JPH1038726A - 半導体圧力差圧検出器 - Google Patents

半導体圧力差圧検出器

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JPH1038726A
JPH1038726A JP19013296A JP19013296A JPH1038726A JP H1038726 A JPH1038726 A JP H1038726A JP 19013296 A JP19013296 A JP 19013296A JP 19013296 A JP19013296 A JP 19013296A JP H1038726 A JPH1038726 A JP H1038726A
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JP
Japan
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strain gauge
reinforcing layer
diaphragm
region
semiconductor substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP19013296A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Shimotori
裕 霜鳥
Kazunori Sakai
一則 坂井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Seiki Co Ltd
Original Assignee
Nippon Seiki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低圧域でも圧力と出力の直線性が優れてお
り、かつ生産性の良い半導体圧力差圧検出器を提供する
ものである。 【解決手段】 半導体基板1に、肉薄のダイヤフラム部
2と、その外側周囲に肉厚の支持部3とを備え、ダイヤ
フラム部2にピエゾ抵抗素子からなる歪ゲージ4を形成
したものである。そして、ダイヤフラム部2の歪ゲージ
4が形成された領域と支持部3とを覆う補強層6を形成
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体圧力差圧検
出器に関し、特に低い圧力を測定するために用いる半導
体圧力差圧検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体圧力差圧検出器は、半導体
基板の肉薄のダイヤフラム部にピエゾ抵抗素子からなる
歪ゲージを備えたものである。
【0003】この半導体圧力差圧検出器で極めて低い圧
力を測定する場合、圧力と出力の直線性が悪くなる欠点
があった。これは、低圧域での測定のために前記ダイヤ
フラム部の肉厚を薄くしたことにより、前記ダイヤフラ
ム部に圧力による伸び(バルーン効果)が生じるためで
ある。
【0004】前記課題を解決する手段として、前記ダイ
ヤフラム部に前記歪ゲージが形成された領域部におい
て、それ以外の領域部よりも肉厚を厚くしたはり部を形
成したものが特公平4−19495号公報に開示されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、シリコンを所
定の深さ削るうえで、エッチングを行うには、一般に時
間によりその深さを管理するため、削る深さにバラつき
が生じ易く、均一な加工が難しかった。このため、前記
従来例のように、前記ダイヤフラム部の前面に、前記歪
ゲージを設けた領域を除いて肉厚を薄くすることは、精
度良く加工することが非常に難しく、安定した品質を確
保するために、生産性の向上に影響を及ぼしていた。
【0006】そこで、本発明は、低圧域でも圧力と出力
の直線性が優れており、かつ生産性の良い半導体圧力差
圧検出器を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、肉薄のダイヤフラム部と、その外側周囲に肉
厚の支持部とを備えた半導体基板の前記ダイヤフラム部
に歪ゲージを設けた半導体圧力差圧検出器において、前
記歪ゲージが形成された領域と前記支持部とを覆う補強
層を形成したものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の半導体圧力差圧検出器
は、半導体基板1に、肉薄のダイヤフラム部2と、その
外側周囲に肉厚の支持部3とを備え、ダイヤフラム部2
にピエゾ抵抗素子からなる歪ゲージ4を形成したもので
ある。そして、ダイヤフラム部2の歪ゲージ4が形成さ
れた領域と支持部3とを覆う補強層6を形成したもので
ある。
【0009】また、ダイヤフラム部2の歪ゲージ4が形
成された領域と支持部3とを肉厚の厚い肉厚部6aで覆
う補強層6と、肉厚部6aで覆われた部分以外を肉厚の
薄い肉薄部6bで覆う補強層6とを一体に形成したもの
である。
【0010】
【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を
説明する。図1は本発明の第1実施例の上面図、図2は
図1中のA−A線で切断した断面図を用いた製造工程
図、図3は同実施例の一部を切り欠いた斜視図である。
【0011】図1から図3において示される本発明の第
1実施例の半導体圧力差圧検出器は、例えば、単結晶シ
リコンからなる半導体基板1に、肉薄のダイヤフラム部
2と、その外側周囲に肉厚の支持部3とを備えている。
このダイヤフラム部2の支持部3よりにピエゾ抵抗素子
からなる歪ゲージ4を4つ備えている。この歪ゲージ4
でブリッジ回路を構成しており、ダイヤフラム部2で受
けた圧力から電気信号を出力する。
【0012】そして、半導体基板1の上面には、歪ゲー
ジ4を保護する二酸化珪素(SiO2)からなる酸化膜
5と、さらに酸化膜5に加えて歪ゲージ4を保護する窒
化珪素(Si34)からなる補強層6を備えている。こ
の酸化膜5と補強層6とは、ダイヤフラム部2の歪ゲー
ジ4が形成された領域を含む部分と支持部3とを覆うよ
うに積層形成してあり、図1で示すように田の字状に形
成してある。それ以外の部分には、本実施例では、酸化
膜5,補強層6ともに設けられていない。なお、半導体
基板1の酸化膜5,補強層6の上面には、図2中fで示
すように、歪ゲージ4の出力を取り出すアルミ配線7が
設けられている。なお、補強層6を半導体基板1の歪ゲ
ージ4を形成した面に、歪ゲージ4と歪ゲージ4を電気
的に接続する図示しない配線パターンを覆うように設け
たことにより、歪ゲージ4と前記配線パターンの保護も
おこなっている。
【0013】本実施例の製造工程を図2を用いて説明す
る。まず、半導体基板1の下部に水酸化カリウム水溶液
で凹部8を設けダイヤフラム部2を形成する(図2中a
