JPH09250963A - コンデンサ形圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディジタルサンプル回路での誤った信号を機
械的に低減させる。 【解決手段】 ハウジング（７６）の小容積空間は、シ
リコ―ン油で満たされており、分離膜（７７）上に作用
する圧力を伝える分離室に向って、小さい通路（９２）
を通して開いている。前記圧力が検知膜（１２）を偏向
させる。制動を与えるための、膜（１２）への圧力開口
は、カバ―（８８）内に形成されたレ―ザ穿設ホ―ル
（９２）で構成される。小容積の制動室内のシリコーン
油は、膜（７７）の周波数応答を制動するように、該膜
（７７）が偏向するのに応じて通路（９２）を通して流
れなければならない。膜（７７）の応答を機械的に制動
することによって、使用される検知回路における追加的
なフィルタリングが不要になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、応力分離（isolat
ed）および圧力媒体分離形センサに構成された半導体膜
（ダイアフラム）に取り付けた誘電体層を使用した微小
形のコンデンサ形圧力センサに関するものである。誘電
体層は、前記膜に面した金属化コンデンサプレ―ト、お
よび誘電体層内の金属化ホ―ルを持っており、前記ホ―
ルは膜感知室の排気を可能にし、また密封後の電気的接
続を提供している。本発明のもう一つの特徴は、出力デ
ィジタルサンプル回路での誤った信号を機械的に低減さ
せるため、圧力媒体分離センサに制動作用を付与し、バ
ッチ製造技術を使用する特徴（利点）を具現することで
ある。

【０００２】

【従来の技術】シリコン膜を使用したコンデンサ形圧力
センサは、「微小シリコン・コンデンサ形絶対圧力セン
サ」というエム・イ―・ベ―ル（Ｍ．Ｅ．Ｂehr ）等に
よる論文（Ｉ．Ｍech Ｅ．１９８１年）に記述されてい
る。この論文は、膜（ダイアフラム）を形成するために
使用したシリコンウェ―ハについて記述している。ウェ
―ハは、ガラス基板上に取り付けられ、ガラス上の金属
化層が、膜に対向して、これから隔離されたコンデンサ
電極すなわちコンデンサプレ―トを形成する。膜および
コンデンサプレ―トへの電気的接続は、ガラスを貫通し
ている開口部内の金属化層を通して実現されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気的
なリ―ドをフィ―ドスル―（feedthrough ）させるこ
と、および前記膜によって形成された室（チャンバ）を
排気するための開口部を設けること、ならびに、バッチ
プロセスによってセンサを製造することを可能化するこ
とという課題は、依然として残っている。さらに、この
ようなセンサの応力分離（外部応力からダイアフラム、
すなわち膜を分離、絶縁すること）が問題である。

【０００４】集積回路センサの形成に関する先行技術の
レビュ―が、「エレクトリカル・デザイン（Ｅlectrica
l Ｄesign ）」の１９８５年４月１８日号第１３１〜１
４８頁に、フランク・グッドイナフ（Ｆrank Ｇoodeno
ugh ）によって、「センサ用ＩＣ（Ｓensor ＩＣ's；Ｐ
rocessing ，Ｍaterials Ｏpen Ｆactory Ｄoors」と
いう表題の記事で提供されている。

【０００５】シリコンまたは、その他の半導体のような
剛性材料を使用した微小コンデンサ形圧力トランスジュ
―サに存在するもう一つの問題は、膜の周波数応答が非
常に高く、ディジタル・サンプリング回路と共に使用し
た時に、その膜の応答周波数が、容量値を検出するため
に使用されるサンプリング間隔で分析されるのには、あ
まりに高すぎる可能性があるということである。

【０００６】そのようなサンプリング回路は、固定した
時間間隔で、容量性出力信号をサンプリングすることに
よって、コンデンサ形検出回路から出力信号を発生す
る。シリコン膜の周波数応答が十分に高いので、サンプ
リング周波数の近くまたは、それ以上の雑音信号の結果
として生じるエイリアシング（aliasing）誤差を防ぐた
めには、デ―タがサンプリング前にダンピングされる
か、または低通過フィルタリングされるかすることが必
要である。検出素子の機械的なダンピングを行なうこと
が好ましいが、これは、既知の配置構成を使用した時
に、非常に小さい容積のスペ―スしか持たない微小形固
体センサにとっては大きな問題である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、センサをバッ
チ製造することを可能にするために、なるべくは金属化
（メタライズされた）誘電体層上に取り付けられた半導
体膜によって構成された微小コンデンサ形圧力センサに
関するものである。膜およびこれに対面する金属層がコ
ンデンサプレ―トを形成し前記膜が圧力を受けて変形、
偏向する時に、プレ―ト間のコンデンサ容量が変動す
る。誘電体層は金属化されたスル―ホ―ルを含んでお
り、スル―ホ―ルは、誘電体層の、コンデンサプレ―ト
とは反対側面の第二金属化層に、電気的に接続される。
ホ―ル内の金属層は回路用のリ―ドを形成し、またホ―
ルは、誘電体層上に形成されたコンデンサプレ―トと膜
間の空洞を排気するのに役立つ。ホ―ルは、バッチ製造
工程において、カバ―されて密封される。また、第二の
金属層が露出され、リ―ドと接続するために使用され
る。

