JP2006003100A - Piezoresistance type pressure sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve detection sensitivity without having to enlarge the region of diaphragm formation in a piezoresistance type pressure sensor. <P>SOLUTION: In the piezoresistance type pressure sensor using a semiconductor substrate, parts of a supporting frame are protruded from the vicinities of the centers of the sides of a diaphragm 3 to the center of the diaphragm as protrusion parts 10. By providing the protrusion parts 10, stress concentration positions are formed in the vicinities of the tips of the protrusion parts 10. Piezoresistance type pressure detecting parts 4a and 4b made of piezoresistors (diffused resistors) are arranged at the stress concentration positions. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体基板にピエゾ抵抗を配置して構成されたピエゾ抵抗型圧力センサに関し、特に、半導体基板におけるダイヤフラムの形成領域の面積を増大させることなく検出感度の向上が図られたピエゾ抵抗型圧力センサに関する。   The present invention relates to a piezoresistive pressure sensor configured by arranging a piezoresistor on a semiconductor substrate, and more particularly, to a piezoresistive type in which detection sensitivity is improved without increasing the area of a diaphragm formation region in the semiconductor substrate. The present invention relates to a pressure sensor.

近年、各種の物理量を検出するためのセンサが半導体装置製造技術を応用して製作されるようになってきており、圧力センサについても、ピエゾ抵抗型圧力センサとして、半導体装置製造技術に基づいて製作されるようになっている。   In recent years, sensors for detecting various physical quantities have been manufactured by applying semiconductor device manufacturing technology. Pressure sensors are also manufactured as piezoresistive pressure sensors based on semiconductor device manufacturing technology. It has come to be.

図6(a)は、この種のピエゾ抵抗型圧力センサの原理を示す上面図であり、図6(b)は図6(a)の2点鎖線の位置での断面図である。このピエゾ抵抗型圧力センサ20では、例えばシリコンからなる半導体基板を使用し、半導体基板の一部の領域に半導体基板の裏面側から中空部2を設けてその領域では半導体基板の厚さが薄くなるようにしてダイヤフラム3を形成している。ダイヤフラム3のことは、メンブレンとも呼ぶ。図6(a)では、ダイヤフラム3の領域は、一方向斜線からなるハッチングで示されている。半導体基板において中空部2の周囲に位置する、ダイヤフラム3よりも厚い領域は、ダイヤフラム3に対する支持枠1として機能する。ダイヤフラム3は、一般には、正方形あるいは長方形の平面形状を有する領域あるいは円形の領域として形成される。ダイヤフラム3は、半導体基板の一方の面と他方の面との間に圧力差が生じたときに、その圧力差に応じて微小な変形を示す領域であるが、この変形に伴う応力が発生する位置において、ダイヤフラム3を含む半導体基板の表面には、応力に応じて抵抗値が変化する拡散抵抗(ピエゾ抵抗)が形成されている。この拡散抵抗は、例えば、半導体基板に対するイオン打ち込みによって設けられるものであって、ピエゾ抵抗型圧力検出部4を構成する。ピエゾ抵抗からなる圧力検出部4は細長く設けられており、その長手方向の両端には不図示の配線パターンが接続しており、それによって、抵抗値を測定することができるようになっている。ピエゾ抵抗の形状に直線状のものに限定されるものではなく、U字型あるいはコの字型に設け、両端間の抵抗を計測できるようにしてもよい。   FIG. 6A is a top view showing the principle of this type of piezoresistive pressure sensor, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the two-dot chain line in FIG. 6A. In this piezoresistive pressure sensor 20, for example, a semiconductor substrate made of silicon is used, and a hollow portion 2 is provided in a partial region of the semiconductor substrate from the back side of the semiconductor substrate, and the thickness of the semiconductor substrate is reduced in that region. Thus, the diaphragm 3 is formed. The diaphragm 3 is also called a membrane. In FIG. 6A, the area of the diaphragm 3 is indicated by hatching composed of unidirectional diagonal lines. A region thicker than the diaphragm 3 located around the hollow portion 2 in the semiconductor substrate functions as a support frame 1 for the diaphragm 3. The diaphragm 3 is generally formed as a region having a square or rectangular planar shape or a circular region. The diaphragm 3 is a region that shows a minute deformation according to the pressure difference when a pressure difference is generated between the one surface and the other surface of the semiconductor substrate, and stress accompanying this deformation is generated. At the position, a diffusion resistance (piezoresistance) whose resistance value changes according to the stress is formed on the surface of the semiconductor substrate including the diaphragm 3. This diffusion resistance is provided by, for example, ion implantation with respect to the semiconductor substrate, and constitutes the piezoresistive pressure detector 4. The pressure detection unit 4 made of a piezoresistor is provided in an elongated shape, and a wiring pattern (not shown) is connected to both ends in the longitudinal direction so that the resistance value can be measured. The shape of the piezoresistor is not limited to a linear one, but may be U-shaped or U-shaped so that the resistance between both ends can be measured.

このセンサでは、圧力検出部4における抵抗変化を検出することによって、ダイヤフラム3の両側の圧力差を検出することができる。圧力検出部4を含めてダイヤフラム3及び支持枠1の上面すなわち半導体基板の表面側の全面は、保護膜5で覆われている。   In this sensor, a pressure difference between both sides of the diaphragm 3 can be detected by detecting a resistance change in the pressure detector 4. The upper surface of the diaphragm 3 and the support frame 1 including the pressure detection unit 4, that is, the entire surface on the surface side of the semiconductor substrate is covered with a protective film 5.

検出感度向上のため、一般には、略矩形のダイヤフラム3の対向する2辺に沿ってそれぞれ拡散抵抗を設けたり、略矩形のダイヤフラム3の各辺に沿ってそれぞれ拡散抵抗を設け、これらの拡散抵抗を電気的にブリッジ接続することが行われている。図示したものでは、ダイヤフラム3の1対の対向する2辺に沿って設けられる圧力検出部4は、その長手方向が対応する辺の延長方向に平行であり、別の対の対向する2辺の近傍に配置される圧力検出部4は、その長手方向が対応する辺の延長方向に直交している。圧力検出部4における応力感度特性は、ピエゾ抵抗における電流が流れる方向と応力の印加方向とによって変化するから、このようにダイヤフラム3内に配置した2対の圧力検出部4をホイーストンブリッジ接続することによって、感度よく正確に圧力を測定できるようになる。   In order to improve the detection sensitivity, generally, diffusion resistors are provided along two opposing sides of the substantially rectangular diaphragm 3, or diffusion resistors are provided along each side of the substantially rectangular diaphragm 3, respectively. An electrical bridge connection has been made. In the illustrated example, the pressure detector 4 provided along a pair of opposing two sides of the diaphragm 3 has a longitudinal direction parallel to the extending direction of the corresponding side, and another pair of opposing two sides. The pressure detection unit 4 arranged in the vicinity has its longitudinal direction orthogonal to the extending direction of the corresponding side. Since the stress sensitivity characteristic in the pressure detector 4 varies depending on the direction of current flow in the piezoresistor and the direction in which the stress is applied, the two pairs of pressure detectors 4 arranged in the diaphragm 3 are connected in a Wheatstone bridge. Thus, the pressure can be measured accurately with high sensitivity.

