KR20120053010A - 반도체 압력 센서, 압력 센서 장치, 전자 기기 및 반도체 압력 센서의 제조 방법 - Google Patents

반도체 압력 센서, 압력 센서 장치, 전자 기기 및 반도체 압력 센서의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 압력 센서(720)는 박육 영역(402)에 대응하는 반도체 기판의 부분에 왜곡을 부여하는 박막 압전 소자(701)를 구비한다. 박막 압전 소자(701)는 왜곡 게이지로서 기능하는 확산 저항(406, 408, 410 및 412)으로부터 이격하여 형성되고, 박막 압전 소자의 상부 전극층에 접속되는 본딩 패드(716A) 및 하부 전극층에 접속되는 본딩 패드(716F) 근방까지 연장 설치된다. 확산 저항(406, 408, 410 및 412)은 금속 배선(722) 및 확산 배선(724)에 의해 브리지 회로를 구성한다. 자기 진단 시, 박막 압전 소자(701)에 소정 전압이 인가된다. 전압 인가 전후의 브리지 회로의 출력차가 소정의 범위 외이면, 반도체 압력 센서(720)에 파손이 발생하였다고 판단된다.

Description

반도체 압력 센서, 압력 센서 장치, 전자 기기 및 반도체 압력 센서의 제조 방법 {SEMICONDUCTOR PRESSURE SENSOR, PRESSURE SENSOR DEVICE, ELECTRONIC APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR PRESSURE SENSOR}
본 발명은 압력 인가에 의해 변형 가능한 다이어프램(diaphragm)의 왜곡에 기초하여, 압력을 전기 신호로 변환하는 반도체 압력 센서, 그 반도체 압력 센서를 구비한 압력 센서 장치, 압력 센서 장치를 포함하는 전자 기기 및 반도체 압력 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 자동차의 내연 기관, 민생 기기, 측정 기기, 의료 기기 등과 같은 다방면에 걸친 분야에 있어서, 압력을 전기 신호로 변환하는 소형의 장치로서 반도체 압력 센서가 사용되고 있다. 민생 기기의 분야에서는, 반도체 압력 센서는, 예를 들어 하드디스크 드라이브, 급탕기, 에어컨, 세탁기, 식기 세척기 및 청소기 등에 사용된다. 측정 기기의 분야에서는, 반도체 압력 센서는, 예를 들어 공기 압력계, 수압계 및 유압계 등에 사용된다. 의료 기기의 분야에서는, 반도체 압력 센서는, 예를 들어 혈압계 등에 사용된다.
반도체 압력 센서는, 반도체 집적 회로의 제조에 사용되는 미세 가공 기술을 이용하여 제작된다. 반도체 압력 센서는, 일반적으로 실리콘 기판의 일부를 박막 형상으로 가공함으로써 형성된 다이어프램을 구비한다.
다이어프램에 인가되는 압력에 의해 다이어프램에 왜곡이 발생한다. 다이어프램에 발생한 왜곡을 검출하기 위하여, 압력에 의해 그 저항값을 변화시키는 저항 소자(예를 들어 피에조 소자)가 실리콘 기판의 표면에 배치된다. 반도체 압력 센서는 저항 소자의 저항값의 변화에 의해 압력을 검출한다.
예를 들어, 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2009-49026호 공보)은 각각이 저항 소자로서 기능하는 4개의 쇼트키 배리어 다이오드를 구비한 반도체 압력 센서를 개시한다. 4개의 쇼트키 배리어 다이오드는 휘트스톤 브리지를 구성한다. 쇼트키 배리어 다이오드의 내부 저항은 쇼트키 접합부에 발생한 왜곡에 의해 변화한다.
도 47은 종래의 반도체 압력 센서의 일례를 도시한 도면이다. 도 47을 참조하여, 반도체 압력 센서(100)는 박육부(薄肉部)(102)와 후육부(厚肉部)(104)에 의한 다이어프램 구조를 갖는다. 도 47에서는 박육부(102)는 파선으로 둘러싸여진 영역으로서 나타내어진다. 후육부(104)는 박육부(102) 주위에 위치한다. 박육부(102)의 일 주면에는 왜곡 게이지 저항(106, 108, 110 및 112)이 형성된다.
도 48은 도 47에 도시한 반도체 압력 센서(100)의 XLVIII-XLVIII 단면도이다. 도 48을 참조하면, 유리 기판(116)이 후육부(104)의 저면에 설치된다.
상기한 구성에 의해, 박육부(102)와 유리 기판(116)의 사이에는, 그 외주가 후육부(104)에 의해 둘러싸여진 기준 압력실(114)이 형성된다. 반도체 압력 센서(100)를 절대 기압의 측정에 사용하는 경우, 통상, 기준 압력실(114)은 진공 상태로 된다.
반도체 압력 센서(100)의 주위의 기압에 따라 박육부(102)에 왜곡이 발생한다. 그 왜곡에 따라, 왜곡 게이지 저항(106, 108, 110 및 112)의 저항값이 변화한다. 왜곡 게이지 저항(106, 108, 110 및 112)은 도시하지 않은 배선에 의해 브리지 회로를 구성한다.
도 49는 도 47에 도시한 왜곡 게이지 저항(106, 108, 110 및 112)에 의해 구성된 브리지 회로(150)를 도시한 도면이다. 도 49를 참조하면, 입력 단자(122A, 122B)의 사이에는 소정 전압이 인가된다. 출력 단자(120A, 120B)의 사이에는 박육부(102)의 왜곡에 따른 전압이 발생한다.
도 47 내지 도 49에 도시한 구성을 갖는 반도체 압력 센서의 감도를 향상시키기 위해서는 박육부를 얇게 해야만 한다. 그러나, 반도체 압력 센서의 제조 중 또는 반도체 압력 센서의 사용 중에 박육부에 파손이 발생하는 경우가 있었다.
일반적으로, 박육부의 파손을 육안으로 확인하는 것은 곤란하다. 이로 인해 종래의 신뢰성 시험에서는, 예를 들어 반도체 압력 센서가 배치된 밀폐 챔버 내의 기압을 변화시키면서, 그 압력 센서의 출력을 확인하는 등의 방법이 채용되고 있었다.
그러나, 상술한 방법에서는 신뢰성 시험을 위하여 대규모의 장치 및 긴 시험 시간이 필요하였다. 또한, 반도체 압력 센서를 전자 기기 내부에 내장한 후에는, 그 센서를 시험하는 것은 곤란하였다.
특허문헌 2(일본 특허 공개 소60-29627호 공보(일본 특허 공고 평4-26051호 공보))는 다이어프램의 파손을 검출 가능한 반도체 압력 센서를 개시한다. 도 50은 특허문헌 2의 도 1에 도시된 반도체 압력 센서를 설명하기 위한 도면이다. 도 50을 참조하면, 반도체 압력 센서(200)는 왜곡 게이지 저항(202, 204)과 배선(206)과 트랜지스터(208)를 구비한다. 왜곡 게이지 저항(202, 204)과 배선(206)과 트랜지스터(208)는 다이어프램(201)의 일 주면에 배치된다.
배선(206)은 다이어프램(201)의 벽개(劈開) 방향 A, B의 양쪽과 교차하는 방향으로 형성된다. 다이어프램(201)의 파손에 의해 배선(206)이 단선된 경우, 다이어프램(201)의 파손이 트랜지스터(208)에 의해 검지된다.
특허문헌 3(일본 특허 공개 제2001-349797호 공보)은 다이어프램의 이상을 검출 가능한 압력 센서를 개시한다. 도 51은 특허문헌 3의 도 1에 도시된 반도체 압력 센서를 설명하기 위한 도면이다. 도 51을 참조하면, 반도체 압력 센서(300)는, 박육부(302A)를 포함하는 다이어프램(302)과 검출부(304A, 304B 및 304C)와 왜곡 부여 부재(306)와 지지 부재(308)와 받침대(310)를 구비한다. 검출부(304A, 304B 및 304C)는 박육부(302A)의 왜곡에 기초하여 전기 신호를 출력한다. 왜곡 부여 부재(306)는 박육부(304A)에 강제적으로 왜곡을 발생시킨다. 지지 부재(308)는 왜곡 부여 부재(306)를 지지한다.
왜곡 부여 부재(306)는 PZT(티타늄산 지르콘산 납) 등의 압전 소자에 의해 구성된다. 왜곡 부여 부재(306)에 전압이 인가됨으로써 왜곡 부여 부재(306)가 팽창한다. 왜곡 부여 부재(306)가 팽창함으로써 박육부(302A)가 하방으로 눌러 내려진다. 박육부(302A)가 눌러 내려짐으로써 박육부(302A)에 강제적으로 왜곡을 발생시킬 수 있다.
일본 특허 공개 제2009-49026호 공보 일본 특허 공개 소60-29627호 공보(일본 특허 공고 평4-26051호 공보) 일본 특허 공개 제2001-349797호 공보
특허문헌 2는 다이어프램의 벽개 방향과 교차하는 방향을 따라 배선을 배치함으로써, 다이어프램의 파손을 검지하는 기술 사상을 개시한다. 그러나, 특허문헌 2에 개시된 구성에 따르면, 다이어프램의 파손에 따라 파손 검지용의 배선이 단선되지 않으면 다이어프램의 파손을 검지할 수 없다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 구성에 따르면, 다이어프램의 파손을 검출하기 위하여 트랜지스터가 사용된다. 이로 인해, 다이어프램의 파손을 검출하기 위하여 트랜지스터에의 전류 공급이 필요하게 된다.
특허문헌 3은 반도체 압력 센서의 박육부의 표면에 압전 소자를 배치함과 함께, 그 압전 소자에 의해 박육부에 강제적으로 왜곡을 발생시키는 기술을 개시한다.
이 기술에 따르면, 압전 소자에의 전압 인가 후의 반도체 압력 센서의 출력에 기초하여 반도체 압력 센서의 자기 진단을 행할 수 있다.
그러나, 특허문헌 3의 도 1에 도시된 반도체 압력 센서는 지지 부재에 의해 압전 소자를 고정하는 구성을 갖는다. 이로 인해, 특허문헌 3에 개시된 반도체 압력 센서를 제조하기 위하여 복잡한 공정을 필요로 한다. 특허문헌 3은 주지의 IC 제조 방법에 의해 다이어프램의 일 주면에 압전 소자가 형성되는 것을 시사하고 있다. 그러나, 특허문헌 3은 반도체 압력 센서의 일 주면에 박막으로서 압전 소자를 형성하고, 이에 의해 압전 소자의 지지 부재를 필요로 하지 않는 구성에 대하여 명시하고 있지 않다.
박육부의 표면에 박막의 압전 소자를 배치하는 경우, 박막 압전 소자의 배치를 고려할 필요가 있다. 단순하게 박육부의 표면 전체에 박막 압전 소자를 배치하면, 박육부와 박막 압전 소자의 사이의 열팽창률의 차이에 의해 박육부에 예기치 않은 왜곡이 발생한다. 이로 인해, 반도체 압력 센서의 출력에 에러가 발생한다.
또한, 박막 압전 소자에 의한 자기 진단 기능이 정상적으로 동작하기 위해서는, 박막 압전 소자의 배치도 배려해야만 한다.
다이어프램을 작성할 때의 가공 정밀도에 의해, 다이어프램의 위치와 저항 소자의 위치의 사이에 어긋남이 발생할 가능성이 있다. 다이어프램 및 저항 소자의 사이의 상대적인 위치가 어긋남으로써, 동일한 공정에 의해 제조된 복수의 압력 센서 장치의 사이에서 저항 브리지의 특성의 편차가 발생할 가능성이 있다. 저항 브리지의 특성이란, 예를 들어 다이어프램에 인가되는 압력과 저항 브리지의 출력 전압의 관계이다.
일반적으로, 압력 센서 장치는 넓은 범위에 걸쳐 압력을 검출할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 대기압은 표준 기압(약 101.3[kPa])의 부근에서 변화한다. 반도체 압력 센서를 대기압의 검출을 위하여 사용하는 경우, 그 센서의 감도가 표준 기압의 근방에서 높은 것이 바람직하다.
그러나, 종래의 압력 센서 장치의 구성에 따르면, 압력 센서 장치의 검출 범위가 넓다. 따라서, 압력 센서 장치의 감도가 원하는 영역, 특히 검출 범위의 상한값 가까이의 영역에서만 높아지도록 압력 센서 장치를 구성하는 것은 용이하지 않다.
본 발명의 하나의 목적은, 박육부 상에 박막 압전 소자를 배치함으로써 자기 진단을 실행하는 것이 가능함과 함께, 그 박막 압전 소자에 의한 출력에의 영향을 저감 가능한 반도체 압력 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 다이어프램의 위치와 저항 브리지의 위치의 사이의 어긋남에 기인하는 저항 브리지의 특성의 편차가 커지는 것을 억제하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 반도체 압력 센서의 검출 범위의 상한값 부근의 영역에 있어서 그 반도체 압력 센서의 검출 감도를 높이는 것을 가능하게 하는 것이다.
본 명세서에 있어서 「자기 진단 기능」이란, 반도체 압력 센서가 상기 반도체 압력 센서 자체의 구조적인 결함을 검지하는 기능을 가리킨다.
본 명세서에 있어서 「진단 기준 전압」이란, 다이어프램의 파손 등의 결함이 존재하지 않는 반도체 압력 센서가 자기 진단을 실시하였을 때의 반도체 압력 센서의 출력 전압의 차분을 가리킨다.
본 명세서에 있어서 「오프셋 전압」이란, 다이어프램에 왜곡이 발생하고 있지 않은 상태에서의 반도체 압력 센서의 출력을 가리킨다.
본 명세서에 있어서 「박육 영역」이란, 반도체 기판에 형성된 박육부의 표면 및 박육부를 포함한다. 본 명세서에 있어서 「후육 영역」이란, 반도체 기판에 형성된 후육부의 표면 및 후육부를 포함한다.
본 발명의 어느 국면에서는, 반도체 압력 센서는, 박육 영역 및 박육 영역의 주위에 형성된 후육 영역을 갖는 반도체 기판과, 반도체 기판의 일 주면에 형성되고, 박육 영역에 대응하는 반도체 기판의 부분의 왜곡에 따라 저항값을 변화시키는 왜곡 게이지 저항과, 반도체 기판 상에서, 박육 영역 중 적어도 일부를 포함하는 영역에 형성되어, 하부 전극층, 압전층 및 상부 전극층을 갖는 적어도 1개의 박막 압전 소자를 구비한다. 적어도 1개의 박막 압전 소자는 왜곡 게이지 저항으로부터 이격된 영역에 형성된다.
상기 구성에 따르면, 박막 압전 소자에의 전압 인가 전후의 반도체 압력 센서의 출력에 기초하여 반도체 압력 센서의 자기 진단을 행할 수 있다. 또한, 박막 압전 소자와 반도체 기판의 열팽창률의 차이에 의한 왜곡 게이지 저항의 변형을 저감함으로써, 반도체 압력 센서의 출력, 예를 들어 오프셋 전압 등에 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 박육 영역의 중앙부를 향하는 방향으로 장축을 갖는 가늘고 긴 형상을 갖는다.
상기 구성에 따르면, 소면적의 박막 압전 소자에 의해 박육 영역 전체를 균일하게 왜곡시킬 수 있으므로, 자기 진단의 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 박육 영역과 후육 영역의 경계를 가로질러 후육 영역까지 연장되도록 설치되어도 된다.
상기 구성에 따르면, 박막 압전 소자의 일부가 물리적으로 견고한 후육 영역 상에 고정되기 때문에, 자기 진단 시에 박육부에 부여되는 왜곡량이 안정된다. 이에 의해, 자기 진단의 정밀도를 높일 수 있음과 함께, 박막 압전 소자의 금속 배선을 후육 영역 상에서만 행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 또한 후육 영역에 있어서 박육 영역의 외주를 따라 연장되도록 설치되어도 된다.
상기 구성에 따르면, 박막 압전 소자의 일부가 후육 영역 상에 견고하게 고정된다. 이에 의해 자기 진단 시에 박육부에 부여되는 왜곡량이 안정되므로, 자기 진단의 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 반도체 기판 상에 형성된 복수의 박막 압전 소자를 포함하여도 된다.
