JP2015045513A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力媒体が直接接触する半導体圧力センサに関する。 The present invention relates to a semiconductor pressure sensor in direct contact with a pressure medium.
従来より、圧力媒体が直接接触する環境で使用されるセンサデバイスが、例えば特許文献１で提案されている。センサデバイスは、一方の基板と他方の基板とが接合されて構成されている。また、他方の基板は、局所的に肉厚の薄くなったダイヤフラムを有し、ダイヤフラムに形成された圧電素子を有している。 Conventionally, for example, Patent Document 1 has proposed a sensor device used in an environment in which a pressure medium is in direct contact. The sensor device is configured by bonding one substrate and the other substrate. The other substrate has a locally thinned diaphragm, and has a piezoelectric element formed on the diaphragm.
圧電素子は例えばｎ型の基板にイオン注入されたｐ＋型のゲージ領域として構成され、４つのゲージ抵抗がホイートストンブリッジ回路を構成するように形成されている。さらに、一方の基板は、ダイヤフラムに対応する部分に圧電素子を気密封止するための凹部を有している。そして、各基板が接合されることで圧電素子が各基板で囲まれた空間に封止されている。 The piezoelectric element is configured, for example, as a p + type gauge region ion-implanted into an n-type substrate, and four gauge resistors are formed to constitute a Wheatstone bridge circuit. Further, one substrate has a recess for hermetically sealing the piezoelectric element at a portion corresponding to the diaphragm. Each substrate is bonded to seal the piezoelectric element in a space surrounded by each substrate.
しかしながら、上記従来の技術では、ゲージ領域が形成された基板に圧力媒体が直接晒される構造になっているので、圧力媒体が電位を持った場合に、圧力媒体の電位がホイートストンブリッジ回路の上端の電位よりも低くなる可能性がある。このため、圧力媒体が他方の基板に接触すると圧力媒体からゲージ領域（ｐ＋型）から他方の基板（ｎ型）を介して圧力媒体に電流が流れてしまう。これにより、圧力検出精度が悪化するという問題があった。 However, in the above conventional technique, since the pressure medium is directly exposed to the substrate on which the gauge region is formed, when the pressure medium has a potential, the potential of the pressure medium is at the upper end of the Wheatstone bridge circuit. It can be lower than the potential. For this reason, when the pressure medium contacts the other substrate, a current flows from the pressure medium to the pressure medium from the gauge region (p + type) through the other substrate (n type). Thereby, there existed a problem that pressure detection accuracy deteriorated.
本発明は上記点に鑑み、圧力媒体が直接接触する半導体圧力センサにおいて、圧力媒体が電位を持った場合でも圧力媒体の電位が圧力検出精度に影響しないようにすることを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to prevent a potential of a pressure medium from affecting the accuracy of pressure detection in a semiconductor pressure sensor in direct contact with the pressure medium even when the pressure medium has a potential.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１導電層（１２）と、第１導電層（１２）の上に形成された第１絶縁層（１３）と、第１絶縁層（１３）の上に形成されると共に圧力媒体の圧力を検出する圧力センシング部（１６）と圧力センシング部（１６）を一周して囲む周辺部（１７）とが形成された第２導電層（１４）と、が積層された第１ＳＯＩ基板（１５）で構成されたセンサ部（１０）を備えている。また、周辺部（１７）に接合されることでセンサ部（１０）との間に構成された圧力基準室（３８）に圧力センシング部（１６）を封止したキャップ部（１１）を備えている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first conductive layer (12), the first insulating layer (13) formed on the first conductive layer (12), and the first insulation A second conductive layer formed on the layer (13) and having a pressure sensing part (16) for detecting the pressure of the pressure medium and a peripheral part (17) surrounding the pressure sensing part (16). (14) and a first SOI substrate (15) on which the sensor unit (10) is provided. Moreover, the cap part (11) which sealed the pressure sensing part (16) in the pressure reference chamber (38) comprised between the sensor part (10) by being joined to a peripheral part (17) is provided. Yes.
第１導電層（１２）は、圧力センシング部（１６）に対応した部分のうち第１絶縁層（１３）とは反対側に形成された溝部（２９）を有すると共に、当該溝部（２９）によって当該第１導電層（１２）の厚みが薄くされたダイヤフラム（３０）を有している。 The first conductive layer (12) has a groove (29) formed on the side opposite to the first insulating layer (13) in the portion corresponding to the pressure sensing portion (16), and the groove (29) The first conductive layer (12) has a diaphragm (30) with a reduced thickness.