このようなピエゾ抵抗型圧力センサは、温度の影響を受けやすいという問題点を有するものの簡単な温度補償回路を設けることでこの問題点は容易に解消でき、また、通常の半導体装置製造プロセスを用いて比較的容易に製造でき、また、現在の半導体微細加工技術を適応することで、高感度化、小型化、低コスト化を容易に達成できる、という利点を有する。   Although such a piezoresistive pressure sensor has a problem that it is easily affected by temperature, this problem can be easily solved by providing a simple temperature compensation circuit, and a normal semiconductor device manufacturing process is used. In addition, it has the advantage that high sensitivity, small size, and low cost can be easily achieved by applying the current semiconductor microfabrication technology.

ピエゾ抵抗型圧力センサでは、検出感度向上のために取り組みがさらに進められている。例えば、特許文献1には、図7(a)〜(d)に示すように、ダイヤフラムにおいて相対的に膜厚が大きい厚膜領域7と相対的に膜厚が小さい薄膜領域6とを設け、厚膜領域7にピエゾ抵抗型圧力検出部4を配置することにより、ピエゾ抵抗型圧力検出部4に応力を集中させる構造を開示している。厚膜領域7における半導体基板の厚さは薄膜領域6での厚さよりも厚いものの、ダイヤフラムの周囲の支持枠の部分での半導体基板の厚さよりは十分に薄くなっている。   For piezoresistive pressure sensors, further efforts are being made to improve detection sensitivity. For example, in Patent Document 1, as shown in FIGS. 7A to 7D, a thick film region 7 having a relatively large film thickness and a thin film region 6 having a relatively small film thickness are provided in the diaphragm. A structure is disclosed in which stress is concentrated on the piezoresistive pressure detector 4 by disposing the piezoresistive pressure detector 4 in the thick film region 7. Although the thickness of the semiconductor substrate in the thick film region 7 is thicker than that in the thin film region 6, it is sufficiently thinner than the thickness of the semiconductor substrate in the portion of the support frame around the diaphragm.

図7(a)〜(d)は、それぞれ、厚膜領域7の形状を異ならせた実施例に対応するものであってダイヤフラム部分のみを示している。ハッチングが付された部分が厚膜領域7であって、ハッチングのない部分が薄膜領域6である。図7(a)に示したものでは、ダイヤフラムの中央部に略正方形状に厚膜領域7を形成し、さらに、この正方形状の厚膜領域7の各辺の中央部とダイヤフラムの外周の各辺の中央部とをそれぞれ厚膜領域7で接続したものである。図7(b)に示したものは、ダイヤフラムの外周の対向する辺の中央部同士を接続するように十字型に厚膜領域7を形成したものである。図7(c)に示したものは、ダイヤフラムの外周の1対の対向する辺の中央部同士を接続するように、一文字型に厚膜領域7を形成したものである。図7(d)に示したものは、ダイヤフラムの外周の1対の対向する辺の中央部からそれぞれダイヤフラムの中心に向かって厚膜領域7を形成したものである。   FIGS. 7A to 7D each correspond to an embodiment in which the shape of the thick film region 7 is made different, and only the diaphragm portion is shown. The hatched portion is the thick film region 7, and the non-hatched portion is the thin film region 6. In the case shown in FIG. 7A, a thick film region 7 is formed in a substantially square shape at the center portion of the diaphragm, and each of the center portion of each side of the square thick film region 7 and the outer periphery of the diaphragm is formed. The central part of each side is connected by the thick film region 7. In FIG. 7B, the thick film region 7 is formed in a cross shape so as to connect the central portions of the opposing sides of the outer periphery of the diaphragm. In FIG. 7C, the thick film region 7 is formed in a single character so as to connect the central portions of a pair of opposing sides on the outer periphery of the diaphragm. In FIG. 7D, a thick film region 7 is formed from the center of a pair of opposing sides on the outer periphery of the diaphragm toward the center of the diaphragm.

また、ピエゾ抵抗型圧力センサにおいては、検出の直線性を向上させるために、ダイヤフラムの裏面側の中央領域に、台形状(メサ型)の突出部を設ける場合がある。メサ型の突出部は、ダイヤフラム形成時にシリコン半導体基板に対して異方性エッチングを適用することによって、四角錐台状に設けることができるが、この際、図8に示すように、メサ部8の四隅に角落ち部9が生じ、厳密な四角錐台状ではなくなる、という問題点が生じる。図8では、斜面8aと頂面8bからなるメサ部8において、隣接する斜面8a間の稜線となる部分で角落ち部9が生じている。そこで、特許文献2には、シリコン半導体基板に対して異方性エッチングを行う際のエッチングマスクとして図9に示すようなエッチングマスク31を使用し、メサ部を八角錐台状に形成することが開示されている。図9において、エッチングマスク31には、開口部32が形成されている。
特開2002−71492号公報 特開平7−209121号公報
In addition, in a piezoresistive pressure sensor, a trapezoidal (mesa-type) protrusion may be provided in the central region on the back side of the diaphragm in order to improve detection linearity. The mesa-shaped projecting portion can be provided in the shape of a quadrangular pyramid by applying anisotropic etching to the silicon semiconductor substrate during the formation of the diaphragm. At this time, as shown in FIG. There is a problem in that the corner drop portions 9 are formed at the four corners, and the shape is not a strict quadrangular pyramid shape. In FIG. 8, in the mesa portion 8 composed of the inclined surface 8a and the top surface 8b, a corner drop portion 9 occurs at a portion that becomes a ridge line between the adjacent inclined surfaces 8a. Therefore, in Patent Document 2, an etching mask 31 as shown in FIG. 9 is used as an etching mask when anisotropic etching is performed on a silicon semiconductor substrate, and a mesa portion is formed in an octagonal truncated pyramid shape. It is disclosed. In FIG. 9, an opening 32 is formed in the etching mask 31.
JP 2002-71492 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-209121

