JPH06163946A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPH06163946A JPH06163946A JP33671092A JP33671092A JPH06163946A JP H06163946 A JPH06163946 A JP H06163946A JP 33671092 A JP33671092 A JP 33671092A JP 33671092 A JP33671092 A JP 33671092A JP H06163946 A JPH06163946 A JP H06163946A
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- thin
- pressure sensor
- recesses
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ピエゾ抵抗体となる抵抗領域が形成された付
近の薄肉部の厚さは薄くすることなく、微圧センサと称
される高感度型半導体圧力センサのより一層の感度向上
と強度向上を目指す。 【構成】 シリコン単結晶基板１の裏面に、島状凸部３
が残るように凹部２をエッチングにより形成し、この裏
面凹部２によって形成された薄肉部に対して表面側より
不純物拡散してピエゾ抵抗体となる抵抗領域４を設け、
さらに、表面側より、この抵抗領域４付近を除いて上記
薄肉部をさらに薄くするための少なくとも２段の凹部５
をエッチングにより形成し、上記の抵抗領域４を、この
表面凹部５以外の部分、つまり表面からのエッチングに
よって残ったことにより形成された凸部６の上に位置さ
せる。
近の薄肉部の厚さは薄くすることなく、微圧センサと称
される高感度型半導体圧力センサのより一層の感度向上
と強度向上を目指す。 【構成】 シリコン単結晶基板１の裏面に、島状凸部３
が残るように凹部２をエッチングにより形成し、この裏
面凹部２によって形成された薄肉部に対して表面側より
不純物拡散してピエゾ抵抗体となる抵抗領域４を設け、
さらに、表面側より、この抵抗領域４付近を除いて上記
薄肉部をさらに薄くするための少なくとも２段の凹部５
をエッチングにより形成し、上記の抵抗領域４を、この
表面凹部５以外の部分、つまり表面からのエッチングに
よって残ったことにより形成された凸部６の上に位置さ
せる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体圧力センサに
関し、とくに、微圧センサとも称される、微小な圧力変
化を検出するのに好適な高感度型の半導体圧力センサに
関する。
関し、とくに、微圧センサとも称される、微小な圧力変
化を検出するのに好適な高感度型の半導体圧力センサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体圧力センサは、ｎ型シリコンなど
の半導体単結晶基板の表面側にボロンなどの不純物を拡
散してｐ型領域を形成し、これをゲージ抵抗とするとと
もに、この基板の裏面側からエッチングして凹部を設け
ることにより薄肉部（ダイアフラム部）を形成し、この
薄肉部が圧力によって応力を生じたときの上記ゲージ抵
抗領域でのピエゾ抵抗効果を利用してその圧力を検出す
るものとして知られている。
の半導体単結晶基板の表面側にボロンなどの不純物を拡
散してｐ型領域を形成し、これをゲージ抵抗とするとと
もに、この基板の裏面側からエッチングして凹部を設け
ることにより薄肉部（ダイアフラム部）を形成し、この
薄肉部が圧力によって応力を生じたときの上記ゲージ抵
抗領域でのピエゾ抵抗効果を利用してその圧力を検出す
るものとして知られている。
【０００３】従来の微圧センサと称される高感度型半導
体圧力センサは、通常、図８〜図１０のように構成され
ている。図８は表面側より見た模式図で、図９はそのＡ
Ａ線矢視断面図、図１０はＢＢ線矢視断面図である。
体圧力センサは、通常、図８〜図１０のように構成され
ている。図８は表面側より見た模式図で、図９はそのＡ
Ａ線矢視断面図、図１０はＢＢ線矢視断面図である。
【０００４】これらの図に示すように、シリコン単結晶
基板１の裏面に凹部２を設けることにより薄肉部を形成
するとともに、その凹部２内に島状凸部３を設ける。ピ
エゾ抵抗体となる抵抗領域４は、基板１の表面側より、
裏面凹部２の島状凸部３が設けられていない箇所つまり
凹部２によって薄肉部とされた箇所において不純物を拡
