JP2001116637A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高感度化及び高耐圧化の実現する半導体圧力
センサを提供すること。 【解決手段】 ｎ型シリコン基板１の一部を異方性エッ
チングして薄肉のダイヤフラム７を有する凹部を形成す
るとともに、前記凹部の外面にダイヤフラム７のたわみ
量により圧力変化を検出し電気信号に変換する拡散抵抗
を設けた圧力センサチップと、圧力を導入するための圧
力導入孔１０を有する台座と、を備え、前記凹部の内空
間と圧力導入孔１０が連通するように圧力センサチップ
と台座を接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記
凹部の開口端１７面積を０．５〜０．８ｍｍ2としてい
る。
センサを提供すること。 【解決手段】 ｎ型シリコン基板１の一部を異方性エッ
チングして薄肉のダイヤフラム７を有する凹部を形成す
るとともに、前記凹部の外面にダイヤフラム７のたわみ
量により圧力変化を検出し電気信号に変換する拡散抵抗
を設けた圧力センサチップと、圧力を導入するための圧
力導入孔１０を有する台座と、を備え、前記凹部の内空
間と圧力導入孔１０が連通するように圧力センサチップ
と台座を接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記
凹部の開口端１７面積を０．５〜０．８ｍｍ2としてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機や自動車な
どの分野で用いられる小型で感度が大きく、かつ、高耐
圧の半導体圧力センサに関するものである。
どの分野で用いられる小型で感度が大きく、かつ、高耐
圧の半導体圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の半導体圧力センサにおいては、
異方性エッチングにより薄肉のダイヤフラムを形成した
シリコン基板の一方の面に、ピエゾ抵抗を形成したもの
である。前記シリコン基板は、結晶化ガラス等の台座と
陽極接合され、パッケージに半田ダイボンド接合されて
おり、圧力によって変形するダイヤフラムのたわみ量に
対応させたピエゾ抵抗値の変化を、電気信号に変換し圧
力を検出している。
異方性エッチングにより薄肉のダイヤフラムを形成した
シリコン基板の一方の面に、ピエゾ抵抗を形成したもの
である。前記シリコン基板は、結晶化ガラス等の台座と
陽極接合され、パッケージに半田ダイボンド接合されて
おり、圧力によって変形するダイヤフラムのたわみ量に
対応させたピエゾ抵抗値の変化を、電気信号に変換し圧
力を検出している。
【０００３】高耐圧を要求される圧力センサ、例えば、
車載用圧力センサの場合には、定格圧力６０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2に対し、破壊圧力は、定格圧力の２〜３倍とするこ
とが一般的で、１２０〜１８０ｋｇｆ／ｃｍ2の耐圧が
要求される。
車載用圧力センサの場合には、定格圧力６０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2に対し、破壊圧力は、定格圧力の２〜３倍とするこ
とが一般的で、１２０〜１８０ｋｇｆ／ｃｍ2の耐圧が
要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術においては、ダイヤフラムの面積を大きくした
り、厚みを薄くすると高感度となるが、高耐圧化のため
には、ダイヤフラムの面積を小さくしたり、厚みを厚く
する必要があり、高感度化及び高耐圧化の実現には、相
反するアプローチが必要になるという問題があった。
来の技術においては、ダイヤフラムの面積を大きくした
り、厚みを薄くすると高感度となるが、高耐圧化のため
には、ダイヤフラムの面積を小さくしたり、厚みを厚く
する必要があり、高感度化及び高耐圧化の実現には、相
反するアプローチが必要になるという問題があった。
【０００５】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、ダイヤフラムの面積及び
厚みを適切な範囲と設定し、高感度化及び高耐圧化の実
現する半導体圧力センサを提供することにある。
で、その目的とするところは、ダイヤフラムの面積及び
厚みを適切な範囲と設定し、高感度化及び高耐圧化の実
現する半導体圧力センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の半導体圧力センサは、ｎ型シリコン
基板の一部を異方性エッチングして薄肉のダイヤフラム