図6(a),(b)に示した、略正方形の平面形状を有するダイヤフラムを使用するとともに、ダイヤフラムにメサ部を有しない、標準的なピエゾ抵抗型圧力センサ20では、ダイヤフラム3の1辺の長さをh、ダイヤフラム3の厚さをaとしたとき、ダイヤフラム3に発生する最大応力は(h/a)2に比例することが知られている。この式からは、最大応力を高めて検出感度を向上させるためには、ダイヤフラムの一辺の長さhを大きくするか、あるいは厚さaを小さくすればよいことがわかる。圧力センサの小型化を図るためには、一辺の長さhを大きくするわけにはいかず、したがって、ダイヤフラム3の形成領域を増加させることなしに圧力センサの検出感度の向上を図るためには、ダイヤフラム3の厚さaを薄くする必要がある。しかしダイヤフラム3の厚さaを薄くすると、ダイヤフラム3の機械的強度が低下する。 In the standard piezoresistive pressure sensor 20 using the diaphragm having a substantially square planar shape shown in FIGS. 6A and 6B and having no mesa portion in the diaphragm, one side of the diaphragm 3 is used. It is known that the maximum stress generated in the diaphragm 3 is proportional to (h / a) 2 where h is the length of and the thickness of the diaphragm 3 is a. From this equation, it can be seen that in order to increase the maximum stress and improve the detection sensitivity, the length h of one side of the diaphragm should be increased or the thickness a should be decreased. In order to reduce the size of the pressure sensor, the length h of one side cannot be increased. Therefore, in order to improve the detection sensitivity of the pressure sensor without increasing the formation area of the diaphragm 3, It is necessary to reduce the thickness a of the diaphragm 3. However, when the thickness a of the diaphragm 3 is reduced, the mechanical strength of the diaphragm 3 is lowered.

図7(a)〜(d)に示したようにダイヤフラムにおいて厚膜領域と薄膜領域とを設ける場合であっても、応力集中を促進するためにダイヤフラムにおける薄膜領域7の占める割合を大きくすれば、ダイヤフラム3自体の機械的な強度が低下してしまう。   Even when the thick film region and the thin film region are provided in the diaphragm as shown in FIGS. 7A to 7D, if the proportion of the thin film region 7 in the diaphragm is increased in order to promote stress concentration. The mechanical strength of the diaphragm 3 itself is lowered.

そこで本発明の目的は、ダイヤフラムの形成領域を大きくすること、若しくはダイヤフラムの厚さを薄くすることなく、検出感度の向上を図ることができるピエゾ抵抗型圧力センサを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a piezoresistive pressure sensor capable of improving detection sensitivity without increasing the diaphragm formation region or reducing the thickness of the diaphragm.

本発明のピエゾ抵抗型圧力センサは、ダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周でダイヤフラムを支持しダイヤフラムよりも相対的に厚く形成された支持枠と、ダイヤフラムに圧力が印加したことによるダイヤフラムの変形により歪むことで圧力を電気量として検出するピエゾ抵抗型圧力検出部とを備えたピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、支持枠の一部がダイヤフラムに向かって突出する突出部を形成していることを特徴とする。   The piezoresistive pressure sensor of the present invention includes a diaphragm, a support frame that supports the diaphragm on the outer periphery of the diaphragm and is formed relatively thicker than the diaphragm, and is distorted by deformation of the diaphragm caused by pressure applied to the diaphragm. A piezoresistive pressure sensor including a piezoresistive pressure detector that detects pressure as an electric quantity is characterized in that a part of the support frame forms a protruding portion that protrudes toward the diaphragm.

本発明において、ピエゾ抵抗型圧力検出部は突出部に対応して設けられていることが好ましい。その場合、(1)ピエゾ抵抗型圧力検出部は、ダイヤフラム上の位置であって突出部の近傍に形成されるようにしてもよいし、(2)ピエゾ抵抗型圧力検出部は、ダイヤフラムと突出部とをまたぐように形成されるようにしてもよいし、(3)ピエゾ抵抗型圧力検出部の形成領域の少なくとも一部が、突出部の位置に配置するようにしてもよい。   In the present invention, it is preferable that the piezoresistive pressure detector is provided corresponding to the protrusion. In that case, (1) the piezoresistive pressure detector may be formed on the diaphragm and in the vicinity of the protruding portion, or (2) the piezoresistive pressure detecting portion protrudes from the diaphragm. It may be formed so as to straddle the part, or (3) at least a part of the formation region of the piezoresistive pressure detection part may be arranged at the position of the protruding part.

ダイヤフラムの形状は、特に限定されるものではなく、正方形または長方形の平面形状であってよいし、円形であってもよい。正方形または長方形の平面形状のダイヤフラムを用いる場合には、ダイヤフラムの少なくとも1辺の中央部から突出部が突出するようにすることが好ましく、さらには、ダイヤフラムの各辺の中央部からそれぞれ突出部が突出し、突出部ごとにピエゾ抵抗型圧力検出部が配置するようにすることが、好ましい。   The shape of the diaphragm is not particularly limited, and may be a square or rectangular planar shape or a circular shape. In the case of using a square or rectangular planar diaphragm, it is preferable that the protruding portion protrudes from the central portion of at least one side of the diaphragm, and further, the protruding portion respectively protrudes from the central portion of each side of the diaphragm. It is preferable that the piezoresistive pressure detection unit is arranged so as to protrude.

突出部の形状は特に限定されるものではないが、ダイヤフラムの中心に向かう突出部の突出長さをY、突出長さに直交する方向での突出部の幅をX、ダイヤフラムの辺の長さをh、ダイヤフラムの厚さをaとして、a/hが0.03以下の領域において、Xを0.15h以下とし、Yを0.1h以下とすることが好ましく、Xを0.05h以下とし、Yを0.1h以下とすることが、さらに好ましい。   The shape of the protrusion is not particularly limited, but the protrusion length of the protrusion toward the center of the diaphragm is Y, the width of the protrusion in the direction perpendicular to the protrusion length is X, and the length of the side of the diaphragm Where h is the thickness of the diaphragm and a is the area where a / h is 0.03 or less, X is preferably 0.15 h or less, Y is preferably 0.1 h or less, and X is 0.05 h or less. , Y is more preferably 0.1 h or less.

本発明においては、ダイヤフラムが第1の一様な厚さを有し、少なくともダイヤフラムの周縁の領域において突出部を含めて支持枠が第2の一様な厚さに設けられているようにすることが好ましい。   In the present invention, the diaphragm has the first uniform thickness, and the support frame including the protrusions is provided at the second uniform thickness at least in the peripheral region of the diaphragm. It is preferable.

本発明によると、ピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、ダイヤフラムの辺からダイヤフラムの中心に向かって支持枠を突出させることによって、ダイヤフラムの厚さをほぼ一定に保ちダイヤフラムの強度を保ちながら、支持枠の突出部分の周辺に応力を集中させることができる。このような応力集中領域にピエゾ抵抗型圧力検出部を配置することにより、ダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、検出感度の向上及び出力の直線性の向上を図ることができる。   According to the present invention, in the piezoresistive pressure sensor, by projecting the support frame from the side of the diaphragm toward the center of the diaphragm, the thickness of the diaphragm is kept substantially constant, and the strength of the diaphragm is maintained. Stress can be concentrated around the part. By disposing the piezoresistive pressure detector in such a stress concentration region, it is possible to improve detection sensitivity and output linearity without increasing the diaphragm formation region.

