JPH11304615A - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

Info

Publication number
JPH11304615A
JPH11304615A JP11342798A JP11342798A JPH11304615A JP H11304615 A JPH11304615 A JP H11304615A JP 11342798 A JP11342798 A JP 11342798A JP 11342798 A JP11342798 A JP 11342798A JP H11304615 A JPH11304615 A JP H11304615A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
differential pressure
pressure
central region
pressure sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11342798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Shoji
康則 庄司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP11342798A priority Critical patent/JPH11304615A/en
Publication of JPH11304615A publication Critical patent/JPH11304615A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a highly accurate small sensor having a wide range ability. SOLUTION: A rigid body 58 is formed annularly along the outer circumference of the central region on a differential pressure diaphragm and a protrusion 57 is formed annularly along the outer circumference of the central region on the diaphragm also on the p-type diffusion layer 51b. A plate member 18 for preventing the inclination of the rigid body 58 incident to deformation of the diaphragm is fixed onto the body 58. When a differential pressure diaphragm ΔP of a specified level or above is applied to the diaphragm, the outer circumference of the central region 65a thereof is restricted completely by the protrusion 57 and the rigid body 58. Consequently, peaks of tensile stress appear in the vicinity of the outer fringe part in the central region 65a and in the vicinity of the peripheral region. Four piezoelectric resistors are thus arranged on the diaphragm, respectively, in the vicinity of the outer fringe part in the central region 65a and in the vicinity of the peripheral region.

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、各種プラント等に
おける圧力測定に使用される半導体圧力センサに関す
る。
The present invention relates to a semiconductor pressure sensor used for measuring pressure in various plants and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイアフラム構造のシリコンペレットに
形成された拡散抵抗層のピエゾ抵抗効果を利用する拡散
型圧力センサの1つとして、特開平8−295085号
公報記載の差圧用の半導体圧力センサが知られている。
この半導体圧力センサ(以下、従来の圧力センサと呼ぶ)
には、非直線誤差の抑制を図るための構造上の2つの工
夫、即ち、(a)ダイアフラム上の中央領域へのボスの形
成、(b)拡散層が形成されているリムを除く周辺領域の
薄肉化がなされている。
2. Description of the Related Art As one of diffusion type pressure sensors utilizing the piezoresistance effect of a diffusion resistance layer formed on a silicon pellet having a diaphragm structure, a semiconductor pressure sensor for differential pressure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-295085 is known. Have been.
This semiconductor pressure sensor (hereinafter, referred to as a conventional pressure sensor)
There are two structural ideas for suppressing non-linear errors: (a) formation of a boss in the central area on the diaphragm, and (b) peripheral area excluding the rim where the diffusion layer is formed. Has been made thinner.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
圧力センサは、圧力感度が一定であるために、低圧から
高圧に到る広範な圧力レンジをカバーすることができな
いという欠点を有している。この欠点を解消するために
は、ワンチップ上に、互いに受圧面積の異なる複数のダ
イアフラム、即ち、互いに圧力感度の異なる複数の圧力
センサを搭載すればよいが、そのようにすると、今度
は、チップ大型化という新たな問題が発生する。
However, the above conventional pressure sensor has a drawback that it cannot cover a wide pressure range from low pressure to high pressure because the pressure sensitivity is constant. . In order to solve this disadvantage, a plurality of diaphragms having mutually different pressure receiving areas, that is, a plurality of pressure sensors having mutually different pressure sensitivities may be mounted on one chip. A new problem of enlargement occurs.

【0004】ところで、差圧と静圧の双方を検出する複
合センサを実現する場合にも、ワンチップ上に、複数の
ダイアフラム、即ち、差圧用ダイアフラムと静圧用ダイ
アフラムとをそれぞれ搭載する必要があるため、チップ
が大型化する傾向にある。
By the way, in order to realize a composite sensor for detecting both the differential pressure and the static pressure, it is necessary to mount a plurality of diaphragms, that is, a differential pressure diaphragm and a static pressure diaphragm on one chip. Therefore, the chip tends to be large.

【0005】そこで、本発明は、レンジアビリティが広
く、しかも小型で高精度な半導体圧力センサを提供する
ことを第一の目的とする。また、静圧と差圧の双方を検
出することができる小型の半導体圧力センサを提供する
ことを第二の目的とする。
Accordingly, it is a first object of the present invention to provide a small and highly accurate semiconductor pressure sensor having a wide rangeability. It is a second object of the present invention to provide a compact semiconductor pressure sensor capable of detecting both static pressure and differential pressure.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基板上に固定された差圧用ダイアフラム
に配置された複数の歪みゲージによって、前記差圧用ダ
イアフラムに印加された差圧に応じた当該差圧ダイアフ
ラムの歪みを検出する圧力センサであって、前記基板側
に変位した前記差圧用ダイアフラムを、当該差圧用ダイ
アフラムの基板対向面の中央領域の外周部で支持する支
持部材と、前記差圧用ダイアフラムの基板対向面と反対
側の面の中央領域の外周部に形成された剛性部材と、前
記差圧用ダイアフラムに対する前記剛性部材の傾斜を阻
止する傾斜防止部材とを備え、前記複数の歪みゲージ
は、前記差圧用ダイアフラムの中央領域と当該中央領域
を囲む外周領域とに配置されていることを特徴とする圧
力センサを提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a differential pressure applied to a differential pressure diaphragm by a plurality of strain gauges arranged on a differential pressure diaphragm fixed on a substrate. A pressure sensor for detecting distortion of the differential pressure diaphragm according to the above, wherein the differential pressure diaphragm displaced to the substrate side, a supporting member for supporting the outer peripheral portion of the central region of the substrate facing surface of the differential pressure diaphragm. A rigid member formed on an outer peripheral portion of a central region of a surface of the diaphragm for differential pressure opposite to the substrate facing surface, and an inclination preventing member for preventing inclination of the rigid member with respect to the diaphragm for differential pressure; Is provided in a central region of the diaphragm for differential pressure and an outer peripheral region surrounding the central region.

【0007】このような構造によれば、差圧用ダイアフ
ラムに印加される差圧が所定値を超えると、支持部材及
び剛性部材により、差圧用ダイアフラムの中央領域の外
周部の上下移動が拘束される。従って、このとき、差圧
用ダイアフラム上の応力分布には、その中央領域と外周
領域とに、それぞれ、引張応力のピーク値σ12が現
れる(図4(b)参照)。このことは、差圧用ダイアフラム
の中央領域と外周領域とが、それぞれ、独立のダイアフ
ラムとして機能し得ることを意味する。より具体的に説
明すると、大きな方のピーク値σ1が現れる外周領域
は、印加される差圧の変化に敏感な低圧用ダイアフラム
として機能し、小さい方のピーク値σ2が現れる中央領
域は、印加される差圧の変化に鈍感な高圧用ダイアフラ
ムとして機能する。
According to this structure, when the differential pressure applied to the differential pressure diaphragm exceeds a predetermined value, the vertical movement of the outer peripheral portion of the central region of the differential pressure diaphragm is restricted by the support member and the rigid member. . Accordingly, at this time, in the stress distribution on the differential pressure diaphragm, peak values σ 1 and σ 2 of the tensile stress appear in the central region and the outer peripheral region, respectively (see FIG. 4B). This means that the central region and the outer peripheral region of the differential pressure diaphragm can function as independent diaphragms, respectively. To be more specific, the outer peripheral region the larger peak value sigma 1 of appears functions as sensitive low pressure diaphragm to changes in the applied pressure difference, the central region appears peak value sigma 2 The smaller, It functions as a high-pressure diaphragm that is insensitive to changes in the applied differential pressure.