【０００８】代表的な本発明は、誘電体性の、なるべく
はパイレックスガラス（硼硅酸塩）のようなガラスのベ
―スまたは基板を持った圧力センサである。好ましい実
施形態では、Ｐ型シリコンウェ―ハが、複数の所望の位
置で、両側からエッチングされる。エッチングは、ウェ
―ハの片側では、検知膜（または薄膜）を形成するよう
に、深くなっており、ウェ―ハの他の側では、検知空洞
を形成するように、浅い深さに、膜の位置と整列した位
置でエッチングされる。ウェ―ハは、第一の（検知空洞
の反対側の）側で金属化され、金属層とシリコン間のオ
―ミック接触を形成するために焼きなましされる。

【０００９】ガラスディスクは、ウェ―ハの膜上の中央
部に位置するような、小さいホ―ル（穴）を形成され、
このディスクは次に、（スル―ホ―ルを通して）その両
面上が金属化される。その片側では、分離したコンデン
サプレ―トを形成するように金属層がマスクされる。コ
ンデンサプレ―トの各々は、一つのホ―ルの中央部に位
置するので、コンデンサプレ―トを形成する金属層が、
シリコンウェ―ハ上に形成された膜と正しく整列され
る。

【００１０】シリコンウェ―ハに面したガラスディスク
の側の金属化プレ―トが、そのシリコンウェ―ハの膜を
覆って適切に配置されるように、ガラスディスクまたは
層が、シリコンウェ―ハ上の規定位置に配置される。前
記層すなわちガラスディスク上に形成されたコンデンサ
プレ―トは、シリコンウェ―ハから電気的に絶縁されて
いるが、ガラスに設けられた各ホ―ル内の金属化部は、
それぞれのコンデンサプレ―トの中央部に位置し、ガラ
スディスクの反対側にある金属化層に、ガラス上のコン
デンサプレ―トを電気的に接続する。

【００１１】シリコンウェ―ハおよびガラスディスク
は、膜領域内において数ミクロンのギャップを形成する
ように、各膜の周囲領域で結合される。ガラスディスク
とシリコンウェ―ハ間のギャップは、空洞または室（チ
ャンバ）を形成しており、それらは、その周囲では密封
されているが、金属化ホ―ルを通して外側に開口してい
る。

【００１２】ガラスディスクまたは層、およびシリコン
ウェ―ハのアセンブリは、絶対圧力センサを形成するた
めに使用されることができるが、その場合は、前記アセ
ンブリは第三および第四のウェ―ハまたはディスクと整
列され、組合わされる。最初に述べたガラスディスク上
に組合わされる第三のディスクまたは層は、ガラスまた
はシリコンのいずれでも良く、第一のガラスディスクに
面した表面に形成されたボスを持っている。それらのボ
スは、前記第一のガラスディスク内にあって、その中に
金属層を持つ、ホ―ルをカバ―し、密封するように配置
される。

【００１３】ディスクアセンブリが真空環境に配置さ
れ、第三のディスクが最初に述べたガラスディスクに結
合されると、第三のディスクは、膜とガラスディスク間
の検知空洞を効果的に密封する。したがって、ガラスデ
ィスク内のホ―ルは、形成されているコンデンサプレ―
トからの電気信号用のフィ―ドスル―および、バッチ製
造プロセスにおいて、膜上の空洞を、排気、密封するた
めの通路の両方を提供する。第三の層のある部分は、接
続形成用の金属層を露出させるために除去されるがホ―
ルは密封状態に残される。

【００１４】その上に膜を形成された、最初に述べたシ
リコンウェ―ハの外側（第一のガラスディスクとは反対
の側）に配置された第四の層は、通常、シリコンから作
られており、膜を形成して作られた空洞へ連なる通路を
持っている。第四層内の通路は、その膜に圧力流体（媒
体）が作用するのを可能にするためにある。図示してあ
るように、第四のディスクは、アセンブリから外側に延
び、かつ圧力の通路を取り囲む、応力分離（isolating
）ネックを有している。第４のディスクは、同時に、
真空環境の下で、所定の位置に結合されている。

