JPH10132682A - Semiconductor pressure sensor, its manufacture, and compound transmitter using it - Google Patents

Semiconductor pressure sensor, its manufacture, and compound transmitter using it

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Publication number
JPH10132682A
JPH10132682A JP29278796A JP29278796A JPH10132682A JP H10132682 A JPH10132682 A JP H10132682A JP 29278796 A JP29278796 A JP 29278796A JP 29278796 A JP29278796 A JP 29278796A JP H10132682 A JPH10132682 A JP H10132682A
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JP
Japan
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diaphragm
pressure sensor
pressure
semiconductor pressure
plate material
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Application number
JP29278796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Shoji
康則 庄司
Seiichi Ukai
征一 鵜飼
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10132682A publication Critical patent/JPH10132682A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a semiconductor pressure sensor with an excessive pressure protection mechanism, which can be manufactured easily, in which a residual strain to a diaphragm can be suppressed, and which can also be applied to an object with a single rigid body part. SOLUTION: A substrate 51 in n-type face single-crystal silicon, and a rigid body part 23 is machined into an octagonal shape within a diaphragm 21 for detection differential pressure. A plate material 24 made of a silicon n-type high-concentration impurity layer is formed at the tip of the rigid body part 23 via a film 25 of SiN. The hole diameter of a pressure introduction port 29 is smaller than the maximum diameter of the plate material 24, thus generating a pressure difference between the upper and lower surfaces of the diaphragm 21 and causing the plate material 24 to contact post material 28 as a stopper when an excessive pressure is applied from an upper surface side. When an excessive pressure is applied from the lower surface side of the diaphragm 21, the plate material 24 hits against the support thick part of the diaphragm 21 for enabling the plate material 24 to operate as a stopper by reducing the diameter of the plate material 24 smaller than the minimum diameter of the lower surface side opening of a thick part for supporting the diaphragm 21 and increasing it larger than the maximum diameter of the diaphragm 21.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種プラントで圧
力などを測定する際に使用される半導体圧力センサとそ
の製造方法及びこれを用いた複合伝送器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure sensor used for measuring pressure and the like in various plants, a method of manufacturing the same, and a composite transmitter using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】被測定物の圧力を受けて変位するシリコ
ンダイアフラム上に感歪ゲージとしてピエゾ抵抗を使用
し、圧力センサを構成することは広く知られている。こ
の圧力センサに過大圧力が加わり、シリコンの破壊強度
を超えると、ダイアフラムが破損し圧力センサが壊れて
しまうため、過大圧力が印加された場合に備えて何らか
の保護機構を備え付ける必要がある。
2. Description of the Related Art It is widely known to construct a pressure sensor using a piezoresistor as a strain-sensitive gauge on a silicon diaphragm which is displaced under the pressure of an object to be measured. If excessive pressure is applied to this pressure sensor and exceeds the breaking strength of silicon, the diaphragm will be broken and the pressure sensor will be broken. Therefore, it is necessary to provide some kind of protection mechanism in the event that excessive pressure is applied.

【0003】圧力伝送器においては、圧力センサに過大
圧力が加わらないように、圧力センサを組み込む伝送器
本体に保護機構を設ける場合が多い。しかし、圧力伝送
器本体に保護機構を設けることは、圧力伝送器自体の大
きさが大きくなるばかりでなく、保護機構を組み込むこ
とによって生じる機械的歪が伝送器出力のドリフトやヒ
ステリシスの主原因となり、特性に悪影響を及ぼす。し
たがって、過大圧力に対する保護機構は圧力センサ自身
に備え付けることが望ましい。
In a pressure transmitter, a protection mechanism is often provided in a transmitter body in which the pressure sensor is incorporated so that an excessive pressure is not applied to the pressure sensor. However, providing a protection mechanism in the pressure transmitter body not only increases the size of the pressure transmitter itself, but also causes mechanical strain caused by incorporating the protection mechanism to cause drift and hysteresis of the transmitter output. Adversely affect properties. Therefore, it is desirable to provide a protection mechanism against excessive pressure in the pressure sensor itself.

【0004】過大圧力に対する保護機構を圧力センサ自
身に備えた例としては、特公平6−29819号公報に
記載された半導体圧力センサがある。この半導体圧力セ
ンサにおいては、ダイアフラムの表面側にキャップを有
し、下面側には突起部を有する台をシリコン基板に固着
することで、ダイアフラム表面側から印加される正側過
大圧力と、ダイアフラム下面側から印加される負側過大
圧力の正負両過大圧力に対するストッパが形成されてい
る。このように、圧力センサ自身に過大圧力保護機構を
備え付けることで、圧力伝送器の大きさを小さくするこ
とができ、伝送器の出力特性の悪化を防ぐことができ
る。
[0004] As an example in which a protection mechanism against excessive pressure is provided in the pressure sensor itself, there is a semiconductor pressure sensor described in Japanese Patent Publication No. 6-29819. In this semiconductor pressure sensor, a cap having a cap on the front side of the diaphragm and a base having a projection on the lower side are fixed to the silicon substrate, so that the positive excessive pressure applied from the front side of the diaphragm and the lower side of the diaphragm A stopper is formed for both positive and negative overpressures of the negative overpressure applied from the side. Thus, by providing the pressure sensor itself with the excessive pressure protection mechanism, it is possible to reduce the size of the pressure transmitter and prevent the output characteristics of the transmitter from deteriorating.

【0005】また、過大圧力に対する保護機構を圧力セ
ンサ自身に備えた例としては、特開平6−313743
号公報に記載された半導体圧力センサがある。この半導
体圧力センサにおいては、半導体チップのダイアフラム
に下方に向かって突出する2つのボスが相互に隔離して
設けられている。また、半導体チップに対向して配置さ
れる台座には、上記2つボスの間に突出する第1の突出
部と、上記2つのボスを挟んで対向する一対の第2の突
出部とが形成されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-313743 discloses an example in which a protection mechanism against excessive pressure is provided in the pressure sensor itself.
There is a semiconductor pressure sensor described in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H10-26095. In this semiconductor pressure sensor, two bosses projecting downward from a diaphragm of a semiconductor chip are provided separately from each other. In addition, a pedestal disposed opposite to the semiconductor chip has a first protrusion protruding between the two bosses and a pair of second protrusions opposing each other with the two bosses interposed therebetween. Have been.

【0006】そして、ダイアフラム側から台座側に過大
圧力が印加された場合には、ダイアフラムが変形して、
2つのボスは一対の第2の突出部に接触し、それ以上の
ダイアフラムの変形が阻止される。また、台座側からダ
イアフラム側に過大圧力が印加された場合には、ダイア
フラムが変形して、2つのボスは、第1の突出部に接触
し、それ以上のダイアフラムの変形が阻止される。
When excessive pressure is applied from the diaphragm side to the pedestal side, the diaphragm is deformed,
The two bosses contact the pair of second protrusions, and further deformation of the diaphragm is prevented. Further, when an excessive pressure is applied from the pedestal side to the diaphragm side, the diaphragm is deformed, and the two bosses come into contact with the first projecting portion, and further deformation of the diaphragm is prevented.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特公平6
−29819号公報に記載された半導体圧力センサにお
いては、負側からの過大圧力に対する保護機構として機
能するキャップが、ダイアフラムが形成された基板に固
着されており、固着によって生じる残留歪、つまり、固
着による熱膨張等による残留する歪がダイアフラムに直
接伝わり、ダイアフラムが変形し、無負荷時における圧
力センサの出力信号オフセットが大きくなるという問題
があった。
However, the above-mentioned Tokuho 6
In the semiconductor pressure sensor described in JP-A-298819, a cap functioning as a protection mechanism against excessive pressure from the negative side is fixed to the substrate on which the diaphragm is formed, and residual strain caused by the fixing, that is, the fixing. Therefore, there is a problem that the residual distortion due to thermal expansion or the like is directly transmitted to the diaphragm, the diaphragm is deformed, and the output signal offset of the pressure sensor when no load is applied becomes large.

【0008】また、上記特開平6−313743号公報
に記載された半導体圧力センサにおいては、台座に複数
のボスを形成しなければならず、製造工程が複雑となっ
てしまうという問題があった。さらに、この公報記載の
半導体圧力センサにあっては、ダイアフラムに2個以上
のボスが形成されるもののみ適用可能であり、ダイアフ
ラムの中央部には、単一の突出部(ボス)のみしか形成
されていないものには適用できないという問題もあっ
た。
Further, in the semiconductor pressure sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-313743, there is a problem that a plurality of bosses must be formed on the pedestal, which complicates the manufacturing process. Further, in the semiconductor pressure sensor described in this publication, only those in which two or more bosses are formed on the diaphragm are applicable, and only a single protrusion (boss) is formed at the center of the diaphragm. There was also a problem that it could not be applied to what was not done.

【0009】本発明の目的は、製造容易であり、かつ、
ダイアフラムへの残留歪が抑制され、単一の突出部又は
剛体部を有するものにも適用可能な過大圧力保護機構を
備える半導体圧力センサとその製造方法及びこれを用い
た複合伝送器を実現することである。
It is an object of the present invention to be easy to manufacture and
To realize a semiconductor pressure sensor having an excessive pressure protection mechanism in which residual strain on a diaphragm is suppressed and which can be applied to a sensor having a single protrusion or a rigid body, a method of manufacturing the semiconductor pressure sensor, and a composite transmitter using the same. It is.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1)上記目的を達成するため、本発明は次のように構
成される。すなわち、単結晶シリコン基板を裏面側から
くり抜いてこの裏面側に開口部を形成するとともに、表
面側にダイアフラム薄肉部ならびにそれを支持する厚肉
部を形成し、上記ダイアフラムの表面上に受圧素子とし
てピエゾ抵抗を配置し、上記ダイアフラム薄肉部に隣接
する領域に上記薄肉部よりも板厚の厚い剛体部と、上記
基板に圧力導入口を有する金属製の基体とを有し、上記
ダイアフラムに印加される圧力を検出する半導体圧力セ
ンサにおいて、上記剛体部のダイアフラム薄肉部側とは
反対側の面に板材を接着した構成とされる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, a single-crystal silicon substrate is hollowed out from the back side to form an opening on the back side, a diaphragm thin part and a thick part supporting the diaphragm are formed on the front side, and a pressure-receiving element is formed on the surface of the diaphragm. A piezoresistor is disposed, and in a region adjacent to the diaphragm thin portion, a rigid body having a thicker plate than the thin portion, and a metal base having a pressure inlet in the substrate are applied to the diaphragm. In the semiconductor pressure sensor for detecting a pressure, a plate member is bonded to a surface of the rigid body opposite to the thin-walled diaphragm.

