JPH10242479A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH10242479A JPH10242479A JP2156297A JP2156297A JPH10242479A JP H10242479 A JPH10242479 A JP H10242479A JP 2156297 A JP2156297 A JP 2156297A JP 2156297 A JP2156297 A JP 2156297A JP H10242479 A JPH10242479 A JP H10242479A
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- temperature
- sides
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Abstract
(57)【要約】
【課題】オフセット電圧の温度特性の非直線性（二次成
分）の改善を−３０℃程度の低温域から１００℃或いは
１２０℃程度の高温域にわたり行い、ダイヤフラムの最
適化を行う。 【解決手段】表面が（１１０）面のシリコン基板１の中
央部には凹部が形成され、凹部の底部により八角形ダイ
ヤフラム２が形成されている。凹部の底部と、基板表面
に対し約３５°の（１１１）面の側壁Ｓ１，Ｓ５との交
点により形成されるダイヤフラムの２つの辺３，７の間
隔を、「Ｌ１」とし、凹部の底部と、基板表面に対し４
５°の（１００）面の側壁Ｓ３，Ｓ７との交点により形
成されるダイヤフラムの辺５，９の長さを、「Ｌ２」と
したとき、０．６５＜Ｌ２／Ｌ１＜１を満足している。
ダイヤフラム２には４つの歪みゲージ１１ａ〜１１ｄが
形成され、歪みゲージ１１ａ〜１１ｄがフルブリッジ接
続され、その出力の温度特性の一次成分は、温度補償回
路にて温度補償される。
分）の改善を−３０℃程度の低温域から１００℃或いは
１２０℃程度の高温域にわたり行い、ダイヤフラムの最
適化を行う。 【解決手段】表面が（１１０）面のシリコン基板１の中
央部には凹部が形成され、凹部の底部により八角形ダイ
ヤフラム２が形成されている。凹部の底部と、基板表面
に対し約３５°の（１１１）面の側壁Ｓ１，Ｓ５との交
点により形成されるダイヤフラムの２つの辺３，７の間
隔を、「Ｌ１」とし、凹部の底部と、基板表面に対し４
５°の（１００）面の側壁Ｓ３，Ｓ７との交点により形
成されるダイヤフラムの辺５，９の長さを、「Ｌ２」と
したとき、０．６５＜Ｌ２／Ｌ１＜１を満足している。
ダイヤフラム２には４つの歪みゲージ１１ａ〜１１ｄが
形成され、歪みゲージ１１ａ〜１１ｄがフルブリッジ接
続され、その出力の温度特性の一次成分は、温度補償回
路にて温度補償される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体圧力セン
サに係り、詳しくは、シリコン基板の一部領域に薄肉の
ダイヤフラムを有する半導体圧力センサに関するもので
ある。
サに係り、詳しくは、シリコン基板の一部領域に薄肉の
ダイヤフラムを有する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、シリコン基板の一部領域にダイヤ
フラムを有する半導体圧力センサが特開平４−１１９６
７２号公報に開示されている。これは、ダイヤフラム
（センシング部）の形状を四角形状から八角形状にする
ことでオフセット電圧（基準圧力下での出力値）の温度
特性（一次成分）の改善を図るものである。
フラムを有する半導体圧力センサが特開平４−１１９６
７２号公報に開示されている。これは、ダイヤフラム
（センシング部）の形状を四角形状から八角形状にする
ことでオフセット電圧（基準圧力下での出力値）の温度
特性（一次成分）の改善を図るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このオフセ
ット電圧の温度特性（一次成分）は温度補償回路により
容易に補償可能なものであり、センサ特性上、最も問題
となるのは温度特性の非直線性（二次成分）である。
又、センサの実使用範囲は−３０℃程度から１００℃或
いは１２０℃程度に及び、温度特性の非直線性について
は室温より高温側のみならず低温側も考慮する必要があ
る。近年、低温域から高温域まで高精度（例えば１％Ｆ
Ｓ；１％フルスケール出力）の半導体圧力センサが必要
となってきているが、低温域に対し温度特性の非直線性
（二次成分）に起因する精度劣化が発生し精度向上に対
し改善の余地がある。
ット電圧の温度特性（一次成分）は温度補償回路により
容易に補償可能なものであり、センサ特性上、最も問題
となるのは温度特性の非直線性（二次成分）である。
又、センサの実使用範囲は−３０℃程度から１００℃或
いは１２０℃程度に及び、温度特性の非直線性について
は室温より高温側のみならず低温側も考慮する必要があ
る。近年、低温域から高温域まで高精度（例えば１％Ｆ
Ｓ；１％フルスケール出力）の半導体圧力センサが必要
となってきているが、低温域に対し温度特性の非直線性
（二次成分）に起因する精度劣化が発生し精度向上に対
し改善の余地がある。
【０００４】これらのことを図１４（オフセット電圧の
温度依存性）を例として説明すると、図１４の縦軸は室
温２５℃を基準（オフセット電圧；０ｍＶ）とした時の
各温度でのオフセット電圧である。この図よりオフセッ
ト電圧には温度依存性があり、それは直線（一次成分の
み）ではなく、曲がり（二次成分）を有していることが
