JP2008051820A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧測定であっても破壊しにくい半導体圧力センサを有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置２０００は、ピエゾ抵抗部であるゲージ１３ａ，１３ｃを有し、ピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出する半導体圧力センサ２００と、メサ形状のシール部３５と、ゲージの上面およびシール部の上面に接する圧力伝達ブロック１９と、を含む。ピエゾ抵抗部には、圧力検出時、圧縮力が作用し、それによりピエゾ抵抗効果が生じる。シール部の内側の領域は、外部環境から隔離されている。
【選択図】図１５

Description

本発明は、ピエゾ抵抗効果を利用して、圧力を検出する半導体圧力センサを有する半導体装置に関する。

半導体圧力センサとして、ダイヤフラム型のタイプがある。ダイヤフラム型は、圧力測定時、ダイヤフラムに曲げ応力が作用するので、圧力が高いと容易に破壊する。このため、ダイヤフラム型の半導体圧力センサは、高圧（例えば、エンジンのシリンダ内の燃焼圧力）を測定するセンサには不向きであった。

本発明の目的は、高圧測定であっても破壊しにくい半導体圧力センサを有する半導体装置を提供することである。

本発明に係る半導体装置は、
ピエゾ抵抗部であるゲージを有し、ピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出する半導体圧力センサと、
メサ形状のシール部と、
前記ゲージの上面および前記シール部の上面に接する圧力伝達ブロックと、を含み、
前記ピエゾ抵抗部には、圧力検出時、圧縮力が作用し、それによりピエゾ抵抗効果が生じ、
前記シール部の内側の領域は、外部環境から隔離されている。

本発明に係る半導体装置において、
前記半導体圧力センサに接続された半導体回路を有することができる。

本発明に係る半導体装置において、
前記半導体圧力センサは、（１００）面、または、これと等価な結晶面を有する半導体基板を備え、
前記ピエゾ抵抗部は、前記（１００）面、または、これと等価な結晶面に形成されており、
前記（１００）面、または、これと等価な結晶面には、前記半導体圧力センサの増幅器および駆動回路のうち、少なくとも一方が形成されていることができる。

本発明に係る半導体装置において、
前記ピエゾ抵抗部は、メサ形状を含むことができる。

本発明は、
ピエゾ抵抗効果を利用して、圧力を検出する半導体圧力センサであって、
（１００）面、または、これと等価な結晶面を有する半導体基板と、
ピエゾ抵抗部と、を備え、
前記ピエゾ抵抗部には、圧力検出時、圧縮力が作用し、それによりピエゾ抵抗効果が生じ、
前記ピエゾ抵抗部は、前記（１００）面、または、これと等価な結晶面に形成されていることを特徴とする。

本発明のピエゾ抵抗部には、圧力検出時、圧縮力が作用し、それによりピエゾ抵抗効果が生じる。このため、本発明は、高圧測定であっても、破壊しにくい構造となる。

なお、前記（１００）面と等価な結晶面とは、例えば、表１のとおりである。

ピエゾ抵抗部の長手方向としては、半導体基板の結晶の＜１００＞方向、または、これと等価な結晶方向や、半導体基板の結晶の＜１１０＞方向、または、これと等価な結晶方向がある。これらは、ピエゾ抵抗効果に対して、高感度を有する結晶方向なので、圧縮力を効率的に電流に変換できる。半導体基板の結晶の＜１００＞方向と等価な結晶方向とは、例えば、表２のとおりである。

半導体基板の結晶の＜１１０＞方向と等価な結晶方向とは、例えば、表３のとおりである。

ピエゾ抵抗部は、複数でも単数でもよい。ピエゾ抵抗部が複数のときは、上記結晶方向を組み合わせてもよいし、組み合わせなくてもよい。ピエゾ抵抗部の形状としては、例えば、メサ形状や平面形状がある。また、ピエゾ抵抗部の態様としては、例えば、ホイーストンブリッジ、ハーフブリッジがある。なお、本発明の半導体基板には、例えば、シリコン基板やガリウムヒソ基板がある。

