JP2864700B2 - Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing the same

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JP2864700B2 JP2240343A JP24034390A JP2864700B2 JP 2864700 B2 JP2864700 B2 JP 2864700B2 JP 2240343 A JP2240343 A JP 2240343A JP 24034390 A JP24034390 A JP 24034390A JP 2864700 B2 JP2864700 B2 JP 2864700B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、面方位がほぼ(110)である単結晶シリコ
ン基板をエッチングして凹設されたダイヤフラム部を有
する半導体圧力センサ及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor pressure sensor having a diaphragm portion recessed by etching a single crystal silicon substrate having a plane orientation of approximately (110) and a method of manufacturing the same. About.

[従来の技術] 従来の半導体圧力センサの一例を第8図に示す。[Prior Art] An example of a conventional semiconductor pressure sensor is shown in FIG.

この半導体圧力センサは、面方位がほぼ(110)であ
る単結晶シリコン基板1aを異方性エッチングして略四角
形状に凹設されたダイヤフラム部4aを有する。面方位が
ほぼ(110)の場合、ブリッジを構成する歪みゲージは
ダイヤフラム部4aの周辺部及び中央部に設けられる。
This semiconductor pressure sensor has a diaphragm portion 4a which is formed in a substantially square shape by anisotropically etching a single crystal silicon substrate 1a having a plane orientation of approximately (110). When the plane orientation is substantially (110), the strain gauges forming the bridge are provided at the peripheral part and the central part of the diaphragm part 4a.

この基板1aの非ダイヤフラム部7aは、第3図に示すよ
うに、例えばパイレックスガラス製の台座3に接合さ
れ、台座3の圧力導入孔31を通じて外部からダイヤフラ
ム部4aに凹面に圧力が導入される。
As shown in FIG. 3, the non-diaphragm portion 7a of the substrate 1a is joined to a pedestal 3 made of, for example, Pyrex glass, and a pressure is introduced into the diaphragm portion 4a from outside through a pressure introducing hole 31 of the pedestal 3. .

特公昭60−13314号公報の半導体圧力センサは、面方
位が(100)である半導体結晶の表面における異なる2
種類の結晶軸に平行な辺を有する八角形状のダイヤフラ
ム部を開示している。この面方位をもつ半導体圧力セン
サでは、歪みゲージを全てダイヤフラム部の周辺部に配
置することが一般的である。更に上記公報は、上記構造
をとることにより、局部的な応力集中を排して許容印加
圧力の最大値を大きくできるという効果を奏し得ること
について開示している。
The semiconductor pressure sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 60-13314 discloses a semiconductor pressure sensor having a surface orientation of (100) different from the surface of a semiconductor crystal.
Disclosed are octagonal diaphragm portions having sides parallel to different crystal axes. In a semiconductor pressure sensor having this plane orientation, it is general that all strain gauges are arranged around the diaphragm. Further, the above-mentioned publication discloses that adopting the above-described structure can provide an effect of eliminating local stress concentration and increasing the maximum value of the allowable applied pressure.

[発明が解決しようとする課題] 上述したごとき単結晶シリコン基板をそれと熱膨張係
数が異なる台座に接合する半導体圧力センサにおいて、
従来より、両者の熱膨張係数の差によりダイヤフラム部
に熱応力が生じ、ダイヤフラム面内におけるこの熱応力
のばらつきによりブリッジに熱応力に起因した出力(以
下、熱応力出力と呼ぶ。)が発生することが知られてい
る。この熱応力出力は、圧力信号以外の信号成分(以
下、オフセット電圧と呼ぶ。)であり、後述するが温度
変化に対する非直線性をもつことが多く、通常、簡単な
電子回路では、この非直線性を補償することがむずかし
いため、半導体圧力センサの精度向上の大きな障害とな
っており、それにかかわらず、従来、有効な解決策は示
されていなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] In a semiconductor pressure sensor in which a single crystal silicon substrate as described above is joined to a pedestal having a different thermal expansion coefficient from the single crystal silicon substrate,
Conventionally, a thermal stress is generated in a diaphragm portion due to a difference in thermal expansion coefficient between the two, and an output (hereinafter, referred to as a thermal stress output) due to the thermal stress is generated in a bridge due to a variation in the thermal stress in a diaphragm surface. It is known. This thermal stress output is a signal component other than the pressure signal (hereinafter, referred to as an offset voltage). Although described later, the thermal stress output often has a non-linearity with respect to a temperature change. Difficulty compensating the performance has been a major obstacle to improving the accuracy of the semiconductor pressure sensor, and despite that, no effective solution has been hitherto shown.