分かる。この曲がり分（二次成分）を次のように定義す
る。室温のオフセットと高温側の最高温度（図１４では
１００℃）および低温側の最低温度（図１４では−３０
℃程度）のオフセットの３点で考える。つまり、２５℃
でのオフセット値Ｐ25と、１００℃でのオフセット値Ｐ
100 と、−３０℃でのオフセット値Ｐ-3 0 との関係にお
いて、Ｐ25とＰ100 を結ぶ直線（図１４では破線にて示
す）より外挿される−３０℃における値Ｐ-30 ’と、前
述のオフセット値Ｐ-30 との差ΔＰが温度特性に関する
二次成分とする。この曲がり分が、精度上大きな劣化の
原因となるので、この二次成分をより少なくすることが
望まれている。
温度依存性）を例として説明すると、図１４の縦軸は室
温２５℃を基準（オフセット電圧；０ｍＶ）とした時の
各温度でのオフセット電圧である。この図よりオフセッ
ト電圧には温度依存性があり、それは直線（一次成分の
み）ではなく、曲がり（二次成分）を有していることが
分かる。この曲がり分（二次成分）を次のように定義す
る。室温のオフセットと高温側の最高温度（図１４では
１００℃）および低温側の最低温度（図１４では−３０
℃程度）のオフセットの３点で考える。つまり、２５℃
でのオフセット値Ｐ25と、１００℃でのオフセット値Ｐ
100 と、−３０℃でのオフセット値Ｐ-3 0 との関係にお
いて、Ｐ25とＰ100 を結ぶ直線（図１４では破線にて示
す）より外挿される−３０℃における値Ｐ-30 ’と、前
述のオフセット値Ｐ-30 との差ΔＰが温度特性に関する
二次成分とする。この曲がり分が、精度上大きな劣化の
原因となるので、この二次成分をより少なくすることが
望まれている。
【０００５】尚、図１４においては２５℃でのセンサ出
力値（Ｐ25）から測定を始め、−３０℃→１００℃→２
５℃の経路で測定を行ったものであり、この経路におい
て測定値にヒステリシスが存在しているので、測定線は
２本存在している。
力値（Ｐ25）から測定を始め、−３０℃→１００℃→２
５℃の経路で測定を行ったものであり、この経路におい
て測定値にヒステリシスが存在しているので、測定線は
２本存在している。
【０００６】そこで、この発明の目的は、−３０℃程度
の低温域から１２０℃程度の高温域にわたってオフセッ
ト電圧の温度特性の非直線性（二次成分）である曲がり
分を抑止することを可能としたダイヤフラムを有する半
導体圧力センサを提供することにある。
の低温域から１２０℃程度の高温域にわたってオフセッ
ト電圧の温度特性の非直線性（二次成分）である曲がり
分を抑止することを可能としたダイヤフラムを有する半
導体圧力センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、凹部の底部と、基板表面に対し約３５°の（１
１１）面の側壁との交点により形成されるダイヤフラム
の２つの辺の間隔を、Ｌ１とし、凹部の底部と、基板表
面に対し４５°の（１００）面の側壁との交点により形
成されるダイヤフラムの辺の長さを、Ｌ２としたとき、 ０．６５＜Ｌ２／Ｌ１＜１ を満足させることにより、温度が変わったときの出力が
直線的に変わり、曲がり（二次成分）を「０」に近づけ
ることができる。
よれば、凹部の底部と、基板表面に対し約３５°の（１
１１）面の側壁との交点により形成されるダイヤフラム
の２つの辺の間隔を、Ｌ１とし、凹部の底部と、基板表
面に対し４５°の（１００）面の側壁との交点により形
成されるダイヤフラムの辺の長さを、Ｌ２としたとき、 ０．６５＜Ｌ２／Ｌ１＜１ を満足させることにより、温度が変わったときの出力が
直線的に変わり、曲がり（二次成分）を「０」に近づけ
ることができる。
【０００８】請求項２に記載の発明によれば、０．７≦
Ｌ２／Ｌ１≦０．９を満足させることにより、温度特性
の直線性をより確実に確保することができる。
Ｌ２／Ｌ１≦０．９を満足させることにより、温度特性
の直線性をより確実に確保することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。図１には半導体圧力センサの全体
構成を示す。図１において、左上にはセンサチップの平
面図を示し、その右側にＡ−Ａ断面を、下側にＢ−Ｂ断
面を、さらにその下側にＣ−Ｃ断面を示す。
面に従って説明する。図１には半導体圧力センサの全体
構成を示す。図１において、左上にはセンサチップの平
面図を示し、その右側にＡ−Ａ断面を、下側にＢ−Ｂ断
面を、さらにその下側にＣ−Ｃ断面を示す。
【００１０】図１において、センサチップとして表面が
（１１０）面のシリコン基板１が用いられており、シリ
コン基板１の中央部には凹部１ａが形成されている。こ
の凹部１ａの底部により薄肉のダイヤフラム２が形成さ
れている。ダイヤフラム２は八角形をなし、８つの辺３
〜１０を有する。つまり、例えば図１の場合、＜１００
＞軸に平行な辺３，７と、＜１１０＞軸に平行な辺５，
９と、＜１１１＞軸に平行な辺６，１０と、＜１１１＞
軸に直交する辺４，８とを有する。又、図２に示すよう
に、この凹部１ａは、８つの側壁Ｓ１〜Ｓ８を有する。
即ち、基板表面に対し垂直なる（１１１）面よりなる４
つの側壁Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８と、基板表面に対し約
３５°の（１１１）面よりなる２つの側壁Ｓ１，Ｓ５
と、基板表面に対し４５°の（１００）面よりなる２つ
の側壁Ｓ３，Ｓ７とを有する。
（１１０）面のシリコン基板１が用いられており、シリ
