(57)【要約】【課題】温度特性が安定で、ローコスト化が可能な、圧力センサを実現する。【解決手段】測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、第１の半導体基板の一方の面に形成された測定ダイアフラムと、この測定ダイアフラムの外表面に形成された歪センサと、前記第１の半導体基板の一方の面に前記測定ダイアフラムに対向して設けられた第１の測定室と、前記第１の半導体基板の一方の面に一方の面が接して設けられた第２の半導体基板と、この第２の半導体基板の前記一方の面に前記測定ダイアフラムに対向して前記測定ダイアフラムを挟んで前記第１の測定室と対象形状をなして設けられた第２の測定室と、を具備したことを特徴とする圧力センサである。【選択図】図１
2012108060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、
第１の半導体基板の一方の面に形成された測定ダイアフラムと、
この測定ダイアフラムの外表面に形成された歪センサと、
前記第１の半導体基板の一方の面に前記測定ダイアフラムに対向して設けられた第１の測定室と、
前記第１の半導体基板の一方の面に一方の面が接して設けられた第２の半導体基板と、
この第２の半導体基板の前記一方の面に前記測定ダイアフラムに対向して前記測定ダイアフラムを挟んで前記第１の測定室と対象形状をなして設けられた第２の測定室と、
を具備したことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記測定ダイアフラムと前記第１の測定室との隙間と前記測定ダイアフラムと前記第２の測定室との隙間とが前記測定ダイアフラムに過大圧が印加された場合に前記測定ダイアフラムが前記測定室に当たり保護されるような隙間に調節されたこと
を特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記第１の半導体基板又は前記第２の半導体基板に設けられ前記歪センサに一端が接続され前記歪センサの信号を取り出す電気配線
を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記第１あるいは第２の測定室への測定流体の導圧孔がＩＰＣエッチングにより形成されたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関するものである。
更に詳述すれば、温度特性が安定で、ローコスト化が可能な、圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
図において、１は本体ボディで、円柱状の首部１Ａと、首部１Ａの端部外周縁部１Ｃにおいて溶接接続されたブロック状の受圧部１Ｂとよりなる。首部１Ａと受圧部１Ｂとは、この場合は、ステンレス材よりなる。
本体ボディ１の両側に、高圧側カバーフランジ２、低圧側カバーフランジ３が溶接等によって固定されており、両カバーフランジ２，３には測定せんとする高圧側圧力ＰＨの高圧流体の導入口４、低圧側圧力ＰＬの低圧流体の導入口５が設けられている。
【０００３】
本体ボディ１内に圧力測定室６が形成されており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８が設けられている。
センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８は、それぞれ別個に圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定室６を２分している。
【０００４】
センタダイアフラム７と対向する圧力測定室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されている。センタダイアフラム７は周縁部を本体ボディ１に溶接されている。
シリコンダイアフラム８は全体が単結晶のシリコン基板から形成されている。
シリコン基板の一方の面にボロン等の不純物を選択拡散して４個のストレインゲ―ジ８０を形成し、他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイアフラム８を形成する。
【０００５】
４個のストレインゲ―ジ８０は、シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、２個が引張り、２個が圧縮を受けるようになっており、これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。
シリコンダイアフラム８は、首部１Ａを２個のセンサ室８１，８２に分ける。
支持体９の圧力測定室６側端面に、低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラム８が接着固定されている。
【０００６】
本体ボディ１と高圧側カバーフランジ２、および低圧側カバーフランジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されている。