圧力センシング部（１６）は、第１絶縁層（１３）から離間した第１可動電極（２２）を有する第１可動部（１９）と、第１可動電極（２２）に対向すると共に第１絶縁層（１３）を介してダイヤフラム（３０）に固定された第１固定電極（２４）を有する第１固定部（２０）と、を有し、ダイヤフラム（３０）が圧力媒体の圧力によってたわむことで第１可動電極（２２）と第１固定電極（２４）との間の静電容量の変化に基づいて圧力が検出されるようになっている。 The pressure sensing part (16) has a first movable part (19) having a first movable electrode (22) spaced from the first insulating layer (13), and is opposed to the first movable electrode (22) and has a first insulation. A first fixing portion (20) having a first fixed electrode (24) fixed to the diaphragm (30) through the layer (13), and the diaphragm (30) is bent by the pressure of the pressure medium. Pressure is detected based on a change in capacitance between the first movable electrode (22) and the first fixed electrode (24).
さらに、第１固定電極（２４）のうち第１可動電極（２２）に対する対向面からこの対向面に反対側との面までの幅が、第１可動電極（２２）のうち第１固定電極（２４）に対する対向面からこの対向面に反対側の面までの幅よりも大きいことを特徴とする。 Furthermore, the width from the surface facing the first movable electrode (22) of the first fixed electrode (24) to the surface opposite to the facing surface is the first fixed electrode (22) of the first movable electrode (22). The width from the facing surface to 24) is larger than the width from the facing surface to the opposite surface.
これによると、第１可動電極（２２）及び第１固定電極（２４）が第１導電層（１２）、周辺部（１７）、及びキャップ部（１１）から離間していると共に絶縁されている。このため、第１導電層（１２）、周辺部（１７）、及びキャップ部（１１）に電位を持った圧力媒体が接触したとしても圧力センシング部（１６）の圧力検出の精度が低下することはない。したがって、圧力媒体の電位が圧力検出精度に影響しないようにすることができる。 According to this, the first movable electrode (22) and the first fixed electrode (24) are separated from the first conductive layer (12), the peripheral portion (17), and the cap portion (11) and are insulated. . For this reason, even if a pressure medium having a potential contacts the first conductive layer (12), the peripheral portion (17), and the cap portion (11), the pressure detection accuracy of the pressure sensing portion (16) is reduced. There is no. Therefore, the potential of the pressure medium can be prevented from affecting the pressure detection accuracy.
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る半導圧力センサは、静電容量式によって圧力を検出するように構成されたものである。具体的には、図１及び図２に示されるように、半導体圧力センサはセンサ部１０とキャップ部１１とが積層されて構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconducting pressure sensor according to the present embodiment is configured to detect pressure by a capacitance type. Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor pressure sensor is configured by stacking a
まず、センサ部１０について説明する。センサ部１０は、物理量として圧力を検出するものである。図２に示されるように、センサ部１０は、第１導電層１２と、第１導電層１２の上に形成された第１絶縁層１３と、第１絶縁層１３の上に形成された第２導電層１４と、が積層された第１ＳＯＩ基板１５により構成されている。第１導電層１２及び第２導電層１４は、例えばＮ型の単結晶シリコンで形成されている。また、第１絶縁層１３は、例えばＳｉＯ2で形成されている。
First, the
第１ＳＯＩ基板１５のうちの第１絶縁層１３は、第１導電層１２と第２導電層１４との間に一定の間隔を形成するためのものである。また、図１に示されるように、第２導電層１４は、圧力センシング部１６と、周辺部１７と、第１中央部１８と、を有している。
The first
圧力センシング部１６は、圧力媒体の圧力を検出する部分であり、第１可動部１９と第１固定部２０とを有している。第１可動部１９は、第１可動配線部２１と第１可動電極２２とを有して構成されている。
The