本発明は、前記（１００）面、または、これと等価な結晶面には、前記半導体圧力センサの増幅器および駆動回路のうち、少なくとも一方が形成されていることを特徴とする。

半導体回路を半導体基板に形成する場合、半導体回路を形成する面の面方位が異なると、半導体回路の特性が変化する。通常、半導体回路は、（１００）面、または、これと等価な結晶面に形成される。本発明によれば、ピエゾ抵抗部が（１００）面、または、これと等価な結晶面に形成されるので、半導体圧力センサに汎用の増幅器や駆動回路を容易に組み合わせることができる。

本発明は、前記ピエゾ抵抗部は、メサ形状を含むことを特徴とする。

ピエゾ抵抗部がメサ形状の場合、ピエゾ抵抗部が平面形状である場合に比べて、圧縮力がピエゾ抵抗部に集中しやすいので、半導体圧力センサの感度を向上させることができる。メサ形状のピエゾ抵抗部は、半導体基板の（１００）面、または、これと等価な面をメサエッチングすることにより形成してもよいし、あらかじめ作製されたメサ形状のピエゾ抵抗部を、半導体基板の（１００）面、または、これと等価な結晶面に貼り付けてもよい。

また、メサ形状のピエゾ抵抗部は長尺状であるのが好ましい。そして、ピエゾ抵抗部の長さが、ピエゾ抵抗部の幅より大きい場合、幅の増減の変化によるピエゾ抵抗効果を用いて圧力を測定するのが好ましい。逆に、ピエゾ抵抗部の幅がピエゾ抵抗部の長さより大きい場合、長さの増減の変化によるピエゾ抵抗効果を用いて圧力を測定するのが好ましい。ピエゾ抵抗部が長尺状の場合、長さ／幅、または、幅／長さ、は１以上であればよいが、半導体圧力センサの感度を上げるためには３〜１０以上が好ましい。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサ１００を、図面を用いて説明する。

｛半導体圧力センサの構造の説明｝
図１は、第１実施形態に係る半導体圧力センサ１００の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１では、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの位置関係や形状を分かるようにするため、圧力伝達ブロック１９は、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと離れた位置にある。しかし、実際、図２に示すように、圧力伝達ブロック１９は、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ（ゲージ１３ｃ、１３ｄは図示せず）の上に乗っている。以下、図１および図２を用いて、半導体圧力センサ１００の構造の詳細を説明する。

半導体圧力センサ１００は、半導体基板の一例であるシリコン基板１１と、ピエゾ抵抗部となるゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと、例えば、ガラス材料や半導体材料からなる圧力伝達ブロック１９と、を備える。

シリコン基板１１は、ｐ型であり、（１００）面である主表面１１ａを有する。なお、図１中に、二点鎖線で示す面は、（１１０）面である。

ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、（１００）面である主表面１１ａに位置している。ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、例えば、イオン注入や不純物拡散により、ｎ型にされている。なお、シリコン基板１１がｎ型の場合は、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄはｐ型となる。ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、長尺なメサ形状をし、例えば、主表面１１ａをメサエッチングすることにより形成される。ゲージ１３ａ、１３ｃは、互いに間を隔てて形成され、それらの長手方向は、結晶の＜１１０＞方向と同じである。ゲージ１３ｂ、１３ｄは、互いに間を隔てて形成され、それらの長手方向は、結晶の＜１００＞方向と同じである。

主表面１１ａには、また、電極形成部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが位置している。電極形成部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、上面がほぼ正方形なメサ形状をし、例えば、主表面１１ａをメサエッチングすることにより形成される。電極形成部１５ａで、ゲージ１３ａとゲージ１３ｄとが電気的に接続され、電極形成部１５ｂで、ゲージ１３ａとゲージ１３ｂとが電気的に接続され、電極形成部１５ｃで、ゲージ１３ｂとゲージ１３ｃとが電気的に接続され、電極形成部１５ｄで、ゲージ１３ｃとゲージ１３ｄとが電気的に接続されている。ゲージ１３ａとゲージ１３ｂとで形成される角度、および、ゲージ１３ｃとゲージ１３ｄとで形成される角度は、４５度である。また、ゲージ１３ａとゲージ１３ｄとで形成される角度、および、ゲージ１３ｂとゲージ１３ｃとで形成される角度は、１３５度である。ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、平行四辺形をしたホイーストンブリッジを構成する。

電極形成部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの上面には、それぞれ、例えば、アルミニウムからなる電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが形成されている。電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを介して、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは外部と電気的に接続される。

圧力伝達ブロック１９は、例えば、陽極接合により、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの上面と接合されている。

