JP2010025760A

JP2010025760A - Semiconductor sensor

Info

Publication number: JP2010025760A
Application number: JP2008187757A
Authority: JP
Inventors: Shogo Mitani; 尚吾三谷
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2010-02-04

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor sensor capable of stable measurement by reducing a drift phenomenon of sensor output and improving measurement accuracy by suppressing a stress imposed on a diaphragm part due to the difference of linear expansion coefficients of a semiconductor substrate and a protective layer when Joule heating is generated in a resistor being energized. SOLUTION: The semiconductor sensor 1A(1) comprises at least: a semiconductor substrate 2; a diaphragm part 3 that is a thin part of the semiconductor substrate; and resistors R<SB>1</SB>to R<SB>4</SB>disposed on one surface of the diaphragm part. On the surface of the diaphragm part, a first protective layer 7 and a second protective layer 8 are sequentially laminated to cover at least the resistors. The linear expansion coefficient of the first protective layer is closer to the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate than the linear expansion coefficient of the second protective layer. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧力センサとして機能する半導体センサに関する。 The present invention relates to a semiconductor sensor that functions as a pressure sensor.

近年、圧力センサは、家電品、医療機器、自動車部品など様々な分野で使用されており、中でも半導体圧力センサは小型で高信頼性を有するため、その用途はますます拡大している。 In recent years, pressure sensors have been used in various fields such as home appliances, medical equipment, automobile parts, etc. Among them, semiconductor pressure sensors are small and highly reliable, so their applications are expanding more and more.

その一例としては、例えば図５に示すようなものが挙げられる。この圧力センサ１００は、シリコン等からなる半導体基板１０１の一部が薄く加工されてなるダイアフラム部１０２（感圧部）と、圧力による該ダイアフラム部１０２の歪抵抗の変化を測定するために複数配された、感圧素子としての歪ゲージ１０３と、前記一面において、前記ダイアフラム部１０２を除いた外縁域に配され、前記歪ゲージ１０３ごとに電気的に接続された電極（パッド部）１０４と、半導体基板１０１と接合されたガラス基板等からなる台座基板１０５等を備えている。 As an example, for example, the one shown in FIG. The pressure sensor 100 includes a diaphragm portion 102 (pressure-sensitive portion) formed by thinly processing a part of a semiconductor substrate 101 made of silicon or the like, and a plurality of pressure sensors 100 for measuring changes in strain resistance of the diaphragm portion 102 due to pressure. A strain gauge 103 as a pressure-sensitive element, and an electrode (pad portion) 104 disposed on the outer edge area excluding the diaphragm portion 102 and electrically connected to each strain gauge 103 on the one surface; A base substrate 105 made of a glass substrate or the like bonded to the semiconductor substrate 101 is provided.

このような圧力センサ１００は、ダイアフラム部１０２が圧力を受けて撓むと、各歪ゲージ１０３にダイアフラム部１０２の歪み量に応じた応力が発生し、この応力に応じて歪ゲージ１０３の抵抗値が変化する。この抵抗値変化を電気信号として取り出すことにより、圧力センサ１００は圧力を検出する（例えば、特許文献１参照）。 In such a pressure sensor 100, when the diaphragm portion 102 receives pressure and bends, a stress corresponding to the strain amount of the diaphragm portion 102 is generated in each strain gauge 103, and the resistance value of the strain gauge 103 is corresponding to this stress. Change. By extracting this resistance value change as an electrical signal, the pressure sensor 100 detects the pressure (see, for example, Patent Document 1).

ところで、電子デバイスやＭＥＭＳデバイスは、その目的により様々な環境で使用される。それらの環境では、外部の汚染によりデバイスの特性に影響を与える可能性がある。よってそれらの影響からデバイスを保護する目的で、デバイスをモールド樹脂等で保護するのが一般的である。 Incidentally, electronic devices and MEMS devices are used in various environments depending on the purpose. In these environments, external contamination can affect device characteristics. Therefore, for the purpose of protecting the device from those influences, it is general to protect the device with a mold resin or the like.

しかしながら、外部環境を測定するような圧力センサにおいては、そのセンシング部を外部にさらす必要があり、上記とは別の方法でデバイスを保護する必要がある。例えば、特許文献２においては、圧力センサのダイアフラム部１０２にシリコーンゲルからなる保護層１０６を形成している。 However, in a pressure sensor that measures the external environment, it is necessary to expose the sensing unit to the outside, and it is necessary to protect the device by a method different from the above. For example, in Patent Document 2, a protective layer 106 made of silicone gel is formed on the diaphragm portion 102 of the pressure sensor.