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、温度
補償精度を格段に向上することが可能な半導体圧力セン
サ及びその製造方法を提供することを、その目的として
いる。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor and a method of manufacturing the same that can significantly improve the temperature compensation accuracy.

[課題を解決するための手段] 本発明の半導体圧力センサは、ダイヤフラム部上に設
けられた歪みゲージと、前記ダイヤフラムの基台として
面方位がほぼ(110)であるシリコン結晶の基台と、前
記基台に接合される台座とを備える半導体圧力センサに
おいて、 前記ダイヤフラム部は、<100>軸、<110>軸、<11
1>軸に各々直交する対向2辺をもつ八角形状を有し、
かつ<100>軸に直交する対向2辺間距離と<110>軸に
直交する対向2辺間距離とがほぼ等しいことを特徴とし
ている。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor pressure sensor according to the present invention includes: a strain gauge provided on a diaphragm; a silicon crystal base having a plane orientation of approximately (110) as a base of the diaphragm; In a semiconductor pressure sensor including a pedestal joined to the base, the diaphragm portion may have a <100> axis, a <110> axis, and a <11> axis.
1> has an octagonal shape with two opposing sides each orthogonal to the axis,
In addition, the distance between two opposing sides orthogonal to the <100> axis is substantially equal to the distance between two opposing sides orthogonal to the <110> axis.

ここで、面方位がほぼ(110)であるとは、(110)面
から例えば数度程度傾斜してもよいということをいう。
トランジスタを集積化するために基板表面にエピタシシ
ヤル成長を行うにはこのような傾斜が欠陥低減上で好都
合である。
Here, that the plane orientation is substantially (110) means that the plane may be inclined, for example, by several degrees from the (110) plane.
Such an inclination is advantageous for reducing defects when epitaxial growth is performed on a substrate surface to integrate a transistor.

また、上記した本発明の半導体圧力センサを製造する
ために、以下の製造方法が用いられる。
The following manufacturing method is used to manufacture the above-described semiconductor pressure sensor of the present invention.

すなわち、本発明の半導体圧力センサの製造方法は、
面方位がほぼ(110)であるシリコン基板を異方性エッ
チングすることにより前記シリコン基板に薄肉のダイヤ
フラム部を形成してなる半導体圧力センサの製造方法に
おいて、 八角形状のエッチング用開口部を有するエッチング用
マスクを用いて、前記エッチング用開口部から前記シリ
コン基板を異方性エッチングして、<100>軸、<110>
軸、<111>軸に各々直交する対向2辺をもち、かつ<1
00>軸に直交する対向2辺間距離と<110>軸に直交す
る対向2辺間距離とがほぼ等しい八角形状のダイヤフラ
ム部を形成するようにしたことを特徴としている。
That is, the method of manufacturing a semiconductor pressure sensor according to the present invention includes:
A method of manufacturing a semiconductor pressure sensor, comprising forming a thin diaphragm portion on a silicon substrate by anisotropically etching a silicon substrate having a plane orientation of approximately (110), wherein the etching has an octagonal etching opening. The silicon substrate is anisotropically etched from the etching opening using a mask for <100> axis and <110> axis.
Axis and two opposite sides orthogonal to the <111> axis, respectively, and <1
It is characterized in that an octagonal diaphragm portion is formed in which the distance between two opposing sides orthogonal to the 00> axis and the distance between two opposing sides orthogonal to the <110> axis are substantially equal.