を有する凹部を形成するとともに、前記凹部の外面にダ
イヤフラムのたわみ量により圧力変化を検出し電気信号
に変換する拡散抵抗を設けた圧力センサチップと、圧力
を導入するための圧力導入孔を有する台座と、を備え、
前記凹部の内空間と圧力導入孔が連通するように圧力セ
ンサチップと台座を接合してなる半導体圧力センサにお
いて、前記凹部の開口端面積を０．５〜０．８ｍｍ2と
したことを特徴とする。
に、請求項１記載の半導体圧力センサは、ｎ型シリコン
基板の一部を異方性エッチングして薄肉のダイヤフラム
を有する凹部を形成するとともに、前記凹部の外面にダ
イヤフラムのたわみ量により圧力変化を検出し電気信号
に変換する拡散抵抗を設けた圧力センサチップと、圧力
を導入するための圧力導入孔を有する台座と、を備え、
前記凹部の内空間と圧力導入孔が連通するように圧力セ
ンサチップと台座を接合してなる半導体圧力センサにお
いて、前記凹部の開口端面積を０．５〜０．８ｍｍ2と
したことを特徴とする。
【０００７】したがって、ダイヤフラムの面積が高耐圧
に対して適切な範囲と設定されるため、高耐圧を実現す
ることができる。
に対して適切な範囲と設定されるため、高耐圧を実現す
ることができる。
【０００８】また、請求項２記載の半導体圧力センサ
は、請求項１記載のダイヤフラムの厚みを４０〜１００
μｍとしたことを特徴とする。
は、請求項１記載のダイヤフラムの厚みを４０〜１００
μｍとしたことを特徴とする。
【０００９】したがって、ダイヤフラムの厚みが高感度
に対して適切な範囲と設定されるため、高耐圧であると
ともに、高感度を実現することができる。
に対して適切な範囲と設定されるため、高耐圧であると
ともに、高感度を実現することができる。
【００１０】また、請求項３記載の半導体圧力センサ
は、請求項１又は請求項２記載の台座を、非結晶化ガラ
スとしたことを特徴とする。
は、請求項１又は請求項２記載の台座を、非結晶化ガラ
スとしたことを特徴とする。
【００１１】したがって、ダイヤフラムの形状により耐
圧が向上し、従来まで高耐圧のために結晶化ガラスとし
ていた台座を、非結晶化ガラスとしても要求される破壊
圧力を確保することができるため、安価等を考慮した材
料選択の自由度を広げることができる。
圧が向上し、従来まで高耐圧のために結晶化ガラスとし
ていた台座を、非結晶化ガラスとしても要求される破壊
圧力を確保することができるため、安価等を考慮した材
料選択の自由度を広げることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１乃至図３は、本発明の一実施
の形態を示し、図１は、本発明の一実施の形態の概略構
成を示す断面図である。図２は、同実施の形態の作製方
法を示す説明図である。図３は、同実施の形態のダイヤ
フラム中心からの距離と応力との関係を示す説明図であ
る。
の形態を示し、図１は、本発明の一実施の形態の概略構
成を示す断面図である。図２は、同実施の形態の作製方
法を示す説明図である。図３は、同実施の形態のダイヤ
フラム中心からの距離と応力との関係を示す説明図であ
る。
【００１３】この実施の形態の半導体圧力センサは、ｎ
型シリコン基板１の一部を異方性エッチングして薄肉の
ダイヤフラム７を有する凹部を形成するとともに、前記
凹部の外面にダイヤフラム７のたわみ量により圧力変化
を検出し電気信号に変換する拡散抵抗を設けた圧力セン
サチップと、圧力を導入するための圧力導入孔１０を有
する台座と、を備え、前記凹部の内空間と圧力導入孔１
０が連通するように圧力センサチップと台座を接合して
なる半導体圧力センサにおいて、前記凹部の開口端１７
面積を０．５〜０．８ｍｍ2としている。また、ダイヤ
フラム７の厚みを４０〜１００μｍとしてもいる。さら
に、台座を非結晶化ガラスとしてもいる。
型シリコン基板１の一部を異方性エッチングして薄肉の
ダイヤフラム７を有する凹部を形成するとともに、前記
凹部の外面にダイヤフラム７のたわみ量により圧力変化
を検出し電気信号に変換する拡散抵抗を設けた圧力セン
サチップと、圧力を導入するための圧力導入孔１０を有
する台座と、を備え、前記凹部の内空間と圧力導入孔１
０が連通するように圧力センサチップと台座を接合して
なる半導体圧力センサにおいて、前記凹部の開口端１７
面積を０．５〜０．８ｍｍ2としている。また、ダイヤ
フラム７の厚みを４０〜１００μｍとしてもいる。さら
に、台座を非結晶化ガラスとしてもいる。
【００１４】以下、本発明の半導体圧力センサについ
て、図２に基づいて説明する。
て、図２に基づいて説明する。
【００１５】両面を鏡面研磨処理した面方位（１１０）