【0011】ダイアフラム表面側から過大圧力が印加さ
れた場合は、板材と基体とが接触するため、板材を機械
的なストッパとして作用させることができる。ダイアフ
ラムの裏面側から過大圧力が印加されたとき、ダイアフ
ラムの変形により、板材が、上記厚肉部及び剛体部に接
触するため、板材を機械的なストッパとして作用させる
ことができる (2)好ましくは、上記(1)において、上記ダイアフ
ラムの中央部に上記剛体部が形成され、上記板材の形状
は上記ダイアフラムの形状と相似形である。 (3)また、好ましくは、上記(2)において、上記ダ
イアフラムの径は、上記裏面側に形成された開口部の径
よりも小さく、この開口部の径は、上記裏面側からダイ
アフラムに向かうにつれて、徐々に小さくなっていく。
When an excessive pressure is applied from the surface of the diaphragm, the plate material comes into contact with the base, so that the plate material can act as a mechanical stopper. When an excessive pressure is applied from the back side of the diaphragm, the plate material comes into contact with the thick portion and the rigid portion due to the deformation of the diaphragm, so that the plate material can act as a mechanical stopper. (2) Preferably In the above (1), the rigid portion is formed at the center of the diaphragm, and the shape of the plate is similar to the shape of the diaphragm. (3) Also, preferably, in the above (2), the diameter of the diaphragm is smaller than the diameter of the opening formed on the back surface side, and the diameter of the opening increases from the back surface side toward the diaphragm. , Gradually getting smaller.

【0012】(4)また、好ましくは、上記(3)にお
いて、上記板材の最大径は、上記開口部の上記裏面にお
ける最小径よりも小さい。 (5)また、好ましくは、上記(3)において、上記板
材の最小径は、上記ダイアフラム薄肉部の最大径よりも
大きい。
(4) Preferably, in the above (3), the maximum diameter of the plate is smaller than the minimum diameter of the opening on the back surface. (5) Preferably, in the above (3), the minimum diameter of the plate member is larger than the maximum diameter of the diaphragm thin portion.

【0013】(6)また、好ましくは、上記(1)〜
(5)において、上記ダイアフラムを支持する厚肉部は
圧力導入口を有するポスト材に固着され、このポスト材
の圧力導入口の径は、上記ダイアフラム薄肉部に対向す
る面では上記板材の最大径よりも大きく、上記ダイアフ
ラム薄肉部に対向する面とは反対側の面では上記板材の
最大径よりも小さい。
(6) Preferably, the above (1) to (1)
In (5), the thick portion supporting the diaphragm is fixed to a post member having a pressure inlet, and the diameter of the pressure inlet of the post member is equal to the maximum diameter of the plate member on a surface facing the thin portion of the diaphragm. And the surface opposite to the surface facing the diaphragm thin portion is smaller than the maximum diameter of the plate material.

【0014】(7)また、好ましくは、上記(1)〜
(5)において、上記ダイアフラムを支持する厚肉部は
圧力導入口を有するポスト材に固着され、上記剛体部の
板厚と、上記板材の板厚と、これらの接着層の厚みとを
加えた板厚が上記ダイアフラムを支持する厚肉部の板厚
よりも薄く、かつ上記板材の最大径が上記ポスト材の圧
力導入口の穴径よりも大きい。
(7) Preferably, the above (1) to
In (5), the thick portion supporting the diaphragm is fixed to a post material having a pressure inlet, and the thickness of the rigid portion, the thickness of the plate material, and the thickness of these adhesive layers are added. The plate thickness is smaller than the thickness of the thick portion supporting the diaphragm, and the maximum diameter of the plate material is larger than the hole diameter of the pressure inlet of the post material.

【0015】(8)また、好ましくは、上記(1)〜
(7)において、上記板材の剛体部への接着面とは反対
面に電極が形成され、上記ダイアフラムを支持する厚肉
部が固着され、圧力導入口を有するポスト材には、上記
板材の電極に対向する面に電極が形成され、これら2つ
の電極間でコンデンサを構成する。
(8) Preferably, the above (1) to
In (7), an electrode is formed on a surface of the plate member opposite to a surface to be bonded to the rigid portion, a thick portion supporting the diaphragm is fixed, and a post member having a pressure inlet is provided with an electrode of the plate member. An electrode is formed on the surface facing the substrate, and a capacitor is formed between these two electrodes.

【0016】(9)また、好ましくは、上記(8)にお
いて、上記コンデンサの容量変化が検出され、この容量
変化に基づいて、上記ダイアフラムに印加される圧力を
検出する差圧検出手段として用いられる。ダイアフラム
の変形に応じて、2つの電極間の距離が変動してコンデ
ンサの容量値も変化するため、この容量値の変化を検出
すれば、コンデンサを差圧検出手段として使用すること
ができる。
(9) Preferably, in (8) above, a change in the capacitance of the capacitor is detected, and based on the change in capacitance, the capacitor is used as differential pressure detecting means for detecting the pressure applied to the diaphragm. . In accordance with the deformation of the diaphragm, the distance between the two electrodes fluctuates and the capacitance value of the capacitor also changes. Therefore, if this change in the capacitance value is detected, the capacitor can be used as a differential pressure detecting means.

【0017】(10)また、好ましくは、上記(8)に
おいて、上記コンデンサの容量変化が検出され、この容
量変化に基づいて、この半導体圧力センサに印加される
加速度を検出する加速度検出手段として用いられる。半
導体圧力センサに印加される加速度に応じてダイアフラ
ムは変形し、ダイアフラムの変形に応じて、2つの電極
間の距離が変動してコンデンサの容量値も変化するた
め、この容量値の変化を検出すれば、コンデンサを加速
度検出手段として使用することができる。
(10) Preferably, in (8) above, a change in the capacitance of the capacitor is detected, and the capacitor is used as acceleration detecting means for detecting an acceleration applied to the semiconductor pressure sensor based on the change in capacitance. Can be The diaphragm is deformed according to the acceleration applied to the semiconductor pressure sensor, and the distance between the two electrodes fluctuates according to the deformation of the diaphragm, so that the capacitance value of the capacitor also changes. For example, a capacitor can be used as acceleration detecting means.

【0018】(11)また、好ましくは、上記(1)〜
(10)において、上記ダイアフラム薄肉部と同一基板
上に温度センサが形成される。
(11) Preferably, the above (1) to
In (10), a temperature sensor is formed on the same substrate as the diaphragm thin portion.

【0019】(12)また、好ましくは、上記(1)〜
(11)において、上記ダイアフラム薄肉部と同一基板
上に、上記ダイアフラムとは別個の他のダイアフラムを
設け、この他のダイアフラム上に静圧検出用のピエゾ抵
抗を配置して静圧センサを形成する。
(12) Preferably, the above (1) to (1)
In (11), another diaphragm separate from the above-mentioned diaphragm is provided on the same substrate as the above-mentioned diaphragm thin portion, and a piezo resistor for detecting static pressure is arranged on this other diaphragm to form a static pressure sensor. .

【0020】(13)また、複合伝送器において、上記
(1)〜(10)の半導体圧力センサと、温度検出手段
と、静圧検出手段と、上記静圧検出手段の出力信号を温
度検出手段の出力信号を用いて補正し、上記半導体圧力
センサにより検出された差圧出力信号を上記補正された
静圧検出手段及び温度検出手段の出力信号を用いて補正
する信号処理手段とを備える。
(13) In the composite transmitter, the semiconductor pressure sensor described in (1) to (10), the temperature detecting means, the static pressure detecting means, and the output signal of the static pressure detecting means are used as the temperature detecting means. And a signal processing means for correcting the differential pressure output signal detected by the semiconductor pressure sensor using the corrected output signals of the static pressure detecting means and the temperature detecting means.

【0021】(14)好ましくは、上記(13)におい
て、上記信号処理手段は、メモリとマイクロプロセッサ
とで構成され、上記メモリに、温度変化に対する静圧検
出手段の出力信号及び差圧出力信号の関係と、静圧変化
に対する差圧出力信号の関係とを格納しておき、上記半
導体圧力センサからの検出信号を上記マイクロプロセッ
サを用いて上記メモリに格納されたデータに基づき補正
する。
(14) Preferably, in the above (13), the signal processing means comprises a memory and a microprocessor, and outputs the output signal of the static pressure detecting means with respect to the temperature change and the differential pressure output signal to the memory. The relationship and the relationship between the differential pressure output signal and the static pressure change are stored, and the detection signal from the semiconductor pressure sensor is corrected using the microprocessor based on the data stored in the memory.

【0022】(15)また、好ましくは、上記(13)
において、上記信号処理手段は、メモリとマイクロプロ
セッサとで構成され、上記メモリに、温度変化に対する
静圧検出手段の出力信号及び差圧出力信号の関係と、加
速度の影響による静圧検出手段の出力信号及び差圧出力
信号の関係と、静圧変化に対する差圧出力信号の関係と
を格納しておき、上記半導体圧力センサからの検出信号
を上記マイクロプロセッサを用いて上記メモリに格納さ
れたデータに基づき補正する。
(15) Preferably, (13)
Wherein the signal processing means comprises a memory and a microprocessor, and the memory has a relation between an output signal of the static pressure detecting means and a differential pressure output signal with respect to a temperature change, and an output of the static pressure detecting means due to the influence of acceleration. The relationship between the signal and the differential pressure output signal and the relationship between the differential pressure output signal and the static pressure change are stored, and the detection signal from the semiconductor pressure sensor is converted into data stored in the memory using the microprocessor. Correct based on

【0023】(16)また、複合伝送器において、上記
(9)の半導体圧力センサと、温度検出手段と、静圧検
出手段と、信号処理手段とを備え、この信号処理手段
は、メモリとマイクロプロセッサとで構成され、上記メ
モリに、温度変化に対する静圧検出手段の出力信号及び
差圧出力信号の関係と、静圧変化に対する差圧出力信号
の関係とを格納しておき、上記半導体圧力センサからの
検出信号を上記マイクロプロセッサを用いて上記メモリ
に格納されたデータに基づき補正するとともに、上記メ
モリには所定の差圧しきい値が格納され、上記差圧出力
信号が、上記差圧しきい値以下であるときは、ピエゾ抵
抗による差圧出力信号を選択し、上記差圧出力信号が、
上記差圧しきい値を超えるときは、コンデンサによる差
圧検出手段を選択して出力する。
(16) Further, in the composite transmitter, the semiconductor pressure sensor, the temperature detecting means, the static pressure detecting means and the signal processing means of the above (9) are provided, and the signal processing means comprises a memory and a micro-processor. A memory for storing the relationship between the output signal of the static pressure detecting means and the differential pressure output signal with respect to the temperature change and the relationship between the differential pressure output signal with respect to the static pressure change in the memory; From the data stored in the memory using the microprocessor, a predetermined differential pressure threshold is stored in the memory, and the differential pressure output signal is When the differential pressure output signal is less than or equal to, the differential pressure output signal by the piezo resistor is selected,
When the pressure difference exceeds the threshold value, a differential pressure detecting means using a capacitor is selected and output.