[作用及び発明の効果] 本発明に開示するところの、<100>軸に直交する対
向2辺間距離と<110>軸に直交する対向2辺間距離と
がほぼ等しい八角形状のダイヤフラム部をもち面方位が
ほぼ(110)であるシリコン結晶の基台と、台座とを備
える半導体圧力センサ(以下、(110)型八角形状半導
体圧力センサと称する)は、ほぼ四角形状のダイヤフラ
ム部をもつシリコン結晶の基台と、この基台と異なる熱
膨張係数を有する台座とを備える従来の半導体圧力セン
サ(以下、四角形半導体圧力センサと称する)に比べ
て、ダイヤフラム部面内における熱応力の分布を変え得
ることが有限要素法による計算及び試作で判明した。
[Operation and Effect of the Invention] The octagonal diaphragm portion disclosed in the present invention has a distance between two opposing sides perpendicular to the <100> axis and a distance between two opposing sides perpendicular to the <110> axis. A semiconductor pressure sensor having a silicon crystal base having a (110) surface orientation and a pedestal (hereinafter referred to as a (110) octagonal semiconductor pressure sensor) is a silicon pressure sensor having a substantially square diaphragm portion. Compared to a conventional semiconductor pressure sensor having a crystal base and a pedestal having a thermal expansion coefficient different from that of the base (hereinafter referred to as a square semiconductor pressure sensor), the distribution of thermal stress in the plane of the diaphragm is changed. It was found by calculation and trial production by the finite element method.

その結果、本発明の(110)型八角形半導体圧力セン
サによれば、従来より温度変動に関らず出力誤差を極め
て小さくすることができる。
As a result, according to the (110) type octagonal semiconductor pressure sensor of the present invention, the output error can be made extremely small irrespective of the temperature fluctuation as compared with the related art.

更に、本発明の(110)型八角形状半導体圧力センサ
は、ダイヤフラム部の<100>軸に直交する対向2辺間
距離と<110>軸に直交する対向2辺間距離とがほぼ等
しくされているので、ダイヤフラム部面内各部の熱応力
のばらつきを低減して、温度特性を改善することができ
る。
Furthermore, in the (110) type octagonal semiconductor pressure sensor of the present invention, the distance between two opposing sides orthogonal to the <100> axis of the diaphragm portion is substantially equal to the distance between two opposing sides orthogonal to the <110> axis. Therefore, it is possible to reduce the variation of the thermal stress of each part in the surface of the diaphragm part and to improve the temperature characteristic.

また、本発明では、上記した本発明の半導体圧力セン
サを製造するために、以下の製造方法を用いられる。
In the present invention, the following manufacturing method is used to manufacture the above-described semiconductor pressure sensor of the present invention.

すなわち、本発明の半導体圧力センサの第一の製造方
法は、面方位がほぼ(110)であるシリコン基板を異方
性エッチングすることにより前記シリコン基板に薄肉の
ダイヤフラム部を形成してなる半導体圧力センサの製造
方法において、八角形状のエッチング用開口部を有する
エッチング用マスクを用い、前記エッチング用開口部か
ら前記シリコン基板を異方性エッチングして、<100>
軸、<110>軸、<111>軸に各々直交する対向2辺をも
ち、かつ<100>軸に直交する対向2辺間距離と<110>
軸に直交する対向2辺間距離とがほぼ等しい八角形状の
前記ダイヤフラム部を形成するようにしたことを特徴と
している。
That is, a first method of manufacturing a semiconductor pressure sensor according to the present invention provides a semiconductor pressure sensor formed by forming a thin diaphragm portion on a silicon substrate having an approximately (110) plane orientation by anisotropically etching the silicon substrate. In a method of manufacturing a sensor, the silicon substrate is anisotropically etched from the etching opening using an etching mask having an octagonal etching opening, and the <100>
Axis, <110> axis, and <111> axis, each having two opposing sides orthogonal to each other, and the distance between the two opposing sides orthogonal to the <100> axis and <110>.
The octagonal diaphragm is formed so that the distance between two opposing sides perpendicular to the axis is substantially equal.

この製造方法によれば、前述した本発明の(110)型
八角形状半導体圧力センサを良好に作製することができ
る。
According to this manufacturing method, the above-described (110) octagonal semiconductor pressure sensor of the present invention can be favorably manufactured.

[実施例] (実施例1) 本発明の半導体圧力センサの一実施例を第1図〜第4
図により説明する。
Embodiments (Embodiment 1) FIGS. 1 to 4 show one embodiment of the semiconductor pressure sensor of the present invention.
This will be described with reference to the drawings.