コン基板１の中央部には凹部１ａが形成されている。こ
の凹部１ａの底部により薄肉のダイヤフラム２が形成さ
れている。ダイヤフラム２は八角形をなし、８つの辺３
〜１０を有する。つまり、例えば図１の場合、＜１００
＞軸に平行な辺３，７と、＜１１０＞軸に平行な辺５，
９と、＜１１１＞軸に平行な辺６，１０と、＜１１１＞
軸に直交する辺４，８とを有する。又、図２に示すよう
に、この凹部１ａは、８つの側壁Ｓ１〜Ｓ８を有する。
即ち、基板表面に対し垂直なる（１１１）面よりなる４
つの側壁Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８と、基板表面に対し約
３５°の（１１１）面よりなる２つの側壁Ｓ１，Ｓ５
と、基板表面に対し４５°の（１００）面よりなる２つ
の側壁Ｓ３，Ｓ７とを有する。
【００１１】ここで、図２に示すように、凹部１ａの底
部と、基板表面に対し約３５°の（１１１）面の側壁Ｓ
１，Ｓ５との交点により形成されるダイヤフラムの２つ
の辺３，７の間隔を、「Ｌ１」とする。又、凹部２の底
部と、基板表面に対し４５°の（１００）面の側壁Ｓ
３，Ｓ７との交点により形成されるダイヤフラムの辺
５，９の長さを、「Ｌ２」とする。
部と、基板表面に対し約３５°の（１１１）面の側壁Ｓ
１，Ｓ５との交点により形成されるダイヤフラムの２つ
の辺３，７の間隔を、「Ｌ１」とする。又、凹部２の底
部と、基板表面に対し４５°の（１００）面の側壁Ｓ
３，Ｓ７との交点により形成されるダイヤフラムの辺
５，９の長さを、「Ｌ２」とする。
【００１２】この場合において、０．６５＜Ｌ２／Ｌ１
＜１を満足している。ただし、Ｌ１とＬ２の単位は等し
い。図１に示すように、ダイヤフラム２の中央部には不
純物拡散層よりなる歪みゲージ（ピエゾ抵抗素子）１１
ａ，１１ｃが＜１１０＞軸方向に所定の間隔を隔てて形
成されている。又、ダイヤフラム２の外周部には不純物
拡散層よりなる歪みゲージ（ピエゾ抵抗素子）１１ｂ，
１１ｄが＜１００＞軸方向に所定の間隔を隔てて形成さ
れている。図１の平面図において左右に配置した歪みゲ
ージ１１ｂ，１１ｄをサイドゲージと呼び、歪みゲージ
（サイドケージ）１１ｂ，１１ｄの中心位置はダイヤフ
ラム２の中心と一致している。この４つの歪みゲージ１
１ａ〜１１ｄは電気的にはフルブリッジ接続されてい
る。
＜１を満足している。ただし、Ｌ１とＬ２の単位は等し
い。図１に示すように、ダイヤフラム２の中央部には不
純物拡散層よりなる歪みゲージ（ピエゾ抵抗素子）１１
ａ，１１ｃが＜１１０＞軸方向に所定の間隔を隔てて形
成されている。又、ダイヤフラム２の外周部には不純物
拡散層よりなる歪みゲージ（ピエゾ抵抗素子）１１ｂ，
１１ｄが＜１００＞軸方向に所定の間隔を隔てて形成さ
れている。図１の平面図において左右に配置した歪みゲ
ージ１１ｂ，１１ｄをサイドゲージと呼び、歪みゲージ
（サイドケージ）１１ｂ，１１ｄの中心位置はダイヤフ
ラム２の中心と一致している。この４つの歪みゲージ１
１ａ〜１１ｄは電気的にはフルブリッジ接続されてい
る。
【００１３】シリコン基板１はガラス台座１４の上に接
合されている。ガラス台座１４の中央部には圧力導入孔
１５が形成され、この圧力導入孔１５を通してダイヤフ
ラム２に圧力が印加される。そして、歪みゲージ１１ａ
〜１１ｄによるフルブリッジ回路の出力は温度補償回路
にて温度補償される。つまり、フルブリッジ回路の出力
の温度特性の一次成分が補償される。
合されている。ガラス台座１４の中央部には圧力導入孔
１５が形成され、この圧力導入孔１５を通してダイヤフ
ラム２に圧力が印加される。そして、歪みゲージ１１ａ
〜１１ｄによるフルブリッジ回路の出力は温度補償回路
にて温度補償される。つまり、フルブリッジ回路の出力
の温度特性の一次成分が補償される。
【００１４】本構成においては、センサチップの形状は
次のようである。シリコン基板１（チップ）の厚さが３
００μｍで、ダイヤフラム２の縦横の寸法は１．３×
１．４（Ｌ１＝１．３）ｍｍであり、シリコン基板１の
縦横の寸法（チップサイズ）は（２．７〜３．３）×
（２．７〜３．３）ｍｍであり、歪みゲージ１１ａ〜１
１ｄの縦横の大きさは１６０×３２０μｍ〜２２４×４
０６μｍである。ダイヤフラム２の厚みは１１〜１５μ
ｍである。又、図１の平面図において左右に配置した歪
みゲージ（サイドケージ）１１ｂ，１１ｄは、両サイド
ゲージの中心位置（ダイヤフラム２の中心）から両サイ
ドにそれぞれ５７９±２５μｍ（図１でｄで示す距離）
だけ離間している。
次のようである。シリコン基板１（チップ）の厚さが３
００μｍで、ダイヤフラム２の縦横の寸法は１．３×
１．４（Ｌ１＝１．３）ｍｍであり、シリコン基板１の
縦横の寸法（チップサイズ）は（２．７〜３．３）×
（２．７〜３．３）ｍｍであり、歪みゲージ１１ａ〜１
１ｄの縦横の大きさは１６０×３２０μｍ〜２２４×４
０６μｍである。ダイヤフラム２の厚みは１１〜１５μ
ｍである。又、図１の平面図において左右に配置した歪
みゲージ（サイドケージ）１１ｂ，１１ｄは、両サイド
ゲージの中心位置（ダイヤフラム２の中心）から両サイ
ドにそれぞれ５７９±２５μｍ（図１でｄで示す距離）
だけ離間している。
【００１５】次に、このようなダイヤフラム２を有する
シリコン基板１の製造工程を説明する。まず、図３に示
すように、平板状のシリコン基板１を用意し、イオン注
入等によりシリコン基板１の表層部における所定の位置
に歪みゲージ（不純物拡散層）１１ａ〜１１ｄを形成す
る。そして、シリコン基板１における不純物を拡散した