【００１５】ガラスフリットまたは陽極結合が、シリコ
ンウェ―ハおよび第一のガラスディスクからなる最初の
アセンブリに、その外側の２層（第三および第四層）を
結合するために使用可能である。これらの４層からなる
サンドエッチは、それから、個々のセンサを形成するた
めに、ダイス（切断）される。

【００１６】本発明においては、もし所望ならば、応答
の減衰または分離が望まれる場所では、ウェ―ハおよ
び、最初に述べたガラスディスクよりなる最初のアセン
ブリは前述のとおりに製造されるが、ウェ―ハの、最初
に述べたガラスディスクとは反対側にある第四の層すな
わちカバ―は、いくらか異なるように配列され、第一の
ガラスディスクとは反対側の膜上に配置される。カバ―
層は、膜のコンデンサ作動表面とは反対側の側面上に、
小容積の制動室を形成するように、膜空洞に適合するボ
スを持っている。小容積室は、流体（シリコ―ン油）で
満たされており、分離膜（isolation diaphragm ）上に
作用する圧力を伝える分離室に向って、小さい通路を通
して開いている。そのような圧力が検知膜を偏向させ
る。

【００１７】図示しているように、制動を与えるため
の、膜への圧力開口は、第四の層またはカバ―内に形成
されたレ―ザ穿設ホ―ルかまたは、膜支持リムの領域
に、制動室へ連通するように形成された浅い横溝で構成
される。溝は、シリコンウェ―ハ内または第４層内に、
これらの層をエッチングする時に形成されることがで
き、それによって、圧力が膜に作用する制動室に連通す
る小さい、制限された開口部が実現される。

【００１８】このような小容積の制動室内の流体は、そ
れによって膜の周波数応答を制動するように、膜が偏向
するのに応じて制限部を通して流れなければならない。
制動油または流体用の非常に小さい内容積部を使用する
ことにより、そのような制動室に流体を充填することが
より容易な作業となる。

【００１９】図示しているように、膜の応答を機械的に
制動する能力は、使用される検知回路における追加的な
フィルタリングの必要性を無くしている。したがって、
従来のデ―タサンプリング回路が本発明の装置と共に使
用できるようになる。流体制動は、回路のサンプリング
周波数の１／２以下の範囲に、膜の周波数応答を維持す
ることを目的としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１に示すように、誘電体（ガラ
ス）２０の第一の層すなわちディスク２０は、そこに取
り付けられ、全体として符号１０で示されているシリコ
ンウェ―ハ（図１の中央部に例示されている）を持って
いる。シリコンウェ―ハ１０が、リム部分１３によって
囲まれた複数の検知膜（センシング・ダイアフラム）構
成部１２を形成するように、それをエッチングすること
によって準備される。ウェ―ハの第１の側にある膜構成
部１２およびリム部分１３は、ガラスディスクと共に空
洞１４を形成している。

【００２１】第２の側、すなわち反対側（図２参照）に
は、凹部１５が十分に深く形成されるので、検知膜１２
は、所望の圧力範囲での動作に適するように十分に薄く
なる。各リム１３および関連する膜１２は、膜アセンブ
リ１７を形成している。シリコンウェ―ハは、図２の符
号１６に示すように、容量形空洞１４とは反対側の第２
表面上で金属化（メタライズ）されており、金属層およ
びシリコン間にオ―ミック接触を形成するように焼きな
まししてある。

【００２２】適当な穴が誘電体ディスク、すなわち第一
のガラス層２０を通してあけられ、符号２３で示されて
いるホ―ルは、ウェ―ハ１０上のコンデンサ形空洞１４
の上に位置する。誘電体ディスク２０はそれから、その
一方の側面で金属層２１を形成し、また、膜１２の上に
ある領域内の他の側面上で金属コンデンサプレ―ト層部
分２２を形成するように、両側面上で金属化されてい
る。ディスク２０の表面は、コンデンサプレ―ト部分を
形成するために、既知の方法でマスクされることができ
る。ホ―ル２３の内面もまた金属化されているので、金
属層２１および金属コンデンサプレ―ト層部分２２は電
気的に接続されている。ホ―ル２３は十分な大きさであ
り、金属化の際につまることはない。