この半導体圧力センサは、第3図に示すように、ダイ
ヤフラム部4をもち一辺が約3mmの正方形にダイシング
された単結晶シリコンチップからなる基板1と、基板1
の非ダイヤフラム部7すなわちダイヤフラム部4の周縁
部に静電接合されたパイレックスガラス(商品名)製の
台座3とからなる。台座3に貫孔された圧力導入孔31を
通じて外部からダイヤフラム部4の凹面側に被測定圧力
が導入され、一方、ダイヤフラム部4の平坦面側に一定
の基準圧力が印加される。
As shown in FIG. 3, the semiconductor pressure sensor includes a substrate 1 made of a single-crystal silicon chip having a diaphragm portion 4 and diced into a square having a side of about 3 mm.
And the pedestal 3 made of Pyrex glass (trade name) electrostatically bonded to the peripheral portion of the non-diaphragm portion 7, that is, the diaphragm portion 4. A pressure to be measured is introduced from the outside to the concave side of the diaphragm portion 4 through a pressure introducing hole 31 penetrated through the pedestal 3, while a constant reference pressure is applied to the flat surface side of the diaphragm portion 4.

基板1の厚さは約0.3mm、面方位はほぼ(110)であっ
て、基板1の中央部には異方性エッチングにより八角形
状のダイヤフラム部4が凹設されている。
The thickness of the substrate 1 is about 0.3 mm, the plane orientation is substantially (110), and an octagonal diaphragm portion 4 is recessed at the center of the substrate 1 by anisotropic etching.

ダイヤフラム部4は、厚さが約40μmであって、<10
0>軸、<110>軸、<111>軸に直交する辺により区画
されている。第1辺ι1の長さは約0.54mm、第2辺ι2
の長さは約0.84mm、第3辺ι3の長さは約0.48mmとされ
ている。
Diaphragm part 4 has a thickness of about 40 μm and <10
It is defined by sides orthogonal to the 0>, <110>, and <111> axes. The length of the first side ι1 is about 0.54mm, the second side ι2
Has a length of about 0.84 mm and the length of the third side ι3 is about 0.48 mm.

ダイヤフラム部4の周辺部及び中央部には、基板1と
反対導電型の不純物ドープにより4個の歪みゲージ2が
形成され、これら歪みゲージ2は第4図に示すように、
ブリッジ接続されている。
Four strain gauges 2 are formed in the peripheral part and the central part of the diaphragm part 4 by impurity doping of a conductivity type opposite to that of the substrate 1, and as shown in FIG.
Bridge-connected.

以下、この半導体圧力センサの製造工程について説明
する。
Hereinafter, a manufacturing process of the semiconductor pressure sensor will be described.

ほぼ面方位が(110)である単結晶シリコンウエハに
通常の半導体プロセス技術により、歪ゲージ2a〜2dを形
成し、その後、コンタクトホール形成、配線、パッシベ
ーション、ボンディング用パッドの形成を行う。歪みゲ
ージ2a〜2dの配置は通常の(110)面を用いた場合と同
様で、ダイヤフラム部4の中心を通る<110>軸を対称
軸とするように、ゲージ長手方向を<110>方向に合わ
せ、歪みゲージ2a、2dはダイヤフラム部4の周辺部に、
歪みゲージ2b、2cはその中央部に配置する。
Strain gauges 2a to 2d are formed on a single crystal silicon wafer having a plane orientation of approximately (110) by a normal semiconductor process technique, and thereafter, contact holes are formed, wiring, passivation, and bonding pads are formed. The arrangement of the strain gauges 2a to 2d is the same as the case of using the normal (110) plane, and the longitudinal direction of the gauge is set in the <110> direction so that the <110> axis passing through the center of the diaphragm part 4 is set as a symmetric axis. The strain gauges 2a and 2d are attached around the diaphragm 4
The strain gauges 2b and 2c are arranged at the center.

次はウエハ裏面には第2図に示すようにホトリソ法に
より酸化膜等のエッチング用マスクを形成し、KOH水溶
液などにより異方性エッチングする。このようにする
と、<100>軸、<110>軸、<111>軸に垂直な直線に
より八角形をもつダイヤフラム4を形成することがき
る。
Next, as shown in FIG. 2, an etching mask such as an oxide film is formed on the back surface of the wafer by a photolithographic method, and anisotropically etched with a KOH aqueous solution or the like. In this manner, the diaphragm 4 having an octagon can be formed by straight lines perpendicular to the <100> axis, the <110> axis, and the <111> axis.

次にこのウエハをダイシングし、パイレックスガラス
製の台座3に静電接合し、ボンディング用パッドと図示
しない入出力ピンとを金線等によりボンディングする。
Next, the wafer is diced and electrostatically bonded to a Pyrex glass pedestal 3, and bonding pads and input / output pins (not shown) are bonded by gold wires or the like.

