JPH06129933A - 過圧保護ポリシリコン容量性差圧センサー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過圧保護機能を有する容量性差圧センサー並
びにその製造方法を提供する。 【構成】 ｎ＋にドーピングされた単結晶シリコンウェ
ーハ１０の一つの表面１２には、空洞１６が形成されて
いる。この空洞１６を覆うように、ｐ＋にドーピングさ
れたポリシリコン製の薄いダイアフラム１８が形成され
る。空洞１６は、更に、ウェーハ１０の反対側の表面１
４から伸張するテーパ形状の開口部２０と連通する。こ
のようにして形成されたダイアフラム１８と、空洞１６
の床面２２と、がコンデンサーの２つの電極として作用
する。また、空洞１６の床面２２は、過圧保護機能を有
するストッパーとしても作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、差圧を検出するための
圧力センサーに関し、更に詳しくは、半導体基板上に形
成される過圧保護容量性センサー並びにその製造法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、圧力センサーの多くは、
圧力に応じて撓むシリコン製のダイアフラムを利用する
ものである。ダイアフラムの撓みは、通常、ダイアフラ
ムの端に設置される圧抵抗素子等の電子検出素子によっ
て検出される。これらのセンサーは、普通、バッチ構成
が可能なように設計されている。圧力検出の範囲は、ダ
イアフラムの大きさ、厚さ、及び、長さによって変化す
る。このようなセンサーの一例が、米国特許第４，９４
９，５８１号に記載されている。前記特許に記載されて
いるセンサーは、過圧保護特性を有しており、センサー
にかかる圧力は、センサー自身から独立した２つのアイ
ソレータ・ダイアフラムにより制限される。予め選択さ
れた差圧限界を越えると、（限界以上の圧力に応じて）
アイソレータ・ダイアフラムのいずれかが、ダイアフラ
ム支持体に対して、底まで撓む。いったん支持体に対し
て底まで撓むと、更に圧力が増加しても、その圧力はセ
ンサーに伝達されない。永続的にダイアフラムを変形さ
せ、その結果、センサーの性能を低下させるような圧力
から、比較的低い圧力限界を有するセンサーダイアフラ
ムを保護するように、これらの装置の圧力限界が設定さ
れる。また、別の従来例として、米国特許第４，９０
５，５７５号（１９９０年３月６日特許発行：Ｋｎｅｃ
ｈｔら）に、二方向性圧力センサーが開示されている。
このセンサーでは、シリコンダイアフラムが、ダイアフ
ラムを収容し、過圧条件下でダイアフラムを支持するよ
うに形成された凹部を有する２枚のガラス基板の間に、
取り付けられている。この支持板は、ダイアフラムに過
大な圧力がかかった場合に、ポジティブ・ストップとし
て作用し、ダイアフラムに過大な応力がかかるのを防ぐ
役割を果たす。このセンサーは、更に、その両側面に、
撓みの中心位置を規定するように溝が形成されたダイア
フラムを備える。この溝は、「自由端」効果を与え、即
ち、ダイアフラムの端にかかる曲げ応力を減少させ、ダ
イアフラムを破損させることなく、より高い動作圧力を
許容する効果を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第一の従来例
のシステムでは、圧力回路が過圧保護ダイアフラムと独
立の検出ダイアフラムとの間を経由することから、ヒス
テリシスが生じ、更に、感度も充分ではない、という問
題があった。また、第二の従来例のセンサーにも、以下
の様々な問題点があった。まず第一に、ダイアフラムの
両側面に溝を形成するためには、製造時に、非常に正確
な公差制御を行う必要がある。また、特に、センサー
が、異なった検出範囲を有する複数の検出ダイアフラム
を有する場合、組み立てる際に、ガラス支持板を非常に
精度良く配置することが、求められる。更に、ガラスと
シリコンでは、強度及び熱係数が異なっているため、広
い温度範囲及び圧力範囲でセンサーを用いる場合には、
この材料特性のミスマッチにより応力が増大し、大きな
検出誤差を生じさせる可能性がある。