面とは反対の面（図では下面）にシリコン窒化膜１６を
形成する。さらに、図４に示すように、シリコン窒化膜
１６の表面にパターンマスク１７を配置する。このパタ
ーンマスク１７は図５に示すように、所望の形状の開口
部１８が形成されている。そして、図６に示すように、
このマスク１７を用いてシリコン窒化膜１６をエッチン
グしてシリコン窒化膜１６に所望の形状の開口部１９を
形成する。
シリコン基板１の製造工程を説明する。まず、図３に示
すように、平板状のシリコン基板１を用意し、イオン注
入等によりシリコン基板１の表層部における所定の位置
に歪みゲージ（不純物拡散層）１１ａ〜１１ｄを形成す
る。そして、シリコン基板１における不純物を拡散した
面とは反対の面（図では下面）にシリコン窒化膜１６を
形成する。さらに、図４に示すように、シリコン窒化膜
１６の表面にパターンマスク１７を配置する。このパタ
ーンマスク１７は図５に示すように、所望の形状の開口
部１８が形成されている。そして、図６に示すように、
このマスク１７を用いてシリコン窒化膜１６をエッチン
グしてシリコン窒化膜１６に所望の形状の開口部１９を
形成する。
【００１６】さらに、図７に示すように、シリコン窒化
膜１６をマスクとしてＫＯＨ等の異方性エッチング液を
用いてシリコン基板１をエッチングして凹部１ａを形成
する。これにより、薄肉のダイヤフラム２が形成され
る。このとき、図５におけるｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４の
寸法を所定値とすることでダイヤフラム２の八角形状に
おけるＬ２／Ｌ１を０．６５〜１．０に制御することが
可能となる。尚、シリコン窒化膜１６の代わりにシリコ
ン酸化膜を用いてもよい。
膜１６をマスクとしてＫＯＨ等の異方性エッチング液を
用いてシリコン基板１をエッチングして凹部１ａを形成
する。これにより、薄肉のダイヤフラム２が形成され
る。このとき、図５におけるｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４の
寸法を所定値とすることでダイヤフラム２の八角形状に
おけるＬ２／Ｌ１を０．６５〜１．０に制御することが
可能となる。尚、シリコン窒化膜１６の代わりにシリコ
ン酸化膜を用いてもよい。
【００１７】図８にはオフセット電圧（センサ出力）の
温度特性の非直線性に関する試作評価結果を示す。図８
において黒抜きの丸が試作評価結果である。図８におい
て横軸にはＬ２／Ｌ１をとり、縦軸には出力値をとって
いる。尚、図８の縦軸は、オフセット電圧の代わりに圧
力相当値で表示した。又、温度範囲は低温側（−３０〜
２５℃）と高温側（２５〜１００℃）であり、オフセッ
ト電圧における温度特性の非直線性値を示す指標として
（図の縦軸）として次のものを用いた。
温度特性の非直線性に関する試作評価結果を示す。図８
において黒抜きの丸が試作評価結果である。図８におい
て横軸にはＬ２／Ｌ１をとり、縦軸には出力値をとって
いる。尚、図８の縦軸は、オフセット電圧の代わりに圧
力相当値で表示した。又、温度範囲は低温側（−３０〜
２５℃）と高温側（２５〜１００℃）であり、オフセッ
ト電圧における温度特性の非直線性値を示す指標として
（図の縦軸）として次のものを用いた。
【００１８】つまり、まず、図９に示すように２５℃の
出力値Ｖ25と、１００℃の出力値Ｖ 100 とを求め、さら
に、−３０℃の出力値Ｖ-30 を求める。そして、このＶ
25とＶ100 を外挿した直線上における−３０℃での出力
Ｖ-30 ’と実測値Ｖ-30 との差ΔＶ-30 を求める。この
ΔＶ-30 （より詳しくは圧力に変換した値）を図８の縦
軸にとっている。
出力値Ｖ25と、１００℃の出力値Ｖ 100 とを求め、さら
に、−３０℃の出力値Ｖ-30 を求める。そして、このＶ
25とＶ100 を外挿した直線上における−３０℃での出力
Ｖ-30 ’と実測値Ｖ-30 との差ΔＶ-30 を求める。この
ΔＶ-30 （より詳しくは圧力に変換した値）を図８の縦
軸にとっている。
【００１９】評価に用いたサンプルは図１０に示すよう
に実装したものを用いた。センサチップの形状は前述の
ものである。又、台座１４はガラスを用いており、その
厚さは２．５ｍｍである。又、台座１４は半田２４を用
いて金属プレート２５に接着されており、これを樹脂ケ
ース（ＰＢＴ）２６に形成された凹部２７内に配置し、
接着剤２８，２９を用いて接着している。尚、接着剤２
８，２９としてはフロロシリコン系接着剤が用いられ
る。又、金属プレート２５は４２アロイ製で、縦横の寸
法は４×４ｍｍで、厚さは０．８ｍｍである。
に実装したものを用いた。センサチップの形状は前述の
ものである。又、台座１４はガラスを用いており、その
厚さは２．５ｍｍである。又、台座１４は半田２４を用
いて金属プレート２５に接着されており、これを樹脂ケ
ース（ＰＢＴ）２６に形成された凹部２７内に配置し、
接着剤２８，２９を用いて接着している。尚、接着剤２
８，２９としてはフロロシリコン系接着剤が用いられ
る。又、金属プレート２５は４２アロイ製で、縦横の寸
法は４×４ｍｍで、厚さは０．８ｍｍである。
【００２０】又、シリコン基板（シリコンチップ）１の
表面の金属配線パッドと樹脂ケース２６上にリードフレ
ーム３０とが金属細線３１にてワイヤボンディングされ
ている。さらに、汚染保護のため、ゲル３２がチップ表
面およびリードフレーム３０のワイヤボンディング部に
塗布されている。
表面の金属配線パッドと樹脂ケース２６上にリードフレ
ーム３０とが金属細線３１にてワイヤボンディングされ