상기 구성에 따르면, 반도체 기판 상의 다른 위치에 형성된 복수의 박막 압전 소자에 동일한 전압을 인가함으로써 박육부 전체를 균일하게 왜곡시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 복수의 박막 압전 소자는 상기 후육 영역 상에서 서로 결합되어도 된다.
상기 구성에 따르면, 박막 압전 소자의 상부 전극층의 배선 및 박막 압전 소자의 하부 전극층의 배선이 하나씩으로도 되므로, 반도체 압력 센서의 구성을 간편하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 복수의 박막 압전 소자는 박육 영역의 중앙부까지 연장됨과 함께 박육 영역의 중앙부에서 서로 결합되어도 된다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 반도체 압력 센서는 후육 영역 상에 설치된 복수의 본딩 패드를 더 구비하고, 적어도 1개의 박막 압전 소자는 복수의 본딩 패드 중 적어도 하나의 본딩 패드의 근방까지 연장되도록 설치되어도 된다.
상기 구성에 따르면, 박막 압전 소자의 금속 배선을 짧게 할 수 있으므로, 왜곡 게이지 저항의 금속 배선에 이용할 수 있는 영역을 넓힐 수 있다. 이에 의해, 복수의 왜곡 게이지 저항을 접속하여 브리지 회로를 구성할 때에 배선 길이의 조정을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 복수의 본딩 패드는 반도체 기판의 한 변에 나란히 설치되어도 된다.
상기 구성에 따르면, 와이어 본딩 시의 편리성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상부 전극층 및 하부 전극층은, 반도체 기판의 한 변에 배열된 복수의 본딩 패드 중, 제1 단부에 위치하는 제1 본딩 패드와, 제2 단부에 위치하는 제2 본딩 패드에 각각 접속되어도 된다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 반도체 압력 센서는 4개의 상기 왜곡 게이지 저항을 구비하고, 박육 영역은 대략 사변형을 나타내고, 왜곡 게이지 저항은 상기 박육 영역의 각 변의 중점 근방에 형성되어도 된다.
상기 구성에 따르면, 왜곡 게이지 저항의 저항값을 크게 변화시킬 수 있으므로, 반도체 압력 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 적어도 1개의 박막 압전 소자는 박육 영역의 대각선 상에 형성되어도 된다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 박육 영역은 대략 원형을 나타내어도 된다.
상기 구성에 따르면, 원주 상의 반도체 기판의 왜곡 방법이 동일하기 때문에, 왜곡 게이지 저항의 배치에서의 자유도가 높아진다.
바람직하게는, 왜곡 게이지 저항은 반도체 기판의 일 주면에 불순물을 확산시킴으로써 형성된 확산 저항이다.
바람직하게는, 압전층의 주성분은 PZT이다.
바람직하게는, 왜곡 게이지 저항은 박육 영역 상의 배선에 접속되고, 배선은 확산 배선을 포함한다.
바람직하게는, 압전층의 두께는 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하이다.
상기 구성에 따르면, 박막 압전 소자의 상부 전극층에 이르는 콘택트 홀과 박막 압전 소자의 하부 전극층에 이르는 콘택트 홀을 동시에 형성할 수 있으므로, 반도체 압력 센서의 제조 시간을 단축할 수 있다.
바람직하게는, 반도체 기판은 SOI(Silicon On Insulator) 기판이다.
상기 구성에 따르면, 박육부의 제조 시에 박육부의 두께의 정밀도를 좋게 할 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 있어서, 반도체 압력 센서의 제조 방법은, 제1 도전형을 갖는 일 주면 Si층과, 타 주면 Si층을 갖는 반도체 기판을 준비하는 공정과, 일 주면 Si층에 제1 도전형과는 다른 제2 도전형을 갖는 왜곡 게이지 저항을 형성하는 공정과, 일 주면 Si층에서 왜곡 게이지 저항과 인접하는 영역에, 상기 제2 도전형을 갖고 상기 왜곡 게이지 저항보다도 불순물 농도가 높은 확산 배선을 형성하는 공정과, 일 주면 Si층 상에 제1 층간 절연막을 형성하는 공정과, 제1 층간 절연막 상에 하부 전극층을 형성하는 공정과, 하부 전극층 상에 압전층을 형성하는 공정과, 압전층 상에 상부 전극층을 형성하는 공정과, 제1 층간 절연막, 하부 전극층, 압전층 및 상부 전극층 상에 제2 층간 절연막을 형성하는 공정과, 제2 층간 절연막에 확산 배선, 하부 전극층 및 상부 전극층에 이르는 콘택트 홀을 형성하는 공정과, 제2 층간 절연막 상 및 콘택트 홀에 금속 배선을 형성하는 공정과, 타 주면 Si층에 기준 압력실을 형성하는 공정을 구비한다.
상기 제조 방법에 있어서, 하부 전극층에 이르는 콘택트 홀과 상부 전극층에 이르는 콘택트 홀은 동시에 형성된다.
본 발명의 다른 국면에 있어서, 반도체 압력 센서는, 반도체 기판과 적어도 1개의 저항 브리지를 구비한다. 반도체 기판은 다이어프램과 다이어프램의 외측 테두리부를 지지하기 위한 지지부를 포함한다. 적어도 1개의 저항 브리지는 반도체 기판의 주 표면에 배치된다. 적어도 1개의 저항 브리지는 다이어프램에 인가된 압력에 따라 각각의 저항값을 변화시키는 복수의 저항 소자를 포함한다. 복수의 저항 소자는, 다이어프램과 지지부의 경계의 일부를 포함하는 주 표면 내의 일부의 영역에 집합적으로 배치된다.
바람직하게는, 복수의 저항 소자는 제1 저항 소자와 제2 저항 소자를 포함한다. 제2 저항 소자는 제1 저항 소자에 전기적으로 접속됨과 함께, 제1 저항 소자에 인접하도록 영역에 배치된다.
바람직하게는, 제1 저항 소자는 경계에 평행한 방향을 따라 연장되도록 영역에 형성된다. 제2 저항 소자는 경계와 교차하는 방향을 따라 연장되도록 영역에 형성된다.
바람직하게는, 적어도 1개의 저항 브리지는 서로 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 브리지이다.
본 발명의 다른 국면에 있어서, 압력 센서 장치는 반도체 기판과 적어도 1개의 저항 브리지를 구비한다. 반도체 기판은 다이어프램과 다이어프램의 외측 테두리부를 지지하기 위한 지지부를 포함한다. 적어도 1개의 저항 브리지는 반도체 기판의 주 표면에 배치된다. 적어도 1개의 저항 브리지는, 다이어프램에 인가된 압력에 따라 각각의 저항값을 변화시키는 복수의 저항 소자를 포함한다. 복수의 저항 소자는, 다이어프램과 지지부의 경계의 일부를 포함하는 주 표면 내의 일부의 영역에 집합적으로 배치된다. 압력 센서 장치는, 복수의 저항 소자의 각각의 저항값에 기초하여 압력을 나타내는 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로를 더 구비한다.
본 발명의 다른 국면에 있어서, 전자 기기는 반도체 기판과 적어도 1개의 저항 브리지를 구비한다. 반도체 기판은 다이어프램과 다이어프램의 외측 테두리부를 지지하기 위한 지지부를 포함한다. 적어도 1개의 저항 브리지는 반도체 기판의 주 표면에 배치된다. 적어도 1개의 저항 브리지는, 다이어프램에 인가된 압력에 따라 각각의 저항값을 변화시키는 복수의 저항 소자를 포함한다. 복수의 저항 소자는, 다이어프램과 지지부의 경계의 일부를 포함하는 주 표면 내의 일부의 영역에 집합적으로 배치된다. 전자 기기는, 복수의 저항 소자의 각각의 저항값에 기초하여 압력을 나타내는 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로와, 신호 처리 회로로부터의 신호에 기초하여 소정의 처리를 실행하기 위한 본체부를 더 구비한다.
본 발명의 다른 국면에 있어서, 압력 센서 장치는, 압력에 기초하여 신호 전압을 변화시키는 센서와, 센서로부터 출력된 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 구비한다. 신호 처리 회로는, 신호 전압을 증폭하기 위한 증폭 회로와, 증폭 회로의 출력 전압에 기초하여 압력에 따라 변화하는 검출 전압을 생성하기 위한 연산 회로를 포함한다. 연산 회로는, 증폭 회로의 출력 전압에 대하여 소정의 상관 관계를 갖는 전압을, 소정의 오프셋 전압으로부터 감산함으로써, 검출 전압을 생성하도록 구성된다.
바람직하게는, 신호 처리 회로는, 제1 전압에 기초하여 압력에 따라 변화하는 제2 전압을 생성하기 위한 제2 연산 회로를 더 구비한다. 압력에 대한 제1 전압의 제1 변화율은, 압력에 대한 제2 전압의 제2 변화율과 상이하다. 제1 전압은, 압력 센서에 의해 검출되는 압력의 범위의 상한값에 있어서 제2 전압에 일치한다.
바람직하게는, 제2 변화율의 절대값은 제1 변화율의 절대값보다도 크다.
바람직하게는, 제2 연산 회로는 제1 전압을 증폭함으로써 제2 전압을 생성한다.
바람직하게는, 신호 처리 회로는, 제1 전압을 신호 처리 회로의 외부에 출력하기 위한 제1 단자와, 제2 전압을 신호 처리 회로의 외부에 출력하기 위한 제2 단자를 더 구비한다.
바람직하게는, 압력의 범위는, 대기압의 표준값을 포함하면서 상한값이 표준값의 근방의 값으로 되도록 정해진다.
본 발명의 다른 국면에서는, 전자 기기는, 압력에 기초하여 신호 전압을 변화시키도록 구성된 센서와, 센서로부터 출력된 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 구비한다. 신호 처리 회로는, 신호 전압을 증폭하기 위한 증폭 회로와, 증폭 회로의 출력 전압에 기초하여 압력에 따라 변화하는 검출 전압을 생성하기 위한 연산 회로를 포함한다. 연산 회로는, 증폭 회로의 출력 전압에 대하여 소정의 상관 관계를 갖는 전압을, 소정의 오프셋 전압으로부터 감산함으로써, 검출 전압을 생성하도록 구성된다. 전자 기기는 검출 전압에 기초하여 소정의 처리를 실행하는 본체부를 더 구비한다.
본 발명에 따르면, 박육 영역 상에 형성된 박막 압전 소자에 전압을 인가함으로써, 반도체 압력 센서의 자기 진단을 행할 수 있다. 박막 압전 소자가 왜곡 게이지 저항으로부터 이격된 영역에 형성되어 있기 때문에, 박막 압전 소자와 반도체 기판의 열팽창률의 차이에 의한 왜곡 게이지 저항의 변형을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 반도체 압력 센서의 출력에 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 박막 압전 소자가 후육 영역 상의 소정의 위치까지 연장되도록 설치된다. 이에 의해 박막 압전 소자의 일부를 후육 영역에 고정할 수 있음과 함께, 박막 압전 소자의 금속 배선을 짧게 할 수 있다. 이로 인해, 자기 진단의 정밀도가 높아짐과 함께, 왜곡 게이지 저항의 금속 배선에 사용할 수 있는 영역을 넓게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다이어프램의 위치와 저항 브리지의 위치의 사이의 어긋남에 기인하는, 저항 브리지의 특성의 편차가 커지는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 검출 범위의 상한값 부근의 영역에서의 압력 센서 장치의 검출 감도를 높이는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 압력 센서 장치를 구비하는 전자 기기의 구성을 개념적으로 도시하는 블록도.
도 2는 도 1에 도시한 압력 센서 장치(10)의 상면도.
도 3은 도 1에 도시한 압력 센서 장치(10)의 측면도.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시한 압력 센서 장치(10)의 내부를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(400)의 상면도.
도 6은 도 5에 도시한 반도체 압력 센서(400)의 VI-VI 단면도.
도 7은 도 5에 도시한 반도체 압력 센서(400)에 대하여, 기준 압력실(418)의 내부의 압력과 외기압의 사이의 기압차에 의해 박육 영역(402)에 왜곡이 발생한 상태를 모식적으로 도시한 도면.
도 8은 도 5에 도시한 반도체 압력 센서(400)의 VIII-VIII 단면을 모식적으로 도시한 단면도.
도 9는 박막 압전 소자(414)에의 인가 전압을 변화시켰을 때의 박육 영역(402) 중심의 변위량의 예를 플롯한 도면.
도 10은 도 1에 도시한 반도체 압력 센서(400)에서의 확산 저항(406, 408, 410, 412) 및 박막 압전 소자(414)의 배선 패턴의 일례를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(400)의 변형예를 도시한 상면도.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(500)의 상면도.
도 13은 도 12에 도시한 반도체 압력 센서(500)의 변형예를 도시한 도면.
도 14는 도 12에 도시한 반도체 압력 센서(500)의 다른 변형예를 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(600)의 상면도.
도 16은 도 15에 도시한 반도체 압력 센서(600)의 변형예를 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(700)의 상면도.
도 18은 오프셋 전압을 0으로 설정 가능한 금속 배선 및 확산 배선의 예를 도시한 도면.
도 19는 도 17에 도시한 반도체 압력 센서(700)의 다른 변형예를 도시한 도면.
도 20은 도 17에 도시한 반도체 압력 센서(700)의 또 다른 변형예를 도시한 도면.
도 21은 본 발명에 관한 제조 방법의 제1 공정을 도시하는 도면.
도 22는 본 발명에 관한 제조 방법의 제2 공정을 도시하는 도면.
도 23은 본 발명에 관한 제조 방법의 제3 공정을 도시하는 도면.
도 24는 본 발명에 관한 제조 방법의 제4 공정을 도시하는 도면.
도 25는 본 발명에 관한 제조 방법의 제5 공정을 도시하는 도면.
도 26은 본 발명에 관한 제조 방법의 제6 공정을 도시하는 도면.
도 27은 본 발명에 관한 제조 방법의 제7 공정을 도시하는 도면.
도 28은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 센서의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도.
도 29는 도 28에 도시한 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A) 상의 위치에 대한 응력의 관계를 나타낸 도면.
도 30은 도 28에 도시한 저항 브리지 B1 내지 B4의 회로도.
도 31은 도 28에 도시한 저항 브리지 B1을 상세하게 도시한 도면.
도 32는 제5 실시 형태에 관한 센서의 비교예의 구성을 도시한 평면도.
도 33은 도 32에 도시한 센서(1A)의 제조 시에 발생할 수 있는 과제를 설명하기 위한 제1 도면.
도 34는 도 32에 도시한 센서(1A)의 제조 시에 발생할 수 있는 과제를 설명하기 위한 제2 도면.
도 35는 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 회로도.
도 36은 다이어프램에 인가되는 압력과, 휘트스톤 브리지로부터 출력되는 전압의 관계를 나타낸 도면.
도 37은 다이어프램에 인가되는 압력과, 신호 처리 회로(2)의 연산부(22)로부터 출력되는 전압 Vout1의 관계를 나타낸 도면.
도 38은 다이어프램에 인가되는 압력과, 신호 처리 회로(2)의 연산부(23)로부터 출력되는 전압 Vout2의 관계를 나타낸 도면.
도 39는 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 비교예의 구성을 도시하는 회로도.
도 40은 다이어프램에 인가되는 압력과, 신호 처리 회로(251)의 연산부(32)로부터 출력되는 전압 Vout의 관계를 나타내는 도면.
도 41은 압력 센서 장치(10)에 포함되는 센서(1)의 상태를 모식적으로 도시한 단면도.
도 42는 센서의 검토예를 모식적으로 도시한 단면도.
도 43은 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 제1 변형예를 도시한 도면.
도 44는 도 43에 도시한 연산부(22A)로부터 출력되는 전압 Vout1을 설명하기 위한 도면.
도 45는 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 제2 변형예를 도시한 도면.
도 46은 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 제3 변형예를 도시한 도면.
도 47은 종래의 반도체 압력 센서의 일례를 도시한 도면.
도 48은 도 47에 도시한 반도체 압력 센서(100)의 XLVIII-XLVIII 단면도.