参照)。次に、半導体基板1上面にボロンを拡散するこ
とにより歪ゲージ4を形成し、その上面に酸化膜5を形
成する(図2中b参照)。さらにその上面に補強層6を
形成する(図2中c参照)。そして、補強層6を図1で
示すように田の字状に形成するとともにコンタクトホー
ル9を形成するために、補強層6をフォトリソグラフィ
ーによってマスキングし、ドライエッチングによって不
要部分を除去する(図2中d参照)。ついで、酸化膜5
も補強層6と同様に、田の字状に形成するとともにコン
タクトホール9を形成するため、フォトリソグラフィー
によってマスキングし、バッファードフッ酸を用いてウ
ェットエッチングによって不要部分を除去する(図2中
e参照)。エッチングにより形成したコンタクトホール
9を介して、歪ゲージ4に接続するアルミ配線7を形成
して半導体圧力差圧検出器が完成する(図2中f参
照)。
【0014】半導体圧力差圧検出器において、低い圧力
に対し電気的出力を得るためには、ダイヤフラム部2の
肉厚を薄くする必要がある。しかし、ダイヤフラム部2
の肉厚が薄すぎると変形が大きくなってダイヤフラム部
2全体が伸びてしまい(バルーン効果)、この歪が圧力
によるダイヤフラム部2上の曲げモーメントによる歪の
他にも歪ゲージ4に作用してしまい、圧力に対する変形
の変化が直線的でなくなり、これが電気的出力の非線形
性となって誤差を生じることとなる。
【0015】そこで、本実施例のように、肉厚の薄いダ
イヤフラム部2の歪ゲージ4を形成した領域と支持部3
とに一体に補強層6を覆うように形成したことにより、
補強層6が歪ゲージ4を形成したダイヤフラム部2を補
強して、歪ゲージ4を設けたダイヤフラム部2の領域に
おいて圧力による伸びを抑えるので、ダイヤフラム部2
の肉厚が薄い場合に生じるバルーン効果の影響を抑える
ことができ、圧力に対して直線的に比例した電気的出力
を得ることができる。
【0016】従来の単結晶シリコンからなる半導体基板
のダイヤフラム部を二段の異なった厚さに形成する場合
に比べて、本実施例の構成は、容易に加工を行うことが
できる。なぜならば、補強層6のエッチングは、酸化膜
5の部分でそのエッチングの速度が大幅に落ちるように
エッチングガスや条件を設定できるので、ほぼエッチン
グが停止したような状態となり、精度良くかつ容易に加
工を行うことができるからであり、これにより、ひいて
は生産性が向上する。
【0017】なお、本実施例では、酸化膜5,補強層6
ともにエッチングをおこなったが、図示してはいない
が、補強層6のみをエッチング等で加工し、酸化膜5に
はコンタクトホール9以外の加工を施さず、酸化膜5を
半導体基板1上に残した形状でも良い。
【0018】図4は本発明の第2実施例の上面図、図5
は図4中のB−B線の断面図であり、前記第1実施例と
は補強層6の形状が異なっており、ロの字状の補強層6
に歪ゲージ4を覆う補強層6を一体に設けた形状であ
る。本実施例も、補強層6が歪ゲージ4を形成したダイ
ヤフラム部2を補強し、そのダイヤフラム部2の部分の
圧力による伸びを抑えるので、ダイヤフラム部2が薄い
場合に生じるバルーン効果の影響を低減することがで
き、圧力に対して直線的に比例した電気的出力を得るこ
とができ、前記実施例と同様の作用効果を得ることがで
きる。
【0019】なお、本実施例でも、酸化膜5,補強層6
ともにエッチングをおこなったが、図示してはいない
が、補強層6のみをエッチング等で加工し、酸化膜5に
はコンタクトホール9以外の加工を施さず、酸化膜5を
半導体基板1上に残した形状でも良い。
【0020】図6,図7は、本発明の第3実施例を示す
ものであり、低い圧力でも反応するダイヤフラム部2で
あるならば、補強層6を、ダイヤフラム部2の歪ゲージ
4が形成された領域と支持部3とを肉厚の厚い肉厚部6
aで覆い、肉厚部6aで覆われた部分以外のダイヤフラ
ム部2を肉厚の薄い肉薄部6bで覆う補強層6を一体に
形成してもよい。
【0021】また図8は、本発明の第4実施例を示すも
のであり、低い圧力でも反応するダイヤフラム部2であ
るならば、補強層6を、ダイヤフラム部2の歪ゲージ4
が形成された領域と支持部3を肉厚の厚い肉厚部6aで
覆い、肉厚部6aで覆われた部分以外のダイヤフラム部
2を肉厚の薄い肉薄部6bで覆う補強層6を形成しても
よい。
【0022】第3,第4実施例でも前記第1,第2実施
例と同様に、補強層6の肉厚部6aが歪ゲージ4を形成
したダイヤフラム部2を補強し、そのダイヤフラム部2
の部分の圧力による伸びを抑えるので、ダイヤフラム部
2全面が薄い場合に生じるバルーン効果の影響を低減す
ることができ、圧力に対して直線的に比例した電気的出
力を得ることができる。
【0023】なお、前記各実施例において、支持部3の
全面を補強層6で覆っていたが、支持部3全面を覆う必
要はなく、一部半導体基板1が露出しても何等差し支え
はなく、歪ゲージ4を設けた部分のダイヤフラム部2を
覆う補強層6と、この歪ゲージ4を覆った補強層6を保
持するために、支持部3を覆うように積層した補強層6
とを一体に形成した形状であればよい。
【0024】また、前記各実施例では、補強層6に窒化
珪素(Si34)を用いていたが、これに限定されるも
のではなく、絶縁性を有しヤング率の大きい材質のもの
であれば良い。
【0025】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の半導体圧力
差圧検出器は、半導体基板に、肉薄のダイヤフラム部
と、その外側周囲に肉厚の支持部とを備え、前記ダイヤ
フラム部にピエゾ抵抗素子からなる歪ゲージを形成した
ものである。そして、前記ダイヤフラム部の前記歪ゲー
ジが形成された領域と前記支持部の少なくとも一部とを
覆う補強層を形成したことにより、歪ゲージを設けた領
域のダイヤフラム部の強度が増し、低圧の測定でも圧力
と出力との関係の直線性を保持するとともに、精度が良
く容易に加工をおこなうことができる。
【0026】また、前記補強層を、半導体基板の前記歪
ゲージを形成した面に設けたことにより、歪ゲージなど
を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の上面図である。
【図2】図1中のA−A線で切断した断面図を用いた製
造工程図である。
【図3】同実施例の一部を切り欠いた斜視図である。
【図4】本発明の第2実施例の上面図である。
【図5】同実施例の図4中のB−B線で切断した断面図
である。
【図6】本発明の第3実施例の断面図である。
【図7】同実施例の一部を切り欠いた斜視図である。
【図8】本発明の第4実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 ダイヤフラム部 3 支持部 4 歪ゲージ 5 酸化膜 6 補強層 6a 肉厚部 6b 肉薄部 7 アルミ配線 8 凹部 9 コンタクトホール