散することにより設けられる。凹部２内に島状凸部３を
設けたのは、薄くしたダイアフラムの伸びによるセンサ
の直線性特性の劣化を抑制するとともに、凸部３の部分
で剛性を高めて、圧力による薄肉部の変形が、凸部３以
外の箇所、つまり抵抗領域４が設けられた薄肉部に集中
するようにするためである。これによりわずかの圧力に
よる変形によっても大きな抵抗変化が生じるようにし
て、微小な圧力変化をとらえるだけの感度を得ている。
基板１の裏面に凹部２を設けることにより薄肉部を形成
するとともに、その凹部２内に島状凸部３を設ける。ピ
エゾ抵抗体となる抵抗領域４は、基板１の表面側より、
裏面凹部２の島状凸部３が設けられていない箇所つまり
凹部２によって薄肉部とされた箇所において不純物を拡
散することにより設けられる。凹部２内に島状凸部３を
設けたのは、薄くしたダイアフラムの伸びによるセンサ
の直線性特性の劣化を抑制するとともに、凸部３の部分
で剛性を高めて、圧力による薄肉部の変形が、凸部３以
外の箇所、つまり抵抗領域４が設けられた薄肉部に集中
するようにするためである。これによりわずかの圧力に
よる変形によっても大きな抵抗変化が生じるようにし
て、微小な圧力変化をとらえるだけの感度を得ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の微圧センサでは、より一層の感度向上が難し
いという問題がある。すなわち、高感度化のためには、
一般にはダイアフラム部をより薄くして微小な圧力で変
形するようにすればよいのであるが、ダイアフラム部に
は抵抗領域が形成されているため、ある程度以上にはダ
イアフラム部を薄くすることはできず、この点で限界が
ある。その結果、数十グラム／平方センチメートル程度
の微圧を検知できるような感度の向上を目指す場合、ダ
イアフラム部を薄くするだけでは限界がある。
うな従来の微圧センサでは、より一層の感度向上が難し
いという問題がある。すなわち、高感度化のためには、
一般にはダイアフラム部をより薄くして微小な圧力で変
形するようにすればよいのであるが、ダイアフラム部に
は抵抗領域が形成されているため、ある程度以上にはダ
イアフラム部を薄くすることはできず、この点で限界が
ある。その結果、数十グラム／平方センチメートル程度
の微圧を検知できるような感度の向上を目指す場合、ダ
イアフラム部を薄くするだけでは限界がある。
【０００６】この発明は、上記に鑑み、圧力に感応して
変形するダイアフラム部はそこに抵抗領域を形成するた
めある厚さ以下には薄くできないという限界を突破し
て、より一層の感度向上を図るとともに、ダイアフラム
部の強度を向上させた、半導体圧力センサを提供するこ
とを目的とする。
変形するダイアフラム部はそこに抵抗領域を形成するた
めある厚さ以下には薄くできないという限界を突破し
て、より一層の感度向上を図るとともに、ダイアフラム
部の強度を向上させた、半導体圧力センサを提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】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では、半導体基板
の裏面に、島状凸部が残るように凹部を形成し、この裏
面凹部によって形成された薄肉部に対して表面側より抵
抗領域を設けておき、表面では、この抵抗領域付近を除
いて上記薄肉部をさらに薄くするための少なくとも２段
の凹部が設けられていて、抵抗領域がこの表面凹部以外
の部分つまり表面の凸部に位置することが特徴となって
いる。
め、この発明による半導体圧力センサでは、半導体基板
の裏面に、島状凸部が残るように凹部を形成し、この裏
面凹部によって形成された薄肉部に対して表面側より抵
抗領域を設けておき、表面では、この抵抗領域付近を除
いて上記薄肉部をさらに薄くするための少なくとも２段
の凹部が設けられていて、抵抗領域がこの表面凹部以外
の部分つまり表面の凸部に位置することが特徴となって
いる。
【０００８】
【作用】薄肉部は、主に裏面の凹部によって形成されて
いるが、表面の少なくとも２段の凹部によってもさらに
薄くされている。この薄肉部が圧力変化によって変形
し、その変形時の応力の中立線は薄肉部の厚さの中心付
近となる。抵抗領域は表面の凹部以外の部分つまり表面
の凸部に位置しているため、上記の変形時の応力の中立
線から、その凸部の厚さだけ離れている。そこで、薄肉
部が変形するとき、その凸部の厚さに対応してより大き
な応力が抵抗領域に加わることになり、感度が向上す