도 49는 도 47에 도시한 왜곡 게이지 저항(106, 108, 110 및 112)에 의해 구성된 브리지 회로(150)를 도시한 도면.
도 50은 특허문헌 2의 도 1에 도시된 반도체 압력 센서를 설명하기 위한 도면.
도 51은 특허문헌 3의 도 1에 도시된 반도체 압력 센서를 설명하기 위한 도면.
이하에 있어서 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 압력 센서 장치를 구비하는 전자 기기의 구성을 개념적으로 도시하는 블록도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 전자 기기(1000)는 압력 센서 장치(10)와 본체부(50)를 구비한다. 압력 센서 장치(10)는 반도체 압력 센서(이하, 간단히 「센서」라고 칭하기도 함)(1)와 신호 처리 회로(2)를 포함한다. 하나의 실시 형태에 있어서, 압력 센서 장치(10)는 대기압을 검출하기 위하여 사용된다. 단, 압력 센서 장치(10)의 용도는 대기압의 검출에 한정되는 것은 아니다.
반도체 압력 센서(1)는, 반도체 압력 센서(1)에 인가된 압력(예를 들어 대기압)을 검출함과 함께, 그 검출 결과를 나타내는 신호 전압을 신호 처리 회로(2)에 송신한다. 반도체 압력 센서(1)는 반도체 압력 센서(1)에 인가된 압력에 따라 신호 전압을 변화시킨다.
신호 처리 회로(2)는, 반도체 압력 센서(1)로부터의 신호 전압에 기초하여, 반도체 압력 센서(1)에 인가된 압력을 나타내는 검출 전압(신호)을 생성한다. 신호 처리 회로(2)는 그 검출 전압을 본체부(50)에 출력한다. 본체부(50)는 신호 처리 회로(2)로부터 출력된 검출 전압(즉, 압력 센서 장치(10)로부터 출력된 검출 전압)에 기초하여 소정의 처리를 실행한다.
본 발명의 실시 형태에 관한 전자 기기(1000)의 종류는 특별히 한정되는 것이 아니다. 일례로서, 전자 기기(1000)는 하드 디스크이다. 하드 디스크의 경우, 자기 디스크와 헤드의 사이의 간격이 하드 디스크의 주변의 기압에 의해 변동될 수 있다. 예를 들어, 본체부(50)는 자기 디스크와, 헤드와, 자기 디스크와 헤드의 사이의 간격을 조정하기 위한 기구를 포함한다. 본체부(50)는, 압력 센서 장치(10)로부터의 검출 전압에 기초하여, 자기 디스크와 헤드의 사이의 간격이 일정하게 유지되도록 자기 디스크와 헤드의 사이의 간격을 조정한다.
다른 예에서는 전자 기기(1000)는 카 내비게이션 시스템이다. 차량의 주위의 대기압은 차량의 고도에 의해 변화한다. 본체부(50)는 압력 센서 장치(10)로부터의 검출 전압에 기초하여 차량의 현재의 고도를 산출한다. 이에 의해, 시스템은 차량의 고도의 정보를 취득할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 압력 센서 장치(10)의 상면도이다. 도 3은 도 1에 도시한 압력 센서 장치(10)의 측면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여, 반도체 압력 센서(1) 및 신호 처리 회로(2)는 패키지(3)의 내부에 수납된다. 반도체 압력 센서(1) 및 신호 처리 회로(2)는 배선(5)에 의해 전기적으로 접속된다. 패키지(3)에는 패키지(3)의 외부로부터 패키지(3)의 내부로 대기를 도입하기 위한 개구부(4)가 형성된다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시한 압력 센서 장치(10)의 내부를 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 패키지(3)는, 용기(3A)와, 용기(3A)를 막기 위한 덮개(3B)를 구비한다. 용기(3A)는, 예를 들어 세라믹에 의해 형성된다. 덮개(3B)는, 예를 들어 금속에 의해 형성된다. 덮개(3B)에는 개구부(4)(관통 구멍)가 형성된다.
반도체 압력 센서(1)는 다이어프램(7)과 다이어프램(7)의 외측 테두리를 지지하는 지지부(8)가 일체적으로 형성된 실리콘 기판(6)을 포함한다. 다이어프램(7)은 실리콘 기판(6)의 일부를 박막 형상으로 가공함으로써 형성된다. 예를 들어, 소정의 에칭 마스크를 통하여 실리콘 기판(6)의 이면에 에칭을 실시함으로써 다이어프램(7) 및 지지부(8)가 형성된다.
실리콘 기판(6)은 받침대(9)에 설치된다. 실리콘 기판(6)의 이면에 형성된 개구부는 받침대(9)에 의해 막혀진다. 따라서, 실리콘 기판(6)의 내부에는 압력이 일정하게 유지된 압력실이 형성된다. 본 실시 형태에서는 압력실의 내부는 거의 진공(0[Pa])이다. 압력실의 내부의 압력을 이하에서는 「기준 압력」이라고도 칭한다.
신호 처리 회로(2)는, 예를 들어 실리콘 칩에 형성된 반도체 집적 회로이다. 신호 처리 회로의 구성은 나중에 상세하게 설명한다. 다이어프램(7)이 형성된 실리콘 기판(6)의 주 표면에는 저항 소자(도시하지 않음)가 형성된다. 이 저항 소자와 신호 처리 회로(2)는 배선(5)에 의해 접속된다. 배선(5)은, 예를 들어 금제의 와이어이다.
신호 처리 회로(2)가 형성된 반도체 칩의 방습성을 높이기 위하여, 예를 들어 실리콘 칩은 수지에 의해 밀봉되어도 된다. 마찬가지로, 방습의 관점에서 패키지(3)의 내부의 공간은 수분을 통과시키기 어려운 소재(예를 들어 젤 등)로 채워져 있어도 된다. 단, 그 소재는 압력 센서 장치(10)의 주위의 기압에 의해 다이어프램(7)에 압력을 인가하도록 변형할 수 있는 것이 요구된다.
이어서, 도 1 내지 도 3에 도시된 반도체 압력 센서(1)의 실시 형태가 설명된다. 또한, 각 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서의 구성에서, 박육 영역은 도 4에 도시한 다이어프램(7)에 대응하고, 후육 영역은 도 4에 도시한 지지부(8)에 대응한다.
[제1 실시 형태]
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(400)의 상면도이다. 도 5를 참조하면, 반도체 압력 센서(400)는 반도체 기판(401)을 갖는다. 반도체 기판(401)은 박육 영역(402) 및 후육 영역(404)을 갖는다. 박육 영역(402)은 반도체 기판(401)의 주 표면의 거의 중앙에 형성된다. 후육 영역(404)은 박육 영역(402)의 주위에 형성된다. 반도체 기판(401)은 박육부 및 후육부에 의한 다이어프램 구조를 갖는다.
박육부의 일 주면에는 확산 저항(406, 408, 410 및 412)이 형성된다. 확산 저항(406, 408, 410 및 412)은 박육부의 일 주면에 불순물의 확산에 의해 형성된다. 확산 저항(406, 408, 410 및 412)은 박육부의 왜곡을 검지하는 왜곡 게이지 저항이다. 확산 저항(406, 408, 410 및 412)은 도시하지 않은 배선에 의해 브리지 회로를 구성한다.
박육 영역(402) 상에는 확산 저항(406, 408, 410 및 412) 상을 피하여 박막 압전 소자(414)가 배치된다. 박막 압전 소자(414)는 반도체 압력 센서(400)의 자기 진단에 사용된다. 자기 진단의 방법에 대해서는 후술한다.
반도체 기판(401)과 박막 압전 소자(414)는 열팽창률이 상이하다. 이로 인해, 반도체 압력 센서(400)에 온도 변화가 발생한 경우에는, 반도체 기판(401)에서의 박막 압전 소자(414)와의 접촉면 부근에서 예기치 않은 왜곡이 발생하는 경우가 있다.
통상, 반도체 압력 센서(400)에 박막 압전 소자(414)를 형성할 때에는, 500℃ 내지 800℃의 고온 하에서 압전 재료를 소성한 후, 반도체 압력 센서(400)를 상온까지 냉각한다. 이로 인해, 상기 왜곡은 반도체 압력 센서(400)의 제조 과정에 있어서 이미 발생하고 있다.
이 왜곡이 확산 저항(406, 408, 410 및 412)의 저항값에 영향을 주는 것을 방지하기 위하여, 박막 압전 소자(414)는 확산 저항(406, 408, 410 및 412)으로부터 가능한 한 이격하여 배치된다.
또한, 자기 진단 시에 박육 영역(402) 전체를 균일하게 왜곡시키기 위하여, 박막 압전 소자(414)는 박육 영역(402)의 중심(402C)을 향하는 방향으로 장축을 갖는 가늘고 긴 형상을 갖는 것이 바람직하다. 자기 진단 시의 박막 압전 소자(414)의 변형 방향 및 박육 영역(402)의 왜곡 방법에 대해서는 후술한다.
도 6은 도 5에 도시한 반도체 압력 센서(400)의 VI-VI 단면도이다. 도 6을 참조하여, 후육부(404A)의 저부에는 받침대로서의 유리 기판(416)이 고착된다. 박육부(402A)와 유리 기판(416)의 사이에는 기준 압력실(418)이 형성된다.
박육부(402A)는 기준 압력실(418)의 내부의 압력과 외기압의 기압차에 따라 왜곡을 발생시킨다. 그로 인해, 반도체 압력 센서(400)를 절대압의 측정에 사용하는 경우에는, 통상, 기준 압력실(418)은 진공 상태로 된다. 본 발명에 관한 반도체 압력 센서는, 이하의 모든 실시 형태에 대하여 절대압 측정형 압력 센서, 상대 압 측정형 압력 센서의 양쪽에 적용 가능하다.
박막 압전 소자(414)는 하부 전극층(414A), 압전층(414B) 및 상부 전극층(414C)을 갖는다. 압전층(414B)은 예를 들어 PZT 등의 압전 재료에 의해 구성된다. 하부 전극층(414A)과 상부 전극층(414C)의 사이에 전압이 인가됨으로써, 압전층(414B)의 전체가 팽창 또는 수축한다. 본 발명의 실시 형태에서는 압전층(414B)을 박육 영역(402)과 병행하는 방향으로 수축시킴으로써, 박육 영역(402)에 의도적으로 왜곡을 발생시켜 자기 진단이 행해진다. 자기 진단의 방법에 대해서는 후술한다.
도 7은 도 5에 도시한 반도체 압력 센서(400)에 대하여 기준 압력실(418)의 내부의 압력과 외기압의 사이의 기압차에 의해 박육 영역(402)에 왜곡이 발생한 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 외기압과 기준 압력실(418)의 내부의 압력의 사이의 압력차에 의해 박육부(402A)에 왜곡이 발생한다. 확산 저항(408 및 412)은 박육 영역(402)의 중심(402C)을 향하는 방향으로 장축을 갖는다. 도 7에 도시된 바와 같이, 박육부(402A)에 왜곡이 발생하였을 때에, 확산 저항(408, 412)의 각각이 길어진다. 이로 인해, 확산 저항(408, 412)의 저항값이 증대된다.
한편, 도 5에 도시한 확산 저항(406, 410)은 확산 저항(408, 412)과는 달리, 박육 영역(402)의 중심(402C)을 향하는 방향과 수직인 방향으로 장축을 갖는다. 박육부(402A)에 왜곡이 발생한 경우에는 확산 저항(406, 410)의 폭이 넓어진다. 이로 인해 확산 저항(406, 410)의 저항값이 감소한다.
확산 저항(406, 408, 410 및 412)의 저항값의 변화에 의해 반도체 압력 센서(400)는 외기압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 확산 저항(406, 408, 410 및 412)을 브리지 접속하면 된다. 확산 저항(406, 408, 410 및 412)의 접속의 예는 후술한다.
이어서, 박막 압전 소자(414)에 의한 반도체 압력 센서(400)의 자기 진단 기능에 대하여 설명한다.
도 8은 도 5에 도시한 반도체 압력 센서(400)의 VIII-VIII 단면을 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 8은 박막 압전 소자(414)에 전압이 인가된 상태에서의 반도체 압력 센서(400)의 단면을 도시한다.
도 8을 참조하여, 하부 전극층(414A)과 상부 전극층(414C)의 사이에 전압이 인가되면, 압전층(414B)은 화살표(415)를 따른 방향으로 수축한다. 압전층(414B)이 수축하면 박육부(402A)의 일 주면(압전층(414B)측)도 동시에 수축한다. 그러나 박육부(402A)의 타 주면(유리 기판(416)측의 면)은 압전층(414B)의 구속을 받지 않는다. 이로 인해 박육부(402A)의 일 주면의 면적과 박육부(402A)의 타 주면의 면적에 차이가 발생한다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 전체적으로 유리 기판(416)측으로 오목해지도록 박육부(402A)에 왜곡이 발생한다. 즉 박막 압전 소자(414)에 전압이 인가됨으로써, 반도체 압력 센서(400)는, 기준 압력실(418)의 내부의 압력과 외기압의 사이에 압력차가 발생한 상태를 의사적으로 발생시킬 수 있다.
박육부(402A) 전체를 균일하게 왜곡시키기 위하여, 박막 압전 소자(414)는 박육 영역(402)의 중심(402C)을 향하는 방향으로 장축을 갖는 가늘고 긴 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 도 1에 도시한 확산 저항(406, 408, 410 및 412)으로부터 이격하여 박막 압전 소자(414)를 배치하면, 박막 압전 소자(414)의 형상은 대략 직사각형이어도 되고, 대략 타원형이어도 된다. 이것은 본 명세서 중의 다른 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
반도체 압력 센서(400)의 자기 진단 시, 박막 압전 소자(414)에의 전압 인가 전후에서의 센서 출력의 차가 진단 기준 전압으로부터 소정의 범위 내이면, 반도체 압력 센서(400)에 파손이 발생하지 않는다고 판단된다. 파손이 발생하고 있지 않은 것을 미리 알고 있는 반도체 압력 센서에 대하여, 박막 압전 소자에의 전압 인가 전후의 센서 출력에 기초하여 진단 기준 전압을 설정하면 된다. 또한, 이 실시 형태에서는 박막 압전 소자(414)에의 전압 인가 전후의 센서 출력 차를 진단 기준 전압으로서 채용하고 있지만, 전압 인가 후의 센서 출력을 진단 기준 전압으로서 채용할 수도 있다. 이것은 본 명세서 중의 다른 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
도 9는 박막 압전 소자(414)에의 인가 전압을 변화시켰을 때의 박육 영역(402) 중심의 변위량의 예를 플롯한 도면이다. 도 9에 일례가 나타내어진 바와 같이, 박막 압전 소자(414)에 전압이 인가되었을 때의 박육 영역(402)의 변위량은, 통상, 히스테리시스 특성을 갖는다. 이로 인해, 반도체 압력 센서의 자기 진단을 행하기 전에는, 박막 압전 소자(414)에 예기치 않은 전압이 인가되지 않도록 하는 등의 주의가 필요하다. 박육 영역(402)의 변위량은, 예를 들어 박막 압전 소자(414)의 재료, 두께, 형상 등에 의해 상이하다.
상기한 방법 외에 박막 압전 소자(414)에 교류 전압을 인가하여 박육 영역(402)을 진동시킴으로써, 반도체 압력 센서(400)의 자기 진단을 행할 수도 있다. 이 경우, 박막 압전 소자(414)에 교류 전압이 인가되었을 때의 반도체 압력 센서(400)의 출력 파형에 기초하여 센서의 자기 진단이 행해진다.
도 10은 도 1에 도시한 반도체 압력 센서(400)에서의 확산 저항(406, 408, 410, 412) 및 박막 압전 소자(414)의 배선 패턴의 일례를 도시한 도면이다. 도 10을 참조하면, 금속 배선(420)은 실선으로 나타내어지고, 불순물의 확산에 의해 형성되는 확산 배선(422)은 점선으로 나타내어진다. 참조 부호(424, 426, 428, 430, 434 및 438)는 본딩 패드를 가리키고 있다.
금속 배선(420)과 반도체 기판(401)의 열팽창률의 차이에 의한 박육 영역(402)의 왜곡을 경감시키기 위하여, 박육 영역(402) 상의 배선에는 확산 배선을 사용하는 것이 바람직하다. 확산 배선(422)은 반도체 기판(401)의 선택 영역에 고농도의 불순물을 주입함으로써 형성된다.