ている。さらに、汚染保護のため、ゲル３２がチップ表
面およびリードフレーム３０のワイヤボンディング部に
塗布されている。
【００２１】図８より、Ｌ２／Ｌ１＝０．６５〜１．０
の範囲内で、圧力センサとしての要求仕様である１％Ｆ
Ｓを満足する。１％ＦＳを図８では許容範囲ΔＶPER と
して示す。
の範囲内で、圧力センサとしての要求仕様である１％Ｆ
Ｓを満足する。１％ＦＳを図８では許容範囲ΔＶPER と
して示す。
【００２２】図８（出力値ΔＶ-30 のＬ２／Ｌ１依存性
を示す図）において、Ｌ２／Ｌ１＝０．４６と小さな値
をとると出力値ΔＶ-30 が大きくなってしまうが、Ｌ２
／Ｌ１が「０．４６」よりも大きくなると出力値ΔＶ
-30 が小さくなっていき、Ｌ２／Ｌ１が「０．７」以上
の領域において出力値ΔＶ-30 が、ΔＶ-30 ＝０に接近
することが分かる。このようになる理由は次のようであ
ると推測される。
を示す図）において、Ｌ２／Ｌ１＝０．４６と小さな値
をとると出力値ΔＶ-30 が大きくなってしまうが、Ｌ２
／Ｌ１が「０．４６」よりも大きくなると出力値ΔＶ
-30 が小さくなっていき、Ｌ２／Ｌ１が「０．７」以上
の領域において出力値ΔＶ-30 が、ΔＶ-30 ＝０に接近
することが分かる。このようになる理由は次のようであ
ると推測される。
【００２３】図１に示すように八角形ダイヤフラム２の
形状としてＬ２／Ｌ１が大きい場合と、図１１に示すよ
うに八角形ダイヤフラム２の形状としてＬ２／Ｌ１が小
さい場合とを比較すると、Ｌ１の値が一定の場合、図１
の八角形ダイヤフラム２の辺４，６，８，１０に比べ図
１１の八角形ダイヤフラム２の辺４，６，８，１０の方
が歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに接近することになる。従
って、Ｌ２／Ｌ１が小さい場合には、八角形ダイヤフラ
ム２の辺４，６，８，１０が歪みゲージ１１ａ〜１１ｄ
に近いために辺４，６，８，１０の付近で発生する熱応
力が歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに影響を及ぼし、フルブ
リッジ構成用抵抗である歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに加
わる熱応力のバランスを悪化させている。このようにし
て、八角形ダイヤフラム２の辺４，６，８，１０で発生
する熱応力による歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに加わる応
力が雰囲気温度（低温、室温、高温）により異なるた
め、出力値ΔＶ-30 、即ち、オフセットの温度特性の非
直線性が劣化する。換言すれば、Ｌ２／Ｌ１を大きくす
れば八角形ダイヤフラム２の辺４，６，８，１０による
熱応力の影響を少なくすることができ歪みゲージ１１ａ
〜１１ｄに加わる熱応力をバランス良く保つことができ
ることになる。
形状としてＬ２／Ｌ１が大きい場合と、図１１に示すよ
うに八角形ダイヤフラム２の形状としてＬ２／Ｌ１が小
さい場合とを比較すると、Ｌ１の値が一定の場合、図１
の八角形ダイヤフラム２の辺４，６，８，１０に比べ図
１１の八角形ダイヤフラム２の辺４，６，８，１０の方
が歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに接近することになる。従
って、Ｌ２／Ｌ１が小さい場合には、八角形ダイヤフラ
ム２の辺４，６，８，１０が歪みゲージ１１ａ〜１１ｄ
に近いために辺４，６，８，１０の付近で発生する熱応
力が歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに影響を及ぼし、フルブ
リッジ構成用抵抗である歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに加
わる熱応力のバランスを悪化させている。このようにし
て、八角形ダイヤフラム２の辺４，６，８，１０で発生
する熱応力による歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに加わる応
力が雰囲気温度（低温、室温、高温）により異なるた
め、出力値ΔＶ-30 、即ち、オフセットの温度特性の非
直線性が劣化する。換言すれば、Ｌ２／Ｌ１を大きくす
れば八角形ダイヤフラム２の辺４，６，８，１０による
熱応力の影響を少なくすることができ歪みゲージ１１ａ
〜１１ｄに加わる熱応力をバランス良く保つことができ
ることになる。
【００２４】尚、図８において、Ｌ２／Ｌ１＞０．７の
領域において出力値ΔＶ-30 が「０」に最も近くなるが
「０」とならないのは、シリコン基板１の表面を覆う保
護膜（図示略）やガラス台座１４等の構造物の影響を受
けるためと推測される。つまり、シリコン基板１と異種
材料である他の構造物との接合あるいは接着部において
両者の熱膨張率の差による熱応力が発生し、この応力が
歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに伝わる。この際、歪みゲー
ジ１１ａ〜１１ｄの受ける熱応力のバランスを悪化させ
る。そのために、Ｌ２／Ｌ１を最適化しても出力値ΔＶ
-30 が「０」にならないものと推測される。
領域において出力値ΔＶ-30 が「０」に最も近くなるが
「０」とならないのは、シリコン基板１の表面を覆う保
護膜（図示略）やガラス台座１４等の構造物の影響を受
けるためと推測される。つまり、シリコン基板１と異種