る。表面凹部は少なくとも２段に形成されているため、
その凹部空間のかど（すみ）部分に発生する応力集中が
緩和され、薄肉部の強度が向上する。
いるが、表面の少なくとも２段の凹部によってもさらに
薄くされている。この薄肉部が圧力変化によって変形
し、その変形時の応力の中立線は薄肉部の厚さの中心付
近となる。抵抗領域は表面の凹部以外の部分つまり表面
の凸部に位置しているため、上記の変形時の応力の中立
線から、その凸部の厚さだけ離れている。そこで、薄肉
部が変形するとき、その凸部の厚さに対応してより大き
な応力が抵抗領域に加わることになり、感度が向上す
る。表面凹部は少なくとも２段に形成されているため、
その凹部空間のかど（すみ）部分に発生する応力集中が
緩和され、薄肉部の強度が向上する。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の好ましい一実施例について
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図１、図２、図３、図４
および図５に示すように構成されている。図１は表面側
より見た模式図で、図２は図１のＡＡ線矢視断面図、図
３は図１のＢＢ線矢視断面図、図４は図１のＣＣ線矢視
断面図、図５は図１のＤＤ線矢視断面図である。
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図１、図２、図３、図４
および図５に示すように構成されている。図１は表面側
より見た模式図で、図２は図１のＡＡ線矢視断面図、図
３は図１のＢＢ線矢視断面図、図４は図１のＣＣ線矢視
断面図、図５は図１のＤＤ線矢視断面図である。
【００１０】これらの図において、たとえばｎ型シリコ
ンよりなる半導体単結晶基板１の裏面には、凹部２が形
成されている。この凹部２はたとえば異方性エッチング
などにより形成されるが、２つの島状領域を残してエッ
チングされる。この残った部分は島状凸部３となる。
ンよりなる半導体単結晶基板１の裏面には、凹部２が形
成されている。この凹部２はたとえば異方性エッチング
などにより形成されるが、２つの島状領域を残してエッ
チングされる。この残った部分は島状凸部３となる。
【００１１】裏面の凹部２により薄肉部が形成されるこ
とになり、その薄肉部上に、表面からボロンなどの不純
物を拡散することにより拡散抵抗領域４が形成される。
表面側には浅い２段の凹部５が同じくたとえば異方性エ
ッチングなどにより形成されている。この表面凹部５は
裏面凹部２と基本的には対応しており、裏面の島状凸部
３および抵抗領域４の付近を除いて形成されている。こ
の表面凹部５の形成により残った部分が表面での凸部６
となり、この凸部６に抵抗領域４が位置することにな
る。
とになり、その薄肉部上に、表面からボロンなどの不純
物を拡散することにより拡散抵抗領域４が形成される。
表面側には浅い２段の凹部５が同じくたとえば異方性エ
ッチングなどにより形成されている。この表面凹部５は
裏面凹部２と基本的には対応しており、裏面の島状凸部
３および抵抗領域４の付近を除いて形成されている。こ
の表面凹部５の形成により残った部分が表面での凸部６
となり、この凸部６に抵抗領域４が位置することにな
る。
【００１２】なお、実際の製造上では、裏面凹部２のエ
ッチング工程、抵抗領域４の拡散工程、表面凹部５のエ
ッチング工程等は、いずれの順序で行なうことも可能で
ある。
ッチング工程、抵抗領域４の拡散工程、表面凹部５のエ
ッチング工程等は、いずれの順序で行なうことも可能で
ある。
【００１３】ここで、裏面に島状凸部３を形成したの
は、薄くしたダイアフラムの伸びによるセンサの直線性
特性の劣化を抑制するとともに、裏面凹部２によって形
成された薄肉部が圧力によって変形したとき、島状凸部
３によりその部分の剛性を高めて、その変形が島状凸部
３のない薄肉部つまり抵抗領域４が形成された薄肉部に
集中するようにするためである。そして、表面凹部５を
裏面凸部３に対応する箇所では設けなかったのは、裏面
凸部３が形成された部分は剛性をより高める必要がある
からである。
は、薄くしたダイアフラムの伸びによるセンサの直線性
特性の劣化を抑制するとともに、裏面凹部２によって形
成された薄肉部が圧力によって変形したとき、島状凸部
３によりその部分の剛性を高めて、その変形が島状凸部
３のない薄肉部つまり抵抗領域４が形成された薄肉部に
集中するようにするためである。そして、表面凹部５を
裏面凸部３に対応する箇所では設けなかったのは、裏面