第１可動配線部２１は、第１可動電極２２と外部とを電気的に接続するための配線として機能する部分であり、直線状に形成された部分である。第１可動配線部２１は、下部に残された第１絶縁層１３によって第１導電層１２に固定されている。第１可動配線部２１の一端側が外部と電気的に接続される接続部となる。
The 1st
第１可動電極２２は、第２導電層１４の面方向において、第１可動配線部２１の他端側から第１可動配線部２１の延設方向に対して垂直な方向に延設され、複数本が櫛歯状に設けられている。第１可動電極２２の各々は一定間隔で配置されており、各第１可動電極２２の幅、長さも一定とされている。そして、第１可動電極２２は、下部に第１絶縁層１３が残されておらず、第１絶縁層１３から離間している。
The first
一方、第１固定部２０は、第１固定配線部２３と第１固定電極２４とを有して構成されている。これら第１固定配線部２３及び第１固定電極２４は、それぞれ第１絶縁層１３の一部を介して第１導電層１２に固定されている。第１固定配線部２３は、第１固定電極２４と外部とを電気的に接続するための配線として機能する部分であり、直線状に形成された部分である。第１固定配線部２３の一端側が外部と電気的に接続される接続部となる。
On the other hand, the first fixed
また、第１固定電極２４は、第１固定配線部２３の他端側から第１可動配線部２１の延設方向に対して垂直な方向に延設され、複数本が櫛歯状に設けられている。第１固定電極２４の各々は一定間隔で配置されており、各第１固定電極２４の幅、長さも一定とされている。
The first
そして、第１固定電極２４が第１可動電極２２に対向するように配置され、第１固定電極２４と第１可動電極２２との間にコンデンサが構成されている。つまり、第１可動部１９及び第１固定部２０は、第１可動電極２２と第１固定電極２４との間に形成される静電容量の変化に基づいて圧力を検出するように構成されている。
The first
さらに、第２導電層１４の面方向において、第１固定配線部２３の延設方向における第１固定電極２４の幅が、第１可動配線部２１の延設方向における第１可動電極２２の幅よりも大きくなっている。具体的には、第１固定電極２４のうち第１可動電極２２に対する対向面２５からこの対向面２５に反対側との反対面２６までの幅が、第１可動電極２２のうち第１固定電極２４に対する対向面２７からこの対向面２７に反対側の反対面２８までの幅よりも大きくなっている。これは、第１可動電極２２の下部の第１絶縁層１３を除去しても、第１固定電極２４の下部に第１絶縁層１３を残すためである。
Furthermore, in the surface direction of the second
周辺部１７は、第２導電層１４のうち第１可動部１９及び第１固定部２０の周囲に配置された部分である。周辺部１７は、圧力センシング部１６を一周して囲んでいる。周辺部１７は、第１絶縁層１３まで貫通するトレンチによって第１可動部１９及び第１固定部２０から絶縁分離されている。
The
第１中央部１８は、第１可動部１９と第１固定部２０との間に配置された部分である。第１中央部１８は、第１可動部１９及び第１固定部２０から離間するように形成されている。
The first
第１導電層１２は、圧力センシング部１６に対応した部分のうち第１絶縁層１３とは反対側に形成された溝部２９を有している。溝部２９は、第１導電層１２の一部の厚みが薄くされたダイヤフラム３０を構成している。上述のように、圧力センシング部１６には第１固定電極２４が設けられているので、第１固定電極２４は第１絶縁層１３を介してダイヤフラム３０に固定されていると言える。このダイヤフラム３０に圧力媒体が直接接触する。
The first
次に、キャップ部１１について説明する。キャップ部１１は、圧力センシング部１６への水や異物の混入等を防止するものである。また、キャップ部１１は、センサ部１０との間に密閉した空間を形成する役割も果たす。
Next, the
このようなキャップ部１１はシリコン基板３１と熱酸化膜３２とを有して構成されている。シリコン基板３１は、当該シリコン基板３１のうちセンサ部１０の圧力センシング部１６と対向する位置に窪み部３３を有している。この窪み部３３は、キャップ部１１がセンサ部１０に貼り合わされたときに、圧力センシング部１６がキャップ部１１に接触しないようにするための部分である。
Such a
熱酸化膜３２は、シリコン基板３１においてセンサ部１０側のうち窪み部３３を除いた部分に形成されている。この熱酸化膜３２はセンサ部１０とシリコン基板３１とを絶縁する役割を果たす。熱酸化膜３２は、シリコン基板３１のうちセンサ部１０側の面が熱処理されて形成されたＳｉＯ2膜である。なお、熱酸化膜３２は窪み部３３の表面に形成されていても良い。
The
また、キャップ部１１は、当該キャップ部１１をセンサ部１０とキャップ部１１との積層方向に貫通する貫通電極部３４を有している。貫通電極部３４は、シリコン基板３１及び熱酸化膜３２を貫通する孔部３５と、この孔部３５の壁面及びシリコン基板３１のうちセンサ部１０とは反対側に形成された絶縁膜３６と、孔部３５の絶縁膜３６の上に形成された貫通電極３７と、により構成されている。
The
貫通電極３７の一端は第２導電層１４に接触しており、他端はパッド状にパターニングされている。絶縁膜３６としては例えば酸化シリコン層ＳｉＯ2（ＰＥ−ＳｉＯ2）等の絶縁材料が採用され、貫通電極３７としては例えばＡｌ等の金属材料が採用される。
One end of the through
貫通電極部３４は、第１可動部１９及び第１固定部２０にそれぞれ対応して形成されている。したがって、第１可動部１９に対応した貫通電極３７は第１可動配線部２１に電気的に接続され、第１固定部２０に対応した貫通電極３７は第１固定配線部２３に電気的に接続されている。
The through
また、キャップ部１１は、シリコン基板３１のうち熱酸化膜３２とは反対側の面において、当該面の一部、絶縁膜３６、及び貫通電極３７の一部を覆う図示しない窒化膜を有している。この窒化膜は貫通電極３７の一部が露出する図示しない開口部を有している。したがって、貫通電極３７は、窒化膜の開口部から露出する部分が外部と電気的に接続される。
The
そして、上記のキャップ部１１とセンサ部１０とが貼り合わされて一体化されている。本実施形態では、キャップ部１１の熱酸化膜３２とセンサ部１０の第２導電層１４の表面とが直接接合により接合されている。これにより、圧力センシング部１６は、センサ部１０とキャップ部１１との間に構成された圧力基準室３８に気密封止されている。
