JP2001116638A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用可能な周囲温度範囲が広い半導体圧力セ
ンサを提供すること。 【解決手段】 薄肉凹状のダイヤフラム１７を有する半
導体基板１に、ダイヤフラム１７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ピエゾ抵抗２と前記ピ
エゾ抵抗２からの電気信号を受ける信号処理回路３を設
け、圧力導入口２１を有する圧力導入管６を、凹状の内
空間と圧力導入口２１が連通するように半導体基板１に
接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記台座を、
熱伝導に優れる金属材料としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板にピエ
ゾ抵抗を設けて圧力を検出する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、
図４に示すように、半導体基板１の一表面をエッチング
してダイヤフラム１７を形成し、このダイヤフラム１７
上に圧力を検出するピエゾ抵抗２を設け、ピエゾ抵抗２
と同一の半導体基板１上で、かつ、前記ダイヤフラム１
７以外の領域にピエゾ抵抗２からの電気信号を処理する
信号処理回路３を設け、前記半導体基板１に貫通孔を有
するガラス台座を接合して半導体基板１を支持し、さら
に、圧力を導入するための圧力導入口２１を有する圧力
導入管６を前記ガラス台座に接合している。

【０００３】したがって、圧力導入口２１を通じて導入
された媒体の圧力によりダイヤフラム１７に応力がかか
り、前記応力により変形したダイヤフラム１７のたわみ
量をピエゾ抵抗２の抵抗値の変化として検出し、検出し
た電気信号を信号処理回路３で、温度補正、オフセット
補正、増幅等の信号処理を行い出力する。

【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、ピエゾ抵抗２と信号処理回路３が
同一の半導体基板１上に設けられているため、信号処理
回路３の自己発熱により、チップの保証温度から信号処
理の自己発熱温度を引いた周囲温度までしか使用できな
い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、半導体基板の放熱効率を
向上させて、使用可能な周囲温度範囲が広い半導体圧力
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、本発明の半導体圧力センサは、薄肉凹状のダイヤフ
ラムを有する半導体基板に、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ピエゾ抵抗と
前記ピエゾ抵抗からの電気信号を受ける信号処理回路を
設け、圧力導入口を有する圧力導入管を、凹状の内空間
と圧力導入口が連通するように半導体基板に接合してな
る半導体圧力センサにおいて、前記台座を、熱伝導に優
れる金属材料としたことを特徴とする。

【０００７】したがって、台座から放熱が向上し、前記
台座に接合する半導体基板の温度が下降するようになる
ため、使用可能な周囲温度範囲を広くすることができ
る。

【０００８】また、台座をフィン形状とすれば、半導体
基板の放熱効率が向上してさらに良い。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１乃至図２は、本発明の第１の
実施の形態を示し、図３は、本発明の第２の実施の形態
を示している。

【００１０】［第１の実施の形態］図１は、第１の実施
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。

【００１１】この実施の形態の半導体圧力センサは、薄
肉凹状のダイヤフラム１７を有する半導体基板１に、ダ
イヤフラム１７のたわみ量により圧力変化を検出し電気
信号に変換するピエゾ抵抗２と前記ピエゾ抵抗２からの
電気信号を受ける信号処理回路３を設け、圧力導入口２
１を有する圧力導入管６を、凹状の内空間と圧力導入口
２１が連通するように半導体基板１に接合してなる半導
体圧力センサにおいて、前記台座を、熱伝導に優れる金
属材料としている。

【００１２】以下、この子実施の形態の半導体圧力セン
サの作製方法について図２に基づいて説明する。半導体
基板１は、シリコン基板を用いたものである。

【００１３】半導体基板１の一主面（以下表面と呼ぶ）
にピエゾ抵抗２とピエゾ抵抗２からの電気信号を処理す
る信号処理回路３を形成し、アルミ配線１０を半導体基
板１表面及びもう一方の半導体基板１面（以下裏面と呼
ぶ）に形成及びパターニングした後（図２（ａ））、酸
化膜１１、１２および窒化膜１３、１４を堆積する。
（図２（ｂ））