シリコーンゲルは、その特性上すぐれた保護材として使用されている。しかし、圧力センサを動作させる際、圧力センサのゲージ抵抗部にジュール熱が発生し、その熱がシリコーンゲルにまで達する。
シリコーンゲルの線膨張係数は一般的に１０^−４／℃オーダーなので、シリコン基板（約３×１０^−６／℃）やパッシベーション膜（１０^−７／℃オーダー）に比べ、２桁以上大きい。その結果、半導体基板とシリコーンゲルとの体積変化に差が生ずることで、圧力センサの威圧部であるダイアフラム上にシリコーンゲルから受ける応力が発生し、センサの出力がドリフトしてしまい、安定した計測が難しくなるという問題があった。
特開２００２−３４０７１４号公報特表２００２−５１４３０７号公報 Silicone gel is used as a protective material having excellent properties. However, when operating the pressure sensor, Joule heat is generated in the gauge resistance portion of the pressure sensor, and the heat reaches the silicone gel.
Since the linear expansion coefficient of silicone gel is generally on the order of 10 ⁻⁴ / ° C., it is two orders of magnitude larger than that of a silicon substrate (about 3 × 10 ⁻⁶ / ° C.) or a passivation film (on the order of 10 ⁻⁷ / ° C.). As a result, a difference in volume change between the semiconductor substrate and the silicone gel causes stress on the diaphragm, which is the intimidating part of the pressure sensor, to occur, and the sensor output drifts, resulting in stable measurement. There was a problem that became difficult.
JP 2002-340714 A JP-T-2002-514307

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、半導体センサの通電時に抵抗体にジュール熱が発生した際に、半導体基板と保護層との線膨張係数の違いによりダイアフラム部が受ける応力を抑制することで、センサ出力のドリフト現象を低減し、測定精度を向上させて安定した計測が可能な半導体センサを提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such a conventional situation, and when Joule heat is generated in a resistor during energization of a semiconductor sensor, the diaphragm is caused by a difference in linear expansion coefficient between the semiconductor substrate and the protective layer. An object of the present invention is to provide a semiconductor sensor capable of reducing the drift phenomenon of the sensor output by suppressing the stress received by the part, improving the measurement accuracy, and performing stable measurement.

本発明の請求項１に記載の半導体センサは、半導体基板と、前記半導体基板の一部が薄板化されてなるダイアフラム部と、前記ダイアフラム部の一面側に配された抵抗体と、を少なくとも備えた半導体センサであって、前記ダイアフラム部の一面上には、少なくとも前記抵抗体を覆うように第一保護層と第二保護層が順に積層され、前記第一保護層の線膨張係数は、前記第二保護層の線膨張係数と比べて、前記半導体基板の線膨張係数により近い値を有していることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の半導体センサは、請求項１において、前記第一保護層は、前記抵抗体の上部のみに配されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の半導体センサは、請求項１又は２において、前記第一保護層はゲル状をなすことを特徴とする。 The semiconductor sensor according to claim 1 of the present invention includes at least a semiconductor substrate, a diaphragm portion in which a part of the semiconductor substrate is thinned, and a resistor disposed on one surface side of the diaphragm portion. A first protective layer and a second protective layer are sequentially laminated on at least one surface of the diaphragm portion so as to cover the resistor, and a linear expansion coefficient of the first protective layer is Compared to the linear expansion coefficient of the second protective layer, the semiconductor substrate has a value closer to the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate.
The semiconductor sensor according to a second aspect of the present invention is the semiconductor sensor according to the first aspect, wherein the first protective layer is disposed only on an upper portion of the resistor.
A semiconductor sensor according to a third aspect of the present invention is the semiconductor sensor according to the first or second aspect, wherein the first protective layer has a gel shape.