And the said
本実施形態では、圧力基準室３８は真空になっている。これにより、圧力基準室３８にはガス等が残されていないので、ガス等の熱膨張等が圧力検出の誤差要因にならないようにすることができる。以上が、本実施形態に係る半導体圧力センサの全体構成である。
In the present embodiment, the
当該半導体圧力センサにおいて圧力は以下のように検出される。まず、ダイヤフラム３０が圧力媒体の圧力を受けるとダイヤフラム３０がたわみ、第１固定電極２４が圧力印加方向に移動する。すなわち、ダイヤフラム３０に第１絶縁層１３を介して固定された第１固定電極２４が第１可動電極２２に対してセンサ部１０とキャップ部１１との積層方向に移動する。このため、第１可動電極２２と第１固定電極２４との対向面積が変化するので、第１可動電極２２と第１固定電極２４とで構成されるコンデンサの容量値が変化する。この静電容量の変化を検出することでダイヤフラム３０が受ける圧力が得られるようになっている。
In the semiconductor pressure sensor, the pressure is detected as follows. First, when the
なお、上記のようにダイヤフラム３０がたわむと第１固定電極２４がダイヤフラム３０と共に動く。したがって、「固定」とはダイヤフラム３０に対する固定である。また、第１可動電極２２は第１絶縁層１３を介してダイヤフラム３０に固定されていないので、ダイヤフラム３０に対して可動であると言える。もちろん、第１可動電極２２は第１固定電極２４に対しても可動である。
When the
さらに、２つの貫通電極３７は、図示しないＣ／Ｖ変換回路部に接続されている。Ｃ／Ｖ変換回路部は、静電容量の変化を電圧に変換する機能を有し、図示しないオペアンプやＣＶ変換用コンデンサ等により構成されている。このＣ／Ｖ変換回路部によって電圧に変換された信号が静電容量の変化を示す検出信号として利用される。
Further, the two through
次に、本実施形態に係る半導体圧力センサの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。図３に示されるように、キャップ部１１とセンサ部１０とを別々に形成した後、キャップ部１１とセンサ部１０とを接合し、貫通電極３７等を形成していく。以下、図３の製造工程に従って半導体圧力センサを製造する方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor pressure sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, after the
まず、キャップ部１１側の製造について説明する。このため、ウェハ状のシリコン基板３１を用意する。すなわちＳｉウェハを用意する（Ｓｉウェハ）。このＳｉウェハに多数のキャップ部１１を形成することになる。そして、図４（ａ）に示されるように、シリコン基板３１のうちセンサ部１０側を熱酸化することによりＳｉＯ2の熱酸化膜３２を形成する（熱酸化）。
First, manufacturing on the
また、図４（ｂ）に示されるように、シリコン基板３１及び熱酸化膜３２のうち圧力センシング部１６に対応する部分に窪み部３３を形成する（窪み部形成）。具体的には、熱酸化膜３２の上に図示しないマスクを形成すると共にマスクのうち圧力センシング部１６を開口し、マスクから露出した部分をエッチングすることで窪み部３３を形成する。
Further, as shown in FIG. 4B, a
次に、センサ部１０側の製造について説明する。なお、センサ部１０側の製造は、キャップ部１１側の製造の後に行う必要はなく、キャップ部１１側の製造の前に行っても良いし、両者の製造を平行して行っても良い。
Next, manufacturing on the
まず、活性層である第１導電層１２と第２導電層１４とで第１絶縁層１３を挟み込んだＳＯＩウェハすなわちウェハ状の第１ＳＯＩ基板１５を用意する（ＳＯＩウェハ）。このウェハ状の第１ＳＯＩ基板１５に多数のセンサ部１０を形成することになる。ウェハ状の第１ＳＯＩ基板１５のサイズは、ウェハ状のシリコン基板３１と同じである。
First, an SOI wafer in which the first insulating
続いて、図５（ａ）に示されるように、第２導電層１４の上に図示しないマスクを形成してパターニングし、ＴＭＡＨ等のＳｉエッチング液で第２導電層１４をウェットエッチングする。これにより、第２導電層１４に第１可動部１９、第１固定部２０、周辺部１７、及び第１中央部１８を形成する（パターン形成）。このとき、上述のように、第１固定電極２４のうち対向面２５から反対面２６までの幅が、第１可動電極２２のうち対向面２７から反対面２８までの幅よりも大きくなるように、第１可動電極２２及び第１固定電極２４をパターニングする。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, a mask (not shown) is formed and patterned on the second
さらに、図５（ｂ）に示されるように、第１絶縁層１３をエッチングする（第１絶縁層エッチング）。これにより、第１可動電極２２の下部の第１絶縁層１３を除去する。一方、第１固定電極２４の幅は第１可動電極２２よりも広いので、第１固定電極２４の下部の第１絶縁層１３は完全にエッチングされずに残る。このようにして圧力センシング部１６を形成する。この後、第２導電層１４からマスクを除去する。
Further, as shown in FIG. 5B, the first insulating
続いて、図６（ａ）に示されるように、上記の各工程を経て得られたキャップ部１１側のウェハとセンサ部１０側のウェハとを貼り合わせる（ウェハ接合）。具体的には、センサ部１０側が多数形成されたウェハ状の第１ＳＯＩ基板１５と、キャップ部１１側が多数形成されたウェハ状のシリコン基板３１とを図示しない真空装置内に配置する。そして、第１ＳＯＩ基板１５のうち第２導電層１４の表面及びキャップ部１１の熱酸化膜３２の表面にＡｒイオンビームを照射する。これにより、第２導電層１４の表面のＳｉと熱酸化膜３２の表面のＳｉをそれぞれ活性化させる。なお、活性化の手法については、Ａｒイオンビームの照射の他に、大気中または真空中でプラズマ処理を行うことによっても可能である。
