JP2001004470A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JP2001004470A JP2001004470A JP11173231A JP17323199A JP2001004470A JP 2001004470 A JP2001004470 A JP 2001004470A JP 11173231 A JP11173231 A JP 11173231A JP 17323199 A JP17323199 A JP 17323199A JP 2001004470 A JP2001004470 A JP 2001004470A
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- pressure sensor
- semiconductor pressure
- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】過大圧力に対するダイアフラムの保護が図られ
かつダイアフラムに対する残留歪の伝達防止が図られる
半導体圧力センサの提供。 【解決手段】ポスト55に形成された圧力導入口34の
径は剛体部33のポスト55に対向する面の最小径より
も小さい。したがって、ダイアフラム31の上面側から
過大圧力が印加されたとき、ダイアフラムは変形する
が、剛体部33のポスト33に対向する面がポスト55
の剛体部33に対向する面に当り、過大圧力に対するス
トッパとなる。また、ダイアフラム支持部の最小径より
も剛体部33の最大径の方が大きい。このため、ダイア
フラムの下面側から過大圧力が印加されたとき、ダイア
フラムは変形するが、剛体部側壁がダイアフラム支持部
側壁に当り、過大圧力に対するストッパとなる。
かつダイアフラムに対する残留歪の伝達防止が図られる
半導体圧力センサの提供。 【解決手段】ポスト55に形成された圧力導入口34の
径は剛体部33のポスト55に対向する面の最小径より
も小さい。したがって、ダイアフラム31の上面側から
過大圧力が印加されたとき、ダイアフラムは変形する
が、剛体部33のポスト33に対向する面がポスト55
の剛体部33に対向する面に当り、過大圧力に対するス
トッパとなる。また、ダイアフラム支持部の最小径より
も剛体部33の最大径の方が大きい。このため、ダイア
フラムの下面側から過大圧力が印加されたとき、ダイア
フラムは変形するが、剛体部側壁がダイアフラム支持部
側壁に当り、過大圧力に対するストッパとなる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体圧力センサ、
特に各種プラントで圧力、流量等を測定する際に使用さ
れるのに適した半導体圧力センサに関する。
特に各種プラントで圧力、流量等を測定する際に使用さ
れるのに適した半導体圧力センサに関する。
【0002】
【従来の技術】被測定物の圧力を受けて変位するシリコ
ンダイアフラム上に感歪ゲージとしてピエゾ抵抗を配置
し、圧力センサを構成することはよく知られている。こ
の圧力センサに過大圧力が加わり、それがシリコンの機
械的強度を超えると、ダイアフラムが破損し、圧力セン
サが壊れてしまうため、過大圧力がかかった場合に備え
て何らかの保護機構を備え付ける必要がある。圧力セン
サが組み込まれる伝送器においては,圧力センサに過大
圧力が加わらないように、伝送器本体の方に保護機構を
設ける場合が多い。しかし、伝送器本体に保護機構を設
けることは、伝送器自体の大きさが大きくなるばかりで
なく、保護機構を組み込むことによって生じる機械的歪
が伝送器出力のドリフトやヒステリシスの主原因とな
り、その特性に悪影響を及ぼす。したがって、過大圧力
に対する保護機構は圧力センサ自身に備え付けるのが望
ましい。
ンダイアフラム上に感歪ゲージとしてピエゾ抵抗を配置
し、圧力センサを構成することはよく知られている。こ
の圧力センサに過大圧力が加わり、それがシリコンの機
械的強度を超えると、ダイアフラムが破損し、圧力セン
サが壊れてしまうため、過大圧力がかかった場合に備え
て何らかの保護機構を備え付ける必要がある。圧力セン
サが組み込まれる伝送器においては,圧力センサに過大
圧力が加わらないように、伝送器本体の方に保護機構を
設ける場合が多い。しかし、伝送器本体に保護機構を設
けることは、伝送器自体の大きさが大きくなるばかりで
なく、保護機構を組み込むことによって生じる機械的歪
が伝送器出力のドリフトやヒステリシスの主原因とな
り、その特性に悪影響を及ぼす。したがって、過大圧力
に対する保護機構は圧力センサ自身に備え付けるのが望
ましい。
【0003】特開平10−132682号には、出力の
直線性を向上させるためダイアフラム内に剛体部を設け
ている圧力センサにおいて、剛体部先端に板材を貼り付
けて過大圧力に対するストッパを形成することが記載さ
れている。このように、圧力センサ自身に過大圧力保護
機構を備え付けることで伝送器の大きさを小さくするこ
とができ、伝送器の出力特性を安定させることができ
る。
直線性を向上させるためダイアフラム内に剛体部を設け
ている圧力センサにおいて、剛体部先端に板材を貼り付
けて過大圧力に対するストッパを形成することが記載さ
れている。このように、圧力センサ自身に過大圧力保護
機構を備え付けることで伝送器の大きさを小さくするこ
とができ、伝送器の出力特性を安定させることができ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、そのような例