【0008】従って、差圧用ダイアフラムが一枚しか搭
載されていないにもかかわらず、複数の差圧用ダイアフ
ラムが搭載されている場合と同様に、圧力感度の複数化
を図ることが出来る。即ち、チップ大型化という不利益
を伴わずに、低圧から高圧に到る広範な圧力レンジをカ
バーすることができる。
Accordingly, even when only one diaphragm for differential pressure is mounted, a plurality of pressure sensitivities can be achieved as in the case where a plurality of diaphragms for differential pressure are mounted. That is, a wide pressure range from low pressure to high pressure can be covered without the disadvantage of increasing the size of the chip.

【0009】そして、差圧の印加によって差圧ダイアフ
ラムが変形しても、傾斜防止用部材が剛性部材の傾斜を
阻止するため、剛性部材の傾斜に伴う応力損失が防止さ
れ、差圧ダイアフラム上における応力分布には、たんに
剛性部材と支持部材とだけを設けた場合よりも明瞭なピ
ークが現れる。従って、この傾斜防止用板材を設けたこ
とによって、差圧用ダイアフラムの中央領域及び外周領
域の双方の圧力感度が向上し、かつ、それらの出力の非
直線誤差が抑制される。
Further, even if the differential pressure diaphragm is deformed by the application of the differential pressure, the inclination preventing member prevents the rigid member from tilting, so that the stress loss accompanying the rigid member inclination is prevented, and the pressure loss on the differential pressure diaphragm is reduced. In the stress distribution, a clearer peak appears than when only the rigid member and the support member are provided. Accordingly, the provision of the plate for preventing inclination improves the pressure sensitivity in both the central region and the outer peripheral region of the diaphragm for differential pressure, and suppresses non-linear errors in their outputs.

【0010】また、このような圧力センサにおいて、前
記差圧ダイアフラムの中央領域を囲む外周領域を、前記
歪みゲージの配置領域を除いた領域が前記歪みゲージの
配置領域よりも肉薄に形成すれば、さらなる圧力感度の
向上と非直線誤差の抑制とが達成される。
In such a pressure sensor, if an outer peripheral region surrounding a central region of the differential pressure diaphragm is formed thinner in a region excluding a region where the strain gauge is disposed than in a region where the strain gauge is disposed. Further improvement in pressure sensitivity and suppression of non-linear errors are achieved.

【0011】さらに、前記差圧ダイアフラムの基板対向
面の反対側の面に対向する圧力導入口を有するポストと
して、前記圧力導入口の開口面積が前記差圧ダイアフラ
ムの中央領域の面積よりも狭いものを取り付ければ、ポ
ストと剛性部材等との接触によって差圧用ダイアフラム
の過度の変形が阻止されるため、過大圧(吸圧)導入時に
おける差圧用ダイアフラムの破壊を防止することができ
る。
Further, as a post having a pressure inlet opposed to a surface of the differential pressure diaphragm opposite to the substrate facing surface, an opening area of the pressure inlet is smaller than an area of a central region of the differential pressure diaphragm. When the post is attached, excessive deformation of the differential pressure diaphragm is prevented by the contact between the post and the rigid member or the like, so that the differential pressure diaphragm can be prevented from being broken when an excessive pressure (absorption pressure) is introduced.

【0012】また、このような圧力センサにおいて、前
記剛性部材を、前記外周部に分断なく形成し、前記傾斜
防止部材として、前記剛性部材に囲まれた空間を密閉す
る板材を用いれば、ダイアフラムの中央領域と傾斜防止
用板材との間に気密空間が形成されるため、ダイアフラ
ムの中央領域は、静圧用ダイアフラムとして機能する。
従ってダイアフラムが一枚しか搭載されていないにもか
かわらず、静圧用ダイアフラムと差圧用ダイアフラムと
が搭載されている場合と同様に、静圧と差圧の双方の検
出することができる。即ち、チップ大型化という不利益
を伴わずに、静圧と差圧の双方の検出することができ
る。
Further, in such a pressure sensor, if the rigid member is formed on the outer peripheral portion without being divided, and a plate material that seals a space surrounded by the rigid member is used as the inclination preventing member, Since an airtight space is formed between the central region and the plate member for preventing inclination, the central region of the diaphragm functions as a static pressure diaphragm.
Therefore, even though only one diaphragm is mounted, both the static pressure and the differential pressure can be detected as in the case where the static pressure diaphragm and the differential pressure diaphragm are mounted. That is, both the static pressure and the differential pressure can be detected without the disadvantage of increasing the size of the chip.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る実施の一形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0014】最初に、本実施の形態に係る半導体圧力セ
ンサの基本構造について説明する。本半導体圧力センサ
は、絶縁膜(SiON等)とn型単結晶シリコン膜との二
層構造を有するダイアフラムに形成されたp型高濃度不
純物拡散層(以下、ピエゾ抵抗と呼ぶ)のピエゾ抵抗効果
を利用して、差圧と静圧の双方を検出する拡散型圧力セ
ンサ、即ち、複合センサである。その基本構造は、図1
に示すように、差圧に感応する差圧用ダイアフラム65
と静圧に感応する静圧用ダイアフラム66とを有するセ
ンサチップ100、圧力導入口68を有するポスト59
(通常、Fe−Ni合金その他の金属製)、接着層60
(通常、低融点ガラス、パイレックスガラスその他のガ
ラス製)等からなる。
First, the basic structure of the semiconductor pressure sensor according to the present embodiment will be described. This semiconductor pressure sensor has a piezoresistance effect of a p-type high-concentration impurity diffusion layer (hereinafter referred to as piezoresistance) formed on a diaphragm having a two-layer structure of an insulating film (SiON or the like) and an n-type single-crystal silicon film. Is a diffusion type pressure sensor that detects both the differential pressure and the static pressure, that is, a composite sensor. Its basic structure is shown in Fig. 1.
As shown in FIG.
Chip 100 having a static pressure sensitive diaphragm 66 and a post 59 having a pressure inlet 68
(Usually made of Fe-Ni alloy or other metal), adhesive layer 60
(Usually made of low melting point glass, Pyrex glass or other glass).

【0015】以下、図2により、この半導体圧力センサ
の特徴部分であるセンサチップ100の構造について、
さらに詳細に説明する。
Hereinafter, referring to FIG. 2, the structure of a sensor chip 100 which is a characteristic part of this semiconductor pressure sensor will be described.
This will be described in more detail.

【0016】センサチップ100は、n型単結晶シリコ
ン基板51a上にボロンその他の不純物の拡散によって
p型高濃度不純物拡散層51b(以下、p型拡散層51
bと呼ぶ)を形成したものである。
The sensor chip 100 includes a p-type high-concentration impurity diffusion layer 51b (hereinafter referred to as a p-type diffusion layer 51) formed by diffusing boron or other impurities on an n-type single crystal silicon substrate 51a.
b).

【0017】このセンサチップ100の各コーナ部に位
置する静圧用ダイアフラム66a,66b,66c,66d
は、その表面に印加された圧力と、p型拡散層51bに
形成された空洞62内部の基準圧との差(静圧)によって
変形する。54は、これら各静圧用ダイアフラム66
a,66b,66c,66dを形成する際に利用した犠牲
層(後述)をエッチングするために開けた貫通穴64を塞
ぐアルミニウム厚膜である。
The static pressure diaphragms 66a, 66b, 66c, 66d located at the respective corners of the sensor chip 100
Is deformed by the difference (static pressure) between the pressure applied to the surface and the reference pressure inside the cavity 62 formed in the p-type diffusion layer 51b. 54 is a diaphragm 66 for each of these static pressures.
This is a thick aluminum film that closes a through hole 64 opened for etching a sacrifice layer (described later) used when forming a, 66b, 66c, and 66d.

