JPS6336581A - 半導体圧力変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工業計測をはじめとする禮々の用途に広く用
いられる半導体圧力変換器に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の変換器は、例えば第９図または第１０図に示す
ように、固定部となる厚肉部１人と薄肉ダイアフラム部
１Ｂとを備えたシリコンチップ等の半導体単結晶基板１
を用い、その薄肉ダイアフラム部ＩＢＫ、拡散領域から
なるピエゾ抵抗素子２を形成した構成を有している。こ
の半導体単結晶基板１は、厚肉部１Ａにおいて、圧力導
入口を備えたガラスチューブ等の支持部材に固定され、
ピエゾ抵抗索子２によシ、半導体単結晶基板１の表裏の
圧力Ｐ１およびＰ！の差圧に対応した電気的出力が得ら
れる。

外部との電気的接続は、一般に外周部においてワイヤボ
ンディングによシ行なわれ、そのために第９図において
は、Ｓ１ｏ！からなるパッシベーション膜３に開口した
コンタクト孔を通してピエゾ抵抗素子２に接続された、
比較的厚い（すなわちワイヤボンディング可能な）Ａｔ
膜からなる引出し電極４が用いられ、また第１０図にお
いては、電極パッド５を介してピエゾ抵抗素子２に接続
されたボンディングワイヤ６が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した構成においては、ピエゾ抵抗素子２と、引出し
電極４またはボンディングワイヤ６との接続部を構成す
る比較的厚い金属膜が薄肉ダイアプラム部１Ｂ上に存在
し、この薄肉ダイアプラム部１Ｂ上に存在する引出し電
極４や電極パッド５等の金属と半導体単結晶基板１また
はその上に形成されたＳｉｎ、などからなるパッシベー
ション膜７との間の熱膨張差によって生ずる応力が圧力
変換器のヒステリシスを増大させるなどの欠点があった
。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、ピエゾ抵抗素子またはピエゾ抵抗素子に連
続して半導体単結晶基板に形成された導電性層を、厚肉
部まで延長して内部接続用電極部に接続し、かつこの内
部接続用電極部相互間およびこれと、同じく厚肉部上に
形成された外部接続用電極部との間を、ボンディングワ
イヤまたは上記各接続用電極部よυ薄い導電性膜で接続
したものである。

〔作用〕

薄肉ダイアプラム部には金属膜等が存在せず、厚肉部に
ついても、接続用電極部のみは接続に必要な厚みを確保
するものの、他の部分については半導体単結晶基板に直
接接触する異物は全く存在しないかごく薄いものでよく
、シたがってその影響も小さい。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図である。第
９図あるいは第１０図に示したものと同様に、矩形板状
のシリコンチップからなる半導体単結晶基板１１は、外
周部に厚肉部１１Ａを有するとともに、中央部に円形状
の薄肉ダイアフラム部１１Ｂを有している。

薄肉ダイアフラム部１１Ｂには、拡散領域からなるピエ
ゾ抵抗素子１２が形成しであるが、本実施例ではこのピ
エゾ抵抗素子１２は薄肉ダイアプラム部１１Ｂのみなら
ず、厚肉部１１　Ａｔで延長して形成してあシ、そこで
、５ｌｏｔからなるパッシベーション膜１３に形成した
コンタクト孔を通して　　・Ａｔからなる引出し電極１
４の内部接続部１４ＡＫ接続している。引出し電極１４
の他端は、半導体単結晶基板１１の最外周部まで延在し
外部接続部１４Ｂを構成している。

ここで、引出し電極１４は、上記外部接続部１４Ｂおよ
びピエゾ抵抗素子１２と接続する内部接続部１４Ａの部
分に比較して、他の部分においては、電気的導通がとれ
る範囲で薄く形成されておシ、厚肉部１１Ａにも不要な
応力が極力束じないようにしである。なお、引出し電極
１４は、Ａｔに限らず、他の金ＩＪ４または多結晶シリ
コンなどの導電性膜を用いてもよいことはいうまでもな
い。