凸部３が形成された部分は剛性をより高める必要がある
からである。
【００１４】他方、表面凹部５を抵抗領域４付近には設
けなかったのは、抵抗領域４を形成するのに必要な厚さ
を確保するためであり、また、より大きな応力が抵抗領
域４に加わるようにするためである。後者について、図
６を参照して説明する。この図６は、裏面凹部２によっ
て形成された薄肉部上に形成された抵抗領域４付近の拡
大断面図である。
けなかったのは、抵抗領域４を形成するのに必要な厚さ
を確保するためであり、また、より大きな応力が抵抗領
域４に加わるようにするためである。後者について、図
６を参照して説明する。この図６は、裏面凹部２によっ
て形成された薄肉部上に形成された抵抗領域４付近の拡
大断面図である。
【００１５】この図６に示すように、抵抗領域４は、表
面の凹部５が形成されない部分、つまり表面凹部５のエ
ッチングによって残った凸部６上に形成されている。裏
面凹部２および表面凹部５により形成された薄肉部は、
圧力によって変形するが、その変形時の応力の中立線７
は、図６で示すように、薄肉部の厚さの中心付近とな
る。そのため、凸部６の厚さの分だけ抵抗領域４が中立
線７より離れることになり、薄肉部が変形したときより
大きな応力が抵抗領域４に加わることになる。
面の凹部５が形成されない部分、つまり表面凹部５のエ
ッチングによって残った凸部６上に形成されている。裏
面凹部２および表面凹部５により形成された薄肉部は、
圧力によって変形するが、その変形時の応力の中立線７
は、図６で示すように、薄肉部の厚さの中心付近とな
る。そのため、凸部６の厚さの分だけ抵抗領域４が中立
線７より離れることになり、薄肉部が変形したときより
大きな応力が抵抗領域４に加わることになる。
【００１６】このことは、従来の半導体圧力センサと比
較すれば一層明瞭である。すなわち、図７は従来の半導
体圧力センサにおける抵抗領域４の付近の拡大断面図で
ある。この図７で示すように、従来では抵抗領域４の付
近を含めて薄肉部の厚さは均一であり、そのためこの薄
肉部が圧力によって変形したときの応力の中立線７は、
薄肉部の厚さの中心付近となり、抵抗領域４により近い
ものとなっている。
較すれば一層明瞭である。すなわち、図７は従来の半導
体圧力センサにおける抵抗領域４の付近の拡大断面図で
ある。この図７で示すように、従来では抵抗領域４の付
近を含めて薄肉部の厚さは均一であり、そのためこの薄
肉部が圧力によって変形したときの応力の中立線７は、
薄肉部の厚さの中心付近となり、抵抗領域４により近い
ものとなっている。
【００１７】この図６と図７との比較から、薄肉部の上
に凸部６を設けてその上に抵抗領域４を設けるという図
６の構成の方が、従来の図７の構成よりも、薄肉部が圧
力によって変形したときの応力の中立線７から離れた位
置に抵抗領域４を置くことができ、それによってより大
きな応力を抵抗領域４に加えることができることが分か
る。つまり、抵抗領域４が設けられた付近の薄肉部の厚
さが同じでも、従来よりも高い感度が得られる。
に凸部６を設けてその上に抵抗領域４を設けるという図
６の構成の方が、従来の図７の構成よりも、薄肉部が圧
力によって変形したときの応力の中立線７から離れた位
置に抵抗領域４を置くことができ、それによってより大
きな応力を抵抗領域４に加えることができることが分か
る。つまり、抵抗領域４が設けられた付近の薄肉部の厚
さが同じでも、従来よりも高い感度が得られる。
【００１８】さらに、表面側の凹部５は上記の通り２段
（あるいはそれ以上の段階）に形成されているため、凹
部５のかど（すみ）に当たる部分、図６の点線８で囲っ
た部分に発生する応力集中が緩和される。すなわち、薄
肉部が変形するとき、応力が上記の部分８に集中し破壊
され易い状態となるが、この部分が２段階以上となって
いるため、その集中が緩和され、薄肉部の強度が向上
し、薄肉部が繰り返し変形したときの耐久性、安定性が
増すことになる。
（あるいはそれ以上の段階）に形成されているため、凹
部５のかど（すみ）に当たる部分、図６の点線８で囲っ
た部分に発生する応力集中が緩和される。すなわち、薄
肉部が変形するとき、応力が上記の部分８に集中し破壊
され易い状態となるが、この部分が２段階以上となって
いるため、その集中が緩和され、薄肉部の強度が向上
し、薄肉部が繰り返し変形したときの耐久性、安定性が
増すことになる。
【００１９】
【発明の効果】以上、実施例について説明したように、
この発明の半導体圧力センサによれば、ピエゾ抵抗体と
なる抵抗領域が設けられた付近の薄肉部の厚さは従来と