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照する。なお、以下に述べる実施の形態及び実施例は、それぞれ、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。   Reference is now made to the drawings for preferred embodiments of the invention. Each of the embodiments and examples described below is a preferable specific example of the present invention, and various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. As long as there is no description which limits, it is not restricted to these forms.

図1(a),(b)は、それぞれ、本発明の実施の一形態のピエゾ抵抗型圧力センサの構造を示す上面図と平面図である。   1A and 1B are a top view and a plan view, respectively, showing the structure of a piezoresistive pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

図示されるピエゾ抵抗型圧力センサ20は、例えばシリコンからなる半導体基板を使用するものであって、半導体基板の裏面側から中空部2を形成し、中空部2の上面の部分の半導体基板がダイヤフラム3となるようにしたものである。ダイヤフラム3を取り囲む部分は、中空部2とはなっていない分だけダイヤフラム3の領域よりも半導体基板が厚くなっており、ダイヤフラム3に対する支持枠1として構成されている。支持枠1は、少なくともダイヤフラム3を取り囲んでいる領域において、一様な厚さを有する。ここでは図示していないが、ダイヤフラム3や支持枠1の領域を含め、半導体基板の表面側には全面に保護膜が形成されている。   The illustrated piezoresistive pressure sensor 20 uses a semiconductor substrate made of, for example, silicon. The hollow portion 2 is formed from the back side of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate on the upper surface of the hollow portion 2 is a diaphragm. It is set to be 3. The portion surrounding the diaphragm 3 is configured as a support frame 1 for the diaphragm 3 because the semiconductor substrate is thicker than the area of the diaphragm 3 so as not to be the hollow portion 2. The support frame 1 has a uniform thickness at least in a region surrounding the diaphragm 3. Although not shown here, a protective film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the area of the diaphragm 3 and the support frame 1.

ダイヤフラム3は、長方形あるいは正方形の平面形状を有するが、図6(a),(b)に示したものと相違して、ダイヤフラム3の各辺のほぼ中央部において支持枠1がダイヤフラム3の中心に向かって突出しており、その分、ダイヤフラム3自体の形状としては、各辺の中央部が中心方向に向かって後退している。ダイヤフラム3の中心に向かう突出部10において、支持枠1の厚さは、ダイヤフラム3を取り囲んでいる、突出部10以外の領域での支持枠1の厚さと同じである。このような突出部10は、半導体基板の裏面側にエッチング等によって中空部2を形成する際に、突出部10に相当する領域はエッチング除去されないようにすることによって設けることができる。図示したものでは、突出部10のダイヤフラム3の中心に向かう突出形状は、長方形状となっており、突出長(ダイヤフラム3の辺から中心に向かう突出部10の長さ)はY、突出幅(ダイヤフラム3の辺のうち突出部10が形成されている部分の長さ)はXで表されている。なお、ダイヤフラム3の辺とは、突出部10がないとするとダイヤフラム3は正方形または長方形なので、そのような正方形または長方形としての辺のことを指している。用途や圧力の測定範囲にも依存するが、ダイヤフラム3の1辺の長さは例えば100〜400μm程度であり、厚さは例えば1〜10μm程度である。   The diaphragm 3 has a rectangular or square planar shape, but unlike the one shown in FIGS. 6A and 6B, the support frame 1 is located at the center of the diaphragm 3 at substantially the center of each side of the diaphragm 3. As the shape of the diaphragm 3 itself, the central part of each side recedes toward the center. In the protruding portion 10 toward the center of the diaphragm 3, the thickness of the support frame 1 is the same as the thickness of the support frame 1 in the region other than the protruding portion 10 that surrounds the diaphragm 3. Such a protruding portion 10 can be provided by preventing the region corresponding to the protruding portion 10 from being etched away when the hollow portion 2 is formed on the back side of the semiconductor substrate by etching or the like. In the illustrated example, the protruding shape of the protruding portion 10 toward the center of the diaphragm 3 is a rectangular shape, the protruding length (the length of the protruding portion 10 extending from the side of the diaphragm 3 toward the center) is Y, and the protruding width ( The length of the side of the diaphragm 3 where the protruding portion 10 is formed is represented by X. Note that the side of the diaphragm 3 refers to the side as a square or a rectangle because the diaphragm 3 is a square or a rectangle when the protruding portion 10 is not provided. Although depending on the application and the measurement range of pressure, the length of one side of the diaphragm 3 is, for example, about 100 to 400 μm, and the thickness is, for example, about 1 to 10 μm.

支持枠1における突出部10は、ダイヤフラム3の厚さをほぼ一定に保ちダイヤフラム3の強度を保ちながら、その突出部10の近傍の領域に応力を集中させるためのものである。したがって、突出部10の形成領域に対応して、応力が集中するであろう位置において、半導体基板の表面には、ピエゾ抵抗(拡散抵抗)からなる圧力検出部4a,4bが設けられている。圧力検出部4aは、ダイヤフラム3の図示左辺及び右辺からダイヤフラムに向かう支持枠の突出部10にそれぞれ対応して設けられたものであり、圧力検出部4bは、ダイヤフラム3の図示上辺及び下辺からダイヤフラムに向かう支持枠の突出部10にそれぞれ対応して設けられたものである。これらの圧力検出部4a,4bは、ダイヤフラム3の変形により歪むことで圧力を電気信号として検出するためのものであって、図示しない回路パターンによってホイーストンブリッジ接続されている。   The protruding portion 10 in the support frame 1 is for concentrating stress on a region in the vicinity of the protruding portion 10 while keeping the thickness of the diaphragm 3 substantially constant and maintaining the strength of the diaphragm 3. Therefore, pressure detection portions 4a and 4b made of piezoresistance (diffusion resistance) are provided on the surface of the semiconductor substrate at a position where stress will concentrate corresponding to the formation region of the protrusion 10. The pressure detection unit 4a is provided corresponding to each of the protrusions 10 of the support frame from the left side and the right side of the diaphragm 3 toward the diaphragm, and the pressure detection unit 4b is formed from the upper side and the lower side of the diaphragm 3 in the drawing. Are provided corresponding to the protrusions 10 of the support frame toward the front. These pressure detectors 4a and 4b are for detecting pressure as an electric signal by being distorted by deformation of the diaphragm 3, and are connected by Wheatstone bridge by a circuit pattern (not shown).

