JPH07140027A

JPH07140027A - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JPH07140027A
Application number: JP28962993A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Hashimoto; 廣和橋本
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1995-06-02
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JP3307484B2

Abstract

(57)【要約】【目的】耐圧を向上させるとともに、製造工程におけ
る歩留まりを向上させ得る半導体圧力センサを提供す
る。【構成】シリコン基板１２の中央部において、該シリ
コン基板１２の裏面側に凹部１４が形成されるととも
に、中央部に突条部１６を残しその両側方の表面側に矩
形状の凹部１７が形成されることにより薄肉化されたダ
イアフラム部１０が形成され、前記突条部１６の表面に
圧力を検知するための複数のピエゾ抵抗１１ａ、１１
ｂ、…が形成されている。そして、ダイアフラム部１０
の表面側に形成された矩形状の凹部１７の各角部１８に
は応力集中を緩和するための丸みがつけられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、工業計測、家
電製品等に使用されて好適な半導体圧力センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車、工業計測、家電製品等に
使用される圧力センサとしては、シリコン基板の中央部
を薄肉化したダイアフラム部の表面に不純物を拡散して
複数のピエゾ抵抗を形成し、これらのピエゾ抵抗を感圧
部とした半導体圧力センサが知られている。

【０００３】図２は、半導体圧力センサの一例を示すも
のであって、表面の結晶方位が（１１０）面のｎ型シリ
コン（Ｓｉ）基板１の中央部に、裏面側が深くエッチン
グされて凹部２が形成されるとともに、表面側が前記結
晶方位に沿う方向に延びる突条部３を中央に残してその
両側方が前記裏面側のエッチングより浅くエッチングさ
れて平面形状が矩形状の凹部４、４が形成されることに
より、全体が薄肉のダイアフラム部５となっている。そ
して、前記突条部３の表面側中央部にはホウ素（Ｂ）等
の不純物を拡散させることにより複数のピエゾ抵抗６
ａ、６ａが互いに平行になるように形成され、同周辺部
には複数のピエゾ抵抗６ｂ、６ｂが中央部に対して互い
に対称の位置になるように不純物拡散により形成されて
いる。

【０００４】この半導体圧力センサ７において、例えば
ダイアフラム部５に上方から圧力が加わると、このダイ
アフラム部５が圧力の度合に応じて弾性的に下方に変位
し、中央部のピエゾ抵抗６ａ、６ａに圧縮応力が、周辺
部のピエゾ抵抗６ｂ、６ｂに引張応力が発生することと
なるので、中央部のピエゾ抵抗６ａ、６ａでは抵抗値が
減少し、周辺部のピエゾ抵抗６ｂ、６ｂでは抵抗値が増
大する。したがって、これらのピエゾ抵抗６ａ、６ａ、
６ｂ、６ｂによりブリッジ回路を構成して電流駆動する
ことにより、圧力の大きさに比例した電圧出力を得るこ
とができる。特に上記構造の半導体圧力センサ７では、
基板の裏面側だけでなく表面側に凹部４、４を形成する
ことによりダイアフラム部５の肉厚がより薄くなること
で、圧力感度が高くなる、圧力に対する電圧出力の直線
性が良好であるという利点を有する優れた性能のもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の半導体圧力センサ７においては、薄肉のダイアフラ
ム部５が圧力を受けたときにダイアフラム部５の表面側
に形成された矩形状の凹部４、４の角部８、８、…に応
力が集中し、ここを起点としてダイアフラム部５に破損
が生じることが多かった。このため、破損が生じること
なく測定可能となる最大圧力、いわゆる半導体圧力セン
サにおける所定の耐圧を確保することが困難であった。
また、半導体圧力センサ７の製造工程中においてもダイ
アフラム部５に外力が加わることにより破損が生じるこ
とがあり、その歩留まりが低下するという問題があっ
た。