【０００４】本発明は、従来のセンサーの有する上記問
題点を解決すべくなされたものであり、半導体技術を用
いて組み立てられ、過圧保護機能を備える、容量性差圧
式低圧センサーを提供すること、を目的とする。更に、
本発明は、二方向性過圧保護機能を備える、二方向性容
量性差圧式低圧センサーを提供する、ことを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、物理的な過圧ストップを備える半導体
容量性圧力センサー、並びに、その製造方法を提供す
る。本発明のセンサーは、ｎ＋あるいはｐ＋状態にドー
ピングされた単結晶シリコンウェーハと、前記シリコン
ウェーハに形成された頂部開口空洞上に配置される多結
晶性シリコン（ポリシリコン）ダイアフラムと、を備え
る。ダイアフラム上に導電領域を形成するように、ポリ
シリコン層の一部がドーピングされ、この結果、ダイア
フラムと、空洞床の導電表面との間に、コンデンサが形
成される。空洞床は、更に、物理的な過圧ストップとし
て作用する。また、電気接点が、コンデンサの２つの電
極に対して、それぞれ独立に、電気的に接続している。
更に、過大な圧力が生じてもショートしないように、ダ
イアフラムの底面あるいは空洞床の表面に、酸化ケイ素
あるいは窒化ケイ素等で誘電皮膜を形成してもよい。

【０００６】また、本発明は、上記のような圧力センサ
ーを製造する方法を提供するものである。本発明の製造
方法では、まず最初に、その両側に位置する２つの平行
面を有する単結晶シリコンウェーハのいずれかの面に、
表面から所定の深さを有する開口空洞を形成する。空洞
には、酸化ケイ素等の適当な犠牲スペーサ材を充填する
が、この場合、酸化ケイ素の上側表面が、シリコンウェ
ーハの上面と連続した、平らな表面を形成するように、
充填する。次に、ポリシリコン層を、酸化ケイ素を充填
した空洞を覆うように、この上側表面上に析出させる。
更に、空洞上に析出したポリシリコン層の少なくとも一
部をドーピングして、ｐ＋領域を形成する。次に、ウェ
ーハの反対側の平行面をエッチングして、ウェーハを貫
通する方向に開口部を形成し、この開口部を、酸化ケイ
素が充填された空洞と連通させる。この開口通路を介し
て、空洞内の酸化ケイ素もエッチングされ、この結果、
ウェーハの上側表面に、所定の深さを有する空洞を覆う
導電性ポリシリコンの薄いダイアフラムが形成される。
ウェーハの裏側に形成される開口通路の面積は、空洞の
床面積と比較して小さく、且つ、空洞床の中心からずれ
た位置に形成することが望ましい。以上のようにして形
成された、可撓性を有する導電性ダイアフラムと、空洞
床とが、コンデンサを形成し、ダイアフラムにかかる差
圧に応じて、キャパシタンスが変化する。なお、上記の
本発明の方法では、ポリシリコン層の一部をドーピング
して、導電性領域を形成したが、電気的絶縁層の一部を
処理して、導電性をもたせるようにしてもよい。

【０００７】本発明は、更に、ポリシリコンダイアフラ
ムに対して、ウェーハ空洞とは反対側に、別の電極を形
成した二方向性圧力センサーを提供するものである。こ
の場合、第二の電極とダイアフラムとを離すことによ
り、第二の方向に対する物理的な過圧ストップが形成さ
れる。

【０００８】

【作用】上記のように構成される本発明のセンサーは、
従来の圧力センサーと比較して、多くの利点がある。ま
ず第一に、実質的に温度依存性がなく、非励振キャパシ
タンスが小さく、低い圧力で高い感度を有する、ことが
挙げられる。また、このセンサーは一体型であるため、
複合過圧保護機構システムに見られたようなヒステリシ
スの発生という問題もない。更に、本発明のシステム
は、機械加工の部品やバネを必要としないため、経済的
に製造可能である。このセンサーは、金属製の絶縁ダイ
アフラム及び充填流体により、有害流体から保護されて
いる。

【０００９】

【実施例】本発明に従う第一実施例のセンサーを、図１
並びに図２に従って説明する。第一実施例のセンサーに
おいて、ｎ＋状態にドーピングされた単結晶シリコンウ
ェーハ１０は、その両側に平行な表面１２、１４を有す
る。ウェーハの上側表面１２には、開口空洞１６が形成
され、多結晶性シリコン（ポリシリコン）層１７が、ウ
ェーハの上側表面１２を覆うように伸張し、空洞１６上
に薄いダイアフラム１８を形成している。ダイアフラム
は、ポリシリコン層１７の一部であり、ｐ＋にドーピン
グされている。ウェーハの反対側の表面１４からは、例
えば、先端を切ったピラミッド型の開口部２０がウェー
ハを貫通する方向に伸張し、空洞１６の床面２２に連通
する通路を形成する。この場合、開口部２０は、空洞１
６の床面２２の中心からずれた位置で、空洞に連通す
る。開口部２０の内側面と、空洞１６の内側面は、それ
ぞれ、酸化ケイ素や窒化ケイ素等の誘電層２８で被覆さ
れている。更に、ポリシリコンダイアフラム１８の下側
表面も、必要に応じて、誘電層２１で被覆してもよい。
ポリシリコンダイアフラム１８の表面上に析出させた金
属皮膜層２５、例えば、アルミニウム薄層が、ダイアフ
ラムに対する電気接点として作用する。接点となる金属
皮膜層２５には、金属皮膜ストリップ２５ｂを介して、
ワイヤへの結合に適した接点パッド２５ａが接続されて
いる。

