JP5287806B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板と、該半導体基板に形成されたピエゾ抵抗素子と、を備える半導体圧力センサに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、歪み部を具備したセンサチップと、該センサチップが搭載されるパッケージと、を備える半導体圧力センサが提案されている。上記したセンサチップは直方体を成し、端部に塗布された接着剤を介してパッケージに片持ち支持されている。この支持構成により、特許文献１に記載の半導体圧力センサでは、パッケージに生じた熱応力がセンサチップの歪み部に作用することが抑制されている。

特開２００２−３５０２６０号公報

上記した歪み部は、センサチップの厚さが局所的に薄くなったダイアフラム部であり、このダイアフラム部の外形輪郭線（平面形状）は矩形を成している。この形状の場合、ダイアフラム部における圧力によって歪み易い部位は、上記した矩形を構成する４辺の中央であり、歪み難い部位は、４辺によって構成される４つの角部である。特許文献１では、上記した矩形を構成する４辺の内、互いに対向する２辺が、センサチップにおける接着剤が塗布された端部と、この端部とは反対側の端部とを結ぶ第１方向に沿い、残りの互いに対向する２辺が、第１方向と鉛直方向とに交差する第２方向に沿っている。そして、第１方向に沿い、互いに対向する２辺が第２方向に並び、第２方向に沿い、互いに対向する２辺が第１方向に並んでいる（特許文献１の図２ａ〜図６ａ参照）。これにより、ダイアフラム部における圧力によって歪み易い部位が、支持方向と交差方向とに並んでいる。

ところで、外部温度の変化によって、パッケージやセンサチップが膨張収縮すると、センサチップは、第１方向を軸として湾曲したり、接着剤によって固定された端部を固定端として鉛直下方に湾曲したりする。これらの湾曲によるセンサチップの歪みは、第１方向や第２方向に生じる。これに対して、特許文献１では、ダイアフラム部における圧力によって歪み易い部位が、第１方向と第２方向とに並んでいる。これにより、外部温度の変化によるセンサチップの湾曲によって、ダイアフラム部に歪みが生じ、ダイアフラム部に形成されたピエゾ抵抗の抵抗値が変動した結果、圧力の検出精度が低下する、という不具合が生じる虞があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、外部温度の変化によって、圧力の検出精度が低下することが抑制された半導体圧力センサを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、直方体を成し、主面の面方位が（１００）であるシリコン基板と、該シリコン基板の主面に形成されたピエゾ抵抗素子と、シリコン基板の第１端部を片持ち支持する支持部材と、を備え、シリコン基板には、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、その薄肉部の上にピエゾ抵抗素子の少なくとも一部が形成され、薄肉部の外形輪郭線が、４辺と、これら４辺を連結する４つの角部とによって構成された半導体圧力センサであって、４つの角部の内、第１端部に最も近い第１角部と、該第１端部とは反対側に位置する第２端部に最も近い第２角部とを結ぶ対角線が、第１端部と第２端部とを結ぶ第１方向に沿っていることを特徴とする。

このように本発明によれば、薄肉部の外形輪郭線が４辺と、これら４辺を連結する４つの角部とによって構成されている。そして、これら４つの角部の内、第１端部に最も近い第１角部と、該第１端部とは反対側に位置する第２端部に最も近い第２角部とを結ぶ対角線が、第１端部と第２端部とを結ぶ第１方向に沿っている。これにより、２つの角部が、第１方向に並んでおり、残り２つの角部が、第１方向と鉛直方向とに交差する第２方向に並んでいる。このように、圧力によって歪み難い角部が、第１方向と第２方向とに並んでいるので、外部温度の変化によってシリコン基板が湾曲したとしても、薄肉部に歪みが生じ難くなっている。これにより、外部温度の変化による歪みが、ピエゾ抵抗素子に印加されることが抑制され、圧力の検出精度が低下することが抑制される。

また、この構成の場合、常温時における圧力の検出感度の低下が抑制されることが、本発明者によって確認されている。この効果は、実施形態にて詳説する。

請求項２に記載のように、４つの角部の内、第１角部と第２角部とを除く残り２つの角部を結ぶ対角線が、第１方向と鉛直方向とに交差する第２方向に沿っている構成が好ましい。これによれば、残り２つの角部を結ぶ対角線が、第２方向に沿わない構成と比べて、外部温度の変化による薄肉部の歪みが生じ難くなる。これにより、外部温度の変化による歪みが、ピエゾ抵抗素子に印加されることが抑制され、圧力の検出精度が低下することが抑制される。