【0024】(17)また、好ましくは、上記(13)
〜(16)において、第1ダイアフラムを有し、半導体
圧力センサのダイアフラムの一方面側に圧力を直接に伝
達する第1圧力伝達流体が封入された第1受圧室と、第
2ダイアフラムを有し、上記ダイアフラムの他方面側に
直接に圧力を伝達する第2圧力伝達流体が封入された第
2受圧室とを備え、上記第1ダイアフラムに第1測定圧
力が印加され、上記第2ダイアフラムに第2測定圧力が
印加され、これら第1及び第2測定圧力の差を半導体圧
力センサで検出する。
(17) Preferably, the above (13)
-In (16), a first pressure receiving chamber in which a first pressure transmitting fluid for directly transmitting pressure to one surface side of the diaphragm of the semiconductor pressure sensor is sealed, and a second diaphragm is provided. A second pressure receiving chamber filled with a second pressure transmitting fluid for directly transmitting pressure to the other surface of the diaphragm, a first measurement pressure is applied to the first diaphragm, and a second pressure receiving chamber is applied to the second diaphragm. Two measurement pressures are applied, and the difference between the first and second measurement pressures is detected by a semiconductor pressure sensor.

【0025】(18)また、半導体圧力センサの製造方
法において、単結晶シリコンからなるダイアフラム支持
基板の表面に、ピエゾ抵抗を形成する工程と、上記ダイ
アフラム支持基板の裏面側に、エッチングのマスクとな
る所定のパターンを形成する工程と、上記ダイアフラム
支持基板の裏面側に、エッチングによって所定のパター
ンを形成する工程と、上記ダイアフラム支持基板の裏面
側に板材を接続した後に、エッチングによって所定のパ
ターンを形成する工程と、上記ダイアフラム支持基板の
裏面側に開口部を形成し、表面側にダイアフラム薄肉部
ならびにそれを支持する厚肉部であって、この厚肉部の
側面が、上記ダイアフラム支持基板の裏面側開口部が広
く、上記ダイアフラムが形成されている側が狭くなるよ
うにテーパ状に形成を形成し、上記ダイアフラム薄肉部
に隣接する領域に上記薄肉部よりも板厚の厚い剛体部を
形成し、上記板材を所定の形状に形成する工程と、上記
開口部と連通する圧力導入口を有する金属製の基体と、
上記ダイアフラム支持基板の裏面に固着する工程と備え
る。
(18) In the method of manufacturing a semiconductor pressure sensor, a step of forming a piezoresistor on the surface of the diaphragm supporting substrate made of single crystal silicon, and an etching mask on the back surface side of the diaphragm supporting substrate. A step of forming a predetermined pattern, a step of forming a predetermined pattern by etching on the back side of the diaphragm support substrate, and a step of forming a predetermined pattern by etching after connecting a plate material to the back side of the diaphragm support substrate Forming an opening on the back side of the diaphragm support substrate, and forming a thin portion on the front surface and a thick portion for supporting the same, and the side surface of the thick portion is formed on the back surface of the diaphragm support substrate. The side opening is wide and the side where the diaphragm is formed is tapered so as to be narrow. Forming a rigid portion thicker than the thin portion in a region adjacent to the diaphragm thin portion, forming the plate material into a predetermined shape, and a pressure introduction port communicating with the opening. A metal substrate having
And fixing to the back surface of the diaphragm support substrate.

【0026】(19)好ましくは、上記(18)におい
て、上記板材の上記基体に対向する面に電極を形成する
工程と、上記板材に形成された電極に対向する電極を上
記基体に形成する工程とを、さらに備える。
(19) Preferably, in the above (18), a step of forming an electrode on the surface of the plate member facing the base, and a step of forming an electrode on the base opposite to the electrode formed on the plate member And further provided.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1は、本発明における第1の実
施形態である半導体圧力センサの概略上面図であり、図
2は、図1のA−O−B線に沿った概略断面図である。
図1及び図2において、基板51はn型(100)面単
結晶シリコンからなり、差圧検出用ダイアフラム21内
には、剛体部(突起部)23を例えばアルカリ異方性エ
ッチング技術を用いることにより、八角形に加工する。
あるいは等方性のエッチングによって円形に加工しても
よい。
FIG. 1 is a schematic top view of a semiconductor pressure sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line AOB of FIG. It is.
1 and 2, a substrate 51 is made of n-type (100) plane single crystal silicon, and a rigid body (projection) 23 is formed in a diaphragm 21 for detecting a differential pressure by using, for example, an alkali anisotropic etching technique. To form an octagon.
Alternatively, it may be processed into a circular shape by isotropic etching.

【0028】差圧検出用ダイアフラム21の外側には4
個の静圧検出用ダイアフラム22をアルカリ異方性エッ
チングによって同時に形成する。剛体部23の先端には
SiNの膜25を介してシリコンp型高濃度不純物層か
らなる板材24が形成されている。
Outside the differential pressure detecting diaphragm 21,
The two static pressure detecting diaphragms 22 are simultaneously formed by alkali anisotropic etching. A plate member 24 made of a silicon p-type high-concentration impurity layer is formed at the tip of the rigid portion 23 via a SiN film 25.

【0029】この板材24の形状は図1、図2では八角
形であるが、もちろん円形、その他の形状であっても良
く、ダイアフラムの形状と相似形とすることがより適切
である。27は低融点ガラス、28は圧力導入口29を
有する、例えばFe−Niからなるポスト材(基体)で
ある。上記ダイアフラム21、22上には圧力を受けて
ダイアフラムが変形した際の応力を検知するピエゾ抵抗
31a〜31d、32a〜32dおよび温度センサ33
が形成されている。34はp型高濃度不純物層の配線、
35はアルミニウムの配線、1〜12はアルミニウムの
コンタクトパッドである。
The shape of the plate member 24 is octagon in FIGS. 1 and 2, but may be a circular shape or any other shape. It is more appropriate to make the shape similar to the shape of the diaphragm. 27 is a low melting point glass, 28 is a post material (base) made of, for example, Fe—Ni having a pressure inlet 29. Piezoresistors 31a to 31d and 32a to 32d for detecting stress when the diaphragm is deformed by receiving pressure on the diaphragms 21 and 22 and a temperature sensor 33
Are formed. 34 is a wiring of a p-type high concentration impurity layer,
35 is an aluminum wiring, and 1 to 12 are aluminum contact pads.

【0030】ここで、剛体部23は、図示するように、
差圧検出用ダイアフラム21に接する面積は、ポスト材
28の圧力導入口29に対向する面の面積より大であ
り、ポスト材28に向かうに従って細くなる形状となっ
ている。また、差圧検出用ダイアフラム21の径は、ポ
スト材28の圧力導入口29に対向する基板51の開口
部の径より小となっている。つまり、上記開口部は、差
圧検出用ダイアフラム21からポスト材28に向かうに
従ってその径が大となっている。
Here, the rigid portion 23 is
The area in contact with the differential pressure detecting diaphragm 21 is larger than the area of the surface of the post member 28 facing the pressure inlet 29, and has a shape that becomes thinner toward the post member 28. The diameter of the differential pressure detecting diaphragm 21 is smaller than the diameter of the opening of the substrate 51 facing the pressure inlet 29 of the post member 28. That is, the diameter of the opening increases from the differential pressure detecting diaphragm 21 toward the post member 28.

【0031】図3は、図1及び図2に示した半導体圧力
センサの製造工程を示す図である。以下、この図3を参
照して、製造工程について説明する。まず、図3の
(a)において、n型(100)面単結晶シリコンから
なるダイアフラム支持基板51の上面(表面)に、ボロ
ンを拡散して、ピエゾ抵抗31a〜31d、p型高濃度
不純物層の配線34及びアルミニウムの配線35、コン
タクトパッド1〜12を形成する。
FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor pressure sensor shown in FIGS. 1 and 2. Hereinafter, the manufacturing process will be described with reference to FIG. First, in FIG. 3A, boron is diffused on the upper surface (surface) of a diaphragm support substrate 51 made of n-type (100) plane single-crystal silicon to form piezoresistors 31a to 31d and a p-type high-concentration impurity layer. Wiring 34, aluminum wiring 35, and contact pads 1 to 12 are formed.

【0032】次に、図3の(b)において、単結晶シリ
コン基板51の下面(裏面)側に、例えばCVDによっ
てSiN膜25を堆積し、アルカリ異方性エッチングの
際にマスクとなるパターンをフォトリソ、エッチングに
よって形成する。
Next, in FIG. 3B, an SiN film 25 is deposited on the lower surface (back surface) side of the single crystal silicon substrate 51 by, for example, CVD, and a pattern serving as a mask at the time of alkali anisotropic etching is formed. It is formed by photolithography and etching.

【0033】続いて、図3の(c)において、単結晶シ
リコン基板51の下面側に、例えばCVDによってSi
O2膜26を堆積し、フォトリソ、エッチングによって
パターンを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3 (c), a Si
An O2 film 26 is deposited, and a pattern is formed by photolithography and etching.

【0034】次に、図3の(d)において、上述した工
程(a)〜(c)の後、単結晶シリコン基板51の下面
側に、例えばCVDによってシリコンp型高濃度不純物
層を堆積させ、板材24を基板51の下面に接続した後
に、フォトリソ、エッチングによってパターンを形成す
る。
Next, in FIG. 3D, after the above-described steps (a) to (c), a silicon p-type high concentration impurity layer is deposited on the lower surface side of the single crystal silicon substrate 51 by, for example, CVD. After connecting the plate material 24 to the lower surface of the substrate 51, a pattern is formed by photolithography and etching.