【００２３】シリコンウェ―ハ１０および金属化ガラス
ディスクすなわち層２０は、ホ―ル２３が検知膜１２の
実際上中央部に位置され、かつガラスディスクがリム１
３上に位置を占めてコンデンサ形空洞１４を塞閉するよ
うに、位置合せてして配置される。ディスクすなわち第
一層２０およびウェ―ハすなわち第二層１０は、コンデ
ンサ形空洞１４を密封するために、リム１３に沿って一
緒に結合される。僅かに数ミクロンのコンデンサ・ギャ
ップが、コンデンサプレ―ト層２２と、コンデンサ形空
洞における対向膜１２の表面の間に形成されている。コ
ンデンサプレ―ト層２２はリム１３から絶縁されてお
り、第二コンデンサプレ―トを形成する並行膜１２に対
向したコンデンサプレ―トを形成している。空洞１４
は、この処理段階では、開口部（ホ―ル）を通して外部
に開いている。

【００２４】図１および図２に示すようなアセンブリを
形成するためのバッチ処理を完了するために、シリコン
ウェ―ハ１０およびガラスディスクまたは層２０のサブ
アセンブリ２６は、さらに、二つ以上のディスクまたは
層によって、サンドイッチ状にはさまれる。符号４０で
全体的に示されているカバ―ウェ―ハ、すなわちシリコ
ンまたはガラスの第三層が、ウェ―ハ１０上に形成され
ている検知膜１２の周囲のラインに沿った周辺支持部を
構成する周辺リム４１（図２参照）を形成するために、
まず最初にエッチングされる。リム４１は、これらの層
が一緒に組立てられたとき、膜１２を取り囲むようにな
る。さらに、実質的に平面の封止ボス４２が、ガラスデ
ィスクすなわち第一の層２０の金属化開口部２３を囲む
実質的な平面２３Ａと整列するように、第三層４０の上
に配置されている。それから、そのアセンブリは、リム
４１およびボス４２がガラスディスク２０の金属化層２
１の露出表面に結合されるように、処理される。

【００２５】前記の結合は、接触部にガラスフリットを
用いて実現するかまたは、陽極結合で行なうことができ
る。前記の結合は一般に真空中で行なわれるので、その
コンデンサ室すなわち空洞１４は減圧状態となり、また
その空洞は、ボス４２によって減圧状態で密封されてい
る。

【００２６】同じくシリコンで作られることのできる第
四層３０は、ガラスディスクすなわち層２０の反対側に
あるウェ―ハ１０の一方の側で、ウェ―ハ１０を支持す
るために使用される。第四層３０は、その片側で、空洞
１５の中央部に位置され、かつ、膜から離れて面してい
る第四層の側から外側へ延びている多数のネックまたは
ポスト３１を持つように、組立て前にエッチングされ
る。

【００２７】通路３２が、各ネック３１を通して形成さ
れており、層３０を貫通して延びている。さらに、符号
３４で示されている溝が、層３０のネックとは反対の側
に形成されてボス３５を作り出しており、このボスは、
シリコンウェ―ハ１０に形成されている空洞すなわち凹
部１５と整列され、かつこれをまたいでいると共に、リ
ム４１の下側に位置している。図１，図２、および図３
に示すように、膜がウェ―ハ１０上に形成された各領域
を、凹部３４が取り囲んでいる。ネック３１は、層３０
側で、その表面３７から離れて突出している先端表面３
６を持っていることが分かる。この材料は、既知の方法
で、ボス３５を形成するために凹部３４の位置でエッチ
ングされる。層３０は、接触面でウェ―ハ１０に結合さ
れる。

【００２８】４層からなるサンドイッチ構造は、ボス４
２以外の層４０を除去するために、さらに処理すること
ができる。その結果、開口部２３は密封されたままであ
るが、ガラスディスク２０上の金属化層２１は、ボス４
２の周囲の領域で露出するようになる。４層からなるサ
ンドイッチが形成された後、図１の符号５０で示されて
いるラインに沿って切断される。切断ラインは凹部３４
の中央部であるから、膜アセンブリ１７を形成するよう
に、検知膜１２の各々の周囲に周辺リム１３が残され
る。第三層４０は、各ボス４２の周囲の領域で層２１が
露出するように、ボス４２以外の領域において、切断ま
たはその他の適切なプロセスによって除去される。露出
された金属層２１は、電気的リ―ドが容易に接続できる
領域を形成する。

【００２９】個々のセンサ４７が切離された後、各セン
サの層３０もまた、凹部３４と並んだ材料部を除去する
ために、その周辺部が切断またはエッチング除去され
る。これにより、ボス３５に対応した大きさに層３０の
端縁をトリムする（整える）。縮少された周辺部３８
（図３）により、ウェ―ハ１０上の金属層１６の周辺バ
ンドが露出できるようになる。リ―ド５２がこの層１６
に接続できる。ガラス層すなわちディスク２０上の金属
層２１もまた、溶接のような従来の方法で、リ―ド５３
を接続することができるようにする。

