JP2002310831A - 半導体センサ - Google Patents
半導体センサInfo
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Abstract
した構造を提供すること。 【解決手段】 ガラス台座には、少なくとも半導体式圧
力センサの使用温度範囲において、温度変化に対するそ
の線膨張係数の変化量がSOI基板の同変化量とほぼ同
等である材質を用いている。それによって、少なくとも
半導体式圧力センサの使用温度範囲において温度が変化
しても、SOI基板とガラス台座との変形量がほぼ均一
になるため、温度変化によるオフセット出力の変動を防
止することができる。
Description
するもので、特にその温度特性を改善した構造に関す
る。
りなる半導体基板の表面に、印加力学量に応じて抵抗値
が変化するピエゾ抵抗素子が複数個形成され、半導体基
板の裏面に、異方性エッチングなどを施すことにより凹
部が形成され、さらに、このような半導体基板を、陽極
接合によりガラス台座と接合したものがある。
温度が、例えば、高温から低温に変化した場合、半導体
基板及びガラス台座は収縮するが、半導体基板とガラス
台座との線膨張係数差により、半導体基板とガラス台座
との収縮量が異なるため、半導体基板とガラス台座との
接合部に応力が発生してしまう。
ピエゾ抵抗素子へ伝わってしまい、半導体センサに力学
量が印加されていないにも関わらず出力が導出されてし
まうという問題があった。
座に、半導体基板を形成するシリコンの線膨張係数とほ
ぼ近似した線膨張係数を有する材質を用いることによっ
て、上記問題点を解決していた。
体基板とガラス台座との収縮量がほぼ同等になるため、
半導体センサの使用温度の変化により発生する応力を低
減することができ、それによって、オフセット出力を低
減していた。
るように、上記従来技術に用いられているガラスの材質
は、その線膨張係数とシリコンの線膨張係数との差が温
度変化によって不均一になっているため、半導体基板と
ガラス台座との変形量が温度変化によって異なり、オフ
セット出力が変動してしまうという問題がある。
み、温度特性を改善した半導体センサの構造を提供する
ことにある。
センサは、半導体基板と、半導体基板に接合された台座
部とを備えた半導体センサにおいて、台座部には、少な
くとも半導体センサの使用温度範囲において、温度変化
に対するその線膨張係数の変化量が半導体基板の同変化
量と略同等である材質を用いたことを特徴としている。
も半導体センサの使用温度範囲において温度が変化して
も、半導体基板と台座部との変形量はほぼ均一になるた
め、温度変化によるオフセット出力の変動を防止するこ
とができる。
1に記載の半導体センサの使用温度範囲が、少なくとも
−40〜+150℃であることを特徴としている。
られるが、車載内部におけるセンサの搭載位置の温度範
囲は、一般的に−40〜+150℃であるため、請求項
2に記載の発明によれば、センサ搭載位置の温度変化に
よるオフセット出力の変動を防止することができる。
基板の厚さに対する台座部の厚さの比は2.5以下とす
ることを特徴としている。
剛力を小さくすることができるため、オフセット出力を
低減することができる。
サに適用した一実施形態を、図面に従って説明する。
例えば、車輌用のエンジンにおけるインテークマニホー
ルド内の吸入空気の圧力を検出するために用いられる。
サの断面構造を示す。
では、半導体基板として、シリコンにより形成された第
1の半導体層1a(SOI層)と、同様にシリコンによ
り形成された第2の半導体層1bと、第1の半導体層1
aと第2の半導体層1bとの間に形成された埋め込み酸
化膜1cとを有するSOI基板1を用いている。
形成され、それによって、平面形状が四角形の薄肉部3
が形成されるとともに、その周囲の四角枠部が厚肉部4
となっている。
薄肉部3よりなるダイアフラムに圧力が印加されると歪
みが生じる。
1の裏面(第2の半導体層1b側)に所定のパターンの
マスクを形成し、KOH(水酸化カリウム)などのエッ
チング液を用いて異方性エッチングを行い、凹部2を形
成することにより形成される。
導体層1a側)には、薄肉部3の歪みに応じてその抵抗
値が変化する歪みゲージとしてのピエゾ抵抗素子5、6
が、拡散やイオン注入などの半導体プロセスを用いて、
例えば、ボロンなどのP型不純物によって形成されてい
る。
トレンチ7が形成され、このトレンチ7には、SiO2
8が充填されており、SOI基板1の表面(第1の半導
体層1a側)には、順に、絶縁酸化膜9、アルミ配線1
0、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜よりなる保護膜1
1が形成されている。
合によってガラス台座12が接合され、それによって、
SOI基板1はガラス台座12に支持された状態となっ
ている。
術では、ガラス台座12に用いられている材質は、その
線膨張係数とシリコンの線膨張係数との差が温度変化に
よって不均一になっている。
との変形量が温度変化によって異なり、オフセット出力
が変動してしまうという問題がある。
ように、ガラス台座12には、少なくとも半導体式圧力
センサの使用温度範囲において、温度変化に対するその
線膨張係数の変化量がSOI基板1の同変化量とほぼ同
等である材質を用いている。
ンサの使用温度範囲において温度が変化しても、SOI
基板1とガラス台座12との変形量がほぼ均一になるた
め、温度変化によるオフセット出力の変動を防止するこ
とができる。
てSOI基板1を用いているため、図2に示される従来
技術に用いられているような、シリコンの線膨張係数と
ほぼ近似した線膨張係数を有する材質をガラス台座12
に用いると、センサの温度特性が悪化するという問題が
ある。
1の半導体層1aと埋め込み酸化膜1c及び第2の半導
体層1bとを接合する工程において、湾曲形状(図1中
において上側に凸)に反ってしまう。
0℃程度の高温状態で行われるため、接合工程を施した
後に室温状態に戻すと、シリコンよりなる半導体層1
a、1bと埋め込み酸化膜1cとの線膨張係数の差によ
って、SOI基板1は湾曲形状に反ってしまうからであ
る。
I基板1を、陽極接合によってガラス台座12と接合す
ると、SOI基板1の反りは低減するが、これと同時
に、SOI基板1の表面に形成されたピエゾ抵抗素子5
〜8も変形するため、誤差が発生してしまう。