【0018】一方、このセンサチップ100のほぼ中央
部に位置する差圧用ダイアフラム65は、その表面に印
加された圧力と、p型拡散層51bに形成された圧力導
入口63から導入された圧力との差(差圧)によって変形
する。尚、本実施の形態では、非直線誤差の抑制と圧力
感度の向上とを図るため、この差圧用ダイアフラム65
の中央領域65aを囲む外周領域65bのうち、ピエゾ
抵抗31a,31b,31c,31dが形成されているリ
ブ領域65b1を除いた領域65b2だけを薄肉化してあ
る。
On the other hand, the differential pressure diaphragm 65 located substantially at the center of the sensor chip 100 has a pressure applied to its surface and a pressure introduced from a pressure inlet 63 formed in the p-type diffusion layer 51b. Deformation due to the difference (differential pressure). In the present embodiment, in order to suppress non-linear errors and improve pressure sensitivity, the diaphragm 65 for differential pressure is used.
Of the outer peripheral region 65b surrounding the central region 65a of the piezoresistive 31a, 31b, 31c, 31d are thinned only region 65b 2 excluding the rib region 65b 1 which is formed.

【0019】そして、差圧用ダイアフラム65の表面上
には、その中央領域65aと外周領域65bとの境界に
沿って、環状に、絶縁酸化膜37、及び、剛性部材58
が積層されている。尚、剛性部材58は、環状に限ら
ず、多角形等であっても構わないし、途中で分断されて
いても構わない。
On the surface of the differential pressure diaphragm 65, along the boundary between the central region 65a and the outer peripheral region 65b, the insulating oxide film 37 and the rigid member 58 are annularly formed.
Are laminated. The rigid member 58 is not limited to an annular shape, and may be a polygon or the like, or may be divided in the middle.

【0020】そして、剛性部材58の先端面には、低融
点ガラスやパイレックスガラス等によって接着層17が
形成され、その上から、差圧用ダイアフラム65の中央
領域65a側に圧力を導入するための貫通穴18aが開
けられた傾斜防止用のガラス板材18(以下、傾斜防止
用板材18と呼ぶ)がかぶせられている。このような傾
斜防止用板材18を設けたことによって、差圧印加時に
差圧用ダイアフラム65にかかる応力が損失する原因と
なる、剛性部材58の傾斜が阻止される。但し、この傾
斜防止用板材18とポスト59の端面59aとの接触に
よって差圧用ダイアフラム65の変形が妨げられること
がないように、ポスト59の端面59aと傾斜防止用板
材18との間には、μmオーダの初期間隙(図1のΔt0
に相当)を設ける必要がある。工業上の理由等から、こ
のような初期間隙を設けるための十分な厚さの接着層6
0を形成することが困難である場合等には、図3に示す
ように、ポスト59の端面59aに、その外縁に沿った
適当な高さの凸部59bを形成しておけばよい。
An adhesive layer 17 is formed on the distal end surface of the rigid member 58 by low-melting glass, Pyrex glass, or the like, and a through hole for applying pressure to the central region 65a side of the differential pressure diaphragm 65 from above. A tilt-preventing glass plate 18 (hereinafter, referred to as a tilt-preventing plate 18) having a hole 18a is covered. By providing such a plate 18 for preventing inclination, the inclination of the rigid member 58, which causes a loss of the stress applied to the diaphragm 65 for differential pressure when a differential pressure is applied, is prevented. However, between the end face 59a of the post 59 and the inclination preventing plate 18 so that the deformation of the differential pressure diaphragm 65 is not hindered by the contact between the inclination preventing plate 18 and the end face 59a of the post 59. The initial gap on the order of μm (Δt 0 in FIG. 1)
Needs to be provided). For industrial reasons, etc., an adhesive layer 6 of sufficient thickness to provide such an initial gap
In the case where it is difficult to form 0, for example, as shown in FIG. 3, a protrusion 59b having an appropriate height along the outer edge of the end face 59a of the post 59 may be formed.

【0021】尚、この傾斜防止用板材18の外径Zを圧
力導入口68の内径Dよりも大きくすれば、傾斜防止用
板材18によって差圧用ダイアフラム65の過度の変形
が阻止されるため、過大圧(吸圧)導入時における差圧用
ダイアフラム65の破壊防止にも役立つ。
If the outer diameter Z of the inclination preventing plate 18 is made larger than the inner diameter D of the pressure introducing port 68, excessive deformation of the differential pressure diaphragm 65 is prevented by the inclination preventing plate 18, so that an excessively large value is obtained. It is also useful to prevent the differential pressure diaphragm 65 from being broken when pressure (absorption) is introduced.

【0022】また、p型拡散層51b側にも、剛性部材
58と上下対応するように、即ち、差圧用ダイアフラム
65の中央領域65aの外周に沿って環状に、突起57
が形成してある。そして、この突起57の先端と差圧用
ダイアフラム65の裏面との間に、μmオーダーの初期
間隙(図1のΔt1に相当)を設けることによって、初期
の無負荷状態において突起57の先端が差圧用ダイアフ
ラム65の裏面に接触しないようにしてある。尚、この
突起57が、過大圧(加圧)導入時における差圧用ダイア
フラム65の破壊防止にも役立つことは言うまでもな
い。
Also, the protrusions 57 are formed on the p-type diffusion layer 51b side so as to vertically correspond to the rigid member 58, that is, annularly along the outer periphery of the central region 65a of the differential pressure diaphragm 65.
Is formed. By providing an initial gap on the order of μm (corresponding to Δt 1 in FIG. 1) between the tip of the projection 57 and the back surface of the differential pressure diaphragm 65, the tip of the projection 57 is in an initial no-load state. The back surface of the pressure diaphragm 65 is prevented from contacting. Needless to say, the protrusion 57 is also useful for preventing the differential pressure diaphragm 65 from being broken when an excessive pressure (pressurized) is introduced.

【0023】このような差圧用ダイアフラム65に、図
4(a)に示すように所定値以上の差圧ΔPが印加される
と、その中央領域65aの外周の上下移動が突起57と
剛性部材58とによって完全に阻止される。力の釣り合
い条件にしたがい、このときの差圧用ダイアフラム65
の表面上における応力分布には、図4(b)に示すよう
に、その中央領域65a内の外縁部付近と、外周領域6
5b内の外縁部付近との双方に、以下に示す数式(1)
(2)により与えられる引張応力のピークσ21が現れ
る。
As shown in FIG. 4A, when a differential pressure .DELTA.P of a predetermined value or more is applied to the differential pressure diaphragm 65, the outer periphery of the central region 65a moves up and down and the protrusion 57 and the rigid member 58 move. And are completely blocked by. According to the force balance condition, the differential pressure diaphragm 65 at this time is used.
As shown in FIG. 4 (b), the stress distribution on the surface of the
The following equation (1) is added to both the vicinity of the outer edge portion in 5b.
The peaks σ 2 and σ 1 of the tensile stress given by (2) appear.

【0024】 σ1=3×(X2−Z2)×ΔP/(16×h2) …(1) σ2=3×Y2×ΔP/(16×h2) …(2) ここで、Xは、差圧用ダイアフラム65の外径であり、
Y及びZは、剛性部材58の内径及び外径であり、h
は、差圧用ダイアフラム65の肉厚である。
Σ 1 = 3 × (X 2 −Z 2 ) × ΔP / (16 × h 2 ) (1) σ 2 = 3 × Y 2 × ΔP / (16 × h 2 ) (2) , X are the outer diameters of the differential pressure diaphragm 65,
Y and Z are the inner and outer diameters of the rigid member 58, h
Is the thickness of the diaphragm 65 for differential pressure.

