JPH04204227A - 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１ この発明は、半導体圧力センサに関し、とくに広い範囲
の圧力を検出するのに好適な半導体圧力センサに関する
。 ［従来の技術］ 半導体圧力センサはシリコンのピエソ抵抗効果を利用し
たしのて、自動車、家電等の分野てさまさまな圧力を検
出するのに使用されている。たとえば、深海に潜るタイ
バー川の腕時計に内蔵された半導体圧力センサで地上て
は気圧の変化分測定し、深海では深度（水圧）を測定し
ようとするような場合なとては、二の半導体圧力センサ
を用いて広い圧力範囲を測定するゼ・要か生する５′二
のような場合、圧力検出しンシの異なる複数個の半導体
圧力センサを用いる二とか前二られる、すなわち、シリ
コン基板に形成したダイアフラムの厚さを異なるものと
してそれぞれ別個に半導体圧力センサを作ると、それら
の圧力検出しシンを変えることかできるので、このよう
な圧力検出しシンの異なる複数個の半導体圧力センサを
組み合わせることにより、広い圧力検出しシンを得るグ
〕である（発明か解決しようとする課題） しかしなから、このように圧力検出しシンの寮なる複数
個の半導体圧力センサを個々に作ってそれらを組み合わ
せるのでは、製造容易でなく、高価になるとともに、小
さくすることも難しいという問題かある。 二の発明は、上記に鑑み、圧力検出範囲か広くてかつコ
ンパクト化か容易な、しかも簡単かつ安価に製造できる
、半導体圧力センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段１ 上記の目的を達成するため、この発明による半導体圧力
センサにおいては、１つのシリコン基板に同心的に設け
られた多重ダイアフラム部と、該ダイアフラム部のそれ
ぞれに設けられた拡散抵抗ゲージとか備足られることか
特徴となっている。 【作　　用１ 同心的に形成された多重ダイアフラム部のそれぞれに拡
散抵抗ゲージが設けられているため、その各々のダイア
フラム部と拡散抵抗ゲージとの組合せにより複数個の圧
カセンサ素子構造か形成される。 これらのダイアフラム部に圧力を加えると、各ダイアフ
ラム部は変形するか、それらの感度（圧力に対する変形
度合）は最も外側のダイアフラム部か最も高く、内側の
ダイフッラム部程低くなる。 そのため、圧力検出しンシか高い側にある圧力センサ素
子構造を圧力検出しンシか低いｕｌにある圧力センサ素
子構造の内側に形成したことになり、これら複数個の圧
カセンサ素子構造により、全体として圧力検出レンジが
拡大された１個の半導体圧力センサを構成することがで
きる。 ダイアフラム部を１つのシリコン基板に同心的に多重に
形成しているため、非常にコンパクトにできる。しかも
これらダイアフラム部や拡散抵抗ゲージはそれぞれ、複
数個の圧力センサ素子構造につき同じ工程で一度に作る
二とかできるので、製造が容易で、製造コストら低くて
きる、【実　施　例】 以下、この発明の一実施例について図面を参照しながら
詳細に説明する。この発明の一実施例にかかる半導体圧
力センサは第１図及び第２図に示される通りであって、
センサチッ７１と台座３との組立体を、上下に開口４１
．４２を有するハウジング４中に納めてなる。センサチ
・ソ１１にはダイアフラム部２２．２３．２４か同心的
に多重に形成されており、それらのダイアフラム部２２
．２３．２４の間の部分か厚内のボス部２５．２６とな
っている。最も内側（中央）に位置しているダイアフラ
ム部２２は四角形であり、その外側のダイアフラム部２
３、及びさらに外側のダイアフラム部２４は同心的な四
角形のリンク型となっている（なお、四角形以外に丸形
なとの他の形状も可能である）。 台座３には凹部３１と圧力導入孔３２とか形成されてい
る。ハウジング４の上下の開口４１．４２に加わる圧力
は圧力導入孔３２を経てダイアフラム部２２．２３．２
４の表裏両面に加わる。それらの間に圧力差かあるとき