同じでも、それ以外の部分に表面側より少なくとも２段
の凹部を設けて薄肉部の厚さを薄くし、圧力によって薄
肉部が変形したときの応力の中立線からより離れた位置
に抵抗領域を置くようにしたため、薄肉部が同じだけ変
形しても従来より大きな応力を抵抗領域に加えることが
でき、感度を向上させることができる。さらに表面側の
凹部を２段階以上としているので、薄肉部が繰り返し変
形したときの薄肉部の強度が向上する。
この発明の半導体圧力センサによれば、ピエゾ抵抗体と
なる抵抗領域が設けられた付近の薄肉部の厚さは従来と
同じでも、それ以外の部分に表面側より少なくとも２段
の凹部を設けて薄肉部の厚さを薄くし、圧力によって薄
肉部が変形したときの応力の中立線からより離れた位置
に抵抗領域を置くようにしたため、薄肉部が同じだけ変
形しても従来より大きな応力を抵抗領域に加えることが
でき、感度を向上させることができる。さらに表面側の
凹部を２段階以上としているので、薄肉部が繰り返し変
形したときの薄肉部の強度が向上する。
【図１】この発明の一実施例の表面側より見た模式図。
【図２】図１のＡＡ線矢視断面図。
【図３】図１のＢＢ線矢視断面図。
【図４】図１のＣＣ線矢視断面図。
【図５】図１のＤＤ線矢視断面図。
【図６】同実施例の抵抗領域付近の薄肉部の断面図。
【図７】従来例の抵抗領域付近の薄肉部の断面図。
【図８】従来例の表面側より見た模式図。
【図９】図８のＡＡ線矢視断面図。
【図１０】図８のＢＢ線矢視断面図。
１ 半導体単結晶基板 ２ 裏面凹部 ３ 裏面島状凸部 ４ 抵抗領域 ５ 表面２段階凹部 ６ 表面凸部 ７ 応力の中立線 ８ 応力集中部
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板と、該基板の裏面において島
状凸部が残るように形成された裏面凹部と、該裏面凹部
によって形成される薄肉部において表面側より形成され
た抵抗領域と、該抵抗領域付近を除いて上記薄肉部をさ
らに薄くするため表面側に設けられた少なくとも２段の
表面凹部とを具備することを特徴とする半導体圧力セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33671092A JPH06163946A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33671092A JPH06163946A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163946A true JPH06163946A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18301994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33671092A Pending JPH06163946A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06163946A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007516746A (ja) * | 2003-12-11 | 2007-06-28 | プロテウス バイオメディカル インコーポレイテッド | 移植可能な圧力センサ |
| JP2009524211A (ja) * | 2005-12-22 | 2009-06-25 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロマシニングセンサ素子 |
-
1992
- 1992-11-24 JP JP33671092A patent/JPH06163946A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007516746A (ja) * | 2003-12-11 | 2007-06-28 | プロテウス バイオメディカル インコーポレイテッド | 移植可能な圧力センサ |
| JP2009524211A (ja) * | 2005-12-22 | 2009-06-25 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロマシニングセンサ素子 |
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