のｎ型単結晶シリコン基板１上に、酸素雰囲気注での熱
酸化によりシリコン酸化膜２を形成する。次に、フォト
リソグラフィ技術とウェットもしくはドライエッチング
技術により、所定の位置の該シリコン酸化膜２をエッチ
ングにより除去した後、イオン注入法もしくはデポジシ
ョン法により、ｐ型不純物(例えばボロン）を該ｎ型単
結晶シリコン基板１に打ち込む。続いて、酸素雰囲気中
での熱酸化により、該シリコン酸化膜２の膜厚を増加さ
せるとともに、該ｎ型単結晶シリコン基板１に打ち込ん
だ不純物を拡散させることにより、ピエゾ抵抗３と配線
抵抗４を形成する。（図２（ａ））
のｎ型単結晶シリコン基板１上に、酸素雰囲気注での熱
酸化によりシリコン酸化膜２を形成する。次に、フォト
リソグラフィ技術とウェットもしくはドライエッチング
技術により、所定の位置の該シリコン酸化膜２をエッチ
ングにより除去した後、イオン注入法もしくはデポジシ
ョン法により、ｐ型不純物(例えばボロン）を該ｎ型単
結晶シリコン基板１に打ち込む。続いて、酸素雰囲気中
での熱酸化により、該シリコン酸化膜２の膜厚を増加さ
せるとともに、該ｎ型単結晶シリコン基板１に打ち込ん
だ不純物を拡散させることにより、ピエゾ抵抗３と配線
抵抗４を形成する。（図２（ａ））
【００１６】次に、化学的気相成長法（以下、ＣＶＤ
法）により、該シリコン酸化膜２上にシリコン窒化膜５
を形成する。続いて、該ｎ型単結晶シリコン基板１の裏
面の所定の領域にフォトレジストマスク６を除去した
後、８０℃の水酸化カリウム溶液にて該シリコン窒化膜
５をマスクとして異方性エッチングを行い、ダイヤフラ
ム７を形成する。（図２（ｂ））
法）により、該シリコン酸化膜２上にシリコン窒化膜５
を形成する。続いて、該ｎ型単結晶シリコン基板１の裏
面の所定の領域にフォトレジストマスク６を除去した
後、８０℃の水酸化カリウム溶液にて該シリコン窒化膜
５をマスクとして異方性エッチングを行い、ダイヤフラ
ム７を形成する。（図２（ｂ））
【００１７】次に、該ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面
の該シリコン窒化膜５と該シリコン酸化膜２をエッチン
グにより除去した後、フォトレジストにより該ｎ型単結
晶基板の表面の所定の位置にパターニングした後、該シ
リコン窒化膜５と該シリコン酸化膜２をエッチングによ
り除去し、基板との接続孔８を形成する。続いて、スパ
ッタリング法によりアルミ層９を形成し、フォトレジス
ト及びエッチングにより所定のパターンを形成する。続
いて、シンター処理によりシリコンウェハのプロセスを
完了する。（図２（ｃ））
の該シリコン窒化膜５と該シリコン酸化膜２をエッチン
グにより除去した後、フォトレジストにより該ｎ型単結
晶基板の表面の所定の位置にパターニングした後、該シ
リコン窒化膜５と該シリコン酸化膜２をエッチングによ
り除去し、基板との接続孔８を形成する。続いて、スパ
ッタリング法によりアルミ層９を形成し、フォトレジス
ト及びエッチングにより所定のパターンを形成する。続
いて、シンター処理によりシリコンウェハのプロセスを
完了する。（図２（ｃ））
【００１８】次に、圧力導入孔１０を形成した陽極接合
用ガラス基板１１において、片面を鏡面研磨処理し、ま
た、その反対面に金属蒸着膜１２を形成した後に、該陽
極接合用ガラス基板１１の研磨面と、該ダイヤフラム７
を形成した側のシリコン基板１とを位置合わせした後、
直流電圧６００Ｖ、４００℃、真空雰囲気において、陽
極接合により接合する。（図２（ｄ））
用ガラス基板１１において、片面を鏡面研磨処理し、ま
た、その反対面に金属蒸着膜１２を形成した後に、該陽
極接合用ガラス基板１１の研磨面と、該ダイヤフラム７
を形成した側のシリコン基板１とを位置合わせした後、
直流電圧６００Ｖ、４００℃、真空雰囲気において、陽
極接合により接合する。（図２（ｄ））
【００１９】次に、ダイシングレーンでチップに切り出
し、台座付圧力センサチップ１３を形成した後、共晶半
田１４（例えば、Ａｕ−Ｓｎ系）を用いて３６０℃に
て、該台座付圧力センサチップ１３と表面に金を蒸着形
成した支持台１５を、窒素雰囲気中ではんだろう接合す
る。続いて、該台座付圧力センサチップ１３のパッドと
パッケージ１６とをワイヤボンディングにて結線した
後、表面に樹脂を塗布し、パッケージ１６に封止して圧
力センサを完成する。（図２（ｅ））
し、台座付圧力センサチップ１３を形成した後、共晶半
田１４（例えば、Ａｕ−Ｓｎ系）を用いて３６０℃に
て、該台座付圧力センサチップ１３と表面に金を蒸着形
成した支持台１５を、窒素雰囲気中ではんだろう接合す
る。続いて、該台座付圧力センサチップ１３のパッドと