請求項３に記載のように、少なくとも４つのピエゾ抵抗素子が、４つの辺に隣接するように、薄肉部上に形成された構成を採用することができる。この構成のより具体的な構成は、請求項４〜６、及び、請求項８に記載の構成を採用することができる。請求項４では、４つの辺それぞれの中央に、ピエゾ抵抗素子が１つずつ隣接した構成となっている。請求項５では、４つの辺それぞれに、ピエゾ抵抗素子が１つずつ隣接しており、第１角部によって連結された２辺それぞれに隣接するピエゾ抵抗素子は、隣接する辺の中央よりも、第１角部側に位置し、第２角部によって連結された２辺それぞれに隣接するピエゾ抵抗素子は、隣接する辺の中央よりも、第２角部側に位置した構成となっている。請求項６では、４つの辺の内、第１角部によって連結された２辺それぞれに、ピエゾ抵抗素子が２つずつ隣接しており、これら２つのピエゾ抵抗素子の少なくとも一方が、隣接する辺の中央よりも、第１角部側に位置した構成となっている。なお、請求項３〜６に記載した４つのピエゾ抵抗素子によって、請求項７に記載のように、ホイーストンブリッジ回路を構成するのが良い。

請求項３〜６に記載のように、ピエゾ抵抗素子を配置することで、外部温度の変化によって薄肉部に歪みが生じたとしても、その影響がピエゾ抵抗素子に印加され難いことが、本発明者によって確認されている。特に、請求項５に記載のピエゾ抵抗素子の配置の場合、外部温度が高温になった時（高温時）に生じる薄肉部の歪みの影響が、ピエゾ抵抗素子に印加され難く、請求項６に記載のピエゾ抵抗素子の配置の場合、外部温度が低温になった時（低温時）に生じる薄肉部の歪みの影響が、ピエゾ抵抗素子に印加され難くなっている。ここで示した効果についても、実施形態にて詳説する。

なお、請求項８に記載のように、請求項５と請求項６に記載のピエゾ抵抗素子の配置を組み合わせた構成を採用することもできる。すなわち、４つの辺の内、第１角部によって連結された２辺それぞれに、ピエゾ抵抗素子が２つずつ隣接し、これら２つのピエゾ抵抗素子の少なくとも一方が、隣接する辺の中央よりも、第１角部側に位置しており、第２角部によって連結された２辺それぞれに、ピエゾ抵抗素子が１つずつ隣接し、この１つのピエゾ抵抗素子は、隣接する辺の中央よりも、第２角部側に位置した構成を採用することができる。この構成の場合、請求項９に記載のように、外部温度を検出する検温素子と、該検温素子の出力信号に基づいて、４つのピエゾ抵抗素子を選択して、選択したピエゾ抵抗素子によって、ホイーストンブリッジ回路を構成するように、各ピエゾ抵抗素子を電気的に接続する選択部と、を有し、選択部は、外部温度が所定温度よりも高温の場合、第１角部によって連結された２辺それぞれに形成されたピエゾ抵抗素子を選択して、これらを電気的に接続し、外部温度が所定温度よりも低温の場合、第１角部によって連結された２辺それぞれにて並んだ２つのピエゾ抵抗素子の内、第１角部側に位置するピエゾ抵抗素子と、第２角部を構成する２辺それぞれに形成されたピエゾ抵抗素子とを選択して、これらを電気的に接続するのが好ましい。

請求項９に記載の構成によれば、高温時において、高温時の歪みの影響が印加され難いピエゾ抵抗素子がホイーストンブリッジ回路の構成要素として選択され、低温時において、低温時の歪みの影響が印加され難いピエゾ抵抗素子がホイーストンブリッジ回路の構成要素として選択される。このように、外部温度の変動に応じて、薄肉部の歪みの影響が印加され難いピエゾ抵抗素子がホイーストンブリッジ回路の構成要素として選択されるので、外部温度の変動によって、圧力の検出精度が低下することが抑制される。