この種の半導体圧力センサの構造及び製造工程につい
ては良く知られているので、これ以上の説明は省略す
る。
Since the structure and manufacturing process of this type of semiconductor pressure sensor are well known, further description is omitted.

次に、ブリッジ(第4図参照)の出力端に発生する熱
誤差オフセット電圧について説明する。
Next, the thermal error offset voltage generated at the output terminal of the bridge (see FIG. 4) will be described.

この熱誤差オフセット電圧は、主として台座3と基板
1との熱膨張係数の差や、基板1とそれに被着された熱
酸化膜やパッシベーション膜等との熱膨張係数の差に起
因して生じる熱応力がダイヤフラム部面内においてばら
つくことにより生じる。
The thermal error offset voltage is mainly caused by a difference in thermal expansion coefficient between the pedestal 3 and the substrate 1 and a difference in thermal expansion coefficient between the substrate 1 and a thermal oxide film, a passivation film, or the like attached to the substrate 1. The stress is caused by variation in the plane of the diaphragm.

パイレックス台座による熱応力を有限要素法によって
解析した径方向における熱応力の分布について第5図に
示す。Aはこの実施例の半導体圧力センサにおける径方
向の熱応力分布を示し、Bはこの実施例の半導体圧力セ
ンサに対しダイヤフラム部の対応辺間距離が等しい四角
形状の半導体圧力センサ(第8図参照)における径方向
の熱応力分布を示す。
FIG. 5 shows the distribution of the thermal stress in the radial direction obtained by analyzing the thermal stress by the Pyrex pedestal by the finite element method. A shows a thermal stress distribution in the radial direction in the semiconductor pressure sensor of this embodiment, and B shows a quadrangular semiconductor pressure sensor (see FIG. 8) in which the distance between corresponding sides of the diaphragm portion is equal to that of the semiconductor pressure sensor of this embodiment. 2) shows the thermal stress distribution in the radial direction in FIG.

解析条件は、温度差100℃、熱膨張係数差1×10
-7[℃-1]と仮定し、圧力差は0とした。
Analysis conditions are: temperature difference 100 ° C, thermal expansion coefficient difference 1 × 10
−7 [° C. −1 ], and the pressure difference was set to 0.

第5図からわかるように、この実施例の半導体圧力セ
ンサ(A)は従来の半導体圧力センサ(B)に比較し
て、ダイヤフラム部4の面内における熱応力ばらつきが
格段に小さいことがわかる。特に、この実施例の半導体
圧力センサでは、ダイヤフラム部4の中央部と周辺部と
で熱応力がほぼ等しくなるので、ブリッジ出力Voutに熱
誤差出力電圧がほとんど発生しないことがわかった。
As can be seen from FIG. 5, the semiconductor pressure sensor (A) of this embodiment has much smaller thermal stress variation in the plane of the diaphragm portion 4 than the conventional semiconductor pressure sensor (B). In particular, in the semiconductor pressure sensor of this embodiment, since the thermal stress was substantially equal between the central portion and the peripheral portion of the diaphragm portion 4, it was found that a thermal error output voltage was hardly generated in the bridge output Vout.

従って、八角形半導体圧力センサでは、ダイヤフラム
部4の中央部に配置された歪ゲージ2b、2cと、周辺部に
配置された歪みゲージ2a、2dとの熱応力の差が極めて小
さくでき、その結果、熱誤差オフセット電圧は大幅に低
減される。
Therefore, in the octagonal semiconductor pressure sensor, the difference in thermal stress between the strain gauges 2b and 2c arranged at the center of the diaphragm 4 and the strain gauges 2a and 2d arranged at the periphery can be extremely small. , The thermal error offset voltage is greatly reduced.

なお、第4図のブリッジにおいて、熱誤差オフセット
電圧を含む全オフセット電圧Vout(p=0)は、 Vout(p=0) =Vin・(Rb・Rc−Ra・Rd)/ {(Ra+Rb)・(Rc+Rd)} ただし、Ra、Rb、Rc、Rdはそれぞれ、歪ゲージ2a、2b、
2c、2dの抵抗値とし、ダイヤフラム4に加えられる圧力
差pは0とする。なお、歪ゲージ2a〜2dの抵抗値は熱応
力とともに、各歪ゲージ自体の抵抗温度係数TCRのばら
つきによって変化する。
In the bridge of FIG. 4, the total offset voltage Vout (p = 0) including the thermal error offset voltage is: Vout (p = 0) = Vin · (Rb · Rc−Ra · Rd) / {(Ra + Rb) · (Rc + Rd)} where Ra, Rb, Rc, and Rd are the strain gauges 2a, 2b,
The resistance values are 2c and 2d, and the pressure difference p applied to the diaphragm 4 is 0. The resistance values of the strain gauges 2a to 2d change together with the thermal stress due to variations in the temperature coefficient of resistance TCR of each strain gauge itself.