【0025】そこで、本実施の形態では、差圧用ダイア
フラム65の表面上の外周領域65bの外縁部付近に、
4本のピエゾ抵抗31a,31b,31c,31dのそれ
ぞれを、ほぼ等中心角毎に、その長手方向が(100)結
晶面上の結晶軸<110>方向に向かうように配置し
た。即ち、差圧ダイアフラム65の半径方向に長手方向
をもつ2本のピエゾ抵抗31a,31cと、差圧ダイア
フラム65の接線方向に長手方向をもつ2本のピエゾ抵
抗31b,31dとが配置されている。尚、以下におい
ては、差圧ダイアフラム65の半径方向に長手方向をも
つピエゾ抵抗をLゲージと呼び、差圧ダイアフラム65
の接線方向に長手方向をもつピエゾ抵抗をTゲージと呼
ぶこととする。
Therefore, in the present embodiment, near the outer edge of the outer peripheral region 65b on the surface of the differential pressure diaphragm 65,
Each of the four piezoresistors 31a, 31b, 31c, 31d is arranged at substantially equal center angles so that the longitudinal direction thereof is directed to the crystal axis <110> direction on the (100) crystal plane. That is, two piezoresistors 31a and 31c having a longitudinal direction in the radial direction of the differential pressure diaphragm 65 and two piezoresistors 31b and 31d having a longitudinal direction in the tangential direction of the differential pressure diaphragm 65 are arranged. . In the following, a piezoresistor having a longitudinal direction in the radial direction of the differential pressure diaphragm 65 is called an L gauge, and
A piezoresistor having a longitudinal direction in the tangential direction is referred to as a T gauge.

【0026】また、さらに、差圧用ダイアフラム65の
表面上の中央領域65aの外縁部付近にも、4本のピエ
ゾ抵抗32a,32b,32c,32dのそれぞれを、ほ
ぼ等中心角毎に、その長手方向が(100)結晶面上の結
晶軸<110>方向に向かうように配置した。即ち、2
本のLゲージ32a,32cと、2本のTゲージ32b,
32dとが配置されている。
Further, the four piezoresistors 32a, 32b, 32c, and 32d are also provided at substantially equal central angles at the outer periphery of the central region 65a on the surface of the differential pressure diaphragm 65 at the same length. The orientation was such that the direction was directed to the crystal axis <110> direction on the (100) crystal plane. That is, 2
Two L gauges 32a, 32c and two T gauges 32b,
32d are arranged.

【0027】そして、図6に示すように、差圧用ダイア
フラム65の外周領域65bの外縁部付近に配置された
4本のピエゾ抵抗31a,31b,31c,31dによっ
て、数式(3)で与えられる電圧V1を出力するホイート
ストンブリッジ40aを構成し、これとは別に、差圧用
ダイアフラム65の中央領域65aの外縁部付近に配置
された4本のピエゾ抵抗32a,32b,32c,32d
によって、数式(4)で与えられる電圧V2を出力するホ
イートストンブリッジ40bを構成してある。
As shown in FIG. 6, the voltage given by the equation (3) is obtained by four piezoresistors 31a, 31b, 31c and 31d arranged near the outer edge of the outer peripheral region 65b of the differential pressure diaphragm 65. a Wheatstone bridge 40a that outputs V 1, alternatively, four piezoresistors 32a arranged near the outer edge of the central region 65a of the differential pressure diaphragm 65, 32 b, 32c, 32d
By, are a Wheatstone bridge 40b that outputs a voltage V 2 given by Equation (4).

【0028】 V1=(1/2)×π44×(1−ν)×σ1×V …(3) V2=(1/2)×π44×(1−ν)×σ2×V …(4) ここで、νは、差圧用ダイアフラム65のポワソン比で
あり、π44は、各ピエゾ抵抗31a,31b,31c,3
1d,32a,32b,32c,32dの剪断のピエゾ抵抗
係数であり、Vは、励起電圧である。
V 1 = (1/2) × π 44 × (1-ν) × σ 1 × V (3) V 2 = (1/2) × π 44 × (1-ν) × σ 2 × V (4) where ν is the Poisson's ratio of the differential pressure diaphragm 65, and π 44 is the piezoresistors 31a, 31b, 31c, 3
The shear piezoresistive coefficients of 1d, 32a, 32b, 32c, 32d, and V is the excitation voltage.

【0029】以上の数式(1)(2)(3)(4)より導出され
た数式(5)より、3つの形状パラメータX,Y,Zを調整
すれば、2つのホイートストンブリッジ40a,40b
の出力電圧比V1:V2を自在に変更することができるこ
とが判る。
According to the equation (5) derived from the above equations (1), (2), (3) and (4), if the three shape parameters X, Y and Z are adjusted, the two Wheatstone bridges 40a and 40b
It can be seen that the output voltage ratio V 1 : V 2 can be freely changed.

【0030】 V1/V2=(X2−Z2)/Y2 ……(5) 即ち、本半導体圧力センサは、差圧用ダイアフラム65
を1枚しか備えていないにも関わらず、図7に示すよう
に、印加された差圧を、互いに異なる2つの圧力感度で
検出することができる。例えば、2つのホイートストン
ブリッジ40a,40bの出力電圧比V1:V2が4:1に
なるように、3つの形状パラメータ比X:Y:Zを5:2:
3に設定すれば、所定の圧力感度Sとその4倍の圧力感
度4×Sとによる差圧検出が可能となる。
V 1 / V 2 = (X 2 −Z 2 ) / Y 2 (5) That is, the present semiconductor pressure sensor is provided with the differential pressure diaphragm 65.
Although only one is provided, as shown in FIG. 7, the applied differential pressure can be detected with two different pressure sensitivities. For example, two Wheatstone bridges 40a, 40b of the output voltage ratio V 1: V 2 is 4: to be 1, three shape parameter ratio X: Y: the Z 5: 2:
If it is set to 3, it is possible to detect a differential pressure based on a predetermined pressure sensitivity S and a pressure sensitivity 4 × S which is four times the predetermined pressure sensitivity S.

【0031】従って、例えば、マイクロコンピュータの
閾値処理等によって、測定圧力のレンジに応じて圧力感
度を切り替えて、0≦ΔP≦ΔP1の低圧レンジにおい
ては、直線性は劣るが圧力感度の高い出力電圧V1から
差圧を算出し、ΔP1<ΔP<ΔP2の高圧レンジにおい
ては、直線性は良好であるが圧力感度の低い出力電圧V
2から差圧データを算出するようにすれば、低圧から高
圧に到る広範な圧力範囲の高精度測定を実現することが
できる。
[0031] Thus, for example, by the threshold processing of the microcomputer switches the pressure sensitivity in accordance with the range of the measured pressure in the low pressure range of 0 ≦ ΔP ≦ ΔP 1, linearity high lesser pressure sensitive output The differential pressure is calculated from the voltage V 1, and in the high-pressure range of ΔP 1 <ΔP <ΔP 2 , the output voltage V has good linearity but low pressure sensitivity.
By calculating the differential pressure data from 2 , high-precision measurement in a wide pressure range from low pressure to high pressure can be realized.

【0032】傾斜防止板材18が設けられていない場合
であっても、以上の場合と同様に、1枚の差圧用ダイア
フラム65によって、差圧を、互いに異なる2つの圧力
感度で検出することは可能であるが、この場合には、図
5(a)に示すように、差圧用ダイアフラム65の変形に
よって剛性部材58が中心側に傾き、剛性部材58付近
で応力損失が生じるため、図5(b)に示すように、差圧
用ダイアフラム65の表面上における応力分布に、傾斜
防止板材18を設けた場合ほどの明瞭なピークがあらわ
れなくなる。本実施の形態では、このような剛性部材5
8の傾きを阻止する傾斜防止用板材18を設けたことに
よって、差圧用ダイアフラム65の表面上に、より急峻
な応力分布が現れるようにしたため、一層の圧力感度の
向上及び非直線誤差の抑制が達成されている。
Even in the case where the inclination preventing plate member 18 is not provided, it is possible to detect the differential pressure with two different pressure sensitivities by one differential pressure diaphragm 65 as in the above case. However, in this case, as shown in FIG. 5A, the rigid member 58 tilts toward the center side due to the deformation of the differential pressure diaphragm 65, and a stress loss occurs near the rigid member 58. As shown in ()), the stress distribution on the surface of the differential pressure diaphragm 65 does not show a clear peak as in the case where the inclination preventing plate 18 is provided. In the present embodiment, such a rigid member 5
By providing the plate 18 for preventing inclination, which prevents the inclination of 8, a sharper stress distribution appears on the surface of the diaphragm 65 for differential pressure, thereby further improving pressure sensitivity and suppressing non-linear errors. Has been achieved.