以上説明したピエゾ抵抗型圧力センサでは、支持枠1の一部を突出部10としてダイヤフラム3方向に突出させ、この突出部10の形成領域に応力が集中するようにし、応力が集中する領域にピエゾ抵抗型圧力検出部を配置することにより、半導体基板に対するダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、圧力の検出感度の向上を図ることができる。   In the piezoresistive pressure sensor described above, a part of the support frame 1 is projected as the projecting portion 10 in the direction of the diaphragm 3 so that stress is concentrated in the region where the projecting portion 10 is formed. By disposing the resistance-type pressure detection unit, it is possible to improve the pressure detection sensitivity without increasing the diaphragm formation region with respect to the semiconductor substrate.

次に、このようなピエゾ抵抗型圧力センサの製造工程について、図2(a),(b)を用いて説明する。シリコンなどの半導体基板30を用意し、図2(a)に示すように、半導体基板30の表面に、イオン注入と熱処理により、ピエゾ抵抗型圧力検出部4を形成する。次に、図2(b)に示すように、半導体基板30の裏面から異方性のウエットエッチングやRIE(反応性イオンエッチング:Reactive Ion Etching)によって中空部2の位置のシリコンを除去し、中空部2を形成する。その際、当然のことながら、突出部10を含めて支持枠1はエッチング除去されないようにする。その後、不図示の配線パターンや不図示の保護膜を設けることによって、ピエゾ抵抗型圧力センサが完成する。   Next, the manufacturing process of such a piezoresistive pressure sensor will be described with reference to FIGS. A semiconductor substrate 30 made of silicon or the like is prepared, and the piezoresistive pressure detector 4 is formed on the surface of the semiconductor substrate 30 by ion implantation and heat treatment, as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 2B, the silicon at the position of the hollow portion 2 is removed from the back surface of the semiconductor substrate 30 by anisotropic wet etching or RIE (Reactive Ion Etching). Part 2 is formed. At that time, as a matter of course, the support frame 1 including the protruding portion 10 is not removed by etching. Thereafter, a piezoresistive pressure sensor is completed by providing a wiring pattern (not shown) and a protective film (not shown).

以上の説明においては、正方形あるいは長方形であるダイヤフラムの4辺の全てに対応して支持枠1の突出部を設けているが、本発明はこれに限られるものでない。応力を集中するための突出部が少なくとも1つ設けられ、その突出部に対応して、言い換えれば突出部によって応力が集中する領域にピエゾ抵抗型圧力検出部が設けられていれば、本発明の目的は達せられる。この場合、ダイヤフラム及びその近傍に配置されるピエゾ抵抗型圧力検出部が複数ある場合には、そのうちの少なくとも1つが突出部に対応していればよい。   In the above description, the protruding portions of the support frame 1 are provided corresponding to all four sides of the square or rectangular diaphragm, but the present invention is not limited to this. If at least one projecting portion for concentrating stress is provided and the piezoresistive pressure detecting unit is provided corresponding to the projecting portion, in other words, in a region where stress is concentrated by the projecting portion, The goal is achieved. In this case, when there are a plurality of piezoresistive pressure detectors disposed in the vicinity of the diaphragm, it is sufficient that at least one of them corresponds to the protruding portion.

支持枠の突出部の形状は、長方形に限られるものではなく、例えば、半円状あるいは弓なりの形状でもってダイヤフラムの中心方向に支持枠を突出させることができる。また、ダイヤフラム自体の平面形状も上述したものに限られるものではなく、例えば、円形あるいは楕円形のダイヤフラムにおいて、その周の1箇所以上にダイヤフラムの中心に向かう突出部を設けるようにしてもよい。   The shape of the protruding portion of the support frame is not limited to a rectangle, and the support frame can protrude in the center direction of the diaphragm, for example, in a semicircular shape or a bow shape. Further, the planar shape of the diaphragm itself is not limited to the above-described one. For example, in a circular or elliptical diaphragm, a projecting portion toward the center of the diaphragm may be provided at one or more locations on the circumference.

圧力検出部4a.4bとしても、直線状のピエゾ抵抗(拡散抵抗)の他に、U字型あるいはコの字型のピエゾ抵抗を用いることができる。   Pressure detector 4a. Also for 4b, U-shaped or U-shaped piezoresistors can be used in addition to linear piezoresistors (diffusion resistors).

以下、本発明について、実施例によってさらに詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

《実施例1》
上述の図1(a),(b)に示すピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、(突出部が設けられていないとしたときの)ダイヤフラム3の形状を正方形としてその辺の長さをh、ダイヤフラム3における半導体基板の厚さをaとしたとき、a/hが十分に小さければ、ダイヤフラム3の両面の間に圧力差が生じたときにピエゾ抵抗型圧力センサに発生する最大応力は、突出部10とダイヤフラム3との境界の近傍であってダイヤフラム3側の位置で発生する。実施例1では、圧力検出部4a,4bは、そのいずれのものも、1個の圧力検出部としての一部あるいは全部の領域が、突出部10に近接したダイヤフラムの領域に形成されるようにしている。具体的には、ダイヤフラム3の1対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と直交する方向に延びる圧力検出部4aが、支持枠からなる突出部10とダイヤフラム3とをまたがるように形成されている。また、ダイヤフラム3の他の1対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と平行な方向に延びる圧力検出部4bが、突出部10の先端の近傍であってダイヤフラム3内となる位置に形成されている。
Example 1
In the piezoresistive pressure sensor shown in FIGS. 1A and 1B described above, the shape of the diaphragm 3 (when no protrusion is provided) is a square, the length of the side is h, and the diaphragm 3 Assuming that the thickness of the semiconductor substrate at a is a, if a / h is sufficiently small, the maximum stress generated in the piezoresistive pressure sensor when a pressure difference occurs between both surfaces of the diaphragm 3 is the protrusion 10. Is generated near the boundary between the diaphragm 3 and the diaphragm 3. In the first embodiment, each of the pressure detection units 4a and 4b is configured such that a part or all of the region as a single pressure detection unit is formed in a diaphragm region adjacent to the protruding portion 10. ing. Specifically, with respect to a pair of opposing sides of the diaphragm 3, each of the pressure detection units 4 a extending in a direction orthogonal to the extending direction of the sides straddles the protruding portion 10 made of the support frame and the diaphragm 3. Is formed. Further, with respect to the other pair of opposing sides of the diaphragm 3, the pressure detection unit 4 b extending in a direction parallel to the extending direction of those sides is in the vicinity of the tip of the protruding portion 10 and inside the diaphragm 3. Formed in position.

このような構成を採用することにより、ダイヤフラム3の領域での半導体基板の厚さはほぼ一様であるので、強度低下を防ぎつつダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、検出感度を向上させることができる。   By adopting such a configuration, the thickness of the semiconductor substrate in the region of the diaphragm 3 is substantially uniform, so that the detection sensitivity is improved without increasing the diaphragm formation region while preventing the strength from being lowered. be able to.