本発明では、前記ダイアフラム部の一面上に、少なくとも前記抵抗体を覆うように積層された第一保護層と第二保護層を有し、前記第一保護層の線膨張係数は、前記第二保護層の線膨張係数と比べて、前記半導体基板の線膨張係数により近い値を有している。このように本発明では、第一保護層が半導体基板と近い線膨張係数を有しているので、半導体センサの通電時に抵抗体にジュール熱が発生しても、半導体基板と第一保護層との体積変化の差を小さく抑えることができ、ダイアフラム部が第一保護層から受ける応力を抑制することができる。その結果、本発明では、外部環境からダイアフラム部を保護するとともに、通電初期に発生するセンサ出力のドリフト現象を低減することができるので、測定制度が向上し、安定した計測が可能な半導体センサを提供することが可能である。 In the present invention, the first protective layer has a first protective layer and a second protective layer laminated on at least one surface of the diaphragm portion so as to cover the resistor, and the linear expansion coefficient of the first protective layer is the second protective layer. Compared with the linear expansion coefficient of the protective layer, it has a value closer to the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate. Thus, in the present invention, since the first protective layer has a linear expansion coefficient close to that of the semiconductor substrate, even if Joule heat is generated in the resistor during energization of the semiconductor sensor, the semiconductor substrate and the first protective layer Therefore, the difference in volume change between the first protective layer and the diaphragm can be suppressed. As a result, the present invention protects the diaphragm portion from the external environment and can reduce the sensor output drift phenomenon that occurs in the initial energization, thereby improving the measurement system and providing a semiconductor sensor capable of stable measurement. It is possible to provide.

以下、本発明に係る半導体センサの一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a semiconductor sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.

＜第一実施形態＞
図１は、本発明に係る半導体センサの一構成例（第一実施形態）を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線分Ａ−Ａにおける断面図、（ｃ）は線分Ｂ−Ｂにおける断面図である。なお、図１（ｂ）においては、抵抗体と第一保護層との位置関係を模式的に示している。また、図２は、図１に示す半導体センサが、パッケージ（「筐体」とも呼ぶ）に内蔵された状態を模式的に示す断面図である。
この半導体センサ１Ａ（１）は、例えばシリコン基板等からなる半導体基板２と、半導体基板２の薄肉部に相当するダイアフラム部３（「感圧部」とも呼ぶ）と、前記ダイアフラム部３と隣接して配され、例えばワイヤ等を介して外部と電気的に接続されるパッド部４と、ダイアフラム部３の表面に配された感圧素子である４つのｐ型抵抗体（ピエゾ抵抗素子）Ｒ_１〜Ｒ_４と、から構成されている。 <First embodiment>
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example (first embodiment) of a semiconductor sensor according to the present invention, where (a) is a plan view, (b) is a cross-sectional view taken along line AA, c) is a sectional view taken along line BB. In addition, in FIG.1 (b), the positional relationship of a resistor and a 1st protective layer is shown typically. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the semiconductor sensor shown in FIG. 1 is built in a package (also referred to as “casing”).
The semiconductor sensor 1A (1) is adjacent to the semiconductor substrate 2 made of, for example, a silicon substrate, the diaphragm portion 3 (also referred to as “pressure-sensitive portion”) corresponding to the thin portion of the semiconductor substrate 2, and the diaphragm portion 3. And four p-type resistors (piezoresistive elements) R ₁ which are pressure-sensitive elements disposed on the surface of the diaphragm section 3 and the pad section 4 electrically connected to the outside through wires or the like. and to R _4, and a.

そして本発明の半導体センサ１は、ダイアフラム部３の一面上には、少なくとも抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４を覆うように第一保護層７と第二保護層８が順に積層され、第一保護層７の線膨張係数は、第二保護層８の線膨張係数と比べて、半導体基板２の線膨張係数により近い値を有していることを特徴とする。 In the semiconductor sensor 1 of the present invention, the first protective layer 7 and the second protective layer 8 are sequentially stacked on one surface of the diaphragm portion 3 so as to cover at least the resistors R _{1 to} R _4. 7 has a value closer to the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate 2 than the linear expansion coefficient of the second protective layer 8.