いま、室温から150℃程度まての範囲において、パイ
レックスガラスの熱膨張係数αp=3.2×10
-6[℃-1]、温度T[℃]におけるSiの熱膨張係数αs
≒4.8×10-9T+2.6×10-6[℃-1]とすると、熱歪量|
εT|は となり、温度依存性をもつ。ただし、TBは基板1と台
座3とを接合した時の温度、εoは温度Tが0℃である
場合の熱歪量とする。
Now, in the range from room temperature to about 150 ° C., the coefficient of thermal expansion of Pyrex glass αp = 3.2 × 10
-6 [℃ -1 ], temperature T [° C], thermal expansion coefficient αs of Si
≒ 4.8 × 10 -9 T + 2.6 × 10 -6 [℃ -1 ], the amount of thermal strain |
εT | And has temperature dependence. Here, TB is the temperature when the substrate 1 and the pedestal 3 are joined, and εo is the amount of thermal strain when the temperature T is 0 ° C.

上式の温度Tについての2次成分は、熱歪の温度依存
性の非直線性成分を表しており、前述のように熱歪の絶
対値自体よりも、この非直線性成分が温度補償上問題と
なることが多い。
The second-order component of the temperature T in the above equation represents a non-linear component of the temperature dependence of the thermal strain. As described above, this non-linear component is more important for temperature compensation than the absolute value of the thermal strain itself. Often a problem.

これらの熱歪量|εT|が各歪ゲージ2a〜2dの温度変動
により各抵抗値が変化するが、ブリッジ接続において
は、上記オフセット電圧Vout(p=0)の式からわかる
ように、各歪ゲージ2a〜2dの抵抗値のばらつき(特に周
辺部の2a、2dと中央部の2b、2cとの熱歪量の差)が実際
には熱誤差オフセット電圧(主に熱応力出力)として現
れる。
Each of these resistance values changes due to the temperature fluctuation of each of the strain gauges 2a to 2d. However, in the bridge connection, as can be understood from the equation of the offset voltage Vout (p = 0), Variations in the resistance values of the gauges 2a to 2d (particularly, differences in the amount of thermal strain between the peripheral portions 2a and 2d and the central portions 2b and 2c) actually appear as thermal error offset voltages (mainly thermal stress outputs).

次に、この実施例の半導体圧力センサについて、ダイ
ヤフラム部4の各辺長の比率を種々、変更した試験品を
作製し、その温度変化に対する熱誤差オフセット電圧の
変動量を測定した。比較例品として四角形状で辺間距離
が等しいものも作製し、その温度変化に対する熱誤差オ
フセット電圧の変動量を1として、第6図に相対表示す
る。
Next, with respect to the semiconductor pressure sensor of this embodiment, test articles were manufactured in which the ratio of each side length of the diaphragm portion 4 was changed variously, and the amount of change of the thermal error offset voltage with respect to the temperature change was measured. As a comparative example, a rectangular product having the same distance between the sides was also manufactured, and the amount of change of the thermal error offset voltage with respect to the temperature change is set to 1, and is relatively displayed in FIG.

試験条件は、ダイヤフラム部4の圧力差は0、温度変
化は25℃と120℃、ダイヤフラム部4の第1辺ι1の長
さをι、互いに平行で第1辺に直角な両第2辺間ι2の
距離をL、互いに平行な両第1辺ι1間の距離をL′と
し、L′/Lを1.04とした(第7図参照)。
The test conditions are as follows: the pressure difference of the diaphragm part 4 is 0, the temperature change is 25 ° C. and 120 ° C., the length of the first side ι1 of the diaphragm part 4 is ι, the distance between the second sides parallel to each other and perpendicular to the first side. The distance between ι2 is L, the distance between both first sides ι1 parallel to each other is L ′, and L ′ / L is 1.04 (see FIG. 7).