状態に戻すと、従来技術では、ガラス台座12に、シリ
コンの線膨張係数とほぼ近似した線膨張係数を有する材
質を用いているので、それによって、SOI基板1とガ
ラス台座12との収縮量がほぼ同等になるため、SOI
基板1及びガラス台座12は変形せず、ピエゾ抵抗素子
5〜8も変形しない。
〜8は湾曲形状に反っているが、陽極接合後に高温状態
から室温状態に戻すと、ピエゾ抵抗素子5〜8の形状は
平坦になっている。
素子5、6の特性が悪化してしまい、センサの温度特性
も悪化してしまう。
ように、少なくとも半導体式圧力センサの使用温度範囲
において、ガラス台座12の線膨張係数が、SOI基板
1の線膨張係数よりも上側の領域にかい離がある材質を
用いている。
温状態に戻すと、SOI基板1とガラス台座12との線
膨張係数には差分が生じるため、SOI基板1及びガラ
ス台座12は変形し、これと同時にピエゾ抵抗素子5〜
8も変形する。
態に戻すことにより、SOI基板1及びガラス台座12
が変形しても、ガラス台座12の線膨張係数がSOI基
板1の線膨張係数よりも大きいので、ピエゾ抵抗素子5
〜8は陽極接合前の形状に戻ったと考えることができる
ため、センサの温度特性を向上させることができる。
多く用いられるが、車載内部におけるセンサ搭載位置の
温度範囲は、一般的に−40〜+150℃である。
おいて、上述のような特性を満たすようにすれば、セン
サ搭載位置の温度変化によるオフセット出力の変動を防
止することができる。
は、SOI基板1の厚さに対するガラス台座12の厚さ
の比を2.5以下にしており、以下その効果を説明す
る。
1の厚さを400μmとしており、ガラス台座の厚さを
1mm以下にしている。
12の剛力が大きくなってしまうので、上記陽極接合工
程を施した後に室温状態に戻しても、SOI基板1及び
ガラス台座12は変形しないため、ガラス台座12の厚
さに応じてオフセット出力は増加してしまう。
ス台座12の厚さの比を2.5以下にしたことにより、
オフセット出力を低減することができ、図3に示される
ように、電子制御装置(ECU)におけるTNOの許容
範囲を満たすことができる。
ト出力から室温状態におけるオフセット出力を引いた値
を示すものであり、このTNOの値により、温度変化に
よるオフセット出力の変化量が分かる。
のではなく、様々な態様に適用可能である。
導体式圧力センサに限らず、加速度センサなどのような
他の力学量センサにも応用可能である。
SOI基板を用いたが、他の半導体基板を用いても同様
の効果を得ることができる。
示す図である。
ス台座の材質とシリコンとの温度変化のよる線膨張係数
の変化を示すグラフである。
に対するガラス台座の厚さの比とTNOとの関係を表す
グラフである。
シリコンとの温度変化のよる線膨張係数の変化を示すグ
ラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板に接合さ
れた台座部とを備えた半導体センサにおいて、 前記台座部には、少なくとも前記半導体センサの使用温
度範囲において、温度変化に対するその線膨張係数の変
化量が前記半導体基板の同変化量と略同等である材質を
用いたことを特徴とする半導体センサ。 - 【請求項2】 前記半導体センサの使用温度範囲が、少
なくとも−40〜+150℃であることを特徴とする請
求項1に記載の半導体センサ。 - 【請求項3】 前記半導体基板の厚さに対する前記台座
部の厚さの比は2.5以下とすることを特徴とする請求
項1または2に記載の半導体センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001121417A JP2002310831A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | 半導体センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001121417A JP2002310831A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | 半導体センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002310831A true JP2002310831A (ja) | 2002-10-23 |
JP2002310831A5 JP2002310831A5 (ja) | 2007-08-23 |
Family
ID=18971298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001121417A Pending JP2002310831A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | 半導体センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002310831A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5220866B2 (ja) * | 2008-11-17 | 2013-06-26 | アルプス電気株式会社 | 半導体圧力センサ |
US9546918B2 (en) | 2013-10-31 | 2017-01-17 | Seiko Epson Corporation | Sensor element, force detection device, robot, electronic component transport device, electronic component inspection device, and component processing device |
Citations (5)
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JP2000162068A (ja) * | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体圧力センサの構造 |
-
2001
- 2001-04-19 JP JP2001121417A patent/JP2002310831A/ja active Pending
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