本発明では、ダイアフラム部３の一面上に、少なくとも抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４を覆うように積層された第一保護層７と第二保護層８を有し、第一保護層７の線膨張係数は、第二保護層８の線膨張係数と比べて、半導体基板２の線膨張係数により近い値を有している。このように本発明では、第一保護層７が半導体基板２と近い線膨張係数を有しているので、半導体センサ１の通電時に抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４にジュール熱が発生しても、半導体基板２と第一保護層７との体積変化の差を小さく抑えることができ、ダイアフラム部３が第一保護層７から受ける応力を抑制することができる。その結果、本発明の半導体センサ１は、外部環境からダイアフラム部３を保護するとともに、通電初期に発生するセンサ１出力のドリフト現象を低減することができるので、測定制度が向上し、安定した計測が可能なものとなる。 In the present invention, on one surface of the diaphragm portion 3 includes a first protective layer 7 are stacked so as to cover at least the resistor R ₁ to R ₄ of the second protective layer 8, the linear expansion of the first protective layer 7 The coefficient has a value closer to the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate 2 than the linear expansion coefficient of the second protective layer 8. In this way the present invention, since the first protective layer 7 has a linear expansion coefficient close to the semiconductor substrate 2, even if Joule heat is generated at the time of energization of the semiconductor sensor 1 to the resistor R ₁ to R _4, The difference in volume change between the semiconductor substrate 2 and the first protective layer 7 can be kept small, and the stress that the diaphragm portion 3 receives from the first protective layer 7 can be suppressed. As a result, the semiconductor sensor 1 of the present invention can protect the diaphragm portion 3 from the external environment and reduce the drift phenomenon of the output of the sensor 1 that occurs in the initial energization, thereby improving the measurement system and stable measurement. Is possible.

図１に示すように、この半導体センサ１は、平板状の半導体基板２を基材とし、この半導体基板２の一面（図１（ｂ））において、その中央域に位置する薄板化された領域をダイアフラム部３（「感圧部」とも呼ぶ）とする。このダイアフラム部３には、感圧素子として機能する抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４が配されている。 As shown in FIG. 1, the semiconductor sensor 1 has a flat semiconductor substrate 2 as a base material, and a thinned region located in the central region on one surface of the semiconductor substrate 2 (FIG. 1B). Is a diaphragm portion 3 (also referred to as a “pressure-sensitive portion”). Resistors R _{1 to} R ₄ functioning as pressure sensitive elements are arranged in the diaphragm portion 3.

また、前記一面において、前記ダイアフラム部３を除いた外縁域には、前記抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４ごとに電気的に接続されたパッド部４が配されている。したがって、半導体センサ１は、絶対圧センサとして機能する構造を備えている。 In the one surface, a pad portion 4 electrically connected to each of the resistors R _{1 to} R ₄ is disposed in an outer edge area excluding the diaphragm portion 3. Therefore, the semiconductor sensor 1 has a structure that functions as an absolute pressure sensor.

また、半導体センサ１において、パッド部４を除く外縁域は、絶縁部（図示せず）によって覆われる形態が好ましい。絶縁部を設けることにより、抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４が絶縁部によって被覆した構成が得られる。この構成とした半導体センサ１では、例えば図２に示すようにパッケージ３０や端子部３３と接続させる際に、パッド部４以外の外縁域は全て絶縁部によって被覆されているので、台座基板１０やパッケージ３０に対して抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４の絶縁性が十分に確保される。また、絶縁部は、抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４の外気との接触を遮断するため抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４の耐食性を向上させると共に、抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４がダイアフラム部３を介さずに直接、外部から受ける機械的な影響を大幅に削減する効果も有する。 In the semiconductor sensor 1, the outer edge area excluding the pad part 4 is preferably covered with an insulating part (not shown). By providing the insulating portion, the configuration resistor R ₁ to R ₄ is covered by the insulating portion is obtained. In the semiconductor sensor 1 configured as described above, for example, as shown in FIG. 2, when connecting to the package 30 and the terminal portion 33, the outer edge region other than the pad portion 4 is entirely covered with the insulating portion. The insulation of the resistors R _{1 to} R ₄ is sufficiently ensured with respect to the package 30. Further, since the insulating portion blocks the contact of the resistors R _{1 to} R _{4 with} the outside air, the resistance of the resistors R _{1 to} R ₄ is improved, and the resistors R _{1 to} R ₄ do not pass through the diaphragm portion 3. In addition, it has the effect of greatly reducing the mechanical influence directly from the outside.