第6図からι/L=0.4とすると、変動量をほぼ0とす
ることができることがわかった。ただし、パッシベーシ
ョン膜等の影響も考慮すると、ダイヤフラムの厚さ等の
スケールを変えると、第6図に示したグラフは多少変わ
る可能性がある。
From FIG. 6, it was found that when ι / L = 0.4, the fluctuation amount can be made almost zero. However, considering the influence of the passivation film and the like, if the scale such as the thickness of the diaphragm is changed, the graph shown in FIG. 6 may slightly change.

変形態様 歪ゲージ2a〜2dは単結晶シリコン(110)面に不純物
ドープして作製したが、この他、ダイヤフラム4の上に
設けられたポリシリコン抵抗としてもよい。
Modifications Although the strain gauges 2a to 2d are made by doping the single crystal silicon (110) surface with impurities, a polysilicon resistor provided on the diaphragm 4 may be used.

また、面方位が(110)の基板1に面方位が(100)の
単結晶シリコン基板を張りあわせ、この(100)基板に
歪ゲージ抵抗体を形成してもよい。
Alternatively, a single crystal silicon substrate having a (100) plane orientation may be bonded to the substrate 1 having a (110) plane orientation, and a strain gauge resistor may be formed on the (100) substrate.

エッチング方法としては、KOH水溶液の他に、従来知
られている各種のものが採用可能である。
As the etching method, various conventionally known methods can be adopted in addition to the KOH aqueous solution.

台座3は、パイレックスガラス以外の材料を採用する
ことができる。
The pedestal 3 can employ a material other than Pyrex glass.

この実施例はブリッジを構成する4本の歪ゲージ2a〜
2dをダイヤフラム4上に形成したが、ダイヤフラム4上
に歪ゲージ2a、2b、あるいは2c、2dのいずれかの組み合
わせで構成されたいわゆるハーフブリッジ回路でも同様
の効果がある。
In this embodiment, four strain gauges 2a to
Although 2d is formed on the diaphragm 4, a so-called half-bridge circuit composed of any combination of the strain gauges 2a and 2b or 2c and 2d on the diaphragm 4 has the same effect.

(実施例効果) 以上説明したように、この実施例の半導体圧力センサ
では、面方位がほぼ(110)である八角形状のダイヤフ
ラム部の<100>軸に直交する対向2辺間距離と<110>
軸に直交する対向2辺間距離とが、第1図(a)、第6
図及び第7図に示すように、ほぼ等しくされているの
で、ダイヤフラム部面内各部の熱応力のばらつきを低減
してその温度変化による出力(熱応力出力)の変動を抑
止することができる。
(Effects of Embodiment) As described above, in the semiconductor pressure sensor of this embodiment, the distance between two opposing sides orthogonal to the <100> axis of the octagonal diaphragm portion having a plane orientation of substantially (110) is <110. >
The distance between the two opposing sides perpendicular to the axis is shown in FIG.
As shown in FIG. 7 and FIG. 7, since they are substantially equal, it is possible to reduce the variation of the thermal stress of each part in the surface of the diaphragm part and to suppress the variation of the output (thermal stress output) due to the temperature change.