なお、主表面１１ａは、（１００）面であるが、（１００）面と等価な面であってもよい。ゲージ１３ｂ、１３ｄの長手方向は、結晶の＜１００＞方向であるが、これと等価な方向であってもよい。ゲージ１３ａ、１３ｃの長手方向は、結晶の＜１１０＞方向であるが、これと等価な方向であってもよい。

｛半導体圧力センサの動作の説明｝
次に、半導体圧力センサ１００の動作を説明する。図１に示す半導体圧力センサ１００に圧力が作用すると、圧力伝達ブロック１９によりゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが圧縮される。このときのゲージの変形を、ゲージ１３ａを用いて説明する。図３は、ゲージ１３ａの幅方向の断面図、図４は、ゲージ１３ａの長さ方向、つまり長手方向の断面図である。ゲージ１３ａの変形前は、点線で示すように、その幅はＷ、長さはＬである。ゲージ１３ａの変形後は、実線で示すように、その幅はＷ＋２ΔＷとなり、長さはＬ＋２ΔＬとなる。ゲージ１３ｂ、１３ｃ、１３ｄも同様の変形をする。

ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのメサ段差は、３μｍ以上が好ましく、長さＬは、例えば、２０〜３００μｍであり、幅Ｗは、例えば、５〜１０μｍである。長さＬは幅Ｗに比べて、十分大きいので、ΔＬ／Ｌ＜＜ΔＷ／Ｗとなる。このため、幅方向の増減の変化が大きいので、本実施形態では、幅方向の増減の変化によるピエゾ抵抗効果を用いて圧力を測定する。

すなわち、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから構成されるホイーストンブリッジは、印加された圧縮力に応じた電気的な出力が得られるが、この際、幅方向の増減の変化によるピエゾ抵抗効果が用いられるのである。

以上のように、半導体圧力センサ１００のゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄには、圧力検出時、圧縮力が作用し、それによるピエゾ抵抗効果で圧力を測定する。このため、半導体圧力センサ１００によれば、高圧測定であっても、破壊しにくい。

また、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの上面および下面は、強固に固定されているため、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの上面や下面には摩擦力が作用しないので、半導体圧力センサの精度を向上させることができる。これらの効果は、後で説明する実施形態でも同様である。

なお、第１実施形態によれば、ゲージ１３ａ、１３ｃの長手方向は、結晶の＜１１０＞方向であり、ゲージ１３ｂ、１３ｄの長手方向は、結晶の＜１００＞方向であるが、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの長手方向が、結晶の＜１１０＞方向になるようにしてもよいし、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの長手方向が、結晶の＜１００＞方向になるようにしてもよい。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサについて、第１実施形態に係る半導体圧力センサ１００との相違点を主に説明する。図５は、第２実施形態に係る半導体圧力センサに備えられるシリコン基板の主表面およびゲージを示す平面図である。電極や圧力伝達ブロックは省略されている。第１実施形態に係る半導体圧力センサ１００の構成要素と同一機能を有するものには、同一符号を付している。

図５に示すゲージ１３ａ、１３ｃは、図１のゲージ１３ａ、１３ｃと同様な形状をしているが、図５に示すゲージ１３ｂ、１３ｄは、図１に示すゲージ１３ｂ、１３ｄと異なる形状をしている。つまり、図５に示すゲージ１３ｂは、＜１００＞方向に延びるゲージ１３ｂ１と、ゲージ１３ｂ１から９０度曲がり、＜１００＞方向に延びるゲージ１３ｂ２と、からなる。また、図５に示すゲージ１３ｄは、＜１００＞方向に延びるゲージ１３ｄ１と、ゲージ１３ｄ１から９０度曲がり、＜１００＞方向に延びるゲージ１３ｄ２と、からなる。第２実施形態は、ゲージ１３ｂ、１３ｄの形成位置の関係で、ゲージ１３ｂ、１３ｄを直線状にできない場合に有効となる。

