JPH073647Y2 - Semiconductor pressure sensor - Google Patents

Semiconductor pressure sensor

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JPH073647Y2
JPH073647Y2 JP16553788U JP16553788U JPH073647Y2 JP H073647 Y2 JPH073647 Y2 JP H073647Y2 JP 16553788 U JP16553788 U JP 16553788U JP 16553788 U JP16553788 U JP 16553788U JP H073647 Y2 JPH073647 Y2 JP H073647Y2
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JP
Japan
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diaphragm
semiconductor substrate
pressure sensor
pressure
dimension
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JP16553788U
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Japanese (ja)
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JPH0286152U (en
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建一 杉本
重和 安田
仁 岩田
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Tokai Rika Co Ltd
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Tokai Rika Co Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 [考案の目的] (産業上の利用分野) 本考案は、半導体基板に長尺状のダイヤフラムを形成
し、このダイヤフラムに加わる圧力に応じたピエゾ抵抗
効果を利用する半導体圧力センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial field of application) The present invention is a semiconductor in which a long diaphragm is formed on a semiconductor substrate and a piezoresistive effect according to the pressure applied to the diaphragm is used. Regarding a pressure sensor.

(従来の技術) 従来、この種の半導体圧力センサとしては第4図に示す
ようなものがある。この第4図において、1は面方位を
(110)面とするシリコン単結晶よりなる正方形状の半
導体基板で、2はこの半導体基板1に形成された長尺状
で薄肉のダイヤフラムである。このダイヤフラム2は、
その長さ方向が半導体基板1の縁辺と平行になるように
してその中央部に配置されており、その幅方向が半導体
基板1の結晶軸<111>方向に沿うようになっている。
また、このダイヤフラム2は、半導体基板1の下面側か
ら異方性エッチングにより長尺状の溝部3を形成して所
定の厚さに設けられているものである。4はダイヤフラ
ム2の中央部に幅方向に沿った不純物の拡散により形成
された抵抗部である。このように形成された半導体基板
1は図示しない基台に固着され、上記溝部3を閉塞して
基準圧力室とするように設置されるものである。
(Prior Art) Conventionally, there is a semiconductor pressure sensor of this type as shown in FIG. In FIG. 4, reference numeral 1 is a square semiconductor substrate made of a silicon single crystal having a plane orientation of (110) plane, and 2 is a long thin diaphragm formed on the semiconductor substrate 1. This diaphragm 2
It is arranged in the central portion such that its length direction is parallel to the edge of the semiconductor substrate 1, and its width direction is along the crystal axis <111> direction of the semiconductor substrate 1.
The diaphragm 2 is provided with a predetermined thickness by forming an elongated groove portion 3 by anisotropic etching from the lower surface side of the semiconductor substrate 1. Reference numeral 4 is a resistance portion formed by diffusion of impurities in the central portion of the diaphragm 2 along the width direction. The semiconductor substrate 1 thus formed is fixed to a base (not shown), and is installed so as to close the groove 3 to form a reference pressure chamber.

而して、外部の圧力変化により上記基準圧力室内の圧力
の差が生じると、ダイヤフラム2が変形し、この結果、
抵抗部4の抵抗値がピエゾ抵抗効果により変化し、この
抵抗値の変化分を電気的に検出することによって圧力の
測定が行なわれるものである。
When a difference in pressure inside the reference pressure chamber occurs due to a change in external pressure, the diaphragm 2 is deformed, and as a result,
The resistance value of the resistance portion 4 changes due to the piezoresistive effect, and the pressure is measured by electrically detecting the change in the resistance value.

(考案が解決しようとする課題) ところで、このような半導体圧力センサは、ダイヤフラ
ム2の肉厚を一定とした場合、その長さ寸法l及び幅寸
法wによって圧力に対して得られる出力の直線性領域が
決まってくるものであり、例えば長さ寸法lと幅寸法w
をその比l/wを一定にして大きくすれば、圧力に対する
出力の直線性を変えずにその出力を大きくすることがで
きるものである。
(Problems to be solved by the invention) By the way, in such a semiconductor pressure sensor, when the thickness of the diaphragm 2 is constant, the linearity of the output obtained with respect to the pressure by the length dimension 1 and the width dimension w thereof. The area is decided, for example, the length dimension 1 and the width dimension w.
If the ratio l / w is kept constant and is increased, the output can be increased without changing the linearity of the output with respect to pressure.