【０００６】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであって、所定の耐圧を確保するとともに、
製造工程における歩留まりを向上させ得る半導体圧力セ
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】前記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体圧力センサは、半導体基板の中央
部において該半導体基板の裏面側に開口する矩形状の凹
部が形成されるとともに、該凹部の上方にあたる基板部
分の中央部に該基板部分を横断する突条部を残し、その
両側方に表面側に開口する矩形状の凹部が形成されたダ
イアフラム部が形成され、該ダイアフラム部内の前記突
条部の表面に圧力を検知するための複数のピエゾ抵抗が
形成された半導体圧力センサにおいて、前記ダイアフラ
ム部に形成された矩形状の凹部は、その各角部が丸みの
付いた形状とされたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明の半導体圧力センサによれば、ダイアフ
ラム部における矩形状の凹部の各角部が丸みのついた形
状とされているため、ダイアフラム部が圧力を受けた際
に前記角部に対する応力集中が緩和され、前記角部を起
点として生じる破損を防止することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の半導体圧力センサの一実施例
を図１を参照して説明する。図１は本実施例の半導体圧
力センサ９を示す図であって、図中符号９は半導体圧力
センサ、１０はダイアフラム部、１１ａ、１１ｂはピエ
ゾ抵抗である。

【００１０】この半導体圧力センサ９は、一例として表
面の結晶方位が（１１０）面のｎ型シリコン基板１２
（半導体基板）を用いて２．８ｍｍ角のチップ１３を形
成し、このチップ１３の中央部に１．５ｍｍ角の薄肉の
ダイアフラム部１０が以下のようにして形成されたもの
である。

【００１１】図１（ｂ）に示すように、ダイアフラム部
１０を形成すべきチップ１３の裏面側の中央部には平面
形状が矩形状の凹部１４が形成されている。この凹部１
４はチップ１３の裏面にパターニングを施し、異方性エ
ッチングを行なうことにより形成されるものである。

【００１２】一方、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、
チップ１３の表面側の前記凹部１４の上方にあたる基板
部分１５に、その中央部に結晶方位が（１１０）の方向
に延び、この基板部分を横断する幅１００μｍの突条部
１６を残してその両側方に平面形状が略矩形状の凹部１
７、１７が形成されている。そして、凹部１７の各角部
１８、１８、…は数１０〜２００μｍ程度の曲率をもつ
丸みがついた形状とされている。この際には、マスクパ
ターン自体の角部に丸みを付けたものを用いてパターニ
ングを行なった後、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）、プラズマエッチング（ＰＥ）等のドライエッチン
グを用いて等方性エッチングを行なうことにより丸みの
ついた角部１８を有する凹部１７を形成する。以上の加
工により、肉厚が２０μｍ程度の薄肉のダイアフラム部
１０が形成されている。

【００１３】そして、前記突条部１６の表面側中央部に
はホウ素（Ｂ）等の不純物を拡散させることにより２個
のピエゾ抵抗１１ａ、１１ａが互いに平行になるように
形成され、同周辺部には２個のピエゾ抵抗１１ｂ、１１
ｂが中央部に対して互いに対称の位置になるように不純
物拡散により形成されている。

【００１４】この半導体圧力センサ９において、例えば
ダイアフラム部１０に上方から圧力が加わると、このダ
イアフラム部１０が圧力の度合に応じて弾性的に下方に
変位し、中央部のピエゾ抵抗１１ａ、１１ａに圧縮応力
が、周辺部のピエゾ抵抗１１ｂ、１１ｂに引張応力が発
生することとなるので、中央部のピエゾ抵抗１１ａ、１
１ａでは抵抗値が減少し、周辺部のピエゾ抵抗１１ｂ、
１１ｂでは抵抗値が増大する。したがって、これらのピ
エゾ抵抗１１ａ、１１ａ、１１ｂ、１１ｂによりブリッ
ジ回路を構成して電流駆動することにより、圧力の大き
さに比例した電圧出力を得ることができる。

