JP2021051002A - Sensor chip - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に開示する技術は、センサチップに関する。 The techniques disclosed herein relate to sensor chips.
特許文献1に半導体からなるセンサチップが開示されている。特許文献1のセンサチップは、ダイヤフラム部と、ダイヤフラム部の外周端部を支持している支持部と、ダイヤフラム部に配置されている複数のピエゾ抵抗部と、複数のピエゾ抵抗部よりも下側においてダイヤフラム部の下面に沿う方向に延びている絶縁膜とを備えている。また、特許文献1のセンサチップは、複数のピエゾ抵抗部のそれぞれの周りにおいてダイヤフラム部の上面から絶縁膜に達する位置まで延びている複数の溝部を備えている。各溝部は、ダイヤフラム部の上面と直交する方向に視たときに、各ピエゾ抵抗部を囲んでいる。特許文献1のセンサチップでは、ダイヤフラム部に圧力が作用したときのダイヤフラム部の応力を複数のピエゾ抵抗部を利用して検出する。
特許文献1にセンサチップでは、各ピエゾ抵抗部の周りに形成されている各溝部によって各ピエゾ抵抗部を周囲から絶縁している。しかしながら、特許文献1にセンサチップでは、各溝部が各ピエゾ抵抗部を囲んでいるので、ダイヤフラム部の応力がピエゾ抵抗部とピエゾ抵抗部との間の溝部によって分断されてしまうという問題があった。そのため、ダイヤフラム部の応力を精度良く検出することができないことがあった。
In
本明細書は、複数のピエゾ抵抗部を周囲から絶縁すると共にダイヤフラム部の応力を精度良く検出することができる技術を提供する。 The present specification provides a technique capable of insulating a plurality of piezoresistive portions from the surroundings and accurately detecting the stress of the diaphragm portion.
本明細書に開示するセンサチップは、半導体からなるセンサチップであってもよい。センサチップは、流体の圧力を受圧する受圧面を備えているダイヤフラム部と、前記ダイヤフラム部の外周端部を支持している支持部と、前記ダイヤフラム部に配置されている複数のピエゾ抵抗部と、複数の前記ピエゾ抵抗部よりも前記受圧面側において前記受圧面に沿う方向に延びている絶縁膜と、複数の前記ピエゾ抵抗部の周りにおいて前記受圧面と反対側の面から前記絶縁膜に達する位置まで延びている溝部であって、前記受圧面と直交する方向に視たときに複数の前記ピエゾ抵抗部を囲むように一周している前記溝部と、を備えていてもよい。 The sensor chip disclosed in the present specification may be a sensor chip made of a semiconductor. The sensor chip includes a diaphragm portion having a pressure receiving surface for receiving the pressure of the fluid, a support portion supporting the outer peripheral end portion of the diaphragm portion, and a plurality of piezoresistive portions arranged in the diaphragm portion. An insulating film extending in a direction along the pressure receiving surface on the pressure receiving surface side of the plurality of piezoresistive portions, and from a surface opposite to the pressure receiving surface around the plurality of piezoresistive portions to the insulating film. It may include a groove portion extending to a reachable position, and the groove portion that goes around the plurality of piezoresistive portions so as to surround the plurality of piezoresistive portions when viewed in a direction orthogonal to the pressure receiving surface.
この構成によれば、複数のピエゾ抵抗部よりも受圧面側では、受圧面に沿う方向に延びている絶縁膜によって複数のピエゾ抵抗部を周囲から絶縁することができる。更に、複数のピエゾ抵抗部の周りにおいて受圧面と反対側の面から絶縁膜に達する位置まで延びている溝部によって、複数のピエゾ抵抗部を周囲から絶縁することができる。また、上記の構成によれば、受圧面と直交する方向に視たときに溝部が複数のピエゾ抵抗部を囲むように一周している。そのため、複数のピエゾ抵抗部を溝部によって周囲から絶縁することができる一方で、ダイヤフラム部の応力がピエゾ抵抗部とピエゾ抵抗部との間で溝部によって分断されることがない。したがって、ダイヤフラム部の応力を精度良く検出することができる。 According to this configuration, on the pressure receiving surface side of the plurality of piezoresistive portions, the plurality of piezoresistive portions can be insulated from the surroundings by an insulating film extending in the direction along the pressure receiving surface. Further, the plurality of piezoresistive portions can be insulated from the surroundings by the groove portions extending from the surface opposite to the pressure receiving surface to the position reaching the insulating film around the plurality of piezoresistive portions. Further, according to the above configuration, the groove portion goes around so as to surround the plurality of piezoresistive portions when viewed in a direction orthogonal to the pressure receiving surface. Therefore, while the plurality of piezoresistive portions can be insulated from the surroundings by the groove portions, the stress of the diaphragm portion is not divided by the groove portions between the piezoresistive portion and the piezoresistive portion. Therefore, the stress of the diaphragm portion can be detected with high accuracy.
