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    • 专利摘要:

    公开号:WO1992002798A1
    申请号:PCT/JP1991/001049
    申请日:1991-08-06
    公开日:1992-02-20
    发明作者:Kazuhiro Takenaka
    申请人:Seiko Epson Corporation；
    IPC主号:G01L9-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 圧 力 セ ン サ 技術分野
    [0002] 本発明は、 圧力を電気信号に変換する圧力セ ンサにおいて、 S i 基板の少な く と も一部分の厚さを、 他の部分よ り も薄く し （ こ の部分を S i メ ンブ レ ン と い う ） 、 こ の S i メ ン ブ レ ンの部分に 圧電性の薄膜からなるキ ャ パシタを形成し、 かつ S i 基板の主表 面に抵抗、 ダイオー ド、 ト ラ ン ジス タ のいずれかの素子を形成し、 これらの素子をもちいて、 キャパシタからの出力を S i 上で処理 する こ とによ り、 精度の良い圧力セ ンサを得るよう に した もので ある。 背景技術
    [0003] 従来の圧力セ ンサと しては、 本発明と同 じよ う に S i メ ン ブ レ ンを用いたものと しては、 第 2 図のよ う に （ 2 0 1 ) の S i 基板 上に部分的に厚さを薄く した S i メ ンブレ ン （ 2 0 5 ) を形成し、 その中に S i 基板 （ 2 0 1 ) と反対導電形の拡散抵抗 （ 2 0 2 ) を形成したよ う な圧力セ ンサが考案されている。 こ こで （ 2 0 4 ) は圧力検出口を形成している板であ り、 （ 2 0 6 ) が圧力検出口 である。
    [0004] し力、 し、 従来の圧力センサは、 圧力の差による S i メ ンブレ ン のたわみを利用 し、 S i メ ンブレ ン中に形成された拡散抵抗の変 化を検出する原理であるためその変化量と してはわずかであ り （ 例えば 1 気圧で 1 %以下） 、 圧力測定の精度がでなかった。 また 変化量がわずかであるため、 （ 3 0 3 ) のよ う に S i 基板の厚い 部分に基準抵抗を形成し、 こ の抵抗と、 S i メ ンブ レ ン中に形成 した抵抗との抵抗値の差をブリ ッ ジ回路などを用いて検出する必 要があった。
    [0005] そこで本発明はこのよ う な課題を解決する もので、 その目的と する所は、 出力電圧が大き く 、 かつ精度の優れた圧力セ ンサを提 供する所にある。 発明の開示
    [0006] 本発明は、 圧力を電気信号に変換する圧力セ ンサにおいて、 S i 基板に S i メ ンプ レ ンを形成し、 その S i メ ン ブ レ ン上に圧電 性の薄膜からなるキャパシタが形成され、 かつ S i の主表面に抵 抗、 ダイオー ド、 ト ラ ンジスタのう ちのいずれかの素子を形成さ れ、 これらの素子によ りキャパシタからの出力を S i 上で処理す るよう に したこ とを特徵とする。 図面の簡単な説明
    [0007] 第 1 図 （ a ) は、 本発明の主要断面図であ り、 第 1 図 （ b ) は 本発明の主要平面図である。 第 2 図 （ a ) は従来の圧力セ ンサの 主要断面図であ り、 第 2 図 （ b ) は従来の圧力セ ンサの主要平面 図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0008] 第 1 図 （ a ) は、 本発明の圧力セ ンサの一実施例に於ける主要 断面図であり、 第 1 図 （ b ) は平面図である。 以下、 第 1 図に従 い、 本発明の圧力セ ンサを説明する。
    [0009] ( 1 0 1 ) は S i 基板であり、 例えば 6 0 0 mの厚さの S i 基板である。 （ 1 0 7 ) が S i 基板に形成された S i メ ンブレ ン であ り、 例えば厚さ 1 0 mとなるよ う にエ ッ チ ン グに よ り形成 する。 （ 1 0 3 ) が本発明の要素である、 圧電性膜であ り 、 例え ば、 P Z Tを の厚さで形成する。 その他の圧電性膜と して は、 P L Z T、 P b T i 03 などがある。 （ 1 0 2 ) は圧電性膜 の下部電極であり、 例えば A 1 Wで 1 z mの厚さで形成する。 （ 1 0 4 ) は上部電極であ り同 じ く A 1 を 1 mの厚さで形成する これらの電極や圧電性膜の形成方法と しては、 例えばスパッ タ法 を用いて薄膜を形成し、 露光技術を用いて所定のパター ンを形成 する。 そ して （ 1 0 2 ) ( 1 0 3 ) ( 1 0 4 ) によ り圧電性膜か らなるキャパシタを構成する。 （ 1 0 5 ) は圧力検出口を形成し ている板であ り、 例えば C u板を用いる。 （ 1 0 6 ) が圧力検出 口である。
