JPH0536993A - Semiconductor pressure detector - Google Patents
Semiconductor pressure detectorInfo
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- JPH0536993A JPH0536993A JP19229391A JP19229391A JPH0536993A JP H0536993 A JPH0536993 A JP H0536993A JP 19229391 A JP19229391 A JP 19229391A JP 19229391 A JP19229391 A JP 19229391A JP H0536993 A JPH0536993 A JP H0536993A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、シリコンウエハによ
って構成されたダイヤフラム部に、ブリッジ状に接続さ
れる複数の歪ゲージを形成して構成した、特にフェイス
ダウン構造の半導体圧力検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure detecting device having a face-down structure, in which a plurality of strain gauges connected in a bridge shape are formed in a diaphragm portion made of a silicon wafer.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、特開平2−138776号公報
に、シリコンチップの歪ゲージを配置する面とガラス台
座を接合するフェイスダウン構造の圧力検出装置が示さ
れている。2. Description of the Related Art For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2-138767 discloses a pressure detecting device having a face-down structure in which a surface of a silicon chip on which a strain gauge is arranged and a glass pedestal are joined.
【0003】このフェイスダウン構造の半導体圧力検出
装置にあっては、ダイヤフラムを構成するシリコンチッ
プの表面にシリコン酸化膜(Si O2)を形成すると共
に、このシリコン酸化膜上に陽極接合のための多結晶シ
リコンによるシリコン薄膜を堆積しているもので、この
シリコン薄膜のダイヤフラムに対応する部分の上は、圧
力基準室を形成するために、このシリコン薄膜がエッチ
ング除去している。そして、このシリコン薄膜をスペー
サとして、ガラス台座を接合している。In this face-down structure semiconductor pressure detecting device, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on the surface of a silicon chip forming a diaphragm, and anodically bonding is performed on the silicon oxide film. A silicon thin film made of polycrystalline silicon is deposited, and the silicon thin film is removed by etching to form a pressure reference chamber on a portion of the silicon thin film corresponding to the diaphragm. Then, the glass pedestal is joined using this silicon thin film as a spacer.
【0004】この様な構造の圧力検出装置において、シ
リコンウエハ、シリコン酸化膜、シリコン薄膜は、それ
ぞれ熱膨脹係数が異なる。したがって、歪ゲージを配置
するようになるダイヤフラムの面には熱応力が発生す
る。In the pressure detecting device having such a structure, the silicon wafer, the silicon oxide film, and the silicon thin film have different thermal expansion coefficients. Therefore, thermal stress is generated on the surface of the diaphragm on which the strain gauge is arranged.
【0005】この熱応力は、圧力検出装置としてのオフ
セット電圧の温度依存の原因となるものであり、特に大
きな熱が作用する部位に設置される圧力検出装置の測定
精度の悪化の原因となる。This thermal stress causes temperature dependence of the offset voltage as the pressure detecting device, and particularly causes deterioration of the measurement accuracy of the pressure detecting device installed in a portion where a large amount of heat acts.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、特にシリコンウエハの表面
にシリコン薄膜をスペーサとしてガラス台座を接合する
ようなフェイスダウン構造とした場合において、熱応力
によって測定精度に作用する影響が排除されるようにし
て、検出精度の信頼性が向上されるようにした半導体圧
力検出装置を提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and particularly in the case of a face-down structure in which a glass pedestal is bonded to the surface of a silicon wafer using a silicon thin film as a spacer, An object of the present invention is to provide a semiconductor pressure detecting device in which the influence of thermal stress on the measurement accuracy is eliminated and the reliability of the detection accuracy is improved.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この様に構成される半導
体圧力検出装置にあっては、結晶面方位{100}の丸
型、または{110}の丸型あるいは角型のシリコンウ
エハの上にシリコン薄膜をスペーサとして台座を接合
し、前記シリコンウエハに形成されるダイヤフラムにブ
リッジ回路を構成する複数の歪ゲージを配置した圧力検
出装置において、ダイヤフラムの中心と歪ゲージとの距
離をx、前記ダイヤフラムの中心とその端部との距離を
aとした場合、“x/a≦0/88”に設定されるよう
にする。In a semiconductor pressure detecting device having such a structure, a semiconductor wafer having a crystal plane orientation of {100} round, or {110} round or square silicon wafer is formed. In a pressure detecting device in which a pedestal is joined using a silicon thin film as a spacer, and a plurality of strain gauges forming a bridge circuit are arranged on a diaphragm formed on the silicon wafer, a distance between a center of the diaphragm and the strain gauge is x, and the diaphragm is When the distance between the center and the end of the is set to a, “x / a ≦ 0/88” is set.