前記溝部は、前記絶縁膜を貫通して延びていてもよい。この構成によれば、絶縁性を高めることができる。 The groove may extend through the insulating film. According to this configuration, the insulating property can be improved.
センサチップは、前記溝部に充填されている絶縁性の充填材を更に備えていてもよい。この構成によれば、絶縁性を高めることができる。 The sensor chip may further include an insulating filler that is filled in the groove. According to this configuration, the insulating property can be improved.
センサチップは、容器又は管に固定されていてもよい。センサチップは、前記ダイヤフラム部の前記受圧面が前記容器又は前記管の内部を向くように前記容器又は前記管の内面に固定されていてもよい。 The sensor chip may be fixed to a container or tube. The sensor chip may be fixed to the inner surface of the container or the tube so that the pressure receiving surface of the diaphragm portion faces the inside of the container or the tube.
この構成によれば、容器又は管の内部の流体の圧力がセンサチップに作用したときに、センサチップが容器又は管の内面に押し付けられるので、センサチップを容器又は管に強固に固定することができる。 According to this configuration, when the pressure of the fluid inside the container or tube acts on the sensor chip, the sensor chip is pressed against the inner surface of the container or tube, so that the sensor chip can be firmly fixed to the container or tube. it can.
実施例に係るセンサチップ1について図面を参照して説明する。図1及び図2に示すように、実施例に係るセンサチップ1は、ダイヤフラム部10と、複数(本実施例では4個)のピエゾ抵抗部20と、支持部30とを備えている。また、センサチップ1は、絶縁膜40と、溝部50とを備えている。センサチップ1は、例えば、半導体であるSOI(Silicon on Insulator)基板から作製されている。
The
センサチップ1は、液体wが収容されている容器200の内部に配置されている。センサチップ1は、容器200の上部205の内面210に固定されている。容器200の上部205には開口部220が形成されている。センサチップ1は、ダイヤフラム部10が容器200の開口部220と向かい合うように配置されている。センサチップ1が固定されている容器200は、液体wが流れる管250に固定されている。管250の内部を流れる液体wが容器200の内部に流入する。容器200の内部の液体wの圧力がセンサチップ1に作用する。センサチップ1は、液体wの圧力を検出するために用いられる。圧力検出対象の液体wは、例えば水である。水は導電性を有している。
The
ダイヤフラム部10は、半導体(例えば、Si)からなる薄い膜状の構成である。ダイヤフラム部10は、センサチップ1の上面に沿う方向においてセンサチップ1の中央部に形成されている。ダイヤフラム部10は、例えば、SOI基板を絶縁膜40までエッチングすることによって形成される。ダイヤフラム部10は、容器200の内部の液体wの圧力を受圧する受圧面14を備えている。受圧面14は、ダイヤフラム部10の下面に形成されている。受圧面14は、容器200の内部を向いている。受圧面14は、容器200の上部205の内面210と反対側(下側)を向いている。受圧面14は、容器200の内部の液体wに面している。容器200の内部の液体wの圧力が受圧面14に作用する。ダイヤフラム部10は、受圧面14が液体wの圧力を受圧すると上側に撓むように変形する。ダイヤフラム部10は、受圧面14と直交する方向から視たときに円形状に形成されている(図2参照)。ダイヤフラム部10の外周端部12が円形状に一周している。他の実施例では、ダイヤフラム部10は四角形状に形成されていてもよい。ダイヤフラム部10の形状は限定されるものではない。
The
複数のピエゾ抵抗部20は、ダイヤフラム部10の上部に配置されている。複数のピエゾ抵抗部20は、互いに間隔をあけて配置されている。各ピエゾ抵抗部20は、ダイヤフラム部10を構成する半導体(例えば、Si)にイオン注入をすることによって形成される。各ピエゾ抵抗部20は、容器200の内部の液体wの圧力によってダイヤフラム部10が変形したときに、それに応じて歪む。各ピエゾ抵抗部20に歪みが生じると、各ピエゾ抵抗部20の抵抗値が変化する。
The plurality of