【００３０】センサ４７は、適当な方法で、ハウジング
ベ―スにネック３１の下側面３６を結合することによっ
て、ハウジングベ―ス構成部分５４上に取り付けられ
る。ハウジング壁５５と、キャップ５６を支持している
ベ―ス５４は、ハウジングの内側に密封室５７を形成す
るために使用される。ネック３１の表面３６の周囲の密
封により、ベ―ス５４内の開口部５８を通って、さらに
また開口部３２を通って室１５へ圧力を供給することが
可能になる。

【００３１】圧力媒体（計測されている流体）は、リ―
ド５２および５３から絶縁されており、金属コンデンサ
プレ―ト領域への電気的接続が、腐蝕性流体にさらされ
ることはなくなる。ネック３１は、コンデンサ圧力セン
サ４７のための応力分離（isolation ）スプリング支持
部を形成する。このために、取り付け部のひずみによっ
ては、検知膜の異常変形が生じない。圧力ケ―ス上のひ
ずみは、その膜に影響を与えない。

【００３２】コンデンサ室１４は、ボス４２によって真
空下で密封され、密封されたままに残されている。金属
化ホ―ル２３は、信号のフィ―ドスル―および、室１４
の排気のための開口部を形成している。

【００３３】第２形態の取り付けにおいては、本発明に
従って作られた典型的なセンサが、図５に示されている
ように、外側の分離ハウジング内に取り付けられる。図
示しているように、符号７５で全体的に示しているセン
サは、図１〜図４に示すものとは上下逆になっており、
その中に形成した隔離膜７７を持つ外側外囲器７６に取
り付けられている。計測される圧力は、矢印Ｐによって
示されており、分離膜７７上に作用する。ハウジング７
６の内部空間には、膜の応答を制動するのに適した不活
性油またはその他の不活性流体が充填されている。

【００３４】センサ７５は、図２および図３に示すシ―
ルボス４２を使用して、ハウジングのベ―ス壁７８上に
支持されている。センサ７６は、パイレックスガラス、
またはその他の適当な材料から製造された層すなわちデ
ィスク２０を含んでおり、膜アセンブリ１７は、層２０
に結合されている。リム１３および偏向検知膜１２は、
前述と同様に形成されている。膜１２は、固くて堅固で
あり、高周波応答特性を持っている。

【００３５】膜アセンブリ１７は、シリコン、水晶、サ
ファイア、またはガラスのようなもろい材料から作られ
るのが望ましい。シリコンはより望ましい。ガラスが使
用された場合には、その膜表面は、適当な容量性表面
（コンデンサの電極面）を形成するために金属化される
ことができる。ガラスディスクすなわち層２０上の金属
製コンデンサプレ―ト層２２は、膜１２に面しており、
層２１は、開口部２３内の金属化層によって層２２に接
続されている。

【００３６】センサアセンブリ７５は、前記のように、
開口部を持つように形成されており、前記開口は、層２
１と層２２の間の電気的導電通路を提供すると共に、コ
ンデンサ室１４を排気する通路として役に立つ。膜１２
がシリコンのような半導体からできている場合には、そ
れは、もしも所望ならば、その上に金属コンデンサプレ
―トを配置されること無しに、動作することができる。

【００３７】接続は金属化層１６からリ―ド８４へなさ
れることができ、これによって、適当な既知の容量検知
回路８６を用いて、層２２と検知膜１２の対向表面間の
容量を検出するための第二リ―ドを提供する。膜１２は
比較的高い周波数で応答する。検出回路の出力信号が、
ディジタル出力を得るために使用される場合には、リ―
ド８３および８４での容量信号が選択した割合でサンプ
リングされる。膜１２の周波数応答が、符号８５で示さ
れているサンプリング回路のサンプリング率、または周
波数の約１／２よりも大であるならば、その出力は誤り
情報（エイリアシングと呼ばれる）を発生するかも知れ
ない。メッセ―ジ周波数に関連した望ましいサンプリン
グ率は、ジャコレット（Ｇiacolleto ）によるマグロヒ
ル（ＭcＧraw −Ｈill ）社、１９７７年発行「電子設
計者ハンドブック（ＥlectronicＤesigner's Ｈandbook
）」第２版、２２．８ａ章、第２２〜７７ペ―ジに定
義されている。

【００３８】膜応答の制動を実現し、しかも、それを従
来の方法で実行するために、図１〜図４の層３０は、各
凹部１５上にあるカバ―８８を形成する層と置換され
る。カバ―８８は、膜アセンブリ１７のそれに匹敵する
（コンパチブルな）膨脹温度係数を持つシリコン、また
はその他の剛体材料から作られる。カバ―８８は、リム
１３に適合した外側リム８９および中央部９０をもつよ
うに構成されており、中央部９０は、リム１３内に規定
された凹部１５に適合したボスの形に形成されている。