では、ダイアフラム内に形成された剛体部にシリコンと
は別材料の板材を貼り付けているため、残留歪が生じて
ダイアフラムが変形し、無負荷時における圧力センサの
出力信号オフセットが大きくなるといった問題がある。
では、ダイアフラム内に形成された剛体部にシリコンと
は別材料の板材を貼り付けているため、残留歪が生じて
ダイアフラムが変形し、無負荷時における圧力センサの
出力信号オフセットが大きくなるといった問題がある。
【0005】本発明の目的は過大圧力に対するダイアフ
ラムの保護が図られかつダイアフラムに対する残留歪の
伝達防止が図られる半導体圧力センサを提供することに
ある。
ラムの保護が図られかつダイアフラムに対する残留歪の
伝達防止が図られる半導体圧力センサを提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体圧力セン
サの特徴は、ダイアフラムおよびその支持部を有し、前
記ダイアフラムの部分領域に剛体部が形成され、前記ダ
イアフラムの表面にピエゾ抵抗を配置した半導体圧力セ
ンサにおいて、前記ダイアラム支持部の最小径よりも前
記剛体部の最大径が大きいことにある。
サの特徴は、ダイアフラムおよびその支持部を有し、前
記ダイアフラムの部分領域に剛体部が形成され、前記ダ
イアフラムの表面にピエゾ抵抗を配置した半導体圧力セ
ンサにおいて、前記ダイアラム支持部の最小径よりも前
記剛体部の最大径が大きいことにある。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は本発明による第1実施例を
示す半導体圧力センサの概略上面図、図2は図1のA−
O−B断面図である。半導体基板である第1のシリコン
基板51および第2のシリコン基板52はn型(10
0)面単結晶シリコンからなり、これらのシリコン基板
は間にシリコン酸化膜層53を介して配置されている。
第2のシリコン基板52はその中央部の剛体部33の領
域を除いて、裏面側からシリコン酸化膜層53の領域に
達するまでくり抜かれている。そのくり抜きは、センサ
チップ中心軸に対して対称でかつ第1のシリコン基板5
1に向って先細りとなるようにする。シリコン酸化膜層
53には第2のシリコン基板52のくり抜かれたパター
ンと相似形をなす空隙部35、36が形成されている。
第2のシリコン基板52は低融点ガラスからなるスぺー
サ54を介して圧力導入口34を有する、例えばFe−
Niからなるポスト55に固着され、一体化されててい
る。これにより、圧力導入口34に通じる空隙部35上
には差圧検出用ダイアフラム31が、圧力導入口34に
通じない空隙部36上には静圧検出用ダイアフラム32
が、差圧ダイアフラム31の部分領域には断面形状が例
えば円形、楕円形又は多角形からなる剛体部33が形成
される。この剛体部33は第2のシリコン基板52の先
細りのくり抜き部分と同様にダイアフラム31側に向っ
て先細りとなっている。すなわち、剛体部33の側壁と
ダイアフラム支持部の側壁との間には空隙があり、かつ
両側壁は互いにほぼ平行にされている。また、剛体部3
3の最大径部(下端部)の径は先細りのくりぬき部分の
最小径部(上端部)の径、換言すればダイアフラム支持
部の最小径部の径よりも大きくされている。
示す半導体圧力センサの概略上面図、図2は図1のA−
O−B断面図である。半導体基板である第1のシリコン
基板51および第2のシリコン基板52はn型(10
0)面単結晶シリコンからなり、これらのシリコン基板
は間にシリコン酸化膜層53を介して配置されている。
第2のシリコン基板52はその中央部の剛体部33の領
域を除いて、裏面側からシリコン酸化膜層53の領域に
達するまでくり抜かれている。そのくり抜きは、センサ
チップ中心軸に対して対称でかつ第1のシリコン基板5
1に向って先細りとなるようにする。シリコン酸化膜層
53には第2のシリコン基板52のくり抜かれたパター
ンと相似形をなす空隙部35、36が形成されている。
第2のシリコン基板52は低融点ガラスからなるスぺー
サ54を介して圧力導入口34を有する、例えばFe−
Niからなるポスト55に固着され、一体化されててい
る。これにより、圧力導入口34に通じる空隙部35上
には差圧検出用ダイアフラム31が、圧力導入口34に
通じない空隙部36上には静圧検出用ダイアフラム32
が、差圧ダイアフラム31の部分領域には断面形状が例
えば円形、楕円形又は多角形からなる剛体部33が形成
される。この剛体部33は第2のシリコン基板52の先
細りのくり抜き部分と同様にダイアフラム31側に向っ
て先細りとなっている。すなわち、剛体部33の側壁と
ダイアフラム支持部の側壁との間には空隙があり、かつ
両側壁は互いにほぼ平行にされている。また、剛体部3
3の最大径部(下端部)の径は先細りのくりぬき部分の
最小径部(上端部)の径、換言すればダイアフラム支持
部の最小径部の径よりも大きくされている。
【0008】差圧ダイアフラム31上には差圧を受けて
ダイアフラムが変形した際の応力を検知する差圧検出用
p型のピエゾ抵抗21a〜21dが、静圧ダイアフラム
32上には静圧を受けてダイアフラムが変形した際の応
力を検知する静圧検出用p型のピエゾ抵抗22a〜22
dが形成されている。また、第1のシリコン基板51と
同一基板上で、ダイアフラム領域となっていない場所に
温度検出用ピエゾ抵抗23が形成されている。25はp
型高濃度不純物層の配線、26はアルミニウムの配線、
1〜12はアルミニウムのコンタクトパッドである。
ダイアフラムが変形した際の応力を検知する差圧検出用
p型のピエゾ抵抗21a〜21dが、静圧ダイアフラム