Subsequently, as shown in FIG. 6A, the
そして、真空装置内にて、ウェハ状の第１ＳＯＩ基板１５及びウェハ状のシリコン基板３１の各対向面に設けられたアライメントマークを用いて赤外顕微鏡によりアライメントを行い、室温〜５５０℃の低温で両ウェハをいわゆる直接接合により接合する。これにより、積層ウェハ３９を形成する。また、積層ウェハ３９において、第１ＳＯＩ基板１５とキャップ部１１との間に圧力基準室３８を形成する。各ウェハを真空中で接合したので、圧力基準室３８は真空室となる。
Then, alignment is performed by an infrared microscope using alignment marks provided on the opposing surfaces of the wafer-like
次に、図６（ｂ）に示されるように、キャップ部１１に貫通電極部３４を形成する。具体的には、キャップ部１１側のウェハにおいてシリコン基板３１のうち熱酸化膜３２とは反対側の面を研削・研磨することによりシリコン基板３１を所望の厚さまで薄くする（上面研削・研磨）。そして、ドライエッチング等によりシリコン基板３１及び熱酸化膜３２のうち第１可動配線部２１及び第１固定配線部２３に対応する位置に、第１可動配線部２１及び第１固定配線部２３に達する孔部３５を形成する（貫通電極エッチング）。
Next, as shown in FIG. 6B, the through
また、孔部３５の壁面に酸化シリコン層ＳｉＯ2（ＰＥ−ＳｉＯ2）等の絶縁膜３６を成膜する（ＰＥ−ＳｉＯ2成膜）。そして、孔部３５の底部に形成された絶縁膜３６を除去し、第１可動配線部２１及び第１固定配線部２３を露出させる（コンタクトエッチング）。続いて、孔部３５にスパッタ法や蒸着法等によりＡｌの金属材料を埋め込み、貫通電極３７を形成する（Ａｌ成膜）。さらに、貫通電極３７の他端側をパッド状にパターニングする（Ａｌパターニング）。
Further, an insulating
この後、シリコン基板３１のうち熱酸化膜３２とは反対側の面に、当該面の一部、絶縁膜３６、及び貫通電極３７を覆う図示しない窒化膜を形成する（ＳｉＮ成膜）。また、貫通電極３７の一部が露出するように当該窒化膜をパターニングする（ＳｉＮパターニング）。すなわち、パッド部を形成する。
Thereafter, a nitride film (not shown) that covers a part of the surface, the insulating
また、第１ＳＯＩ基板１５の第１導電層１２のうち第１絶縁層１３に接する面とは反対側を研削・研磨して薄膜化する（下面研削・研磨）。そして、薄膜化した第１導電層１２に対して圧力センシング部１６に対応する部分が開口したマスクを形成し、このマスクを用いて第１導電層１２をエッチングすることにより第１導電層１２に溝部２９を形成する（ダイヤフラムエッチング）。これにより、第１導電層１２の一部が肉薄状となったダイヤフラム３０となる。最後に、積層ウェハ３９を半導体圧力センサ毎にダイシングカットする。こうして、半導体圧力センサが完成する。
Further, the side of the first
以上説明したように、本実施形態では、第１可動電極２２及び第１固定電極２４が第１導電層１２、周辺部１７、及びキャップ部１１から離間していると共に絶縁分離された構造になっている。このため、ダイヤフラム３０が形成された第１導電層１２に電位を持った圧力媒体が接触したとしても、圧力センシング部１６の圧力検出精度に影響を及ぼすことはない。また、周辺部１７やキャップ部１１に電位を持った圧力媒体が接触した場合も同様である。したがって、電位を持った圧力媒体によって圧力センシング部１６の圧力検出の精度が低下しないようにすることができる。
As described above, in the present embodiment, the first
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、本実施形態では、センサ部１０は、第２ＳＯＩ基板４０と、第２ＳＯＩ基板４０の上に形成された第１絶縁層１３と、第１絶縁層１３の上に形成された第２導電層１４と、が積層された基板に形成されている。これは、いわゆる２重ＳＯＩ基板である。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the
第２ＳＯＩ基板４０は、第１実施形態に係る第１導電層１２に対応する部分である。第２ＳＯＩ基板４０は、第３導電層４１と、第２絶縁層４２と、第４導電層４３と、が積層されて構成されている。第３導電層４１は、第１絶縁層１３のうち第２導電層１４とは反対側に位置する層である。第２絶縁層４２は、第３導電層４１のうち第１絶縁層１３とは反対側に位置する層である。さらに、第４導電層４３は、第２絶縁層４２のうち第３導電層４１とは反対側に位置する層である。
The
このような構成において、溝部２９は、第４導電層４３のうち圧力センシング部１６に対応した部分に第２絶縁層４２が露出するように形成されている。したがって、ダイヤフラム３０は、第３導電層４１及び第２絶縁層４２のうち当該溝部２９に対応した部分によって構成されている。
In such a configuration, the
以上のように、センサ部１０を２重ＳＯＩ基板で構成することで、ダイヤフラム３０の厚みを第３導電層４１及び第２絶縁層４２の厚みによって制御することができる。このため、ダイヤフラム３０の厚みの精度を向上させることができる。
As described above, by configuring the
（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図８に示されるように、本実施形態では、半導体圧力センサは、圧力センシング部１６の他に、Ｃ／Ｖ変換回路部４４と、ローパスフィルタ回路部４５と、ハイパスフィルタ回路部４６と、を有している。このうち、Ｃ／Ｖ変換回路部４４は、圧力センシング部１６が検出した静電容量の変化を電圧に変換し、静電容量の変化を示す検出信号として出力する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 8, in this embodiment, the semiconductor pressure sensor includes a C / V