、ダイアフラムＭ２２．２３．２４は変形する。これら
のダイアフラム部２２．２３．２４の上面には拡散層１
３による抵抗ゲージが形成されており（後述の第１０［
３等を参照）、その変形か抵抗値の変化となって検出さ
れる。この場合、外側のダイアフラム部２４が最も小さ
な圧力差で変形し、内側のダイアフラム部２３．２２は
ど変形するには大きな圧力差を要する。そのため、それ
らによって圧力検出レンジの異なる３個の圧力センサ素
子構造か形成されたことになる。 台座３の凹部３１は数ｔｔｍの深さに形成されており、
ボス部２５．２６か上下に動くことを許容するとともに
、過大に動いたときにこのホス部２ら、２６が凹部３１
の部分て台座３に突き当るようになっている。こうして
５台座３はなんらかの理由（たとえは過大圧力や大きな
加速度）て゛ダイアフラム部２２．２３．２４か大きく
動いて破壊されることを防止するストッパとしても機能
する。 つぎに、このような構造の半導体圧力センサ分製造工程
をも含めてさらに詳しく説明する２まオ、表面の結晶方
位か（１００）となっている０型シリコン゛基板１０を
酸（ヒして第３図に示すようにその表裏両面に酸化シリ
コンＩ！Ｉｌｌを形成する５つぎにフォトリソグラフィ
により第４図のよつに表面側の酸化シリコン膜１１に窓
１２を設ける。これらの窓１２は拡散用の窓で、これら
の窓１２を通してボロンなどを拡散することにより、第
５図に示すように拡散層（Ｐ層）１３を形成する。二の
拡散層１３は抵抗ゲージとなるものである。 つぎに、酸化シリコン膜１１を除去した後、再び酸化し
、第６図に示すように酸化シリコン膜１４を設け、さら
に窒化して窒化シリコンｌ１ｇ１５を形成する（なお、
この窒化シリコン膜１５は場合によっては形成しなくて
もよい）。そして、裏面においてフォトブックラフィに
より窒化シリコンのエツチングと酸化シリコン′のエツ
チングとを１項次行って５第７図に示すように裏面の酸
化シリコン膜１４と窒化シリコン膜１５に窓１６．１７
．１８を設ける。この窓１６、］７．１８はダイアフラ
ムを形成するための凹部を選択的に設けるのに用いる選
択エソチンク用の窓である。これらの窓１６．１７．１
８は作製すｌ＼きダイアフラム部２２．２３．２４の形
状に対応して四角形の同心形状となっている。 これらの窓１６．１７．１８を通してシリコンエツチン
グを行って第８図のように３つの凹部１９．２０．２１
を同時に形成する。これら３つの凹部］９．２０．２１
により薄くなった部分がダイアフラム部２２．２３．２
４となる。これらの凹部１９．２０．２１は第１図で示
したダイアフラム部２２．２３．２４に対応して四角形
の同心形状となっており、その凹部１９．２０．２１の
間の部分かホス部２５．２６として残されている。 このダイアフラム部２２．２３．２４の部分に、抵抗ゲ
ージとなる拡散層１３が位置するよう凹部１９．２０．
２ユ、つまり工・／チンク用窓］０．１７．１８か位置
決めされる。 さらに表面側では、フォトリソクラフィにより窒化シリ
コンの工・ソチングと酸化シリコンの工、ソチングとを
順次行って、第９図のように表面の酸化シリコン膜１４
と窒化シリコン膜１５に窓２７を設ける。この窓２７は
電極形成のためのコンタクトホールとなるものである。 そして、表面の全面にアルミニウム（あるいはＡｕ−Ｃ
ｒ、Ａｕ−Ｔｉ等）を蒸着した後、フォトリンクラフィ
によりアルミニウムをコンタクトホール窓２７の近辺の
み残して工・ソチングして除去し、第１０図のような電
極２８を設ける。 このようにして作られたセンサチ・ソア１は上から見る
と、第１図のようになっている。なお、この第１図では
センサチップ１の表面の電極２８等は省略している。こ
のセンサチ・ノア１の裏面に、第２図に示すように台座
３を接合する。この台座３はカラスまたはシリコンの基
板を加工することにより、ダイアフラム部２２．２３．
２４のそれぞれに対応した凹部３１と圧力導入孔３２か