この圧力導入室１０，１１内に高圧側，低圧側シールダイアフラム１２，１３を設け、このシールダイアフラム１２，１３と対向する本体ボディ１の壁にシールダイアフラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―ト１０Ａ，１１Ａが形成されている。
シールダイアフラム１２，１３と高圧側，低圧側バックプレ―ト１０Ａ，１１Ａとにより、高圧側，低圧側シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａが構成される。
【０００７】
シールダイアフラム１２，１３は、受圧部１Ｂに、シールリング１２１，１３１により周縁部が溶接されている。
この場合は、シールダイアフラム１２，１３と、シールリング１２１，１３１とは、ステンレス材よりなる。
シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａと圧力測定室６とは、連通孔１４，１５を介して導通されている。
【０００８】
そして、シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａにシリコンオイル等の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液１０１，１０２が高圧側，低圧側伝導穴１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面にまで至っている。
封入液１０１，１０２は、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分されているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮されている。
【０００９】
以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、高圧側シールダイアフラム１２に作用する圧力が封入液１０１によってシリコンダイアフラム８に伝達される。
一方、低圧側から圧力が作用した場合、低圧側シールダイアフラム１３に作用する圧力が封入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達される。
この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がストレインゲ―ジ８０によって電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−０４９２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような装置においては、以下の問題点がある。
このような半導体圧力センサを使った伝送器では、高圧側と低圧側のオイルが封入されている伝導穴構造、特に，圧力センサ周辺部の構造が違うため配管抵抗や封入されているオイル量が異なる。
温度変化によるオイルの膨張、収縮で圧力が変化するが、オイル量が違うと圧力も異なるため、センサ特性へ影響を与える。
【００１２】
過大圧保護をするためのセンターダイアフラムが必要でコストがかかる。
圧力、特に、静圧(両側にかかる圧力)下で急激に圧力が変化した場合に，高圧側及び低圧側の配管抵抗とオイル量が異なるため，オイル収縮の影響で高圧側と低圧側の圧力に時間のズレが発生するため，過大圧保護の動作点がずれてしまう場合がある。その時に，センサ部に大きな差圧が発生して圧力センサが破壊する場合がある。
【００１３】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、温度特性が安定で、ローコスト化が可能な、圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の圧力センサにおいては、
測定ダイアフラムに歪センサが形成されている圧力センサにおいて、第１の半導体基板の一方の面に形成された測定ダイアフラムと、この測定ダイアフラムの外表面に形成された歪センサと、前記第１の半導体基板の一方の面に前記測定ダイアフラムに対向して設けられた第１の測定室と、前記第１の半導体基板の一方の面に一方の面が接して設けられた第２の半導体基板と、この第２の半導体基板の前記一方の面に前記測定ダイアフラムに対向して前記測定ダイアフラムを挟んで前記第１の測定室と対象形状をなして設けられた第２の測定室と、を具備したことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項２の圧力センサにおいては、請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記測定ダイアフラムと前記第１の測定室との隙間と前記測定ダイアフラムと前記第２の測定室との隙間とが前記測定ダイアフラムに過大圧が印加された場合に前記測定ダイアフラムが前記測定室に当たり保護されるような隙間に調節されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項３の圧力センサにおいては、請求項１又は請求項２記載の圧力センサにおいて、