材料である他の構造物との接合あるいは接着部において
両者の熱膨張率の差による熱応力が発生し、この応力が
歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに伝わる。この際、歪みゲー
ジ１１ａ〜１１ｄの受ける熱応力のバランスを悪化させ
る。そのために、Ｌ２／Ｌ１を最適化しても出力値ΔＶ
-30 が「０」にならないものと推測される。
【００２５】図８においてＬ２／Ｌ１＝１、即ち、四角
形ダイヤフラムの場合には出力値ΔＶ-30 のプロット点
のバラツキが大きくなっている。このバラツキを図８に
おいてＭにて示す。Ｌ２／Ｌ１＝１のとき出力値ΔＶ
-30 のバラツキが大きくなる理由は次のようであると推
測される。
形ダイヤフラムの場合には出力値ΔＶ-30 のプロット点
のバラツキが大きくなっている。このバラツキを図８に
おいてＭにて示す。Ｌ２／Ｌ１＝１のとき出力値ΔＶ
-30 のバラツキが大きくなる理由は次のようであると推
測される。
【００２６】図１２には、Ｌ２／Ｌ１＝１、即ち、四角
形ダイヤフラム２としたときのシリコン基板１を示し、
（ａ）は基板１を裏面から見た図であり、（ｂ）はＦ−
Ｆ線での断面図である。尚、ハッチングを付した領域５
０は、基板１の厚肉部からダイヤフラム２の薄肉部に向
かう斜面部（テーパ面）であることを示す。図１２
（ａ）において、四角形ダイヤフラム２での辺３と辺５
との交点（四角形の第１の角）には辺（垂直面）４０が
位置し、四角形ダイヤフラム２での辺５と辺７との交点
（四角形の第２の角）には辺（垂直面）４１が位置し、
四角形ダイヤフラム２での辺７と辺９との交点（四角形
の第３の角）には辺（垂直面）４２が位置し、さらに、
四角形ダイヤフラム２での辺９と辺３との交点（四角形
の第４の角）には辺（垂直面）４３が位置すべきところ
を製造誤差により辺（垂直面）４３’が位置してしまっ
ている。すると、図１２（ｂ）に示すように、四角形ダ
イヤフラム２での第４の角部以外の角部においては、基
板１の表面に垂直なるダイヤフラム端部となるのに対
し、四角形ダイヤフラム２での第４の角部ではテーパ面
５０となり、この角部から外れた箇所に垂直面４３’が
位置する形状となってしまう。つまり、Ｌ２／Ｌ１＝１
の場合には、四角形ダイヤフラム２の角部において薄肉
部に垂直な面ができる時と、テーパ面５０による面がで
きる時とが存在し、熱応力の影響度合いが異なる。
形ダイヤフラム２としたときのシリコン基板１を示し、
（ａ）は基板１を裏面から見た図であり、（ｂ）はＦ−
Ｆ線での断面図である。尚、ハッチングを付した領域５
０は、基板１の厚肉部からダイヤフラム２の薄肉部に向
かう斜面部（テーパ面）であることを示す。図１２
（ａ）において、四角形ダイヤフラム２での辺３と辺５
との交点（四角形の第１の角）には辺（垂直面）４０が
位置し、四角形ダイヤフラム２での辺５と辺７との交点
（四角形の第２の角）には辺（垂直面）４１が位置し、
四角形ダイヤフラム２での辺７と辺９との交点（四角形
の第３の角）には辺（垂直面）４２が位置し、さらに、
四角形ダイヤフラム２での辺９と辺３との交点（四角形
の第４の角）には辺（垂直面）４３が位置すべきところ
を製造誤差により辺（垂直面）４３’が位置してしまっ
ている。すると、図１２（ｂ）に示すように、四角形ダ
イヤフラム２での第４の角部以外の角部においては、基
板１の表面に垂直なるダイヤフラム端部となるのに対
し、四角形ダイヤフラム２での第４の角部ではテーパ面
５０となり、この角部から外れた箇所に垂直面４３’が
位置する形状となってしまう。つまり、Ｌ２／Ｌ１＝１
の場合には、四角形ダイヤフラム２の角部において薄肉
部に垂直な面ができる時と、テーパ面５０による面がで
きる時とが存在し、熱応力の影響度合いが異なる。
【００２７】即ち、実際の加工では製造バラツキがある
ために、図１２の辺（垂直面）４０，４１，４２，４３
の位置がチップウェハ或いはロットによりズレたり、辺
４０，４１，４２，４３の相対位置関係がズレたりす
る。図１３には、辺（垂直面）４１は角（図中、符号６
０にて示す箇所）に一致しているが、他の辺４０，４
２，４３が角からズレてしまった場合を示す。
ために、図１２の辺（垂直面）４０，４１，４２，４３
の位置がチップウェハ或いはロットによりズレたり、辺
４０，４１，４２，４３の相対位置関係がズレたりす
る。図１３には、辺（垂直面）４１は角（図中、符号６
０にて示す箇所）に一致しているが、他の辺４０，４
２，４３が角からズレてしまった場合を示す。
【００２８】このような製造誤差の存在により、前述し
たように出力値ΔＶ-30 は歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに
加わる熱応力のバランスにより成り立っており、図１２
や図１３に示すような状態ではバランスを同じように保
つことができなくなり、図８のＭにて示すバラツキが大
きくなるものと考えられる。
たように出力値ΔＶ-30 は歪みゲージ１１ａ〜１１ｄに
加わる熱応力のバランスにより成り立っており、図１２
や図１３に示すような状態ではバランスを同じように保
つことができなくなり、図８のＭにて示すバラツキが大
きくなるものと考えられる。
【００２９】これらの点を考慮して、図８から、Ｌ２／
Ｌ１の範囲として、０．６５＜Ｌ２／Ｌ１＜１が好まし
い範囲となる。又、図８において、Ｌ２／Ｌ１の値が
０．７〜０．９の範囲においてプロット点が許容範囲Δ
ＶPER 内にある。よって、０．７≦Ｌ２／Ｌ１≦０．９