しかしながら、従来のような構成ではダイヤフラム2の
長さ寸法lと溝部3の上,下端部に異方性エッチングに
よりできる斜面部3a,3bの長さとを加えた溝部3の長寸
法Lが、半導体基板1の一辺の長さAから強度保持のた
めに残す上,下部の寸法aを除いたA−2aとして決まっ
てしまうため、上述したように圧力センサとしての性能
を向上させるためには、半導体基板1を大きくしなけれ
ばならないという問題があった。
However, in the conventional configuration, the length dimension L of the groove 2 including the length dimension 1 of the diaphragm 2 and the lengths of the slopes 3a and 3b formed by anisotropic etching at the upper and lower ends of the groove 3 is the semiconductor. The length A of one side of the substrate 1 is left for strength retention, and is determined as A-2a excluding the dimension a at the bottom. There was a problem that the substrate 1 had to be large.

本考案は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その
目的は、半導体基板の大形化を伴うことなく、圧力に対
する出力を大きくしてその性能を向上し得る半導体圧力
センサを提供するにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor pressure sensor capable of increasing the output against pressure and improving the performance thereof without increasing the size of the semiconductor substrate. is there.

[考案の構成] (課題を解決するための手段) 本考案の半導体圧力センサは、面方位を(110)面とす
る矩形状の半導体基板に対して、長尺状をなし薄肉のダ
イヤフラムをその幅方向を<111>方向に沿わせ且つ長
さ方向を対角線上に沿わせて配置するように形成したこ
とを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problem) A semiconductor pressure sensor of the present invention is a rectangular semiconductor substrate having a plane orientation of (110) plane and a long thin diaphragm. It is characterized in that it is formed so that the width direction is along the <111> direction and the length direction is along the diagonal line.

(作用) 本考案の半導体圧力センサによれば、ダイヤフラムを、
その長さ方向が半導体基板に対して対角線方向に配置さ
れるように形成しているので、長さ寸法及び幅寸法の両
者を共に従来よりも大きくすることができ、この結果、
ダイヤフラムの面積が大きくなって、圧力に対する出力
の直線性領域を低下させることなく、感度が大きくな
る。
(Operation) According to the semiconductor pressure sensor of the present invention, the diaphragm is
Since the length direction is formed so as to be arranged in a diagonal direction with respect to the semiconductor substrate, both the length dimension and the width dimension can be made larger than in the conventional case, and as a result,
The larger area of the diaphragm increases the sensitivity without reducing the linearity region of the output with respect to pressure.

(実施例) 以下、本考案の一実施例について第1図乃至第3図を参
照しながら説明する。
(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.