ここで、図1(a),(b)に示す構造を有し、1辺の長さが100μm、厚さが1.5μmである正方形状のダイヤフラムを用いるピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、支持枠の突出部を設けない場合と設けた場合との検出感度を比較した。支持枠の突出部10を設ける場合、図1(a),(b)に示したような長方形状の突出部10とし、その幅Xは10μm、長さYは5μmとした。その結果、突出部を設けた場合には、突出部を設けない場合に比べ、圧力の検出感度が30%向上した。   Here, in the piezoresistive pressure sensor having the structure shown in FIGS. 1A and 1B and using a square diaphragm having a side length of 100 μm and a thickness of 1.5 μm, a supporting frame The detection sensitivity was compared between the case where no protrusion was provided and the case where it was provided. When the protrusion 10 of the support frame is provided, the protrusion 10 has a rectangular shape as shown in FIGS. 1A and 1B, the width X is 10 μm, and the length Y is 5 μm. As a result, when the protrusion was provided, the pressure detection sensitivity was improved by 30% compared to the case where the protrusion was not provided.

《実施例2》
図3(a),(b)は、本発明の実施例2のピエゾ抵抗型圧力センサ20を示している。実施例2のピエゾ抵抗型圧力センサは、実施例1の圧力センサと同様の構造のものであるが、圧力検出部4a,4bの形成位置が若干異なっている。
Example 2
3A and 3B show the piezoresistive pressure sensor 20 according to the second embodiment of the present invention. The piezoresistive pressure sensor of the second embodiment has the same structure as the pressure sensor of the first embodiment, but the formation positions of the pressure detection units 4a and 4b are slightly different.

上述の図1(a),(b)に示すピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、(突出部が設けられていないとしたときの)ダイヤフラム3の形状を正方形としてその辺の長さをh、ダイヤフラム3における半導体基板の厚さをaとしたとき、a/hを大きくしていくと、ダイヤフラム3の両面の間に圧力差が生じたときにピエゾ抵抗型圧力センサに発生する最大応力が発生する位置は、ダイヤフラム3上の位置から支持枠の突出部10上の位置へと移行する。そこで図3(a),(b)に示したピエゾ抵抗型圧力センサ20では、各ピエゾ抵抗型圧力検出部4a,4bが、そのいずれのものも、1個の圧力検出部としての一部あるいは全部の領域が、突出部10の領域に配置されるようにしている。具体的には、ダイヤフラム3の1対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と直交する方向に延びる圧力検出部4aが、突出部10とダイヤフラム3とをまたがるように形成されている。また、ダイヤフラム3の他の1対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と平行な方向に延びる圧力検出部4bも、突出部10とダイヤフラム3とをまたがるように形成されている。   In the piezoresistive pressure sensor shown in FIGS. 1A and 1B described above, the shape of the diaphragm 3 (when no protrusion is provided) is a square, the length of the side is h, and the diaphragm 3 Assuming that the thickness of the semiconductor substrate in a is a, if a / h is increased, the maximum stress generated in the piezoresistive pressure sensor when a pressure difference occurs between both surfaces of the diaphragm 3 is generated. Shifts from a position on the diaphragm 3 to a position on the protrusion 10 of the support frame. Therefore, in the piezoresistive pressure sensor 20 shown in FIGS. 3A and 3B, each of the piezoresistive pressure detectors 4a and 4b is a part of one pressure detector or All the regions are arranged in the region of the protrusion 10. Specifically, with respect to a pair of opposing sides of the diaphragm 3, each of the pressure detectors 4 a extending in a direction orthogonal to the extending direction of the sides is formed so as to straddle the protruding portion 10 and the diaphragm 3. Yes. In addition, with respect to the other pair of opposing sides of the diaphragm 3, the pressure detection unit 4 b extending in a direction parallel to the extending direction of those sides is also formed so as to straddle the protruding portion 10 and the diaphragm 3. .

このような構成を採用することにより、ダイヤフラム3の領域での半導体基板の厚さはほぼ一様であるので、強度低下を防ぎつつダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、検出感度を向上させることができる。このピエゾ抵抗型圧力センサも、図2(a),(b)を用いて上述した製造方法によって、製作することができる。   By adopting such a configuration, the thickness of the semiconductor substrate in the region of the diaphragm 3 is substantially uniform, so that the detection sensitivity is improved without increasing the diaphragm formation region while preventing the strength from being lowered. be able to. This piezoresistive pressure sensor can also be manufactured by the manufacturing method described above with reference to FIGS.

ここで、図3(a),(b)に示す構造を有し、1辺の長さが100μm、厚さが1.5μmである正方形状のダイヤフラムを用いるピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、支持枠の突出部を設けない場合と設けた場合との検出感度を比較した。支持枠の突出部10を設ける場合、図1(a),(b)に示したような長方形状の突出部10とし、その幅Xは10μm、長さYは5μmとした。その結果、突出部を設けた場合には、突出部を設けない場合に比べ、圧力の検出感度が20%向上した。   Here, in the piezoresistive pressure sensor having the structure shown in FIGS. 3A and 3B and using a square diaphragm having a side length of 100 μm and a thickness of 1.5 μm, a supporting frame The detection sensitivity was compared between the case where no protrusion was provided and the case where it was provided. When the protrusion 10 of the support frame is provided, the protrusion 10 has a rectangular shape as shown in FIGS. 1A and 1B, the width X is 10 μm, and the length Y is 5 μm. As a result, when the protrusion was provided, the pressure detection sensitivity was improved by 20% compared to the case where the protrusion was not provided.

《実施例3》
図4(a),(b)は、本発明の実施例3のピエゾ抵抗型圧力センサ20を示している。実施例3のピエゾ抵抗型圧力センサは、実施例2の圧力センサと同様に、各ピエゾ抵抗型圧力検出部4a,4bが、そのいずれのものも、1個の圧力検出部としての一部あるいは全部の領域が、突出部10の領域に配置されるようにしている。ただし、実施例2のものと異なり、実施例3のピエゾ抵抗型圧力センサでは、ダイヤフラム3の1対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と直交する方向に延びる圧力検出部4aが、突出部10と突出部10以外の支持枠1の本体部分とをまたがるように形成されている。また、ダイヤフラム3の他の1対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と平行な方向に延びる圧力検出部4bは、突出部10内となる位置に形成されている。
Example 3
4A and 4B show a piezoresistive pressure sensor 20 according to a third embodiment of the present invention. As in the pressure sensor of the second embodiment, each of the piezoresistive pressure detectors 4a and 4b is a part of a piezoresistive pressure sensor according to the third embodiment. All the regions are arranged in the region of the protrusion 10. However, unlike the second embodiment, in the piezoresistive pressure sensor of the third embodiment, with respect to a pair of opposing sides of the diaphragm 3, a pressure detection unit 4a extending in a direction orthogonal to the extending direction of those sides. Is formed so as to straddle the protruding portion 10 and the main body portion of the support frame 1 other than the protruding portion 10. Further, with respect to the other pair of opposing sides of the diaphragm 3, the pressure detection unit 4 b extending in a direction parallel to the extending direction of those sides is formed at a position in the protruding portion 10.