【0033】また、各静圧用ダイアフラム66a,66
b,66c,66dの表面上にも、それぞれ、1本づつピ
エゾ抵抗33a,33b,33c,33dを配置してあ
る。そして、これら4本のピエゾ抵抗33a,33b,3
3c,33dによって、静圧に応じた電圧V3を出力する
ホイートストンブリッジ40cを構成してある(図6参
照)。
Each of the static pressure diaphragms 66a, 66
Piezoresistors 33a, 33b, 33c, 33d are arranged one by one also on the surfaces of b, 66c, 66d. The four piezo resistors 33a, 33b, 3
3c, the 33d, are a Wheatstone bridge 40c for outputting a voltage V 3 corresponding to the static pressure (see Fig. 6).

【0034】また、本実施の形態では、シリコンチップ
100上に、拡散抵抗34を、その長手方向が(100)
結晶面上の結晶軸<100>方向に向かうように、即
ち、周囲の温度変化にのみ感応するように配置してある
ため、この拡散抵抗34(以下、温度センサ34と呼ぶ)
にも電源から励起電圧Vが供給されるようにしておく
(図6参照)。
In this embodiment, the diffusion resistor 34 is formed on the silicon chip 100 so that the longitudinal direction thereof is (100).
The diffusion resistance 34 (hereinafter, referred to as a temperature sensor 34) is disposed so as to be directed to the crystal axis <100> direction on the crystal plane, that is, to be sensitive only to a change in ambient temperature.
The excitation voltage V from the power supply
(See FIG. 6).

【0035】尚、35,36は、ホイートストンブリッ
ジ等を構成するために各ピエゾ抵抗から引き出された引
出線であり、1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,
12,13,14,15,16は、これらの引出線35,3
6を相互に接続するためのコンタクトパッド(アルミニ
ウム)である。これらの引出線35,36の内、ピエゾ抵
抗の近傍や差圧用ダイアフラム65の表面上等の温度ヒ
ステリシスによる影響が大きな領域に敷設される引出線
35は、ボロンその他の不純物の高濃度拡散によって形
成されていることが望ましいが、差圧用ダイアフラム6
5の外側等の温度ヒステリシスによる影響が小さな領域
に敷設されてる引出線36は、アルミニウムその他の低
抵抗の導体によって形成されていても構わない。
Reference numerals 35, 36 denote lead lines drawn from the respective piezoresistors to constitute a Wheatstone bridge or the like, and 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 10. 11,
12,13,14,15,16 are the lead lines 35,3
6 is a contact pad (aluminum) for connecting each other. Out of these lead wires 35 and 36, the lead wire 35 laid in the vicinity of the piezoresistor or on the surface of the differential pressure diaphragm 65 or the like where the influence of the temperature hysteresis is large is formed by high concentration diffusion of boron and other impurities. It is desirable that the diaphragm 6 for differential pressure be used.
The lead wire 36 laid in an area where the influence of temperature hysteresis is small, such as the outside of 5, may be formed of aluminum or other low-resistance conductor.

【0036】次に、図8により、本実施の形態に係る半
導体圧力センサの製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor pressure sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0037】(a)ボロン等の不純物をn型単結晶シリコ
ン基板51aに高濃度に拡散させることによって、その
表面にp型拡散層51bを形成する。更に、このp型拡
散層51bに部分的にリン等のイオンを注入することに
よって、その表面に5つのn型不純物拡散層55a,5
5b、即ち、差圧用ダイアフラム65の下地となるべき
n型不純物拡散層55a(以下、第一犠牲層55aと呼
ぶ)、及び、各静圧用ダイアフラム66a,66b,66
c,66dの下地となるべきn型不純物拡散層55b(以
下、第二犠牲層55bと呼ぶ)を形成する。但し、圧力
導入口63及び突起57を形成する関係上、位置に応じ
て厚さが異なる第一犠牲層55aを形成するための工
夫、例えば、p型拡散層51bへのイオン注入過程にお
いて加速器の加速電圧を2段階に切り替える等の工夫が
必要となる。
(A) A p-type diffusion layer 51b is formed on the surface of an n-type single crystal silicon substrate 51a by diffusing impurities such as boron at a high concentration. Further, by implanting ions such as phosphorus partially into the p-type diffusion layer 51b, five n-type impurity diffusion layers 55a and 55
5b, that is, an n-type impurity diffusion layer 55a (hereinafter, referred to as a first sacrificial layer 55a) to be a base of the differential pressure diaphragm 65, and each of the static pressure diaphragms 66a, 66b, 66
An n-type impurity diffusion layer 55b (hereinafter, referred to as a second sacrificial layer 55b) to be a base for c and 66d is formed. However, due to the formation of the pressure introduction port 63 and the projection 57, a device for forming the first sacrificial layer 55a having a different thickness depending on the position, for example, in the process of implanting ions into the p-type diffusion layer 51b, A device such as switching the acceleration voltage between two stages is required.

【0038】このようにして第一犠牲層55aと第二犠
牲層55bの形成が終了したら、その後、CVD法を用
いて、SiON、SiO2、SiN、Al23等の絶縁
物を堆積させることによって、これらの拡散層51b,
55a,55b上に適当な厚さの絶縁膜52を形成す
る。
After the formation of the first sacrifice layer 55a and the second sacrifice layer 55b is completed, an insulator such as SiON, SiO 2 , SiN, or Al 2 O 3 is deposited by using the CVD method. As a result, these diffusion layers 51b,
An insulating film 52 having an appropriate thickness is formed on 55a and 55b.

【0039】そして、この絶縁膜52上にn型単結晶シ
リコンを貼り合わた後、グラインディングによって適当
な厚さのn型単結晶シリコン膜53に仕上げる。或るい
は、エピタキシャル成長、ポリシリコンの堆積等によっ
て、n型単結晶シリコン膜53を形成する。
Then, after the n-type single crystal silicon is bonded on the insulating film 52, an n-type single crystal silicon film 53 having an appropriate thickness is finished by grinding. Alternatively, the n-type single-crystal silicon film 53 is formed by epitaxial growth, polysilicon deposition, or the like.

【0040】(b)その後、ボロン等の不純物をn型単結
晶シリコン膜53に拡散させることによって、その表面
上の所定の位置にピエゾ抵抗31a,31b,31c,3
1d,32a,32b,32c,32d,33a,33b,3
3c,33d、及び、温度センサ34を形成する。具体
的には、差圧用ダイアフラム65の中央領域65aとな
るべき領域の外縁部付近と、外周領域65bとなるべき
領域の外縁部付近とに、それぞれ、4本のピエゾ抵抗を
形成し、静圧用ダイアフラム66a,66b,66c,6
6dとなるべき領域のそれぞれにピエゾ抵抗を1本づつ
形成する。また、ダイアフラムが形成されていないセン
サチップ100上の肉厚領域に、温度センサ34を形成
する。
(B) Thereafter, impurities such as boron are diffused into the n-type single crystal silicon film 53, so that the piezo resistors 31a, 31b, 31c, 3
1d, 32a, 32b, 32c, 32d, 33a, 33b, 3
3c, 33d and a temperature sensor 34 are formed. Specifically, four piezoresistors are formed in the vicinity of the outer edge of the region to be the central region 65a of the differential pressure diaphragm 65 and near the outer edge of the region to be the outer peripheral region 65b, respectively. Diaphragms 66a, 66b, 66c, 6
One piezoresistor is formed in each of the regions to be 6d. Further, the temperature sensor 34 is formed in a thick region on the sensor chip 100 where no diaphragm is formed.