【００１０】単結晶シリコンウェーハ１０の本体への電
気接点としては、アルミニウム等の金属をウェーハの底
面上に析出させるか、あるいは、ポリシリコン層１７の
一領域３２をドーピングして導電状態にし、その上側表
面に金属皮膜を形成して、ウェーハ１０に対する電気接
点３２ａとして作用させてもよい。

【００１１】上記の構成において、ドーピングされたポ
リシリコンダイアフラム１８が、コンデンサの一つの電
極として作用し、空洞１６の床面２２が、コンデンサの
もう一つの電極として作用する。差圧に応じてダイアフ
ラム１８が撓み、その結果、キャパシタンスが変化す
る。空洞１６の床面２２は、ダイアフラム１８の撓みを
物理的に制限するストップとしても作用し、過圧限界を
規定する。ポリシリコン層１７のドーピングされていな
い領域は、非導電性であるため、ダイアフラム１８から
接点パッド２５ａへの非励振キャパシタンスを最小に抑
えることができる。

【００１２】上記センサーの構成要素の寸法としては、
以下の値が望ましい。 ダイアフラムの厚さ ：２μｍ（１−４μｍ） ダイアフラムの直径 ：３０μｍ−５００μｍ キャパシタンス・ギャップ：０．５μｍ−２μｍ また、キャパシタンスの変化は、周知の適当な回路を用
いて測定すればよい。

【００１３】以下、図１並びに図２に示したセンサーの
製造方法を、図３ないし図５に従って説明する。図３に
示される第一ステップとして、単結晶シリコンウェーハ
１０の上側表面１２に、空洞１６を形成する。次に、空
洞１６に、酸化ケイ素等の犠牲スペーサ材を充填する。
この場合、酸化ケイ素の上側表面が、シリコンウェーハ
１０の上側表面１２と連続した、平らな層を形成するよ
うに、空洞１６に充填する。次に、この上側表面１２
を、選択的に誘電薄層２１で被覆する。この誘電薄層２
１は、ダイアフラム１８の底面を電気的に絶縁する、即
ち、ダイアフラムにより形成されるコンデンサプレート
を電気的に絶縁するものである。誘電薄層２１を選択的
に析出させることにより、開いている部分に、例えば、
領域３２等のような、ウェーハ１０に対する電気接点を
形成することができる。

【００１４】図４に示される第二ステップでは、周知の
方法に従い、例えば、シランガスを用いて、ポリシリコ
ン層１７を、誘電薄層２１並びにウェーハ１０の露出し
た部分上に、酸化ケイ素を充填した空洞１６を覆うよう
に、析出させる。次に、適当なフォトレジスト・マスク
を用いて、酸化ケイ素が充填された空洞１６を覆うポリ
シリコン層１７の一領域１８を選択的にドーピングさせ
て、ｐ＋導電領域を形成する。このドーピングは、例え
ば、図４並びに図５に示されるようにホウ素イオン注入
により行われる。更に、空洞１６上に位置する領域１８
と空間的に離れた第二領域３２をドーピングして、単結
晶シリコンウェーハ１０に対する導電接点を形成するよ
うにしてもよい。この場合、領域１８並びに第二領域３
２の上側表面の一部を金属膜で覆い、適当な電気接点を
形成する。