感圧素子として機能するｐ型抵抗体（ピエゾ抵抗素子）Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部３の圧力変動を検出する検出回路（ストレンゲージ）を構成するものであり、リード配線５を介して、いわゆるホイットストーンブリッジ回路を構成するよう互いが接続されている。それぞれの抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４は外周部のパッド部４までを配線部６によって電気配線接続されている。 The p-type resistors (piezoresistive elements) R _{1 to} R ₄ that function as pressure-sensitive elements constitute a detection circuit (strain gauge) that detects pressure fluctuations in the diaphragm portion 3, and are connected via lead wires 5. Are connected to form a so-called Whitstone bridge circuit. Each of the resistors R _{1 to} R ₄ is electrically connected to the pad portion 4 on the outer peripheral portion by a wiring portion 6.

このような抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部３の周縁部に配置すると良い。周縁部においては圧縮と引張の両応力が抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４に加わり易いので、感度の良い半導体センサ１が得られる。また、各抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部３の表面に配されており、例えばシリコン基板中にボロンなどの拡散源を注入することによって形成することができる。 Such resistors R _{1 to} R ₄ are preferably arranged at the peripheral edge of the diaphragm portion 3. Since both compressive and tensile stresses are likely to be applied to the resistors R _{1 to} R ₄ at the peripheral edge, a highly sensitive semiconductor sensor 1 can be obtained. Further, the resistors R ₁ to R ₄ are disposed on the surface of the diaphragm 3 can be formed by injecting a diffusion source such as boron, for example, the silicon substrate.

また、半導体基板２には、配線部６が設けられている。この配線部６は、例えばシリコン基板中にボロン（ｐ型抵抗体よりも高濃度のもの）などの拡散源を注入することによって形成することができる。そして、この配線部６の一端部は、ｐ型抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４と電気的に接続され、他端部は、半導体基板２上に例えばアルミニウムなどによって形成されたパッド部４と電気的に接続されている。 The semiconductor substrate 2 is provided with a wiring portion 6. The wiring portion 6 can be formed, for example, by injecting a diffusion source such as boron (having a higher concentration than the p-type resistor) into a silicon substrate. One end portion of the wiring portion 6 is electrically connected to the p-type resistors R _{1 to} R _4, and the other end portion is electrically connected to the pad portion 4 formed of, for example, aluminum on the semiconductor substrate 2. It is connected to the.

前記ダイアフラム部３の一面上には、外部環境の汚染からダイアフラム部３を保護する目的で、少なくとも前記抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４を覆うように積層された第一保護層７と第二保護層８とを有している。
そして本発明の半導体センサ１では、第一保護層７の線膨張係数は、第二保護層８の線膨張係数と比べて、半導体基板２の線膨張係数により近い値を有している。
第一保護層７が半導体基板２と近い線膨張係数を有しているので、半導体センサ１の通電時に抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４にジュール熱が発生しても、この構造により、半導体基板２と第一保護層７との体積変化の差を小さく抑えることができ、ダイアフラム部３が第一保護層７から受ける応力を抑制することができる。 A first protective layer 7 and a second protective layer are laminated on one surface of the diaphragm portion 3 so as to cover at least the resistors R _{1 to} R ₄ for the purpose of protecting the diaphragm portion 3 from contamination of the external environment. 8.
In the semiconductor sensor 1 of the present invention, the linear expansion coefficient of the first protective layer 7 is closer to the linear expansion coefficient of the semiconductor substrate 2 than the linear expansion coefficient of the second protective layer 8.
Since the first protective layer 7 has a linear expansion coefficient close to that of the semiconductor substrate 2, even if Joule heat is generated in the resistors R _{1 to} R ₄ when the semiconductor sensor 1 is energized, this structure allows the semiconductor substrate 2. The difference in volume change between the first protective layer 7 and the first protective layer 7 can be reduced, and the stress that the diaphragm 3 receives from the first protective layer 7 can be suppressed.

ここで、第二保護層８としては、圧力をダイアフラム部３に伝え、かつ耐環境特性にすぐれたシリコーンゲル等が用いられる。シリコーンゲルの線膨張係数は１０^−４／℃オーダーであり、第一保護層７は、その線膨張係数が、第二保護層８と比べて半導体基板２により近い値を有する材料が用いられる。半導体基板２が例えばシリコン基板からなる場合、その線膨張係数は約３×１０^−６／℃である。 Here, as the second protective layer 8, a silicone gel or the like that transmits pressure to the diaphragm portion 3 and has excellent environmental resistance is used. The linear expansion coefficient of the silicone gel is on the order of 10 ⁻⁴ / ° C., and a material having a linear expansion coefficient closer to that of the semiconductor substrate 2 than that of the second protective layer 8 is used for the first protective layer 7. When the semiconductor substrate 2 is made of, for example, a silicon substrate, its linear expansion coefficient is about 3 × 10 ⁻⁶ / ° C.