【0008】[0008]
【作用】この様に歪ゲージを配置することによって、シ
リコンウエハ、シリコン薄膜等の熱膨脹係数の相違によ
って、各歪ゲージに加わる熱応力がキャンセルされるよ
うになり、歪ゲーシによって構成されるホイートストン
ブリッジからの熱応力による出力を抑制することができ
る。したがって、この圧力検出装置の検出精度は効果的
に向上される。By arranging the strain gauges in this way, the thermal stress applied to each strain gauge is canceled due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the silicon wafer, the silicon thin film, etc., and the Wheatstone bridge constructed by the strain gage is constructed. It is possible to suppress the output due to the thermal stress from. Therefore, the detection accuracy of this pressure detection device is effectively improved.
【0009】[0009]
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図1は半導体圧力検出装置の構造を示したも
ので、結晶方位{100}または{110}のシリコン
ウエハ11をエッチングにより除去することによってダイ
ヤフラム12が形成される。このダイヤフラム12に対応す
る部屋13部分に被測定圧力媒体が作用される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of a semiconductor pressure detecting device, in which a diaphragm 12 is formed by removing a silicon wafer 11 having a crystal orientation of {100} or {110} by etching. The pressure medium to be measured acts on the portion of the chamber 13 corresponding to the diaphragm 12.
【0010】このシリコンウエハ11の表面には、シリコ
ン酸化膜層14が全面に形成され、このシリコン酸化膜層
14の上に、さらに多結晶シリコンによるシリコン薄膜層
15が堆積形成される。そして、このシリコン薄膜層15を
スペーサとしてガラス台座16が接合される。A silicon oxide film layer 14 is formed on the entire surface of the silicon wafer 11, and the silicon oxide film layer 14 is formed.
14 thin film layer made of polycrystalline silicon
15 are deposited. Then, the glass pedestal 16 is bonded using the silicon thin film layer 15 as a spacer.
【0011】この場合、シリコン薄膜層15のダイヤフラ
ム12に対応する部分は、エッチングによって除去し、ダ
イヤフラム12とガラス台座16との間に、例えば真空の状
態にした圧力基準室17が形成されるようにしている。In this case, the portion of the silicon thin film layer 15 corresponding to the diaphragm 12 is removed by etching so that a pressure reference chamber 17 in a vacuum state is formed between the diaphragm 12 and the glass pedestal 16. I have to.
【0012】この圧力検出装置は、シリコン薄膜15を介
してダイヤフラム12を形成したシリコンウエハ11とガラ
ス台座16とを接合したフエイスダウン構造で構成される
もので、ダイヤフラム12の表面部に複数の歪ゲージ181
、182 、…が形成される。そして、これら歪ゲージ181
、182 、…は、アルミニウム配線19等によってホイー
トストンブリッジに接続されている。This pressure detecting device has a face-down structure in which a silicon wafer 11 having a diaphragm 12 formed through a silicon thin film 15 and a glass pedestal 16 are bonded to each other. A plurality of strains are formed on the surface of the diaphragm 12. Gauge 181
, 182, ... Are formed. And these strain gauges 181
, 182, ... Are connected to the Wheatstone bridge by aluminum wiring 19 or the like.