【００１４】表面と裏面にフォトレジストを塗布し、裏
面のフォトレジストのみを従来のフォトリソグラフィ工
程により処理し、レジストパターン１５、１６を形成す
る。このレジストパターンをマスクしてプラズマを用い
たドライエッチングにより、従来ダイヤフラムとなる領
域の窒化膜１４、酸化膜１２を除去する。（図２
（ｃ））

【００１５】フォトレジスト１５、１６を除去し、パタ
ーンを形成した窒化膜をマスク材として、ＫＯＨ溶液に
基板全体を浸水させ、Ｓｉ異方性エッチングを行う。こ
れによりダイヤフラム１７を形成する。（図２（ｄ））

【００１６】その後、半導体基板両面の窒化膜１３、１
４、酸化膜１１、１２を合わせて除去する。（図２
（ｅ））

【００１７】最終工程は、金属加工技術の適用により、
熱伝導に優れる金属片に貫通穴を施すことにより作製し
た金属台座１８を半田１９を介して接合する。（図２
（ｆ））前記金属片の材料として、銅系合金等が挙げら
れる。

【００１８】上記工程により製造された半導体圧力セン
サは、熱伝導性に優れる金属台座１８が信号処理回路３
から発生した熱を素早く放熱するため、チップ温度の上
昇を抑制することができる。

【００１９】したがって、台座から放熱が向上し、前記
台座に接合する半導体基板１の温度が下降するようにな
るため、使用可能な周囲温度範囲を広くすることができ
る。また、近接するピエゾ抵抗２にも温度がかかり、半
導体基板１の温度が安定するまでは、ピエゾ抵抗２の温
度特性誤差により圧力測定にも誤差が含まれるという不
具合も解消することができる。

【００２０】［第２の実施の形態］図３は、第２の実施
の形態の概略を示す断面図である。

【００２１】この実施の形態は、金属台座１８の構成の
みが第１の実施の形態と異なるもので、他の構成部材は
第１の実施の形態のものと同一である。

【００２２】このものの金属台座１８は、フィン形状２
０を有するものとしている。

【００２３】上記金属台座１８の製作は、第１の実施の
形態の最終工程である銅系合金片に貫通穴を施した後、
フィン形状を追加加工することにより製作された金属台
座１８を半田１９接合したものである。その他、前記最
終工程以前の工程については、第１の実施の形態と同様
である。

【００２４】この実施の形態によれば、信号処理回路３
から発生した熱を金属台座１８からさらに素早く放熱す
るため、チップ温度の上昇をさらに抑制することができ
る。

【００２５】

【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、台座から放熱が向上し、前記台座に
接合する半導体基板の温度が下降するようになるので、
半導体基板の放熱効率を向上し、使用可能な周囲温度範
囲が広い半導体圧力センサを提供することにある。。

【００２６】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、台座からの時間
当たりの放熱量が多くなるので、さらに使用可能な周囲
温度範囲を広くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す断
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】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す断
面図である。

【図４】本発明の従来例の概略構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ ピエゾ抵抗 ３ 信号処理回路 ６ 圧力導入管 １０ アルミ配線 １１ 酸化膜 １２ 酸化膜 １３ 窒化膜 １４ 窒化膜 １５ フォトレジスト １６ フォトレジスト １５ レジストパターン １６ レジストパターン １７ ダイヤフラム １８ 金属台座 １９ 半田 ２０ フィン形状 ２１ 圧力導入口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄肉凹状のダイヤフラムを有する半導体
   基板に、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ピエゾ抵抗と前記ピエゾ抵抗から
   の電気信号を受ける信号処理回路を設け、圧力導入口を
   有する圧力導入管を、凹状の内空間と圧力導入口が連通
   するように半導体基板に接合してなる半導体圧力センサ
   において、前記台座を、熱伝導に優れる金属材料とした
   ことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記台座を、フィン形状としたことを特
   徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。