【００１５】図５に示されるステップでは、ウェーハ１
０の反対側表面１４から酸化ケイ素が充填された空洞１
６の床面２２までをエッチングして開口部２０を形成す
る。このエッチングは、例えば、ＫＯＨを用いて、周知
の異方性エッチング法に従って行えばよい。即ち、まず
最初に、表面１４を酸化物及び／あるいは窒化物でコー
ティングした後、エッチングする領域をフォトレジスト
・マスクで規定し、この領域内の酸化物／窒化物層をプ
ラズマ及びＨＦ溶液を用いてエッチングして、シリコン
ウェーハの表面を露出させる。次に、上述したように、
ＫＯＨを用いてエッチングを行い、開口部２０を形成す
る。酸化物のエッチング速度は、シリコンのエッチング
速度に比べて２乗のオーダーで小さいため、空洞１６内
に充填された酸化ケイ素が実質的にこのエッチングをス
トップさせる役割を果たす。その結果、開口部２０は、
図に示すようにテーパした形状になる。最後に、にウェ
ーハを洗浄して、きれいにする。エッチングは、例え
ば、９０℃で５０重量パーセントのＫＯＨ水溶液を用い
て行う。シリコンエッチングが完了した後、ＨＦ等の酸
化物除去剤を用いて、空洞１６内部の酸化物を全てエッ
チングし、空洞１６上に位置する導電性ポリシリコン薄
層の領域１８を、薄いダイアフラムとして形成する。ダ
イアフラム１８は、感圧コンデンサーの可撓性電極とし
て作用し、空洞１６の導電性の床面２２がもう一方の電
極として作用する。開口部２０の内側表面、並びに、ポ
リシリコンダイアフラム１８の底面を含む空洞１６の内
側表面をプラズマ化学蒸着等の方法で、酸化物あるいは
窒化物の誘電層２８で覆い、絶縁処理する。

【００１６】以上詳述したように、半導体技術を用い
て、簡単に、図１に示すような半導体容量性圧力センサ
ー、即ち、物理的な過圧ストップを備えた差圧センサー
を製造することができる。

【００１７】図６は、本発明の第二実施例としての、二
方向への物理的な過圧ストップを備えた二方向性差圧セ
ンサーを示す断面図である。このセンサーは、基本的に
は、図１に示すような単方向性差圧センサーを２つ、そ
れぞれのポリシリコン層が背中合わせに結合されるよう
に、重ね合わせたものである。即ち、一対の実質的に同
一のセンサーモジュールを組み合わせることにより、図
６のセンサーが形成される。図６に示す第二実施例にお
いて、図１の第一実施例と同一の部品は同じ番号で示さ
れており、又、第二の単方向性センサーモジュールの対
応する部品は、それぞれの番号の後ろにａを付けて示し
た（例えば、第二モジュールの空洞を１６ａとする）。

【００１８】ダイアフラム１８、１８ａを適当な接着層
２１ｃを介して結合させて、単一のユニットにする。接
着は、例えば、酸化物の皮膜を形成する、あるいは、ド
ーピングされていないポリシリコンを溶着させる等の方
法で行う。このようにして製造されたセンサーは、一対
のコンデンサーを備える。第一のコンデンサーは、ダイ
アフラム１８と、シリコンウェーハの空洞１６の床面２
２と、によって形成されたものであり、第二のコンデン
サーは、ダイアフラム１８ａと、第二ウェーハ１０ａの
空洞１６ａの床面２２ａと、によって形成されたもので
ある。

【００１９】本実施例の二方向性差圧センサーでは、ダ
イアフラムが第一方向あるいは第二方向に撓み、押され
る、あるいは、引っ張られることにより、各々のコンデ
ンサーのキャパシタンスが変化するため、共通のモード
誤差を生じない。本実施例のようにセンサーモジュール
を組み合わせることにより、差圧信号を２倍にすること
ができる。薄い誘電層２１及び２１ａにより、それぞ
れ、ポリシリコン層からウェーハ１０、１０ａが絶縁さ
れる一方、アルミニウム皮膜３９、３９ａが、ウェーハ
１０、１０ａに対する電気接点を形成する。金属皮膜層
３３、３３ａが、誘電層２１、２１ａの開口部分を介し
て、ｐ＋にドーピングされた領域４９、４９ａと電気的
に接続され、更に、ドーピング領域４９、４９ａは、そ
れぞれ、ポリシリコン層１７、１７ａ上を、細い導電ス
トリップとして伸張し、ダイアフラム１８、１８ａと電
気的に接続される。空洞１６の床面２２が一方向に対す
る過圧限界ストップとして作用する一方、空洞１６ａの
床面２２ａが、他方向に対する物理的な過圧限界ストッ
プとして作用する。

【００２０】図７は、本発明の第三実施例としての、二
方向性差圧センサーを示す断面図である。第三実施例の
センサーは、図６に示す第二実施例のセンサーと同様の
ものであるが、第三実施例では、図１に示すような片側
センサーモジュールがウェーハ１０上に形成され、ダイ
アフラム１８を形成するポリシリコン層１７を持たない
第二センサーモジュールが、ウェーハ１０ａ上に形成さ
れている。単結晶シリコンウェーハ１０ａを、ウェーハ
１０上のポリシリコン層１７に、酸化物皮膜３０ａを成
長させる等の方法で接着することにより、ウェーハ１０
ａ上に形成される「開放」第二センサーモジュールを基
本モジュールと一体化させる。