본딩 패드(426 및 430)(또는 본딩 패드(424 및 428))의 사이에는, 기준 전압으로서 예를 들어 5V의 전압이 인가된다. 본딩 패드(424 및 428)(또는 본딩 패드(426 및 430))의 사이의 전압이 반도체 압력 센서의 출력으로 된다. 본딩 패드(424 및 428)는 도시하지 않은 증폭 회로에 접속되어도 된다. 이것은 본 명세서 중의 다른 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
본딩 패드(424)와 본딩 패드(428)의 사이의 오프셋 전압을 없애기 위하여, 확산 저항(406 및 408)의 저항비와 확산 저항(412 및 410)의 저항비는 동일한 것이 바람직하다. 각 저항값은 반도체 압력 센서(400)의 구성에 따라 소정의 값으로 설정된다. 또한, 확산 저항(406, 408, 410 및 412)의 저항값을 모두 동일한 값으로 하여도 된다. 이것은 본 명세서 중의 다른 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
확산 저항(406) 및 확산 저항(410)의 저항값은, 박육 영역(402)의 왜곡이 커질수록 감소한다. 한편, 확산 저항(408) 및 확산 저항(412)의 저항값은, 박육 영역(402)의 왜곡이 커질수록 증대된다. 이로 인해, 본딩 패드(424 및 428)의 사이에는 박육 영역(402)의 왜곡량에 따른 전압이 발생한다.
본딩 패드(438)는 박막 압전 소자(414)의 하부 전극층(414A)에 접속된다. 본딩 패드(434)는 박막 압전 소자(414)의 상부 전극층(도 6에 있어서 부호 414C에 의해 나타내어짐)에 접속된다. 본딩 패드(438 및 434)의 사이에 전압을 인가함으로써, 박육 영역(402)에 의도적으로 왜곡을 발생시킬 수 있다.
반도체 압력 센서(400)의 자기 진단 시, 박막 압전 소자(414)에의 전압 인가전후에 있어서의 본딩 패드(424 및 428)간의 출력 전압의 차가, 진단 기준 전압으로부터 소정의 범위 내이면 다이어프램의 파손이 없다고 판단되는 한편, 진단 기준 전압으로부터 소정의 범위 외이면 다이어프램의 파손이 있다고 판단된다.
도 5 및 도 10에 있어서, 박육 영역(402)의 형상이 대략 정사각형으로서 도시된다. 그러나, 박육 영역(402)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 도 11에 도시된 바와 같이, 박육 영역(402)의 주 표면의 형상은, 예를 들어 대략 원형이어도 된다. 이것은 본 명세서의 다른 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
박육 영역(402)의 형상이 대략 정사각형인 경우에는, 박육부에 왜곡이 발생하였을 때에 박육 영역(402)의 각 변의 중점 근방이 박육 영역(402)의 정점 근방과 비교하여 크게 변형된다. 박육 영역의 각 변의 중점 근방에 확산 저항을 배치함으로써, 박육 영역의 형상을 대략 원형으로 한 경우와 비교하여 반도체 압력 센서의 감도를 향상시킬 수 있다. 이 경우, 박막 압전 소자는 확산 저항과 이격된 위치, 예를 들어 박육 영역의 대각선 상에 배치하면 된다.
한편, 박육 영역(402)의 형상이 대략 원형인 경우에는, 박육 영역(402)에 왜곡이 발생하였을 때의 박육 영역(402)의 원주 상에서의 변형량이 거의 동일해진다. 이로 인해 확산 저항의 배치에서의 자유도가 높아진다.
도 10에 도시하는 반도체 압력 센서(400)의 구성에 따르면, 박막 압전 소자(414)가 박육 영역(402) 내에만 형성된다. 이로 인해, 박막 압전 소자(414)의 하부 전극 및 상부 전극의 배선(금속 배선(432 및 436))이 확산 저항(406, 408, 410 및 412)의 브리지 회로를 가로지르게 된다. 이 경우, 브리지 회로의 금속 배선(420)과 박막 압전 소자(414)의 금속 배선(432 및 436)을 서로 다른 계층의 금속 배선으로 형성하는 등의 고안이 필요하게 된다. 이로 인해 반도체 압력 센서의 배선에 제약이 발생할 가능성이 있다. 이와 같은 과제를 해결 가능한 반도체 압력 센서가 제2 실시 형태에서 설명된다.
[제2 실시 형태]
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(500)의 상면도이다. 도 12를 참조하면, 반도체 압력 센서(500)는 박막 압전 소자(414) 대신에 박막 압전 소자(502)를 구비한다. 박막 압전 소자(502)는 브리지 회로의 금속 배선(420)을 가로질러 후육 영역(404)까지 연장된다. 이 점에 있어서, 반도체 압력 센서(500)의 구성은 도 10에 도시한 구성과 상이하다. 박막 압전 소자(502)는 금속 배선(504)과는 전기적으로 절연된 다른 계층에 형성된다. 이것은 본 명세서에서의 다른 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다. 본 발명에서의 반도체 압력 센서의 제조 방법에 대해서는 후술한다.
박막 압전 소자(502)는 하부 전극층(502A)과 압전층과 상부 전극층을 갖는다. 하부 전극층(502A)은 금속 배선을 통하여 본딩 패드(518)에 접속된다. 박막 압전 소자(502)의 상부 전극층은 금속 배선을 통하여 본딩 패드(516)에 접속된다. 본 구성에 따르면, 박막 압전 소자(502)의 하부 전극 또는 상부 전극에 접속되는 금속 배선을 브리지 회로의 외측에 배치할 수 있다. 이에 의해, 반도체 압력 센서(500)의 금속 배선을 1층만의 배선에 의해 형성할 수 있음과 함께, 브리지 회로의 금속 배선(420)의 레이아웃의 자유도가 높아진다.
반도체 압력 센서(500)의 오프셋 전압, 즉 박육 영역(402)에 왜곡이 발생하지 않았을 때의 반도체 압력 센서(500)의 출력을 0으로 설정하는 경우에는, 각 본딩 패드부터 각 확산 저항까지의 배선 저항을 동일한 값으로 하기 위하여, 금속 배선(420) 및 확산 배선(422)의 배선 길이를 일치시키는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(500)에서는, 박막 압전 소자(502)가 후육 영역(404) 상의 임의의 위치까지 연장되도록 박막 압전 소자(502)가 배치된다. 이에 의해, 박막 압전 소자(502)의 금속 배선을 임의의 위치에 배치할 수 있다. 따라서 본딩 패드(424, 426, 428, 430, 516 및 518)의 배치, 혹은 브리지 회로의 금속 배선(420) 및 확산 배선(422)의 배선 길이의 조정이 용이하게 된다.
또한, 박막 압전 소자(502)가 후육 영역(404)의 일부에 고정된다. 이로 인해, 도 10에 도시된 반도체 압력 센서(400)와 비교하여 박막 압전 소자(502)가 박육 영역(402)에 미치는 왜곡량을 안정시킬 수 있다. 이에 의해 자기 진단의 정밀도를 높일 수 있다.
도 13은 도 12에 도시한 반도체 압력 센서(500)의 변형예를 도시한 도면이다. 도 13을 참조하여, 반도체 압력 센서(530)는 박막 압전 소자(502) 대신에 박막 압전 소자(532)를 갖는다. 박막 압전 소자(532)는 연장 설치부(532X 및 532Y)를 갖는다. 이 점에 있어서, 반도체 압력 센서(530)는 도 12에 도시한 반도체 압력 센서(500)와 상이하다. 연장 설치부(532X 및 532Y)는 박육 영역(402)의 외주를 따라 연장되도록 후육 영역(404) 상에 형성된다.
박막 압전 소자(532)는 하부 전극층(532A)과 압전층과 상부 전극층을 갖는다. 하부 전극층(532A)은 본딩 패드(518)에 접속된다. 박막 압전 소자(532)의 상부 전극층은 본딩 패드(516)에 접속된다. 본 구성에 따르면, 박막 압전 소자(532)가 연장 설치부(532X) 및 연장 설치부(532Y)에 의해 후육 영역(404)에 고정되므로, 박막 압전 소자(532)가 박육 영역(402)에 미치는 왜곡량을 더 안정시킬 수 있다. 이에 의해 자기 진단의 정밀도를 높일 수 있다.
도 14는 도 12에 도시한 반도체 압력 센서(500)의 다른 변형예를 도시한 도면이다. 도 14를 참조하면, 반도체 압력 센서(550)는 박막 압전 소자(502) 대신에 박막 압전 소자(552)를 구비한다. 박막 압전 소자(552)는 박육 영역(402)의 외주를 둘러싸도록 후육 영역(404) 상에 형성된다. 이 점에 있어서, 반도체 압력 센서(550)는 도 12에 도시한 반도체 압력 센서(500)와 상이하다. 박막 압전 소자(552)는 박육 영역(402)의 외주를 둘러싸는 부분으로서 연장 설치부(554)를 갖는다.
박막 압전 소자(552)는 하부 전극층(552A)과 압전층과 상부 전극층을 갖는다. 하부 전극층(552A)은 본딩 패드(518)에 접속된다. 박막 압전 소자(552)의 상부 전극층은 본딩 패드(516)에 접속된다. 본 구성에 따르면, 박막 압전 소자(552)가 후육 영역(404)에 견고하게 고정되므로, 박막 압전 소자(552)가 박육 영역(402)에 미치는 왜곡량을 더 안정시킬 수 있다. 이에 의해 자기 진단의 정밀도를 더 높일 수 있다.
[제3 실시 형태]
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(600)의 상면도이다. 도 15를 참조하면, 반도체 압력 센서(600)는 박육 영역(402) 상에 설치된 복수의 박막 압전 소자(602, 604, 606 및 608)를 구비한다. 이 점에 있어서, 반도체 압력 센서(600)는 도 10에 도시한 반도체 압력 센서(400)와 상이하다.
확산 저항(406, 408, 410 및 412)은, 박육 영역(402)에 왜곡이 발생하였을 때의 변형량이 큰 위치, 즉 박육 영역(402)의 각 변의 중점 근방에 설치된다.
박막 압전 소자(602, 604, 606 및 608)는 확산 저항(406, 408, 410 및 412)으로부터 이격된 위치, 예를 들어 박육 영역(402)의 대각선 상에 설치된다. 박막 압전 소자(602, 604, 606 및 608)는 확산 저항(406, 408, 410 및 412)으로부터 소정 거리 이격되어 있으면 되며, 박막 압전 소자를 설치하는 위치는 박육 영역(402)의 대각선 상으로 한정되지 않는다. 단 확산 저항의 예기치 않은 왜곡을 최소로 하기 위하여, 각 박막 압전 소자는 박육 영역의 외주를 따라 인접한 2개의 확산 저항의 중간에 배치하는 것이 바람직하다.
박막 압전 소자(602)는 하부 전극층(602A)과 압전층과 상부 전극층을 갖는다. 하부 전극층(602A)은 본딩 패드(610)에 접속된다. 박막 압전 소자(602)의 상부 전극층은 본딩 패드(612)에 접속된다.
박막 압전 소자(604)는 하부 전극층(604A)과 압전층과 상부 전극층을 갖는다. 하부 전극층(604A)은 본딩 패드(614)에 접속된다. 박막 압전 소자(604)의 상부 전극층은 본딩 패드(616)에 접속된다.
박막 압전 소자(606)는 하부 전극층(606A)과 압전층과 상부 전극층을 갖는다. 하부 전극층(606A)은 본딩 패드(618)에 접속된다. 박막 압전 소자(604)의 상부 전극층은 본딩 패드(620)에 접속된다.
박막 압전 소자(608)는 하부 전극층(608A)과 압전층과 상부 전극층을 갖는다. 하부 전극층(608A)은 본딩 패드(622)에 접속된다. 박막 압전 소자(608)의 상부 전극층은 본딩 패드(624)에 접속된다.
본 구성에 따르면, 자기 진단 시, 박막 압전 소자(602, 604, 606 및 608)가 협동하여 박육 영역(402)에 왜곡을 부여한다. 이로 인해, 박막 압전 소자(602, 604, 606 및 608)에 동일한 전압을 인가하면, 박육 영역(402) 전체에 균일한 왜곡을 부여할 수 있다. 이에 의해, 자기 진단의 정밀도를 높일 수 있다.
도 16은 도 15에 도시한 반도체 압력 센서(600)의 변형예를 도시한 도면이다. 도 16을 참조하면, 반도체 압력 센서(630)는 박막 압전 소자(632, 634, 636, 638)를 구비한다. 박막 압전 소자(632, 634, 636, 638)는 박육 영역(402)의 대각선 상에 설치됨과 함께, 박육 영역(402)의 중심(402C) 근방에서 서로 결합된다. 이 점에 있어서, 반도체 압력 센서(630)는 도 15에 도시한 반도체 압력 센서(600)와 상이하다.
하부 전극층(636A)은 박막 압전 소자(632, 634, 636, 638)에 공통인 하부 전극층이다. 하부 전극층(636A)은 본딩 패드(640)에 결합된다. 마찬가지로, 박막 압전 소자(632, 634, 636, 638)에 공통의 상부 전극층이 본딩 패드(642)에 접속된다. 본 구성에 따르면, 박막 압전 소자(632 내지 638)의 상부 전극의 배선과, 박막 압전 소자(632 내지 638)의 하부 전극의 배선을 각각 1개씩 설치하면 되므로, 반도체 압력 센서(630)의 구성을 간편화할 수 있다.
[제4 실시 형태]
도 17은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서(700)의 상면도이다. 도 17을 참조하면, 반도체 압력 센서(700)는 박막 압전 소자(701)를 구비한다. 박막 압전 소자(701)는 박막 압전 소자(702, 704, 706 및 708)와 연장 설치부(710A, 710B, 710C 및 710D)를 구비한다. 박막 압전 소자(702, 704, 706 및 708)는 박육 영역(402)의 대각선 상에 설치된다. 연장 설치부(710A, 710B, 710C 및 710D)는 후육 영역(404) 상에 배치된다. 박막 압전 소자(702, 704, 706 및 708)는 연장 설치부(710A, 710B, 710C 및 710D)에 의해 서로 결합된다. 이 점에 있어서, 반도체 압력 센서(700)는 도 15에 도시한 반도체 압력 센서(600)와 상이하다.
박막 압전 소자(701)는 또한 연장 설치부(710E 또는 710F)에 의해 본딩 패드(716F 또는 716A) 근방까지 연장 설치되어 있다. 본딩 패드(716A, 716B, 716C, 716D, 716E 및 716F)와 박막 압전 소자(701)는 전기적으로 절연된 다른 계층에 형성된다. 반도체 압력 센서(700)의 제조 방법에 대해서는 후술한다. 연장 설치부(710E, 710F)는 본딩 패드 직하(直下)까지 연장 설치되어도 된다.
박막 압전 소자(702, 704, 706 및 708)가 후육 영역 상의 연장 설치부(710A, 710B, 710C 및 710D)에 의해 서로 결합되어 있다. 이로 인해 박막 압전 소자(701)의 상부 전극층 및 박막 압전 소자(701)의 하부 전극층(701A)의 배선을 각각 1개씩 설치하면 된다. 박막 압전 소자(701)의 상부 전극층은 본딩 패드(716A)에 접속된다. 박막 압전 소자(701)의 하부 전극층(701A)은 본딩 패드(716F)에 접속된다.
박막 압전 소자(701)는 후육 영역(404) 상에서 연장 설치부(710A, 710B, 710C 및 710D)에 의해 고정된다. 이로 인해 박막 압전 소자(701)가 박육 영역(402)에 미치는 왜곡량을 안정시킬 수 있다. 이에 의해 자기 진단의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 박막 압전 소자(701)는 연장 설치부(710E 또는 710F)에 의해 본딩 패드(716A 또는 716F)의 근방까지 연장되어 있다. 이로 인해, 박막 압전 소자(701)의 금속 배선을 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 확산 저항(406, 408, 410 및 412)을 접속하는 브리지 회로의 금속 배선(712)을 배치하기 위하여 사용할 수 있는 스페이스가 넓어지므로, 금속 배선(712)에 의한 배선 저항의 조정이 용이하게 된다. 연장 설치부(710F 또는 710E)는 본딩 패드(716F 또는 716A) 직하까지 연장 설치되어도 된다.