図６は、図５に示す形態の変形例である。図６に示すゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの形状は、図５に示すそれらの形状と同じであるが、電極形成部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの平面形状および形成位置が異なる。つまり、図６の電極形成部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの平面形状は三角形である。電極形成部１５ａ、１５ｂは、ホイーストンブリッジの外側であって、ゲージ１３ａ側に形成している。電極形成部１５ｃ、１５ｄは、ホイーストンブリッジの外側であって、ゲージ１３ｃ側に形成している。以上により、電極形成部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄとゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとが配置される領域が正方形になるようにしている。このように、図６に示す変形例によれば、シリコン基板の主表面１１ａの効率的利用が可能となる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る半導体圧力センサについて、第１実施形態に係る半導体圧力センサ１００との相違点を主に説明する。図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体圧力センサ２００の斜視図である。他の実施形態の構成要素と同一機能を有するものには、同一符号を付している。図７では、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの位置関係や形状を分かるようにするため、圧力伝達ブロック１９は、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと離れた位置にある。しかし、実際、圧力伝達ブロック１９は、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの上に乗っている。

ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの長手方向は、結晶の＜１００＞方向と同じである。この点が第１および第２実施形態と相違する。なお、ゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの長手方向は、結晶の＜１１０＞方向と同じでもよい。

図８は、圧力伝達ブロック１９がない状態における半導体圧力センサ２００の平面図である。図９は、図８のＢ−Ｂ断面図である。図１０は、図８のＣ−Ｃ断面図である。

図８〜図１０を用いて、第３実施形態に係る半導体圧力センサの構造の詳細を説明する。

図８に示すように、ゲージ１３ａとゲージ１３ｃは、ともにｎ型であり、相対向するように配置されている。ゲージ１３ａとゲージ１３ｃは、主表面１１ａに形成されたｐ型領域２３内に位置している。一方、ゲージ１３ｂとゲージ１３ｄは、ともにｐ型であり、相対向するように配置されている。ゲージ１３ｂとゲージ１３ｄは、ｎ型領域である主表面１１ａ内に位置している。

図９に示すように、電極１７ａは、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２５ａ上に形成されている。絶縁膜２５ａには、ゲージ１３ａの一部を露出するスルーホールと、ゲージ１３ｄの一部を露出するスルーホールとが形成されている。これらのスルーホールには、電極１７ａの材料が埋め込まれている。したがってゲージ１３ａとゲージ１３ｄは、これらのスルーホールを介して、電極１７ａと電気的に接続されている。電極１７ｂ、電極１７ｃ、電極１７ｄも電極１７ａと同様の構造をしている。

ｎ型領域である主表面１１ａ上には、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２５ｂが形成され、絶縁膜２５ｂ上には、電極２１ａが形成されている。絶縁膜２５ｂには、主表面１１ａの一部を露出するスルーホールが形成されている。このスルーホールには、電極２１ａの材料が埋め込まれている。したがって電極２１ａは、シリコン基板１１と電気的に接続されている。また、ｐ型領域２３上には、例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２５ｃが形成され、絶縁膜２５ｃ上には、電極２１ｂが形成されている。絶縁膜２５ｃには、ｐ型領域２３の一部を露出するスルーホールが形成されている。このスルーホールには、電極２１ｂの材料が埋め込まれている。したがって電極２１ｂは、ｐ型領域２３と電気的に接続されている。

第３実施形態にかかる半導体圧力センサ２００の使用時、電極２１ａが電極２１ｂより高電位となるように、電極２１ａおよび電極２１ｂに電圧を印加する。これにより、ゲージ１３ａとゲージ１３ｄとをｐｎ接合分離することができる（ゲージ１３ａとゲージ１３ｂ、ゲージ１３ｂとゲージ１３ｃ、ゲージ１３ｃとゲージ１３ｄについても同様）。この接合分離により、各ゲージの電位は安定し、かつ、任意の電位に設定することができる。

なお、図１０に示すように、ゲージ１３ａ、１３ｄおよび図示しないゲージ１３ｂ、１３ｃ上には、圧力伝達ブロック１９が乗っている。

以上説明した第３実施形態に係る半導体圧力センサ２００によれば、ｎ型のゲージとｐ型のゲージが接続されているので、ｎ型のゲージとｎ型のゲージが接続されている場合（ｐ型のゲージとｐ型のゲージが接続されている場合）に比べて、ゲージとゲージとのピエゾ抵抗係数の差を大きくすることが可能である。これにより、半導体圧力センサの感度を向上させることができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態は、第３実施形態の半導体圧力センサ２００を含む半導体装置である。図１１は、第４実施形態に係る半導体装置１０００の平面図であり、図１２は、図１１のＤ−Ｄ断面図である。図１３は、半導体装置１０００の回路図である。但し、図１１中、圧力伝達ブロック１９は省略されている。他の実施形態の構成要素と同一機能を有するものには、同一符号を付している。