【0035】次に、図3の(e)において、SiO2膜
26のエッチングを行なった後、ヒドラジンによるアル
カリ異方性エッチングにより、ダイアフラム21、2
2、剛体部23、板材24の形成を行なう。ヒドラジン
はn型シリコンに対するp型高濃度不純物シリコン、S
iNの選択比が大きく、n型シリコンの選択的なエッチ
ング除去が可能である。
Next, in FIG. 3E, after etching the SiO 2 film 26, the diaphragms 21, 2 are etched by alkali anisotropic etching with hydrazine.
2. The rigid body 23 and the plate 24 are formed. Hydrazine is p-type high-concentration impurity silicon for n-type silicon, S
Since the selectivity of iN is large, it is possible to selectively remove n-type silicon by etching.

【0036】この時、ダイアフラム21を支持する厚肉
部の側面は、シリコン基板51の下面側開口部が広く、
ダイアフラム21が形成されている側が狭くなるように
テーパ状に形成される。最後に、低融点ガラス27を介
して、Fe−Ni等からなるポスト材28をシリコン基
板51に固着する。この時、圧力導入口29と連通され
るダイアフラム21は、差圧検出用ダイアフラムとな
り、圧力導入口29が連通されないダイアフラム22は
静圧検出用ダイアフラムとなる。
At this time, the side surface of the thick portion supporting the diaphragm 21 has a wide opening on the lower surface side of the silicon substrate 51.
It is formed in a tapered shape so that the side on which the diaphragm 21 is formed becomes narrow. Finally, the post material 28 made of Fe—Ni or the like is fixed to the silicon substrate 51 via the low-melting glass 27. At this time, the diaphragm 21 communicating with the pressure inlet 29 is a diaphragm for detecting a differential pressure, and the diaphragm 22 not communicating with the pressure inlet 29 is a diaphragm for detecting a static pressure.

【0037】突起部23の板厚と、SiN膜厚ならびに
板材24の板厚との和がダイアフラム21を支持する厚
膜部の板厚とほぼ同じか、もしくは大きいならば、図4
に示すようにポスト材28の板材24に対向する面側
に、板材24の最大径Dよりも大きい径Eをもつ穴部3
0を形成することで、ダイアフラム21に圧力が印加さ
れた時のダイアフラム21の変位領域を確保することが
できる。
If the sum of the thickness of the projection 23, the thickness of the SiN film, and the thickness of the plate material 24 is substantially equal to or greater than the thickness of the thick film supporting the diaphragm 21, FIG.
The hole 3 having a diameter E larger than the maximum diameter D of the plate member 24 is formed on the surface of the post member 28 facing the plate member 24 as shown in FIG.
By forming 0, a displacement area of the diaphragm 21 when pressure is applied to the diaphragm 21 can be secured.

【0038】もし、突起部23の板厚と、SiN膜厚な
らびに板材24の板厚との和がダイアフラム21を支持
する厚膜部の板厚よりも小さく、ダイアフラム上面側か
ら圧力が印加された時のダイアフラム変位領域を十分確
保できるならば、図5に示すように、ポスト材28の板
材24に対向する面側を平らな形状とすることができ
る。
If the sum of the thickness of the projection 23, the thickness of the SiN film, and the thickness of the plate material 24 is smaller than the thickness of the thick film supporting the diaphragm 21, pressure is applied from the upper surface of the diaphragm. If the diaphragm displacement area at the time can be sufficiently ensured, the surface of the post member 28 facing the plate member 24 can be made flat as shown in FIG.

【0039】いづれの場合にも、圧力導入口29の穴径
dは、板材24の最大径Dよりも小さくしておく。図
4、図5のような構造とすれば、ダイアフラム上面側か
ら過大圧力がかかった場合に板材24とポスト材28と
が接触するため、機械的なストッパが形成できる。な
お、穴部30の深さ方向の寸法の例としては、10ミク
ロン〜50ミクロンである。
In any case, the hole diameter d of the pressure introduction port 29 is set smaller than the maximum diameter D of the plate member 24. 4 and 5, the plate member 24 and the post member 28 come into contact with each other when an excessive pressure is applied from the upper surface of the diaphragm, so that a mechanical stopper can be formed. The dimension of the hole 30 in the depth direction is, for example, 10 microns to 50 microns.

【0040】差圧検出用ダイアフラム21ならびに4個
の静圧検出用ダイアフラム22のそれぞれの表面付近に
形成されたp型のピエゾ抵抗31a〜31d、32a〜
32dは、ボロン等を拡散して応力に対して最も敏感な
<110>方向に作り込まれる。ピエゾ抵抗は、長手方
向に引張応力が働いた場合抵抗値が増加する。この方向
に配列したゲージをLゲージと呼ぶ。
The p-type piezoresistors 31a-31d, 32a-32 formed near the respective surfaces of the differential pressure detecting diaphragm 21 and the four static pressure detecting diaphragms 22 are formed.
32d is formed in the <110> direction, which is most sensitive to stress by diffusing boron or the like. The piezo resistance increases when a tensile stress acts in the longitudinal direction. Gauges arranged in this direction are called L gauges.

【0041】また、ピエゾ抵抗は、横手方向に引張応力
が働いた場合は抵抗値が減少する。この方向に配列した
ゲージをTゲージと呼ぶ。図1の例では差圧検出用ダイ
アフラム21上のピエゾ抵抗31a〜31dの4個をす
べてダイアフラム21の支持部近傍に配置し、長手方向
がダイアフラム21の半径方向と平行となる2個のLゲ
ージ31a、31c、長手方向がダイアフラム21の接
線方向と平行となる2個のTゲージ31b、31dを配
置している。
The piezoresistive resistance decreases when a tensile stress acts in the lateral direction. Gauges arranged in this direction are called T gauges. In the example of FIG. 1, all four piezoresistors 31 a to 31 d on the differential pressure detecting diaphragm 21 are arranged near the support of the diaphragm 21, and two L gauges whose longitudinal direction is parallel to the radial direction of the diaphragm 21. Two T gauges 31b and 31d whose longitudinal directions are parallel to the tangential direction of the diaphragm 21 are arranged.

【0042】静圧検出用ダイアフラム22上にはLゲー
ジ32a、32c、Tゲージ32b、32dを配置して
いる。ピエゾ抵抗の配置方法は、図1の例の他、Lゲー
ジ2個とTゲージ2個をすべてを剛体部近傍に配置する
方法、Lゲージをダイアフラム支持部近傍に2個、剛体
部近傍に2個配置する方法、Tゲージをダイアフラム支
持部近傍に2個、剛体部近傍に2個配置する方法があ
る。31a〜31d、32a〜32dのピエゾ抵抗は図
6に示すように2組のホイートストンブリッジ回路を構
成する。
On the static pressure detecting diaphragm 22, L gauges 32a, 32c and T gauges 32b, 32d are arranged. The method of arranging the piezoresistors is, in addition to the example of FIG. 1, a method of arranging two L gauges and two T gauges all near the rigid body part, two L gauges near the diaphragm support part and two L gauges near the rigid body part. There is a method of arranging two T gauges in the vicinity of the diaphragm support and two in the vicinity of the rigid body. The piezoresistors 31a to 31d and 32a to 32d form two sets of Wheatstone bridge circuits as shown in FIG.

【0043】ここで、差圧検出用ダイアフラム21とピ
エゾ抵抗31a〜31dとのブリッジ回路で構成される
部分を差圧センサと呼び、静圧検出用ダイアフラム22
とピエゾ抵抗32a〜32dとのブリッジ回路で構成さ
れる部分を静圧センサと呼ぶ。ダイアフラム21又は2
2に圧力が印加されると、それぞれのダイアフラム2
1、22が撓み、ダイアフラム21、22上に形成され
たピエゾ抵抗で構成される各ブリッジ回路が、ダイアフ
ラム21、22の上面と下面との圧力差にほぼ比例した
センサ出力V1、V2を発生する。
Here, a portion composed of a bridge circuit of the differential pressure detecting diaphragm 21 and the piezoresistors 31a to 31d is called a differential pressure sensor, and the static pressure detecting diaphragm 22
A portion constituted by a bridge circuit including the piezoresistors 32a to 32d is referred to as a static pressure sensor. Diaphragm 21 or 2
When pressure is applied to each of the diaphragms 2,
Each of the bridge circuits formed by the piezoresistors formed on the diaphragms 21 and 22 generates sensor outputs V1 and V2 that are substantially proportional to the pressure difference between the upper and lower surfaces of the diaphragms 21 and 22. .

【0044】ここで、差圧センサはダイアフラム21の
上面と下面との圧力差(差圧)を測定するのに対し、静
圧センサはダイアフラム22の上面と密閉された一定圧
力部分との圧力差(静圧)を測定することになる。
Here, the differential pressure sensor measures the pressure difference (differential pressure) between the upper surface and the lower surface of the diaphragm 21, while the static pressure sensor measures the pressure difference between the upper surface of the diaphragm 22 and the sealed constant pressure portion. (Static pressure) will be measured.

【0045】一方、ダイアフラム21、22と同一基板
上に集積化される温度センサ33も同様にボロン等を拡
散することで形成されるが、応力変化に対してほとんど
抵抗変化を示さない<100>方向に配列することで、
温度に対してのみ感度をもたせるようにする。温度セン
サ33は、図6に示したように差圧センサ、静圧センサ
のピエゾ抵抗ブリッジ回路と接続される。
On the other hand, the temperature sensor 33 integrated on the same substrate as the diaphragms 21 and 22 is similarly formed by diffusing boron or the like, but shows almost no change in resistance to stress change. By arranging in the direction,
Make it sensitive only to temperature. The temperature sensor 33 is connected to the piezoresistive bridge circuit of the differential pressure sensor and the static pressure sensor as shown in FIG.

【0046】ピエゾ抵抗31a〜31d、32a〜32
dの配列間ならびにアルミニウムのコンタクトパッド1
〜12への配線には、より高濃度にボロン等を拡散した
p型不純物拡散層34とアルミニウム配線35とを併用
する。この実施形態においては、ダイアフラム21、2
2の外側やピエゾ抵抗31a〜31d、32a〜32d
から離れた場所等、温度ヒステリシスの影響が比較的小
さい所については、抵抗値の小さいアルミニウム配線を
使用しているが、この他、コンタクトパッドを除くすべ
ての配線を高濃度不純物層とする配線方法も可能であ
る。
Piezo resistors 31a-31d, 32a-32
d between arrangements and aluminum contact pad 1
For the wiring to -12, a p-type impurity diffusion layer 34 in which boron or the like is diffused at a higher concentration and an aluminum wiring 35 are used in combination. In this embodiment, the diaphragms 21, 2
2 and piezoresistors 31a to 31d, 32a to 32d
Where the effect of temperature hysteresis is relatively small, such as at a distance from the equipment, aluminum wiring with a small resistance value is used. Is also possible.