【００１５】本実施例の半導体圧力センサ９は、ダイア
フラム部１０におけるチップ１３表面側の凹部１７の各
角部１８が丸みをつけた形状とされているため、ダイア
フラム部１０が過大な圧力を受けた際に、従来の半導体
圧力センサのように尖った角部に応力が極端に集中する
ようなこともなく、応力集中が緩和されるので、従来の
場合に比して半導体圧力センサの耐圧を３〜５倍と格段
に向上させることができる。

【００１６】また、ダイアフラム部１０の破損の割合は
主にダイアフラム部１０の肉厚に依存し、特にダイアフ
ラム部１０の肉厚が本実施例よりさらに小さい１０μｍ
程度になると、製造工程中の破損率が急激に大きくな
り、歩留まりが極端に低下する傾向にある。ところが、
このような薄肉のダイアフラム部１０の場合であって
も、前記角部１８に丸みを付けることにより、ダイアフ
ラム部１０の肉厚が２０μｍのときに歩留まりを１．２
倍、１５μｍのときに１．５倍、１０μｍのときに２倍
以上と従来の場合に比べて向上させることができる。す
なわち、ダイアフラム部１０の肉厚が小さい程、歩留ま
り向上に対して大きな効果を得ることができる。

【００１７】また、本実施例では、角部１８の丸みはマ
スクパターン自体の角部に丸みを付けることにより形成
しているので、マスクパターンを確実に転写しさえすれ
ば、センサ製造の際に同様な丸みを再現性良く形成する
ことができる。

【００１８】なお、本実施例においては、ダイアフラム
部１０における表面側の凹部１７の各角部１８に丸みを
つけるようにしたが、これに加えて、同様な方法を用い
て裏面側の凹部１４の各角部に丸みを付けたり、ダイア
フラム部１０にさらに凹部を形成してその各角部に丸み
を付けた半導体圧力センサを構成することもできる。ま
た、半導体圧力センサ９の各部の寸法を一例として示し
たが、勿論これに限るものではなく、種々の設計変更が
可能である。特に、凹部１７における角部１８の曲率に
ついては、曲率を変えることにより応力集中の緩和の程
度が変わるため、製造する際の再現性の維持が可能な範
囲で曲率を最適化することにより半導体圧力センサ９の
耐圧を調整することができる。また、チップ１３の表面
側、裏面側の凹部１４、１７の形成方法については、ウ
ェットエッチング、ドライエッチング等、種々のエッチ
ング方法や条件を適用することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
半導体圧力センサは、ダイアフラム部に形成された凹部
の各角部が丸みのついた形状に構成されたことにより、
ダイアフラム部が圧力を受けたときの前記角部に対する
応力集中が緩和され、角部を起点とする破損が防止され
るので、尖った角部を有する従来の場合に比して半導体
圧力センサの耐圧を向上させることができるとともに、
製造工程における歩留まりを高いものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体圧力センサの一実施例を示す
（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ―Ａ線に沿う断
面図である。

【図２】従来の半導体圧力センサの一例を示す（ａ）
平面図、（ｂ）（ａ）におけるＢ―Ｂ線に沿う断面図で
ある。

【符号の説明】

９…半導体圧力センサ、１０…ダイアフラム部、１１
ａ、１１ｂ…ピエゾ抵抗、１２…シリコン基板（半導体
基板）、１４…（半導体基板の裏面側に形成された）凹
部、１５…基板部分、１６…突条部、１７…（半導体基
板の表面側に形成された）凹部、１８…角部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の中央部において該半導体基
板の裏面側に開口する矩形状の凹部が形成されるととも
に、該凹部の上方にあたる基板部分の中央部に該基板部
分を横断する突条部を残し、その両側方に表面側に開口
する矩形状の凹部が形成されたダイアフラム部が形成さ
れ、該ダイアフラム部内の前記突条部の表面に圧力を検知す
るための複数のピエゾ抵抗が形成された半導体圧力セン
サにおいて、前記ダイアフラム部に形成された矩形状の凹部は、その
各角部が丸みの付いた形状とされたことを特徴とする半
導体圧力センサ。