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 肉薄のダイヤフラム部と、その外側周囲
    に肉厚の支持部とを備えた半導体基板の前記ダイヤフラ
    ム部に歪ゲージを設けた半導体圧力差圧検出器におい
    て、前記歪ゲージが形成された領域と前記支持部とを覆
    う補強層を形成したことを特徴とする半導体圧力差圧検
    出器。
  2. 【請求項2】 肉薄のダイヤフラム部と、その外側周囲
    に肉厚の支持部とを備えた半導体基板の前記ダイヤフラ
    ム部に歪ゲージを設けた半導体圧力差圧検出器におい
    て、前記歪ゲージが形成された領域と前記支持部とを肉
    厚部で覆う補強層と前記肉厚部以外を肉薄部で覆う補強
    層とを一体に形成したことを特徴とする半導体圧力差圧
    検出器。
JP19013296A 1996-07-19 1996-07-19 半導体圧力差圧検出器 Pending JPH1038726A (ja)

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JP19013296A JPH1038726A (ja) 1996-07-19 1996-07-19 半導体圧力差圧検出器

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JP19013296A JPH1038726A (ja) 1996-07-19 1996-07-19 半導体圧力差圧検出器

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JP (1) JPH1038726A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010002405A (ja) * 2008-05-23 2010-01-07 Alps Electric Co Ltd 半導体圧力センサ
JP2012083162A (ja) * 2010-10-08 2012-04-26 Yokogawa Electric Corp 振動式圧力センサ
US9651441B2 (en) 2014-05-15 2017-05-16 Continental Automotive Systems, Inc. Pressure sensor device with high sensitivity and high accuracy
JP2021039043A (ja) * 2019-09-05 2021-03-11 ミツミ電機株式会社 圧力感知素子及び圧力センサ

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