第２図は、本発明の第２の実施例を示す断面図である。

本実施例では、厚肉部１１Ａまで延長させたピエゾ抵抗
素子１２に接続する内部接続用電極パッド１５および外
周部に外部接続用電極パッド１６が設けてあり、両パッ
ド間をボンディングワイヤ１Ｔによって接続しである。

第１図の実施例においても、両接続部１４Ａ、１４Ｂ間
を接続する引出し電極１４は、極力薄く形成してセンサ
特性への影響を小さくしていたが、本実施例ではボンデ
ィングワイヤ１Ｔによシ、厚肉部１１Ａには全く触れず
に両パッド１５．１６間を接続することができ、その間
の影響を皆無とすることができる。接続すべき電極パッ
ドの配置がらまシ高密度でない限シは、安価でもあシ、
有利である。

第３図は、本発明の第３の実施例を示す断面図である。

本実施例では、ピエゾ抵抗素子自体を延長する代シに、
ピエゾ抵抗素子１２は従来同様に薄肉ダイアプラム部１
１Ｂに設けておき、これに連続する拡散領域からなる引
出し層１８を厚肉部１１Ａまで延在させている。

本実施例の場合、第１および第２の実施例に比較して、
ピエゾ抵抗素子１２の他に引出し層１８を形成するため
に２重の拡散プロセスが必要となるが、引出しｆｆ１１
８を高不純物濃度とすることによシその抵抗値を、例え
ばピエゾ抵抗素子１２の１／１００に低くし、ゲインを
上げることができる。

第４図は本発明の第４の実施例を示す断面図である。本
実施例は、引出し層１８を用いてゲインの増大をはかる
とと本に、内部接続用電極・くラド１５と外部接続用電
極パッド１６との間をボンディングワイヤ１７で接続し
てその間のセンサ特性に与える影響を皆無としている。

上述した各実施例において、各内部接続部１４Ａまたは
内部接続用電極パッド１５は、外部接続部１４Ｂｉたは
内部接続用電極パッド１６に接続されると同様に、必要
に応じ、第５図に示すように相互に接続される。

第５図は、本発明の第５の実施例を示す平面図であるが
、内部接続部１４Ａは、それより薄いＡ／＝からなる引
出し電極１４により外部接続部１４Ｂに接続されるとと
もに、目標のｋｔからなる接続電極１９により相互に接
続されている。また、外部接続部１４Ａはボンディング
ワイヤ２０により外部回路に接続される。もちろん、接
続電極１９の代りに、ボンディングワイヤを用いてもよ
いことはいうまでもない。なお、第５図では、ノくツシ
ベーション膜は省略しである。

以上５周部を厚肉部とし、中央部に薄肉ダイアフラム部
を設けたいわゆるＣ形の半導体単結晶基板を用いた場合
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はない。例えば第６図に示すように、外周部および中央
部を厚肉部とし、その間に環状の薄肉ダイアプラム部を
形成したいわゆるＥ形の基板、あるいは上記薄肉ダイア
フラム部にさらに突起（厚肉部）を設けたものなどにお
いても同様に適用できる。

第７図はＥ形の半導体単結晶基板１１を用いた例で、薄
肉ダイアフラム部１１Ｂに形成したピエゾ抵抗素子１２
から、低抵抗の拡散領域からなる引出し層１８を厚肉部
１１Ａ、１１Ｃまで延在させ、そこで内部接続用電極パ
ッド１５に接続している。

内部接続用電極パッド１５と外部接続用電極パッド１６
とは、ボンディングワイヤ１７によシ接続しているみな
お、薄肉ダイアフラム部２１Ｂ内部でのピエゾ抵抗素子
１２相互間の接続は、引出し層１８と同様の低抵抗の拡
散領域からなる接続層２１により行なっている。なお、
この第７図も、パッシベーション膜は省略して示しであ
る。

