JPH0420132B2 - - Google Patents
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- JPH0420132B2 JPH0420132B2 JP13893483A JP13893483A JPH0420132B2 JP H0420132 B2 JPH0420132 B2 JP H0420132B2 JP 13893483 A JP13893483 A JP 13893483A JP 13893483 A JP13893483 A JP 13893483A JP H0420132 B2 JPH0420132 B2 JP H0420132B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- movable electrode
- semiconductor substrate
- layer
- fixed electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
- G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、圧力、差圧等の被測定量に応じて固
定電極に対する移動電極が変位し、この変位によ
り電極間の静電容量が変化するのを検出して圧力
等を検出する半導体容量形圧力センサに関するも
のである。
定電極に対する移動電極が変位し、この変位によ
り電極間の静電容量が変化するのを検出して圧力
等を検出する半導体容量形圧力センサに関するも
のである。
容量形圧力センサにおいては、小型化をはかる
と感圧容量の絶対値が、たとえば、５〜15PFと
小さくなる。この場合、センサ部分に発生する浮
遊容量の影響が問題となり、通常においては、感
圧容量より大きくなつてしまう。
と感圧容量の絶対値が、たとえば、５〜15PFと
小さくなる。この場合、センサ部分に発生する浮
遊容量の影響が問題となり、通常においては、感
圧容量より大きくなつてしまう。
これ等の浮遊容量は、温度誤差、直線性の劣下
となつて特性に悪影響を及ぼす。
となつて特性に悪影響を及ぼす。
第１図、第２図は、従来より一般に使用されて
いる従来例の構成説明図で、第１図は平面図、第
２図は側断面図である。
いる従来例の構成説明図で、第１図は平面図、第
２図は側断面図である。
図において、１aはＰ型シリコン単結晶の半導
体基板である。１１aは基板１aに設けられ測定圧
力Pnが導入される圧力導入孔である。２aは基板
１aにＮ型シリコン単結晶膜をエピタキシヤル成
長させたエピタキシヤル成長層である。３aはエ
ピタキシヤル成長層２aの一部にIC化して形成さ
れた増幅器である。４aは透明なバイレツクスガ
ラスよりなる絶縁カバーで、エピタキシヤル成長
層２aに陽極接続されている。４１aは絶縁カバー
４aの増幅器３aに対向する部分に設けられた空隙
である。４２aは絶縁カバー４aの圧力導入孔１１
ａに対向する位置に設けられた凹部である。５aは
凹部４２aの表面にアルミ材が蒸着されて形成さ
れた固定電極である。固定電極５aはエピタキシ
ヤル成長層２aを移動電極として可変静電容量Cn
を構成する。６aはアルミ材が蒸着されて形成さ
れ増幅器３aと固定電極５aとを結ぶリードであ
る。７１a，７２aは増幅器３aより引き出された
リード層である。８１a，８２aはそれぞれリード
層７１a，７２aに接続された外部端子である。
体基板である。１１aは基板１aに設けられ測定圧
力Pnが導入される圧力導入孔である。２aは基板
１aにＮ型シリコン単結晶膜をエピタキシヤル成
長させたエピタキシヤル成長層である。３aはエ
ピタキシヤル成長層２aの一部にIC化して形成さ
れた増幅器である。４aは透明なバイレツクスガ
ラスよりなる絶縁カバーで、エピタキシヤル成長
層２aに陽極接続されている。４１aは絶縁カバー
４aの増幅器３aに対向する部分に設けられた空隙
である。４２aは絶縁カバー４aの圧力導入孔１１
ａに対向する位置に設けられた凹部である。５aは
凹部４２aの表面にアルミ材が蒸着されて形成さ
れた固定電極である。固定電極５aはエピタキシ
ヤル成長層２aを移動電極として可変静電容量Cn
を構成する。６aはアルミ材が蒸着されて形成さ
れ増幅器３aと固定電極５aとを結ぶリードであ
る。７１a，７２aは増幅器３aより引き出された
リード層である。８１a，８２aはそれぞれリード
層７１a，７２aに接続された外部端子である。
以上の構成において、圧力導入孔１１aに導入
された測定圧Pnの変化によつて、エピタキシヤ
ル成長層２aと固定電極５aとの可変静電容量Cnは
変化する。この変化量を増幅器３aによつて電気
信号に変換し外部端子８１a，８２aより出力する
ことにより、圧力を検出することができる。
された測定圧Pnの変化によつて、エピタキシヤ