도 17에 도시된 바와 같이, 본딩 패드(716A, 716B, 716C, 716D, 716E 및 716F)는 반도체 기판(401)의 한 변에 나란히 설치된다. 이와 같은 구성에 의해, 본딩 패드에 와이어 본딩을 행할 때의 편리성이 향상된다.
도 17에서는 금속 배선(712)이 실선으로 도시됨과 함께, 확산 배선(714)이 파선으로 도시된다. 확산 저항(406)은 금속 배선(712) 및 확산 배선(714)에 의해 본딩 패드(716B 및 716E)에 접속된다. 확산 저항(408)은 금속 배선(712) 및 확산 배선(714)에 의해 본딩 패드(716D 및 716E)에 접속된다. 확산 저항(410)은 금속 배선(712) 및 확산 배선(714)에 의해 본딩 패드(716C 및 716D)에 접속된다. 확산 저항(412)은 금속 배선(712) 및 확산 배선(714)에 의해 본딩 패드(716B 및 716C)에 접속된다. 반도체 압력 센서(700)의 오프셋 전압을 없애기 위하여, 금속 배선(712) 및 확산 배선(714)의 길이를 각 확산 저항의 사이에서 서로 동등하게 하는 것이 바람직하다.
도 18은 오프셋 전압을 0으로 설정 가능한 금속 배선 및 확산 배선의 예를 도시한 도면이다. 도 18을 참조하면, 반도체 압력 센서(720)에 있어서, 확산 저항(406, 408, 410, 412)의 각각을 본딩 패드에 접속하는 금속 배선(722) 및 확산 배선(724)의 길이는 서로 동등하다. 이에 의해 배선 저항의 저항값을 서로 동등하게 할 수 있다. 이 점에 있어서, 반도체 압력 센서(720)는 도 17에 도시한 반도체 압력 센서(700)와 상이하다.
도 19는 도 17에 도시한 반도체 압력 센서(700)의 다른 변형예를 도시한 도면이다. 도 19를 참조하면, 박막 압전 소자(702, 704, 706, 708)는, 박육 영역(402)의 대각선 상에 설치됨과 함께 박육 영역(402)의 중심(402C) 근방에서 서로 결합된다. 이 점에 있어서, 반도체 압력 센서(730)는 도 17에 도시한 반도체 압력 센서(700)와 상이하다. 이와 같은 구성에 의해, 박막 압전 소자(701)가 박육 영역(402)에 부여하는 왜곡량을 크게 할 수 있다. 이에 의해 박막 압전 소자(701)에 인가하는 전압이 낮아도 자기 진단이 가능하게 된다.
도 20은 도 17에 도시한 반도체 압력 센서(700)의 또 다른 변형예를 도시한 도면이다. 도 20을 참조하여, 반도체 압력 센서(780)는 박막 압전 소자(782)를 갖는다. 박막 압전 소자(782)는 슬릿부(784)를 갖는다. 이 점에 있어서, 반도체 압력 센서(780)는 도 17에 도시한 반도체 압력 센서(700)와 상이하다.
박막 압전 소자(782)에 슬릿부(784)를 설치함으로써, 박막 압전 소자(782)와 반도체 기판(401)의 접촉 면적이 작아진다. 이에 의해, 박막 압전 소자(782)와 반도체 기판(401)의 열팽창률의 차이에 의해 발생하는, 반도체 기판(401)의 예기치 않은 왜곡을 경감할 수 있다.
본 발명의 각 실시 형태에 대하여, 반도체 압력 센서의 왜곡 게이지 저항으로서 확산 저항을 사용하였지만, 왜곡 게이지 저항은 확산 저항이 아니어도 된다. 예를 들어, 세라믹스 복합 재료 혹은 카본 나노튜브 복합 재료를 반도체 기판 상에 형성한 것이어도 된다.
본 발명의 각 실시 형태에 대하여, 반도체 압력 센서의 왜곡 게이지 저항으로서 4개의 확산 저항을 사용하는 예를 나타내었지만, 확산 저항의 수는 4개가 아니어도 된다. 반도체 압력 센서에 요구되는 감도로 박육 영역의 왜곡량을 측정할 수 있는 것이라면, 확산 저항의 수는 1개이어도 된다.
본 발명의 각 실시 형태에 대하여, 반도체 압력 센서의 반도체 기판의 일 주면에 트랜지스터나 다이오드 등의 회로 소자를 형성할 수도 있다.
[본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서의 제조 방법]
이어서, 상기의 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서의 제조 방법에 대하여 도 21 내지 도 27을 사용하여 설명한다. 또한, 작도 및 설명의 편의상, 각 영역의 막 두께 및 폭의 비율은 반드시 정확한 것은 아니다.
반도체 압력 센서(800)에 포함되는 확산 저항을 형성하기 위하여, 예를 들어 LOCOS(Local Oxidation of Silicon)법이 이용된다.
도 21은 본 발명에 관한 제조 방법의 제1 공정을 도시하는 도면이다. 도 21을 참조하여, 우선, SOI(Silicon on Insulator) 기판(802)을 준비한다. SOI 기판(802)은 일 주면 Si(Silicon)층(804)과 매립 산화막층(806)과 타 주면 Si층(808)을 갖는다. SOI 기판(802)의 일 주면(일 주면 Si층(804)의 표면)을 보호하기 위하여 패드 산화막(810) 및 SiN막(812)을 형성한다. SOI 기판(802)은, 예를 들어 2매의 반도체 기판에 의해 형성된다. 2매의 반도체 기판의 각각의 접합 계면을 연삭 및 연마하여 경면 마무리하고, 그 후에 열산화에 의해 2매의 반도체 기판을 접합한다. 이에 의해 SOI 기판이 형성된다. SiN막(812)은, 예를 들어 CVD법(화학 기상 성장법)에 의해 형성한다.
일 주면 Si층(804)은 제1 도전형을 갖는다. 이하, 일 주면 Si층은 n형 반도체로서 설명하지만, 일 주면 Si층(804)이 p형 반도체이어도 된다.
SiN막(812) 상의 액티브 영역(813)에는 레지스트(814)가 도포된다. 액티브 영역(813)이란 후에 확산 저항이 형성되는 영역이다. 그 후, SiN막(812)의 에칭을 행하여, 레지스트(814)가 도포되어 있지 않은 영역의 SiN막(812)이 제거된다.
도 22는 본 발명에 관한 제조 방법의 제2 공정을 도시하는 도면이다. 도 22를 참조하면, SiN막(812)의 에칭을 행한 후, 레지스트(814)를 제거한다. 이어서, 웨트 산화법이나 파이로제닉법에 의해 필드 산화막(816)을 형성한다. 또한, 액티브 영역(813)의 SiN막(812) 및 패드 산화막(810)을 제거한다.
그 후, 액티브 영역(813)에는 예를 들어 붕소 등의 불순물이 주입되어 확산 저항(818)이 형성된다. 필드 산화막(816)은 확산 저항(818)의 형성 후에 제거된다.
도 23은 본 발명에 관한 제조 방법의 제3 공정을 도시하는 도면이다. 도 23을 참조하면, 확산 저항(818)의 형성 후에, 확산 저항(818)에 인접하여 확산 저항(818)과 동일한 도전형을 갖는 불순물이 주입된 확산 배선(820A, 820B)이 형성된다. 확산 배선(820A, 820B)의 불순물 농도가 확산 저항(818)의 불순물 농도보다 높아지도록 확산 저항(818)에 인접한 영역에 고농도의 불순물이 주입된다. 그 후, 제1 층간 절연막(822)이 형성된다. 제1 층간 절연막(822)으로서는, 예를 들어 인이나 붕소 등의 불순물을 포함하지 않는 실리콘 산화물인 NSG(Nondoped Silicate Glass)막이 사용된다. 또한, 본 명세서에 기재된 제조 방법에서는 NSG막을 PSG(Phosphorous Silicate Glass)막 혹은 BPSG(Boron Phosphorous Silicate Glass)막으로 대용할 수도 있다.
도 24는 본 발명에 관한 제조 방법의 제4 공정을 도시하는 도면이다. 도 24를 참조하면, 제1 층간 절연막(822) 상에 하부 전극층(824), 압전층(826) 및 상부 전극층(828)이 형성된다.
하부 전극층(824), 압전층(826), 상부 전극층(828)은 예를 들어 스퍼터링법에 의해 형성된다. 하부 전극층(824)의 재료로서는 백금 혹은 티타늄이 사용된다. 하부 전극층(824)의 막 두께는, 백금의 경우에는 예를 들어 1750Å로 설정되고, 티타늄의 경우에는 예를 들어 200Å로 설정된다.
압전층(826)의 재료로서는 예를 들어 PZT(티타늄산 지르콘산 납)가 사용된다. 압전층(826)의 막 두께는 예를 들어 10000Å로 설정된다.
상부 전극층(828)의 재료로서는 예를 들어 이리듐 혹은 산화이리듐이 사용된다. 상부 전극층(828)의 막 두께는, 이리듐의 경우에는 예를 들어 1000Å로 설정되고, 산화이리듐의 경우에는 예를 들어 800Å로 설정된다.
하부 전극층(824), 압전층(826), 상부 전극층(828)의 막 두께는 상기한 것에 한정되지 않는다. 하부 전극층(824), 상부 전극층(828)의 막 두께는, 후술하는 콘택트 홀 형성 시에 콘택트 홀이 각 전극층을 관통하지 않는 범위에서 설정하면 된다.
도 25는 본 발명에 관한 제조 방법의 제5 공정을 도시하는 도면이다. 도 25를 참조하면, 하부 전극층(824), 압전층(826) 및 상부 전극층(828)을 선택적으로 에칭함으로써, 박막 압전 소자의 소정의 패턴이 형성된다. 이때, 하부 전극층(824), 압전층(826) 및 상부 전극층(828)이 확산 저항(818)과 겹치지 않도록 패턴이 형성된다.
도 26은 본 발명에 관한 제조 방법의 제6 공정을 도시하는 도면이다. 도 26을 참조하면, 하부 전극층(824), 압전층(826) 및 상부 전극층(828)의 에칭 후, 제2 층간 절연막(830)이 형성된다. 또한, 제2 층간 절연막(830)에는 확산 배선(820A)에 이르는 콘택트 홀(832A), 확산 배선(820B)에 이르는 콘택트 홀, 상부 전극층(828)에 이르는 콘택트 홀(832B), 및 하부 전극층(824)에 이르는 콘택트 홀(832C)이 형성된다. 도시의 편의상, 확산 배선(820B)에 이르는 콘택트 홀은 도 26에는 도시되어 있지 않다.
하부 전극층(824)에 이르는 콘택트 홀(832C)과, 상부 전극층(828)에 이르는 콘택트 홀(832B)은 제2 층간 절연막(830)의 에칭에 의해 동시에 형성된다. 이때, 압전층(826)의 막 두께가 지나치게 크면, 콘택트 홀(832B)의 깊이와 콘택트 홀(832C)의 깊이가 크게 상이하다. 이로 인해, 상부 전극층(828)이 에칭액에 장시간 노출된다.
또한, 자기 진단 기능을 달성하기 위하여, 압전층(826)의 막 두께는 소정의 두께를 확보하지 않으면 안된다. 따라서, 압전층(826)의 막 두께는 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
도 27은 본 발명에 관한 제조 방법의 제7 공정을 도시하는 도면이다. 도 27을 참조하면, 콘택트 홀(832A, 832B, 832C) 및 제2 층간 절연막(830) 상에는 금속 배선(834A, 834B, 834C)이 형성된다. 금속 배선(834A, 834B, 834C)의 주성분은, 예를 들어 알루미늄 혹은 구리 등이다.
금속 배선(834A, 834B, 834C)의 형성 후에 반도체 압력 센서(800)의 일 주면을 보호하기 위한 패시베이션막(836)이 형성된다. 패시베이션막(836)으로서는 예를 들어 SiN막이 사용된다.
패시베이션막(836)의 일부에는, 본딩 패드(838)를 형성하기 위한 개공부(開孔部)가 형성된다.
이어서, 타 주면 Si층(808) 및 매립 산화막층(806)의 일부가 에칭된다. 이에 의해 다이어프램이 형성된다.
매립 산화막층(806)의 에칭 후, 타 주면 Si층(808)의 저부에는 유리 기판(842)이 접합된다. 유리 기판(842)과 타 주면 Si층(808)의 접합은 진공 중에서 행해진다. 이에 의해 일 주면 Si층(804)과 유리 기판(842)의 사이에 형성되는 기준 압력실(840)의 내부는 진공으로 된다.
이상, 본 발명에 관한 반도체 압력 센서의 제조 방법에 대하여 설명하였다. 본 제조 방법에 따르면, 종래의 반도체 장치 제조 프로세스를 이용하여 반도체 압력 센서를 제조할 수 있다.
하부 전극층(824), 압전층(826) 및 상부 전극층(828)은, 금속 배선(834A, 834B 및 834C)과는 전기적으로 절연된 다른 계층에 형성된다. 이로 인해, 반도체 압력 센서에서의 금속 배선 및 박막 압전 소자의 배치, 형상의 자유도를 높일 수 있다.
또한, 압전층(826)의 막 두께를 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하로 하면, 하부 전극층(824) 및 상부 전극층(828)에 이르는 콘택트 홀을 동시에 형성하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해 반도체 압력 센서의 제조 시간을 단축할 수 있다.
[제5 실시 형태]
도 28은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 센서의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 또한, 도 1 내지 도 4에 도시된 요소와 동일 또는 대응하는 요소에는 동일한 부호가 붙여져 있다. 또한, 이후의 설명에 있어서도, 도 1 내지 도 4에 도시된 요소가 참조된다.
도 28을 참조하면, 센서(1)는, 다이어프램(7) 및 다이어프램(7)의 외측 테두리부를 지지하기 위한 지지부(8)를 포함하는 실리콘 기판(6)을 구비한다. 센서(1)는 저항 브리지 B1 내지 B4를 더 구비한다. 저항 브리지 B1 내지 B4의 각각은 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A)에 배치된 복수의 저항 소자를 포함한다.
저항 브리지 B1 내지 B4의 각각은 4개의 저항 소자를 포함한다. 구체적으로는 저항 브리지 B1은 저항 소자(11A, 12A, 13A, 14A)를 포함한다. 저항 브리지 B2는 저항 소자(11B, 12B, 13B, 14B)를 포함한다. 저항 브리지 B3은 저항 소자(11C, 12C, 13C, 14C)를 포함한다. 저항 브리지 B4는 저항 소자(11D, 12D, 13D, 14D)를 포함한다. 나중에 상세하게 설명하는 바와 같이, 4개의 저항 소자는 휘트스톤 브리지를 구성한다. 각 저항 소자는 압력에 따라 그 저항값을 변화시키는 저항 소자이며, 예를 들어 피에조 소자이다. 또한, 실시 형태 1 내지 4와 동일하게 저항 소자에 확산 저항을 사용할 수도 있다.
1개의 저항 브리지에 포함되는 4개의 저항 소자는, 다이어프램(7)과 지지부(8)의 경계(7A)의 일부를 포함하는 주 표면(6A)의 일부의 영역에 집합적으로 배치된다. 구체적으로는, 저항 소자(11A 내지 14A)는 경계(7A)의 일부를 포함하는 영역(6A1)에 배치된다. 저항 소자(11B 내지 14B)는 경계(7A)의 일부를 포함하는 영역(6A2)에 배치된다. 저항 소자(11C 내지 14C)는 경계(7A)의 일부를 포함하는 영역(6A3)에 배치된다. 저항 소자(11D 내지 14D)는 경계(7A)의 일부를 포함하는 영역(6A4)에 배치된다.