    [0010] ( 1 1 2 ) が同じ S i 基板上に形成された ト ラ ン ジ ス タであ り こ こでは、 M O S型 ト ラ ンジスタで示している。 （ 1 0 9 ) がゲ — ト電極であ り、 （ 1 1 0 ) ( 1 1 1 ) 力いノ ー ス、 ド レ イ ン の拡 散層である。 この ト ラ ンジスタ と、 圧電性膜からなるキャパシ夕 の接続は、 こ こでは、 （ 1 0 2 ) の下部電極をそのま ま配線と し て用いている。 また、 （ 1 0 4 ) の上部電極も同様に配線電極と する こ とが出来る。 （図示さず） 。
    [0011] さて、 第 1 図のよ う な構造の圧力セ ンサにおいては、 圧力の差 による S i メ ンブレンのたわみを利用 し、 S i メ ンブレ ン上に形 成した圧電性膜からなるキャパシ夕 の出力を検出 し、 かつそのキヤ シタからの出力を直接同一 S i 基板上に形成した ト ラ ン ジス夕 な どの素子 （例えば ト ラ ンジスタからなるオペア ンプ） によ り処理 するため、 出力電圧と して大きな値が得られた （オペア ンプの出 力と して 1 気圧で 9 0 0 m V ) 。 また、 処理回路を同一 S i 基板 上に持っているため、 ノ イズなどに対しても、 誤動作や、 精度の 狂わない圧力セ ンサとする こ とが出来た。 また、 従来のよ う なに 比較用の拡散抵抗を配置する必要もない。 また、 出力電圧は S i 基板上に集積する回路のゲイ ンによ り制御出来るため、 仮に出力 電圧を大き く したい場合には、 ゲイ ンを大き く すればよ く 、 こ の よう に自由に出力電圧を設定出来る。
    [0012] 第 1 図では M O S ト ラ ンジスタを集積化させた場合につき、 図 示し、 説明 したが、 必要に応じて、 抵抗、 ダイオー ド、 バイ ポー ラ ト ラ ンジスタなども、 集積化出来る こ と はいう までもない。
    [0013] また、 電極や圧電性膜の形成方法は半導体の製造方法を利用出 来るため、 大量生産に適する。 産業の利用可能性
    [0014] 本発明のよう に、 圧力を電気信号に変換する圧力セ ンサにおい て、 S i 基板に S i メ ンブレンを形成し、 かつその S i メ ンブレ ン上に圧電性の薄膜からなるキャパシタを形成するよ う に し、 力、 つ S i 基板の主表面に抵抗、 ダイ一 ド、 ト ラ ンジスタのう ちのい ずれかの素子を形成し、 これらの素子によ りキャパシ夕からの出 力を S i 上で処理する こ とに したため、 出力電圧の大き く 、 精度 の良い圧力セ ンサが得られる という効果を有する。
    权利要求:
    Claims 請求の範囲
    ( 1 ) 圧力を電気信号変換する圧力セ ンサにおいて、 S i 基板の 少な く と も一部分の厚さが、 他の部分よ り も薄く 、 S i 基板の、 前記厚さの薄い部分の主表面上に、 圧電性の薄膜からなるキャパ シ夕が形成され、 かつ、 S i 基板の主表面上に抵抗、 ダイ ー ド、 ト ラ ンジスタのう ちのいずれかの素子が少な く と も形成され、 前 記キャパシタ と前記素子が S i 基板上で接続されている こ とを特 徵とする圧力セ ンサ。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0496890A1|1992-08-05|
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    EP0496890A4|1993-04-07|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1992-02-20| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1992-02-20| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
    1992-05-04| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1991913825 Country of ref document: EP |
    1992-08-05| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1991913825 Country of ref document: EP |
    1993-06-07| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1991913825 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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