ル成長層２aと固定電極５aとの可変静電容量Cnは
変化する。この変化量を増幅器３aによつて電気
信号に変換し外部端子８１a，８２aより出力する
ことにより、圧力を検出することができる。
このようなものにおいては、エピタキシヤル成
長層２aと増幅器３aとの間、また、リード６aと
エピタキシヤル成長層２aとの間に絶縁をとらな
ければならない為、たとえば、エピタキシアル成
長層２aをＮ型シリコン層とし増幅器３aとリード
６aとをＰ型シリコン層とすることによりｐ−ｎ
接合による絶縁をはかつている。
長層２aと増幅器３aとの間、また、リード６aと
エピタキシヤル成長層２aとの間に絶縁をとらな
ければならない為、たとえば、エピタキシアル成
長層２aをＮ型シリコン層とし増幅器３aとリード
６aとをＰ型シリコン層とすることによりｐ−ｎ
接合による絶縁をはかつている。
しかしながら、このようにｐ−ｎ接合による絶
縁をすると、Ｐ型とＮ型との間に空乏層を生じ、
この空乏層が浮遊容量Csを形成する。この浮遊容
量Csは、半導体基板１a全面にわたつて形成され
ているため固定電極５aとエピタキシヤル成長層
２aとで構成される可変静電容量Cnよりも大き
く、かつ、この浮遊容量Cnは周囲温度の変化に
よつて変化してしまう為、正確な圧力の測定がで
きない。
縁をすると、Ｐ型とＮ型との間に空乏層を生じ、
この空乏層が浮遊容量Csを形成する。この浮遊容
量Csは、半導体基板１a全面にわたつて形成され
ているため固定電極５aとエピタキシヤル成長層
２aとで構成される可変静電容量Cnよりも大き
く、かつ、この浮遊容量Cnは周囲温度の変化に
よつて変化してしまう為、正確な圧力の測定がで
きない。
また、このようにｐ−ｎ接合による絶縁を行つ
ても、リード層７１aと７２aとの間に浮遊容量Cs
を形成する。この浮遊容量Csは、固定電極４aと
エピタキシヤル成長層２aとで構成される可変静
電容量Cnに並列に入り、かつ周囲温度の変化に
よつて変化してしまう為、正確な圧力の測定がで
きない。
ても、リード層７１aと７２aとの間に浮遊容量Cs
を形成する。この浮遊容量Csは、固定電極４aと
エピタキシヤル成長層２aとで構成される可変静
電容量Cnに並列に入り、かつ周囲温度の変化に
よつて変化してしまう為、正確な圧力の測定がで
きない。
本考案の目的は、浮遊容量が小さく周囲温度の
変化の影響が少い半導体容量形圧力センサを提供
するにある。
変化の影響が少い半導体容量形圧力センサを提供
するにある。
この目的を達成するために、本発明は、半導体
基板と、該半導体基板の一面に形成された移動電
極と、該移動電極に対向して設けられた該移動電
極と可変静電容量を構成する固定電極とを具備す
る半導体容量形圧力センサにおいて、 前記半導体基板の前記固定電極の対向する面の
表面全面にエピタキシヤル成長によつて形成され
た移動電極層と、該移動電極層に不純物が拡散さ
れて形成され前記移動電極層を前記固定電極に対
向する移動電極の部分と前記固定電極に対向しな
い部分とに絶縁分離し前記移動電極と前記半導体
基板との間の浮遊容量が小さくなるように該移動
電極を囲んで設けられかつ前記移動電極のガード
電極としても機能するリング状の絶縁層とを具備
したことを特徴とする半導体容量形圧力センサを
構成したものである。
基板と、該半導体基板の一面に形成された移動電
極と、該移動電極に対向して設けられた該移動電
極と可変静電容量を構成する固定電極とを具備す
る半導体容量形圧力センサにおいて、 前記半導体基板の前記固定電極の対向する面の
表面全面にエピタキシヤル成長によつて形成され
た移動電極層と、該移動電極層に不純物が拡散さ
れて形成され前記移動電極層を前記固定電極に対
向する移動電極の部分と前記固定電極に対向しな
い部分とに絶縁分離し前記移動電極と前記半導体
基板との間の浮遊容量が小さくなるように該移動
電極を囲んで設けられかつ前記移動電極のガード
電極としても機能するリング状の絶縁層とを具備
したことを特徴とする半導体容量形圧力センサを
構成したものである。
以下、本発明の実施例について説明する。
第３図、第４図は、第５図は、本発明の一実施
例の構成説明図で、第３図は正面図、第４図は第
３図のＡ−Ａ断面図、第５図は第３図のＢ−Ｂ断
面図である。
例の構成説明図で、第３図は正面図、第４図は第
３図のＡ−Ａ断面図、第５図は第３図のＢ−Ｂ断
面図である。
図において、１はＰ型シリコン単結晶の半導体
基板である。１１は基板１に設けられ測定圧力
Pnが導入される圧力導入孔である。２は基板１
にＮ型シリコン単結晶膜をエピタキシヤル成長さ
せたエピタキシヤル成長層で、移動電極層を構成
する。３は半導体基板１に形成されたIC増幅器
である。４は透明なパイレツクスガラスよりなる
絶縁カバーで、エピタキシヤル成長層２に陽極接
続されている。２１はエピタキシヤル成長層２の