形成されたものである。凹部３１はセンサチップ′１の
凹部２１の外枠に対応した４角形となっていている。二
の台座３としてシリコン基板を用いると、これらの加工
をエツチングで行うことができて加工か容易である。 最後に、センサチ・・ｌプ１と台座３との組立体を第１
図、第２図のようにハウシンク４内に固定して半導体圧
力センサか完成する。 このような半導体圧力センサにおいてダイアフラム部２
３．２４はその、幅が同じでもより外側の方か圧力差に
よって変形し易いが、幅を広くすれば変形し易くなり狭
くすれば変形しにくくなる。 そのため、ダイアフラム部２３．２４の幅及び最も内側
のダイアフラム部２２では面積を調整することによりそ
れらの圧力検出レンジをそれぞれ調整できる、もちろん
、ダイアフラム部２２．２３．２４の厚さを変二で圧力
検出しシンを調整してもよいか、面積、幅を調整する方
か、エツチング用窓１６．１７．１８の面積を変えるた
けて同一条件でエツチングを行えるので容易である。 第１１図及び第１２図は他の実施例を示すものて、この
実施例では、センサチップうば上記のような同心的な多
重構造の圧カセンサ素子ｉ造を複数ユニ・／ト備疋てい
る。台座６にはその複数ユニッ）・に対応して凹部と圧
力導入孔か設けられている、このセンサチ・／　７５と
台座６とか接合されて開口４１．４２を有するハウシン
グ４内に納められている。この場合、同心的な多重構造
の圧カセンサ素子構造を複数ユニ・・ｌ−備しているた
め、それらユニット間て圧力検出シンクを異ならせるこ
とによりさらに圧力検出レンジを拡大てきる。また、同
心的な多重構造の圧力センサ素子構造を２ユニツト備え
させ、一方のユニットにはダイアフラム部の表裏両面に
同一圧力を加疋るように楕成すれは、そのユニットは圧
力差には惑応峙す、単に加速度にのみ対応した出力を生
しるので、こめ出力を他方の出力から減算すれは、加速
度の成分をキャンセルでき、圧力差に対応した出力のみ
を取り出すことかできる。また、一つのへウシンク４に
入れて開口４１．４２間の圧力差を検出するのでなく、
図示しないがセンサチ・ソフー５の上にンリコンケル等
の可撓性保護膜を付着してセンサチ・・プヲを保護する
とともに５各部での圧力に応じて各々の圧力センサ素子
構造ユニ・ソトか変形する構造にすることにより、圧力
の分布を測定することもてきる。

【発明の効果】

この発明の半導体圧力センサによれは、同一シリコン基
板に同心的な多重構造となっている複数個の圧力センサ
素子構造を設け、それらの圧力検出レンジを変えるよう
構成またため、非常にコンパクトでありなから　広い圧
力検出範囲金持たせることができる、しかも、容易にか
つ低（１コストで・製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる半導体圧力センサ
の一部切り欠いた平面図、第２図は第１図のＡ　−Ａ線
矢視断面図　第３図、第４図、第５図、第６図、第７図
、第８図、第９図、第１０図は上記一実施例の製造工程
の各段階での断面図、第１１図及び第１２図は他の実施
例にかかる半導体圧力センサを示すもので、第１１図は
一部切り欠いた平面図、第１２図は第１１図のＢ−Ｂ縁
矢視断面図である。 １．５・・セン゛サチップ、１１．１４　・酸（ヒシリ
コン膜、１２　・拡散窓、１３・・拡散層、１５・・窒
（ヒシリコン膜、１６．１７、］８・工・ｌ千ンク窓、
１９．２０．２１・・・凹部、２２．２３．２４・タイ
アフラム部、２５．２６・ホス部、２７　・コンタクト
ホール窓、２８・・電極、３．６・・台座、３１・・・
凹部、３２・・・圧力導入孔、４　ハウシング、４１．
４２　　開口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つのシリコン基板に同心的に設けられた多重ダ
   イアフラム部と、該ダイアフラム部のそれぞれに設けら
   れた拡散抵抗ゲージとを備えることを特徴とする半導体
   圧力センサ。