【0041】更に、各ホイートストーンブリッジ40
a,40b,40c(図6参照)が形成されるように、n型
単結晶シリコン膜53上に引出線35,36を形成す
る。具体的には、温度ヒステリシスによる影響が大きな
領域には、ボロン等の不純物の高濃度拡散によって引出
線35を形成し、それ以外の領域には、アルミニウム等
の低抵抗導体の蒸着によって引出線36を形成する。或
るいは、不純物の拡散によって、全引出線を形成するよ
うにしても構わない。
Further, each Wheatstone bridge 40
Lead lines 35 and 36 are formed on n-type single crystal silicon film 53 so that a, 40b and 40c (see FIG. 6) are formed. Specifically, the lead line 35 is formed by high concentration diffusion of impurities such as boron in a region where the influence of the temperature hysteresis is large, and the lead line 36 is deposited in other regions by vapor deposition of a low resistance conductor such as aluminum. To form Alternatively, all the lead lines may be formed by diffusion of impurities.

【0042】(c)その後、ホトレジストを用いて、n型
単結晶シリコン膜53上にレジストパターン56を形成
した後、このレジストパターン56をマスクにして、n
型単結晶シリコン膜53と絶縁膜52とをエッチングす
ることによって、静圧検出に悪影響を与えない箇所に、
外部と第二犠牲層55bとをつなぐ貫通穴64を形成す
る。そして、n型シリコンに対するSiON及びp型拡
散層の選択比が大きいエッチング液(例えば、ヒドラジ
ン)を、圧力導入口63となるべき部位と貫通穴64と
から導入することによって、第一犠牲層55aと第二犠
牲層55bとを選択的にエッチング除去する。そして、
不要なエッチング液を回収すれば、突起57と圧力導入
口63とが完成する。
(C) After that, using a photoresist, a resist pattern 56 is formed on the n-type single crystal silicon film 53, and then, using this resist pattern 56 as a mask,
By etching the single-crystal silicon film 53 and the insulating film 52, a portion where the static pressure detection is not adversely affected is obtained.
A through-hole 64 connecting the outside and the second sacrificial layer 55b is formed. Then, an etching solution (for example, hydrazine) having a high selectivity of SiON and p-type diffusion layer with respect to n-type silicon is introduced from a portion to be a pressure introduction port 63 and the through hole 64, so that the first sacrificial layer 55a is formed. And the second sacrificial layer 55b are selectively removed by etching. And
When the unnecessary etchant is recovered, the protrusion 57 and the pressure introduction port 63 are completed.

【0043】(d)その後、レジストパターン56を除去
した後、差圧用ダイアフラム65の中央領域65aとな
るべき領域の外周に沿って、帯状に、絶縁酸化膜37を
形成する。
(D) Thereafter, after removing the resist pattern 56, an insulating oxide film 37 is formed in a band along the outer periphery of a region to be the central region 65a of the differential pressure diaphragm 65.

【0044】そして、貫通穴64を、アルミニウム等の
厚膜54で埋めることによって、第二犠牲層55bを除
去した後の空洞62を気密封止する。これにより、静圧
用ダイアフラム66a,66b,66c,66dが完成す
る。また、これと同一工程において、絶縁膜37上に、
剛性部材58となるべきアルミニウム厚膜等を形成す
る。尚、より厚い剛性部材58が必要な場合には、この
剛性部材58だけを形成する工程を別途設けることが望
ましい。
Then, the through holes 64 are filled with a thick film 54 of aluminum or the like to hermetically seal the cavity 62 from which the second sacrificial layer 55b has been removed. Thus, the static pressure diaphragms 66a, 66b, 66c, 66d are completed. In the same step, the insulating film 37 is
An aluminum thick film or the like to be the rigid member 58 is formed. When a thicker rigid member 58 is required, it is desirable to separately provide a step of forming only the rigid member 58.

【0045】(e)その後、剛性部材58上に、低融点ガ
ラスやパイレックスガラス等の接着層17を形成し、そ
の上に、傾斜防止用板材18として、予め貫通穴18a
があけられたガラス板を貼り付ける。
(E) Thereafter, an adhesive layer 17 of low melting point glass, Pyrex glass or the like is formed on the rigid member 58, and a through hole 18a
Paste the opened glass plate.

【0046】さらに、エッチングによって、差圧用ダイ
アフラム65の外周領域65bとなるべき領域の内、ピ
エゾ抵抗が形成されていない領域(リブ領域65b1を除
く領域65b2)を薄肉化すれば、差圧用ダイアフラム6
5が完成する。尚、このときのエッチングは、図9に示
すように絶縁膜52に達していても構わないし、貫通穴
さえあかなければ、図10に示すように絶縁膜52に及
んでいても構わない。
Further, by etching, the area where the piezoresistor is not formed (the area 65b 2 excluding the rib area 65b 1 ) in the area to be the outer peripheral area 65b of the differential pressure diaphragm 65 can be reduced in thickness. Diaphragm 6
5 is completed. Note that the etching at this time may reach the insulating film 52 as shown in FIG. 9, or may reach the insulating film 52 as shown in FIG. 10 if there is no through hole.

【0047】そして、このようにして完成されたセンサ
チップをポスト59に固着することによって、本実施の
形態に係る半導体圧力センサが完成する。
Then, the sensor chip thus completed is fixed to the post 59, whereby the semiconductor pressure sensor according to the present embodiment is completed.

【0048】ところで、差圧用ダイアフラム65上にお
けるピエゾ抵抗の配置は、図2に示したものだけに限ら
れるわけではない。例えば、差圧用ダイアフラム65の
周辺領域56bには、図11に示すように、圧縮応力の
ピーク(図4中のσ3)が現れている内縁部付近に、2本
のLゲージ31a,31cと2本のTゲージ31b,31
dとを配置するようにしても構わない。また、差圧用ダ
イアフラム65の周辺領域65bには、図12に示すよ
うに、圧縮応力のピークσ3が現れている内縁部付近に
2本のLゲージ31b,31dを配置し、引張応力のピ
ークσ1が現れている外縁部付近に2本のLゲージ31
a,31cを配置するようにしてもよい。また、差圧用
ダイアフラム65の周辺領域65bには、図13に示す
ように、圧縮応力のピークσ3が現れている内縁部付近
に、2本のTゲージ31b,31dを配置し、引張応力
のピークσ1が現れている外縁部付近に、2本のTゲー
ジ31a,31cを配置するようにしてもよい。
The arrangement of the piezoresistors on the differential pressure diaphragm 65 is not limited to that shown in FIG. For example, in the peripheral region 56b of the differential pressure diaphragm 65, as shown in FIG. 11, two L gauges 31a and 31c are provided near the inner edge where the peak of the compressive stress (σ 3 in FIG. 4) appears. Two T gauges 31b, 31
d may be arranged. In the peripheral region 65b of the differential pressure diaphragm 65, as shown in FIG. 12, two L gauges 31b and 31d are arranged near the inner edge where the peak σ 3 of the compressive stress appears, and the peak of the tensile stress is set. Two L gauges 31 near the outer edge where σ 1 appears
a, 31c may be arranged. As shown in FIG. 13, two T-gauges 31b and 31d are arranged near the inner edge where the peak σ 3 of the compressive stress appears in the peripheral region 65b of the diaphragm 65 for differential pressure, so as to reduce the tensile stress. Two T gauges 31a and 31c may be arranged near the outer edge where the peak σ 1 appears.