【0047】次に、図7及び図8を用いてダイアフラム
21に圧力が印加された場合のセンサの動作について説
明する。ダイアフラム21の上面と下面の間で圧力差が
生じた場合、上面側がより高圧力ならば、図7の(a)
に示すようにダイアフラム21が変形する。そして、ダ
イアフラム21の変形時に、ピエゾ抵抗が作り込まれて
いるダイアフラム21の表面付近に発生する応力は図7
(b)に示すようになる。つまり、ダイアフラム21上
では、ダイアフラム21の支持部近傍で最大の引張応力
σ1が発生し、剛体部近傍で最大の圧縮応力が発生す
る。
Next, the operation of the sensor when pressure is applied to the diaphragm 21 will be described with reference to FIGS. When a pressure difference occurs between the upper surface and the lower surface of the diaphragm 21 and the upper surface side has a higher pressure, FIG.
The diaphragm 21 is deformed as shown in FIG. When the diaphragm 21 is deformed, the stress generated in the vicinity of the surface of the diaphragm 21 in which the piezoresistor is built is shown in FIG.
The result is as shown in FIG. That is, on the diaphragm 21, the maximum tensile stress σ1 is generated in the vicinity of the support portion of the diaphragm 21, and the maximum compression stress is generated in the vicinity of the rigid body.

【0048】図7の(a)に示すように、ダイアフラム
21の外径をX、剛体部23の外径をY、ダイアフラム
の厚さをhとすれば、差圧ΔPが印加されたとき、最大
の引張応力σ1は、次の式(1)で表される。 σ1=3(X2-Y2)ΔP/(16h2) −−−(1) 図1に示すように、ダイアフラム21の支持部近傍にそ
れぞれLゲージ、Tゲージを2個ずつ配置した場合に
は、差圧センサの出力V1は次の式(2)で表される。 V1=(1/2)・π44(1−ν)σ1・V −−−(2) ここで、νはポワソン比、π44は剪断のピエゾ抵抗係数
であり、Vは励起電圧である。
As shown in FIG. 7A, if the outer diameter of the diaphragm 21 is X, the outer diameter of the rigid portion 23 is Y, and the thickness of the diaphragm is h, when the differential pressure ΔP is applied, The maximum tensile stress σ1 is represented by the following equation (1). σ1 = 3 (X 2 −Y 2 ) ΔP / (16h 2 ) (1) As shown in FIG. 1, when two L gauges and two T gauges are arranged near the support of the diaphragm 21, respectively. , The output V1 of the differential pressure sensor is expressed by the following equation (2). V1 = (1/2) · π 44 (1-ν) σ1 · V --- (2) where, [nu is Poisson's ratio, [pi 44 is piezoresistance coefficient of shear, V is the excitation voltage.

【0049】次に、ダイアフラム21の下面側から過大
圧力が印加された時の動作について説明する。ダイアフ
ラム21の下面側から過大圧力が印加されたとき、ダイ
アフラム21は図8のように変形する。このとき、板材
24の径を、図1に示すようにダイアフラム21を支持
する厚肉部の裏面側開口部の最小径よりも小さく、かつ
ダイアフラム21の最大径よりも大きくしておくこと
で、アルカリ異方性エッチングの際に形成されたダイア
フラム21を支持する厚肉部のテーパ部分に板材24が
当たり、板材24を機械的なストッパとして作用させる
ことができる。
Next, the operation when an excessive pressure is applied from the lower surface side of the diaphragm 21 will be described. When an excessive pressure is applied from the lower surface side of the diaphragm 21, the diaphragm 21 deforms as shown in FIG. At this time, by making the diameter of the plate member 24 smaller than the minimum diameter of the back-side opening of the thick portion supporting the diaphragm 21 and larger than the maximum diameter of the diaphragm 21 as shown in FIG. The plate member 24 hits the tapered portion of the thick portion supporting the diaphragm 21 formed during the alkali anisotropic etching, and the plate member 24 can function as a mechanical stopper.

【0050】以上のように、本発明の第1の実施形態に
よれば、剛体部23のポスト材28に対向する先端面に
板材24を接続したので、単一の突起部又は剛体部23
を有するものにも適用可能な過大圧力保護機構を備える
半導体圧力センサを実現することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the plate member 24 is connected to the distal end face of the rigid portion 23 facing the post member 28, a single protrusion or rigid portion 23 is provided.
And a semiconductor pressure sensor having an excessive pressure protection mechanism applicable to those having a pressure sensor.

【0051】また、図3の工程(d)において、基板5
1に板材24を接合したことによって生じる基台51へ
の残留歪は、工程(e)において、剛体部23の先端面
との接続部分を除いて、板材23と基板51との接続部
分が、除去されることにより、大部分は開放される。こ
れにより、残留歪によるダイアフラム21の変形がな
く、出力オフセットを小さく抑えることができる。
In the step (d) of FIG.
In step (e), the connection between the plate 23 and the substrate 51 except for the connection with the distal end surface of the rigid part 23 is caused by the residual strain on the base 51 caused by joining the plate 24 to the base 1. Most are released by being removed. As a result, there is no deformation of the diaphragm 21 due to the residual strain, and the output offset can be kept small.

【0052】また、図3を用いて説明したように、製造
工程には、板材24の剛体部23への先端面への接続等
の簡単な工程の追加のみで、過大圧力保護機構を備えた
半導体圧力センサを製造することができる。
As described with reference to FIG. 3, the manufacturing process is provided with an excessive pressure protection mechanism only by adding a simple process such as connection of the plate member 24 to the distal end surface of the rigid member 23. Semiconductor pressure sensors can be manufactured.

【0053】したがって、本発明の第1の実施形態によ
れば、製造容易であり、かつ、ダイアフラムへの残留歪
が抑制され、単一の突出部又は剛体部を有するものにも
適用可能な過大圧力保護機構を備える半導体圧力センサ
とその製造方法を実現することができる。
Therefore, according to the first embodiment of the present invention, it is easy to manufacture, the residual strain on the diaphragm is suppressed, and the excessively large size can be applied to the one having a single protrusion or a rigid body. A semiconductor pressure sensor having a pressure protection mechanism and a method for manufacturing the same can be realized.

【0054】図9は、本発明の第2の実施形態である半
導体圧力センサの概略断面図であり、上面は図1に示し
た例と同等となるので、図示は省略する。そして、この
図9の例は、図1の上面図のA−O−B線に沿った断面
に相当する。
FIG. 9 is a schematic sectional view of a semiconductor pressure sensor according to a second embodiment of the present invention. Since the upper surface is the same as the example shown in FIG. The example of FIG. 9 corresponds to a cross section taken along line AOB of the top view of FIG.

【0055】図9に示すように、この第2の実施形態に
おいては、板材24のポスト材28に対向する面側に電
極41、ならびにポスト材28の板材24に対向する面
側に電極42を形成し、両電極41と42との間でコン
デンサを形成する構成となっている。
As shown in FIG. 9, in the second embodiment, an electrode 41 is provided on the surface of the plate member 24 facing the post member 28, and an electrode 42 is provided on the surface of the post member 28 facing the plate member 24. And a capacitor is formed between the two electrodes 41 and 42.

【0056】コンデンサからの配線は、n型シリコン基
板51にn型高濃度不純物層43、44を形成すること
で行なう。その他の構成は図2に示した例と同様となっ
ているので、説明は省略する。
The wiring from the capacitor is performed by forming n-type high-concentration impurity layers 43 and 44 on an n-type silicon substrate 51. Other configurations are the same as those in the example shown in FIG.

【0057】図10は、図9に示した第2の実施形態で
ある半導体圧力センサの製造工程を示す図である。以
下、図10を参照して、製造工程について説明する。図
10の(a)において、ダイアフラム支持基板51に、
ピエゾ抵抗31a〜31d、32a〜32d、p型高濃
度不純物層の配線34およびアルミニウムの配線35、
コンタクトパッド1〜12、n型高濃度不純物層43、
44を形成する。
FIG. 10 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor pressure sensor according to the second embodiment shown in FIG. Hereinafter, the manufacturing process will be described with reference to FIG. In FIG. 10A, the diaphragm support substrate 51
Piezoresistors 31a to 31d, 32a to 32d, p-type high-concentration impurity layer wiring 34 and aluminum wiring 35,
Contact pads 1 to 12, n-type high concentration impurity layer 43,
44 is formed.

【0058】次に、図10の(b)において、単結晶シ
リコン基板51の下面側に、SiN膜25を堆積し、ア
ルカリ異方性エッチングの際にマスクとなるパターン
と、電極取り出し用のコンタクト穴をフォトリソ、エッ
チングによって形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, an SiN film 25 is deposited on the lower surface of the single crystal silicon substrate 51, and a pattern to be used as a mask at the time of alkali anisotropic etching and a contact for extracting an electrode are formed. Holes are formed by photolithography and etching.

【0059】続いて、図10の(c)において、単結晶
シリコン基板51の下面側に、SiO2膜26を堆積
し、フォトリソ、エッチングによってパターンを形成す
る。
Subsequently, in FIG. 10C, an SiO 2 film 26 is deposited on the lower surface of the single crystal silicon substrate 51, and a pattern is formed by photolithography and etching.

【0060】次に、図10の(d)において、上述した
工程(a)〜(c)の後、単結晶シリコン基板51の下
面側に、板材24を接合し、シリコンp型高濃度不純物
層を堆積させ、パターンを形成した後、例えばPt/C
rの電極41を蒸着によって板材24の表面に形成す
る。
Next, in FIG. 10D, after the above-described steps (a) to (c), the plate material 24 is bonded to the lower surface side of the single crystal silicon substrate 51 to form a silicon p-type high concentration impurity layer. Is deposited and a pattern is formed, for example, Pt / C
The r electrode 41 is formed on the surface of the plate member 24 by vapor deposition.

【0061】そして、図10の(e)において、SiO
2のエッチングを行なった後、ヒドラジンによるアルカ
リ異方性エッチングにより、ダイアフラム21、22、
剛体部23、板材24の形成を行なう。最後に、低融点
ガラス27を介して電極42を有するポスト材28を基
板51に固着する。
Then, in (e) of FIG.
After the etching of 2, the diaphragms 21 and 22 were subjected to alkali anisotropic etching with hydrazine.
The rigid part 23 and the plate 24 are formed. Finally, the post material 28 having the electrode 42 is fixed to the substrate 51 via the low-melting glass 27.