저항 브리지 B1, B3은 서로 대향하도록 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A)에 배치된다. 마찬가지로, 저항 브리지 B2, B4는 서로 대향하도록 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A)에 배치된다. 도 5에 도시하는 직선 X, Y는, 다이어프램(7)의 중심점 O를 통하여 서로 직교하는 직선이다. 저항 브리지 B1, B3은 직선 X 상에 배치된다. 저항 브리지 B2, B4는 직선 Y 상에 배치된다. 따라서, 저항 브리지 B1 내지 B4는, 점 O를 중심으로 하여 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A)에 등방적으로 배치된다.
이 실시 형태에서는 저항 브리지의 개수는 복수이면 특별히 한정되지 않는다. 단, 저항 브리지의 개수가 많아질수록, 각 브리지에 일정한 전압을 인가하였을 때에 복수의 저항 브리지 전체에서의 소비 전력이 커진다. 한편, 복수의 저항 브리지 전체에 흐르는 전류를 일정하게 제어하는 경우, 저항 브리지의 개수가 많아질수록 1개의 브리지를 흐르는 전류가 작아진다. 이로 인해, 다이어프램(7)에 인가되는 압력에 대한 저항 브리지의 출력 전압의 변화가 작아진다.
저항 브리지의 개수는, 예를 들어 상술한 관점으로부터 정해진다. 예를 들어, 도 28에 도시한 바와 같이, 4개의 저항 브리지가 반도체 기판의 주 표면 상에 배치된다. 또한, 복수의 저항 브리지는, 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A) 상에 등방적으로 배치되는 것이 바람직하다.
도 29는 도 28에 도시한 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A) 상의 위치에 대한 응력의 관계를 나타낸 도면이다. 도 29를 참조하면, 그래프의 횡축은 도 28에 도시한 직선 X 상의 위치를 나타낸다. 위치 x0은, 실리콘 기판(6)의 한쪽 단부(예를 들어 지면 좌측에 위치하는 실리콘 기판(6)의 단부)의 위치이다. 위치 x1은, 직선 X와 경계(7A)의 제1 교점(직선 Y에 대하여 지면 좌측에 위치하는 교점)의 위치에 대응한다. 위치 x2는, 다이어프램(7)의 중심점 O의 위치에 대응한다. 위치 x3은, 직선 X와 경계(7A)의 제2 교점(직선 Y에 대하여 지면 우측에 위치하는 교점)의 위치에 대응한다. 위치 x4는, 실리콘 기판(6)의 다른쪽 단부(예를 들어 지면 우측에 위치하는 실리콘 기판(6)의 단부)의 위치를 나타낸다.
도 29에 나타낸 바와 같이, 다이어프램(7)에 작용하는 응력은 다이어프램(7)의 외측 테두리부에서 가장 커진다. 다이어프램(7)에 인가하는 압력에 의해, 다이어프램(7)의 외측 테두리부에 작용하는 응력이 크게 변화한다. 저항 브리지를 구성하는 4개의 저항 소자는 다이어프램(7)의 외측 테두리부에 배치된다. 따라서, 다이어프램(7)에 인가되는 압력에 의해, 각 저항 소자의 저항값을 크게 변화시킬 수 있다.
도 30은 도 28에 도시한 저항 브리지 B1 내지 B4의 회로도이다. 도 30을 참조하면, 이 실시 형태에서는 전기적으로 병렬로 접속된 4개의 저항 브리지 B1 내지 B4가 반도체 기판의 주 표면에 설치된다.
저항 브리지 B1 내지 B4의 각각은 휘트스톤 브리지이다. 저항 브리지 B1 내지 B4의 구성은 서로 마찬가지이므로, 저항 브리지 B1의 구성을 대표적으로 설명한다.
저항 브리지 B1은 저항 소자(11A 내지 14A)를 포함한다. 저항 소자(11A, 13A)는 전극(16A)과 전극(16D)의 사이에 직렬로 접속된다. 마찬가지로, 저항 소자(12A, 14A)는 전극(16A)과 전극(16D)의 사이에 직렬로 접속된다. 전압 Vbias가 전극(16A)에 인가된다. 전극(16D)은 접지된다. 저항 소자(11A, 13A)의 접속점은 전극(16B)에 접속된다. 저항 소자(12A, 14A)의 접속점은 전극(16C)에 접속된다. 전극(16A 내지 16D)은, 예를 들어 배선(5)에 접속되기 때문에 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A)에 형성된 본딩 패드이다.
다이어프램(7)에 압력이 인가되어 있지 않은 상태(즉 진공 상태)에서는, 각 저항 소자(11A 내지 14A)의 저항값이 서로 동일해진다. 다이어프램(7)에 인가되는 압력의 변화에 대하여, 저항 소자(11A, 14A)의 저항값과 저항 소자(12A, 13A)의 저항값은 서로 역방향으로 변화한다. 저항 브리지 B2 내지 B4의 각각에 대해서도 마찬가지로, 다이어프램(7)에 인가되는 압력에 따라 각 브리지에 포함되는 4개의 저항 소자의 각각의 저항값이 변화한다.
다이어프램(7)에 압력이 인가되어 있지 않은 상태에서는, 전극(16B)의 전압 VA0 및 전극(16C)의 전압 VB0은 모두 1/2Vbias이다. 다이어프램(7)이 가압되어 각 브리지의 저항 소자의 저항값이 변화함으로써, 전압 VA0은 1/2Vbias로부터 감소하는 한편, 전압 VB0은 1/2Vbias로부터 증가한다.
도 31은 도 28에 도시한 저항 브리지 B1을 상세하게 도시한 도면이다. 저항 브리지 B2 내지 B4의 각각의 구성은, 도 31에 도시되는 저항 브리지 B1의 구성과 마찬가지이다.
도 31을 참조하면, 저항 브리지 B1은, 다이어프램(7)과 지지부(8)의 경계(7A)의 일부를 포함하는 영역(6A1)에 배치된 저항 소자(11A 내지 14A)를 포함한다. 저항 소자(11A, 12A)는 서로 인접하여 배치된다. 저항 소자(11A)는 배선(15A)에 의해 저항 소자(12A)에 전기적으로 접속된다.
저항 소자(11A, 13A)는 서로 인접하여 배치된다. 저항 소자(11A)는 배선(15B)에 의해 저항 소자(13A)에 전기적으로 접속된다.
저항 소자(12A, 14A)는 서로 인접하여 배치된다. 저항 소자(12A)는 배선(15C)에 의해 저항 소자(14A)에 전기적으로 접속된다.
서로 인접하여 배치되는 2개의 저항 소자 중 한쪽은, 다이어프램(7)과 지지부(8)의 경계(7A)에 평행한 방향을 따라 연장되도록 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A)의 영역(6A1)에 형성된다. 상기의 2개의 저항 소자의 다른쪽은, 경계(7A)와 교차하는 방향을 따라 연장되도록 영역(6A1)에 형성된다.
구체적으로 설명하면, 저항 소자(13A)는 경계(7A)에 평행한 방향을 따라 연장되도록 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A)의 영역(6A1)에 형성된다. 저항 소자(11A)는 경계(7A)와 교차하는 방향을 따라 연장되도록 영역(6A1)에 형성된다. 동일한 관계는 저항 소자(11A, 12A)의 사이에서 성립함과 함께, 저항 소자(12A, 14A)의 사이에서 성립한다.
도 31에서는 경계(7A)는 직선으로 도시된다. 도 28에 도시된 바와 같이, 다이어프램(7)의 윤곽이 원형인 경우에는, 그 원의 접선을 따라 연장되도록 저항 소자(12A, 13A)가 형성되어도 된다.
서로 인접하여 배치된 2개의 저항 소자는, 경계에 대하여 상이한 방향을 따라 연장되도록 형성된다. 이에 의해 다이어프램(7)에 인가되는 압력에 따라, 각각의 저항값을 서로 역방향으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 복수의 저항 소자를 저항 브리지로서 기능시킬 수 있다.
도 32는 제5 실시 형태에 관한 센서의 비교예의 구성을 도시한 평면도이다. 도 32를 참조하면, 센서(1A)는 4개의 저항 소자(11 내지 14)를 포함하는 1개의 저항 브리지를 구비한다. 저항 소자(11 내지 14)는 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A) 상에 분산적으로 배치된다. 도 32에 도시한 구성에 따르면, 센서(1A)의 가공 정밀도에 기인하는 저항 브리지의 특성 편차가 커질 가능성이 있다.
도 33은 도 32에 도시한 센서(1A)의 제조 시에 발생할 수 있는 과제를 설명하기 위한 제1 도면이다. 도 33을 참조하면, 저항 소자(11 내지 14)는 다이어프램(7)이 형성된 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A)에 형성된다. 또한, 도 33에서는 4개의 저항 소자 중 저항 소자(11, 13)만을 도시한다.
주 표면(6A)과 반대측에 위치하는 주 표면(6B)(이면)에는 개구부(6C)가 형성된다. 주 표면(6B)에 에칭(이방성 에칭 및 등방성 에칭 중 어느 것이어도 됨)을 실시함으로써, 주 표면(6B)에 개구부(6C)가 형성된다.
저항 소자(11, 13)는 다이어프램(7)과 지지부(8)의 경계(7A)와 겹치도록 배치되는 것이 바람직하다. 일반적으로는, 실리콘 기판(6)의 주 표면(6A) 상에 저항 소자가 배치되고, 그 후에 다이어프램(7) 및 지지부(8)가 형성된다. 이로 인해, 주 표면(6B)의 개구부(6C)의 위치가 저항 소자(11 내지 14)의 주 표면(6A)의 위치에 대하여 어긋날 가능성이 있다. 위치의 어긋남 정도는 센서의 가공 정밀도에 의존한다. 어긋남 정도가 큰 경우, 저항 브리지의 감도, 즉 다이어프램에 인가되는 압력에 대한 전압의 변화의 비가 변동될 가능성이 있다. 이에 의해 센서의 검출 정밀도가 저하한다.
도 34는 도 32에 도시한 센서(1A)의 제조 시에 발생할 수 있는 과제를 설명하기 위한 제2 도면이다. 도 34를 참조하면, 실리콘 기판(6)의 주 표면(6B)으로부터 주 표면(6A)을 향하는 방향으로 실리콘이 에칭된다. 실리콘 기판(6)의 내부는 테이퍼 형상으로 가공된다. 이로 인해, 저항 소자(11 내지 14)의 위치가 다이어프램(7)과 지지부(8)의 경계 위치에 대하여 어긋날 가능성이 있다.
도 31을 다시 참조하면, 이 실시 형태에서는 저항 브리지를 구성하는 복수의 저항 소자가 1개의 영역에 집합적으로 배치된다. 저항 소자(11A 내지 14A)는 동종류의 저항이며, 동일한 공정에 의해 형성된다. 저항 소자(11A 내지 14A)가 1개의 영역에 집합적으로 배치됨으로써, 저항 소자(11A 내지 14A)의 사이에서 특성(예를 들어 저항값, 온도 특성 등)의 편차가 커지는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 압력이 다이어프램에 인가되어 있지 않은 상태에 있어서 저항 브리지 B1의 평형 상태를 얻을 수 있다.
복수의 센서의 사이에서는 저항 소자의 저항값이 상이한 경우가 발생할 수 있다. 그러나, 1개의 저항 브리지에 포함되는 복수의 저항 소자의 저항값의 편차가 작은 경우에는, 저항 브리지의 평형 상태를 얻을 수 있다. 따라서, 복수의 센서의 사이에서의 저항 브리지의 특성의 편차를 작게 할 수 있다.
또한, 이 실시 형태에서는, 제1 저항 소자와, 그 제1 저항 소자와 전기적으로 접속되는 제2 저항 소자가 인접하여 배치된다. 서로 전기적으로 접속되는 2개의 저항 소자를 인접하여 배치함으로써, 다이어프램(7)과 지지부(8)의 경계의 위치 어긋남이 발생하여도, 2개의 저항 소자의 저항값의 변화의 방향을 서로 동일하게 할 수 있다. 이에 의해, 저항 브리지의 특성 편차를 작게 할 수 있다. 또한, 2개의 저항 소자를 접속하기 위한 배선을 짧게 할 수 있다.
또한, 이 실시 형태에서는 센서는 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 브리지를 구비한다. 저항 브리지 B1에 대하여 경계(7A)가 X, Y 중 적어도 한쪽의 방향으로 어긋난 경우, 저항 브리지 B1 내지 B4의 각각의 특성이 변동된다. 그러나, 복수의 저항 브리지가 전기적으로 병렬로 접속됨으로써, 1개의 저항 브리지의 특성의 변동이 다른 저항 브리지의 특성의 변동에 의해 상쇄된다. 이 결과, 복수의 센서의 사이에서의 저항 브리지의 특성의 편차를 작게 할 수 있다.
또한, 제5 실시 형태에서는 다이어프램(7), 즉 박육 영역의 형상은 원형에 한정되는 것은 아니다. 제1 내지 제4 실시 형태와 마찬가지로 다이어프램(박육 영역)의 형상이 대략 정사각형이어도 된다.
[제6 실시 형태]
이 실시 형태는 반도체 압력 센서로부터 출력되는 신호를 처리하기 위한 회로에 관한 것이다. 이 신호 처리 회로는, 상기의 제1 내지 제5 실시 형태에 관한 반도체 압력 센서 중 어느 것과도 조합할 수 있다.
도 35는 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 회로도이다. 도 35를 참조하면, 저항 소자(11 내지 14)는 휘트스톤 브리지를 구성한다. 구체적으로 설명하면, 저항 소자(11, 12)는 노드(20)와 접지 노드의 사이에 직렬로 접속된다. 마찬가지로, 저항 소자(13, 14)는 노드(20)와 접지 노드의 사이에 직렬로 접속된다. 전압 Vbias가 노드(20)에 인가된다. 저항 소자(13, 14)의 접속점은 노드(25)에 접속된다. 저항 소자(11, 12)의 접속점은 노드(26)에 접속된다. 저항 소자(11 내지 14)는, 예를 들어 도 5에 도시한 확산 저항(406, 408, 410, 412)에 대응한다. 혹은, 저항 소자(11 내지 14)를 도 30에 도시한 저항 브리지 B1 내지 B4로 각각 치환하여도 된다.
신호 처리 회로(2)는 증폭부(21)와 연산부(22, 23)를 구비한다. 증폭부(21)는 차동 증폭기(211, 212)와 저항(213, 214, 215)을 포함한다.
차동 증폭기(211)는, 노드(25)에 접속된 비반전 입력 단자(기호 「+」에 의해 나타냄, 이하도 마찬가지임)와, 저항(213)의 한쪽 단부 및 저항(214)의 한쪽 단부의 양쪽에 접속된 반전 입력 단자(기호 「-」에 의해 나타냄, 이하도 마찬가지임)와, 노드(27)에 접속된 출력 단자를 구비한다. 저항(214)의 다른쪽 단부는, 차동 증폭기(211)의 출력 단자와 함께 노드(27)에 접속된다.
차동 증폭기(212)는, 노드(26)에 접속된 비반전 입력 단자와, 저항(213)의 다른쪽 단부 및 저항(215)의 한쪽 단부의 양쪽에 접속된 반전 입력 단자와, 노드(28)에 접속된 출력 단자를 구비한다. 저항(215)의 다른쪽 단부는, 차동 증폭기(212)의 출력 단자와 함께 노드(28)에 접속된다.
연산부(22)는 차동 증폭기(221)와 저항(222 내지 225)과 오프셋 전원(226)과 구동 전원(227)을 포함한다.
차동 증폭기(221)는 구동 전원(227)으로부터 전원 전압 VDD가 공급됨으로써 동작한다. 저항(222)은 노드(28)와 차동 증폭기(221)의 반전 입력 단자와의 사이에 접속된다. 저항(223)은 차동 증폭기(221)의 반전 입력 단자와 차동 증폭기(221)의 출력 단자와의 사이에 접속된다. 저항(224)은 노드(27)와 차동 증폭기(221)의 비반전 입력 단자와의 사이에 접속된다. 저항(225)은 차동 증폭기(221)의 비반전 입력 단자와 오프셋 전원(226)과의 사이에 접속된다.
오프셋 전원(226)은 전압 VDD를 발생시킨다. 도 35에 도시한 구성에서는 오프셋 전원(226) 및 구동 전원(227)은 서로 다른 전원으로서 도시되어 있지만, 이것들은 1개의 전원에 공통화되어도 된다.