また、ダイヤフラム部の第1辺の長さιダイヤフラム
部の両第2辺間の距離Lに対し、その比ι/Lを変えるこ
とにより熱応力の影響度合を任意に変えることができ
る。したがって、この実施例によれば、熱応力出力をな
くすのみならず、熱応力任意を任意に変えられるので圧
力感度の温度補償のため、熱応力出力を積極的に利用す
ること(ただし、圧力感度とオフセット電圧はまったく
異なるものなので完全な補償方法ではない。)も可能と
なり、温度変化による出力の変動が極めて小さい半導体
圧力センサを作製することが可能となる。
In addition, the degree of influence of thermal stress can be arbitrarily changed by changing the ratio ι / L with respect to the length L of the first side of the diaphragm portion and the distance L between the two second sides of the diaphragm portion. Therefore, according to this embodiment, the thermal stress output can be arbitrarily changed as well as the thermal stress output can be arbitrarily changed, so that the thermal stress output is actively used for temperature compensation of the pressure sensitivity. And the offset voltage are completely different, so it is not a perfect compensation method.), And a semiconductor pressure sensor having an extremely small output fluctuation due to a temperature change can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)は本発明の半導体圧力センサに用いる基板
の一実施例を示す平面図、同図(b)は同図(a)のAA
断面図、同図(c)は同図(a)のCC断面図、同図
(d)は同図(a)のBB断面図、第2図はその製造に用
いるエッチング用マスクを示す平面図、第3図は上記実
施例の半導体圧力センサの断面図、第4図はブリッジ接
続回路図、第5図は径方向の熱応力分布を示す線図、第
6図は温度変化に対するブリッジのオフセット電圧変動
を示す線図、第7図は第6図において用いた試料の寸法
を表わす図、第8図(a)は従来の半導体圧力センサの
基板の平面図、同図(b)はそのAA断面図、同図(c)
はそのBB断面図である。 1……基板 2a〜2d……歪みゲージ 3……台座 4……ダイヤフラム部
FIG. 1 (a) is a plan view showing an embodiment of a substrate used for a semiconductor pressure sensor according to the present invention, and FIG. 1 (b) is AA in FIG. 1 (a).
FIG. 2 (c) is a sectional view taken along line CC of FIG. 1 (a), FIG. 2 (d) is a sectional view taken along line BB of FIG. 1 (a), and FIG. 2 is a plan view showing an etching mask used in the manufacture thereof. FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor pressure sensor of the above embodiment, FIG. 4 is a bridge connection circuit diagram, FIG. 5 is a diagram showing a thermal stress distribution in a radial direction, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing the dimensions of the sample used in FIG. 6, FIG. 8A is a plan view of a substrate of a conventional semiconductor pressure sensor, and FIG. Sectional view, FIG.
Is a BB sectional view thereof. 1 ... substrate 2a-2d ... strain gauge 3 ... pedestal 4 ... diaphragm part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−80174(JP,A) 特開 昭62−259476(JP,A) 特開 昭63−144582(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/84 G01L 9/04 101──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-56-80174 (JP, A) JP-A-62-259476 (JP, A) JP-A-63-144582 (JP, A) (58) Investigation Field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 29/84 G01L 9/04 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ダイヤフラム部上に設けられた歪みゲージ
と、前記ダイヤフラムの基台として面方位がほぼ(11
0)であるシリコン結晶の基台と、前記基台に接合され
る台座とを備える半導体圧力センサにおいて、 前記ダイヤフラム部は、<100>軸、<110>軸、<111
>軸に各々直交する対向2辺をもつ八角形状を有し、か
つ<100>軸に直交する対向2辺間距離と<110>軸に直
交する対向2辺間距離とがほぼ等しいことを特徴とする
半導体圧力センサ。
A strain gauge provided on a diaphragm portion and a base of the diaphragm having a plane orientation substantially (11).
0) a semiconductor pressure sensor comprising a silicon crystal base and a pedestal joined to the base, wherein the diaphragm portion has a <100> axis, a <110> axis, and a <111> axis.
> Has an octagonal shape having two opposing sides each orthogonal to the axis, and the distance between the opposing two sides orthogonal to the <100> axis is substantially equal to the distance between the opposing two sides orthogonal to the <110> axis. Semiconductor pressure sensor.
【請求項2】面方位がほぼ(110)であるシリコン基板
を異方性エッチングすることにより前記シリコン基板に
薄肉のダイヤフラム部を形成してなる半導体圧力センサ
の製造方法において、 八角形状のエッチング用開口部を有するエッチング用マ
スクを用い、前記エッチング用開口部から前記シリコン
基板を異方性エッチングして、<100>軸、<110>軸、
<111>軸に各々直交する対向2辺をもち、かつ<100>
軸に直交する対向2辺間距離と<110>軸に直交する対
向2辺間距離とがほぼ等しい八角形状のダイヤフラム部
を形成するようにしたことを特徴とする半導体圧力セン
サの製造方法。
2. A method for manufacturing a semiconductor pressure sensor, comprising forming a thin diaphragm portion on a silicon substrate by anisotropically etching a silicon substrate having a plane orientation of approximately (110), comprising: Using an etching mask having an opening, the silicon substrate is anisotropically etched from the etching opening to obtain a <100> axis, a <110> axis,
It has two opposing sides orthogonal to the <111> axis, and <100>
A method of manufacturing a semiconductor pressure sensor, comprising forming an octagonal diaphragm portion in which a distance between two opposing sides perpendicular to the axis and a distance between two opposing sides perpendicular to the <110> axis are substantially equal.
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