JPH01242933A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野ン 本発明は、シリコンなどの半導体単結晶の持つピエゾ抵
抗効果などを利用して圧力を電気信号に変換する半導体
圧力センサに係り、特に圧力／電気特性を改良した半導
体圧力センサに関する。

〈従来の技術〉 第４図は従来の半導体圧力センサの構成を示す縦断面図
・である。

１０は金属製のケースであり、ケース１０は底面１０Ａ
と側面１０Ｂ有している。ケース１０の底面１０Ｂの上
にはガラス製の基板１１が固定されこの上にシリコンの
単結晶で出来たセンサチップ１２が例えば陽極接合など
により基板１１と接合されている。

センサチップ１２は、その周囲に厚内の固定部１３が形
成されその内部は異方性エツチングなどにより形成され
な凹部１４を有し、この凹部１４の形成により単結晶の
厚さの薄くなったダイアフラム１５とを有している。さ
らに、このダイアフラム１５には不純物の拡散などによ
りセンサチップ１２とは異なった伝導形のゲージ１６が
形成されている。

ケース１０の側面１０Ｂの上端はシール用のダイアフラ
ム１７で封じられ、ケース１０とシールダイアフラム１
７で囲まれた内部にはシリコンオイル１８が封入されて
いる。

以上のように構成された半導体圧力センサは、測定圧力
Ｐがシールダイアフラム１７に印加されると、これによ
りこのシールダイアフラム１７を介してシリコンオイル
１８にその圧力が伝達される。

この圧力はシリコンオイル１８を介してダイアフラム１
５に印加されるので、ダイアフラム１５は変位しこれに
よりゲージ１６に測定圧力Ｐに対応した歪みが生じる。

ゲージ１６はこの歪みに対応した例えば、抵抗変化或い
は電圧などの出力を出す。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な従来の半導体圧力センサは、（
イ）直線性を良くするために測定圧力レンジごとにダイ
アフラム上にゲージを工夫して配置しなければならず、
また（口）シリコンオイルが汚染されることによりドリ
フトが発生しなり、さらに（ハ）シリコンオイルの温度
上昇による膨張などによりゼロトリフシが生じる、など
の問題があった。

く課題を解決するための手段〉 この発明は、以上の課題を解決するために、周囲に厚肉
の固定部を有しこの内側に測定圧力により変位する少な
くとも一部が薄肉に形成された半導体のダイアフラム部
とこのダイアフラム部に対向して配置され一端がこのダ
イアフラム部に固定されて変位に応じて移動するカンチ
レバー部とこのカンチレバー部に固定されたゲージとを
有するセンサチップと、カンチレバー部に対向してセン
サチップが固定された基板とを具備し、カンチレバーの
他端をこの基板に固定するようにしたものである。

く作　用〉 測定圧力がダイアフラム部に印加されることによってこ
のダイアフラム部に一端が固定され他端が基板ば固定さ
れたカンチレバー部の移動によりこのカンチレバー部に
形成されたゲージが歪み、測定圧力に対応した出力がこ
のゲージから出力される。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。第１図は本発明の１実施例を示す構成図である。第１
図（イ）は射視図、第１図（ロ）は縦断面図である。

２０は矩形状のガラス基板であり、中央に円形の孔２１
が穿設されている。２２は矩形状のガラス基板であり、
その上面の周縁部２３に対して中央部には矩形状の凹部
２４が形成されている。

ガラス基板２０と２２との間には矩形状のシリコン枠２
５が挿入されてこれ等の相互の間は例えば陽極接合など
により接合されている。

２６はセンサチップであり、シリコンの単結晶で構成さ
れている。

このセンサチップ２６の外形は矩形状であり、周縁に厚
肉の固定部２７があり、この内側に矩形状の薄肉の切欠
部２８が一体に形成されている。

さらに、切欠部２８の内部は比較的厚肉の受圧部２９と
してこの切欠部２８と一体に形成されている。このダイ
アフラム部２９の一方の面３０には測定圧力Ｐが印加さ
れ、他方の面３１には凹部３２の形成により一端が自由
端３３とされた板状のカンチレバー部３４が形成されて
いる。カンチレバー部３４の表面には拡散などによりピ
エゾ抵抗効果を持つゲージ３５が形成されている。

以上のように形成されたセンサチップ２６は、ガラス基
板２２とシリコン枠２５とから所定の間隔を保って、そ
の固定部２７を介して例えば陽極接合などにより、ガラ
ス基板２０に接合されている。この陽極接合は真空中で
実行されるので、凹部２４．３２などは真空状態に保持
される。なお、シリコン枠２５はセンサチップ２６の厚
さと同一の厚さであり、厚み方向の熱膨張による伸びを
キャンセルする。

ゲージ３５の自由端３３は電圧の印加により伸縮させて
ゼロ点を調整する圧電索子３６とチップ３７を介してガ
ラス基板２２の四部２４に固定されている。

なお、センサチップ２６の厚さは、シリコン枠２５の厚
さと同一であり温度などによる樅方向の熱膨張による伸
びをキャンセルしゲージ３５のゼロ点の移動を防止する
。

以上のように構成された半導体圧力センサは、測定圧力
Ｐをダイアフラム部２９の而３ｏに印加するとこれによ
り圧電素子３６とチップ３７を固定点としてカンチレバ
ー部３４が変位し、これによりゲージ３５が歪み測定圧
力Ｐに対応した出力を出す。