圧力導入孔１１に対向する位置に設けられ、絶縁
カバー４と基準室２２を構成し、基準圧力Ppの導
入される凹部である。４１は絶縁カバー３の基準
室２２に面する面に設けられた固定電極である。
４２は絶縁カバー４に設けられ固定電極４１と同
心円状に設けられた比較電極である。比較電極４
２は固定電極４１による検出値に対する温度補償
等のために用いられる。４３は絶縁カバー４に設
けられ、固定電極４１と比較電極４２を囲んで設
けられたガード電極で、固定電極４１、比較電極
４２における浮遊容量の検出を防止するものであ
る。５はエピタキシヤル成長層２の固定電極４１
と比較電極４２とガード電極４３とに対向する必
要最小限部分を囲み、残された他のエピタキシア
ル層２から絶縁し移動電極２３を構成するリング
状の絶縁層である。絶縁層５は移動電極２３と半
導体基板１との間の浮遊容量Csが小さくなるよう
に構成されている。絶縁層５はエピタキシアル層
２に不純物が拡算されてＰ型半導体として形成さ
れている。２４は移動電極２３と半導体基板１と
の電気的接続抵抗を少くするために設けられた埋
込みn+層である。５１はエピタキシヤル成長層
２に設けられ、Ｎ型半導体で構成され移動電極２
３とIC増幅器３とを接続する接続リードである。
５２，５３は、エピタキシヤル成長層２に設けら
れ、Ｎ型半導体で構成され、それぞれ、IC増幅
器３と固定電極４１、IC増幅器と比較電極４２
とをアルミニウム材よりなるパツド６を介して接
続するリードである。５４，５５，５６は、それ
ぞれ、リード５１，５２，５３を、エピタキシア
ル成長層２から絶縁する絶縁体で、エピタキシア
ル成長層２に、不純物が拡散されて形成され、こ
の場合は、Ｐ型半導体で形成されている。６１〜
６４はIC増幅器３に接続された外部接続端子で
ある。７１は移動電極２３を覆つて設けられ移動
電極２３と固定電極４１との間の電極間の誘電率
とほぼ等しく、かつ、絶縁性が高い誘電体膜で、
この場合は、約1000Åの厚さに管理された酸化珪
素膜（SiO2）が用いられている。７２，７３，
７４はエピタキシアル層２の外気接触部分を保護
する保護膜で、この場合は、７２は酸化珪素膜
（SiO2）、７３は窒素珪素膜（Si3N4）、７４は酸
化珪素が用いられている。７５は、第５図に示す
如く、リード５２と５３を覆つてシールドし、保
護膜７３と７４との間に設けられたアルミニウム
材よりなるシールド膜である。８は半導体基板１
の圧力導入孔１１が設けられている側に取付けら
れた、この場合は、パイレツクスガラスよりなる
絶縁カバーである。
基板である。１１は基板１に設けられ測定圧力
Pnが導入される圧力導入孔である。２は基板１
にＮ型シリコン単結晶膜をエピタキシヤル成長さ
せたエピタキシヤル成長層で、移動電極層を構成
する。３は半導体基板１に形成されたIC増幅器
である。４は透明なパイレツクスガラスよりなる
絶縁カバーで、エピタキシヤル成長層２に陽極接
続されている。２１はエピタキシヤル成長層２の
圧力導入孔１１に対向する位置に設けられ、絶縁
カバー４と基準室２２を構成し、基準圧力Ppの導
入される凹部である。４１は絶縁カバー３の基準
室２２に面する面に設けられた固定電極である。
４２は絶縁カバー４に設けられ固定電極４１と同
心円状に設けられた比較電極である。比較電極４
２は固定電極４１による検出値に対する温度補償
等のために用いられる。４３は絶縁カバー４に設
けられ、固定電極４１と比較電極４２を囲んで設
けられたガード電極で、固定電極４１、比較電極
４２における浮遊容量の検出を防止するものであ
る。５はエピタキシヤル成長層２の固定電極４１
と比較電極４２とガード電極４３とに対向する必
要最小限部分を囲み、残された他のエピタキシア
ル層２から絶縁し移動電極２３を構成するリング
状の絶縁層である。絶縁層５は移動電極２３と半
導体基板１との間の浮遊容量Csが小さくなるよう
に構成されている。絶縁層５はエピタキシアル層
２に不純物が拡算されてＰ型半導体として形成さ
れている。２４は移動電極２３と半導体基板１と
の電気的接続抵抗を少くするために設けられた埋
込みn+層である。５１はエピタキシヤル成長層
２に設けられ、Ｎ型半導体で構成され移動電極２
３とIC増幅器３とを接続する接続リードである。
５２，５３は、エピタキシヤル成長層２に設けら
れ、Ｎ型半導体で構成され、それぞれ、IC増幅
器３と固定電極４１、IC増幅器と比較電極４２
とをアルミニウム材よりなるパツド６を介して接
続するリードである。５４，５５，５６は、それ
ぞれ、リード５１，５２，５３を、エピタキシア
ル成長層２から絶縁する絶縁体で、エピタキシア
ル成長層２に、不純物が拡散されて形成され、こ
の場合は、Ｐ型半導体で形成されている。６１〜
６４はIC増幅器３に接続された外部接続端子で
ある。７１は移動電極２３を覆つて設けられ移動