角部の形状としては、請求項１０，１１に記載のように、曲線状、若しくは、直線状を採用することができる。

半導体圧力センサの概略構成を示す上面図であり、（ａ）は従来構成、（ｂ）は第１実施形態の構成を示す。 常温時において応力を印加した際の薄肉部の応力分布を示す図であり、（ａ）は従来構成の応力分布、（ｂ）は第１実施形態の応力分布、（ｃ）は各ピエゾ抵抗素子に印加される応力の平均値を示している。 高温時の薄肉部の応力分布を示す図であり、（ａ）は従来構成の応力分布、（ｂ）は第１実施形態の応力分布、（ｃ）は各ピエゾ抵抗素子に印加される応力の平均値を示している。 低温時の薄肉部の応力分布を示す図であり、（ａ）は従来構成の応力分布、（ｂ）は第１実施形態の応力分布、（ｃ）は各ピエゾ抵抗素子に印加される応力の平均値を示している。 ウェハの概略構成を示す上面図である。 ウェハの概略構成を示す上面図である。 常温時において応力を印加した際の薄肉部の応力分布を示す図であり、（ａ）は第２配置パターンの応力分布、（ｂ）は第３配置パターンの応力分布、（ｃ）は各ピエゾ抵抗素子に印加される応力の平均値を示している。 高温時の薄肉部の応力分布を示す図であり、（ａ）は第２配置パターンの応力分布、（ｂ）は第３配置パターンの応力分布、（ｃ）は各ピエゾ抵抗素子に印加される応力の平均値を示している。 低温時の薄肉部の応力分布を示す図であり、（ａ）は第２配置パターンの応力分布、（ｂ）は第３配置パターンの応力分布、（ｃ）は各ピエゾ抵抗素子に印加される応力の平均値を示している。 第４配置パターンを示す上面図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時、（ｃ）は低温時を示している。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、半導体圧力センサの概略構成を示す上面図であり、（ａ）は従来構成、（ｂ）は第１実施形態の構成を示す。図２〜図４は、薄肉部の応力分布を示す図である。図２は、常温時に応力を印加した際の応力分布を示し、図３は、高温時の応力分布を示し、図４は、低温時の応力分布を示す。そして、各図面の（ａ）は従来構成の応力分布、（ｂ）は第１実施形態の応力分布、（ｃ）は各ピエゾ抵抗素子に印加される応力の平均値を示している。図５及び図６は、ウェハの概略構成を示す上面図である。以下においては、シリコン基板１０の長手方向を単に長手方向、短手方向を単に短手方向と示す。

本発明の実施の形態を説明するに当たり、先ず、図１に基づいて、本実施形態の半導体圧力センサ１００と従来構成の半導体圧力センサ２００との共通構成を示す。その後、半導体圧力センサ１００の特徴点と共に、半導体圧力センサ２００との相違点を示す。最後に、半導体圧力センサ１００，２００それぞれの薄肉部１３に生じる歪み（応力）を説明すると共に、半導体圧力センサ１００の作用効果を説明する。

図１に示すように、半導体圧力センサ１００，２００は、要部として、シリコン基板１０と、ピエゾ抵抗素子３０と、支持部材５０と、を有している。シリコン基板１０の主面１０ａにピエゾ抵抗素子３０が形成され、シリコン基板１０の一端１１が、支持部材５０によって支持され、他端１２が宙に浮いている。

シリコン基板１０は、直方体を成し、主面１０ａの面方位が（１００）と成っている。そして、このシリコン基板１０には、厚さが局所的に薄くなった薄肉部１３が形成され、この薄肉部１３の外形輪郭線（図１で破線で示した線）が正方形を成している。この正方形を成す４つの辺１４〜１７それぞれは、シリコン基板１０の結晶軸＜１１０＞方向に沿っている。この構成の場合、薄肉部１３の外形形状を形成する４辺１４〜１７それぞれの中央が圧力に対して歪み易く、４辺１４〜１７を連結する４つの角部１８〜２１は、圧力に対して歪み難くなっている。なお、第１角部１８は、第１辺１４と第２辺１５とを連結し、第２角部１９は、第３辺１６と第４辺１７とを連結している。また、第３角部２０は、第１辺１４と第４辺１７とを連結し、第４角部２１は、第２辺１５と第３辺１６とを連結している。

