JPH0344530A - 複合センサ - 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〕 本発明はシリコンダイヤフラム上にピエゾ抵抗素子で形
成した半導体式圧力伝送路のセンサ部に関する。

〔従来の技術〕

従来の複合センサは、単結晶シリコン基板を用い、チッ
プ両面にかかる圧力の差を計測するための差圧検出用ダ
イヤフラムとセンサ全体にかかる静圧を検出するための
静圧検出用ダイヤプラム（相対圧型静圧センサ）を有す
るものである。この表面にそれぞれ差圧、静圧によって
生ずる応力を受けて抵抗変化するピエゾ抵抗素子を設け
、この変化分から圧力を検知するものである。

このような相対圧型静圧センサを具備した複合センサは
、特開昭６１−２４０１１３号で示されるように差圧セ
ンサ、静圧センサ用ダイヤフラムが円形であり、さらに
チップ形状も円形であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の複合センサはチップ全体に占めるセフサ受圧
部面積の最適化について考慮されておらず、チップ面積
に比べ受圧部が小さく、したがって感度が低いという問
題があった。

本発明の目的は、受圧面Ｍ／チップ全面積を最大とする
センサ形状を提供し、感度を高めることにある。

また従来技術は一定の差圧感度、静圧感度を得るための
センサチップ面積が大きく、１ウエハから取得できるチ
ップ数が少ないという欠点があった。

本発明の他の目的は、感度を保持したままチップ面積を
最小にすることにより、エウエハ当りのチップ数を増大
させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記２つの目的を達成するために、センサチップの形状
を正方形とするものである。

先に述べたように従来の複合センサは差圧受圧部、静圧
受圧部に加えチップも円形であった。

両センサ用ダイヤフラムの形状を変えず、チップの形状
を正方形とする。差圧ダイヤフラムはこの四角形にほぼ
内接するように配置し、静圧ダイヤフラムはチップ外周
と差圧ダイヤフラムで囲まれる領域内に配置することに
よって、（差圧受圧面積）／（チップ全面り、（静圧受
圧面積）／（チップ全面積）を最大にできる。センサ感
度は受圧面積に比例するため、チップを正方形にするこ
とにより最高の感度が得られる。

また、感度一定、すなわち受圧面積を一定とするとき、
チップ形状を正方形とすれば１面積が最小となるため、
１ウエハーから取得できるチップ数が最大となる。

〔作用〕

チップ形状を正方形としたことにより、差圧ダイヤフラ
ムをこの外周にほぼ内接するようにし。

かつ静圧センサをチップの隅に配置できる。

これによって、（受圧面積）／（センサチップ面積）は
他の多角形、あるいは従来の円形チップと比較し最大に
できる。また、センサ感度は受圧面積に比例するため、
上記正方形のチップで最高感度を得る。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。１は
薄い単結晶半導体チップ、例えばシリコンチップである
。これをアルカリエツチング等を用い薄くし、差圧検出
用ダイヤフラム２と静圧検出用ダイヤフラム４を形成す
る。ただし、センターボス３は云り＜シないため、２の
薄肉部領域は円環状である。この領域内の外周治いに２
つ、内周沿いに２つ１．ピエゾ抵抗素子５を最大感度の
方向に向はイオン打込、あるいは真空拡散法等により形
成する。差圧負荷によりこれらのピエゾ抵抗素子の一対
は抵抗値が増加し、もう一対は抵抗値が減少するのでブ
リッジ回路を構成することにより差動的に働き、はぼ差
圧に比例した出力信号が得られる。静圧検出用ダイヤフ
ラム４のピエゾ抵抗素子は対向するように４つ、これも
最大感度の方向に向は配置する。第２図で示すように、
このダイヤフラムは下の固定台７により封じらており、
内部の圧力はほぼ一定となっている。したがって、これ
は絶対圧型の静圧センサとして働く。静圧検出方法は差
圧センサと同様、ピエゾ抵抗素子６をブリッジに組み、
その抵抗変化を差動的に取り出すものである。

