JPH0324766A - 半導体圧力センサー - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、薄膜ダイアフラムを有する半導体基板から成
る圧力センサーに関する。

（従来の技術） 従来技術で知られた半導体圧力センサーは、その両面に
かかる圧力差に応答する薄膜ダイアフラムを使用してい
る。その薄膜ダイアフラムは、平らな方の表面の特別な
位置に１つ以上の応力センサーを有した単結晶半導体チ
ップの一部として構成される。一般に、この目的に使用
される応力センサーはピエゾ抵抗効果に基き、それによ
ってセンサーの抵抗は、チップ内の応力が差圧力によっ
て変化し、この応力変化をセンサーが感知することによ
って変化する。チップの応力センサーを有する面と反対
側の面には、正方形または円形の凹部が薄膜ダイアフラ
ムを形成するように形成される。そして、四角柱に円形
穴が通っている台座、または円筒管状の台座が、チップ
の凹部を囲むようにチップの薄膜ダイアフラム周辺の肉
厚部に接合される。薄膜ダイアプラム自身は、例えばシ
リコン単結晶とその表面を覆うシリコン酸化膜の絶縁膜
との構或をなす。この酸化膜は、ピエゾ抵抗層を形成す
るのに、またそのビエゾ抵抗層を保護するために披膜す
る。一般に、薄膜ダイアフラムの周辺に４つのビエゾ抵
抗を形成し、ホイートストーンブリッジ回路を構成する
。

ピエゾ抵抗効果を示す細条抵抗パターンは、薄膜ダイア
フラムの応力場を効率よく感知する位置に配置する。こ
れらのビエゾ抵抗は、薄膜ダイアフラムの上に配置され
、これらのピエゾ抵抗を上記のホイートストーンブリッ
ジ回路を構成するようにアルミ配線で結線する。このと
き、薄膜ダイアフラムにとって熱膨張係数の大きく異な
る異種材料であるアルミが薄膜ダイアフラム上に乗るこ
とは、センサーの温度特性の悪化、オフセットのヒステ
リシスの発生が予想され、多くはピエゾ抵抗と同一の不
純物原子を大量に拡散して低抵抗パターンとし、薄膜ダ
イアフラム上からアルミ金属を除去するようにしている
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、アルミ配線の代りに低抵抗バターンを用
いた従来技術の構成では、封入液として用いるシリコー
ン油中の微量の汚染物がホイートストーンブリッジ回路
での電位差によって半導体基板の表面に蓄積し、ブリッ
ジの高電位側の出力端子から低電位側の出力端子へと表
面電流が流れることがある。この電流は、半導体基板の
最上位表面を流れ、ブリッジ回路の中間電位である出力
端子に流れ込むこともある。この場合、この電流は、圧
力センサー高電位側のビエゾ抵杭に不安定な並列高抵抗
を挿入したことに相当し、これは初期ドリフトとして観
測される。

そこで本発明は、上記の電源投入後の出力電圧の一方向
へのふらつきを抑え、ゼロシフト量の少ない高精度な圧
力ｉ１ＪＪ定ができる半導体圧力センサーを実現するこ
とを課題とし、本発明の目的もそこにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の半導体圧力センサーは、ブリッジ回路の中間電
位となる２つの出力端子を囲むように金属ガードリング
電極を設け、この金属ガードリング電極の周辺部を除く
表面を表面保護膜の除去により露出するように構成され
る。

（作　用） 本発明の半導体圧力センサーにおいては、たとえ汚染イ
オンから成る電流がブリッジの高電位側の端子から流れ
出ても、中間電位となる出力端子の周りを囲む金属ガー
ドリング電極に吸収され、中間電位となる出力端子には
ピエゾ抵抗で決定される電位のみとなり、中間電位は常
に安定する。