ピエゾ抵抗素子３０は、応力の印加によって、抵抗値が変動する機能を有するものである。本実施形態では、４つのピエゾ抵抗素子３１〜３４が薄肉部１３上に形成されており、これら４つのピエゾ抵抗素子３１〜３４によって、ホイーストンブリッジ回路が構成されている。そして、第１ピエゾ抵抗素子３１が第１辺１４の中央に隣接し、第２ピエゾ抵抗素子３２が第２辺１５の中央に隣接しており、第３ピエゾ抵抗素子３３が第３辺１６の中央に隣接し、第４ピエゾ抵抗素子３４が第４辺１７の中央に隣接している。このように、ピエゾ抵抗素子３１〜３４それぞれは、薄肉部１３における圧力によって歪み易いに部位に隣接している。

支持部材５０は、樹脂材料から成る。支持部材５０は、シリコン基板１０を片持ち支持すると共に、シリコン基板１０における他の素子との電気的な接続部位を被覆する機能を果たす。上記した電気的な接続部位は、図１において一点鎖線で示した一端１１に形成されており、一端１１は、支持部材５０によって被覆されている。

以上が、半導体圧力センサ１００と半導体圧力センサ２００の共通構成である。次に、半導体圧力センサ１００の特徴点と共に、半導体圧力センサ１００と半導体圧力センサ２００との相違点を示す。

図１（ａ）に示すように、半導体圧力センサ２００では、結晶軸＜１１０＞と長手方向（短手方向）との成す角度が、０°若しくは９０°となっている。そして、互いに対向する第１辺１４と第３辺１６とが長手方向に並んでおり、互いに対向する第２辺１５と第４辺１７とが短手方向に並んでいる。以上の構成により、薄肉部１３における圧力によって歪み易い部位である、辺１５，１７の中央が長手方向に並び、辺１４，１６の中央が短手方向に並んでいる。

これに対して、半導体圧力センサ１００では、図１（ｂ）に示すように、結晶軸＜１１０＞と長手方向（短手方向）との成す角度が４５°となっている。そして、互いに対向する第１角部１８と第２角部１９とを結ぶ第１対角線が長手方向に沿い、互いに対向する第３角部２０と第４角部２１とを結ぶ第２対角線が短手方向に沿っている。以上の構成により、薄肉部１３における圧力によって歪み難い部位である、角部１８，１９が長手方向に並び、角部２０，２１が短手方向に並んでいる。

次に、図２〜４に基づいて、半導体圧力センサ１００，２００それぞれの薄肉部１３に生じる歪み（応力）を説明すると共に、半導体圧力センサ１００の作用効果を説明する。

図２〜図４それぞれの（ａ）、（ｂ）では、濃淡によって、薄肉部１３に生じる歪みを表現している。濃度が薄くなるほど、ピエゾ抵抗効果に寄与する成分の引張応力が大きいことを示し、濃度が濃くなるほど、ピエゾ抵抗効果に寄与する成分の圧縮応力が大きいことを示している。これら応力分布図は、本発明者がシミュレーションすることによって得たものである。

また、図２〜図４それぞれの（ｃ）では、各ピエゾ抵抗素子３１〜３４の形成領域に生じる応力の平均値を棒グラフで示している。実線棒グラフが半導体圧力センサ２００のピエゾ抵抗素子３１〜３４の形成領域に生じる応力を示し、破線棒グラフが半導体圧力センサ１００のピエゾ抵抗素子３１〜３４の形成領域に生じる応力を示している。棒グラフは、左から順に８つ並んでいるが、左端に位置する２つの棒グラフが、第１ピエゾ抵抗素子３１の形成領域に生じる平均応力を示し、左から２番目に位置する２つの棒グラフが、第２ピエゾ抵抗素子３２の形成領域に生じる平均応力を示している。そして、左から３番目に位置する２つの棒グラフが、第３ピエゾ抵抗素子３３の形成領域に生じる平均応力を示し、右端に位置する２つの棒グラフが、第４ピエゾ抵抗素子３４の形成領域に生じる平均応力を示している。これら図２〜図４に示す圧力の単位は、ＭＰａである。