32上には静圧を受けてダイアフラムが変形した際の応
力を検知する静圧検出用p型のピエゾ抵抗22a〜22
dが形成されている。また、第1のシリコン基板51と
同一基板上で、ダイアフラム領域となっていない場所に
温度検出用ピエゾ抵抗23が形成されている。25はp
型高濃度不純物層の配線、26はアルミニウムの配線、
1〜12はアルミニウムのコンタクトパッドである。
【0009】差圧検出用ダイアフラム31ならびに4個
の静圧検出用ダイアフラム32のそれぞれの表面付近に
形成されたp型のピエゾ抵抗は、ボロンを拡散して応力
に対して最も敏感な<110>方向に作り込まれる。ピ
エゾ抵抗は、長手方向に引張応力が働いた場合抵抗値が
増加する。この方向に配列したゲージをLゲージと呼
ぶ。また、横方向に引張応力が働いた場合抵抗値が減少
する。この方向に配列したゲージをTゲージと呼ぶ。図
1の例では差圧検出用ダイアフラム31上のピエゾ抵抗
4個をすべてダイアフラム支持部近傍に配置し、長手方
向がダイアフラムの半径方向と平行となる2個のLゲー
ジ21a、21c、長手方向がダイアフラムの接線方向
と平行となる2個のTゲージ21b、21dを配置して
いる。静圧検出用ダイアフラム32上にはLゲージ22
a、22c、Tゲージ22b、22dを配置している。
ピエゾ抵抗の配置方法は図1の例の他、Lゲージ2個と
Tゲージ2個をすべて剛体部近傍に配置する方法、Lゲ
ージをダイアフラム支持部近傍に2個、剛体部近傍に2
個配置する方法、Tゲージをダイアフラム支持部近傍に
2個、剛体部近傍に2個配置する方法がある。
の静圧検出用ダイアフラム32のそれぞれの表面付近に
形成されたp型のピエゾ抵抗は、ボロンを拡散して応力
に対して最も敏感な<110>方向に作り込まれる。ピ
エゾ抵抗は、長手方向に引張応力が働いた場合抵抗値が
増加する。この方向に配列したゲージをLゲージと呼
ぶ。また、横方向に引張応力が働いた場合抵抗値が減少
する。この方向に配列したゲージをTゲージと呼ぶ。図
1の例では差圧検出用ダイアフラム31上のピエゾ抵抗
4個をすべてダイアフラム支持部近傍に配置し、長手方
向がダイアフラムの半径方向と平行となる2個のLゲー
ジ21a、21c、長手方向がダイアフラムの接線方向
と平行となる2個のTゲージ21b、21dを配置して
いる。静圧検出用ダイアフラム32上にはLゲージ22
a、22c、Tゲージ22b、22dを配置している。
ピエゾ抵抗の配置方法は図1の例の他、Lゲージ2個と
Tゲージ2個をすべて剛体部近傍に配置する方法、Lゲ
ージをダイアフラム支持部近傍に2個、剛体部近傍に2
個配置する方法、Tゲージをダイアフラム支持部近傍に
2個、剛体部近傍に2個配置する方法がある。
【0010】ピエゾ抵抗21a〜21d,22a〜22
dは図3に示すように2組のホイートストンブリッジを
構成する。ここで、差圧検出用ダイアフラム31と21
a〜21dのブリッジで構成される部分を差圧センサ、
静圧検出用ダイアフラム32と22a〜22dのプリッ
ジで構成される部分を静圧センサと呼ぶ。
dは図3に示すように2組のホイートストンブリッジを
構成する。ここで、差圧検出用ダイアフラム31と21
a〜21dのブリッジで構成される部分を差圧センサ、
静圧検出用ダイアフラム32と22a〜22dのプリッ
ジで構成される部分を静圧センサと呼ぶ。
【0011】ダイアフラムに圧力が印加されると、それ
ぞれのダイアフラムがたわみ、ダイアフラム上に形成さ
れたピエゾ抵抗で構成される各ブリッジが上面と下面の
圧力差にほぼ比例したセンサ出力V1、V2を発生す
る。ここで,差圧センサはダイアフラムの上面と下面の
圧力差(差圧)を測定するのに対し、静圧センサはダイ
アフラムの上面と密閉された一定圧力部分との圧力差
(静圧)を測定することになる。
ぞれのダイアフラムがたわみ、ダイアフラム上に形成さ
れたピエゾ抵抗で構成される各ブリッジが上面と下面の
圧力差にほぼ比例したセンサ出力V1、V2を発生す
る。ここで,差圧センサはダイアフラムの上面と下面の
圧力差(差圧)を測定するのに対し、静圧センサはダイ
アフラムの上面と密閉された一定圧力部分との圧力差
(静圧)を測定することになる。
【0012】一方,ダイアフラムと同一基板上に集積化
される温度検出用のピエゾ抵抗23も同様にボロンを拡
散することで形成されるが、応力変化に対してほとんど
抵抗変化を示さない<100>方向に配列することで、
温度に対してのみ感度をもたせるようにする。ピエゾ抵
抗23からなる部分を温度センサと呼び、図3に示した
ように差圧センサ、静圧センサのピエゾ抵抗ブリッジと
結線される。
される温度検出用のピエゾ抵抗23も同様にボロンを拡
散することで形成されるが、応力変化に対してほとんど
抵抗変化を示さない<100>方向に配列することで、
温度に対してのみ感度をもたせるようにする。ピエゾ抵
抗23からなる部分を温度センサと呼び、図3に示した
ように差圧センサ、静圧センサのピエゾ抵抗ブリッジと
結線される。
【0013】ピエゾ抵抗の配列間ならびにアルミニウム
のコンタクトパッド1〜12への配線には、より高濃度
にボロンを拡散したp型高濃度不純物拡散層配線25と
アルミニウム配線26を併用する。本実施例ではダイア
フラムの外側やピエゾ抵抗から離れた場所等、温度ヒス
テリシスの影響が比較的小さい所については、抵抗値の
小さいアルミニウム配線を使用しているが、この他、コ
ンタクトパッドを除くすべての配線を高濃度不純物層と
する配線方法も可能である。
のコンタクトパッド1〜12への配線には、より高濃度