パッケージ１６とをワイヤボンディングにて結線した
後、表面に樹脂を塗布し、パッケージ１６に封止して圧
力センサを完成する。（図２（ｅ））
【００２０】上記実施の形態において、圧力センサの感
度を大きくするためには、該ダイヤフラム７上におい
て、最も応力の大きな部分（図３中の矢印）に該ピエゾ
抵抗３を集中的に配置することが望ましい。しかしなが
ら、該ダイヤフラム７の面積が小さくなるにつれて、応
力集中が起こりにくくなったり、デザインルールからの
制限により、該ピエゾ抵抗３の配置が困難となり、圧力
センサの感度の低下につながる。該ダイヤフラム７の面
積は、異方性エッチングで形成する場合、該ｎ型単結晶
シリコン基板１の面方位と凹部の開口端１７面積で決定
されることから、この開口端１７面積を適切な範囲に設
定する必要がある。したがって、この開口端１７面積を
適切な範囲と設定すれば、高耐圧を実現することができ
る。
度を大きくするためには、該ダイヤフラム７上におい
て、最も応力の大きな部分（図３中の矢印）に該ピエゾ
抵抗３を集中的に配置することが望ましい。しかしなが
ら、該ダイヤフラム７の面積が小さくなるにつれて、応
力集中が起こりにくくなったり、デザインルールからの
制限により、該ピエゾ抵抗３の配置が困難となり、圧力
センサの感度の低下につながる。該ダイヤフラム７の面
積は、異方性エッチングで形成する場合、該ｎ型単結晶
シリコン基板１の面方位と凹部の開口端１７面積で決定
されることから、この開口端１７面積を適切な範囲に設
定する必要がある。したがって、この開口端１７面積を
適切な範囲と設定すれば、高耐圧を実現することができ
る。
【００２１】また、圧力センサの感度は、該ダイヤフラ
ム７の厚みの２乗に反比例することから薄くすることが
望ましいが、膜厚が小さいと圧力を印加した時に該ダイ
ヤフラム７で破壊し易くなるため、これも適切な範囲に
設定する必要がある。したがって、ダイヤフラム７の厚
みを適切な範囲とすれば、高耐圧であるとともに、高感
度も実現することができる。
ム７の厚みの２乗に反比例することから薄くすることが
望ましいが、膜厚が小さいと圧力を印加した時に該ダイ
ヤフラム７で破壊し易くなるため、これも適切な範囲に
設定する必要がある。したがって、ダイヤフラム７の厚
みを適切な範囲とすれば、高耐圧であるとともに、高感
度も実現することができる。
【００２２】また、従来では、台座に結晶化ガラスを用
いなければ要求される耐圧を確保できなかったが、開口
端１７面積を０．５〜０．８ｍｍ2の範囲で、かつ、該
ダイヤフラム７の厚みを４０〜７０μｍとすれば、台座
に非結晶ガラスである硼珪酸ガラスを用いても、約３０
ｍＶの感度と２００ｋｇｆ／ｃｍ2以上の破壊耐圧を確
保できる。他の非結晶ガラスとしては、アルミノ珪酸塩
ガラス等が挙げられる。よって、安価等を考慮した材料
選択の自由度を広げることができる。
いなければ要求される耐圧を確保できなかったが、開口
端１７面積を０．５〜０．８ｍｍ2の範囲で、かつ、該
ダイヤフラム７の厚みを４０〜７０μｍとすれば、台座
に非結晶ガラスである硼珪酸ガラスを用いても、約３０
ｍＶの感度と２００ｋｇｆ／ｃｍ2以上の破壊耐圧を確
保できる。他の非結晶ガラスとしては、アルミノ珪酸塩
ガラス等が挙げられる。よって、安価等を考慮した材料
選択の自由度を広げることができる。
【００２３】
【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１記載の半
導体圧力センサは、ダイヤフラムの凹部の開口端面積を
適切な範囲とするので、高耐圧を実現する半導体圧力セ
ンサを提供することができる。
導体圧力センサは、ダイヤフラムの凹部の開口端面積を
適切な範囲とするので、高耐圧を実現する半導体圧力セ
ンサを提供することができる。
【００２４】また、請求項２記載の半導体圧力センサ
は、請求項１記載のものの効果に加え、ダイヤフラムの
厚みを適切な範囲とするので、高感度も実現する半導体
圧力センサを提供することができる。
は、請求項１記載のものの効果に加え、ダイヤフラムの
厚みを適切な範囲とするので、高感度も実現する半導体
圧力センサを提供することができる。
【００２５】また、請求項３記載の半導体圧力センサ
は、請求項１又は請求項２記載のものの効果に加え、台
座を非結晶化ガラスも選択することができ、安価等を考
慮した材料選択の自由度を広げることができる。
は、請求項１又は請求項２記載のものの効果に加え、台
座を非結晶化ガラスも選択することができ、安価等を考
慮した材料選択の自由度を広げることができる。
【図１】本発明の一実施形態である半導体圧力センサの
概略構成を示す断面図である。