（実施例） 以下、図面に示した実施例に基いて本発明を詳細に説明
する。

第１図および第２図に本発明一実施例の半導体圧力セン
サーを示す。本実施例の半導体圧力センサーは、両面に
かかる圧力差に応動する四角形の薄膜ダイアフラム（１
）と、それを囲んだ周辺の肉厚部。（２）を有する四角
形の単結晶シリコン基板（３）と、この基板（３〉の肉
厚部（２）の裏面（薄膜ダイアフラムを形成する凹部の
ある面）に接合される圧力導入部を兼ねた台座（図示し
てない）とから構成される。シリコン基板（３〉の表面
には、薄膜ダイアフラム（１）の周辺に応力センサー（
ビエゾ抵抗）（４〉が４個配設され、薄膜ダイアプラム
（１）にかかる応力を感知する。この応力センサー（４
）は、例えば、センサーの形状，基板材料で決まる表面
領域の最適な場所のシリコン基板（３）の表面に形成さ
れる。この応力センサー（４）は、大きなビエゾ抵抗特
性を示し、その抵抗値は、センサーが感知する応力によ
り変化する。応力センサー（４）を配設した表面と反対
側のシリコン基板（３）の裏面には、アルカリ溶戒によ
る電解エッチング技術によって薄膜ダイアプラム（１）
を形成するための四角形の凹部が形成されている。

シリコン基板（３〉の表面の４つの応力センサー（４）
をホイートストーンブリッジとなるように接続するため
に、応力センサー（４〉と同じ不純物原子であるボロン
を高濃度に注入することで形成した低抵抗配線パターン
（５）が、基板周辺部に設けられた４つの出力端子（９
）　，　　（９）　，　　（１０）．　（１１５と４つ
の応力センサー（４）とを連結して設けられている。そ
して、４つの出力端子のうちブリッジ回路の中間電位と
なる２つの出力端子（９）　，　（９）をそれぞれ囲む
ようにアルミのガードリング電極（Ｂ）が設けられてい
る。このガードリング電極（ｌ３）は、第２図に示すよ
うに、その周辺部を除く表面が表面保護膜（バッシベー
ション膜）（８）を除去され、金属面を露出している。

なお、第２図における（７）はシリコン酸化膜である。

上記のように構成された本発明一実施例の半導体圧力セ
ンサーにおいては、たとえ汚染イオンから成る電流がブ
リッジ高電位端子（ＩＯ）からシリコン基板（３）の表
面に流れ出しても、アルミのガードリング電極（６〉１
ζ吸収されるので、中間電位となる出力端子（９）　，
　（９）にはビエゾ抵抗で決定される電位のみとなり、
中間電位は常に安定し、電源投入後のシリコーン油中の
イオンの集積がもたらす初期ドリフトが大幅に低減され
る。これは、ガードリング電極（６）が従来の下部基板
の安定を計るためだけでなく、ガードリング電極（８）
の表面を表面保護膜（８）で覆うことなく露出すること
で、基板（３）の酸化膜表面を流れるイオンをガードリ
ング電極（６）の金属表面で捕獲するからである。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、４つの応力センサ
ーがホイートストーンブリッジを構成するように低抵抗
配線パターンで連結された４つの出力端子のうち、ブリ
ッジ回路の中間電位となる２つの出力端子を囲むように
金属ガードリング電極を設け、このガードリング電極の
表面を表面保護膜の除去により露出するようにした半導
体圧力センサーを実現したことにより、電源投入後の基
板表面とシリコーン油との界面を流れるイオン電流を中
間電位である出力端子の周りのガードリング電極が吸収
するため、オフセット電圧の初期ドリフトが低減され、
ゼロシフト量の少ない高精度な圧力測定を行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の半導体圧カセンサ一の上面図
、第２図は第１図の中間電位出力端子の拡大断面図であ
る。 １・・・薄膜ダイアフラム、 ２・・・肉厚部、 ３・・・単結晶シリコン基板、 ４・・・応カセンサ ５・・・低抵抗配線パターン、 ６・・・ガードリング電極、 ８・・・表面保護膜、 ９・・・中間電位出力端子。 ６ ＋　　ｉＲ’Ｊｙ３−ｎ＋ｔ．　　　　３１０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（１００）面の半導体基板から成る薄膜ダイアフ
   ラムの平らな方の表面の周辺に配置された４つの応力セ
   ンサーがホイートストーンブリッジを構成するように低
   抵抗配線パターンで基板周辺肉厚部に配置された４つの
   出力端子へ連結され、これら４つの出力端子のうちブリ
   ッジ回路の中間電位となる２つの出力端子を囲むように
   金属ガードリング電極を設けたことを特徴とする半導体
   圧力センサー。
2. （２）金属ガードリング電極の周辺部を除く表面が表面
   保護膜を除去され金属面を露出し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ー。