このような第一保護層７の材料としては、例えばエポキシ樹脂系（線膨張係数は１０^−５／℃オーダー）が挙げられる。このような材料を用いることで、半導体基板２に対する第一保護層７の体積変化は、第二保護層８に比べて小さく、ダイアフラム部３が第一保護層７から受ける応力を抑制することができる。
また、第一保護層７はゲル状をなすことが好ましい。これにより、圧力をダイアフラム部に伝えることができる。 Examples of the material of the first protective layer 7 include an epoxy resin system (linear expansion coefficient is on the order of 10 ⁻⁵ / ° C.). By using such a material, the volume change of the first protective layer 7 relative to the semiconductor substrate 2 is smaller than that of the second protective layer 8, and the stress that the diaphragm portion 3 receives from the first protective layer 7 can be suppressed. it can.
Moreover, it is preferable that the 1st protective layer 7 makes a gel form. Thereby, a pressure can be transmitted to a diaphragm part.

なお、エポキシ系樹脂からなる保護層だけでは、耐環境性の面で、半導体センサの保護層としては不十分である。そこで本発明では、下層にエポキシ系樹脂等からなる第一保護層７を、上層に耐環境性に優れたシリコーンゲル等からなる第二保護層８を配している。これにより外部環境からのダイアフラム部３の保護と、半導体基板２と第一保護層７との線膨張係数の差に起因する圧力変動（センサ出力のドリフト現象）の低減とを両立することができる。 Note that a protective layer made of an epoxy resin alone is not sufficient as a protective layer for a semiconductor sensor in terms of environmental resistance. Therefore, in the present invention, the first protective layer 7 made of an epoxy resin or the like is provided in the lower layer, and the second protective layer 8 made of silicone gel or the like having excellent environmental resistance is provided in the upper layer. As a result, it is possible to achieve both protection of the diaphragm portion 3 from the external environment and reduction of pressure fluctuation (drift phenomenon of sensor output) caused by the difference in linear expansion coefficient between the semiconductor substrate 2 and the first protective layer 7. .

このように、第一保護層７が半導体基板２と近い線膨張係数を有しているので、半導体センサ１の通電時に抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４にジュール熱が発生しても、この構造により、半導体基板２と第一保護層７との体積変化の差を小さく抑えることができ、ダイアフラム部３が第一保護層７から受ける応力を抑制することができる。その結果、本発明の半導体センサ１は、外部環境からダイアフラム部３を保護するとともに、通電初期に発生するセンサ１出力のドリフト現象を低減することができ、安定した計測が可能なものとなる。 Thus, since the first protective layer 7 has a linear expansion coefficient close to that of the semiconductor substrate 2, even if Joule heat is generated in the resistors R _{1 to} R ₄ when the semiconductor sensor 1 is energized, The difference in volume change between the semiconductor substrate 2 and the first protective layer 7 can be reduced, and the stress that the diaphragm portion 3 receives from the first protective layer 7 can be suppressed. As a result, the semiconductor sensor 1 of the present invention can protect the diaphragm portion 3 from the external environment and can reduce the drift phenomenon of the output of the sensor 1 that occurs at the beginning of energization, thereby enabling stable measurement.

このような本発明の半導体センサ１Ａ（１）は、図２に示すように、半導体センサ１Ａ（１）のダイアフラム部３が配された面を上にして、反対側の面（底面）を台座基板１０に固定され、さらに接着剤３１等によりパッケージ３０に固定されている。また、金属ワイヤ３２を介してパッケージ３０の端子部３３に実装され、パッケージ３０に内蔵される。このパッケージ３０は、圧力導入口３４を備えている。 As shown in FIG. 2, the semiconductor sensor 1A (1) of the present invention has a surface on which the diaphragm portion 3 of the semiconductor sensor 1A (1) is disposed facing upward and a surface (bottom surface) on the opposite side as a base. It is fixed to the substrate 10 and further fixed to the package 30 with an adhesive 31 or the like. Further, it is mounted on the terminal portion 33 of the package 30 via the metal wire 32 and is built in the package 30. The package 30 includes a pressure introduction port 34.