【0013】図2の(A)〜(C)は、それぞれダイヤ
フラム12に対するホイートストンブリッジを構成する4
個の歪ゲージ181 〜184 の配置状態を示したもので、
(A)および(B)はダイヤフラム12が円形に構成され
た場合を示し、(C)はダイヤフラム12が正方形に構成
された場合を示している。2 (A) to 2 (C) constitute a Wheatstone bridge for the diaphragm 12, respectively.
It shows the arrangement of the individual strain gauges 181-184,
(A) and (B) show a case where the diaphragm 12 is formed in a circular shape, and (C) shows a case where the diaphragm 12 is formed in a square shape.
【0014】4個の歪ゲージ181 〜184 によってホイー
トストンブリッジを構成するシリコン半導体圧力検出装
置において、熱応力の影響を排除するためには、シリコ
ン面方位が{110}の(A)図および(C)図の場合
には、縦方向の熱応力ρL のみが歪ゲージの抵抗変化に
寄与するため、ダイヤフラムの中心に配置される2本の
歪ゲージ183 、184 と他の2本の歪ゲージ181 、182 と
の縦方向の熱応力δLが等しくなるように設定すればよ
い。また、(B)図のようにシリコン面方位{100}
の場合においては、4本の歪ゲージ181 〜184 にそれぞ
れ加わる縦方向の熱応力σL と横方向の熱応力σT とを
等しくすればよい。In order to eliminate the influence of thermal stress in the silicon semiconductor pressure detecting device which constitutes the Wheatstone bridge by the four strain gauges 181 to 184, in order to eliminate the influence of thermal stress, the silicon plane orientation is {110} in (A) and (C). In the case of the figure, since only the longitudinal thermal stress ρ L contributes to the resistance change of the strain gauge, the two strain gauges 183, 184 arranged at the center of the diaphragm and the other two strain gauges 181. , 182 may be set so that the thermal stresses Δ L in the vertical direction are equal. Moreover, as shown in FIG.
In this case, the longitudinal thermal stress σ L and the lateral thermal stress σ T applied to the four strain gauges 181 to 184 may be equal to each other.
【0015】図3は、有限要素法(FEM)によって求
められたシリコンチップ(シリコンウエハ11)の表面に
堆積されたシリコン薄膜層15をスペーサとしてガラス台
座16を接合するフェイスダウン構造の、シリコンチップ
表面(歪ゲージ181 〜184 が配置される面)における熱
応力の分布の一例を示しているもので、(A)は丸型ダ
イヤフラムの場合、(B)は角型ダイヤフラムの場合を
示している。FIG. 3 shows a silicon chip having a face-down structure in which a glass pedestal 16 is bonded using a silicon thin film layer 15 deposited on the surface of a silicon chip (silicon wafer 11) obtained by a finite element method (FEM) as a spacer. An example of the distribution of thermal stress on the surface (the surface on which the strain gauges 181 to 184 are arranged) is shown. (A) shows the case of a round diaphragm, (B) shows the case of a square diaphragm. ..
【0016】この熱応力は、ダイヤフラムの厚さおよび
径、シリコンチップに堆積されるシリコン酸化膜層14お
よびシリコン薄膜層15の膜厚、さらにこれらの膜の形成
温度等によって変化するが、その分布形状はこれらの条
件によって変化しない(FEMによって確認した)。し
たがって、この様なフェイスダウン構造の圧力検出装置
において、図3で示した状況は一般的に成立する。This thermal stress varies depending on the thickness and diameter of the diaphragm, the film thicknesses of the silicon oxide film layer 14 and the silicon thin film layer 15 deposited on the silicon chip, the formation temperature of these films, and the like. The shape does not change with these conditions (confirmed by FEM). Therefore, in such a face-down structure pressure detection device, the situation shown in FIG. 3 is generally established.