【００３９】ボス９０の先端表面は、膜１２の表面に近
接しており、その膜に接近して僅かな間隙があるのが望
ましい。ボス９０は、図中に符号９１で示すように、ボ
ス９０の先端表面と膜１２との間に、非常に小さい容積
の室を形成している。符号９２で示されている、適当な
小さい直径のレ―ザ加工ホ―ルが、カバ―８８に穿設さ
れ、室９１から外部へ、換言すれば、その中にセンサ７
５が取り付けられているハウジング７６のような、分離
ハウジングの内部へ連通される。通路９２は非常に小さ
い断面積しか持たず、また短い。一方、室９１の容積は
非常に小さい。

【００４０】室９１および通路９２は、そのセンサアセ
ンブリを真空中で油に浸して室に油を充填するような、
既知の技術を用いて容易に油で満たすことができる。膜
１２を制動して、その全体的な周波数応答を、適切なレ
ベルにまで低下させるために、通路９２は制御オリフィ
スまたは必要な流量制限部を提供する。油または充填流
体は、膜が偏向するときに、開口部９２を通して流れな
ければならない。カバ―８８のボス９０は、技術的によ
く知られている適当なエッチング技術によって形成でき
る。カバ―は、ガラスフリットを用いてウェ―ハ１０の
膜リム上の規定位置に保持されるか、または、図１〜図
４に示した結合層に関して前述されている幾つかの他の
従来法で結合されるかする。本発明の装置の利点は、過
大圧の印加時に、ガラスディスクすなわち層２０に対し
て膜がぶつかって接触し、膜の損傷が防止されることで
ある。

【００４１】図５および図６に示されたセンサは絶対圧
力センサであり、したがって膜１２は、計測される圧力
の印加時に、静止位置からカバ―８８のボス９０の方向
へ偏向することはない。室１４は、通常、少なくとも部
分真空（partial vacuum）になっている。

【００４２】図７および図８には、符号１００で示され
ている改良型圧力センサアセンブリが例示されており、
これはハウジング７６内で使用されることができる。ア
センブリ１００はガラスディスクすなわち層２０および
膜アセンブリ１０２を含んでおり、前記膜アセンブリ１
０２は、膜アセンブリ１７と同一の方法で、シリコンウ
ェ―ハ１０をベ―スにしたバッチプロセスで作られる。
膜アセンブリ１０２は、シリコン、サファイア、石英ま
たはガラスのような、もろい材料から作られており、偏
向検知膜１０４の周囲に形成された周辺リム１０３を持
っている。

【００４３】リム１０３は層２０と結合しており、膜１
０４の下側表面１０６は、膜１０４でコンデンサギャッ
プを形成するように、層２０の金属層２２から隔離され
ている。リ―ドは、前述したように、ガラスディスク２
０上の金属化層から取り出される。リ―ドは回路８５お
よび８６と接続できる。カバ―１０５が、膜１０４の表
面１０６とは反対側に形成された空洞１０８の上に配置
されている。カバ―１０５のボス１０９は、空洞１０８
内に延びているが、膜１０４からは間隙を持って配置さ
れている。カバ―は所定の位置に固定される。またカバ
―１０５は、もの望むならば、同様にシリコンから作る
ことができる。ボス１０９は、油（オイル）で満たすこ
とのできる微小容積の室を形成する。

【００４４】本発明のこの実施形態においては、浅い周
辺スペ―ス１１０が、空洞１０８へ突出しているボス１
０９の周囲に形成されている。小さい通路１１１が、リ
ム１０３（または、もし望むならば、カバ―１０５）に
エッチングまたは微小機械処理によって形成され、この
スペ―ス１１０と連通する。通路１１１は、図７および
図８に示されているように、リム１０３の上部表面を横
切って延びており、偏向膜１０４の上側の、リム１０３
の周辺内側に形成された空洞１０８への、非常に小さい
断面の、制限された通路を形成している。

【００４５】小容積の室１１２が空洞１０８内に形成さ
れており、この室１１２は、適当な油で充填された後
に、偏向膜１０４の運動を制動するために、そこへ連通
される、制限された開口部を有している。ここでも同様
に、小容積の室を準備し、この室をシリコン油、または
その他の適当な制動流体で充填し、油の通路に小さい制
限部すなわちオリフィスを設けることによって、膜１０
４の周波数応答が、使用される回路のサンプリング率と
比肩可能なレベルにまで低減させられる。制動室は、セ
ンサアセンブリの直ぐ上に形成され、制動を実現するた
めには、別のハウジングに依存してはいない。センサア
センブリは、真空中で制動室９１または１１２を逆に充
填することによって充填することができる。