にボロンを拡散したp型高濃度不純物拡散層配線25と
アルミニウム配線26を併用する。本実施例ではダイア
フラムの外側やピエゾ抵抗から離れた場所等、温度ヒス
テリシスの影響が比較的小さい所については、抵抗値の
小さいアルミニウム配線を使用しているが、この他、コ
ンタクトパッドを除くすべての配線を高濃度不純物層と
する配線方法も可能である。
【0014】次に図4を用いてダイアフラムに圧力が印
加された場合のセンサの動作について説明する。ダイア
フラムの上面と下面の間で圧力差が生じた場合、上面側
がより高圧力ならば図4(a)に示すようにダイアフラ
ムが変形する。ダイアフラム変形時に、ピエゾ抵抗が作
り込まれているダイアフラム表面付近に発生する応力は
図4(b)に示すようになる。ダイアフラム上では、ダ
イアフラム支持部近傍で最大の引張応力σ1、剛体部近
傍で最大の圧縮応力が発生する。図4(a)に示すよう
に、ダイアフラムの外径をX、剛体部の外径をY、ダイ
アフラムの厚さをhとすれば、差圧ΔPが印加されたと
きσ1は次の式で表される。
加された場合のセンサの動作について説明する。ダイア
フラムの上面と下面の間で圧力差が生じた場合、上面側
がより高圧力ならば図4(a)に示すようにダイアフラ
ムが変形する。ダイアフラム変形時に、ピエゾ抵抗が作
り込まれているダイアフラム表面付近に発生する応力は
図4(b)に示すようになる。ダイアフラム上では、ダ
イアフラム支持部近傍で最大の引張応力σ1、剛体部近
傍で最大の圧縮応力が発生する。図4(a)に示すよう
に、ダイアフラムの外径をX、剛体部の外径をY、ダイ
アフラムの厚さをhとすれば、差圧ΔPが印加されたと
きσ1は次の式で表される。
【0015】 σ1=3(X2-Y2)ΔP/(16h2) (1) 図1に示すように、ダイアフラムの支持部近傍にそれぞ
れLゲージ、Tゲージを2個ずつ配置した場合には、差
圧センサの出力V1は次の式で表される。
れLゲージ、Tゲージを2個ずつ配置した場合には、差
圧センサの出力V1は次の式で表される。
【0016】 V1=(1/2)・π44(1−ν)σ1・V (2) ここで、νはポワソン比、π44は剪断のピエゾ抵抗係
数、Vは励起電圧である。
数、Vは励起電圧である。
【0017】次に、ダイアフラムに過大圧力が印加され
たときの動作について説明する。ダイアフラムの上面側
から過大圧力が印加されたとき、ダイアフラムは図5の
ように変形する。このとき、ポストに形成された圧力導
入口34の径が、剛体部のポストに対向する面の最小径
よりも小さいので、剛体部のポストに対向する面39が
ポストの剛体部に対向する面40に当り、過大圧力に対
するストッパとなる。ダイアフラムの下面側から過大圧
力が印加されたとき、ダイアフラムは図6のように変形
する。この場合には、ダイアフラム支持部の最小径より
も剛体部の最大径の方が大きいので、剛体部側壁41が
ダイアフラム支持部側壁42に当り、過大圧力に対する
ストッパとなる。
たときの動作について説明する。ダイアフラムの上面側
から過大圧力が印加されたとき、ダイアフラムは図5の
ように変形する。このとき、ポストに形成された圧力導
入口34の径が、剛体部のポストに対向する面の最小径
よりも小さいので、剛体部のポストに対向する面39が
ポストの剛体部に対向する面40に当り、過大圧力に対
するストッパとなる。ダイアフラムの下面側から過大圧
力が印加されたとき、ダイアフラムは図6のように変形
する。この場合には、ダイアフラム支持部の最小径より
も剛体部の最大径の方が大きいので、剛体部側壁41が
ダイアフラム支持部側壁42に当り、過大圧力に対する
ストッパとなる。
【0018】微差圧を検出する場合にはダイアフラムを
薄くして高感度にする必要がある。このとき、図7およ
び図8に示すように、薄くしたダイアフラム上のゲージ
が配置された領域37を除く領域38をドライエッチン
グ等で薄く形成することで出力の直線性を向上すること
ができる。図7および図8は図1に示したピエゾ抵抗の
配置について加工例を示したものであるが、この他、L
ゲージ2個とTゲージ2個をすべて剛体部近傍に配置し
た場合、Lゲージをダイアフラム支持部近傍に2個、剛
体部近傍に2個配置した場合、Tゲージをダイアフラム
支持部近傍に2個、剛体部近傍に2個配置した場合につ
いても同様に加工することができる。
薄くして高感度にする必要がある。このとき、図7およ
び図8に示すように、薄くしたダイアフラム上のゲージ
が配置された領域37を除く領域38をドライエッチン
グ等で薄く形成することで出力の直線性を向上すること
ができる。図7および図8は図1に示したピエゾ抵抗の
配置について加工例を示したものであるが、この他、L
ゲージ2個とTゲージ2個をすべて剛体部近傍に配置し
た場合、Lゲージをダイアフラム支持部近傍に2個、剛
体部近傍に2個配置した場合、Tゲージをダイアフラム
支持部近傍に2個、剛体部近傍に2個配置した場合につ
いても同様に加工することができる。
【0019】図9(a)〜(c)および図10(d)〜
(f)は第1実施例の半導体圧力センサの製造工程を示
す断面図である。以下、製造工程について説明する。
(f)は第1実施例の半導体圧力センサの製造工程を示
す断面図である。以下、製造工程について説明する。
【0020】(a)まず、n型(100)面単結晶シリ
コンからなる第1のシリコン基板51と第2シリコン基
板52がシリコン酸化膜層53を介して配置されたSO
I(Silicon On Insulator)ウエ
ハの第1のシリコン基板51上に,ボロンを拡散して、
ピエゾ抵抗、p型高濃度不純物層の配線およびアルミニ