概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施の形態の作製方法を示す説明図である。
【図３】同実施の形態のダイヤフラム中心からの距離と
応力の関係を示す説明図である。
応力の関係を示す説明図である。
１ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜 ３ ピエゾ抵抗 ４ 配線抵抗 ５ シリコン窒化膜 ６ フォトレジストマスク ７ ダイヤフラム ８ 接続孔 ９ アルミ層 １０ 圧力導入孔 １１ 陽極接合用ガラス基板 １２ 金属蒸着膜 １３ 台座付圧力センサチップ １４ 共晶半田 １５ 支持台 １６ パッケージ １７ 開口端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 DD07 EE14 FF11 FF38 FF43 GG14 4M112 AA01 BA01 CA02 CA05 CA07 CA11 DA04 DA06 DA09 DA10 DA11 DA12 DA16 DA18 EA03 EA06 EA07 EA13
Claims (3)
- 【請求項１】 ｎ型シリコン基板の一部を異方性エッチ
ングして薄肉のダイヤフラムを有する凹部を形成すると
ともに、前記凹部の外面にダイヤフラムのたわみ量によ
り圧力変化を検出し電気信号に変換する拡散抵抗を設け
た圧力センサチップと、圧力を導入するための圧力導入
孔を有する台座と、を備え、前記凹部の内空間と圧力導
入孔が連通するように圧力センサチップと台座を接合し
てなる半導体圧力センサにおいて、前記凹部の開口端面
積を０．５〜０．８ｍｍ2としたことを特徴とする半導
体圧力センサ。 - 【請求項２】 前記ダイヤフラムの厚みを４０〜１００
μｍとしたことを特徴とする請求項１記載の半導体圧力
センサ。 - 【請求項３】 前記台座を、非結晶化ガラスとしたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体圧力セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29305099A JP2001116637A (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29305099A JP2001116637A (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001116637A true JP2001116637A (ja) | 2001-04-27 |
Family
ID=17789840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29305099A Pending JP2001116637A (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001116637A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007017254A (ja) * | 2005-07-07 | 2007-01-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサの製造方法 |
| WO2008081523A1 (ja) | 2006-12-27 | 2008-07-10 | Fujitsu Limited | 圧力検知器及びそれを有する電子機器 |
-
1999
- 1999-10-14 JP JP29305099A patent/JP2001116637A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007017254A (ja) * | 2005-07-07 | 2007-01-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサの製造方法 |
| WO2008081523A1 (ja) | 2006-12-27 | 2008-07-10 | Fujitsu Limited | 圧力検知器及びそれを有する電子機器 |
| US7958784B2 (en) | 2006-12-27 | 2011-06-14 | Fujitsu Limited | Pressure detector and electronic apparatus having the same |
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