【００２１】このように構成された第三実施例のセンサ
ーでは、単一のダイアフラム１８が、２つのコンデンサ
ー共有の電極として作用する。ここで、第一のコンデン
サーは、ダイアフラム１８と空洞１６の床面２２との間
に形成されるものであり、第二のコンデンサーは、同じ
ダイアフラム１８とウェーハ１０ａの空洞１６ａの床面
２２ａとの間に形成されるものである。また、床面２
２、２２ａは、図６のセンサーと同様に、過圧ストップ
として作用する。この実施例では、図８に示すように、
開口４７（図７参照）を介して形成された接点パッド４
５が、導電性ストリップ４６を経由して、ダイアフラム
１８と電気的に接続している。ウェーハ１０、１０ａの
反対側表面１４、１４ａに開口部２０、２０ａが形成さ
れていることにより、ダイアフラム１８の両側に異なっ
た圧力がかけられる。更に、導電性パッド３９、３９ａ
が、ウェーハ１０、１０ａに対して、電気的に接続され
ている。

【００２２】図９は、本発明の第四実施例としての、二
方向性差圧センサーを示す断面図である。上側表面１２
と下側表面１４とを有する単結晶シリコンウェーハ１０
は、上記実施例と同様に、ｎ＋あるいはｐ＋の導電状態
にドーピングされている。但し、この実施例では、上側
表面１２に、階段状に空洞が形成されている。即ち、小
径の下部空洞３６が、大径の上部空洞４３から伸張して
いる。大径の上部空洞４３の床面は、誘電層２９で覆わ
れ、更にその上にポリシリコン層３７が形成されてい
る。また、下部空洞３６には、最初、犠牲スペーサ材で
ある酸化物が充填されている。更に、ウェーハ１０の上
側表面１２上は、パッド６２との電気的な接続を可能に
する開口を残して、誘電層２１で覆われている。下部空
洞３６を覆うポリシリコン層３７の所定の領域は、ホウ
素イオン注入等の方法で、ｐ＋導電状態にドーピングさ
れ、導電性ダイアフラム３８を形成する。ここで、導電
性ダイアフラム３８の直径は、下部空洞３６の直径より
も小さい。

【００２３】ポリシリコン層３７は、更に、薄い誘電層
３１で覆われている。誘電層２９及び３１の働きによ
り、コンデンサープレートとして作用するダイアフラム
３８が電気的に絶縁される。また、シリコンウェーハ１
０から電気的に絶縁されている電気導体２４（図１０参
照）を、例えば、ウェーハ１０上に形成されたトラフ３
８の底面に配置し、ポリシリコン層３７の導電性ダイア
フラム３８と電気的に接続させてもよい。

【００２４】上部空洞４３を覆うように、ウェーハ１０
上にガラス板１９が配置され、ウェーハ１０の上側表面
１２上の誘電層２１に接着される。メタライジング手法
等により形成され、ダイアフラム３８とほぼ同じ直径を
有するアルミニウム導電部２３が、ガラス板１９の下側
に形成される。また、誘電層２１によりウェーハ１０の
表面１２から電気的に絶縁されている連結ストリップ５
０（図１０参照）が、ガラス板１９の下側に形成され、
誘電層２１上の導電ストリップ５０ａと接点５１で圧縮
結合され、下部空洞３６の上部にこれと平行に配置され
る金属皮膜導電部２３と、導電層２１によってウェーハ
１０から電気的に絶縁されている電気接点パッド６３と
を、電気的に接続している。

【００２５】図９及び図１０に示す第四実施例では、下
部空洞３６上のポリシリコン層３７をドーピングするこ
とにより形成されたダイアフラム３８が、コンデンサー
の一つの電極として作用し、下部空洞３６の床面２２
が、コンデンサーのもう一つの電極として作用する。こ
のコンデンサーのキャパシタンスは、ダイアフラム３８
が撓むことにより、変化する。また、小径の下部空洞３
６の床面２２は、物理的な過圧制限ストップとして作用
する。

【００２６】第二のコンデンサーは、ダイアフラム３８
と、ガラス板１９の導電部２３との間に形成される。こ
のコンデンサーのキャパシタンスの値も、第一のコンデ
ンサーと同様に、ダイアフラム３８の位置により変化す
る。また、ガラス板１９の底面は、ダイアフラム３８が
ガラス板１９の方向に撓みすぎないように過圧保護する
ための物理的なストップとして作用する。ガラス板１９
あるいはウェーハ１０に、（図示しない）適当なポート
を形成することにより、ダイアフラム３８とガラス板１
９との間の圧力ギャップを変更することができる。ウェ
ーハ１０の下側面１４から下部空洞３６の床面２２に伸
張する開口部２０が、ダイアフラム３８の下側圧力を規
定する。