【0062】以上のようにして形成された電極41及び
42からなるコンデンサにより、容量型圧力センサとし
て使用することができる。つまり、図11に示すよう
に、圧力を受けた際に生じるダイアフラム21の変形に
応じて突起部23が変位し、同時に板材24が平行に変
位する。図12に示す曲線Pのように、ピエゾ抵抗のブ
リッジ回路の出力V1は、ダイアフラムの変位が大きく
なると非線形性が大きくなり、感度も小さくなるが、曲
線Cにようにコンデンサの容量Cは電極間の距離に反比
例するため、ダイアフラムの変位量が大きくなるほど感
度が高くなる。
The capacitor composed of the electrodes 41 and 42 formed as described above can be used as a capacitive pressure sensor. That is, as shown in FIG. 11, the projection 23 is displaced in accordance with the deformation of the diaphragm 21 generated when receiving the pressure, and at the same time, the plate 24 is displaced in parallel. As shown by a curve P in FIG. 12, the output V1 of the piezoresistive bridge circuit increases in nonlinearity and decreases in sensitivity as the displacement of the diaphragm increases. Is inversely proportional to the distance, the greater the displacement of the diaphragm, the higher the sensitivity.

【0063】したがって、差圧△Pが、差圧△P1を超
えると、ピエゾ抵抗のブリッジ回路の出力V1の非線形
性が大となるとすると、差圧ΔPが、0≦ΔP≦ΔP1
までの範囲をピエゾ抵抗型圧力センサで測定し、差圧△
Pが、ΔP1<ΔP≦ΔP2までの範囲を容量型圧力セ
ンサで測定することで、広い圧力レンジを高精度に測定
することが可能となる。
Therefore, assuming that when the differential pressure ΔP exceeds the differential pressure ΔP1, the nonlinearity of the output V1 of the piezoresistive bridge circuit becomes large, the differential pressure ΔP becomes 0 ≦ ΔP ≦ ΔP1
Is measured with a piezoresistive pressure sensor and the differential pressure
By measuring the range of P up to ΔP1 <ΔP ≦ ΔP2 with a capacitive pressure sensor, a wide pressure range can be measured with high accuracy.

【0064】また、圧力センサが、例えば、自動車等の
動的な場所で使用される場合、ピエゾ抵抗を利用した差
圧センサとしてのみでは無く、上述したコンデンサを利
用した容量型加速度センサとしても使用することができ
る。つまり、図13に示すように、正側の差圧ΔPに加
えて正側の加速度Gがセンサに印加されたとき、板材2
4は圧力を受けた際に生じるダイアフラム21の変形に
応じた平行の変位に加えて、加速度を受けたことによる
変形を生じる。この加速度による板材の変形は、コンデ
ンサの容量値の増加をもたらす。
When the pressure sensor is used in a dynamic place such as a car, for example, it is used not only as a differential pressure sensor using a piezoresistor but also as a capacitive acceleration sensor using the above-mentioned capacitor. can do. That is, as shown in FIG. 13, when the positive-side acceleration G is applied to the sensor in addition to the positive-side differential pressure ΔP, the plate 2
Numeral 4 causes a deformation due to the acceleration in addition to a parallel displacement corresponding to the deformation of the diaphragm 21 generated when receiving the pressure. The deformation of the plate material due to the acceleration causes an increase in the capacitance value of the capacitor.

【0065】したがって、図13に示すように正側の差
圧及び加速度を受けた場合には、14に示すように、加
速度を受けなかった場合に比べてコンデンサの容量値が
大きくなるため、この容量変化を読み取ることで圧力成
分と加速度成分の分離をすることが可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 13, when the positive differential pressure and the acceleration are received, the capacitance value of the capacitor becomes larger as shown in FIG. By reading the change in capacitance, the pressure component and the acceleration component can be separated.

【0066】このように、板材24に電極41を形成
し、ポスト材28に電極42を形成することで、容量型
圧力センサと容量型加速度センサとを構成することがで
き、ピエゾ抵抗型圧力センサと組み合わせることで、よ
り高精度な圧力測定が可能となる。
As described above, by forming the electrode 41 on the plate member 24 and the electrode 42 on the post member 28, a capacitive pressure sensor and a capacitive acceleration sensor can be formed. By combining with, more accurate pressure measurement becomes possible.

【0067】なお、加速度としては、図13に示すよう
に正側の加速度のみならず、負側の加速度も受ける可能
性があるが、正側の加速か負側の加速かを判別すること
が可能である。つまり、図13に示すように、正側の差
圧を受け、正側の加速を受けた場合には、板材24はポ
スト材28方向に変形するので、板材24が変形を受け
ていない状態に比較して容量値は大となる。
As shown in FIG. 13, there is a possibility that not only the positive side acceleration but also the negative side acceleration may be received. However, it is possible to determine whether the acceleration is the positive side acceleration or the negative side acceleration. It is possible. That is, as shown in FIG. 13, when the plate member 24 receives the positive side differential pressure and receives the positive side acceleration, the plate member 24 is deformed in the direction of the post member 28, so that the plate member 24 is not deformed. The capacitance value becomes larger in comparison.

【0068】一方、図15に示すように、正側の差圧を
受け、負側の加速を受けた場合には、板材24はポスト
材28から離間する方向に変形するので、板材24が変
形を受けていない状態に比較して、容量値は小となる。
On the other hand, as shown in FIG. 15, when receiving the positive side differential pressure and receiving the negative side acceleration, the plate member 24 is deformed in a direction away from the post member 28, so that the plate member 24 is deformed. The capacitance value is smaller than that in a state where no signal is received.

【0069】したがって、板材24が変形していない状
態、つまり、加速を受けていない状態における、正側の
差圧と容量値との関係が予め分かっていれば、その容量
値より、どれだけ小の容量値か、又は大の容量値かを算
出すれば、どの位の正側の加速を受けたか、負側の加速
を受けたかを検出することができる。
Accordingly, if the relationship between the positive side differential pressure and the capacitance value is known in advance in a state where the plate member 24 is not deformed, that is, in a state where the plate material 24 is not subjected to acceleration, how much smaller is the capacitance value. Calculating the positive or negative capacitance value, it is possible to detect how much positive acceleration or negative acceleration has been received.

【0070】また、図16に示すように、負側の差圧を
受け、正側の加速を受けた場合には、板材24はポスト
材28方向に変形するので、板材24が変形を受けてい
ない状態に比較して容量値は大となる。
Further, as shown in FIG. 16, when a negative pressure difference is applied and a positive acceleration is applied, the plate material 24 is deformed in the direction of the post material 28, so that the plate material 24 is deformed. The capacitance value is larger than in the state without the capacitance.

【0071】一方、図17に示すように、負側の差圧を
受け、負側の加速を受けた場合には、板材24はポスト
材28から離間する方向に変形するので、板材24が変
形を受けていない状態に比較して、容量値は小となる。
On the other hand, as shown in FIG. 17, when receiving a negative pressure difference and receiving a negative acceleration, the plate material 24 is deformed in a direction away from the post material 28, so that the plate material 24 is deformed. The capacitance value is smaller than that in a state where no signal is received.

【0072】したがって、板材24が変形していない状
態、つまり、加速を受けていない状態における、負側の
差圧と容量値との関係が予め分かっていれば、その容量
値より、どれだけ小の容量値か、又は大の容量値かを算
出すると、どの位の正側の加速をうけたか、負側の加速
を受けたかを検出することができる。このように、正側
及び負側の差圧を受け、かつ、加速を受けた場合におい
ても、正側の加速を受けたか、負側の加速を受けたかを
判断することが可能である。
Therefore, if the relationship between the negative differential pressure and the capacitance value in a state where the plate member 24 is not deformed, that is, in a state where the plate material 24 is not subjected to acceleration, is known in advance, how much smaller is the capacitance value. Calculating the capacity value of the negative side or the large value, it is possible to detect how much positive side acceleration has been received and how much negative side acceleration has been received. As described above, even when the vehicle receives the differential pressure on the positive side and the negative side and receives the acceleration, it is possible to determine whether the vehicle has received the acceleration on the positive side or the acceleration on the negative side.

【0073】なお、半導体圧力センサは、図10の工程
(e)の後、図18に示すように出力取り出し用金具
(シール金具)75に溶接あるいは接着され、センサの
コンタクトパッド1〜12と出力取り出し用端子76と
がリードワイヤ77で接続される。この金具75は、ハ
ーメチックシールによって気密構造となっている。
After the step (e) in FIG. 10, the semiconductor pressure sensor is welded or adhered to an output take-out fitting (seal fitting) 75 as shown in FIG. The take-out terminal 76 is connected by a lead wire 77. The metal fitting 75 has an airtight structure by a hermetic seal.

【0074】以上のように、本発明の第2の実施形態に
よれば、第1の実施形態の効果を有する他、次のような
効果を有する。すなわち、板材24のポスト材28に対
向する面側に電極41、ならびにポスト材28の板材2
4に対向する面側に電極42を形成し、両電極41と4
2との間でコンデンサを形成する構成としたので、ピエ
ゾ抵抗のブリッジ回路の出力の線形性が良好な差圧範囲
をピエゾ抵抗型圧力センサで測定し、ピエゾ抵抗のブリ
ッジ回路の出力の非線形性が大となる差圧範囲をを容量
型圧力センサで測定することで、広い圧力レンジを高精
度に測定することが可能となる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the following effects are obtained in addition to the effects of the first embodiment. That is, the electrode 41 and the plate member 2 of the post member 28 are provided on the surface of the plate member 24 facing the post member 28.
An electrode 42 is formed on the surface side facing 4 and both electrodes 41 and 4
2 and a capacitor is formed between them, so that the differential pressure range where the linearity of the output of the piezoresistive bridge circuit is good is measured with a piezoresistive pressure sensor, and the nonlinearity of the output of the piezoresistive bridge circuit is measured. By measuring the differential pressure range in which is large with a capacitive pressure sensor, it is possible to measure a wide pressure range with high accuracy.

【0075】さらに、半導体圧力センサが、例えば、自
動車等の動的な場所で使用される場合、ピエゾ抵抗を利
用した差圧センサとしてのみでは無く、上述したコンデ
ンサを容量型加速度センサとして使用することができ
る。
Further, when the semiconductor pressure sensor is used in a dynamic place such as a car, for example, the above-mentioned capacitor is used not only as a differential pressure sensor utilizing piezoresistance but also as a capacitive acceleration sensor. Can be.