ローパスフィルタ回路部４５は、Ｃ／Ｖ変換回路部４４から検出信号を入力すると共に、当該検出信号に含まれる低周波成分を取得するように構成されている。ローパスフィルタ回路部４５は、当該低周波成分を、圧力を示す圧力信号として出力する。圧力信号に含まれる圧力のデータは圧力信号処理回路４７で利用される。
The low-pass
ハイパスフィルタ回路部４６は、Ｃ／Ｖ変換回路部４４から検出信号を入力すると共に、当該検出信号に含まれる高周波成分を取得するように構成されている。ハイパスフィルタ回路部４６は、当該高周波成分を、加速度を示す加速度信号として出力する。加速度信号に含まれる加速度のデータは加速度信号処理回路４８で利用される。
The high-pass
なお、本実施形態では、Ｃ／Ｖ変換回路部４４、ローパスフィルタ回路部４５、及びハイパスフィルタ回路部４６は、圧力センシング部１６が形成されたセンサ部１０とは別の半導体チップに形成されている。
In the present embodiment, the C / V
上記の構成によると、検出信号のうち圧力検出で必要領域は低周波成分であり、加速度検出で必要領域は高周波数成分であるので、圧力センシング部１６で取得された検出信号から圧力の成分と加速度の成分との両方を取得することができる。
According to the above configuration, the necessary region for detection of pressure is a low-frequency component and the necessary region for detection of acceleration is a high-frequency component. Therefore, the pressure component from the detection signal acquired by the
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、圧力センシング部１６及びＣ／Ｖ変換回路部４４が特許請求の範囲の「圧力センシング部」に対応する。
Regarding the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the claims, the
（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図９に示されるように、本実施形態では、第２導電層１４は、圧力センシング部１６だけでなく、加速度を検出する加速度センシング部４９を有している。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 9, in the present embodiment, the second
加速度センシング部４９は、第２可動配線部５０及び第２可動電極５１を有する第２可動部５２と、第２固定配線部５３と第２固定電極５４を有する第２固定部５５と、を備えて構成されている。第２可動部５２及び第２固定部５５の構成は、圧力センシング部１６と同じである。第２可動配線部５０及び第２可動電極５１は、圧力センシング部１６の第１可動配線部２１及び第１可動電極２２にそれぞれ対応している。また、第２固定配線部５３及び第２固定電極５４は、圧力センシング部１６の第１固定配線部２３及び第１固定電極２４にそれぞれ対応している。なお、第２可動部５２と第２固定部５５との間には第２中央部５６が配置されている。
The
そして、周辺部１７は、圧力センシング部１６及び加速度センシング部４９の周囲にこれらを囲むように形成されている。本実施形態では、周辺部１７は圧力センシング部１６と加速度センシング部４９との間にも形成されている。したがって、本実施形態では、加速度センシング部４９は、センサ部１０とキャップ部１１との間に構成された気密室５７に封止されている。気密室５７は圧力基準室３８と同様に真空になっている。
The
上記の構成によると、加速度センシング部４９は、第２可動電極５１が加速度を受けて第２固定電極５４に対して変位することで第２可動電極５１と第２固定電極５４との間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出することができる。したがって、半導体圧力センサにおいて、圧力検出だけでなく加速度検出も行うことができる。
According to the above configuration, the
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された半導体圧力センサの構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、第１可動部１９及び第１固定部２０の平面レイアウトは一例であり、他の平面レイアウトでも良い。第２可動部５２及び第２固定部５５についても同様である。
(Other embodiments)
The configuration of the semiconductor pressure sensor shown in each of the above embodiments is an example, and the present invention is not limited to the configuration shown above, and other configurations that can realize the present invention can be used. For example, the planar layout of the first
また、圧力基準室３８は真空ではなく大気で満たされていても良い。これによると、大気のダンパー効果によって耐振性を向上させることができる。加速度センシング部４９を封止した気密室５７についても同様である。
Further, the
第２実施形態で示された２重ＳＯＩ基板の構成は、第３実施形態及び第４実施形態で示された半導体圧力センサに適用しても良い。 The configuration of the double SOI substrate shown in the second embodiment may be applied to the semiconductor pressure sensor shown in the third embodiment and the fourth embodiment.