前記第１の半導体基板又は前記第２の半導体基板に設けられ前記歪センサに一端が接続され前記歪センサの信号を取り出す電気配線を具備したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項４の圧力センサにおいては、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧力センサにおいて、
前記第１あるいは第２の測定室への測定流体の導圧孔がＩＰＣエッチングにより形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
圧力センサの低圧側、高圧側の構造が左右対称になることで、温度や圧力変化によるオイルの膨張、収縮での圧力変化が等しくなるため、温度や圧力に影響が小さくなり温度や圧力特性が良好な圧力センサが得られる。
【００１９】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
測定ダイアフラムと第１の測定室との隙間と、測定ダイアフラムと第２の測定室との隙間とが、測定ダイアフラムに過大圧が印加された場合に、測定ダイアフラムが測定室に当たり保護されるような隙間に調節された。
したがって、隙間を調整することで過大圧が加わっても歪センサが破壊しない簡潔な構成が可能になる圧力センサが得られる。
【００２０】
過大圧保護のための構造であるセンタダイアフラムも不要にすることができる圧力センサが得られる。
急激に圧力が変化した場合に、歪センサ側に直接に過大圧保護構造があるため圧力センサの破壊を防止できる圧力センサが得られる。
【００２１】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
第１の半導体基板及び又は第２の半導体基板に設けられ、歪センサに一端が接続され、歪センサの信号を取り出す電気配線が設けられた。
したがってハーメチック端子の如き構造を別に設ける必要がなく、装置を小型化で安価に作製できる圧力センサが得られる。
小型化することで、オイルの量を少なくできるため、膨張、収縮による特性への影響を小さくできる圧力センサが得られる。
【００２２】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
ＩＣＰエッチングを使用して導圧孔を形成することで、穴径を小さくできるため、小型化出来る圧力センサが得られる。
具体的には、穴径を５０μｍ程度まで小さくできるため、小型化出来る圧力センサが得られる。
小型化することで、オイルの量を少なくできるため、膨張、収縮による特性への影響を小さくできる圧力センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の製作工程説明図である。
【図３】図１の製作工程説明図である。
【図４】図１の製作工程説明図である。
【図５】図１の製作工程説明図である。
【図６】図１の製作工程説明図である。
【図７】図１の製作工程説明図である。
【図８】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２〜図７は図１の製作工程説明図である。
図において、図８と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図８との相違部分のみ説明する。
【００２５】
図１において、測定ダイアフラム２２は、第１の半導体基板２１の一方の面に形成されている。
歪センサ２３は、この測定ダイアフラム２２の外表面に形成されている。この場合は、振動式歪センサが使用されている。
第１の測定室２４は、第１の半導体基板２１の一方の面に、測定ダイアフラム２２に対向して設けられている。
【００２６】
第２の半導体基板２５は、第１の半導体基板２１の一方の面に一方の面が接して設けられている。
第２の測定室２６は、この第２の半導体基板２５の一方の面に、測定ダイアフラム２２に対向して、測定ダイアフラム２２を挟んで、第１の測定室２４と対象形状をなして設けられている。
【００２７】
なお、この場合は、測定ダイアフラム２２と第１の測定室２４との隙間３１と、測定ダイアフラム２２と第２の測定室２６との隙間３２とが、測定ダイアフラム２２に過大圧が印加された場合に、測定ダイアフラム２２が測定室２４，２６の室壁に当たり保護されるような隙間に調節されている。
【００２８】
電気配線３５は、第１の半導体基板２１又は第２の半導体基板２５に設けられ、歪センサ２３に一端が接続され、歪センサ２３の信号を外部に取り出す。
第１の支持台４１は、第１の半導体基板２１の他方の面に、それぞれ一方の面が接続され、第１の半導体基板２１を支持しガラス材よりなる。
第２の支持台４２は、第２の半導体基板２２の他方の面に、それぞれ一方の面が接続され、第２の半導体基板２２を支持しガラス材よりなる。
【００２９】
第１の導圧孔４５は、第１の半導体基板２１と第１の支持台４１に、ＩＰＣエッチング（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ-Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により形成され、第１の測定流体ＦＬ１を第１の測定室２４に導入する。