そして、半導体センサ１において、半導体基板２のダイアフラム部３（感圧部）に外力が加わると、ダイアフラム部３が変形し、ダイアフラム部３の表面に形成された個々のゲージ抵抗が変化する。この、ホイートストンブリッジ回路における抵抗の変化を用いてセンサ出力の変動をモニタし、圧力に換算する。 In the semiconductor sensor 1, when an external force is applied to the diaphragm portion 3 (pressure-sensitive portion) of the semiconductor substrate 2, the diaphragm portion 3 is deformed, and individual gauge resistances formed on the surface of the diaphragm portion 3 change. The change in the sensor output is monitored using the change in resistance in the Wheatstone bridge circuit and converted into pressure.

なお、上述した例では、金属ワイヤ３２を介してパッケージ３０の端子部３３と電気的に接続される場合であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば金属ワイヤの代わりにはんだバンプを介してパッケージの端子部に電気的に接続された構造であってもよい。 In the above-described example, it is a case where it is electrically connected to the terminal portion 33 of the package 30 via the metal wire 32, but the present invention is not limited to this, for example, instead of the metal wire. A structure electrically connected to a terminal portion of the package via a solder bump may be used.

＜第二実施形態＞
図３は、本発明に係る半導体センサの他の一構成例（第二実施形態）を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線分Ｃ−Ｃにおける断面図、（ｃ）は線分Ｄ−Ｄにおける断面図である。なお、図３（ｂ）においては、抵抗体と第一保護層との位置関係を模式的に示している。また、図４は、図３に示す半導体センサが、パッケージ（「筐体」とも呼ぶ）に内蔵された状態を模式的に示す断面図である。
なお、以下に示す説明では、上述した第一実施形態と異なる部分についてのみ説明し、第一実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
第一実施形態では、第一保護層７が、ダイアフラム部３全体を覆うように配される構成としたのに対して、本実施形態では、第一保護層７が、抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４の上部のみ（局所的）に配される構成とした点が相違する。 <Second embodiment>
3A and 3B are diagrams schematically showing another configuration example (second embodiment) of the semiconductor sensor according to the present invention, in which FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a line C-C. (C) is sectional drawing in line segment DD. In addition, in FIG.3 (b), the positional relationship of a resistor and a 1st protective layer is shown typically. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the semiconductor sensor shown in FIG. 3 is built in a package (also referred to as “casing”).
In the following description, only parts different from the above-described first embodiment will be described, and descriptions of parts similar to the first embodiment will be omitted.
In the first embodiment, the first protective layer 7 is arranged so as to cover the entire diaphragm portion 3, whereas in the present embodiment, the first protective layer 7 includes the resistors R _{1 to} R. ₄ is different in that it is arranged only at the top of ₄ (locally).

この半導体センサ１Ｂ（１）では、ダイアフラム部３全体ではなく、抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４の上部のみに第一保護層７が配されているので、該第一保護層７から露出したリード配線５や、配線部６等の電気回路上には、電気絶縁性の高いシリコーンゲルからなる第二保護層８を直接配することができる。これにより、半導体センサ１Ｂ（１）は耐絶縁性の向上が図れるので、より高い信頼性を備えることができる。 In this semiconductor sensor 1B (1), since the first protective layer 7 is arranged not only on the entire diaphragm portion 3 but only on the top of the resistors R _{1 to} R ₄ , the lead wiring exposed from the first protective layer 7 5 and the second protective layer 8 made of silicone gel having high electrical insulation can be directly disposed on the electric circuit such as the wiring part 6. Thereby, since the semiconductor sensor 1B (1) can improve insulation resistance, it can have higher reliability.

図３（ｂ）に示すような二層構造の保護層は、まず、各ゲージ抵抗の上に局所的にエポキシ樹脂等をディスペンス後、硬化させることにより第一保護層７を形成し、次いで、第一保護層７の上からシリコーンゲル等をディスペンスし硬化させることにより第二保護層８を形成することにより得られる。 The protective layer having a two-layer structure as shown in FIG. 3B is formed by first dispensing the epoxy resin or the like locally on each gauge resistor and then curing the first protective layer 7, and then It is obtained by forming a second protective layer 8 by dispensing and curing a silicone gel or the like from above the first protective layer 7.