第４実施形態では、圧力基準室３８と気密室５７とは別々の部屋になっていたが、圧力センシング部１６と加速度センシング部４９との間に周辺部１７が設けられていないことで圧力基準室３８と気密室５７とが一体の部屋になっていても良い。すなわち、圧力基準室３８は圧力センシング部１６と加速度センシング部４９との両方が封止される部屋になっていても良い。さらに、第４実施形態において、第１中央部１８に加速度センシング部４９の構造が形成されていても良い。
In the fourth embodiment, the
１０ センサ部
１１ キャップ部
１２ 第１導電層
１３ 第１絶縁層
１４ 第２導電層
１６ 圧力センシング部
１７ 周辺部
２２ 第１可動電極
２４ 第１固定電極
３０ ダイヤフラム
３８ 圧力基準室
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記周辺部（１７）に接合されることで前記センサ部（１０）との間に構成された圧力基準室（３８）に前記圧力センシング部（１６）を封止したキャップ部（１１）と、
を備え、
前記第１導電層（１２）は、前記圧力センシング部（１６）に対応した部分のうち前記第１絶縁層（１３）とは反対側に形成された溝部（２９）を有すると共に、当該溝部（２９）によって当該第１導電層（１２）の厚みが薄くされたダイヤフラム（３０）を有し、
前記圧力センシング部（１６）は、前記第１絶縁層（１３）から離間した第１可動電極（２２）を有する第１可動部（１９）と、前記第１可動電極（２２）に対向すると共に前記第１絶縁層（１３）を介して前記ダイヤフラム（３０）に固定された第１固定電極（２４）を有する第１固定部（２０）と、を有し、前記ダイヤフラム（３０）が前記圧力媒体の圧力によってたわむことで前記第１可動電極（２２）と前記第１固定電極（２４）との間の静電容量の変化に基づいて圧力を検出するようになっており、
さらに、前記第１固定電極（２４）のうち前記第１可動電極（２２）に対する対向面（２５）からこの対向面（２５）に反対側の反対面（２６）までの幅が、前記第１可動電極（２２）のうち前記第１固定電極（２４）に対する対向面（２７）からこの対向面（２７）に反対側の反対面（２８）までの幅よりも大きいことを特徴とする半導体圧力センサ。 A first conductive layer (12); a first insulating layer (13) formed on the first conductive layer (12); and a pressure medium formed on the first insulating layer (13). A first SOI substrate in which a pressure sensing part (16) for detecting pressure and a second conductive layer (14) formed with a peripheral part (17) surrounding the pressure sensing part (16) are formed. 15) a sensor unit (10) constituted by:
A cap part (11) in which the pressure sensing part (16) is sealed in a pressure reference chamber (38) formed between the sensor part (10) and the peripheral part (17);
With
The first conductive layer (12) includes a groove portion (29) formed on the opposite side of the first insulating layer (13) from the portion corresponding to the pressure sensing portion (16), and the groove portion ( 29) having a diaphragm (30) in which the thickness of the first conductive layer (12) is reduced;
The pressure sensing part (16) is opposed to the first movable part (19) having a first movable electrode (22) spaced from the first insulating layer (13), and the first movable electrode (22). A first fixed portion (20) having a first fixed electrode (24) fixed to the diaphragm (30) through the first insulating layer (13), wherein the diaphragm (30) is the pressure The pressure is detected based on a change in capacitance between the first movable electrode (22) and the first fixed electrode (24) by being deflected by the pressure of the medium,
Furthermore, the width from the opposing surface (25) of the first fixed electrode (24) to the first movable electrode (22) to the opposing surface (26) opposite to the opposing surface (25) is the first fixed electrode (24). A semiconductor pressure characterized in that the width of the movable electrode (22) is larger than the width from the opposite surface (27) to the first fixed electrode (24) to the opposite surface (28) opposite to the opposite surface (27). Sensor.