ウムの配線、コンタクトパッドを形成する。
コンからなる第1のシリコン基板51と第2シリコン基
板52がシリコン酸化膜層53を介して配置されたSO
I(Silicon On Insulator)ウエ
ハの第1のシリコン基板51上に,ボロンを拡散して、
ピエゾ抵抗、p型高濃度不純物層の配線およびアルミニ
ウムの配線、コンタクトパッドを形成する。
【0021】(b)SOIウエハの第2のシリコン基板
側に、例えばCVDによってシリコン窒化膜61、シリ
コン酸化膜62を形成し、エッチングパターンを形成す
る。
側に、例えばCVDによってシリコン窒化膜61、シリ
コン酸化膜62を形成し、エッチングパターンを形成す
る。
【0022】(c)エッチングしたくないパターンには
レジスト63を塗布し、パターニングして保護した後、
ウエハを傾斜させて第2のシリコン基板52側からDR
IE(Deep−Reactive Ion Etchi
ng)でシリコンをドライエッチング加工する。DRI
Eはシリコン酸化膜に対するシリコンのエッチング選択
比が高く、シリコン酸化膜面でエッチングをストップさ
せることができる。
レジスト63を塗布し、パターニングして保護した後、
ウエハを傾斜させて第2のシリコン基板52側からDR
IE(Deep−Reactive Ion Etchi
ng)でシリコンをドライエッチング加工する。DRI
Eはシリコン酸化膜に対するシリコンのエッチング選択
比が高く、シリコン酸化膜面でエッチングをストップさ
せることができる。
【0023】(d)レジストを除去し、再びエッチング
したくないパターンにレジスト63を塗布し、パターニ
ングして保護した後、ウエハを反対側に傾斜させて第2
のシリコン基板52側からDRIEでシリコンをドライ
エッチング加工する。
したくないパターンにレジスト63を塗布し、パターニ
ングして保護した後、ウエハを反対側に傾斜させて第2
のシリコン基板52側からDRIEでシリコンをドライ
エッチング加工する。
【0024】(e)レジストを除去し、HFでシリコン
酸化膜層を等方性エッチングする。エッチングマスクで
あるシリコン酸化膜62もこの過程で消失するが,引き
続きシリコン窒化膜61がエッチングマスクとなる。
酸化膜層を等方性エッチングする。エッチングマスクで
あるシリコン酸化膜62もこの過程で消失するが,引き
続きシリコン窒化膜61がエッチングマスクとなる。
【0025】(f)シリコン窒化膜61を除去し、低融
点ガラスからなるスぺーサ54を介してFe−Niから
なるポスト55を固着する。
点ガラスからなるスぺーサ54を介してFe−Niから
なるポスト55を固着する。
【0026】図11は本発明による第2実施例を示す半
導体センサ概略上面図、図12は図11のA−O−B断
面図である。ダイアフラムの下面側から過大圧力が印加
されたとき、ダイアフラムは図13のように変形する。
この場合、剛体部側壁端部43がダイアフラム支持部側
壁42に当り、過大圧力に対するストッパとなる。この
ように、剛体部側壁41とダイアフラム支持部側壁42
との間の空隙部をダイアフラム側に向って徐々に大きく
することで、図1、2に示したように等方性エッチング
によってシリコン酸化膜層の空隙部を形成する必要はな
い。
導体センサ概略上面図、図12は図11のA−O−B断
面図である。ダイアフラムの下面側から過大圧力が印加
されたとき、ダイアフラムは図13のように変形する。
この場合、剛体部側壁端部43がダイアフラム支持部側
壁42に当り、過大圧力に対するストッパとなる。この
ように、剛体部側壁41とダイアフラム支持部側壁42
との間の空隙部をダイアフラム側に向って徐々に大きく
することで、図1、2に示したように等方性エッチング
によってシリコン酸化膜層の空隙部を形成する必要はな
い。
【0027】図14(a)〜(d)および図15(e)
〜(g)は図11、12に示した圧力センサの製造工程
を示す断面図である。以下、製造工程について説明す
る。
〜(g)は図11、12に示した圧力センサの製造工程
を示す断面図である。以下、製造工程について説明す
る。
【0028】(a)まず、n型(100)面単結晶シリ
コンからなる第1のシリコン基板51と第2のシリコン
基板52がシリコン酸化膜層53を介して配置されたS
OIウエハの第1のシリコン基板51上に、ボロンを拡
散して、ピエゾ抵抗、p型高濃度不純物層の配線および
アルミニウムの配線、コンタクトパッドを形成する。
コンからなる第1のシリコン基板51と第2のシリコン
基板52がシリコン酸化膜層53を介して配置されたS
OIウエハの第1のシリコン基板51上に、ボロンを拡
散して、ピエゾ抵抗、p型高濃度不純物層の配線および
アルミニウムの配線、コンタクトパッドを形成する。
【0029】(b)SOIウエハの第2のシリコン基板
側に、例えばCVDによってシリコン酸化膜62を形成
し、エッチングパターンを形成する。
側に、例えばCVDによってシリコン酸化膜62を形成
し、エッチングパターンを形成する。
【0030】(c)エッチングしたくないパターンには
レジスト63を塗布し、パターニングして保護した後、
ウエハを傾斜させて第2のシリコン基板52側からDR
IEでシリコンをドライエッチング加工する。
レジスト63を塗布し、パターニングして保護した後、
ウエハを傾斜させて第2のシリコン基板52側からDR
IEでシリコンをドライエッチング加工する。
【0031】(d)ウエハの傾斜を変化させて再びDR
IEでシリコンをドライエッチング加工する。
IEでシリコンをドライエッチング加工する。