図２は、常温（２５℃）時に、圧力を印加した場合の薄肉部１３の応力を示している。この応力は、圧力の検出感度を示しており、薄肉部１３が歪み易ければ易いほど、ピエゾ抵抗素子３１〜３４それぞれに印加される応力が強くなり、圧力の検出感度が高くなることを示している。図２の（ａ）、（ｂ）によれば、半導体圧力センサ１００，２００の薄肉部１３の応力分布（濃淡）がほぼ同一となっている。そして、図２の（ｃ）によれば、半導体圧力センサ１００，２００それぞれのピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加される応力は同程度となっていることがわかる。これにより、半導体圧力センサ１００では、圧力の検出感度が、半導体圧力センサ２００と同程度であり、検出感度が低下していないことがわかる。

図３は、高温時（１５０℃）において、圧力を印加していない場合の薄肉部１３の応力を示している。この応力は、高温時におけるシリコン基板１０の湾曲によって、薄肉部１３に生じる応力を示しており、この応力が少なければ少ないほど、圧力の検出精度が低下することが抑制されることを示している。図３の（ａ）、（ｂ）によれば、半導体圧力センサ１００，２００の薄肉部１３の応力分布が異なっており、図３の（ａ）では濃度の薄い領域が広く、図３の（ｂ）では濃度が中間程度となっている。そして、図３の（ｃ）によれば、半導体圧力センサ１００のピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加される応力が、半導体圧力センサ２００のピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加される応力よりも小さくなっていることがわかる。このように、半導体圧力センサ１００では、半導体圧力センサ２００と比べて、高温時におけるシリコン基板１０の湾曲によって、薄肉部１３に応力が生じ難くなっている。

図４は、低温時（−４０℃）において、圧力を印加していない場合の薄肉部１３の応力を示している。この応力は、低温時におけるシリコン基板１０の湾曲によって、薄肉部１３に生じる応力を示しており、この応力が少なければ少ないほど、圧力の検出精度が低下することが抑制されることを示している。図４の（ａ）、（ｂ）によれば、半導体圧力センサ１００，２００の薄肉部１３の応力分布が異なっており、図４の（ａ）では濃度の濃い領域が広く、図２の（ｂ）では濃度が中間程度となっている。そして、図４の（ｃ）によれば、半導体圧力センサ１００のピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加される応力が、半導体圧力センサ２００のピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加される応力よりも小さくなっていることがわかる。このように、半導体圧力センサ１００では、半導体圧力センサ２００と比べて、低温時におけるシリコン基板１０の湾曲によって、薄肉部１３に応力が生じ難くなっている。

以上、示したように、半導体圧力センサ１００の場合、常温時における圧力の検出感度の低下が抑制され、外部温度の変化によってシリコン基板１０が湾曲したとしても、薄肉部１３に歪みが生じ難くなっている。これにより、外部温度の変化による歪みが、ピエゾ抵抗素子３０に印加されることが抑制され、圧力の検出精度が低下することが抑制される。なお、このような効果が生じるのは、半導体圧力センサ２００とは異なり、互いに対向する角部１８，１９が長手方向に並び、互いに対向する角部２０，２１が短手方向に並んでいるためである。

本実施形態では、第３角部２０と第４角部２１とを結ぶ第２対角線が、短手方向に沿っている。これによれば、第２対角線が、短手方向に沿わない構成と比べて、外部温度の変化によって薄肉部１３に応力が生じ難くなる。これにより、外部温度の変化による応力が、ピエゾ抵抗素子３０に印加されることが抑制され、圧力の検出精度が低下することが抑制される。