【００２７】図１０は、図９の第四実施例における電気
的な接続配置を示すものである。上側電極として作用す
る導電部２３が、連結ストリップ５０、５０ａを介し
て、電気接点パッド６３に接続される。また、ダイアフ
ラム３８は、電気接点３５と接続され、ウェーハ１０の
表面上の金属皮膜接点パッド６２は、下側電極として作
用する床面２２と電気的に接続される。

【００２８】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要
旨を逸脱しない範囲において、様々な態様で実施可能で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述した本発明の圧力センサーは、
実質的に温度依存性がなく、非励振キャパシタンスが小
さく、低い圧力で高い感度を有する。また、このセンサ
ーは一体型であるため、複合過圧保護機構システムに見
られたようなヒステリシスの発生という問題もない。更
に、本発明のシステムは、機械加工の部品やバネを必要
としないため、経済的に製造可能である。本発明の圧力
センサーは、適用範囲が広く、例えば、開口部２０を閉
鎖することにより、絶対圧力センサーとして用いること
ができる。また、２つのセンサーに異なった圧力を適用
することにより、差圧センサーとして用いることもでき
るし、開口部２０を大気中に開放することにより、ゲー
ジ圧力センサーとして用いることもできる。本発明のセ
ンサーは、気体にも液体にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理に従って製造された、第一実施例
としての圧力センサーの断面図である。

【図２】図１のセンサーの平面図である。

【図３】本発明の原理に従うセンサーの製造方法の一ス
テップを示す説明図である。

【図４】本発明の原理に従うセンサーの製造方法の一ス
テップを示す説明図である。

【図５】本発明の原理に従うセンサーの製造方法の一ス
テップを示す説明図である。

【図６】本発明の原理に従って製造された、第二実施例
としての二方向性圧力センサーの断面図である。

【図７】本発明の原理に従って製造された、第三実施例
としての二方向性圧力センサーの断面図である。

【図８】図７のセンサーの４−４断面図である。

【図９】本発明の原理に従って製造された、第四実施例
としての圧力センサーの断面図である。

【図１０】図９のセンサーの平面図である。

【符号の説明】

１０ 単結晶シリコンウェーハ １６ 空洞 １７ ポリシリコン層 １８ ダイアフラム ２０ 開口部 ２１ 誘電層 ２２ 床面 ２５ 金属皮膜層 ２８ 誘電層 ３２ａ 電気接点 １９ ガラス板 ２３ 導電部 ３６ 下部空洞 ４３ 上部空洞 ３７ ポリシリコン層 ３８ ダイアフラム