【００４６】センサはバッチプロセスで製造されること
ができ、誘電体の第一層２０は、ホ―ル２３を規定する
表面上の金属化層によって接続される、リ―ド接続領域
およびコンデンサプレ―トの両方を形成するために、金
属化することができる。前記ホ―ル２３はまた、コンデ
ンサ室が密封される前にこのコンデンサ室を排気するこ
とも可能にしている。

【００４７】図９および図１０には、変形例のセンサア
センブリが、符号１３０で示されている。アセンブリ１
３０は、コンデンサプレ―ト１３３を形成するために金
属化されている誘電体層１３１を含んでいる。半導体層
１３２は、偏向膜領域１３４で形成されており、コンデ
ンサプレ―ト１３３は、圧力検知キャパシタンスを形成
するように、膜領域１３４で、半導体層１３２と容量的
に結合している。

【００４８】第二の金属化コンデンサプレ―ト１３７
が、誘電体層１３１上に配置されており、コンデンサプ
レ―ト１３３とは電気的に絶縁されている。コンデンサ
プレ―ト１３７もまた、基準キャパシタンスを形成する
ように、（偏向膜部分用の支持リムの部分の上にある）
不偏向部分１３９で、半導体層１３２と容量形結合をし
ている。

【００４９】圧力検知用コンデンサおよび基準コンデン
サは、同一構造で製造されるので、プレ―ト１３７およ
び領域１３９からなる基準コンデンサは、プレ―ト１３
３および膜領域１３４からなる圧力検知用コンデンサの
パラメ―タと実質的に整合している、損失率および静電
容量の温度係数のようなパラメ―タを持っている。

【００５０】適当なホ―ル１４１および１４３が誘電体
層１３１を通して穿設され、これらのホ―ルの壁は、図
９に示すように、コンデンサプレ―ト１３７から平面接
続領域１４９への電気的なフィ―ドスル―接続１４５お
よび、コンデンサプレ―ト１３７から平面接続領域１５
１への電気的なフィ―ドスル―接続を実現するために金
属化されている。

【００５１】半導体層１３２は、コンデンサプレ―ト１
３３の下側の偏向可能な長方形膜領域１３４、およびコ
ンデンサプレ―ト１３７の下側にある実質的な剛体領域
１３９を形成するために、エッチングによって整形加工
される。半導体層１３２は、図９に示すように、領域１
５２で、誘電体（ガラス）層１３１に結合されている。
支持層１５４が半導体層１３２の下側面に結合してお
り、支持層１５４は、図２に示されている支持層３０に
類似している。

【００５２】膜領域１３４を偏向させるような圧力Ｐを
通すために、ホ―ル１５６が支持層１５４内に穿設され
る。半導体層１３２は、半導体にオ―ミック接触を形成
するように、その表面１５３で金属化されている。リ―
ド１５５，１５７、および１５９が、外部検出回路との
接続を行うために、金属化接点表面１５１，１４９およ
び１５３でセンサに接続されている。

【００５３】基準コンデンサはリ―ド１５７および１５
９に接続されており、圧力検知用コンデンサはリ―ド１
５９および１５５に接続されている。外部検出回路は、
既知の方法で、圧力検知用コンデンサの容量を基準コン
デンサの容量に対して比較し、圧力検知用コンデンサお
よび基準コンデンサに共通しているパラメ―タ変動に対
して補正された、検出用コンデンサの大きさ（計測値）
を出力する。

【００５４】平面状の密封ボス１６１および１６３が、
コンデンサプレ―ト１３７と１３３、および半導体層１
３２間に密封され、かつ排気された室１６５を構成する
ために、それぞれ、真空状態で、面１４９および１５１
に結合される。

【００５５】図１１には、図３に示したセンサと類似の
圧力センサ１７０が示されている。センサ１７０はハウ
ジング１７１に取り付けられており、ハウジング１７１
に設けられたホ―ル１７３を通してセンサ１７０に印加
される圧力Ｐを検知する膜１８３を持っている。基準コ
ンデンサ１７５は、センサ１７０から隔離されてハウジ
ング内に取り付けられているが、センサ１７０と同じ方
向に向いている。