なお、上記した薄肉部１３を有するシリコン基板１０は、エッチングの都合上、図５若しくは図６に示すウェハ３００を、ダイシングライン３０１に沿って切断することで形成される。図５では、ウェハ３００のオリエンテーションフラット３０２（以下、略してオリフラ３０２と示す）が、結晶軸＜１１０＞に沿っている。そして、ダイシングライン３０１が、オリフラ３０２（結晶軸＜１１０＞）に対して４５°傾いた第１ダイシングライン３０３と、１３５°傾いた第２ダイシングライン３０４とによって構成されている。図６では、オリフラ３０２が、結晶軸＜１１０＞から４５°傾いている。そして、ダイシングライン３０１が、オリフラ３０２に沿う第１ダイシングライン３０３と、オリフラ３０２に直交する第２ダイシングライン３０４とによって構成されている。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、ピエゾ抵抗素子３０が、４辺１４〜１７の内、隣接する辺の中央に隣接する例（以下、このピエゾ抵抗素子３１〜３４の配置を、第１配置パターンと示す）を示した。しかしながら、ピエゾ抵抗素子３０の配置としては、上記例に限定されず、例えば、図７〜図９に示すような構成を採用することができる。図７〜図９それぞれの（ａ）では、第１辺１４に、ピエゾ抵抗素子３１，３３が隣接し、第２辺１５にピエゾ抵抗素子３２，３４が隣接しており、第１ピエゾ抵抗素子３１が、第１辺１４の中央よりも第１角部１８側に位置し、第２ピエゾ抵抗素子３２が、第２辺１５の中央よりも第１角部１８側に位置している。そして、第３ピエゾ抵抗素子３３が、第１辺１４の中央よりも第３角部２０側に位置し、第４ピエゾ抵抗素子３４が、第２辺１５の中央よりも第４角部２１側に位置している。以下、このピエゾ抵抗素子３１〜３４の配置を、第２配置パターンと示す。図７〜図９それぞれの（ｂ）では、第１ピエゾ抵抗素子３１が、第１辺１４における第１辺１４の中央と第１角部１８との間の領域に位置し、第２ピエゾ抵抗素子３２が、第２辺１５における第２辺１５の中央と第１角部１８との間の領域に位置している。そして、第３ピエゾ抵抗素子３３が、第３辺１６における第３辺１６の中央と第２角部１９との間の領域に位置し、第４ピエゾ抵抗素子３４が、第４辺１７における第４辺１７の中央と第２角部１９との間の領域に位置している。以下、このピエゾ抵抗素子３１〜３４の配置を、第３配置パターンと示す。

図７〜図９それぞれの（ｃ）に、第１配置パターン、第２配置パターン、及び、第３配置パターンにおける各ピエゾ抵抗素子３１〜３４の形成領域に生じる応力の平均値を棒グラフで示す。実線棒グラフが第１配置パターンのピエゾ抵抗素子３１〜３４の形成領域に生じる応力を示し、破線棒グラフが第２配置パターンのピエゾ抵抗素子３１〜３４の形成領域に生じる応力を示し、一点鎖線棒グラフは第３配置パターンのピエゾ抵抗素子３１〜３４の形成領域に生じる応力を示す。棒グラフは、左から順に１２つ並んで配置されているが、左端に位置する３つの棒グラフが、第１ピエゾ抵抗素子３１の形成領域に生じる平均応力を示し、左から２番目に位置する３つの棒グラフが、第２ピエゾ抵抗素子３２の形成領域に生じる平均応力を示している。そして、左から３番目に位置する３つの棒グラフが、第３ピエゾ抵抗素子３３の形成領域に生じる平均応力を示し、右端に位置する３つの棒グラフが、第４ピエゾ抵抗素子３４の形成領域に生じる平均応力を示している。

図７は、常温（２５℃）時に、圧力を印加した場合の薄肉部１３の応力を示している。図７の（ｃ）によれば、第２配置パターンと第３配置パターンそれぞれのピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加される応力が、第１配置パターンのピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加される応力と同程度となっていることがわかる。

図８は、高温時（１５０℃）において、圧力を印加していない場合の薄肉部１３の応力を示している。図８の（ｃ）によれば、第１配置パターン及び第３配置パターンともに、ピエゾ抵抗素子３３，３４に印加される応力が高くなっていることがわかる。これに対して、第２配置パターンの場合、各ピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加される応力が、一様に低くなっていることがわかる。

図９は、低温時（−４０℃）において、圧力を印加していない場合の薄肉部１３の応力を示している。図９の（ｃ）によれば、第１配置パターンと第２配置パターンとに比べて、第３配置パターンのピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加される応力が一様に低くなっていることがわかる。