電極２３と固定電極４１との間の電極間の誘電率
とほぼ等しく、かつ、絶縁性が高い誘電体膜で、
この場合は、約1000Åの厚さに管理された酸化珪
素膜（SiO2）が用いられている。７２，７３，
７４はエピタキシアル層２の外気接触部分を保護
する保護膜で、この場合は、７２は酸化珪素膜
（SiO2）、７３は窒素珪素膜（Si3N4）、７４は酸
化珪素が用いられている。７５は、第５図に示す
如く、リード５２と５３を覆つてシールドし、保
護膜７３と７４との間に設けられたアルミニウム
材よりなるシールド膜である。８は半導体基板１
の圧力導入孔１１が設けられている側に取付けら
れた、この場合は、パイレツクスガラスよりなる
絶縁カバーである。
以上の構成において、移動電極２３はエピタキ
シヤル層２のうち固定電極４１と比較電極４２と
ガード電極４３とに対向する必要最小限部分のみ
で構成されるように、絶縁層５により区切られ、
エピタキシヤル層２の他の部分から絶縁されてい
るので、エピタキシヤル層２と半導体基板１との
間の浮遊容量Csを小さくすることができる。ま
た、リード５２，５３はシールド膜７５と絶縁体
５５，５６により周囲をシールドされているの
で、リード５２とリード５３との間等の浮遊容量
Csを零とすることができるので、移動電極４１と
比較電極４２間の浮遊容量を最小限にすることが
できる。
シヤル層２のうち固定電極４１と比較電極４２と
ガード電極４３とに対向する必要最小限部分のみ
で構成されるように、絶縁層５により区切られ、
エピタキシヤル層２の他の部分から絶縁されてい
るので、エピタキシヤル層２と半導体基板１との
間の浮遊容量Csを小さくすることができる。ま
た、リード５２，５３はシールド膜７５と絶縁体
５５，５６により周囲をシールドされているの
で、リード５２とリード５３との間等の浮遊容量
Csを零とすることができるので、移動電極４１と
比較電極４２間の浮遊容量を最小限にすることが
できる。
この結果、周囲温度の変化の影響が少ない半導
体容量形圧力センサを得ることができる。
体容量形圧力センサを得ることができる。
更に、移動電極２３の表面には移動電極２３と
固定電極４１との間の電極間の誘電率とほぼ等し
く、かつ絶縁性が高い誘電体膜７１が形成されて
いるので、可変静電容量電極としての機能を損わ
ずに、固定電極４１と移動電極２３間の直流抵抗
に影響を受けないものが得られる。
固定電極４１との間の電極間の誘電率とほぼ等し
く、かつ絶縁性が高い誘電体膜７１が形成されて
いるので、可変静電容量電極としての機能を損わ
ずに、固定電極４１と移動電極２３間の直流抵抗
に影響を受けないものが得られる。
なお、前述の実施例においては、リード５１〜
５４を、エピタキシヤル成長層２中に構成した
が、半導体基板１に不純物拡散によりシールドさ
れたリードを構成してもよいことは勿論である。
５４を、エピタキシヤル成長層２中に構成した
が、半導体基板１に不純物拡散によりシールドさ
れたリードを構成してもよいことは勿論である。
なお、本考案は、ガード電極４３を使用した、
いわゆる三端子構造の静電容量検出方式を採用し
たものである。
いわゆる三端子構造の静電容量検出方式を採用し
たものである。
以上説明したように、本発明によれば、周囲温
度の変化の影響が少ない半導体容量形圧力センサ
を実現することができる。
度の変化の影響が少ない半導体容量形圧力センサ
を実現することができる。
第１図、第２図は従来より一般に使用されてい
る従来例の構成説明図で、第１図は平面図、第２
図は側断面図、第３図、第４図、第５図は本発明
の一実施例の構成説明図で、第３図は正面図、第
４図は第３図のＡ−Ａ断面図、第５図は第３図の
Ｂ−Ｂ断面図である。 １……半導体基板、１１……圧力導入孔、２…
…エピタキシヤル成長層、２１……凹部、２２…
…基準室、２３……移動電極、２４……n+層、
３……IC増幅器、４……絶縁カバー、４１……
固定電極、４２……比較電極、４３……ガード電
極、５……絶縁層、５１，５２，５３……リー
ド、５４，５５，５６……絶縁体、６……パツ
ド、６１，６２，６３，６４……外部接続端子、
７１……誘電体膜、７２，７３，７４……保護
膜、７５……シールド膜、８……絶縁カバー。
る従来例の構成説明図で、第１図は平面図、第２
図は側断面図、第３図、第４図、第５図は本発明
の一実施例の構成説明図で、第３図は正面図、第
４図は第３図のＡ−Ａ断面図、第５図は第３図の
Ｂ−Ｂ断面図である。 １……半導体基板、１１……圧力導入孔、２…
…エピタキシヤル成長層、２１……凹部、２２…
…基準室、２３……移動電極、２４……n+層、
３……IC増幅器、４……絶縁カバー、４１……
固定電極、４２……比較電極、４３……ガード電
極、５……絶縁層、５１，５２，５３……リー
ド、５４，５５，５６……絶縁体、６……パツ