【0076】図19は、本発明の第3の実施形態である
複合伝送器の概略断面図である。図19において、シー
ル金具75に組み込まれた、図4、図5又は図9に示し
た構成の半導体圧力センサを複合伝送器の受圧部81に
組み込む。
FIG. 19 is a schematic sectional view of a composite transmitter according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 19, the semiconductor pressure sensor having the configuration shown in FIG. 4, FIG. 5, or FIG. 9 incorporated in the seal fitting 75 is incorporated in the pressure receiving section 81 of the composite transmitter.

【0077】高圧力側のシールダイアフラム82aと低
圧力側のシールダイアフラム82bに印加された圧力
は、シリコーンオイル等の圧力伝達流体83を通してセ
ンサチップ84に伝達される。
The pressure applied to the high pressure side seal diaphragm 82a and the low pressure side seal diaphragm 82b is transmitted to the sensor chip 84 through a pressure transmission fluid 83 such as silicone oil.

【0078】半導体センサの出力は、FPC(フレキシ
ブルプリント回路)85を通して信号処理部へ伝達され
る。本発明の複合伝送器の場合、差圧、静圧、温度の3
種類の出力信号をMPX(マルチプレクサ)86を介し
て選択的に取り込む。
The output of the semiconductor sensor is transmitted to a signal processing unit through an FPC (flexible printed circuit) 85. In the case of the composite transmitter according to the present invention, three of differential pressure, static pressure, and temperature are used.
The kinds of output signals are selectively taken in through an MPX (multiplexer) 86.

【0079】次に、PGA(プログラマブルゲインアン
プ)87によって出力信号を増幅し、A/D変換器88
でディジタル信号に変換して、MPU(マイクロプロセ
ッサ)89に送信する。MPU(信号処理手段)89
は、差圧、静圧、温度センサの各特性および容量型圧力
センサの特性、差圧しきい値、加速度の特性が格納され
たROM90のデータに基づいてセンサ出力を補正演算
し、差圧、静圧、温度、加速度のそれぞれの値を算出す
る。
Next, the output signal is amplified by a PGA (programmable gain amplifier) 87 and the A / D converter 88
The digital signal is converted into a digital signal and transmitted to an MPU (microprocessor) 89. MPU (Signal Processing Means) 89
Calculates and corrects the sensor output based on the data in the ROM 90 in which the characteristics of the differential pressure, static pressure, and temperature sensors and the characteristics of the capacitive pressure sensor, the differential pressure threshold value, and the acceleration characteristics are stored. Calculate each value of pressure, temperature and acceleration.

【0080】このときに、センサに印加された差圧が、
差圧しきい値ΔP1以下であるかΔP1より大きいのかを
判断して、差圧がΔP1以下の場合には、ピエゾ抵抗型
圧力センサの出力を、差圧がΔP1より大きい場合に
は、容量型圧力センサの出力を用いる。このようにすれ
ば、広い圧力レンジにわたって高感度なセンサ出力を得
ることができる。
At this time, the differential pressure applied to the sensor is
It is determined whether the pressure difference is equal to or less than the differential pressure threshold value ΔP1, and when the differential pressure is equal to or less than ΔP1, the output of the piezoresistive pressure sensor is output. Use the output of the sensor. In this way, a highly sensitive sensor output can be obtained over a wide pressure range.

【0081】こうして得られた値は、再びD/A変換器
91でアナログ信号に変換し、V/I変換器92を介し
て高精度なアナログ信号、ディジタル信号あるいはアナ
ログ、ディジタル信号が重畳した信号を出力する。
The value thus obtained is again converted into an analog signal by a D / A converter 91, and a high-precision analog signal, digital signal or a signal in which an analog or digital signal is superimposed via a V / I converter 92. Is output.

【0082】ところで、過大圧に対する機械的ストッパ
をセンサチップ自体に有してはいない従来の複合伝送器
においては、伝送器本体に機械的ストッパとなるセンタ
ダイアフラムを形成する等の対策が必要であった。つま
り、シールダイアフラム82a、82bに印加された過
大圧力が、圧力伝達流体を介してセンサチップに直接伝
達された場合には、センサチップが破損する可能性があ
るため、シールダイアフラム82a、82bとセンサチ
ップとの間に、センターダイアフラムを配置し、シール
ダイアフラム82a、82bに印加された圧力が、セン
ターダイアフラムを介して、センサチップに伝達される
ように構成する必要があった。
In a conventional composite transmitter which does not have a mechanical stopper against excessive pressure in the sensor chip itself, it is necessary to take measures such as forming a center diaphragm which serves as a mechanical stopper in the transmitter body. Was. That is, if excessive pressure applied to the seal diaphragms 82a and 82b is directly transmitted to the sensor chip via the pressure transmitting fluid, the sensor chip may be damaged, so that the seal diaphragms 82a and 82b and the sensor It is necessary to arrange the center diaphragm between the chip and the chip so that the pressure applied to the seal diaphragms 82a and 82b is transmitted to the sensor chip via the center diaphragm.

【0083】このようなセンターダイアフラムを伝送器
本体に設ける構成とすることは、製作工程が複雑になる
だけでなく、伝送器出力のドリフトや温度ヒステリシス
等の主原因となってしまっていた。
Providing such a center diaphragm in the transmitter body not only complicates the manufacturing process but also causes main factors such as drift of the transmitter output and temperature hysteresis.

【0084】これに対して、本発明による半導体圧力セ
ンサは、圧力センサ自体に正負両過大圧に対する機械的
なストッパが形成されているため、過大圧力がかかった
場合にセンサチップを保護するセンターダイアフラム等
の特別な構造を伝送器本体に設ける必要がなく、製作が
容易になり、伝送器としての出力特性をより安定にする
ことができる。
On the other hand, in the semiconductor pressure sensor according to the present invention, since the pressure sensor itself has a mechanical stopper for both positive and negative excessive pressures, the center diaphragm protects the sensor chip when excessive pressure is applied. It is not necessary to provide a special structure such as the above in the transmitter main body, the manufacture becomes easy, and the output characteristics as the transmitter can be further stabilized.

【0085】以上のように、本発明の一実施形態におけ
る複合伝送器によれば、図4、図5又は図9に示した構
成の半導体圧力センサを備えているので、センサチップ
を保護するセンターダイアフラム等の特別な構造を伝送
器本体に設ける必要がなく、製作が容易になり、伝送器
としての出力特性をより安定にすることができる。
As described above, according to the composite transmitter in one embodiment of the present invention, since the semiconductor pressure sensor having the structure shown in FIG. 4, FIG. 5, or FIG. 9 is provided, the center for protecting the sensor chip is provided. There is no need to provide a special structure such as a diaphragm in the transmitter main body, the manufacture becomes easy, and the output characteristics of the transmitter can be made more stable.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。製造容易であり、
かつ、ダイアフラムへの残留歪が抑制され、単一の突出
部又は剛体部を有するものにも適用可能な過大圧力保護
機構を備える半導体圧力センサとその製造方法及びこれ
を用いた複合伝送器を実現することができる。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. Easy to manufacture,
In addition, a semiconductor pressure sensor having an excessive pressure protection mechanism in which residual strain on a diaphragm is suppressed and which can be applied to a sensor having a single protrusion or a rigid body, a method of manufacturing the same, and a composite transmitter using the same are realized. can do.

【0087】また、この保護機構を用いることで、高精
度な過大圧力保護機構付半導体圧力センサが実現でき
る。また、この保護機構を用いて互いに対向する2つの
電極を形成して、容量型センサを構成することで、広い
圧力レンジを高精度に測定できる他、圧力成分と加速度
成分の分離を行なうことも可能となる。
Further, by using this protection mechanism, it is possible to realize a highly accurate semiconductor pressure sensor with an excessive pressure protection mechanism. In addition, by forming two electrodes facing each other using this protection mechanism to constitute a capacitive sensor, a wide pressure range can be measured with high accuracy, and a pressure component and an acceleration component can be separated. It becomes possible.

【0088】また、圧力センサ自身に正負両過大圧に対
する機械的ストッパを設けることができたため、伝送器
本体の構造が簡素化でき、出力特性の安定した高精度な
複合伝送器を実現することができる。
Further, since the pressure sensor itself can be provided with a mechanical stopper for both positive and negative excessive pressures, the structure of the transmitter body can be simplified, and a highly accurate composite transmitter having stable output characteristics can be realized. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における第1の実施形態である半導体圧
力センサの概略上面図である。
FIG. 1 is a schematic top view of a semiconductor pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−O−B線に沿った概略断面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line AOB of FIG.

【図3】図1及び図2に示した半導体圧力センサの製造
工程を示す図である。
FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor pressure sensor shown in FIGS. 1 and 2;

【図4】ポスト材の形状の一例を示す概略断面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the shape of a post material.

【図5】ポスト材の形状の他の例を示す概略断面図であ
る。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing another example of the shape of the post material.

【図6】ピエゾ抵抗の結線図である。FIG. 6 is a connection diagram of a piezo resistor.

【図7】圧力が印加された時のダイアフラムの変形及び
応力分布を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing deformation and stress distribution of a diaphragm when pressure is applied.

【図8】ダイアフラム下面側から過大圧力が印加した時
のダイアフラムの変形を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing deformation of the diaphragm when excessive pressure is applied from the lower surface of the diaphragm.

【図9】本発明における第2の実施形態である半導体圧
力センサの概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view of a semiconductor pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図10】図9に示した半導体圧力センサの製造工程を
示す図である。
FIG. 10 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 9;

【図11】図9に示した半導体圧力センサに圧力が印加
した時のダイアフラムの変形を示す図である。
11 is a diagram showing deformation of a diaphragm when pressure is applied to the semiconductor pressure sensor shown in FIG.

【図12】図9に示した半導体圧力センサにおける差圧
に対する、ブリッジ出力と容量変化との関係を示すグラ
フである。
12 is a graph showing a relationship between a bridge output and a change in capacitance with respect to a differential pressure in the semiconductor pressure sensor shown in FIG.

【図13】図9に示した半導体圧力センサに正側の差圧
と加速とが同時に印加した時の変形を示す図である。
13 is a diagram showing deformation when a positive-side differential pressure and acceleration are simultaneously applied to the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 9;

【図14】図9に示した半導体圧力センサに差圧のみが
印加された場合と、差圧と加速とが同時に印加した場合
とにおける、差圧と容量値変化との関係を示すグラフで
ある。
14 is a graph showing a relationship between a differential pressure and a change in a capacitance value when only a differential pressure is applied to the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 9 and when a differential pressure and an acceleration are simultaneously applied. .