以上、示したように、第２配置パターンの場合、高温時に生じる薄肉部１３の応力の影響が、ピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加され難くなっており、第３配置パターンの場合、低温時に生じる薄肉部１３の応力の影響が、ピエゾ抵抗素子３１〜３４に印加され難くなっている。したがって、用途に応じて、配置パターンの異なる半導体圧力センサ１００を適用することで、薄肉部１３に、外部温度の変動による応力を生じ難くすることができる。例えば、設置場所の温度が高温となる場合、第２配置パターンが採用された半導体圧力センサ１００を適用し、低温となる場合、第３配置パターンが採用された半導体圧力センサ１００を適用することで、薄肉部１３に、外部温度の変動による応力を生じ難くすることができる。なお、図７〜図９は、薄肉部の応力分布を示す図であり、（ａ）は第２配置パターンの応力分布、（ｂ）は第３配置パターンの応力分布、（ｃ）は各ピエゾ抵抗素子に印加される応力の平均値を示している。また、図７は、常温時において圧力を印加した際の薄肉部の応力分布を示し、図８は、高温時の薄肉部の応力分布を示し、図９は、低温時の薄肉部の応力分布を示している。

本実施形態では、薄肉部１３に４つのピエゾ抵抗素子３１〜３４が形成された例を示した。しかしながら、ピエゾ抵抗素子の数としては上記例に限定されず、例えば図１０に示すように、６つのピエゾ抵抗素子３１〜３６を薄肉部１３に形成しても良い。

なお、図１０に示すピエゾ抵抗素子３１〜３６の配置（第４配置パターン）は、図７〜図９で示した配置パターン２と配置パターン３とを組み合わせている。第４配置パターンの場合、半導体圧力センサ１００は、図示しないが、外部温度を検出する検温素子と、該検温素子の出力信号に基づいて、４つのピエゾ抵抗素子を選択して、選択したピエゾ抵抗素子によって、ホイーストンブリッジ回路を構成するように、各ピエゾ抵抗素子を電気的に接続する選択部と、を有する。

選択部は、外部温度が所定温度（例えば８０℃）よりも高温の場合、図１０の（ｂ）に実線で示した、第２配置パターンを構成するピエゾ抵抗素子３１〜３４を選択して、これらを電気的に接続する。また、外部温度が所定温度（例えば−１０℃）よりも低温の場合、選択部は、図１０の（ｃ）に実線で示した、第３配置パターンを構成するピエゾ抵抗素子３１，３２，３５，３６を選択して、これらを電気的に接続する。このように、選択部は、外部温度の変動に応じて、薄肉部１３の応力の影響が印加され難いピエゾ抵抗素子を、ホイーストンブリッジ回路の構成要素として選択する。これにより、外部温度の変動に応じて、圧力の検出精度が低下することを抑制することができる。なお、常温の場合、選択部は、第２配置パターン若しくは第３配置パターンを構成するピエゾ抵抗素子を採用する。図１０は、第４配置パターンを示す上面図であり、（ａ）は常温時、（ｂ）は高温時、（ｃ）は低温時を示している。図１０の（ｂ）及び図１０の（ｃ）では、選択部によって選択されるピエゾ抵抗素子を実線で示し、選択されないピエゾ抵抗素子を破線で示している。

なお、上記した変形例で示した、図７の（ａ）、（ｂ）、及び、図１０の（ａ）それぞれの応力分布図は、図２の（ｂ）の応力分布図に対応しており、図８の（ａ）、（ｂ）、及び、図１０の（ｂ）それぞれの応力分布図は、図３の（ｂ）の応力分布図に対応している。そして、図９の（ａ）、（ｂ）、及び、図１０の（ｃ）それぞれの応力分布図は、図４の（ｂ）の応力分布図に対応している。

本実施形態では、薄肉部１３の外形輪郭線（平面形状）が正方形である例を示した。しかしながら、薄肉部１３の平面形状としては上記例に限定されず、長方形を採用することができる。

更に言えば、薄肉部１３の角部１８〜２１それぞれにＲが形成された曲線形状や、角部１８〜２１それぞれの角が直線状と成った形状を採用することもできる。このような形状は、エッチングによって薄肉部１３を形成する際に、薄肉部１３を形成するためのマスクの形状を調整することで、容易に形成することができる。いずれの構成においても、本実施形態で示したように、互いに対向する角部１８，１９が長手方向に並び、互いに対向する角部２０，２１が短手方向に並んでいるため、本実施形態で示した作用効果を奏する。

また、本実施形態では、薄肉部１３上に、ピエゾ抵抗素子３０が形成された例を示した。しかしながら、ピエゾ抵抗素子３０の少なくとも一部が、薄肉部１３上に形成されていれば良く、上記例に限定されない。例えば、ピエゾ抵抗素子３０の一部が、辺１４〜１７のいずれかを跨いで、シリコン基板１０の厚さが一定の部位に形成されていても良い。