연산부(23)는 차동 증폭기(231)와 저항(232, 233)과 구동 전원(234)을 포함한다. 차동 증폭기(221)는 구동 전원(234)으로부터 전원 전압 VDD가 공급됨으로써 동작한다. 차동 증폭기(221)는, 노드(29)에 접속된 비반전 입력 단자와, 저항(232)의 한쪽 단부 및 저항(233)의 한쪽 단부에 접속된 반전 입력 단자와, 단자(30)에 접속된 출력 단자를 구비한다. 저항(233)의 다른쪽 단부는, 차동 증폭기(231)의 출력 단자와 함께 단자(30)에 접속된다. 저항(232, 233)의 각각은 가변 저항이다. 따라서, 저항(232, 233)의 저항값은 가변이다.
이어서, 신호 처리 회로(2)의 동작에 대하여 상세하게 설명한다. 노드(25)에서의 전압 VA0 및 노드(26)에서의 전압 VB0은, 저항 소자(11 내지 14)의 저항값의 변화에 의해 변화한다. 즉, 다이어프램(7)에 인가되는 압력에 의해 전압 VA0 및 VB0이 변화한다. 다이어프램(7)에 압력이 인가되어 있지 않은 경우에는, 전압 VA0 및 VB0은 모두 1/2Vbias이다. 압력이 다이어프램(7)에 인가됨으로써, 전압 VA0 및 VB0은 1/2Vbias로부터 변화한다.
도 36은 다이어프램에 인가되는 압력과, 휘트스톤 브리지로부터 출력되는 전압의 관계를 나타낸 도면이다. 도 36을 참조하면, 다이어프램(7)에 인가되는 압력이 P0일 때, 전압 V(P)는 1/2Vbias이다. 압력 P0은 기준 압력과 동등하다.
다이어프램(7)에 인가되는 압력이 P0으로부터 증가함에 따라, 전압 VA0은 1/2Vbias로부터 저하한다. 한편, 전압 VB0은 다이어프램(7)에 인가되는 압력이 증가함에 따라 1/2Vbias로부터 상승한다. 압력 P에 대한 전압 VB0의 증가량과 압력 P에 대한 전압 VA0의 감소량은 동일하다. 따라서, 전압 VB0은 VB0=1/2Vbias+ΔV(P)로 표시되고, 전압 VA0은 VA0=1/2Vbias-ΔV(P)로 표시된다. ΔV(P)는 압력 P에 따라 변화한다. 전압 VB0 및 VA0의 사이의 차는 2ΔV(P)이다. 전압 VB0 및 VA0의 사이의 전압차는 센서(1)로부터 출력되는 신호 전압에 상당한다.
증폭부(21)는 전압 VB0 및 VA0의 사이의 차에 대응하는 전압을 증폭한다. 증폭부(21)의 증폭도(이득)를 α로 나타낸다. 증폭도 α는 저항(213 내지 215)의 저항값에 따라 정해진다. 저항(213)의 저항값을 R1로 나타내고, 저항(214, 215)의 각각의 저항값을 R2로 나타낸다. 증폭도 α는 α=R2/R1로 표시된다.
노드(28)에서의 전압 VB1은 VB1=1/2Vbias+(1+α)ΔV(P)로 표시된다. 한편, 노드(27)에서의 전압 VA1은 VA1=1/2Vbias-(1+α)ΔV(P)로 표시된다. 전압 VB0 및 VA0의 사이의 차는 2(1+α)ΔV(P)이다. 즉, 증폭부(21)는 센서(1)로부터 출력되는 신호 전압을 증폭하여 출력한다.
압력 P1은 센서(1)에 의해 검출되는 압력의 범위의 상한값이다. 이 실시 형태에서는 센서(1)의 검출 범위는 이하와 같이 정해진다. 즉, 검출 범위는 표준 기압(약 101.3[kPa])의 값을 포함하고, 또한 압력 P1이 표준 기압의 근방에 위치한다. 압력 P1의 값은, 예를 들어 110[kPa]이다. 이 실시 형태에서는 압력 센서 장치(10)가 예를 들어 기압 센서로서 사용된다. 따라서, 압력 센서 장치(10)에 의해 실제로 검출되는 압력의 범위는, 센서(1)의 검출 범위의 상한값 근방의 범위로 된다.
도 35를 다시 참조하면, 연산부(22)는 전압 VA1 및 VB1에 기초하여 다이어프램(7)에 인가된 압력에 따라 변화하는 전압 Vout1을 생성한다. 구체적으로는, 연산부(22)는 전압 VA1 및 VB1의 사이의 차에 비례하는 전압을, 오프셋 전압 VDD로부터 감산함으로써, 전압 Vout1을 생성한다.
도 37은 다이어프램에 인가되는 압력과, 신호 처리 회로(2)의 연산부(22)로부터 출력되는 전압 Vout1의 관계를 나타낸 도면이다. 도 37을 참조하면, 압력 P0에서의 전압 Vout1은 VDD이고, 압력 P1에서의 전압 Vout1은 0이다. 전압 Vout1의 감소량은 압력의 증가량에 비례한다. 이 실시 형태에서는 저항(222, 224)의 저항값은 모두 R3이며, 저항(223, 225)의 저항값은 모두 R4이다. 전압 Vout1은, 이하의 식에 따라 표시된다.
Vout1=VDD-R4/R3(VB1-VA1)
이와 같이, 본 실시 형태에서는 오프셋 전압(VDD)으로부터, 증폭부(21)의 출력 전압(VB1-VA1)에 비례하는 전압을 감산함으로써 전압 Vout1을 생성한다. 비례 계수(R4/R3)는 압력 P1에서의 전압 Vout1이 0으로 되도록 정해진다.
전압 Vout1은 압력 P1의 근방의 영역에서는 0 부근의 값으로 된다. 이에 의해, 압력 P1의 근방의 영역에서의 압력 센서 장치의 감도를 높일 수 있다. 본 명세서에서는 「감도」란, 압력의 범위에 대한 전압의 변화량의 비를 의미한다. 압력의 범위가 P0부터 압력 P1까지의 범위인 경우, 압력 센서 장치의 감도는 VDD/(P1-P0)으로 표시된다.
연산부(22)는, 증폭부(21)로부터 출력되는 전압에 대하여 소정의 상관 관계를 갖는 전압을 생성하도록 구성된다. 「소정의 상관 관계」란, 연산부(22)에 의해 생성되는 전압이, 증폭부(21)로부터 출력되는 전압에 기초하여 일의적으로 정해진다고 하는 관계이다. 따라서, 상관 관계는 비례 관계에 한정되지 않는다.
다시 도 35를 참조하면, 연산부(23)는 전압 Vout1을 증폭함으로써 전압 Vout2를 단자(30)로부터 출력한다. 저항(232)의 저항값을 R5로 나타내고, 저항(233)의 저항값을 R6으로 나타낸다. 전압 Vout2는 이하의 식에 따라 표시된다.
Vout2=(R5+R6)/R5×Vout1
일반적으로, 차동 증폭기는 전원 전압보다도 높은 전압을 출력할 수 없다. 따라서, 전압 Vout2의 최대값은 VDD이다.
도 38은 다이어프램에 인가되는 압력과, 신호 처리 회로(2)의 연산부(23)로부터 출력되는 전압 Vout2의 관계를 나타낸 도면이다. 도 38을 참조하면, 압력 P1' 이하에서는 전압 Vout2는 VDD이다. 압력이 P1'로부터 증가함에 따라, 전압 Vout2는 전압 VDD로부터 저하한다. 전압 Vout2는 압력 P1에 있어서 0이다.
연산부(23)는 전압 Vout2의 변화율을 전압 Vout1의 변화율과 상이하게 한다. 여기서 「변화율」이란, 압력의 변화량에 대한 전압의 변화량의 비의 절대값을 의미한다. 보다 구체적으로는, 연산부(23)는 전압 Vout2의 변화율을 전압 Vout1의 변화율보다도 크게 한다. 이에 의해 검출 범위의 상한값 부근의 영역에서 압력 센서 장치의 검출 감도를 높일 수 있다. 저항(232, 233)은 모두 가변 저항이다. 저항(232, 233) 중 적어도 한쪽의 저항값을 변화시킴으로써, 전압 Vout2의 변화율을 변경할 수 있다. 즉, 감도를 조절할 수 있다.
센서(다이어프램)에 인가되는 압력이 높아질수록, 그 출력 전압이 커지도록 신호 처리 회로를 구성하는 경우에는, 검출 범위의 상한값 부근의 영역에서 압력 센서 장치의 감도를 높이는 것은 용이하지 않다. 이 점에 대하여, 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 비교예를 나타내면서 설명한다.
도 39는 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 비교예의 구성을 도시하는 회로도이다. 도 39를 참조하면, 신호 처리 회로(251)는 연산부(22) 대신에 연산부(32)를 구비하는 점 및 연산부(23)를 포함하지 않는 점에 있어서 신호 처리 회로(2)와 상이하다. 저항(222)의 한쪽 단부는 노드(27)에 접속되고, 저항(224)의 한쪽 단부는 노드(28)에 접속된다. 이 점에 있어서, 연산부(32)는 연산부(22)와 상이하다. 또한, 연산부(32)는 오프셋 전원(226)을 포함하지 않는 점 및 저항(225)의 일단부가 접지되는 점에 있어서 연산부(22)와 상이하다. 연산부(32)는 전압 Vout를 출력한다.
도 40은 다이어프램에 인가되는 압력과, 신호 처리 회로(251)의 연산부(32)로부터 출력되는 전압 Vout의 관계를 나타내는 도면이다. 도 40을 참조하면, 전압 Vout는 압력 P0에서 0이며, 또한 압력에 비례한다. 압력 P1에서 전압 Vout는 VDD이다. 도 40에 나타낸 구성에 따르면, 압력 센서 장치의 최대의 감도는 VDD/(P1-P0)이다. 압력 P1 '부터 압력 P1까지의 범위에서의 압력 센서 장치의 감도를 상기의 감도보다 높게 할 수는 없다.
압력 센서 장치의 감도를 높이기 위하여, 예를 들어 도 35에 도시한 구성을 갖는 연산부(23)를 도 39에 도시하는 연산부(32)의 출력에 접속하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 도 40에 나타내어진 바와 같이, 그 상한값이 P1 '보다도 작은 범위의 압력에 대하여 압력 센서 장치의 감도가 높아진다. 한편, 압력 P1 '부터 압력 P1까지의 범위에서는 Vout가 일정하다. 즉, 이 범위에서의 압력 센서 장치의 감도가 저하한다.
도 41은 압력 센서 장치(10)에 포함되는 센서(1)의 상태를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 41을 참조하면, 센서(1)의 내부의 압력(기준 압력)은 P0이다. 이 실시 형태에서는 센서(1)의 내부는 거의 진공이다. 따라서, 압력 P0의 값은 거의 0이다.
압력(기압) P는 P0보다 높기 때문에, 다이어프램(7)은 센서(1)의 외측으로부터의 압력에 의해 변형된다. 한편, 센서(1)의 주위의 환경도 진공인 경우, 즉 센서(1)에 인가되는 압력 P가 P0인 경우, 다이어프램(7)의 왜곡은 발생하지 않는다. 따라서, 다이어프램(7)은 압력 P에 따라 실선의 화살표 및 파선의 화살표로 나타낸 바와 같이 움직인다.
도 39에 도시한 구성에 따르면, 압력 P=P0일 때의 다이어프램(7)의 상태에 대응하는 전압이 압력 센서 장치(10)의 기준 전압이다. 즉, 센서(1)의 내부의 압력과 센서(1)의 외부의 압력이 동등할 때에, 압력 센서 장치(10)의 출력 전압이 기준 전압(0)으로 된다. 그러나, 압력 센서 장치를 기압 센서로서 사용하는 경우에는, 센서(1)(다이어프램(7))에 인가되는 압력 P가 P0 근방에서 변화하는 상황은 발생하지 않는다.
또한, 압력 P1 '부터 압력 P1까지의 범위에서 압력 센서 장치의 출력 전압은 상한(VDD)에 가까운 전압으로 된다. 이로 인해, 도 39에 도시한 구성에 따르면, 상기의 범위에서 압력 센서 장치의 감도를 높이는 것이 곤란해진다.
이 실시 형태에서는 압력 P=P1일 때의 다이어프램(7)의 상태에 대응하는 전압을 압력 센서 장치(10)의 기준 전압으로 한다. 또한, 압력 P에 의한 다이어프램(7)의 상태 변화에 따라, 압력 센서 장치의 출력 전압을 기준 전압으로부터 변화시킨다. 이에 의해, 압력 센서 장치의 감도를, 표준 기압을 포함하는 원하는 영역에서 높게 할 수 있다.
도 37에 나타내어지는 전압과 압력의 관계는, 예를 들어 도 41에 도시한 구조와 다른 구조를 갖는 센서를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 도 42는 센서의 검토예를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 42를 참조하면, 센서(1)의 내부의 압력은 센서(1)의 검출 범위의 상한값(P1)과 동등하다. 센서(1)의 주위의 기압(압력 P)은 센서(1)의 내부의 압력 P1보다 작다. 따라서, 다이어프램(7)은 반도체 압력 센서(1)의 외측을 향하여 돌출되도록 변형된다.
상술한 설명과 마찬가지로, 센서(1)의 내부의 압력과, 센서(1)의 외부의 압력이 동등할 때에, 압력 센서 장치(10)의 출력 전압이 기준 전압(0)으로 된다. 따라서, 압력 P=P1일 때에, 압력 센서 장치(10)의 출력 전압이 기준 전압으로 된다. 압력 P는 압력 P1보다도 작아지도록 변화한다. 이 결과, 압력 센서 장치(10)의 출력 전압을 도 37에 나타낸 관계에 따라 변화시킬 수 있다.
그러나, 반도체 압력 센서(1)의 내부의 압력이 정확하게 P1로 되도록 반도체 압력 센서(1)를 제조하는 것은 용이하지 않다. 따라서, 일반적으로는, 도 41에 도시된 바와 같이, 반도체 압력 센서(1)의 내부는 진공이다. 본 실시 형태에 따르면, 이러한 일반적인 압력 센서를 기압 센서로서 사용하는 경우에, 표준 기압을 포함하는 원하는 영역에서의 감도를 높게 할 수 있다.
또한, 이 실시 형태에 관한 신호 처리 회로는 도 35에 도시한 구성을 갖는 것으로 한정되지 않는다. 이하에, 본 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 변형예에 대하여 설명한다.
도 43은 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 제1 변형예를 도시한 도면이다. 도 43을 참조하면, 신호 처리 회로(2A)는 연산부(22) 대신에 연산부(22A)를 구비하는 점에 있어서 신호 처리 회로(2)와 상이하다. 연산부(22A)는 오프셋 전원(226) 대신에 오프셋 전원(226A)을 포함하는 점에 있어서 연산부(22)와 상이하다. 신호 처리 회로(2A)의 다른 부분의 구성은, 신호 처리 회로(2)의 대응하는 부분의 구성과 마찬가지이다.
오프셋 전원(226A)은 오프셋 전압 V1을 발생시킨다. 전압 V1은 차동 증폭기(221)의 전원 전압 VDD보다도 낮은 전압이다.
도 44는 도 43에 도시한 연산부(22A)로부터 출력되는 전압 Vout1을 설명하기 위한 도면이다. 도 44를 참조하면, 전압 Vout1은 압력 P0에서 V1이고, 압력 P1에서 0으로 된다. 전압 Vout1은 압력에 비례하여 저하한다. 또한, 비례 계수는, 저항(222, 224)의 저항값 R3과 저항(223, 225)의 저항값 R4의 비에 의해 정해진다. R4/R3=V1/(P1-P0)이다.
도 43에 도시한 구성에 있어서도, 반도체 압력 센서(1)의 검출 범위의 상한값(압력 P1)에 가까운 영역에서, 전압 Vout1은 0 부근의 전압으로 된다. 따라서, 압력 P1에 가까운 영역에서의 압력 센서 장치의 감도를 높게 할 수 있다.