第２の導圧孔４６は、第２の半導体基板２２と第２の支持台４２に、ＩＰＣエッチング（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ-Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により形成され、第２の測定流体ＦＬ２を第２の測定室２６に導入する。
【００３０】
以上の構成において、
図２に示す如く、第１の半導体基板２１に相当するＳＯＩウェハ１０１の一方の面に、歪みセンサ２３としての振動子１０２と、電気配線１０３を形成する。
図３に示す如く、ＳＯＩウェハ１０１の他方の面である裏側から、ＩＰＣエッチングにより、第１の導圧孔４５に相当する穴１０４の加工を行う。
図４に示す如く、ふっ酸ＨＦ等の等方性エッチングで酸化膜をエッチングしてダイアフラム１０５を形成する。
【００３１】
図５に示す如く、第２の半導体基板２５に相当するシリコンウェハ１１１の一方の面側の所定の位置に電気配線１１２を形成して、次に、酸化膜のパターン１１３を形成する。
次に、酸化膜のパターン１１３の側面に、第１の半導体基板２１の電気配線１０３と電気配線１１２とを結ぶ電気配線１１４を形成する。
そして、シリコンウェハ１１１の他方の面より、電気配線１１２に達する孔１１５を開ける。
【００３２】
そして、孔１１５に、電気配線１１２から測定信号を取り出す電気配線１１６を形成する。
これらの電気配線１１２，１１４，１１６は、アルミニュウムＡｌや銅Ｃｕ材等で形成する。
そして、シリコンウェハ１１１の他方の面より、ＩＰＣエッチングにより、第２の導圧孔４６に相当する穴１１７の加工を行う。
【００３３】
図６に示す如く、ＳＯＩウェハ１０１の一方の面側とシリコンウェハ１１１の一方の面側とを、直接接合等で張り合わせする。
図７に示す如く、ＳＯＩウェハ１０１の他方の面側とシリコンウェハ１１１の他方の面側とに、ガラス２０１，２０２をそれぞれ陽極接合等で接合する。
この場合は、ガラス２０２の側面に、信号取り出し用の電極２０３，２０４を形成する。
【００３４】
この結果、
歪センサの低圧側、高圧側の構造が左右対称になることで、温度や圧力変化によるオイルの膨張、収縮での圧力変化が等しくなるため、温度や圧力に影響が小さくなり温度や圧力特性が良好な圧力センサが得られる。
【００３５】
測定ダイアフラム２２と第１の測定室２４との隙間と、測定ダイアフラム２２と第２の測定室２６との隙間とが、測定ダイアフラム２２に過大圧が印加された場合に、測定ダイアフラム２２が測定室２４あるいは測定室２６に当たり保護されるような隙間に調節された。
したがって、隙間を調整することで過大圧が加わっても歪センサ２３が破壊しない簡潔な構成が可能になる圧力センサが得られる。
【００３６】
過大圧保護のための構造であるセンタダイアフラム７も不要にすることができる圧力センサが得られる。
急激に圧力が変化した場合に、歪センサ２３側に直接に過大圧保護構造があるため圧力センサの破壊を防止できる圧力センサが得られる。
【００３７】
第１の半導体基板２１及び又は第２の半導体基板２５に設けられ、歪センサ２３に一端が接続され、歪センサ２３の信号を取り出す電気配線３５が設けられた。
したがってハーメチック端子の如き構造を別に設ける必要がなく、装置を小型化で安価に作製できる圧力センサが得られる。
小型化することで、オイルの量を少なくできるため、膨張、収縮による特性への影響を小さくできる。
【００３８】
ＩＣＰエッチングを使用して導圧孔４５，４６を形成することで、穴径を小さくできるため、小型化出来る圧力センサが得られる。
具体的には、穴径を５０μｍ程度まで小さくできるため、小型化出来る圧力センサが得られる。
小型化することで、オイルの量を少なくできるため、膨張、収縮による特性への影響を小さくできる圧力センサが得られる。
【００３９】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【符号の説明】
【００４０】
２１    第１の半導体基板
２２    測定ダイアフラム
２３    歪センサ
２４    第１の測定室
２５    第２の半導体基板
２６    第２の測定室
３１    隙間
３２    隙間
３５    電気配線
４１    第１の支持台
４２    第２の支持台
４５    第１の導圧孔
４６    第２の導圧孔
１０１  ＳＯＩウェハ
１０２  振動子
１０３  電気配線
１０４  穴
１０５  ダイアフラム
１１１  シリコンウェハ
１１２  電気配線
１１３  パターン
１１４  電気配線
１１５  孔
１１６  電気配線
１１７  穴
２０１  ガラス
２０２  ガラス
２０３  電極
２０４  電極
ＦＬ１  第１の測定流体
ＦＬ２  第２の測定流体
【図８】
2012108060.tif 000003
【図１】
2012108060.tif 000004
【図２】
2012108060.tif 000005
【図３】
2012108060.tif 000006
【図４】
2012108060.tif 000007
【図５】
2012108060.tif 000008
【図６】
2012108060.tif 000009
【図７】
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