【００５６】基準コンデンサ１７５は、膜１７７へ圧力
流体を通すためのホ―ルがコンデンサ１７５には設けら
れていない点以外は、センサ１７０と同じように構成さ
れている。すなわち、膜１７７は、膜の下の排気室１７
９および、膜の上の排気室１８１を持っている。センサ
１７０および基準コンデンサ１７５の構造および方向が
類似しているので、ハウジング１７１の振動に対する膜
１７７および１８３の応答は、相互に実質的に同じにな
る。センサ１７０および基準コンデンサ１７５は、圧力
センサ１７０の容量に及ぼされる振動の影響が、基準コ
ンデンサ１７５からの対応信号によって実質的に相殺さ
れるように、検出回路１８５に接続できる。そのような
配列は、振動が存在する航空機のような乗物に適用する
のに、特に適している。

【００５７】図１２には、変形例の圧力センサ１９０が
例示されている。センサ１９０は、図３に例示している
センサと同様であり、図３および図１２と同一の符号
は、対応する同様な特徴を示している。図３における密
封ボス４２は、図１２のセンサ１９０では使用されてい
ない。図１２においては、より大きい密封ボス４３が、
ホ―ル２３を封止するために使用されている。密封ボス
４３は、膜アセンブリ１７のリム１３上の金属化部分２
１に封止された周辺リム４４にまで、ホ―ル２３上から
延びている。密封ボス４３は、加熱および機械的圧力を
使用して、金属化層２１に封着される。リム４４にシ―
ル表面を配列することは、密封工程期間中に、ガラス層
２０に歪が生じるのを防止する。

【００５８】図示されている圧力センサは、非常に低い
圧力から適度に高い圧力までの検知に使用できる。ま
た、有機材料が使用されていないので、それは高性能な
圧力センサとなる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、圧力媒体分離センサに
制動作用を付与することにより、出力ディジタルサンプ
ル回路での誤った信号を機械的に低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従って、センサを製造するために使
用した層を示すための、破断した部分での一組の圧力セ
ンサ部分の平面図である。

【図２】 図１の２−２線に沿った拡大断面図であり、
本発明に従って、バッチ製造工程で製造された完全なセ
ンサ・アセンブリを示している。

【図３】 同一バッチで形成された他のセンサから１つ
のセンサを分離した後、そのセンサを外側ハウジング内
に取り付けた状態を示す個々の圧力センサの断面図であ
る。

【図４】 金属化フィ―ドスル―ホ―ルの詳細を示すも
ので、本発明のセンサを製造するために使用したガラス
層部分の拡大断面図である。

【図５】 分離膜を持つ油充填ハウジング内に使用され
ている本発明の改良形の断面図であり、本発明に従って
製造され、応答制動の特徴を含んだセンサが、この中に
設けられている。

【図６】 本発明に従って製造され、第１の型式の流体
制動アパ―チャを持った圧力センサの垂直断面図であ
る。

【図７】 図８の７−７線に沿った、流体制動アパ―チ
ャの改良形の断面図である。

【図８】 図７の８−８線にほぼ沿ってみた平面図であ
る。

【図９】 基準コンデンサを含むように改良された圧力
センサの断面図である。

【図１０】 図９の圧力センサ用の誘電体層および金属
化パタ―ンの平面図である。

【図１１】 この発明に従って基準コンデンサを取り付
けられたセンサの断面図である。

【図１２】 拡大シ―リング層を含むセンサの断面図で
ある。

【符号の説明】

１０…シリコンウェハ、 １２…検知膜、 ２０…誘電
体ディスク、 ７７…分離膜、 ８８…カバー、 ９２
…通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力の大きさを検知するためのコンデン
   サ形圧力センサであって、 剛性の支持部材と、 前記支持部材上に取り付けられたもろい膜部材であっ
   て、前記膜部材および支持部材は、相互に近接して隔離
   関係にある向い合った面を有し、前記膜部材は、圧力を
   受けた時に、前記支持部材の方へ偏向される膜部材と、 前記膜の、前記支持部材とは反対側にある小容積の制動
   室を形成する手段であって、前記膜の上にかぶさってお
   り、前記の小容積室を形成するように、そのエッヂ部に
   対して固着されているカバー部材を含む手段と、 前記制動室から外部まで連通する通路を含む開口手段
   と、 前記室内に準備された充填油であって、前記膜にかかる
   圧力が前記室および室内の前記充填油を介してのみ作用
   して前記膜の偏向を生じさせ、それによって該膜の動き
   が前記通路を通過する流体の流量に直接関係付けられる
   ように準備された充填油と、 所望の周波数で、コンデンサ形圧力センサの信号をサン
   プリングするための回路手段とを具備し、 前記開口手段が、膜の動的応答周波数が実質的に前記サ
   ンプリング周波数の１／２以上にならないように制限す
   る制御オリフィスであるコンデンサ形圧力センサ。