がより好ましい範囲である。さらに、０．７≦Ｌ２／Ｌ
１≦０．８が更に好ましい範囲である。
Ｌ１の範囲として、０．６５＜Ｌ２／Ｌ１＜１が好まし
い範囲となる。又、図８において、Ｌ２／Ｌ１の値が
０．７〜０．９の範囲においてプロット点が許容範囲Δ
ＶPER 内にある。よって、０．７≦Ｌ２／Ｌ１≦０．９
がより好ましい範囲である。さらに、０．７≦Ｌ２／Ｌ
１≦０．８が更に好ましい範囲である。
【００３０】このように本実施の形態は、下記の特徴を
有する。 （イ）図２に示すように、凹部１ａの底部と、基板表面
に対し約３５°の（１１１）面の側壁Ｓ１，Ｓ５との交
点により形成されるダイヤフラムの２つの辺３，７の間
隔を、Ｌ１とし、凹部１ａの底部と、基板表面に対し４
５°の（１００）面の側壁Ｓ３，Ｓ７との交点により形
成されるダイヤフラムの辺５，９の長さを、Ｌ２とした
とき、 ０．６５＜Ｌ２／Ｌ１＜１ を満足させることにより、温度が変わったときの出力が
直線的に変わり、曲がり（二次成分）を「０」に近づけ
ることができる。
有する。 （イ）図２に示すように、凹部１ａの底部と、基板表面
に対し約３５°の（１１１）面の側壁Ｓ１，Ｓ５との交
点により形成されるダイヤフラムの２つの辺３，７の間
隔を、Ｌ１とし、凹部１ａの底部と、基板表面に対し４
５°の（１００）面の側壁Ｓ３，Ｓ７との交点により形
成されるダイヤフラムの辺５，９の長さを、Ｌ２とした
とき、 ０．６５＜Ｌ２／Ｌ１＜１ を満足させることにより、温度が変わったときの出力が
直線的に変わり、曲がり（二次成分）を「０」に近づけ
ることができる。
【００３１】このようにして、オフセット電圧の温度特
性の非直線性（二次成分）の改善を−３０℃程度の低温
域から１００℃或いは１２０℃程度の高温域にわたり行
い、ダイヤフラムの最適化を行うことができることとな
る。 （ロ）図８から分かるように、０．８≦Ｌ２／Ｌ１≦
０．９を満足させることにより、更に温度特性の直線性
をより確実に確保することができる。
性の非直線性（二次成分）の改善を−３０℃程度の低温
域から１００℃或いは１２０℃程度の高温域にわたり行
い、ダイヤフラムの最適化を行うことができることとな
る。 （ロ）図８から分かるように、０．８≦Ｌ２／Ｌ１≦
０．９を満足させることにより、更に温度特性の直線性
をより確実に確保することができる。
【００３２】これまで説明してきた実施形態の他にも、
以下のように実施してもよい。上述した例においては、
ダイヤフラム２に４つの歪みゲージ１１ａ〜１１ｄを配
置し、フルブリッジ接続したが、他にも、ダイヤフラム
２に２つの歪みゲージを配置し、ハーフブリッジ接続し
てもよい。
以下のように実施してもよい。上述した例においては、
ダイヤフラム２に４つの歪みゲージ１１ａ〜１１ｄを配
置し、フルブリッジ接続したが、他にも、ダイヤフラム
２に２つの歪みゲージを配置し、ハーフブリッジ接続し
てもよい。
【００３３】さらに、ダイヤフラム２における比Ｌ２／
Ｌ１が０．６５〜１．０の範囲であればよく、ダイヤフ
ラム２の大きさや厚さ、シリコン基板１の厚さ、チップ
サイズは任意の大きさに設定できる。
Ｌ１が０．６５〜１．０の範囲であればよく、ダイヤフ
ラム２の大きさや厚さ、シリコン基板１の厚さ、チップ
サイズは任意の大きさに設定できる。
【００３４】又、圧力検知のための歪みゲージ１１ａ〜
１１ｄも同様に大きさ、形状、濃度等は任意の値であ
り、電気的に接続されていればよい。台座１４はガラス
以外にもシリコン、或いは、ガラス・シリコン複層構造
物等でも可能である。
１１ｄも同様に大きさ、形状、濃度等は任意の値であ
り、電気的に接続されていればよい。台座１４はガラス
以外にもシリコン、或いは、ガラス・シリコン複層構造
物等でも可能である。
【００３５】台座１４の厚みは２．５ｍｍに対し変更し
てもよい。保護膜、メタル配線の有無および種類は問わ
ない。接着材としては、フロロシリコン系以外に、エポ
キシ系、シリコン系、フッ素ゴム系の接着材が考えられ
る。
てもよい。保護膜、メタル配線の有無および種類は問わ
ない。接着材としては、フロロシリコン系以外に、エポ
キシ系、シリコン系、フッ素ゴム系の接着材が考えられ
る。
【００３６】台座１４と金属プレート２５とは接着剤に
より接着してもよい。ゲル３２の有無は問わない。金属
プレート２５はなくてもよい。この場合、センサチップ
／台座と樹脂ケースは接着剤を用いて接着する。
より接着してもよい。ゲル３２の有無は問わない。金属
プレート２５はなくてもよい。この場合、センサチップ
／台座と樹脂ケースは接着剤を用いて接着する。
【００３７】ケース２６の材質は樹脂（ＰＢＴやＰＰＳ
等）だけでなく、金属、セラミック等でもよい。この場
合、接着は半田や接着剤を用いて行う。上記に示す構造
物の形状や材質によりＬ２／Ｌ１の最適値は若干変わる
ことがある。
等）だけでなく、金属、セラミック等でもよい。この場
合、接着は半田や接着剤を用いて行う。上記に示す構造
物の形状や材質によりＬ２／Ｌ１の最適値は若干変わる
ことがある。
【００３８】尚、温度範囲によりＬ２／Ｌ１の最適値は
若干変わることがある。
若干変わることがある。
【図１】 発明の実施の形態における半導体圧力センサ
の全体構成図。
の全体構成図。
【図２】 半導体圧力センサのセンサチップを裏面から
見た図。
見た図。
【図３】 製造工程を説明するための断面図。
【図４】 製造工程を説明するための断面図。
【図５】 製造工程を説明するためのマスクの平面図。
【図６】 製造工程を説明するための断面図。
【図７】 製造工程を説明するための断面図。