前記ダイヤフラム（３０）は、前記第４導電層（４３）のうち前記圧力センシング部（１６）に対応した部分に前記第２絶縁層（４２）が露出するように前記溝部（２９）が形成されたことにより、前記第３導電層（４１）及び前記第２絶縁層（４２）のうち当該溝部（２９）に対応した部分によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。 The first conductive layer (12) includes a third conductive layer (41) opposite to the second conductive layer (14) in the first insulating layer (13), and the third conductive layer (41). Of the second insulating layer (42) on the opposite side to the first insulating layer (13), and the fourth conductive on the opposite side of the second insulating layer (42) from the third conductive layer (41). A layer (43) and a second SOI substrate (40) laminated,
In the diaphragm (30), the groove (29) is formed so that the second insulating layer (42) is exposed at a portion corresponding to the pressure sensing portion (16) in the fourth conductive layer (43). The semiconductor pressure according to claim 1, wherein the semiconductor pressure is constituted by a portion corresponding to the groove (29) of the third conductive layer (41) and the second insulating layer (42). Sensor.
前記センサ部（１０）は、前記圧力センシング部（１６）から前記検出信号を入力すると共に当該検出信号に含まれる低周波成分を前記圧力を示す圧力信号として取得するローパスフィルタ回路部（４５）と、前記圧力センシング部（１６）から前記検出信号を入力すると共に当該検出信号に含まれる高周波成分を加速度を示す加速度信号として取得するハイパスフィルタ回路部（４６）と、を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。 The pressure sensing unit (16) acquires a detection signal indicating a change in the capacitance,
The sensor unit (10) receives the detection signal from the pressure sensing unit (16), and acquires a low frequency component included in the detection signal as a pressure signal indicating the pressure; and a low-pass filter circuit unit (45) A high-pass filter circuit unit (46) for inputting the detection signal from the pressure sensing unit (16) and acquiring a high-frequency component included in the detection signal as an acceleration signal indicating acceleration. The semiconductor pressure sensor according to claim 1 or 2.
前記周辺部（１７）は、前記圧力センシング部（１６）及び前記加速度センシング部（４９）の周囲にこれらを囲むように形成されており、
前記加速度センシング部（４９）は、前記センサ部（１０）と前記キャップ部（１１）との間に構成された気密室（５７）に封止されており、
さらに、前記加速度センシング部（４９）は、前記第１絶縁層（１３）から離間した第２可動電極（５１）を有する第２可動部（５２）と、前記第２可動電極（５１）に対向すると共に前記第２絶縁層（４２）を介して前記第１導電層（１２）に固定された第２固定電極（５４）を有する第２固定部（５５）と、を有し、前記第２可動電極（５１）が加速度を受けて前記第２固定電極（５４）に対して変位することで前記第２可動電極（５１）と前記第２固定電極（５４）との間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。 The second conductive layer (14) has an acceleration sensing part (49) for detecting acceleration,
The peripheral part (17) is formed around the pressure sensing part (16) and the acceleration sensing part (49) so as to surround them,
The acceleration sensing part (49) is sealed in an airtight chamber (57) formed between the sensor part (10) and the cap part (11),
Further, the acceleration sensing part (49) is opposed to the second movable part (52) having a second movable electrode (51) spaced apart from the first insulating layer (13), and the second movable electrode (51). And a second fixing portion (55) having a second fixed electrode (54) fixed to the first conductive layer (12) through the second insulating layer (42), and the second fixing portion (55). The movable electrode (51) receives an acceleration and is displaced with respect to the second fixed electrode (54), whereby the capacitance between the second movable electrode (51) and the second fixed electrode (54) is increased. The semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein acceleration is detected based on a change.
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