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量性圧力検出装置で、 導電状態にドーピングされ、両側に位置する平行な第一
   面と第二面とを有する、シリコンウェーハと、 前記ウェーハの前記第一面に、所定の深さを有する開口
   部として形成された空洞で、前記第一面に平行な前記所
   定の深さに所定の面積の床面を有する空洞と、 前記ウェーハの第一面に析出し、前記空洞の開口部を横
   切って伸張する、電気的に絶縁された絶縁層で、前記空
   洞の少なくとも一部を覆うような第一領域内を導電状態
   にして、可撓性の導電ダイアフラムを形成するように処
   理された絶縁層と、 前記シリコンウェーハと前記ダイアフラムに対して独立
   に電気的に接続する第一及び第二電気接点手段と、を備
   え、 前記ウェーハの前記第二面が、開口部を有し、前記開口
   部が前記ウェーハを貫通して前記空洞に連通する通路を
   形成し、前記空洞に連通する前記通路の開口部の面積
   が、前記空洞の床面の面積と比較して小さく、 前記ダイアフラムと前記空洞の床面とがコンデンサーを
   形成し、前記コンデンサーのキャパシタンスが、前記ダ
   イアフラム両側の差圧の変化に応じて変化する、ことを
   特徴とする容量性圧力検出装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁層がポリシリコン層であり、前
   記処理がドーピングである、ことを特徴とする請求項１
   記載の圧力検出装置。
3. 【請求項３】 誘電薄層が、前記シリコンウェーハの第
   一面の上、前記第一面と前記ポリシリコン層との間に形
   成される、ことを特徴とする請求項２記載の圧力検出装
   置。
4. 【請求項４】 二方向性容量差圧検出装置で、第一セン
   サーモジュールと、第二センサーモジュールと、を備
   え、 前記第一センサーモジュールが、 導電状態にドーピングされ、両側に位置する平行な第一
   面と第二面とを有する、単結晶シリコンウェーハと、 前記ウェーハの前記第一面に、所定の深さを有する開口
   部として形成された空洞で、前記第一面に平行な前記所
   定の深さに所定の面積の床面を有する空洞と、 前記ウェーハの第一面に析出し、前記空洞の開口部を横
   切って伸張する、電気的に絶縁された絶縁層で、前記空
   洞の少なくとも一部を覆うような領域内を導電状態にし
   て、可撓性の導電ダイアフラムを形成するように処理さ
   れた絶縁層と、 前記シリコンウェーハと前記ダイアフラムに対して独立
   に電気的に接続する第一及び第二電気接点手段と、を備
   え、 前記ウェーハの前記第二面が、開口部を有し、前記開口
   部が前記ウェーハを貫通して前記空洞に連通する通路を
   形成し、前記空洞に連通する前記通路の開口部の面積
   が、前記空洞の床面の面積と比較して小さく、 前記空洞の床面が、前記空洞の床面の方向に前記ダイア
   フラムを動かすように作用する圧力に対する、過圧スト
   ップとして作用し、 前記ダイアフラムと前記空洞の床面とがコンデンサーを
   形成し、前記コンデンサーのキャパシタンスが、前記ダ
   イアフラム両側の差圧の変化に応じて変化する、 ような第一センサーモジュールであり、 第二センサーモジュールが、前記第一モジュールとほぼ
   同一の構成を有し、 各モジュールの絶縁層を並列に向き合わせて接着させる
   ことにより、前記第一モジュールと前記第二モジュール
   とが一体化されており、 前記第一モジュールのダイアフラムと前記第二モジュー
   ルのダイアフラムとが、電気的に接続され、その結果、
   共通の可撓性電極を有する一対のコンデンサーを形成
   し、前記一対のコンデンサーのキャパシタンスが、前記
   共通の可撓性電極の両側の差圧の変化に応じて変化す
   る、ことを特徴とする二方向性差圧検出装置。
5. 【請求項５】 前記絶縁層がポリシリコン層であり、前
   記処理がドーピングである、ことを特徴とする請求項４
   記載の差圧検出装置。
6. 【請求項６】 誘電薄層が、前記シリコンウェーハの第
   一面の上、前記第一面と前記ポリシリコン層との間に形
   成される、ことを特徴とする請求項５記載の差圧検出装
   置。
7. 【請求項７】 二方向性容量差圧検出装置で、第一セン
   サーモジュールと、第二センサーモジュールと、を備
   え、 前記第一センサーモジュールが、 導電状態にドーピングされ、両側に位置する平行な第一
   面と第二面とを有する、単結晶第一シリコンウェーハ
   と、 前記第一ウェーハの前記第一面に、所定の深さを有する
   開口部として形成された空洞で、前記第一面に平行な前
   記所定の深さに所定の面積の床面を有する空洞と、 前記第一ウェーハの第一面に析出し、前記空洞の開口部
   を横切って伸張する、ポリシリコン層で、前記空洞の少
   なくとも一部を覆うような領域内を導電状態にして、可
   撓性の導電ダイアフラムを形成するようにドーピングさ
   れたポリシリコン層と、を備え、 前記第一ウェーハの前記第二面が、開口部を有し、前記
   開口部が前記第一ウェーハを貫通して前記空洞に連通す
   る通路を形成し、前記空洞に連通する前記通路の開口部