【0032】(e)レジストを除去し、再びエッチング
したくないパターンにレジスト63を塗布し、パターニ
ングして保護した後、ウエハを反対側に傾斜させて第2
のシリコン基板52側からDRIEでシリコンをドライ
エッチング加工する。
したくないパターンにレジスト63を塗布し、パターニ
ングして保護した後、ウエハを反対側に傾斜させて第2
のシリコン基板52側からDRIEでシリコンをドライ
エッチング加工する。
【0033】(f)ウエハの傾斜を変化させて再びDR
IEでシリコンをドライエッチング加工する。
IEでシリコンをドライエッチング加工する。
【0034】(g)レジスト63およびシリコン酸化膜
62を除去し、低融点ガラスからなるスペーサ54を介
してFe−Niからなるポスト55を固着する。
62を除去し、低融点ガラスからなるスペーサ54を介
してFe−Niからなるポスト55を固着する。
【0035】図16は本発明による、斜め方向のDIR
Eを使わない第3実施例を示す半導体圧力センサの概略
上面図,図17は図16のA−O−B断面図である。
Eを使わない第3実施例を示す半導体圧力センサの概略
上面図,図17は図16のA−O−B断面図である。
【0036】このような構造の場合、ダイアフラム下面
から過大圧力が印加されたときに、剛体部のダイアフラ
ム対向面44が、ダイアフラム支持部の下面領域45に
接触することで機械的ストッパになる。
から過大圧力が印加されたときに、剛体部のダイアフラ
ム対向面44が、ダイアフラム支持部の下面領域45に
接触することで機械的ストッパになる。
【0037】図18(a)〜(d)および図19(e)
〜(g)は図16、17に示した半導体圧力センサの製
造工程を示す断面図である。以下、製造工程について説
明する。
〜(g)は図16、17に示した半導体圧力センサの製
造工程を示す断面図である。以下、製造工程について説
明する。
【0038】(a)まず、n型(100)面単結晶シリ
コンからなる第1のシリコン基板51と第2のシリコン基
板52がシリコン酸化膜層53を介して配置されたSO
Iウエハの第1のシリコン基板51およびシリコン酸化
膜層53の部分領域を例えばドライエッチング等によっ
て加工する。
コンからなる第1のシリコン基板51と第2のシリコン基
板52がシリコン酸化膜層53を介して配置されたSO
Iウエハの第1のシリコン基板51およびシリコン酸化
膜層53の部分領域を例えばドライエッチング等によっ
て加工する。
【0039】(b)次に、ポリシリコンを堆積させ、ポ
リッシングして表面を平らに加工する。
リッシングして表面を平らに加工する。
【0040】(c)第1のシリコン基板51上に、ボロ
ンを拡散して、ピエゾ抵抗、p型高濃度不純物層の配線
およびアルミニウムの配線、コンタクトパッドを形成す
る。
ンを拡散して、ピエゾ抵抗、p型高濃度不純物層の配線
およびアルミニウムの配線、コンタクトパッドを形成す
る。
【0041】(d)第2のシリコン基板側に,例えばC
VDによってシリコン窒化膜61を形成し、エッチング
パターンを形成する。
VDによってシリコン窒化膜61を形成し、エッチング
パターンを形成する。
【0042】(e)アルカリ異方性エッチングにより第
2のシリコン基板をエッチング加工する。
2のシリコン基板をエッチング加工する。
【0043】(f)HFでシリコン酸化膜層を等方性エ
ッチングする。
ッチングする。
【0044】(g)シリコン窒化膜61を除去し、低融
点ガラスからなるスペーサ54を介してFe−Niから
なるポスト5を固着する。
点ガラスからなるスペーサ54を介してFe−Niから
なるポスト5を固着する。
【0045】以上のように、本発明の実施例によれば、
正負両過大圧に対するストッパを形成することができ
る。圧力センサ自身に正負両過大圧に対する機械的スト
ッパを設けることができれば、これを搭載する伝送器本
体の構造が簡素化でき、出力特性の安定した高精度な圧
力伝送器を実現することができる。また、ダイアフラム
に残留歪が伝達されないので、無負荷時における圧力セ
ンサの出力信号オフセットが抑制される。
正負両過大圧に対するストッパを形成することができ
る。圧力センサ自身に正負両過大圧に対する機械的スト
ッパを設けることができれば、これを搭載する伝送器本
体の構造が簡素化でき、出力特性の安定した高精度な圧
力伝送器を実現することができる。また、ダイアフラム
に残留歪が伝達されないので、無負荷時における圧力セ
ンサの出力信号オフセットが抑制される。
【0046】
【発明の効果】本発明によれば、過大圧力に対するダイ
アフラムの保護が図られかつダイアフラムに対する残留
歪の伝達防止が図られる半導体圧力センサが提供され
る。
アフラムの保護が図られかつダイアフラムに対する残留
歪の伝達防止が図られる半導体圧力センサが提供され
る。
【図1】本発明による第1実施例を示す半導体圧力セン
サの概略上面図。
サの概略上面図。
【図2】図1のA−O−B線に沿った概略断面図。
【図3】ピエゾ抵抗の結線図。
【図4】圧力が印加されたときのダイアフラムの変形お
よび応力分布を示す図。
よび応力分布を示す図。
【図5】ダイアフラム上面側から過大圧力が印加したと
きのダイアフラムの変形を示す図。
きのダイアフラムの変形を示す図。
【図6】第1の実施例においてダイアフラム下面側から
過大圧力が印加したときのダイアフラムの変形を示す
図。
過大圧力が印加したときのダイアフラムの変形を示す
図。
【図7】図1の実施例の変形例を示す、微差圧測定用半
導体圧力センサの概略上面図。
導体圧力センサの概略上面図。