複数のピエゾ抵抗部20は、ダイヤフラム部10の応力を検出するためのブリッジ回路(不図示)の一部を構成している。各ピエゾ抵抗部20は、ブリッジ回路における各抵抗要素に相当する。各ピエゾ抵抗部20には、ブリッジ回路の配線が接続されている。ブリッジ回路に基づいてダイヤフラム部10の応力を検出することによって、ダイヤフラム部10の受圧面14に作用する液体w(容器200の内部の液体w)の圧力を検出することができる。ブリッジ回路に基づいて応力を検出する方法についてはよく知られているので詳細な説明を省略する。
The plurality of
センサチップ1の支持部30は、ダイヤフラム部10の周りに位置している。支持部30よりも内側にダイヤフラム部10が配置されている。支持部30は、ダイヤフラム部10の外周端部12に固定されている。支持部30は、ダイヤフラム部10の外周端部12を支持している。支持部30は、ダイヤフラム部10と一体的に形成されている。支持部30は、半導体(例えば、Si)から形成されている。上下方向における支持部30の厚みは、ダイヤフラム部10の厚みよりも厚い。支持部30は、厚いブロック状の構成である。支持部30は、ダイヤフラム部10の外周端部12の全周を囲んでいる(図2参照)。支持部30は、ダイヤフラム部10の外周端部12に沿って一周している。支持部30の下面や外周面は容器200の内部の液体wに接している。
The
支持部30は、容器200の上部205の内面210に固定される固定面32を備えている。固定面32は、センサチップ1の上面に形成されている。固定面32は、ダイヤフラム部10の受圧面14と反対側(上側)を向いている。固定面32は、受圧面14よりも上側に位置している。固定面32は、ダイヤフラム部10の受圧面14が容器200の内部を向き、ダイヤフラム部10の上面が容器200の外部を向くように容器200に固定されている。固定面32は、容器200の内面210に接着剤60によって接着されている。接着剤60は、例えばシリコーンである。固定面32は、後述する溝部50よりも外側に位置している。
The
絶縁膜40は、例えばSiO2膜である。絶縁膜40は、ダイヤフラム部10の下に配置されている。絶縁膜40は、ダイヤフラム部10に配置されている複数のピエゾ抵抗部20よりも受圧面14側(下側)に配置されている。絶縁膜40は、複数のピエゾ抵抗部20と容器200の内部の液体wとの間に位置している。絶縁膜40は、ダイヤフラム部10の受圧面14の全体を覆っている。絶縁膜40は、受圧面14に沿う方向に延びている。絶縁膜40は、受圧面14に沿う方向においてダイヤフラム部10の外周端部12よりも外側まで延びている。更に、絶縁膜40は、ダイヤフラム部10から支持部30にわたって延びている。絶縁膜40は、支持部30の内部に配置されている。
The insulating
溝部50は、支持部30に形成されている。溝部50は、支持部30の上面から絶縁膜40よりも下側まで連続して延びている。溝部50は、絶縁膜40を貫通して延びている。溝部50の底面52が絶縁膜40よりも下側に位置している。溝部50は、例えば、SOI基板を絶縁膜40よりも下側までエッチングすることによって形成される。溝部50は、複数のピエゾ抵抗部20の周りに形成されている。溝部50は、複数のピエゾ抵抗部20の全てを囲んでいる。溝部50は、ダイヤフラム部10の外周端部12よりも外側に形成されている。溝部50は、支持部30の固定面32よりも内側に形成されている。溝部50は、ダイヤフラム部10の外周端部12の全周を囲んでいる(図2参照)。溝部50は、ダイヤフラム部10の外周端部12に沿って一周している。溝部50は、外周端部12に沿って連続して延びている。溝部50は、円形状に形成されている。
The
上記のセンサチップ1では、容器200の内部の液体wの圧力がダイヤフラム部10の受圧面14に作用すると、ダイヤフラム部10が上側に撓むように変形する。ダイヤフラム部10が変形すると、ダイヤフラム部10に配置されている複数のピエゾ抵抗部20に歪みが生じる。各ピエゾ抵抗部20に歪みが生じると、各ピエゾ抵抗部20の抵抗値が変化する。複数のピエゾ抵抗部20の抵抗値を利用して、ブリッジ回路に基づいてダイヤフラム部10の応力が検出される。
In the
以上、実施例に係るセンサチップ1について説明した。上記の説明から明らかなように、センサチップ1は、複数のピエゾ抵抗部20よりも受圧面14側において受圧面14に沿う方向に延びている絶縁膜40を備えている。また、センサチップ1は、複数のピエゾ抵抗部20の周りにおいて受圧面14と反対側の面(支持部30の上面)から絶縁膜40を貫通して絶縁膜40の下側まで延びている溝部50を備えている。溝部50は、受圧面14と直交する方向に視たときに複数のピエゾ抵抗部20を囲むように一周している。
The
この構成によれば、複数のピエゾ抵抗部20よりも受圧面14側では絶縁膜40によって複数のピエゾ抵抗部20を周囲から絶縁することができる。また、受圧面14に沿う方向では、絶縁膜40の下側まで延びている溝部50によって、複数のピエゾ抵抗部20を周囲から絶縁することができる。そのため、容器200の内部の液体wが導電性を有していても、各ピエゾ抵抗部20から液体wに電流がリークすることを抑制することができる。更に、上記の構成では、溝部50が複数のピエゾ抵抗部20を囲むように一周しているので、ダイヤフラム部10における応力がピエゾ抵抗部20とピエゾ抵抗部20との間で溝部50によって分断されることがない。したがって、複数のピエゾ抵抗部20を周囲から絶縁すると共に、ダイヤフラム部10における応力を精度良く検出することができる。