このような構成を採用することにより、ダイヤフラム3の領域での半導体基板の厚さはほぼ一様であるので、強度低下を防ぎつつダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、検出感度を向上させることができる。このピエゾ抵抗型圧力センサも、図2(a),(b)を用いて上述した製造方法によって、製作することができる。   By adopting such a configuration, the thickness of the semiconductor substrate in the region of the diaphragm 3 is substantially uniform, so that the detection sensitivity is improved without increasing the diaphragm formation region while preventing the strength from being lowered. be able to. This piezoresistive pressure sensor can also be manufactured by the manufacturing method described above with reference to FIGS.

ここで、図4(a),(b)に示す構造を有し、1辺の長さが100μm、厚さが1.5μmである正方形状のダイヤフラムを用いるピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、支持枠の突出部を設けない場合と設けた場合との検出感度を比較した。支持枠の突出部10を設ける場合、図1(a),(b)に示したような長方形状の突出部10とし、その幅Xは10μm、長さYは5μmとした。その結果、突出部を設けた場合には、突出部を設けない場合に比べ、圧力の検出感度が20%向上した。   Here, in the piezoresistive pressure sensor having the structure shown in FIGS. 4A and 4B and using a square diaphragm having a side length of 100 μm and a thickness of 1.5 μm, a supporting frame The detection sensitivity was compared between the case where no protrusion was provided and the case where it was provided. When the protrusion 10 of the support frame is provided, the protrusion 10 has a rectangular shape as shown in FIGS. 1A and 1B, the width X is 10 μm, and the length Y is 5 μm. As a result, when the protrusion was provided, the pressure detection sensitivity was improved by 20% compared to the case where the protrusion was not provided.

《実施例4》
実施例1に示したピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、ダイヤフラムの辺の長さをh、厚みをaとしたとき、a/hが0.03以下の領域において、支持枠1の突出部10の幅xと突出長さyと突出部10による応力集中の度合いとをシミュレーションに基づいて検討した。図5は、a/h=0.03(=3/100)とした場合に、ダイヤフラム3内で発生する最大応力について、突出部10を設けた場合に突出部を設けなかった場合に比べて最大応力が何倍になるかを、比として示したものである。ここでは、ダイヤフラムの辺の長さhを単位として、突出部10の幅x及び長さyを表している。図5のグラフから明らかになるように、突出部10の幅xを0.15h以下、長さyを0.1h以下にすることで、支持枠の一部分を突出させない場合に比べて、1.0〜2.0倍の最大応力が発生する。特に、突出部10の幅xを0.05h以下、長さyを0.1h以下にすることで、突出部を設けない場合に比べて、1.4〜2.0倍の応力が発生する。a/hが0.03よりさらに小さくなれば、支持枠1からダイヤフラム3の中心方向に伸びる突出部10を設けることによる応力集中はさらに顕著になるものと考えられる。
Example 4
In the piezoresistive pressure sensor shown in the first embodiment, when the length of the diaphragm side is h and the thickness is a, the width of the protrusion 10 of the support frame 1 in a region where a / h is 0.03 or less. x, the protrusion length y, and the degree of stress concentration due to the protrusion 10 were examined based on simulation. FIG. 5 shows that when a / h = 0.03 (= 3/100), the maximum stress generated in the diaphragm 3 is compared with the case where the protrusion 10 is not provided when the protrusion 10 is provided. The ratio of how many times the maximum stress increases. Here, the width x and the length y of the protrusion 10 are expressed with the length h of the side of the diaphragm as a unit. As is apparent from the graph of FIG. 5, the width x of the protrusion 10 is 0.15 h or less and the length y is 0.1 h or less, compared with the case where a part of the support frame is not protruded. A maximum stress of 0 to 2.0 times occurs. In particular, by setting the width x of the protrusion 10 to 0.05 h or less and the length y to 0.1 h or less, a stress that is 1.4 to 2.0 times that of the case where no protrusion is provided is generated. . If a / h is further smaller than 0.03, it is considered that the stress concentration due to the provision of the protruding portion 10 extending from the support frame 1 toward the center of the diaphragm 3 becomes more remarkable.

ダイヤフラムの形状が長方形である場合も、a/hが0.03以下の場合に、ある辺に対して設ける突出部について、その辺の長さをhとしたときに、突出部の幅xを0.15h以下、長さyを0.1h以下とすることが好ましく、幅xを0.05h以下、長さyを0.1h以下とすることがさらに好ましい。   Even when the shape of the diaphragm is a rectangle, when a / h is 0.03 or less, when the length of the side of the projection provided for a side is h, the width x of the projection is It is preferable that the length y is 0.15 h or less, the width x is 0.05 h or less, and the length y is 0.1 h or less.

突出部の形状が半円状あるいは弓なりの形状の場合には、突出部が設けられていないとしたときのダイヤフラム3の辺の位置における突出部の幅を幅xとし、前記の辺の位置から見てダイヤフラムの中心方向に突出する突出部の最大突出長さを長さyとすれば、a/hが0.03以下の場合に、幅xを0.15h以下、長さyを0.1h以下とすることが好ましく、幅xを0.05h以下、長さyを0.1h以下とすることがさらに好ましい。   When the shape of the protrusion is semicircular or bowed, the width of the protrusion at the side of the diaphragm 3 when the protrusion is not provided is the width x, and the position of the side is Assuming that the maximum protruding length of the protruding portion protruding in the center direction of the diaphragm is the length y, when the a / h is 0.03 or less, the width x is 0.15 h or less and the length y is 0. Preferably, the width x is 0.05 h or less, and the length y is 0.1 h or less.