ド、６１，６２，６３，６４……外部接続端子、
７１……誘電体膜、７２，７３，７４……保護
膜、７５……シールド膜、８……絶縁カバー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板と、 該半導体基板に設けられたIC増幅器と、 前記半導体基板の一面に形成された移動電極
と、 該移動電極に対向して設けられ該移動電極と可
変静電容量を構成する固定電極と を具備する半導体容量形圧力センサにおいて、 前記半導体基板の前記固定電極の対向する面の
表面全面にエピタキシヤル成長によつて形成され
た移動電極層と、 該移動電極層に不純物が拡散されて形成され前
記移動電極層を前記固定電極に対向する移動電極
の部分と前記固定電極に対向しない部分とに絶縁
分離し前記移動電極と前記半導体基板との浮遊容
量が小さくなるように該移動電極を囲んで設けら
れたリング状の絶縁層と、 前記半導体基板にエピタキシヤル成長又は不純
物拡散によつて設けられた前記移動電極または前
記固定電極と前記IC増幅器とを接続するリード
と、 該リード間を絶縁するように不純物が拡散され
て形成された絶縁体と、 前記リードの外表面に絶縁膜を介して設けられ
該リードをシールドする導電性のシールド膜と を具備したことを特徴とする半導体容量形圧力セ
ンサ。 ２ 移動電極表面を固定電極との間の電極間の誘
電率とほぼ等しく絶縁性の高い絶縁被膜で覆つた
事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
体容量形圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13893483A JPS6031032A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 半導体容量形圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13893483A JPS6031032A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 半導体容量形圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6031032A JPS6031032A (ja) | 1985-02-16 |
| JPH0420132B2 true JPH0420132B2 (ja) | 1992-03-31 |
Family
ID=15233556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13893483A Granted JPS6031032A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 半導体容量形圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6031032A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4774626A (en) * | 1986-05-05 | 1988-09-27 | Texas Instruments Incorporated | Pressure sensor with improved capacitive pressure transducer |
| US4716492A (en) * | 1986-05-05 | 1987-12-29 | Texas Instruments Incorporated | Pressure sensor with improved capacitive pressure transducer |
| JP2514067Y2 (ja) * | 1987-06-29 | 1996-10-16 | 京セラ株式会社 | セラミック製トランスデュ−サ |
| JP2005214735A (ja) * | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Kyocera Corp | 圧力検出装置用パッケージ |
| US9538958B2 (en) | 2012-03-16 | 2017-01-10 | Endotronix, Inc. | Permittivity shielding |
-
1983
- 1983-07-29 JP JP13893483A patent/JPS6031032A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6031032A (ja) | 1985-02-16 |
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