【図8】図7のA−O−B線に沿った概略断面図。
【図9】第1の実施例の製造工程の前半部分を示す図。
【図10】第1の実施例の製造工程の後半部分を示す
図。
図。
【図11】本発明による第2の実施例を示す半導体圧力
センサの概略上面図。
センサの概略上面図。
【図12】図12のA−O−B線に沿った概略断面図。
【図13】第2の実施例においてダイアフラム下面側か
ら過大圧力が印加したときのダイアフラムの変形を示す
図。
ら過大圧力が印加したときのダイアフラムの変形を示す
図。
【図14】第2の実施例の製造工程の前半部分を示す
図。
図。
【図15】第2の実施例の製造工程の後半部分を示す
図。
図。
【図16】本発明による第3の実施例を示す半導体圧力
センサの概略上面図。
センサの概略上面図。
【図17】図16のA−O−B線に沿った概略断面図。
【図18】第3の実施例の製造工程の前半部分を示す
図。
図。
【図19】第3の実施例の製造工程の後半部分を示す
図。
図。
21a〜21d:差圧検出用ピエゾ抵抗、22a〜22
d:静圧検出用ピエゾ抵抗、23:温度検出用ピエゾ抵
抗、25:P型高濃度不純物層配線、26:アルミニウ
ム配線、31:差圧検出用ダイアフラム、32:静圧検
出用ダイアフラム、33:剛体部、34:圧力導入口、
35:圧力導入口に通じる空隙部、36:圧力導入口に
通じない空隙部、37:ダイフラム上のピエゾ抵抗配置
領域、38:ダイアフラム上のピエゾ抵抗を配置しない
領域、39:剛体部のポスト対向面、40:ポストの剛
体部対向面、41:剛体部側壁、42:ダイアフラム支
持部側壁、43:剛体部側壁端部、44:剛体部のダイ
アフラム対向面、45:ダイアフラム支持部の下面領
域、51:第1のシリコン基板、52:第2のシリコン
基板、53:シリコン酸化膜層、54:低融点ガラスか
らなるスペーサ、55:ポスト、61:シリコン窒化
膜、62:シリコン酸化膜、63:レジスト。
d:静圧検出用ピエゾ抵抗、23:温度検出用ピエゾ抵
抗、25:P型高濃度不純物層配線、26:アルミニウ
ム配線、31:差圧検出用ダイアフラム、32:静圧検
出用ダイアフラム、33:剛体部、34:圧力導入口、
35:圧力導入口に通じる空隙部、36:圧力導入口に
通じない空隙部、37:ダイフラム上のピエゾ抵抗配置
領域、38:ダイアフラム上のピエゾ抵抗を配置しない
領域、39:剛体部のポスト対向面、40:ポストの剛
体部対向面、41:剛体部側壁、42:ダイアフラム支
持部側壁、43:剛体部側壁端部、44:剛体部のダイ
アフラム対向面、45:ダイアフラム支持部の下面領
域、51:第1のシリコン基板、52:第2のシリコン
基板、53:シリコン酸化膜層、54:低融点ガラスか
らなるスペーサ、55:ポスト、61:シリコン窒化
膜、62:シリコン酸化膜、63:レジスト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 康司 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14 FF21 FF23 GG15 4M112 AA01 BA01 CA22 CA25 CA35 CA36 DA03 DA04 DA12 EA03 FA07 FA09
Claims (12)
- 【請求項1】ダイアフラムおよびその支持部を有し、前
記ダイアフラムの部分領域に剛体部が形成され、前記ダ
イアフラムの表面にピエゾ抵抗を配置した半導体圧力セ
ンサにおいて、前記ダイアラム支持部の最小径よりも前
記剛体部の最大径が大きいことを特徴とする半導体圧力
センサ。 - 【請求項2】請求項1に記載された半導体圧力センサに
おいて、前記剛体部は前記ダイアフラム側に向って先細
りとなっていることを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項3】請求項2に記載された半導体圧力センサに
おいて、前記剛体部の側壁と前記ダイアフラム支持部の
側壁との空隙部が前記ダイアフラム側に向って徐々に大
きくなっていることを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項4】請求項2に記載された半導体圧力センサに
おいて、前記支持部の側壁と前記剛体部の側壁とがほぼ
平行となっていることを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載された半導
体圧力センサにおいて、前記剛体部の断面形状が多角
形、楕円又は円形であることを特徴とする半導体圧力セ
ンサ。 - 【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載された半導
体圧力センサにおいて、前記ダイアフラムの前記ピエゾ
抵抗領域を除く領域が前記ピエゾ抵抗領域の厚さよりも
薄く形成されていることを特徴とする半導体圧力セン
サ。 - 【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載された半導
体圧力センサにおいて、前記ダイアフラム支持部は半導
体基板を含み、該半導体基板上には静圧検出素子用ダイ
アフラムを設け、該静圧検出素子用ダイアフラム上には
静圧検出素子としてのピエゾ抵抗を形成したことを特徴
とする半導体圧力センサ。 - 【請求項8】請求項7に記載された半導体圧力センサに
おいて、前記半導体基板上に温度検出素子としてのピエ
ゾ抵抗を形成したことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項9】請求項1〜6のいずれかに記載された半導