【0049】また、本実施の形態では、一枚の差圧用ダ
イアフラム65の圧力感度を複数化することによって、
レンジアビリティの向上とセンサチップ100の小型化
という、従来両立が困難とされていた2つの課題を達成
しているが、センサチップ100の小型化に重点がおか
れている場合等には、傾斜防止用板材18として、圧力
導入用の貫通穴18aがあけられていないガラス板材
(厚さ約200μm程度)を使用することが望ましい。こ
のような傾斜防止用板材を使用した場合、ダイアフラム
65の中央領域65aと傾斜防止用板材18との間に気
密空間が形成されるため、ダイアフラム65の中央領域
65aは、圧力導入口63から導入された圧力と、気密
空間内部の基準圧との差(静圧)に感応する静圧用ダイア
フラムとして機能する。従って、レンジアビリティの向
上の達成は困難となるが、センサチップ100のコーナ
部に静圧用ダイアフラム66を形成する必要がなくなる
ため、より小型のセンサチップ100を提供することが
可能となる。
In the present embodiment, the pressure sensitivity of one differential pressure diaphragm 65 is made plural,
It has achieved two problems that were conventionally difficult to achieve, namely, improvement of the rangeability and miniaturization of the sensor chip 100. However, when emphasis is placed on miniaturization of the sensor chip 100, etc. Glass plate material without through hole 18a for pressure introduction as prevention plate material 18.
(With a thickness of about 200 μm). When such a plate for preventing inclination is used, an airtight space is formed between the central region 65a of the diaphragm 65 and the plate 18 for preventing inclination, so that the central region 65a of the diaphragm 65 is introduced from the pressure inlet 63. It functions as a static pressure diaphragm that responds to the difference (static pressure) between the applied pressure and the reference pressure inside the airtight space. Therefore, it is difficult to achieve an improvement in the rangeability, but it is not necessary to form the static pressure diaphragm 66 at the corner of the sensor chip 100, so that a smaller sensor chip 100 can be provided.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、レンジアビリティが広
く、しかも高精度な小型の半導体圧力センサを提供する
ことができる。
According to the present invention, a small-sized semiconductor pressure sensor having wide rangeability and high accuracy can be provided.

【0051】また、本発明によれば、静圧及び差圧の双
方が検出可能な小型の半導体圧力センサを提供すること
ができる。
Further, according to the present invention, a small semiconductor pressure sensor capable of detecting both static pressure and differential pressure can be provided.

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

【図1】本発明の実施の一形態に係る半導体圧力センサ
の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は、本発明の実施の一形態に係る半導体圧
力センサのセンサチップの上面図であり、(b)は、その
矢視A−B−C−D−E断面図である。
FIG. 2A is a top view of a sensor chip of a semiconductor pressure sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line ABCD-DE. is there.

【図3】本発明の実施の一形態に係る半導体圧力センサ
の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor pressure sensor according to one embodiment of the present invention.

【図4】(a)は、本発明の実施の一形態に係る差圧用ダ
イアフラムの変形を概念的に示した断面図であり、(b)
は、その際の差圧用ダイアフラム上における応力分布図
である。
FIG. 4A is a sectional view conceptually showing a deformation of a differential pressure diaphragm according to one embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 4 is a stress distribution diagram on the differential pressure diaphragm at that time.

【図5】(a)は、傾斜防止用板材が設けられていない差
圧用ダイアフラムの変形を概念的に示した断面図であ
り、(b)は、その際の差圧用ダイアフラム上における応
力分布図である。
FIG. 5A is a cross-sectional view conceptually showing a deformation of a differential pressure diaphragm having no inclination preventing plate member, and FIG. 5B is a stress distribution diagram on the differential pressure diaphragm at that time. It is.

【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】本発明の実施の一形態に係る半導体圧力センサ
の出力特性を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing output characteristics of the semiconductor pressure sensor according to one embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の一形態に係る半導体圧力センサ
の製造方法を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a method for manufacturing the semiconductor pressure sensor according to one embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の一形態に係る半導体圧力センサ
のセンサチップの矢視A−B−C−D−E断面図であ
る。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the sensor chip of the semiconductor pressure sensor according to one embodiment of the present invention, taken along the line ABCDCE.

【図10】本発明の実施の一形態に係る半導体圧力セン
サのセンサチップの矢視A−B−C−D−E断面図であ
る。
FIG. 10 is a sectional view of the sensor chip of the semiconductor pressure sensor according to one embodiment of the present invention, taken along the line ABCDCE.

【図11】(a)は、本発明の実施の一形態に係る半導体
圧力センサのセンサチップの上面図であり、(b)は、そ
の矢視A−B−C−D−E断面図である。
11A is a top view of a sensor chip of a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line ABCD-DE. is there.

【図12】(a)は、本発明の実施の一形態に係る半導体
圧力センサのセンサチップの上面図であり、(b)は、そ
の矢視A−B−C−D−E断面図である。
12A is a top view of a sensor chip of a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line ABCD-DE. is there.

【図13】(a)は、本発明の実施の一形態に係る半導体
圧力センサのセンサチップの上面図であり、(b)は、そ
の矢視A−B−C−D−E断面図である。
13A is a top view of a sensor chip of a semiconductor pressure sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line ABCD-DE. is there.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16…コンタクト
パッド 17…接着層 18…傾斜防止用板材 18a…傾斜防止用板材の貫通穴 31a,31b,31c,31d…ピエゾ抵抗 32a,32b,32c,32d…ピエゾ抵抗 33a,33b,33c,33d…ピエゾ抵抗 34…温度センサ 35…引出線 36…引出線 37…絶縁酸化膜 40a,40b,40c…ホイートストンブリッジ 51a…n型単結晶シリコン基板 51b…p型高濃度不純物拡散層 52…絶縁膜 53…n型単結晶シリコン膜 54…貫通穴を塞ぐアルミニウム厚膜 55a,55b…n型不純物拡散層(第一犠牲層55a、第二犠牲
層55b) 56…レジストパターン 57…p型高濃度不純物拡散層に設けられた突起 58…剛性部材 59…ポスト 59a…ポスト端面 59b…ポスト凸部 60…接着層 62…静圧用ダイアフラムの基準圧用の空洞 63…圧力導入口 64…貫通穴 65…差圧用ダイアフラム 65a…差圧用ダイアフラムの中央領域 65b…差圧用ダイアフラムの外周領域 65b1…差圧用ダイアフラムの外周領域のリブ領域 65b2…差圧用ダイアフラムの外周領域の薄肉化領域 66…静圧用ダイアフラム 66a,66b,66c,66d…静圧用ダイアフラム 68…圧力導入口 100…センサチップ
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16… Contact pad 17… Adhesive layer 18… Tilt prevention plate 18a… Tilt prevention plate Through holes 31a, 31b, 31c, 31d ... Piezoresistors 32a, 32b, 32c, 32d ... Piezoresistors 33a, 33b, 33c, 33d ... Piezoresistors 34 ... Temperature sensor 35 ... Lead wire 36 ... Lead wire 37 ... Insulating oxide film 40a, 40b, 40c: Wheatstone bridge 51a: n-type single-crystal silicon substrate 51b: p-type high-concentration impurity diffusion layer 52: insulating film 53: n-type single-crystal silicon film 54: aluminum thick film that blocks through holes 55a, 55b ... n-type impurity diffusion layer (first sacrifice layer 55a, second sacrifice layer 55b) 56 resist pattern 57 projection provided on p-type high concentration impurity diffusion layer 58 rigid member 59 post 59a post end face 59b post Convex part 60 Adhesive layer 62 Cavity for reference pressure of static pressure diaphragm 63 Pressure inlet 64 Through hole 65 Differential pressure diaphragm 65 a Central area of differential pressure diaphragm 65 b Differential pressure Thinned region 66 ... static pressure diaphragm 66a of the outer peripheral region of the rib region 65b 2 ... differential pressure diaphragm of the outer peripheral region of the peripheral region 65b 1 ... differential pressure diaphragm of the diaphragm, 66b, 66c, 66d ... the static pressure diaphragm 68 ... pressure opening 100… Sensor chip