【0017】したがって、シリコンダイヤフラム12の形
状、並びに歪ゲージ181 〜184 を配置する位置を、次の
ように限定することによって、熱応力の影響を受けない
高精度の圧力検出装置を構成することができる。Therefore, by limiting the shape of the silicon diaphragm 12 and the positions where the strain gauges 181 to 184 are arranged as follows, it is possible to construct a highly accurate pressure detecting device which is not affected by thermal stress. it can.
【0018】a)シリコン面方位{100}または{1
10}の丸型ダイヤフラムにおいては、“x/a=0.
88”の以下の領域に歪ゲージを配置する。 b)シリコン面方位{110}の角型ダイヤフラムにお
いては、“x/a=0.88以下の領域に歪ゲージを配
置する。A) Silicon plane orientation {100} or {1
10} round diaphragm, “x / a = 0.
Strain gauges are arranged in the following regions of 88 ″. B) In a square diaphragm having a silicon plane orientation of {110}, strain gauges are arranged in the regions of “x / a = 0.88 or less.
【0019】ただし、 x:歪ゲージのダイヤフラム中心からの距離。 a:ダイヤフラムの中心と端部との距離(丸型の場合は
その半径)。However, x: distance from the center of the diaphragm of the strain gauge. a: Distance between the center and the end of the diaphragm (the radius of the round shape).
【0020】図4はシリコンウエハ11のダイヤフラ12に
対応した被測定圧力が作用される部屋13の形成される裏
面とガラス台座16とを接合して構成した一般的な圧力検
出装置を示すもので、このシリコンウエハ11の表面には
シリコン酸化膜層14が形成されている。そして、ガラス
台座16には、部屋13に連通するようにして圧力導入孔20
が形成されている。FIG. 4 shows a general pressure detecting device constructed by joining a rear surface of the silicon wafer 11 on which the measured pressure corresponding to the diaphragm 12 is formed and the glass pedestal 16 to each other. A silicon oxide film layer 14 is formed on the surface of the silicon wafer 11. Then, the glass pedestal 16 is connected to the chamber 13 so as to communicate with the pressure introducing hole 20.
Are formed.
【0021】この様な構成の圧力検出装置においても、
シリコン酸化膜層14等によって熱応力が発生しているも
のであるが、このシリコンウエハ11の表面の全面におい
て、縦方向および横方向の熱応力が等しく、且つその値
は一定であるので、歪ゲージ181 〜184 の配置位置によ
らずホイートストンブリッジからの熱応力による出力は
発生しない。Also in the pressure detecting device having such a structure,
Although thermal stress is generated by the silicon oxide film layer 14 and the like, in the entire surface of the silicon wafer 11, the longitudinal and lateral thermal stresses are equal and their values are constant, so Output due to thermal stress from the Wheatstone bridge does not occur regardless of the position of the gauges 181-184.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る半導体圧力
検出装置によれば、特にフェイスダウン構造においてシ
リコン面方位{100}の丸型、または面方位{11
0}の丸型あるいは角型のシリコンウエハに形成された
ダイヤフラムに配置される歪ゲージの配置位置を“x/
a≦0.88”に設定することにより、例えばブリッジ
回路を構成するようになる複数の歪ゲージに加わる熱応
力を互いにキャンセルすることができ、ホイートストン
ブリッジとして熱応力による出力が抑制される。したが
って、圧力検出精度が向上され、信頼性が得られるよう
になる。As described above, according to the semiconductor pressure detecting device of the present invention, particularly in the face-down structure, the silicon surface orientation is the round shape of {100} or the surface orientation of {11}.
The position of the strain gauge arranged on the diaphragm formed on the round or square silicon wafer of 0} is represented by "x /
By setting a ≦ 0.88 ″, for example, the thermal stresses applied to the plurality of strain gauges forming the bridge circuit can be canceled each other, and the output due to the thermal stress is suppressed as the Wheatstone bridge. , The pressure detection accuracy is improved, and the reliability can be obtained.