도 45는 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 제2 변형예를 도시한 도면이다. 도 45를 참조하면, 신호 처리 회로(2B)는 단자(35)를 더 구비하는 점에 있어서 신호 처리 회로(2)와 상이하다. 단자(35)는 노드(29)에 접속된다. 신호 처리 회로(2B)는 전압 Vout1, Vout2의 양쪽을 외부에 출력할 수 있다. 예를 들어 전압 Vout1에 기초하여 넓은 범위에 걸치는 압력을 검출할 수 있다. 또한, 전압 Vout2에 기초하여 표준 기압을 포함하는 원하는 영역(검출 범위의 상한값에 가까운 영역)에서는 검출 감도를 높게 할 수 있다.
도 46은 제6 실시 형태에 관한 신호 처리 회로의 제3 변형예를 도시한 도면이다. 도 46을 참조하면, 신호 처리 회로(2C)는 전압 Vout1 및 Vout2 중 어느 한쪽을 선택하는 선택부(36)를 구비하는 점에 있어서 신호 처리 회로(2)와 상이하다. 선택부(36)는 신호 SEL에 따라 전압 Vout1, Vout2의 한쪽을 선택함과 함께, 그 선택된 전압을 단자(30)에 출력한다. 신호 SEL은 예를 들어 신호 처리 회로(2C)의 외부로부터 선택부(36)에 제공된다. 도 46에 도시한 바와 같이, 전압 Vout1 및 Vout2의 한쪽이 선택적으로 출력되도록 신호 처리 회로가 구성되어도 된다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
<산업상 이용가능성>
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체 압력 센서는 박막 압전 소자에 의한 자기 진단 기능을 구비한다. 박막 압전 소자에 전압을 인가함으로써, 반도체 압력 센서의 구조적인 결함을 검지할 수 있다. 또한, 박막 압전 소자는 왜곡 게이지 저항으로서 기능하는 확산 저항으로부터 이격하여 형성된다. 이에 의해 박막 압전 소자와 반도체 기판의 열팽창률의 차이에 의해 확산 저항에 발생하는 변형을 저감할 수 있어, 확산 저항의 예기치 않은 저항값 변화를 저감할 수 있다.
박막 압전 소자는 후육 영역 상의 소정의 위치까지 연장되어 있다. 이에 의해 박막 압전 소자가 박육 영역에 부여하는 왜곡량을 안정시킬 수 있어, 반도체 압력 센서의 자기 진단 정밀도가 향상된다.
또한, 박막 압전 소자는 확산 저항을 브리지 접속하기 위한 금속 배선과는 전기적으로 절연된 다른 계층에 형성된다. 이로 인해, 박막 압전 소자 및 금속 배선의 배치, 형상의 자유도가 높아진다. 예를 들어, 금속 배선 및 확산 배선의 배선 길이의 조정이 용이하게 되는 등의 이점이 있다. 따라서, 본 발명의 산업상 이용 가능성은 높다.
1, 400, 500, 530, 550, 600, 630, 700, 720, 730, 780, 800: 반도체 압력 센서
1A: 센서
2, 2A, 2B, 2C, 251: 신호 처리 회로
3: 패키지
3A: 용기
3B: 덮개
4, 6C: 개구부
5, 15A, 15B, 15C: 배선
6: 실리콘 기판
6A, 6B: 주 표면
6A1, 6A2, 6A3, 6A4: 영역
7: 다이어프램
7A: 경계
8: 지지부
9: 받침대
10: 압력 센서 장치
11 ~ 14, 11A ~ 14A, 11B ~ 14B, 11C ~ 14C, 11D ~ 14D: 저항 소자
16A, 16B, 16C, 16D: 전극
20, 25 ~ 29: 노드
21: 증폭부
22, 23, 22A, 32: 연산부
30, 35: 단자
36: 선택부
50: 본체부
211, 212, 221, 231: 차동 증폭기
213 ~ 215, 222 ~ 225, 232, 233: 저항
226, 226A: 오프셋 전원
227, 234: 구동 전원
401: 반도체 기판
402: 박육 영역
402A: 박육부
402C: 중심
404: 후육 영역
404A: 후육부
406, 408, 410, 412, 818: 확산 저항
414, 502, 532, 552, 602, 604, 606, 608, 632, 634, 636, 638, 701, 702, 704, 706, 708, 782: 박막 압전 소자
414A, 502A, 532A, 552A, 602A, 604A, 606A, 608A, 636A, 701A, 824: 하부 전극층
414B, 826: 압전층
414C, 828: 상부 전극층
415: 화살표
416, 842: 유리 기판
418, 840: 기준 압력실
420, 432, 504, 712, 722, 834A: 금속 배선
422, 714, 724, 820A, 820B: 확산 배선
424, 426, 428, 434, 438, 516, 518, 610, 612, 614, 616, 618, 620, 622, 624, 640, 642, 716, 716A, 716B, 716C, 716D, 716F, 838: 본딩 패드
532X, 532Y, 554, 710A, 710E, 710F: 연장 설치부
784: 슬릿부
802: 기판
804: 일 주면 Si층
806: 매립 산화막층
808: 타 주면 Si층
810: 패드 산화막
812: SiN막
813: 액티브 영역
814: 레지스트
816: 필드 산화막
822: 제1 층간 절연막
830: 제2 층간 절연막
832A, 832B, 832C: 콘택트 홀
836: 패시베이션막
1000: 전자 기기
B1 ~ B4: 저항 브리지
O: 중심점
X, Y: 직선

Claims (33)

  1. 박육(薄肉) 영역 및 상기 박육 영역의 주위에 설치된 후육(厚肉) 영역을 갖는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 일 주면에 형성되고, 상기 박육 영역에 대응하는 상기 반도체 기판의 부분의 왜곡에 따라 저항값을 변화시키는 적어도 1개의 왜곡 게이지 저항과,
    상기 반도체 기판 상에 있어서, 상기 박육 영역 중 적어도 일부를 포함하는 영역에 형성되어, 하부 전극층, 압전층 및 상부 전극층을 갖는 적어도 1개의 박막 압전 소자를 구비하고,
    상기 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 상기 적어도 1개의 왜곡 게이지 저항으로부터 이격된 영역에 형성되는, 반도체 압력 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 상기 박육 영역의 중앙부를 향하는 방향으로 장축을 갖는 가늘고 긴 형상을 갖는, 반도체 압력 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 상기 박육 영역과 상기 후육 영역의 경계를 가로질러 상기 후육 영역까지 연장되도록 설치되는, 반도체 압력 센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 또한 상기 후육 영역에 있어서 상기 박육 영역의 외주를 따라 연장되도록 설치되는, 반도체 압력 센서.
  5. 제3항에 있어서, 상기 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 상기 반도체 기판 상에 형성된 복수의 박막 압전 소자를 포함하는, 반도체 압력 센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 박막 압전 소자는, 상기 후육 영역 상에서 서로 결합되는, 반도체 압력 센서.
  7. 제5항에 있어서, 상기 복수의 박막 압전 소자는, 상기 박육 영역의 중앙부까지 연장됨과 함께 상기 박육 영역의 상기 중앙부에서 서로 결합되는, 반도체 압력 센서.
  8. 제3항에 있어서, 상기 반도체 압력 센서는, 또한
    상기 후육 영역 상에 설치된 복수의 본딩 패드를 구비하고,
    상기 적어도 1개의 박막 압전 소자는, 상기 복수의 본딩 패드 중 적어도 하나의 본딩 패드의 근방까지 연장되도록 설치되는, 반도체 압력 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 본딩 패드는 상기 반도체 기판의 한 변에 나란히 설치되는, 반도체 압력 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 상부 전극층 및 상기 하부 전극층은, 상기 반도체 기판의 상기 한 변에 배열된 상기 복수의 본딩 패드 중, 제1 단부에 위치하는 제1 본딩 패드와, 제2 단부에 위치하는 제2 본딩 패드에 각각 접속되는, 반도체 압력 센서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 반도체 압력 센서는, 상기 적어도 1개의 왜곡 게이지 저항으로서 4개의 왜곡 게이지 저항을 구비하고,
    상기 박육 영역은 대략 사변형을 나타내고,
    상기 4개의 왜곡 게이지 저항은, 상기 박육 영역의 각 변의 중점 근방에 형성되는, 반도체 압력 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 1개의 박막 압전 소자는 상기 박육 영역의 대각선 상에 형성되는, 반도체 압력 센서.
  13. 제1항에 있어서, 상기 박육 영역은 대략 원형을 나타내고 있는, 반도체 압력 센서.
  14. 제1항에 있어서, 상기 적어도 1개의 왜곡 게이지 저항은, 상기 반도체 기판의 일 주면에 불순물을 확산시킴으로써 형성된 확산 저항인, 반도체 압력 센서.
  15. 제1항에 있어서, 상기 압전층의 주성분은 PZT인, 반도체 압력 센서.
  16. 제1항에 있어서, 상기 적어도 1개의 왜곡 게이지 저항은, 상기 박육 영역 상의 배선에 접속되고,
    상기 배선은 확산 배선을 포함하는, 반도체 압력 센서.
  17. 제1항에 있어서, 상기 압전층의 두께는 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하인, 반도체 압력 센서.
  18. 제1항에 있어서, 상기 반도체 기판은 SOI(Silicon on Insulator) 기판인, 반도체 압력 센서.
  19. 반도체 압력 센서의 제조 방법으로서,
    제1 도전형을 갖는 일 주면 Si층과, 타 주면 Si층을 갖는 반도체 기판을 준비하는 공정과,
    상기 일 주면 Si층에, 상기 제1 도전형과는 다른 제2 도전형을 갖는 왜곡 게이지 저항을 형성하는 공정과,
    상기 일 주면 Si층에서의 상기 왜곡 게이지 저항과 인접하는 영역에, 상기 제2 도전형을 갖고 상기 왜곡 게이지 저항보다도 불순물 농도가 높은 확산 배선을 형성하는 공정과,
    상기 일 주면 Si층 상에 제1 층간 절연막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 층간 절연막 상에 하부 전극층을 형성하는 공정과,
    상기 하부 전극층 상에 압전층을 형성하는 공정과,
    상기 압전층 상에 상부 전극층을 형성하는 공정과,
    상기 제1 층간 절연막, 상기 하부 전극층, 상기 압전층 및 상기 상부 전극층 상에 제2 층간 절연막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 층간 절연막에 상기 확산 배선, 상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층에 이르는 콘택트 홀을 형성하는 공정과,
    상기 제2 층간 절연막 상 및 상기 콘택트 홀에 금속 배선을 형성하는 공정과,
    상기 타 주면 Si층에 기준 압력실을 형성하는 공정을 구비하는, 반도체 압력 센서의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 하부 전극층에 이르는 콘택트 홀과 상기 상부 전극층에 이르는 콘택트 홀은 동시에 형성되는, 반도체 압력 센서의 제조 방법.
  21. 다이어프램과, 상기 다이어프램의 외측 테두리부를 지지하기 위한 지지부를 포함하는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 주 표면에 배치됨과 함께, 상기 다이어프램에 인가된 압력에 따라 각각의 저항값을 변화시키는 복수의 저항 소자를 포함하는, 적어도 1개의 저항 브리지를 구비하고,
    상기 복수의 저항 소자는, 상기 다이어프램과 상기 지지부의 경계의 일부를 포함하는 상기 주 표면 내의 일부의 영역에 집합적으로 배치되는, 반도체 압력 센서.
  22. 제21항에 있어서, 상기 복수의 저항 소자는,
    제1 저항 소자와,
    상기 제1 저항 소자에 전기적으로 접속됨과 함께, 상기 제1 저항 소자에 인접하도록 상기 영역에 배치된 제2 저항 소자를 포함하는, 반도체 압력 센서.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1 저항 소자는 상기 경계에 평행한 방향을 따라 연장되도록 상기 영역에 형성되고,
    상기 제2 저항 소자는 상기 경계와 교차하는 방향을 따라 연장되도록 상기 영역에 형성되는, 반도체 압력 센서.
  24. 제21항에 있어서, 상기 적어도 1개의 저항 브리지는 서로 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 저항 브리지인, 반도체 압력 센서.
  25. 다이어프램과, 상기 다이어프램의 외측 테두리부를 지지하기 위한 지지부를 포함하는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 주 표면에 배치됨과 함께, 상기 다이어프램에 인가된 압력에 따라 각각의 저항값을 변화시키는 복수의 저항 소자를 포함하는, 적어도 1개의 저항 브리지를 구비하고,
    상기 복수의 저항 소자는, 상기 다이어프램과 상기 지지부의 경계의 일부를 포함하는 상기 주 표면 내의 일부의 영역에 집합적으로 배치되고,
    상기 복수의 저항 소자의 각각의 상기 저항값에 기초하여 상기 압력을 나타내는 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로를 더 구비하는, 압력 센서 장치.
  26. 전자 기기로서,
    다이어프램과, 상기 다이어프램의 외측 테두리부를 지지하기 위한 지지부를 포함하는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 주 표면에 배치됨과 함께, 상기 다이어프램에 인가된 압력에 따라 각각의 저항값을 변화시키는 복수의 저항 소자를 포함하는, 적어도 1개의 브리지를 구비하고,
    상기 복수의 저항 소자는, 상기 다이어프램과 상기 지지부의 경계의 일부를 포함하는 상기 주 표면 내의 일부의 영역에 집합적으로 배치되고,
    상기 복수의 저항 소자의 각각의 상기 저항값에 기초하여 상기 압력을 나타내는 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로와,
    상기 신호 처리 회로로부터의 상기 신호에 기초하여 소정의 처리를 실행하기 위한 본체부를 더 구비하는, 전자 기기.
  27. 압력에 기초하여 신호 전압을 변화시키도록 구성된 센서와,
    상기 센서로부터 출력된 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 구비하고,
    상기 신호 처리 회로는,
    상기 신호 전압을 증폭하기 위한 증폭 회로와,
    상기 증폭 회로의 출력 전압에 기초하여 상기 압력에 따라 변화하는 제1 전압을 생성하기 위한 제1 연산 회로를 구비하고,
    상기 제1 연산 회로는, 상기 증폭 회로의 상기 출력 전압에 대하여 소정의 상관 관계를 갖는 전압을, 소정의 오프셋 전압으로부터 감산함으로써, 상기 제1 전압을 생성하도록 구성되는, 압력 센서 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는,
    상기 제1 전압에 기초하여 상기 압력에 따라 변화하는 제2 전압을 생성하기 위한 제2 연산 회로를 더 구비하고,
    상기 압력에 대한 상기 제1 전압의 제1 변화율은, 상기 압력에 대한 상기 제2 전압의 제2 변화율과 상이하고,
    상기 제1 전압은, 상기 센서에 의해 검출되는 상기 압력의 범위의 상한값에 있어서 상기 제2 전압에 일치하는, 압력 센서 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제2 변화율의 절대값은 상기 제1 변화율의 절대값보다도 큰, 압력 센서 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제2 연산 회로는 상기 제1 전압을 증폭함으로써 상기 제2 전압을 생성하는, 압력 센서 장치.
  31. 제28항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는,
    상기 제1 전압을 상기 신호 처리 회로의 외부에 출력하기 위한 제1 단자와,
    상기 제2 전압을 상기 신호 처리 회로의 외부에 출력하기 위한 제2 단자를 더 구비하는, 압력 센서 장치.
  32. 제28항에 있어서, 상기 범위는 대기압의 표준값을 포함하면서 상기 상한값이 상기 표준값의 근방의 값으로 되도록 정해지는, 압력 센서 장치.
  33. 압력에 기초하여 신호 전압을 변화시키도록 구성된 센서와,
    상기 센서로부터 출력된 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 구비하고,
    상기 신호 처리 회로는,
    상기 신호 전압을 증폭하기 위한 증폭 회로와,
    상기 증폭 회로의 출력 전압에 기초하여 상기 압력에 따라 변화하는 검출 전압을 생성하기 위한 연산 회로를 포함하고,
    상기 연산 회로는, 상기 증폭 회로의 상기 출력 전압에 대하여 소정의 상관 관계를 갖는 전압을, 소정의 오프셋 전압으로부터 감산함으로써, 상기 검출 전압을 생성하도록 구성되고,
    상기 검출 전압에 기초하여 소정의 처리를 실행하는 본체부를 더 구비하는, 전자 기기.
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