第４実施形態では、主表面１１ａに半導体回路形成領域３１を設け、そこに、差動増幅器６００を形成している。差動増幅器６００は、半導体回路形成領域３１に形成されたＭＯＳ電界効果トランジスタ３３ａ、３３ｂ等により構成される。

主表面１１ａの端には、電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃが形成されている。電極２９ａは、差動増幅器６００の一方の電源端子、および、ゲージ１３ｃとゲージ１３ｄを接続する電極１７ｄに接続されている。また、電極２９ｂは、差動増幅器６００の出力端子に接続されている。電極２９ｃは、差動増幅器６００の他方の電源端子、および、ゲージ１３ａとゲージ１３ｂを接続する電極１７ｂに接続されている。また、差動増幅器６００の反転入力端子は、ゲージ１３ｂとゲージ１３ｃを接続する電極１７ｃに接続されている。また、差動増幅器６００の非反転入力端子は、ゲージ１３ａとゲージ１３ｄを接続する電極１７ａに接続されている。

第４実施形態の効果を説明する。半導体装置１０００は、半導体圧力センサ２００と差動増幅器６００を接続することにより、半導体圧力センサ２００の出力を増幅している。差動増幅器６００等の半導体回路をシリコン基板に形成する場合、シリコン基板の面方位が異なると、半導体回路の特性が変化する。通常、半導体回路は、（１００）面に形成される。第４実施形態では、（１００）面である主表面１１ａに半導体圧力センサ２００を形成しているので、半導体圧力センサ２００に汎用の差動増幅器６００を容易に組み合わせることができる。

なお、差動増幅器６００の代わりに、他の増幅器、駆動回路、または、これらを組み合わせたものを用いることもできる。また、半導体圧力センサ２００の温度特性、圧力に対する直線性等を補正する演算処理回路を主表面１１ａに形成することもできる。これによれば、さらに高精度な半導体装置にすることができる。

［第５実施形態］
図１４は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置２０００の斜視図であり、図１５は、図１４のＥ−Ｅ断面図である。図１４中、圧力伝達ブロック１９の半分は省略されている。他の実施形態の構成要素と同一機能を有するものには、同一符号を付している。

第５実施形態に係る半導体装置２０００は、第４実施形態に係る半導体装置１０００の主表面１１ａに、シール部３５を形成している。つまり、半導体回路形成領域３１の周囲に、シール部３５が形成されている。電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃは、シール部３５の外側に位置している。シール部３５は、メサ形状をしており、主表面１１ａをメサエッチングすることにより形成される。

圧力伝達ブロック１９は、シール部３５の上面およびゲージ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの上面と、例えば、陽極接合により接合されている。これにより、シール部３５の内側の領域は、外部環境から隔離される。よって、半導体圧力センサ２００や差動増幅器６００を、外部環境からの水や油による影響を防ぐことができる。

図１６は、半導体装置２０００をハウジング１の表面に設置し、ハウジング１を油容器７に取り付けた状態を示す断面図であり、図１７は、ハウジング１の表面に設置された半導体装置２０００の平面図である。油容器１の用途は、油圧のパワーステアリング、油圧のブレーキ、オートマティックトランスミッション等の油圧ラインがある。

ハウジング１の表面から裏面に、導電性のピン３ａ、３ｂ、３ｃが貫通している。ピン３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれ、導電性のワイヤ５ａ、５ｂ、５ｃにより、半導体装置２０００の電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃと電気的に接続されている。

図１６に示すように、半導体装置２０００は油中にあるが、図１４に示す半導体圧力センサ２００や差動増幅器６００は、シール部３５により、外部環境から隔離されているので、これらは油により腐食されることはない。よって、第５実施形態に係る半導体装置２０００によれば、ハウジング１にシール構造を設ける必要がなくなる。

［第６実施形態］
図１８は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置３０００の斜視図である。図１８中、圧力伝達ブロック１９の半分は省略されている。他の実施形態の構成要素と同一機能を有するものには、同一符号を付している。第６実施形態に係る半導体装置センサ３０００は、第５実施形態に係る半導体装置２０００の半導体回路形成領域３１にメモリが形成されている。このメモリには、例えば、差動増幅器６００の増幅度を変えるためのプログラムが記憶されている。半導体圧力センサ２００完成後、半導体圧力センサ２００の増幅度等を調整するとき、このメモリに記憶されたプログラムに基づき調整する。