According to this configuration, the plurality of
また、上記の構成では、溝部50が絶縁膜40を貫通して延びている。そのため、周囲に対する複数のピエゾ抵抗部20の絶縁性を高めることができる。
Further, in the above configuration, the
また、上記の構成では、ダイヤフラム部10の受圧面14が容器200の内部を向くようにセンサチップ1が容器200の内面210に固定されている。この構成によれば、流体の圧力がセンサチップ1に作用したときに、センサチップ1が容器200の内面210に押し付けられるので、センサチップ1を容器200に強固に固定することができる。
Further, in the above configuration, the
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 Although one embodiment has been described above, the specific embodiment is not limited to the above embodiment. In the following description, the same components as those in the above description will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
(1)他の実施例では、図3に示すように、容器200の開口部220及びセンサチップ1の溝部50に充填材70が充填されていてもよい。充填材70は、絶縁性の材料からなる。充填材70は、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂からなる。充填材70は、ダイヤフラム部10の上面を覆っている。また、他の実施例では、支持部30の下にガラス部材130が配置されていてもよい。ガラス部材130は、支持部30の下面に固定されている。ガラス部材130は、支持部30を支持している。ガラス部材130は、開口部132を備えている。ガラス部材130は、その開口部132がダイヤフラム部10の受圧面14と向かい合うように配置されている。
(1) In another embodiment, as shown in FIG. 3, the
(2)更に他の実施例では、図4に示すように、支持部30に複数の溝部50が形成されていてもよい。溝部50の数は特に限定されるものではない。
(2) In still another embodiment, as shown in FIG. 4, a plurality of
(3)上記の実施例では、溝部50が絶縁膜40を貫通して絶縁膜40の下側まで延びていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、図5に示すように、溝部50が絶縁膜40を貫通していなくてもよい。溝部50は、絶縁膜40に達する位置まで延びていればよい。溝部50の底面52が絶縁膜40に達していればよい。この構成によっても、複数のピエゾ抵抗部20を周囲から絶縁することができる。
(3) In the above embodiment, the
(4)上記の実施例では、絶縁膜40がダイヤフラム部10の受圧面14を覆っている構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、図6に示すように、ダイヤフラム部10の内部に絶縁膜40が形成されていてもよい。ダイヤフラム部10の受圧面14よりも上側に絶縁膜40が配置されていてもよい。この構成では、絶縁膜40よりも下側に受圧面14が位置している。受圧面14が容器200の内部の液体wに接触している。また、上記の実施例では、支持部30に溝部50が形成されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、図6に示すように、ダイヤフラム部10に溝部50が形成されていてもよい。図6に示す構成によっても、複数のピエゾ抵抗部20を周囲から絶縁すると共にダイヤフラム部10における応力を精度良く検出することができる。
(4) In the above embodiment, the insulating
(5)上記の実施例では、ダイヤフラム部10に4個のピエゾ抵抗部20が配置されている構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、ダイヤフラム部10に例えば2個のピエゾ抵抗部20が配置されている構成であってもよい。
(5) In the above embodiment, four
(6)上記の実施例では、センサチップ1が容器200の内面210に固定されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、センサチップ1が容器200の外面に固定されていてもよい。また、更に他の実施例では、センサチップ1が管250の内面に固定されていてもよい。センサチップ1が固定される部材は特に限定されるものではない。ダイヤフラム部10の受圧面14が液体w側を向くように配置されていればよい。
(6) In the above embodiment, the
