JPS6336153B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリコンダイヤフラム面に働く圧力
の大きさをピエゾ効果を利用して電気的信号に変
換する半導体圧力変換器に係り、特に自動車用圧
力検知器等に使用され、安価でかつ過酷な環境の
中で高い信頼性を有する半導体圧力変換器に関す
る。

圧力変換器を自動車用として用いる場合の例と
して、大気圧（または絶対圧）とエンジン吸気管
の圧力差を電気信号に変換し、その入力で電子燃
料噴射装置の燃料噴射量を制御したり、電子進角
装置の進角を制御してエンジンの焼燃状態を最適
に維持する方法や、高度による大気圧の変化を検
知して高度補正を行う方法など、その用途は多種
多様である。

ところで、エンジンの吸気管または排気管の圧
力を半導体圧力変換器の圧力導入用ポートに導入
して使用する場合、通常歪ゲージの一方が吸気管
あるいは排気管内の雰囲気、特にガソリンあるい
はガソリン中に含まれる不純物にさらされる。こ
のため、半導体歪ゲージの表面は例えばSiO₂等
からなるパツシベーシヨン膜、さらにはシリコン
ゲルで覆うことによつて、ガソリン、湿気等の汚
染から保護されている。一般的にパツシベーシヨ
ン膜厚は、薄い方が歪ゲージとしての特性上は有
利であるが、汚染等からの保護を重視すれば厚い
方がよいとされ、通常膜厚0.3〜2.0μｍ程度の範
囲内で目的に応じて選択される。

また、特性と汚染からの保護を両立させる方法
として、ピエゾ抵抗の周囲をシリコン基板と同型
の高濃度の不純物を拡散することにより、ピエゾ
抵抗間のアイソレーシヨンを向上させ、パツシベ
ーシヨン膜上の汚染、湿気等により発生するこぼ
れチヤージ等で表面のアイソレーシヨンが低下す
るのを防ぐことができることが知られている。こ
の方法によるとパツシベーシヨン膜は一般に1μ
ｍ以下ですみ、歪ゲージの湿度特性を向上させる
ことができる。またｎ型高濃度の不純物拡散層は
シリコン単結晶中の重金属類を捕獲し、シリコン
基板中のリーク電流を減少させ、歪ゲージの信頼
性を上げる効果もあるため、できる限り広範囲に
形成した方が有利となる。

しかしながら、上記の理由によりｎ型高濃度不
純物層を用いて、半導体歪ゲージを構成した場
合、パツシベーシヨン膜厚は薄く形成でき、これ
により信頼性と特性を両立させた半導体歪ゲージ
が得られるが、同時にワイヤボンデング用パツト
下部のパツシベーシヨン膜も薄くなつてしまうこ
とから、自動ワイヤボンダー等を使用し、ボンデ
ングを行うとボンデングに要するバラツキある力
によつてパツシベーシヨン膜が破壊に至るという
欠点を有していた。

本発明の目的は過酷な条件下でも安定した特性
が得られ、かつ量産性のある自動ワイヤボンダー
等の使用が可能な構造の半導体圧力変換器を提供
することにある。

本発明は、半導体歪ゲージ上のワイヤボンデン
グ用パツトのボンデング有効領域の下部には例え
ばｎ型高濃度拡散層を配設せず、これにより該ボ
ンデング有効領域のパツシベーシヨン膜厚を、シ
リコン基板表面全体を覆うパツシベーシヨン膜厚
の最も厚い部分と同じ厚さに保つようにし、自動
超音波ワイヤホンダー等を用いてもボンデングに
よりパツシベーシヨン膜の破壊を防止するように
したものである。

以下実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

第１図は、この発明による半導体圧力変換器の
一実施例を示す断面図である。下面に圧力導入用
ポート１が設けられたハウジング２があり、この
ハウジング２の上面はカバー３が接着されてい
る。このハウジング２内の前記圧力導入用ポート
１上にはゲージ体４が配置されている。ゲージ体
４は、前記圧力導入用ポート１と連通する孔５を
有しかつ上面にカバー６が接着されたケーシング
７内において、前記孔５と連通する孔８を有する
ダイ９上に配置された半導体歪ゲージ１０を内蔵
して構成される。このためハウジング２外の気圧
はハウジング２の圧力導入用ポート１、ケーシン
グ７の孔５、ダイ９の孔８を通して前記半導体歪
ゲージ１０の裏面に加わることになる。なお前記
半導体歪ゲージ１０の電極は超音波ボンデングに
よる極細線１１を介して前記ケーシング７の側部
に設けられたリード１２によつてケーシング７の
外部に電気的に取出されるようになつている。

また、ハウジング２内には増幅用回路基板１３
が配置され、この増幅用回路基板１３の入力用端
子パツト１４は細線１４を介して前記リード１２
に接続されている。さらに増幅用回路基板１３の
出力用端子パツド１６は細線１７を介してハウジ
ング２の側部に設けられた出力用ターミナル１８
に接続されている。これにより、半導体歪ゲージ
１０の出力は増幅用回路基板１３によつて増幅さ
れ、この増幅用信号は前記出力用ターミナル１８
によりハウジング２外に取出される。