主表面１１ａ上であって、シール部３５の外側には電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃが形成されている。電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、上記メモリと電気的に接続されている。
電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、センサの感度、零点、リニアリティ等を調整するために、メモリにデータを書き込む際に使われる。

なお、上記メモリにＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリを用いれば、半導体装置２０００の作製時にのみ、半導体圧力センサ２００を調整すればよい。なぜなら、センサや電子回路部は外部環境より隔離されているため、長期安定性を確保できるからである。

したがって、電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、調整後、不要となる。よって、電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、外部端子と接続する必要がないので、面積を小さくすることができる。この結果、半導体装置３０００を小型化できる。また、半導体装置３０００使用時に、電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃは使用されないので、電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃの腐食防止処理は不要となる。

［第７実施形態］
図１９は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置４０００の断面図である。他の実施形態の構成要素と同一機能を有するものには、同一符号を付している。図１４および図１５に示す第５実施形態との違いは、電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃの形成箇所である。第７実施形態の半導体装置４０００は、シリコン基板１１の裏面１１ｂに電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃが形成されている。シリコン基板１１には、主表面１１ａから裏面１１ｂに向けて貫通する複数のスルーホールが形成されている。これらのスルーホールには、配線４７ａ、４７ｂ、４７ｃが埋め込まれている。配線４７ａ、４７ｂ、４７ｃは、半導体回路形成領域３１に形成された回路と接続されている。また、配線４７ａ、配線４７ｂ、配線４７ｃは、それぞれ、電極２９ａ、電極２９ｂ、電極２９ｃと接続されている。

図２０は、半導体装置４０００をハウジング１の表面に設置し、ハウジング１を油容器７に取り付けた状態を示す断面図である。ハウジング１の表面には、バンプ９ａ、９ｂ、９ｃが形成されている。バンプ９ａ、９ｂ、９ｃは、それぞれ、ピン３ａ、３ｂ、３ｃと接続され、また、バンプ９ａ、９ｂ、９ｃは、それぞれ、電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃと接続されている。ハウジング１の表面と半導体装置４０００との隙間に、シール材２が形成されている。これにより、電極２９ａ、２９ｂ、２９ｃやバンプ９ａ、９ｂ、９ｃが油や水から隔離されるので、これらが油や水により腐食するのを防ぐことができる。

［第８実施形態］
第８実施形態は、本発明の半導体圧力センサを含む半導体装置を、実装基板に取り付けた形態である。図２１は、第８実施形態に備えられる実装基板５０００に、半導体装置２０００を取り付ける前の斜視図である。他の実施形態の構成要素と同一機能を有するものには、同一符号を付している。半導体装置２０００は、第５実施形態のものである。半導体装置２０００の代わりに、半導体装置１０００、３０００、４０００を用いることもできる。

実装基板５０００は、長細い板状をし、段差部５１００を有する。実装基板５０００は、幅が広い部分と幅が狭い部分とを有し、段差部５１００が境界となる。実装基板５０００の幅が広い部分には、穴部５２００が形成されている。穴部５２００は、半導体装置２０００を実装基板５０００に実装する際、半導体装置２０００の位置決め用の穴となる。実装基板５０００の幅が広い部分の表面上であって、穴部５２００の近傍には、電極５３００ａ、５３００ｂ、５３００ｃが形成されている。

実装基板５０００の幅が狭い部分には、配線５４００ａ、５４００ｂ、５４００ｃが埋め込まれている。配線５４００ａ、５４００ｂ、５４００ｃの一方の端部は、それぞれ、電極５３００ａ、５３００ｂ、５３００ｃと接続されている。配線５４００ａ、５４００ｂ、５４００ｃの他方の端部は、実装基板５０００の幅が狭い部分の端部上で露出している。