このような本実施形態の半導体センサ１Ｂ（１）は、図４に示すように、半導体センサ１Ｂ（１）のダイアフラム部３が配された面を上にして、反対側の面（底面）を台座基板１０に固定され、さらに接着剤３１等によりパッケージ３０に固定されている。また、金属ワイヤ３２を介してパッケージ３０の端子部３３に実装され、パッケージ３０に内蔵される。 As shown in FIG. 4, the semiconductor sensor 1 B (1) of the present embodiment has a surface (bottom surface) on the opposite side with the surface of the semiconductor sensor 1 B (1) on which the diaphragm portion 3 is disposed facing upward. It is fixed to the base substrate 10 and further fixed to the package 30 with an adhesive 31 or the like. Further, it is mounted on the terminal portion 33 of the package 30 via the metal wire 32 and is built in the package 30.

以上、本発明の半導体センサについて説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、ストレンゲージとして機能するｐ型抵抗体の配置および数に関しては、種々の変形例が考えられ、要は、ダイアフラム部（感圧部）の圧力歪を検出できれば、その配置や数はいかなるものでも構わない。
また、上述した実施形態では、シリコーンゲルからなる第二保護層が、センサ表面のみに配された構造を例に挙げて説明したが、シリコーンゲルがパッケージ全体に充填された構造とすることもできる。 The semiconductor sensor of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.
For example, regarding the arrangement and number of p-type resistors that function as a strain gauge, various modifications can be considered. In short, as long as the pressure strain of the diaphragm portion (pressure-sensitive portion) can be detected, any arrangement or number can be used. It doesn't matter.
In the above-described embodiment, the structure in which the second protective layer made of the silicone gel is provided only on the sensor surface has been described as an example. However, the structure in which the silicone gel is filled in the entire package may be used. .

本発明は、圧力センサとして機能する半導体センサに適用可能である。このような半導体センサは、例えば一般工業用計測用、電子血圧計、高度、気圧、水深計測機能付き電子機器、携帯機器、自動車などに用いられる。 The present invention is applicable to a semiconductor sensor that functions as a pressure sensor. Such a semiconductor sensor is used, for example, for general industrial measurement, electronic blood pressure monitor, altitude, barometric pressure, electronic device with water depth measurement function, portable device, automobile and the like.

本発明に係る半導体センサの一例を示す図。The figure which shows an example of the semiconductor sensor which concerns on this invention. 図１に示す半導体センサが、パッケージに内蔵された状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state in which the semiconductor sensor shown in FIG. 1 was incorporated in the package. 本発明に係る半導体センサの他の一例を示す図。The figure which shows another example of the semiconductor sensor which concerns on this invention. 図３に示す半導体センサが、パッケージに内蔵された状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state in which the semiconductor sensor shown in FIG. 3 was incorporated in the package. 従来の半導体センサの一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the conventional semiconductor sensor.

Explanation of symbols

Ｒ_１〜Ｒ_４抵抗体、１Ａ，１Ｂ（１）半導体センサ、２半導体基板、３ダイアフラム部（感圧部）、４パッド部、５リード配線、６配線部、７第一保護層、８第二保護層、１０台座基板、３０パッケージ、３１接着剤、３２金属ワイヤ、３３端子部、３４圧力導入口。 R _{1 to} R ₄ resistors, 1A, 1B (1) semiconductor sensor, 2 semiconductor substrate, 3 diaphragm portion (pressure sensitive portion), 4 pad portion, 5 lead wiring, 6 wiring portion, 7 first protective layer, 8 first Two protective layers, 10 base board, 30 package, 31 adhesive, 32 metal wire, 33 terminal part, 34 pressure inlet.

Claims

A semiconductor sensor comprising at least a semiconductor substrate, a diaphragm portion in which a part of the semiconductor substrate is thinned, and a resistor disposed on one surface side of the diaphragm portion,
On one surface of the diaphragm part, a first protective layer and a second protective layer are sequentially laminated so as to cover at least the resistor,
The semiconductor sensor according to claim 1, wherein a linear expansion coefficient of the first protective layer is closer to a linear expansion coefficient of the semiconductor substrate than a linear expansion coefficient of the second protective layer.

The semiconductor sensor according to claim 1, wherein the first protective layer is disposed only on an upper portion of the resistor.

The semiconductor sensor according to claim 1, wherein the first protective layer has a gel shape.