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に固定された差圧用ダイアフラムに
配置された複数の歪みゲージによって、前記差圧用ダイ
アフラムに印加された差圧に応じた当該差圧ダイアフラ
ムの歪みを検出する圧力センサであって、 前記基板側に変位した前記差圧用ダイアフラムを、当該
差圧用ダイアフラムの基板対向面の中央領域の外周部で
支持する支持部材と、 前記差圧用ダイアフラムの基板対向面と反対側の面の中
央領域の外周部に形成された剛性部材と、 前記差圧用ダイアフラムに対する前記剛性部材の傾斜を
阻止する傾斜防止部材とを備え、 前記複数の歪みゲージは、前記差圧用ダイアフラムの中
央領域と当該中央領域を囲む外周領域とに配置されてい
ることを特徴とする圧力センサ。
1. A pressure sensor for detecting distortion of a differential pressure diaphragm according to a differential pressure applied to the differential pressure diaphragm by a plurality of strain gauges arranged on a differential pressure diaphragm fixed on a substrate. A supporting member that supports the differential pressure diaphragm displaced toward the substrate at an outer peripheral portion of a central region of the substrate facing surface of the differential pressure diaphragm; and a center of a surface of the differential pressure diaphragm opposite to the substrate facing surface. A rigid member formed at an outer peripheral portion of the region; and an inclination preventing member for preventing inclination of the rigid member with respect to the diaphragm for differential pressure, wherein the plurality of strain gauges include a central region of the diaphragm for differential pressure and the central region. And a peripheral region surrounding the pressure sensor.
【請求項2】請求項1記載の圧力センサであって、 前記差圧ダイアフラムの中央領域を囲む外周領域は、前
記歪みゲージの配置領域を除いた領域が前記歪みゲージ
の配置領域よりも肉薄に形成されていることを特徴とす
る圧力センサ。
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein an outer peripheral area surrounding a central area of the differential pressure diaphragm is thinner in an area excluding an area where the strain gauge is arranged than in an area where the strain gauge is arranged. A pressure sensor characterized by being formed.
【請求項3】請求項1または2記載の圧力センサであっ
て、 前記差圧ダイアフラムの基板対向面の反対側の面に対向
する圧力導入口を有するポストを備え、前記圧力導入口
の開口面積は、前記差圧ダイアフラムの中央領域の面積
よりも狭いことを特徴とする圧力センサ。
3. The pressure sensor according to claim 1, further comprising: a post having a pressure introduction port facing a surface of the differential pressure diaphragm opposite to a substrate facing surface, wherein an opening area of the pressure introduction port is provided. Is smaller than the area of the central region of the differential pressure diaphragm.
【請求項4】請求項1、2及び3のうちの何れか1項記
載の圧力センサであって、 当該圧力センサの温度を検出する温度センサを備えるこ
とを特徴とする圧力センサ。
4. The pressure sensor according to claim 1, further comprising a temperature sensor for detecting a temperature of the pressure sensor.
【請求項5】請求項1、2、3及び4のうちの何れか1
項記載の圧力センサであって、 前記剛性部材は、前記外周部に分断なく形成され、 前記傾斜防止部材は、前記剛性部材に囲まれた空間を密
閉する板材であることを特徴とする圧力センサ。
5. One of the first, second, third and fourth aspects of the present invention.
3. The pressure sensor according to claim 1, wherein the rigid member is formed in the outer peripheral portion without being divided, and the inclination preventing member is a plate member that seals a space surrounded by the rigid member. .
JP11342798A 1998-04-23 1998-04-23 Pressure sensor Pending JPH11304615A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11342798A JPH11304615A (en) 1998-04-23 1998-04-23 Pressure sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11342798A JPH11304615A (en) 1998-04-23 1998-04-23 Pressure sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11304615A true JPH11304615A (en) 1999-11-05

Family

ID=14611966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11342798A Pending JPH11304615A (en) 1998-04-23 1998-04-23 Pressure sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11304615A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006090807A (en) * 2004-09-22 2006-04-06 Matsushita Electric Works Ltd Physical quantity sensor
JP2010139373A (en) * 2008-12-11 2010-06-24 Ngk Spark Plug Co Ltd Method for manufacturing pressure sensor
JP2013004709A (en) * 2011-06-16 2013-01-07 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor substrate and manufacturing method therefor, and semiconductor device
JP2016057306A (en) * 2015-10-23 2016-04-21 富士電機株式会社 Manufacturing method for semiconductor substrate
JP2016524716A (en) * 2013-06-17 2016-08-18 オキシトロル エス.アー. A system for measuring pressure that can identify faults due to overpressure or underpressure
CZ307320B6 (en) * 2017-08-28 2018-05-30 Bd Sensors S.R.O. A shaped separating membrane of a pressure sensor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006090807A (en) * 2004-09-22 2006-04-06 Matsushita Electric Works Ltd Physical quantity sensor
JP4569242B2 (en) * 2004-09-22 2010-10-27 パナソニック電工株式会社 Physical quantity sensor
JP2010139373A (en) * 2008-12-11 2010-06-24 Ngk Spark Plug Co Ltd Method for manufacturing pressure sensor
JP2013004709A (en) * 2011-06-16 2013-01-07 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor substrate and manufacturing method therefor, and semiconductor device
JP2016524716A (en) * 2013-06-17 2016-08-18 オキシトロル エス.アー. A system for measuring pressure that can identify faults due to overpressure or underpressure
JP2016057306A (en) * 2015-10-23 2016-04-21 富士電機株式会社 Manufacturing method for semiconductor substrate
CZ307320B6 (en) * 2017-08-28 2018-05-30 Bd Sensors S.R.O. A shaped separating membrane of a pressure sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5567880A (en) Semiconductor accelerometer
US6813956B2 (en) Double stop structure for a pressure transducer
EP0311613B1 (en) Pressure transducer with stress isolation for hard mounting
US6006607A (en) Piezoresistive pressure sensor with sculpted diaphragm
US5537882A (en) Semiconductor sensor for detecting physical amount without thermal hypsteresis where output wiring is disposed in a stress insensitive direction
US8671765B2 (en) Pressure sensor having a diaphragm
JP2503290B2 (en) Semiconductor pressure / differential pressure measurement diaphragm
EP0316343A4 (en) Media isolated differential pressure sensors
US6093579A (en) Low pressure sensor with a thin boss and method of manufacture
EP0672898B1 (en) Semiconductor pressure sensor with polysilicon diaphragm and single-crystal gage elements and fabrication method therefor
JP7320402B2 (en) MEMS sensor
JPH11304615A (en) Pressure sensor
JPH09329516A (en) Semiconductor pressure sensor and composite transmitter using it
JPH1114484A (en) Pressure sensor and its manufacturing method, and differential transfer device
US6308575B1 (en) Manufacturing method for the miniaturization of silicon bulk-machined pressure sensors
JPH10142086A (en) Semiconductor pressure sensor, its manufacturing method, and differential pressure transmitter using the same
JP2001004470A (en) Semiconductor pressure sensor
JPH0419495B2 (en)
JPH10132682A (en) Semiconductor pressure sensor, its manufacture, and compound transmitter using it
JPH04204226A (en) Semiconductor pressure sensor
JP3187754B2 (en) Semiconductor sensor and method of manufacturing the same
JPH0412436Y2 (en)
CN212988661U (en) MEMS pressure chip
JPH0618345A (en) Production of pressure sensor
JP3327088B2 (en) Semiconductor acceleration sensor