１０・・・シリコン基板
１３・・・薄肉部
１４〜１７・・・辺
１８〜２１・・・角部
３０・・・ピエゾ抵抗素子
５０・・・支持部材
１００・・・半導体圧力センサ

Claims (11)

1. 直方体を成し、主面の面方位が（１００）であるシリコン基板と、
   該シリコン基板の主面に形成されたピエゾ抵抗素子と、
   前記シリコン基板の第１端部を片持ち支持する支持部材と、を備え、
   前記シリコン基板には、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、その薄肉部の上に前記ピエゾ抵抗素子の少なくとも一部が形成され、
   前記薄肉部の外形輪郭線が、４辺と、これら４辺を連結する４つの角部とによって構成された半導体圧力センサであって、
   ４つの前記角部の内、前記第１端部に最も近い第１角部と、該第１端部とは反対側に位置する第２端部に最も近い第２角部とを結ぶ対角線が、前記第１端部と前記第２端部とを結ぶ第１方向に沿っていることを特徴とする半導体圧力センサ。
2. ４つの前記角部の内、前記第１角部と前記第２角部とを除く残り２つの角部を結ぶ対角線が、前記第１方向と鉛直方向とに交差する第２方向に沿っていることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
3. 少なくとも４つの前記ピエゾ抵抗素子が、前記４つの辺に隣接するように、前記薄肉部上に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体圧力センサ。
4. 前記４つの辺それぞれの中央に、前記ピエゾ抵抗素子が１つずつ隣接していることを特徴とする請求項３に記載の半導体圧力センサ。
5. 前記４つの辺それぞれに、前記ピエゾ抵抗素子が１つずつ隣接しており、
   前記第１角部によって連結された２辺それぞれに隣接するピエゾ抵抗素子は、隣接する辺の中央よりも、前記第１角部側に位置し、
   前記第２角部によって連結された２辺それぞれに隣接するピエゾ抵抗素子は、隣接する辺の中央よりも、前記第２角部側に位置していることを特徴とする請求項３に記載の半導体圧力センサ。
6. 前記４つの辺の内、前記第１角部によって連結された２辺それぞれに、前記ピエゾ抵抗素子が２つずつ隣接しており、これら２つの前記ピエゾ抵抗素子の少なくとも一方が、隣接する辺の中央よりも、前記第１角部側に位置していることを特徴とする請求項３に記載の半導体圧力センサ。
7. ４つの前記ピエゾ抵抗素子によって、ホイーストンブリッジ回路が構成されていることを特徴とする請求項３〜６いずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
8. 前記４つの辺の内、前記第１角部によって連結された２辺それぞれに、前記ピエゾ抵抗素子が２つずつ隣接し、これら２つのピエゾ抵抗素子の少なくとも一方が、隣接する辺の中央よりも、前記第１角部側に位置しており、
   前記第２角部によって連結された２辺それぞれに、前記ピエゾ抵抗素子が１つずつ隣接し、この１つのピエゾ抵抗素子は、隣接する辺の中央よりも、前記第２角部側に位置していることを特徴とする請求項３に記載の半導体圧力センサ。
9. 外部温度を検出する検温素子と、
   該検温素子の出力信号に基づいて、４つの前記ピエゾ抵抗素子を選択して、選択したピエゾ抵抗素子によって、ホイーストンブリッジ回路を構成するように、各ピエゾ抵抗素子を電気的に接続する選択部と、を有し、
   前記選択部は、
   外部温度が所定温度よりも高温の場合、前記第１角部によって連結された２辺それぞれに形成されたピエゾ抵抗素子を選択して、これらを電気的に接続し、
   外部温度が所定温度よりも低温の場合、前記第１角部によって連結された２辺それぞれにて並んだ２つのピエゾ抵抗素子の内、前記第１角部側に位置するピエゾ抵抗素子と、前記第２角部を構成する２辺それぞれに形成されたピエゾ抵抗素子とを選択して、これらを電気的に接続することを特徴とする請求項８に記載の半導体圧力センサ。
10. 前記角部は、曲線状であることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
11. 前記角部は、直線状であることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の半導体圧力センサ。