第1図において、11は例えば一辺の長さをAとする矩形
状たる正方形状の半導体基板であり、これは面方位を
(110)面とするシリコン単結晶ウエハから切出された
ものである。また、この半導体基板11はその頂点11a乃
至11dのうち頂点11a及び11cを結ぶ対角線方向が<111>
方向の結晶軸となるように切出されているものである。
12は長さ寸法l′,幅寸法w′の長尺状をなした薄肉の
ダイヤフラムで、長さ方向が頂点11b,11dを結ぶ対角線
に沿って配置され、従って幅方向は頂点11a,11cを結ぶ
対角線方向即ち<111>方向に沿って配置されている。
この場合、ダイヤフラム2は、半導体基板11の下面側に
溝部13を形成して半導体基板11の厚さを、薄くすること
によって形成しているものである。この溝部13は、第2
図及び第3図に示すように、半導体基板11の下面に設け
た所定形状のエッチングマスク14を用い、水酸化カリウ
ム等のアルカリ溶液により異方性エッチングを行なって
形成しているもので、長さ方向に対してその両端部13a,
13bが斜面となり、側面部13c,13dは底面に垂直な面とな
り、これらの面13a乃至13dは全て(111)面となつてい
る。尚、この溝部13は、半導体基板11の強度保持のた
め、従来同様に外周から所定寸法aだけ内側に位置する
ように設けられている。15はダイヤフラム12の中央部に
形成された抵抗部で、これはダイヤフラム12の幅方向即
ち<111>方向に沿って拡散等の方法により作り込まれ
るものである。このような半導体基板11は溝部13を密閉
するように図示しない基台に固着されるもので、これに
より溝部13は基準圧力室として作用するようになってい
る。
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes, for example, a rectangular semiconductor substrate having a rectangular shape with a side length A, which is cut out from a silicon single crystal wafer having a plane orientation of (110) plane. . In addition, in the semiconductor substrate 11, among the vertices 11a to 11d, the diagonal direction connecting the vertices 11a and 11c is <111>.
It is cut out so as to be the crystal axis of the direction.
Reference numeral 12 is a thin thin diaphragm having a length dimension l ′ and a width dimension w ′, which is arranged along a diagonal line connecting the vertices 11b and 11d in the length direction, and therefore the vertices 11a and 11c in the width direction. They are arranged along the diagonal direction, that is, the <111> direction.
In this case, the diaphragm 2 is formed by forming the groove portion 13 on the lower surface side of the semiconductor substrate 11 to reduce the thickness of the semiconductor substrate 11. This groove 13 is the second
As shown in FIG. 3 and FIG. 3, it is formed by anisotropically etching with an alkaline solution such as potassium hydroxide using an etching mask 14 having a predetermined shape provided on the lower surface of the semiconductor substrate 11. Both ends 13a with respect to the vertical direction,
13b is an inclined surface, the side surface portions 13c and 13d are surfaces perpendicular to the bottom surface, and all of these surfaces 13a to 13d are (111) surfaces. In order to maintain the strength of the semiconductor substrate 11, the groove portion 13 is provided so as to be located inside by a predetermined dimension a from the outer circumference as in the conventional case. Reference numeral 15 is a resistance portion formed in the central portion of the diaphragm 12, which is formed by a method such as diffusion along the width direction of the diaphragm 12, that is, the <111> direction. Such a semiconductor substrate 11 is fixed to a base (not shown) so as to seal the groove portion 13, so that the groove portion 13 acts as a reference pressure chamber.

上記構成によれば、基準圧力室たる溝部13内の圧力と外
部の圧力とに差が生じたときに、ダイヤフラム12はその
圧力差による力を受けて変形し、この変形応力により抵
抗部15がピエゾ抵抗効果による抵抗値の変化をおこすの
で、この抵抗値の変化を電気的に検出することにより外
部の圧力が測定できるものである。この場合、ダイヤフ
ラム12の長さ寸法l′は従来のダイヤフラム2の長さ寸
法lより長く形成されているのでその分だけ圧力に対す
る抵抗部13の変化の直線性領域が大きくなっている。即
ち、ダイヤフラム12の最大の長さ寸法l′は溝部13の長
さ寸法L′から両端部13a,13bの寸法を差し引いた寸法
であるから、この溝部13の長さ寸法L′と従来の溝部3
の長さ寸法Lとを比較してみると、夫々の寸法L及び
L′は、 L=A−2a ……(1) と表わされるので、その差は、 となる。いま、ダイヤフラム12の長さ寸法l′と幅寸法
w′の比l′/w′を従来の比l/wと同じ値(k)に設定
しているとすると、この比kの値が大きい程式(3)に
示される寸法も大きくなるが、一般に、この比kの値は
大きく設定されているので、本実施例においても式
(3)に示す寸法が正の値となり、長さ寸法L′はLよ
りも長くなるものである。
According to the above configuration, when a difference occurs between the pressure inside the groove portion 13 as the reference pressure chamber and the external pressure, the diaphragm 12 is deformed by the force due to the pressure difference, and the resistance portion 15 is deformed by this deformation stress. Since the resistance value changes due to the piezoresistive effect, the external pressure can be measured by electrically detecting the change in the resistance value. In this case, since the length dimension l'of the diaphragm 12 is formed longer than the length dimension 1 of the conventional diaphragm 2, the linear region of the change of the resistance portion 13 with respect to the pressure is increased accordingly. That is, since the maximum length dimension l'of the diaphragm 12 is the length dimension L'of the groove portion 13 minus the dimensions of both end portions 13a and 13b, the length dimension L'of the groove portion 13 and the conventional groove portion Three
Comparing with the length dimension L of, the respective dimensions L and L ′ are L = A−2a (1) Therefore, the difference is Becomes Now, assuming that the ratio l '/ w' of the length dimension l'and the width dimension w'of the diaphragm 12 is set to the same value (k) as the conventional ratio l / w, the value of this ratio k is large. Although the dimension represented by the equation (3) also increases, the value of the ratio k is generally set to a large value, and therefore the dimension represented by the equation (3) also has a positive value in the present embodiment, and the length dimension L ′ Is longer than L.