体圧力センサにおいて、前記支持部と一体化された、圧
力導入口を有するポストを含み、前記剛体部と前記ポス
トの前記剛体部に対向した面との間には、前記ダイアフ
ラムが変形しない初期状態で所定の間隔を有することを
特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項10】請求項9に記載された半導体圧力センサ
において、前記ポストの圧力導入口の大きさは前記剛体
部の前記ポストに対向する面の大きさよりも小さいこと
を特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項11】請求項9又は10に記載された半導体圧
力センサにおいて、前記ダイアフラム支持部は半導体基
板を含み、該半導体基板上には静圧検出素子用ダイアフ
ラムを設け、該静圧検出素子用ダイアフラム上には静圧
検出素子としてのピエゾ抵抗を形成したことを特徴とす
る半導体圧力センサ。 - 【請求項12】請求項11において、前記半導体基板上
に温度検出素子としてのピエゾ抵抗を形成したことを特
徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11173231A JP2001004470A (ja) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11173231A JP2001004470A (ja) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001004470A true JP2001004470A (ja) | 2001-01-12 |
Family
ID=15956588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11173231A Pending JP2001004470A (ja) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001004470A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088840A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Ube Industries, Ltd. | 圧電薄膜デバイス及びその製造方法 |
| US7562582B2 (en) | 2006-10-20 | 2009-07-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor strain sensor |
| JP2011122997A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
| JP2011523030A (ja) * | 2008-03-26 | 2011-08-04 | ピエール・ボナ | 人間の呼気を使用してデバイスの制御を可能にするmems検出器のための方法及びシステム |
| CN106404237A (zh) * | 2015-07-29 | 2017-02-15 | 浙江盾安人工环境股份有限公司 | 压力传感器芯片及制备方法、绝压传感器芯片 |
| CN109003964A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-14 | 上海洛丁森工业自动化设备有限公司 | 一种集成式多参量传感芯片、电路板和电子装置 |
-
1999
- 1999-06-18 JP JP11173231A patent/JP2001004470A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088840A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Ube Industries, Ltd. | 圧電薄膜デバイス及びその製造方法 |
| US7562582B2 (en) | 2006-10-20 | 2009-07-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor strain sensor |
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| US8976046B2 (en) | 2008-03-26 | 2015-03-10 | Pierre Bonnat | Method and system for a MEMS detector that enables control of a device using human breath |
| JP2011122997A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
| CN106404237A (zh) * | 2015-07-29 | 2017-02-15 | 浙江盾安人工环境股份有限公司 | 压力传感器芯片及制备方法、绝压传感器芯片 |
| CN109003964A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-14 | 上海洛丁森工业自动化设备有限公司 | 一种集成式多参量传感芯片、电路板和电子装置 |
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