半導体装置２０００は、圧力伝達ブロック１９を穴部５２００に、はめ込むようにして、フェイスダウンボンディングにより、実装基板５０００に実装される。半導体装置２０００の電極は、実装基板５０００の電極５３００ａ、５３００ｂ、５３００ｃに接続される。そして、半導体装置２０００と実装基板５０００との隙間には、図示しないシール材が取り付けられる。これにより、半導体装置２０００は、実装基板５０００に固定され、また、半導体装置２０００の電極と、実装基板５０００の電極５３００ａ、５３００ｂ、５３００ｃとの接続部を外部雰囲気から隔離している。この状態における、図２１のＦ−Ｆ断面が図２２である。

図２３は、図２１に示す半導体装置２０００が実装された実装基板５０００を、油容器７に取り付けた状態を示す断面図である。油容器７には、図示しない貫通孔が形成されている。実装基板５０００の幅が小さい部分は、油容器７の内部から、この貫通孔に挿入される。半導体装置２０００が油中に、配線５４００ａ、５４００ｂ、５４００ｃの端部が大気環境中に、位置するようにする。実装基板５０００の段差部５１００（図２１）はストッパとなり、実装基板５０００が上記貫通孔から抜けるのを防ぐ。

本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサ１００の斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 ゲージ１３ａの幅方向の断面図である。 ゲージ１３ａの長さ方向の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサに備えられるシリコン基板の主表面およびゲージを示す平面図である。 図５に示す形態の変形例である。 本発明の第３実施形態に係る半導体圧力センサ２００の斜視図である。 圧力伝達ブロック１９がない状態における半導体圧力センサ２００の平面図である。 図８のＢ−Ｂ断面図である。 図８のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置１０００の平面図である。 図１１のＤ−Ｄ断面図である。 半導体装置１０００の回路図である。 本発明の第５実施形態に係る半導体装置２０００の斜視図である。 図１４のＥ−Ｅ断面図である。 半導体装置２０００を含むハウジング１を、油容器７に取り付けた状態を示す断面図である。 ハウジング１の表面に設置された半導体装置２０００の平面図である。 本発明の第６実施形態に係る半導体装置３０００の斜視図である。 本発明の第７実施形態に係る半導体装置４０００の断面図である。 半導体装置４０００を含むハウジング１を、油容器７に取り付けた状態を示す断面図である。 第８実施形態に備えられる実装基板５０００に、半導体装置２０００を取り付ける前の斜視図である。 図２１のＦ−Ｆ断面が図２２である。 半導体装置２０００が実装された実装基板５０００を、油容器７に取り付けた状態を示す断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ シール材
３ａ、３ｂ、３ｃ ピン
５ａ、５ｂ、５ｃ ワイヤ
７ 油容器
９ａ、９ｂ、９ｃ バンプ
１１ シリコン基板
１１ａ 主表面
１１ｂ 裏面
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ ゲージ
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 電極形成部
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 電極
１９ 圧力伝達ブロック
２１ａ、２１ｂ 電極
２３ ｐ型領域
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 絶縁膜
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ 電極
３１ 半導体回路形成領域
３３ａ、３３ｂ ＭＯＳ電界効果トランジスタ
３５ シール部
１００、２００ 半導体圧力センサ
６００ 差動増幅器
１０００、２０００、３０００、４０００ 半導体装置
５０００ 実装基板
５１００ 段差部
５２００ 穴部
５３００ａ、５３００ｂ、５３００ｃ 電極
５４００ａ、５４００ｂ、５４００ｃ 配線

Claims (4)

1. ピエゾ抵抗部であるゲージを有し、ピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出する半導体圧力センサと、
   メサ形状のシール部と、
   前記ゲージの上面および前記シール部の上面に接する圧力伝達ブロックと、を含み、
   前記ピエゾ抵抗部には、圧力検出時、圧縮力が作用し、それによりピエゾ抵抗効果が生じ、
   前記シール部の内側の領域は、外部環境から隔離されている、半導体装置。
2. 請求項１において、
   前記半導体圧力センサに接続された半導体回路を有する、半導体装置。
3. 請求項１または２において、
   前記半導体圧力センサは、（１００）面、または、これと等価な結晶面を有する半導体基板を備え、
   前記ピエゾ抵抗部は、前記（１００）面、または、これと等価な結晶面に形成されており、
   前記（１００）面、または、これと等価な結晶面には、前記半導体圧力センサの増幅器および駆動回路のうち、少なくとも一方が形成されている、半導体装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記ピエゾ抵抗部は、メサ形状を含む、半導体装置。

Images