   の面積が、前記空洞の床面の面積と比較して小さく、 前記空洞の床面が、前記空洞の床面の方向に前記ダイア
   フラムを動かすように作用する圧力に対する、過圧スト
   ップとして作用する、 ような第一センサーモジュールであり、 前記第二センサーモジュールが、 導電状態にドーピングされ、両側に位置する平行な第一
   面と第二面とを有する、単結晶第二シリコンウェーハ
   と、 前記第二ウェーハの前記第一面に、所定の深さを有する
   開口部として形成された空洞で、前記第一面に平行な前
   記所定の深さに所定の面積の床面を有する空洞と、を備
   え、 前記第二ウェーハの前記第二面が、開口部を有し、前記
   開口部が前記第二ウェーハを貫通して前記空洞に連通す
   る通路を形成し、前記空洞に連通する前記通路の開口部
   の面積が、前記空洞の床面の面積と比較して小さく、 前記空洞の床面が、前記第二ウェーハの前記空洞の床面
   の方向に前記ダイアフラムを動かすように作用する圧力
   に対する、過圧ストップとして作用する、 ような第二センサーモジュールであり、 前記第一モジュールの前記ポリシリコン層を、前記第二
   モジュールの前記シリコンウェーハの第一面と、接触さ
   せて、結合することにより、前記第一モジュールと前記
   第二モジュールとが一体化されており、 差圧検出装置が、 更に、前記第一シリコンウェーハと前記第二シリコンウ
   ェーハ、及び、前記ダイアフラムに対して、独立に電気
   接点を形成するような電気接点手段を備え、 その結果、共通の可撓性電極を有する一対のコンデンサ
   ーを形成し、前記一対のコンデンサーのキャパシタンス
   が、前記ダイアフラムの両側の差圧の変化に応じて変化
   する、ことを特徴とする二方向性差圧検出装置。
8. 【請求項８】 第一誘電薄層が、前記第一シリコンウェ
   ーハの第一面の上、前記第一ウェーハ第一面と前記ポリ
   シリコン層との間に形成され、第二誘電薄層が、前記第
   二シリコンウェーハの第一面の上、前記第二ウェーハ第
   一面と前記ポリシリコン層との間に形成される、ことを
   特徴とする請求項７記載の差圧検出装置。
9. 【請求項９】 二方向性差圧検出装置で、 導電状態にドーピングされ、両側に位置する平行な第一
   面と第二面とを有する、単結晶シリコンウェーハと、 前記ウェーハの前記第一面に、所定の深さを有する開口
   部として形成された空洞で、前記空洞が階段上の空洞と
   して形成され、第一空洞が第二空洞よりも大径であり、
   前記第二空洞が、所定の面積を有し、前記第一空洞の床
   面から前記ウェーハの第二面の方向に伸張するような、
   空洞と、 前記第一空洞の床面に析出し、前記第二空洞の開口部を
   横切って伸張する、電気的に絶縁された絶縁層で、前記
   第二空洞の少なくとも一部を覆うような領域内を導電状
   態にして、可撓性の導電ダイアフラムを形成するように
   処理された絶縁層と、を備え、 前記ウェーハの前記第二面が、開口部を有し、前記開口
   部が前記ウェーハを貫通して前記第二空洞に連通する通
   路を形成し、前記第二空洞に連通する前記通路の開口部
   の面積が、前記第二空洞の床面の面積と比較して小さ
   く、 差圧検出装置が、更に、 前記ウェーハの第一面上に位置し、前記第一面に接着さ
   れたガラス板で、前記空洞の開口部を覆うように伸張
   し、前記第二空洞の床面と直線関係にある前記空洞の一
   部を覆うような導電部を有するガラス板と、 前記シリコンウェーハと、前記絶縁層の前記導電ダイア
   フラムと、前記ガラス板の導電部と、に対して、独立に
   電気接点を形成するような第一、第二及び第三電気接点
   と、 流体圧力を、前記ダイアフラムと前記ガラス板との間の
   容量にかける手段と、 を備える、ことを特徴とする二方向性差圧検出装置。
10. 【請求項１０】 容量性差圧検出装置の製造方法で、 （ａ）単結晶シリコンウェーハの上面に、所定の深さを
    有する空洞で、前記上面に平行な前記所定の深さに所定
    の面積の床面を有する空洞を形成するステップと、 （ｂ）充填された空洞の上面が、前記ウェーハの上面
    と、連続した平らな表面を形成するように、前記空洞に
    犠牲スペーサ材を充填するステップと、 （ｃ）前記ウェーハの上面に、前記充填された空洞上に
    伸張するポリシリコン層を析出させるステップと、 （ｄ）前記充填された空洞上に位置する前記ポリシリコ
    ン層の一部を選択的にドーピングして、導電性ｐ＋領域
    を形成するステップと、 （ｅ）前記ウェーハの上面と平行な前記ウェーハの底面
    を異方性エッチングすることにより、前記充填された空
    洞の床面の中心からずれた位置で前記充填された空洞の
    床面に連通する通路を構成する開口部を形成するステッ
    プと、 （ｆ）前記空洞内の前記犠牲スペーサ材を、前記通路を
    介して取り除くステップと、 を備えることを特徴とする製造方法。
11. 【請求項１１】 前記犠牲スペーサ材が二酸化ケイ素で
    あり、前記ステップ（ｃ）でポリシリコン層を析出させ
    る前に、前記ウェーハの上面を誘電薄層で覆う、ことを
    特徴とする請求項１０記載の製造方法。