各実施例の半導体単結晶基板１１は、外周部の厚肉部１
１Ａにおいて、ピエゾ抵抗素子１２を形成した側と反対
側の主表面で、圧力導入口を備えた台座状の支持部材に
固定され、さらに、ヘッダ内に実装される。

第８図は、この実施例を示す断面図である。３１は、半
導体単結晶基板１１に熱膨張係数の近いガラスチューブ
からなる支持部材でオシ、圧力導入口３１Ａを備えてい
る。この支持部材３１は、底部にリードピン３２を気密
に貫通させたヘッダ３３の内部に固定され、半導体単結
晶基板１１内部のピエゾ抵抗素子１２に接続されたボン
ディングワイヤ２０は、端子板３４表面のメタライズ膜
を介してリードビン３２に電気的に接続されている。

３５は絶縁性のスペーサ、３６は圧力導入口３６Ａを備
えたキャップである。

なお、半導体単結晶基板１１は、シリコンチップに限定
されるものではなく、例えば、いわゆるＳＯ８構造の基
板を用いてもよい。つまシ、サファイア、スピネルある
いは単結晶セラミックのような絶縁性の結晶基板上にシ
リコン、ゲルマニウム等の半導体単結晶層を成長させた
ものでもよい。

シリコンチップを用い、ｐｎ接合で分離をはかったもの
に比較して、ＳＯ８構造を用いたものは、アイソレーシ
ョンが良好で、高温での使用が可能となる。その結果、
耐熱性が１５０℃程度から２００℃程度に向上し、使用
温度範囲の上限を１００〜１２０℃から１５０〜１６０
℃まで引上げることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ピエゾ抵抗素子
またはピエゾ抵抗素子に連続して半導体単結晶基板に形
成された導電性層を、厚肉部まで延長して内部接続用電
極部に接続し、薄肉ダイアプラム部には当該接続部を設
けないようにしたことにより、また、上記内部接続用電
極部相互間および当該内部接続用電極部と外部接続用電
極部との間を、ボンディングワイヤまたは各接続用電極
部よシ薄い導電性膜で接続し、厚肉部上の異物質も極力
排除するようにしたことにより、ヒステリシスを低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図、第２図な
いし第４図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す概略断
面図、第５図は同じく本発明の実施例を示す平面図、第
６図は半導体単結晶基板の他の構成例を示す断面図、第
７図は本発明の他の実施例を示す平面図、第８図は半導
体単結晶基板の実装例を示す断面図、第９図および第１
０図はそれぞれ従来例を示す概略断面図である。 １１・・−・半導体単結晶基板、１１Ａ、１１Ｃ・・・
・厚肉部、１１Ｂ・・・曖薄肉ダイアフラム部、１２・
・・φピエゾ抵抗素子、１４・・・・引出し電極、１４
Ａ・・・・外部接続部、１４Ｂ−・・・内部接続部、１
５・・・・内部接続用電極パッド、１６・・・・外部接
続用電極パッド、１７・・・・ボンディングワイヤ、１
８・・・・引出し層、１９・拳・・接続電極。 第９図　　　　　　　Ｐｌ ↓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 厚肉部と薄肉ダイアフラム部とを備えた半導体単結晶基
   板の、上記薄肉ダイアフラム部にピエゾ抵抗素子を形成
   するとともに、当該ピエゾ抵抗素子または当該ピエゾ抵
   抗素子に連続して上記半導体単結晶基板に形成された導
   電性層を、厚肉部まで延長して当該厚肉部上に形成され
   た内部接続用電極部に接続し、かつこの内部接続用電極
   部相互間および当該内部接続用電極部と厚肉部上に形成
   された外部接続用電極部との間を、ボンディングワイヤ
   または各接続用電極部より薄い導電性膜で接続してなる
   半導体圧力変換器。