(7)上記の実施例では、流体の一例として液体wを用いていたが、この構成に限定されるものではなく、他の実施例では、流体が気体であってもよい。 (7) In the above embodiment, the liquid w is used as an example of the fluid, but the present invention is not limited to this configuration, and in other examples, the fluid may be a gas.
(8)上記の実施例では、センサチップ1が接着剤60によって容器200に固定されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、接着剤60に代えて、はんだや低融点ガラスが用いられてもよい。
(8) In the above embodiment, the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
1:センサチップ、10:ダイヤフラム部、12:外周端部、14:受圧面、20:ピエゾ抵抗部、30:支持部、32:固定面、40:絶縁膜、50:溝部、52:底面、60:接着剤、70:充填材、200:容器、210:内面 1: Sensor chip, 10: Diaphragm part, 12: Outer peripheral end part, 14: Pressure receiving surface, 20: Piezoresistive part, 30: Support part, 32: Fixed surface, 40: Insulating film, 50: Groove part, 52: Bottom surface, 60: Adhesive, 70: Filler, 200: Container, 210: Inner surface
Claims (4)
流体の圧力を受圧する受圧面を備えているダイヤフラム部と、
前記ダイヤフラム部の外周端部を支持している支持部と、
前記ダイヤフラム部に配置されている複数のピエゾ抵抗部と、
複数の前記ピエゾ抵抗部よりも前記受圧面側において前記受圧面に沿う方向に延びている絶縁膜と、
複数の前記ピエゾ抵抗部の周りにおいて前記受圧面と反対側の面から前記絶縁膜に達する位置まで延びている溝部であって、前記受圧面と直交する方向に視たときに複数の前記ピエゾ抵抗部を囲むように一周している前記溝部と、を備えているセンサチップ。 A sensor chip made of semiconductors
A diaphragm part having a pressure receiving surface that receives the pressure of the fluid, and
A support portion that supports the outer peripheral end portion of the diaphragm portion, and a support portion that supports the outer peripheral end portion.
A plurality of piezoresistive parts arranged in the diaphragm part, and
An insulating film extending in a direction along the pressure receiving surface on the pressure receiving surface side of the plurality of piezoresistive portions.
A groove extending from a surface opposite to the pressure receiving surface to a position reaching the insulating film around the plurality of piezoresistive portions, and when viewed in a direction orthogonal to the pressure receiving surface, the plurality of piezoresistive portions. A sensor chip including the groove portion that goes around the portion so as to surround the portion.
前記ダイヤフラム部の前記受圧面が前記容器又は前記管の内部を向くように前記容器又は前記管の内面に固定されている、センサチップ。 The sensor chip according to any one of claims 1 to 3, which is fixed to a container or a tube.
A sensor chip in which the pressure receiving surface of the diaphragm portion is fixed to the inner surface of the container or the pipe so as to face the inside of the container or the pipe.
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