壁層24も中心軸Bに対して対称となる位置に形成す
る。Next, the back surface of the substrate is anisotropically etched to form holes 21 and form diaphragms 22. This etching is performed so that the strain detecting element 23 is located on the diaphragm and symmetrical with respect to the central axis B. Step 2 (see FIG. B ... A is a plan view and B is a cross-sectional view) Next, except for the upper part of the diaphragm 21, polysilicon is laminated by a CVD apparatus or the like to form a partition layer 24. The partition layer 24 is also formed at a position symmetrical with respect to the central axis B.
【0010】工程3(c図参照) 次に基板20aを真空中に配置し,隔壁層24の上にパ
イレックスガラスからなる板体25を密着させ,陽極接
合により接合する。このことにより隔壁24のダイアフ
ラム22の上部は板体25により閉塞されて空洞26は
真空室となる。Step 3 (see FIG. 3c) Next, the substrate 20a is placed in a vacuum, and a plate body 25 made of Pyrex glass is brought into close contact with the partition wall layer 24 and joined by anodic bonding. As a result, the upper portion of the diaphragm 22 of the partition wall 24 is closed by the plate body 25, and the cavity 26 becomes a vacuum chamber.
【0011】図1は図2のセンサ部分30を取り付け部
材27に固定した状態を示すもので,隔壁部材31はセ
ンサ部分30のダイアフラム22および歪み検出素子2
3に対して対称の位置を支持して気密に固定される。3
3は歪み検出素子からの電気信号を外部に取り出すため
のリード線,28は取り付け部材27を測定対象に固定
するための取付ねじである。FIG. 1 shows a state in which the sensor portion 30 of FIG. 2 is fixed to the mounting member 27, and the partition member 31 is a diaphragm 22 of the sensor portion 30 and the strain detecting element 2.
It is fixed in an airtight manner by supporting a position symmetrical with respect to 3. Three
Reference numeral 3 is a lead wire for taking out an electric signal from the strain detecting element to the outside, and 28 is a mounting screw for fixing the mounting member 27 to the measurement target.
【0012】上記の構成において,取付ねじ28により
図示しない測定対象側に固定し,ダイアフラム22aを
プロセス側に,22bを大気圧側に配置する。上記の構
成によれば,ゲージ圧はプロセス側に配置した検出素子
の出力と大気中に配置した検出素子の出力の差を演算し
て求め,絶対圧を測定する場合は,プロセス側に配置し
た検出素子の出力により求めることができる。In the above configuration, the diaphragm 22a is fixed to the process side and the diaphragm 22b is arranged to the atmospheric pressure side by fixing it to the measuring object side (not shown) by the mounting screw 28. According to the above configuration, the gauge pressure is obtained by calculating the difference between the output of the detection element placed on the process side and the output of the detection element placed in the atmosphere, and when measuring the absolute pressure, it is placed on the process side. It can be determined by the output of the detection element.
【0013】そして本発明では封液を用いておらず,歪
み検出素子をSOI基板上に形成しているので−80〜
300℃程度で使用可能である。また,2つのダイアフ
ラムは隔壁層24および隔壁部材31に対して対称に形
成されているので,固定歪みや熱歪みは両方の検出素子
に同様に作用する。その結果歪みによる誤差をキャンセ
ルすることができ精度の向上をはかることができる。Further, in the present invention, since the sealing liquid is not used and the strain detecting element is formed on the SOI substrate, -80 to
It can be used at about 300 ° C. Further, since the two diaphragms are formed symmetrically with respect to the partition layer 24 and the partition member 31, fixed strain and thermal strain act on both detection elements in the same manner. As a result, the error due to the distortion can be canceled and the accuracy can be improved.
【0014】[0014]
【発明の効果】本発明の圧力センサによれば,封入液を
用いておらずpn接合による絶縁も用いていないので−
80〜300℃程度の広い範囲にわたって使用可能であ
り,また,2つのダイアフラムは隔壁層および隔壁部材
に対して対称に形成されているので,精度の高い半導体
センサを実現することができる。According to the pressure sensor of the present invention, since the enclosed liquid is not used and the insulation by the pn junction is also not used,
It can be used over a wide range of about 80 to 300 ° C., and since the two diaphragms are formed symmetrically with respect to the partition layer and the partition member, a highly accurate semiconductor sensor can be realized.
【図1】本発明の半導体圧力センサの一実施例を示す断
面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor pressure sensor of the present invention.
【図2】センサ部分の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a sensor portion.
【図3】本発明の半導体圧力センサの製作工程を示す概
略工程図である。FIG. 3 is a schematic process drawing showing a manufacturing process of the semiconductor pressure sensor of the present invention.
【図4】従来例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional example.
20 SOI基板 21 凹部 22 ダイアフラム 23 歪み検出素子 24 隔壁層 25 板体 26 空洞 27 取付部材 28 取付ねじ 30 センサ部分 31 隔壁部材 33 リード線 20 SOI Substrate 21 Recess 22 Diaphragm 23 Strain Detection Element 24 Partition Layer 25 Plate 26 Cavity 27 Mounting Member 28 Mounting Screw 30 Sensor Part 31 Partition Member 33 Lead Wire
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 良孝 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshitaka Suzuki 2-9-32 Nakamachi, Musashino City, Tokyo Yokogawa Electric Co., Ltd.
Claims (1)
れた2つのダイアフラムと,該ダイアフラム上に形成さ
れた歪み検出素子と,前記2つのダイアフラムの上部に
形成された空洞と,前記2つのダイアフラムの中間を仕
切る隔壁部材からなり,前記空洞を真空にするとともに
前記ダイアフラムの一方をプロセス側に,他方のダイア
フラムを大気中に配置したことを特徴とする半導体圧力
センサ。1. A two-diaphragm formed at a predetermined distance on an SOI substrate, a strain sensing element formed on the diaphragm, a cavity formed above the two diaphragms, and the two diaphragms. A semiconductor pressure sensor comprising a partition member partitioning the middle of the diaphragm, wherein the cavity is evacuated and one of the diaphragms is arranged on the process side and the other diaphragm is arranged in the atmosphere.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7739492A JPH05281067A (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Semiconductor pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7739492A JPH05281067A (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Semiconductor pressure sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05281067A true JPH05281067A (en) | 1993-10-29 |
Family
ID=13632679
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP7739492A Pending JPH05281067A (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Semiconductor pressure sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH05281067A (en) |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP7739492A patent/JPH05281067A/en active Pending
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