(a),(b)は、それぞれ、本発明の実施の一形態のピエゾ抵抗型圧力センサの上面図及び断面図である。(A), (b) is the top view and sectional drawing of the piezoresistive type pressure sensor of one Embodiment of this invention, respectively. (a),(b)は、図1に示したピエゾ抵抗型圧力センサの製造工程を順を追って示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows sequentially the manufacturing process of the piezoresistive type pressure sensor shown in FIG. (a),(b)は、それぞれ、実施例2のピエゾ抵抗型圧力センサの上面図及び断面図である。(A), (b) is the top view and sectional drawing of the piezoresistive type pressure sensor of Example 2, respectively. (a),(b)は、それぞれ、実施例3のピエゾ抵抗型圧力センサの上面図及び断面図である。(A), (b) is the top view and sectional drawing of the piezoresistive type pressure sensor of Example 3, respectively. 突出させた支持枠の形状とピエゾ抵抗型圧力センサに発生する最大応力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the shape of the protruded support frame, and the maximum stress which generate | occur | produces in a piezoresistive type pressure sensor. (a),(b)は、それぞれ、従来のピエゾ抵抗型圧力センサの上面図及び断面図である。(A), (b) is the top view and sectional drawing of the conventional piezoresistive type pressure sensor, respectively. (a)〜(d)は、いずれも、特開2002−71492号公報に開示されたピエゾ抵抗型圧力センサの上面図である。(A)-(d) are all the top views of the piezoresistive type pressure sensor disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-71492. メサ部を有する従来のピエゾ抵抗型圧力センサにおけるメサ部での角落ちを示す図である。It is a figure which shows the angle drop in a mesa part in the conventional piezoresistive type pressure sensor which has a mesa part. 特開平7−209121号公報に開示された、メサ部を有するピエゾ抵抗型圧力センサを製作するために用いられるエッチングマスクを示す平面図である。It is a top view which shows the etching mask used in order to manufacture the piezoresistive type pressure sensor which has a mesa part disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 7-209121.

符号の説明Explanation of symbols

1 支持枠
2 中空部
3 ダイヤフラム
4,4a,4b ピエゾ抵抗型圧力検出部
5 保護膜
6 薄膜領域
7 厚膜領域
8 メサ部
9 角落ち部
10 突出部
20 ピエゾ抵抗型圧力センサ
30 半導体基板
31 エッチングマスク
32 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support frame 2 Hollow part 3 Diaphragm 4, 4a, 4b Piezoresistive type pressure detection part 5 Protective film 6 Thin film area 7 Thick film area 8 Mesa part 9 Corner drop part 10 Protrusion part 20 Piezoresistive type pressure sensor 30 Semiconductor substrate 31 Etching Mask 32 opening

Claims (12)

ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの外周で前記ダイヤフラムを支持し該ダイヤフラムよりも相対的に厚く形成された支持枠と、前記ダイヤフラムに圧力が印加したことによる前記ダイヤフラムの変形により歪むことで前記圧力を電気量として検出するピエゾ抵抗型圧力検出部とを備えたピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、
前記支持枠の一部が前記ダイヤフラムに向かって突出する突出部を形成していることを特徴とするピエゾ抵抗型圧力センサ。
A diaphragm, a support frame that supports the diaphragm on the outer periphery of the diaphragm, and is formed relatively thicker than the diaphragm; and the pressure is converted into an electric quantity by being distorted by deformation of the diaphragm caused by pressure applied to the diaphragm. In a piezoresistive pressure sensor equipped with a piezoresistive pressure detector that detects as
A piezoresistive pressure sensor characterized in that a part of the support frame forms a protruding portion protruding toward the diaphragm.
少なくとも1つのピエゾ抵抗型圧力検出部が前記突出部に対応して設けられている請求項1に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   2. The piezoresistive pressure sensor according to claim 1, wherein at least one piezoresistive pressure detector is provided corresponding to the protrusion. 3. 前記ダイヤフラムは正方形または長方形の平面形状を有し、前記ダイヤフラムの少なくとも1辺の中央部から前記突出部が突出している、請求項1または2に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   3. The piezoresistive pressure sensor according to claim 1, wherein the diaphragm has a square or rectangular planar shape, and the protruding portion protrudes from a central portion of at least one side of the diaphragm. 前記ダイヤフラムは正方形または長方形の平面形状を有し、前記ダイヤフラムの各辺の中央部からそれぞれ前記突出部が突出し、
前記突出部ごとに前記ピエゾ抵抗型圧力検出部が配置している、請求項1に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
The diaphragm has a square or rectangular planar shape, and the protrusions protrude from the center of each side of the diaphragm,
2. The piezoresistive pressure sensor according to claim 1, wherein the piezoresistive pressure detector is disposed for each of the protrusions.
前記ダイヤフラムの中心に向かう前記突出部の突出長さをY、前記突出長さに直交する方向での前記突出部の幅をX、前記ダイヤフラムの辺の長さをh、前記ダイヤフラムの厚さをaとして、a/hが0.03以下であり、Xが0.15h以下であり、Yが0.1h以下である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   The protrusion length of the protrusion toward the center of the diaphragm is Y, the width of the protrusion in the direction orthogonal to the protrusion length is X, the side length of the diaphragm is h, and the thickness of the diaphragm is 5. The piezoresistive pressure sensor according to claim 1, wherein as a, a / h is 0.03 or less, X is 0.15 h or less, and Y is 0.1 h or less. . Xが0.05h以下でありYが0.1h以下である、請求項5に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   The piezoresistive pressure sensor according to claim 5, wherein X is 0.05 h or less and Y is 0.1 h or less. 少なくとも1つの前記ピエゾ抵抗型圧力検出部は、前記ダイヤフラム上の位置であって前記突出部の近傍に形成されている、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   The piezoresistive pressure sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of the piezoresistive pressure detection units is formed at a position on the diaphragm and in the vicinity of the protrusion. 少なくとも1つの前記ピエゾ抵抗型圧力検出部は、前記ダイヤフラムと前記突出部とをまたぐように形成されている請求項1乃至6のいずれか1項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   The piezoresistive pressure sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of the piezoresistive pressure detectors is formed so as to straddle the diaphragm and the protrusion. 少なくとも1つの前記ピエゾ抵抗型圧力検出部の形成領域の少なくとも一部が、前記突出部の位置に配置している、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   The piezoresistive pressure sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein at least a part of a formation region of at least one of the piezoresistive pressure detectors is disposed at the position of the protrusion. 前記突出部を含む前記支持枠と前記ダイヤフラムとが半導体基板から構成されている、請求項1乃至9のいずれか1項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   10. The piezoresistive pressure sensor according to claim 1, wherein the support frame including the protruding portion and the diaphragm are formed of a semiconductor substrate. 11. 前記半導体基板の一方の主面に前記ピエゾ抵抗型圧力検出部が形成され、前記半導体基板の他方の主面に中空部が形成され、該中空部の周縁が前記支持枠として構成され、前記中空部の上面が前記ダイヤフラムとして構成される、請求項10に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   The piezoresistive pressure detector is formed on one main surface of the semiconductor substrate, a hollow portion is formed on the other main surface of the semiconductor substrate, and a peripheral edge of the hollow portion is configured as the support frame. The piezoresistive pressure sensor according to claim 10, wherein an upper surface of the part is configured as the diaphragm. 前記ダイヤフラムが第1の一様な厚さを有し、少なくとも前記ダイヤフラムの周縁の領域において前記突出部を含めて前記支持枠が第2の一様な厚さに設けられている、請求項1乃至11に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。   The diaphragm has a first uniform thickness, and the support frame is provided with a second uniform thickness including the protrusions at least in a peripheral region of the diaphragm. The piezoresistive pressure sensor according to any one of Items 11 to 11.
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