そして前記増幅用回路基板１３における耐湿性
向上を目的として、前記ハウジング２内には前記
増幅用回路基板１３を被つてシリコンゲル２０が
注入されている。

第２図は前記半導体歪ゲージ１０の平面図であ
り、また第３図は第２図のＡ−Ａ線における断面
図ある。ｎ型シリコン基板２０があり、このｎ型
シリコン基板２０の裏面は例えばエツチングによ
つて受圧用の凹部２１が形成され、これによりｎ
型シリコン基板２０はダイアフラムとしての機能
を有する。ｎ型シリコン基板２０の表面はその中
央部において例えば４個のピエゾ抵抗体２２が形
成され、このピエゾ抵抗体２２はｐ型拡散層によ
つて形成される。また、ｎ型シリコン基板２０の
周辺にはn⁺型拡散層２３が形成され、このn⁺型
拡散層２３によつてこぼれチヤージによる耐圧低
下を防止している。また、前記n⁺型拡散層２３
は前記各ピエゾ抵抗体２２をそれぞれ囲むように
ｎ型シリコン基板２０の中央部に延在して形成さ
れ、各ピエゾ抵抗体２２間のリーク電流の原因と
なる重金属類の吸収を図つている。

このような各拡散層が形成されたｎ型シリコン
基板２０の表面には、例えばSiO₂等からなるパ
ツシベーシヨン膜２４が形成されている。このパ
ツシベーシヨン膜２４の膜厚は、前記n⁺型拡散
層２３を形成していることによりパツシベーシヨ
ンとしての機能を有する程度に薄く、かつワイヤ
ボンデングの力によつて破壊しない程度に厚いも
のとする。

さらに、パツシベーシヨン膜２４面には前記各
抵抗体２２の両端部を露出させるスルホールが形
成され、このスルホールを通して各ピエゾ抵抗体
２２をホイートストーンブリツジ接続させるため
の配線層２４が形成され、この配線層２４の一部
には、第１図に示す極細線１５と接続されるべく
比較的面積の大きなボンデングパツト２４Ａが形
成されている。このボンデングパツト２４Ａは
n⁺型拡散層２３の形成領域外のパツシベーシヨ
ン膜２４上に形成されている。

このように構成した実施例では、ｎ型シリコン
基板２０とパツシベーシヨン膜２４との界面にお
ける前記ｎ型シリコン基板２０の周囲にn⁺型不
純物層２３を形成している。このため、このn⁺
型不純物層２３によつてこぼれチヤージによる耐
圧低下の防止、リーク電流の発生防止が図れるこ
とから、前記パツシベーシヨン膜２４の膜厚を薄
くできる。そして、パツシベーシヨン膜２４の膜
厚はn⁺型不純物層２３が形成されていない領域
にて最高の厚さとなり、この厚さは超音波ボンデ
ングにおける力に耐える程度になつており、ボン
デングパツト２５Ａはこの厚さの大きなパツシベ
ーシヨン膜２４上に形成されていることから、ボ
ンデングの際の力によつてパツシベーシヨン膜２
４が破壊することはなくなる。

したがつて、過酷な条件下でも安定した特性が
得られ、かつ量産性のある自動ワイヤボンダーの
使用が可能な構造とすることができる。

本実施例では、ピエゾ抵抗体２２を４個設け、
これら各ピエゾ抵抗体２２をホイートストンブリ
ツジ接続したものであるが、４個に限定されるこ
とはなく１個でもよく、またホイートストンブリ
ツジ接続させる必要のないことはいうまでもな
い。

また、本実施例ではｎ型シリコン基板２０を用
いて半導体歪ゲージを構成したものであるが、ｐ
型シリコン基板を用いてもよいことはいうまでも
ない。この場合、ピエゾ抵抗体２２はｎ型拡散層
またn⁺型不純物層２３はp⁺型で形成する必要が
あることはもちろんである。

以上述べたことから明らかなように、この発明
に係る半導体圧力変換器によれば、過酷な条件下
でも安定した特性が得られ、かつ量産性のある自
動ワイヤボンダー等の使用が可能な構造とするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による半導体圧力変換器の一
実施例を示す断面図、第２図は半導体歪ゲージの
一実施例を示す平面図、第３図は第２図のＡ−Ａ
線における断面図である。 １０……半導体歪ゲージ、２０……ｎ型シリコ
ン基板、２２……ピエゾ抵抗体、２３……n⁺型
拡散層、２４……パツシベーシヨン膜、２５……
配線層、２５Ａ……ボンデングパツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板と、この半導体基板表面に形成さ
   れ前記半導体基板と異なる導電型の拡散層からな
   るピエゾ抵抗と、このピエゾ抵抗を囲んで前記半
   導体基板表面に形成され前記半導体基板と同導電
   型の高濃度拡散層からなる不純物層と、 前記ピエゾ抵抗及び不純物を被つて前記半導体
   基板表面全域に形成された熱酸化パツシベーシヨ
   ン膜と、このパツシベーシヨン膜上に形成され前
   記ピエゾ抵抗と接続された配線層と、前記不純物
   層の形成領域外における前記パツシベーシヨン膜
   上に前記配線層に延長形成されたボンデングパツ
   トと、を具備し、前記不純物層以外の領域におけ
   るパツシベーシヨン膜の厚さは、前記ボンデング
   パツトにおけるワイヤボンデングの力に耐える程
   度に薄くしたことを特徴とする半導体圧力変換
   器。