【図８】 測定結果を示す図。
【図９】 測定方法を説明するための図。
【図１０】 サンプルを示す断面図
【図１１】 出力特性を説明するための基板の構成図。
【図１２】 出力特性を説明するための基板の構成図。
【図１３】 出力特性を説明するための基板の構成図。
【図１４】 温度特性の非直線性を説明するための説明
図。
図。
１…シリコン基板、１ａ…凹部、２…ダイヤフラム、３
〜１０…辺、Ｓ１〜Ｓ８…側壁
〜１０…辺、Ｓ１〜Ｓ８…側壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾ノ上 正樹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内
Claims (2)
- 【請求項１】 表面が（１１０）面のシリコン基板に凹
部が形成され、その凹部の側壁として、当該基板表面に
対し垂直なる４つの（１１１）面と、基板表面に対し約
３５°の２つの（１１１）面と、基板表面に対し４５°
の２つの（１００）面とを有し、当該凹部の底部により
八角形のダイヤフラムが形成された半導体圧力センサで
あって、 凹部の底部と、基板表面に対し約３５°の（１１１）面
の側壁との交点により形成されるダイヤフラムの２つの
辺の間隔を、Ｌ１とし、 凹部の底部と、基板表面に対し４５°の（１００）面の
側壁との交点により形成されるダイヤフラムの辺の長さ
を、Ｌ２としたとき、 ０．６５＜Ｌ２／Ｌ１＜１ を満足するようにしたことを特徴とする半導体圧力セン
サ。 - 【請求項２】 ０．７≦Ｌ２／Ｌ１≦０．９を満足させ
てなる請求項１に記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02156297A JP3543530B2 (ja) | 1996-02-08 | 1997-02-04 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2283996 | 1996-02-08 | ||
| JP34402496 | 1996-12-24 | ||
| JP8-22839 | 1996-12-24 | ||
| JP8-344024 | 1996-12-24 | ||
| JP02156297A JP3543530B2 (ja) | 1996-02-08 | 1997-02-04 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242479A true JPH10242479A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3543530B2 JP3543530B2 (ja) | 2004-07-14 |
Family
ID=27283473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02156297A Expired - Fee Related JP3543530B2 (ja) | 1996-02-08 | 1997-02-04 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3543530B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131161A (ja) * | 2000-10-27 | 2002-05-09 | Denso Corp | 半導体圧力センサ |
| KR20140130033A (ko) * | 2013-04-30 | 2014-11-07 | 애틀랜틱 이너셜 시스템스 리미티드 | 미세 전자 기계 시스템 센서 |
| US9631992B2 (en) | 2014-03-20 | 2017-04-25 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus and moving object |
-
1997
- 1997-02-04 JP JP02156297A patent/JP3543530B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131161A (ja) * | 2000-10-27 | 2002-05-09 | Denso Corp | 半導体圧力センサ |
| KR20140130033A (ko) * | 2013-04-30 | 2014-11-07 | 애틀랜틱 이너셜 시스템스 리미티드 | 미세 전자 기계 시스템 센서 |
| JP2014219401A (ja) * | 2013-04-30 | 2014-11-20 | アトランティック・イナーシャル・システムズ・リミテッドＡｔｌａｎｔｉｃ Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ | Ｍｅｍｓセンサ |
| US9631992B2 (en) | 2014-03-20 | 2017-04-25 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus and moving object |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3543530B2 (ja) | 2004-07-14 |
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