次に、この様な構造のセンサチップ２６を製造する方法
について第２図を用いて説明する。

第２図（イ）はカンチレバー部３４を製造するためのマ
スク３８の構成を示す。

マスク３８はコの字形をしており斜線部分３９が酸化シ
リコン（ＳＩＯ２）の残るところであり、白地部分４０
はカンチレバー部３４が形成される部分である０点線部
分はセンサチップ２６の外形に相当する寸法部分である
。

第２図（ロ）はセンサチップ２６の切欠部２８を製造す
るためのマスクパターン４１である。

斜線部分４２．４３はマスクが形成される部分であり、
白地部分４４はエツチングされる部分である。

第２図（ハ）は選択エピタキシャル成長を示す工程図で
ある。

Ｐ形のシリコンウェハ４５の結晶面（１００）の一方の
面の上に第２図（イ）に示すマスクパターン３８を形成
し、この後、一方の面にｎ＋の選択エピタキシャル成長
をさせる。この状態では斜線部分３９に対応する部分は
エピタキシャル成長がされない。

この後、通常の半導体プロセスによりこのｎ＋部に不純
物を例えば拡散させる等してゲージ４６を形成させる。

第２図（ニ）はシリコンウェハ４５のエツチングをする
エツチング工程図である。

ゲージ４６が形成されたシリコンウェハ４５のの一方の
面はマスク４７でマスキングを、他方の面にはマスクパ
ターン４１になるようにマスキングをした後、バイアス
エツチングを行って切欠部２８を持つダイアフラム部２
９と、エツチングによって凹部３２を形成しこれによっ
てカンチレバー部３４を形成する。

第２図（ホ）は（イ）〜（ニ）の工程によって形成され
たセンサチップの構成を示す射視図である。

第２図（ニ）に示すエツチング工程によってダイアフラ
ム部２９とカンチレバー部３４とを形成した後、マスキ
ング材を除去して図示するようなセンサチップ２６を形
成する。

第３図はセンサチップの他の例を示す変形実施例を示す
。

第１図に示すセンサチップはダイアフラム部２９の切欠
部２８が形成されている側の反対側にカンチレバー部３
４が形成されていたが、第３図に示す構成では切欠部４
８がカンチレバー部４９と同じ側に形成されている。こ
のような構成のセンサチップ５０でも第１図に示すもの
と同様な機能を持つ。

また、ダイアフラム部、カンチレバー部の形状は第１図
、第２図に示すものに限定されず、これとは異なる形状
のものでも良い。

なお、第１図に示す実施例では、カンチレバー部３４の
自由端３３は圧電素子３６を介して凹部２４に固定され
ているが、圧電素子３６は必ずしも必要ではない。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明しなように、本発明に
よれば、以下に説明するような効果がある。

第１に、圧力伝達部材としてシリコンオイルを用いてい
ないので、このシリコンオイルなどの熱膨張による温度
ドリフトがなく、またシリコンオイルなどの汚染による
ゲージ信号のドリフトがない。

第２に、ゲージがダイアフラム部ではなくカンチレバー
部に形成されているので、従来のように圧力レンジごと
にダイアプラムの応力分布を考慮して直線性を保障する
必要がなく、圧力レンジが異なってもダイアフラムの形
状を変更するだけでカンチレバー部の構造を変更する必
要がない。

従って、直線性が圧力レンジによってほぼ同じとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示す構成図、第２図
は第１図に示す実施例のセンサチップを製造する製造工
程を示す工程図、第３図は第１図に示すセンサチップの
変形実施例を示すセンサチップの構成を示す縦断面図、
第４図は従来の半導体圧力センサの構成を示す縦断面図
である。 １０・・・ケース、１１・・・基板、１２・・・センサ
チップ．１５・・・ダイアフラム、１６・・・ゲージ、
１７・・・シールダイアフラム、１８・・・シリコンオ
イル、２０．２２・・・ガラス基板、２５・・・シリコ
ン枠、２６．５０・・・センサチップ、２７・・・固定
部、２８．４８・・・切欠部、２９・・・ダイアフラム
部、３４．４９・・・カンチレバー部、３５・・・ゲー
ジ、３６・・・圧電素子、３８．４１・・・マスクパタ
ーン、４５・・・シリコンウェハ、４６・・・ゲージ。 第３図 汀　２ （イ）　マスクパタ−ン３ｆ （ロ）マスクパターン４ｆ Ｃ昌）選状工ビタＮシャル （ニ）工・／チンク゛。 （ホ）センガチゾア 図　　　ｒ　　　　　　　−１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　周囲に厚肉の固定部を有しこの内側に測定圧力により
   変位する少なくとも一部が薄肉に形成された半導体のダ
   イアフラム部とこのダイアフラム部に対向して配置され
   一端がこのダイアフラム部に固定されて前記変位に応じ
   て移動するカンチレバー部とこのカンチレバー部に固定
   されたゲージとを有するセンサチップと、前記カンチレ
   バー部に対向して前記センサチップが固定された基板と
   を具備し、前記カンチレバーの他端がこの基板に固定さ
   れたことを特徴とする半導体圧力センサ。