【図1】この発明の一実施例に係る半導体圧力検出装置
を説明する断面構成図。FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a semiconductor pressure detection device according to an embodiment of the present invention.
【図2】(A)乃至(C)はそれぞれ上記圧力検出装置
の歪ゲージの配置状態の例を示す図。FIGS. 2A to 2C are diagrams showing examples of arrangement states of strain gauges of the pressure detection device.
【図3】(A)および(B)はそれぞれ丸型および各型
ダイヤフラムにおいて、有限要素法によって求められた
熱応力の分布状態を説明する図。3 (A) and 3 (B) are views for explaining a distribution state of thermal stress obtained by a finite element method in a round type diaphragm and each type diaphragm, respectively.
【図4】圧力検出装置の一般的な構成を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a general configuration of a pressure detection device.
11…シリコンウエハ、12…ダイヤフラム、13…部屋、14
…シリコン酸化膜層、15…シリコン薄膜、16…ガラス台
座、17…圧力基準室、181 〜184 …歪ゲージ。11 ... Silicon wafer, 12 ... Diaphragm, 13 ... Room, 14
… Silicon oxide film layer, 15… Silicon thin film, 16… Glass pedestal, 17… Pressure reference chamber, 181-184… Strain gauge.
Claims (1)
形成したシリコン面方位{100}の丸型、または{1
10}の丸型あるいは角型のシリコンウエハと、 前記ダイヤフラムの形成部位を除いて前記シリコンウエ
ハの表面に堆積形成されたシリコン薄膜と、 このシリコン薄膜をスペーサとして前記シリコンウエハ
を接合し、前記ダイヤフラムに対応する部分に圧力基準
室を形成する台座と、 前記シリコンウエハの前記ダイヤフラム部分に対応して
形成された複数の歪みゲージとを具備し、 この歪ゲージと前記ダイヤフラムの中心との距離をx、
および前記ダイヤフラムの中心とその端部との距離をa
とした場合、“x/a≦0.88”に設定されるように
したことを特徴とする半導体圧力検出装置。1. A round shape having a silicon surface orientation of {100} or a diaphragm having a diaphragm formed in communication with a pressure chamber to be measured.
10} round or square silicon wafer, a silicon thin film deposited and formed on the surface of the silicon wafer except for the diaphragm formation portion, and the silicon wafer is bonded using the silicon thin film as a spacer to form the diaphragm. A pedestal that forms a pressure reference chamber in a portion corresponding to, and a plurality of strain gauges formed corresponding to the diaphragm portion of the silicon wafer, and a distance between the strain gauge and the center of the diaphragm is x. ,
And the distance between the center of the diaphragm and its end is a
In this case, the semiconductor pressure detecting device is characterized in that "x / a≤0.88" is set.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19229391A JPH0536993A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Semiconductor pressure detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19229391A JPH0536993A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Semiconductor pressure detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0536993A true JPH0536993A (en) | 1993-02-12 |
Family
ID=16288870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19229391A Pending JPH0536993A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Semiconductor pressure detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0536993A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4884873A (en) * | 1981-09-16 | 1989-12-05 | Manchester R & D Partnership | Encapsulated liquid crystal material, apparatus and method having interconnected capsules |
JP2013145163A (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Denso Corp | Semiconductor pressure sensor and method for manufacturing the same |
US9513182B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-12-06 | Denso Corporation | Pressure sensor having multiple piezoresistive elements |
-
1991
- 1991-07-31 JP JP19229391A patent/JPH0536993A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4884873A (en) * | 1981-09-16 | 1989-12-05 | Manchester R & D Partnership | Encapsulated liquid crystal material, apparatus and method having interconnected capsules |
JP2013145163A (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Denso Corp | Semiconductor pressure sensor and method for manufacturing the same |
US9513182B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-12-06 | Denso Corporation | Pressure sensor having multiple piezoresistive elements |
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