このような本実施例によれば、ダイヤフラム12を、その
長さ方向を半導体基板11の対角線に沿って配置し且つ幅
方向を<111>方向に配置するようにしたので、従来の
ものに比してダイヤフラム12の長さ寸法l′及び幅寸法
w′を共に長くすることができ、従って、比k(=l′
/w′)を従来と同じにして夫々の長さ寸法を大きくする
ことができるようになり、圧力に対する出力の直線性領
域を低下させることなく、感度が大きくとれ、半導体基
板11を大きくすることなく性能を向上することができる
ものである。
According to the present embodiment as described above, the diaphragm 12 is arranged in the length direction along the diagonal line of the semiconductor substrate 11 and in the width direction in the <111> direction. It is possible to lengthen both the length dimension l'and the width dimension w'of the diaphragm 12, so that the ratio k (= l '
/ w ') becomes the same as the conventional one, and each length dimension can be increased, and the sensitivity can be increased and the semiconductor substrate 11 can be increased without reducing the linearity region of the output against pressure. It is possible to improve the performance without.

[考案の効果] 以上説明したように、本考案の半導体圧力センサによれ
ば、ダイヤフラムを半導体基板に対してその幅方向が軸
方位<111>方向に沿い且つ長さ方向が対角線上に沿う
ように配置したので、従来に比べてダイヤフラムの長さ
寸法を長くとることができ、従って、半導体基板を大き
くすることなく圧力に対する出力の直線性領域を低下さ
せることなく感度を大きくすることができるという優れ
た効果を奏するものである。
[Advantages of the Invention] As described above, according to the semiconductor pressure sensor of the present invention, the diaphragm is arranged so that the width direction of the diaphragm is along the <111> direction and the length direction is along the diagonal line. Since it is arranged in the above, it is possible to make the length dimension of the diaphragm longer than in the conventional case, and therefore it is possible to increase the sensitivity without decreasing the linearity region of the output with respect to pressure without increasing the size of the semiconductor substrate. It has an excellent effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案の一実施例を示す平面図、第2図及び第
3図は夫々同ダイヤフラムの長さ方向及び幅方向の縦断
側面図であり、第4図は従来例を示す第1図相当図であ
る。 図面中、11は半導体基板、12はダイヤフラム、13は溝
部、15は抵抗部を示す。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are longitudinal side views in the length direction and width direction of the diaphragm, respectively, and FIG. 4 is a first example showing a conventional example. It is a figure equivalent figure. In the drawings, 11 is a semiconductor substrate, 12 is a diaphragm, 13 is a groove, and 15 is a resistor.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】面方位を(110)面とする矩形状の半導体
基板に長尺状をなす薄肉のダイヤフラムが形成されてな
る半導体圧力センサにおいて、前記ダイヤフラムは前記
半導体基板に対してその幅方向が軸方位<111>方向に
沿い且つ長さ方向が対角線上に沿って配置されているこ
とを特徴とする半導体圧力センサ。
1. A semiconductor pressure sensor in which a long thin diaphragm is formed on a rectangular semiconductor substrate having a plane orientation of (110) plane, wherein the diaphragm has a width direction with respect to the semiconductor substrate. Is arranged along the axis direction <111> and the length direction is arranged along a diagonal line.
JP16553788U 1988-12-21 1988-12-21 Semiconductor pressure sensor Expired - Lifetime JPH073647Y2 (en)

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JP16553788U JPH073647Y2 (en) 1988-12-21 1988-12-21 Semiconductor pressure sensor

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JP16553788U JPH073647Y2 (en) 1988-12-21 1988-12-21 Semiconductor pressure sensor

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JPH0286152U JPH0286152U (en) 1990-07-09
JPH073647Y2 true JPH073647Y2 (en) 1995-01-30

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