【図15】図9に示した半導体圧力センサに正側の差圧
と負側の加速とが同時に印加した時の変形を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing deformation when a positive differential pressure and a negative acceleration are simultaneously applied to the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 9;

【図16】図9に示した半導体圧力センサに負側の差圧
と正側の加速とが同時に印加した時の変形を示す図であ
る。
16 is a diagram showing deformation when a negative differential pressure and a positive acceleration are simultaneously applied to the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 9;

【図17】図9に示した半導体圧力センサに負側の差圧
と加速とが同時に印加した時の変形を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing deformation when a negative differential pressure and acceleration are simultaneously applied to the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 9;

【図18】第2の実施形態における半導体圧力センサを
出力取り出し用金具(シール金具)に組み込んだ状態の
概略断面図である。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a state where the semiconductor pressure sensor according to the second embodiment is incorporated in an output take-out fitting (seal fitting).

【図19】本発明の第3の実施形態である複合伝送器の
概略断面図である。
FIG. 19 is a schematic sectional view of a composite transmitter according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜12 複合センサ出力取り出し用アルミコンタクト
パッド 21 差圧検出用ダイアフラム 22 静圧検出用ダイアフラム 23 剛体部 24 板材 25 剛体部と板材の接着層 26 エッチング時の犠牲層として用いられる酸化膜 27 低融点ガラス 28 ポスト材 29 圧力導入口 30 板材の最大径よりも大きな径を有する穴部 31a〜31d 差圧検出用ダイアフラム上ピエゾ抵抗 32a〜32d 静圧検出用ダイアフラム上ピエゾ抵抗 33 温度センサ用ゲージ 34 p型高濃度不純物層配線 35 アルミニウム配線 41 板材側電極 42 ポスト材側電極 43 板材側シリコンn型高濃度不純物層 44 基板表面側シリコンn型高濃度不純物層 51 n型単結晶シリコン基板 75 ハーメチックシール 76 出力取り出し用端子 77 リードワイヤ 81 差圧伝送器受圧部 82a 高圧力側シールダイアフラム 82b 低圧力側シールダイアフラム 83 圧力伝達流体 84 センサチップ 85 フレキシブルプリント回路 86 マルチプレクサ 87 プログラマブルゲインアンプ 88 A/D変換器 89 マイクロプロセッサ 90 ROM 91 D/A変換器 92 V/I変換器
1-12 Aluminum contact pad for taking out output of composite sensor 21 Diaphragm for differential pressure detection 22 Diaphragm for static pressure detection 23 Rigid portion 24 Plate 25 Adhesive layer between rigid portion and plate 26 Oxide film used as sacrificial layer at etching 27 Low melting point Glass 28 Post material 29 Pressure inlet 30 Hole having a diameter larger than the maximum diameter of the plate material 31a to 31d Piezo resistance on diaphragm for detecting differential pressure 32a to 32d Piezo resistance on diaphragm for detecting static pressure 33 Gauge for temperature sensor 34 p Type high concentration impurity layer wiring 35 Aluminum wiring 41 Plate material side electrode 42 Post material side electrode 43 Plate material side silicon n type high concentration impurity layer 44 Substrate surface side silicon n type high concentration impurity layer 51 n type single crystal silicon substrate 75 Hermetic seal 76 Output extraction terminal 77 Lead wire 81 Differential pressure transmitter pressure receiving part 82a High pressure side seal diaphragm 82b Low pressure side seal diaphragm 83 Pressure transmitting fluid 84 Sensor chip 85 Flexible printed circuit 86 Multiplexer 87 Programmable gain amplifier 88 A / D converter 89 Microprocessor 90 ROM 91 D / A converter 92 V / I converter

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】単結晶シリコン基板を裏面側からくり抜い
てこの裏面側に開口部を形成するとともに、表面側にダ
イアフラム薄肉部ならびにそれを支持する厚肉部を形成
し、上記ダイアフラムの表面上に受圧素子としてピエゾ
抵抗を配置し、上記ダイアフラム薄肉部に隣接する領域
に上記薄肉部よりも板厚の厚い剛体部と、上記基板に圧
力導入口を有する金属製の基体とを有し、上記ダイアフ
ラムに印加される圧力を検出する半導体圧力センサにお
いて、上記剛体部のダイアフラム薄肉部側とは反対側の
面に接着された板材を備えることを特徴とする半導体圧
力センサ。
1. A single-crystal silicon substrate is hollowed out from the back side to form an opening on the back side, a thin-walled diaphragm and a thick-walled portion for supporting the same are formed on the front-side, and a single-crystal silicon substrate is formed on the front surface of the diaphragm. A piezoresistor is disposed as a pressure-receiving element, a rigid portion having a thickness greater than the thin portion in a region adjacent to the thin portion of the diaphragm, and a metal base having a pressure inlet in the substrate. A semiconductor pressure sensor for detecting a pressure applied to a rigid body, comprising a plate bonded to a surface of the rigid body opposite to a side of the diaphragm thin portion.
【請求項2】請求項1記載の半導体圧力センサにおい
て、上記ダイアフラムの中央部に上記剛体部が形成さ
れ、上記板材の形状は上記ダイアフラムの形状と相似形
であり、上記ダイアフラムの径は、上記裏面側に形成さ
れた開口部の径よりも小さく、この開口部の径は、上記
裏面側からダイアフラムに向かうにつれて、徐々に小さ
くなっていくことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. The semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein said rigid portion is formed at a central portion of said diaphragm, said plate has a shape similar to that of said diaphragm, and said diaphragm has a diameter of said diaphragm. A semiconductor pressure sensor, wherein the diameter of the opening is smaller than the diameter of the opening formed on the back surface, and the diameter of the opening gradually decreases from the back surface toward the diaphragm.
【請求項3】請求項2記載の半導体圧力センサにおい
て、上記板材の最大径は、上記開口部の上記裏面におけ
る最小径よりも小さく、上記板材の最小径は、上記ダイ
アフラム薄肉部の最大径よりも大きいことを特徴とする
半導体圧力センサ。
3. A semiconductor pressure sensor according to claim 2, wherein a maximum diameter of said plate is smaller than a minimum diameter of said opening at said back surface, and a minimum diameter of said plate is smaller than a maximum diameter of said diaphragm thin portion. Semiconductor pressure sensor characterized in that it is also large.
【請求項4】請求項1〜3のうちのいずれか一項記載の
半導体圧力センサにおいて、上記板材の剛体部への接着
面とは反対面に電極が形成され、上記ダイアフラムを支
持する厚肉部が固着され、圧力導入口を有するポスト材
には、上記板材の電極に対向する面に電極が形成され、
これら2つの電極間でコンデンサを構成することを特徴
とする半導体圧力センサ。
4. The semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein an electrode is formed on a surface of the plate member opposite to a surface to be bonded to the rigid portion, and the thick plate supports the diaphragm. The part is fixed, on the post material having a pressure inlet, an electrode is formed on the surface of the plate material facing the electrode,
A semiconductor pressure sensor wherein a capacitor is formed between these two electrodes.
【請求項5】請求項1〜4記載のうちのいずれか一項記
載の半導体圧力センサと、温度検出手段と、静圧検出手
段と、上記静圧検出手段の出力信号を温度検出手段の出
力信号を用いて補正し、上記半導体圧力センサにより検
出された差圧出力信号を上記補正された静圧検出手段及
び温度検出手段の出力信号を用いて補正する信号処理手
段とを備えることを特徴とする複合伝送器。
5. A semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein said semiconductor pressure sensor comprises: a temperature detecting means; a static pressure detecting means; and an output signal of said static pressure detecting means. Signal processing means for correcting the differential pressure output signal detected by the semiconductor pressure sensor using the corrected output signals of the static pressure detection means and the temperature detection means. Composite transmitter.
【請求項6】半導体圧力センサの製造方法において、 単結晶シリコンからなるダイアフラム支持基板の表面
に、ピエゾ抵抗を形成する工程と、 上記ダイアフラム支持基板の裏面側に、エッチングのマ
スクとなる所定のパターンを形成する工程と、 上記ダイアフラム支持基板の裏面側に、エッチングによ
って所定のパターンを形成する工程と、 上記ダイアフラム支持基板の裏面側に板材を接続した後
に、エッチングによって所定のパターンを形成する工程
と、 上記ダイアフラム支持基板の裏面側に開口部を形成し、
表面側にダイアフラム薄肉部ならびにそれを支持する厚
肉部であって、この厚肉部の側面が、上記ダイアフラム
支持基板の裏面側開口部が広く、上記ダイアフラムが形
成されている側が狭くなるようにテーパ状に形成を形成
し、上記ダイアフラム薄肉部に隣接する領域に上記薄肉
部よりも板厚の厚い剛体部を形成し、上記板材を所定の
形状に形成する工程と、 上記開口部と連通する圧力導入口を有する金属製の基体
と、上記ダイアフラム支持基板の裏面に固着する工程と
備えることを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
6. A method of manufacturing a semiconductor pressure sensor, comprising the steps of: forming a piezoresistor on the surface of a diaphragm supporting substrate made of single crystal silicon; and forming a predetermined pattern serving as an etching mask on the back surface of the diaphragm supporting substrate. Forming a predetermined pattern by etching on the back side of the diaphragm support substrate; and connecting a plate material to the back side of the diaphragm support substrate, and then forming a predetermined pattern by etching. Forming an opening on the back side of the diaphragm support substrate,
A thin portion of the diaphragm on the front side and a thick portion supporting the same, such that the side surface of the thick portion has a wide opening on the back side of the diaphragm support substrate and a narrow side on which the diaphragm is formed. Forming a tapered shape, forming a rigid portion thicker than the thin portion in a region adjacent to the diaphragm thin portion, forming the plate material into a predetermined shape, and communicating with the opening portion A method for manufacturing a semiconductor pressure sensor, comprising: a metal base having a pressure introduction port; and a step of fixing to a back surface of the diaphragm support substrate.
【請求項7】請求項6記載の半導体圧力センサの製造方
法において、上記板材の上記基体に対向する面に電極を
形成する工程と、上記板材に形成された電極に対向する
電極を上記基体に形成する工程とを、さらに備えること
を特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
7. A method of manufacturing a semiconductor pressure sensor according to claim 6, wherein an electrode is formed on a surface of said plate material facing said base, and an electrode facing said electrode formed on said plate material is provided on said base. Forming a semiconductor pressure sensor.
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