さて、差圧検出用ダイヤフラムがチップ内で偏心しない
場合、センサチップの面積Ｓを一定とし。

形状を正Ｎ角形とすると、接着しろδは、δ＝［（１−
ＣＯ５７Ｃ／　Ｎ）／　（１＋ｃｏｓｘ　／　Ｎ）−１
／１１析劉ａｎｚ／Ｎ］Ｊ「 で与えられる。ここで差圧センサと静圧センサの感度比
は１００：１とした。その運出は通常、差圧は１　ｋｇ
／ｆｆｌ程度であるのに対し、静圧は、１００ｋｇ／ｄ
程度であるためである。δ〉０とするためには、Ｎ＜５
となり、六角形以上では差圧ダイヤフラムを偏心させず
に製作することはできない。

五角形においても０．２ｍｍの接着しろを得るためには
チップ面積を約５０００ｎａｎ”としなければならず、
従来の１０倍以上の値であり、現実に製作しえない。結
局、製作可能な大きさであり、十分な接着強度を得るた
めには四角形あるいは三角形となる。ダイヤフラム面積
Ａは、 Ａ＝（π／Ｎｔａｎｘ／Ｎ）　・　Ｓ で与えられるため、四角形の方が大きく、高感瓜となる
。

次に、正Ｎ角形チップ中に円形の差圧検出用ダイヤフラ
ムを配置するか、これに偏心を許した場合、このダイヤ
フラムの半径ａは、次式となる。

ａ＝（１０／工１）・［２Ｊ「ｇ（Ｎ）−６１ｇ（Ｎ）
＝［Ｊτｎｎｎア’Ｎ　　・（１＋ＣＯ５７Ｃ／　Ｎ）
］−’δは前出のように接着しろを表す。したがってＳ
とδは一定と考えてよく、ｇ（Ｎ）を最大とすればａが
最大となる。ｇ（Ｎ）の式からＮ＝４のときに最大値が
与えられることが分るため、偏心を許す場合にも正方形
が最も受圧面積が大きく高感度であることが分る。

次に、第３図は静圧センサを正方形センサチップの隅に
複数個配置した構成を示すものである。

これにより、静圧センサ部の欠陥による歩留まりの低下
を防ぐことができる。

第４図は差圧センサ、静圧センサの他に温度センサ８を
設けたものである。これはピエゾ抵抗素子を応力による
感度がほぼＯの方向（（１００）面Ｓｉウェハーでは（
１００）方向）に向け、固定部に設けたものである。こ
のセンサを用いれば、差圧、静圧センサの温度によるド
リフトを補正できる効果がある。

〔発明の効果〕

チップ全面積を３６ｎＰ２とするとき、従来の円形チッ
プでは差圧受応領域が２６．３ｕｌＩ２であるのに対し
、正方形のチップでは２８．３ｒ＋ｎ２まで大きくでき
、約８％の高感度化が可能である。

また同一感度を得るために必要なチップ面積は円形より
も正方形の方が８％小さい。さらにウェハからチップを
切り出すとき、円形チップでは周囲のチップとの間に使
用できない領域が生じるので、この分も考慮すると、正
方形チップの方が円形チップよりも約１９％多く採取で
き、低コスト化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の複合センサの上面図、第２
図は第１図のＡ−Ｂ−Ｃ線部を示す図。 第３図は静圧センサを複数個設ける場合の複合センサ」
二面図、第４図は温度センサを設ける場合の複合センサ
上面図である。 １・・・シリコンチップ、２・・・差圧検出用ダイヤフ
ラム、３・・センターボス、４・・・静圧検出用ダイヤ
フラム、５・・・ピエゾ抵抗素子、６・・・ピエゾ抵抗
素子、第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、差圧及び静圧用の円形薄肉部領域にピエゾ抵抗素子
   を設け、圧力導入路を有する台に接着したことを特徴と
   する正方形の半導体複合センサ。 ２、特許請求の項第１項において、差圧センサ受圧領域
   の中心部部分領域を周囲の薄肉部に比較し、厚い構造と
   したことを特徴とする複合センサ。 ３、｛１００｝面シリコン単結晶基板において、差圧検
   出用環状薄肉部領域内の外周沿に２つ、内周沿に２つピ
   エゾ抵抗素子を形成し、静圧検出用薄肉部領域内の円周
   沿に４つの対向するピエゾ抵抗素子を設け、これらのピ
   エゾ抵抗の長手方向を〈１１０〉方向とする、また固定
   部に温度センサを設け長手方向を〈１００〉方向とする
   ことを特徴とする請求項第２項の複合センサ。