JPH075060A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents
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- JPH075060A JPH075060A JP14378393A JP14378393A JPH075060A JP H075060 A JPH075060 A JP H075060A JP 14378393 A JP14378393 A JP 14378393A JP 14378393 A JP14378393 A JP 14378393A JP H075060 A JPH075060 A JP H075060A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 振動等の生じる条件下で精度良く圧力を検出
でき、かつ、コストがかからない。
【構成】 半導体基板20の下面(一方面側に相当)を
凹ませてダイアフラム21が構成され、かつ、該ダイア
フラム21の上面側(他方面側に相当)にゲージ抵抗2
2が設けられたものであって、前記ダイアフラム21の
前記下面側は平坦であり、前記ダイアフラム21の上面
側には連続する突状部23を残して凹み24が形成さ
れ、前記突状部23には、ゲージ抵抗22が半導体基板
20の結晶方位に応じた方向に形成されたものである。
(57) [Summary] [Purpose] Pressure can be detected accurately under conditions where vibrations occur, and it does not cost much. [Structure] A diaphragm 21 is formed by recessing a lower surface (corresponding to one surface side) of a semiconductor substrate 20, and a gauge resistor 2 is provided on an upper surface side (corresponding to the other surface side) of the diaphragm 21.
2 is provided, the lower surface side of the diaphragm 21 is flat, and a recess 24 is formed on the upper surface side of the diaphragm 21 leaving a continuous protruding portion 23. The gauge resistance 22 is formed in a direction corresponding to the crystal orientation of the semiconductor substrate 20.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、工業計測など
に使用される半導体圧力センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure sensor used for automobiles, industrial measurement and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来半導体圧力センサの圧力検出感度を
向上させるため、種々の提案がされている。一般に、半
導体圧力センサの圧力検出感度を上げるためには、ダイ
アフラムの厚さを薄くすればよいとされる。しかしなが
ら、このダイアフラム厚さを単に薄くしたのでは、図1
1に示すように、圧力に対するセンサ出力の直線性が悪
化してしまう。これは、ダイアフラムを薄くするとバル
ーン効果の影響が大きくなり、図11のように、圧力の
増加に共なうセンサ出力の飽和が生じて非直線性が顕著
になるためである。2. Description of the Related Art Various proposals have been made to improve the pressure detection sensitivity of conventional semiconductor pressure sensors. Generally, in order to increase the pressure detection sensitivity of the semiconductor pressure sensor, it is necessary to reduce the thickness of the diaphragm. However, if the diaphragm thickness is simply reduced,
As shown in FIG. 1, the linearity of the sensor output with respect to the pressure deteriorates. This is because when the diaphragm is made thin, the influence of the balloon effect becomes large, and as shown in FIG. 11, the sensor output is saturated with an increase in pressure and the nonlinearity becomes remarkable.
【0003】このような非直線性を改善するために、従
来、ダイアフラムの一部の肉厚を厚くする構造(ボス構
造と称される)が採用されている。通常の構造の半導体
圧力センサは、例えば図12(a)に示すように、半導
体からなるセンサチップ10下面から凹み11を形成し
て薄くした部分がダイアフラム12となるが、前記のボ
ス構造のセンサチップでは、図12(b)に示すよう
に、そのダイアフラム12の下面側の一部に肉厚を厚く
したボス部13を設け、また、該ダイアフラム12上面
に圧力検出用のゲージ抵抗(圧力による歪み変化を検出
する)を設けている。この種の半導体圧力センサによれ
ば、ボス構造によりダイアフラム12の圧力による伸び
が抑制されるため、バルーン効果が減少し、非直線性が
改善できると言われている。In order to improve such non-linearity, a structure in which a part of the diaphragm is thickened (referred to as a boss structure) has been conventionally used. In a semiconductor pressure sensor having a normal structure, for example, as shown in FIG. 12A, a thin portion formed by forming a recess 11 from a lower surface of a sensor chip 10 made of a semiconductor serves as a diaphragm 12, but the sensor having the boss structure described above. In the chip, as shown in FIG. 12B, a thick boss portion 13 is provided on a part of the lower surface side of the diaphragm 12, and a gauge resistance for pressure detection (due to pressure) is provided on the upper surface of the diaphragm 12. Detecting distortion change) is provided. According to this type of semiconductor pressure sensor, since the boss structure suppresses the expansion of the diaphragm 12 due to the pressure, it is said that the balloon effect is reduced and the nonlinearity can be improved.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記種
類の半導体圧力センサにおいては、ボス部13の重量が
ある程度あるため、センサに振動や加速度が加わる状況
下ではボス部13が重りとなり加速度センサとして動作
してしまい、その振動等を圧力測定の雑音(ノイズ)と
して検出する場合が生じるという問題点があった。However, in the semiconductor pressure sensor of the type described above, since the boss portion 13 has a certain weight, the boss portion 13 becomes a weight and operates as an acceleration sensor under the condition where vibration or acceleration is applied to the sensor. However, there is a problem in that the vibration or the like may be detected as noise of pressure measurement.
【0005】また、前記従来の半導体圧力センサは、図
13に示すように、センサチップ10をガラスなどから
なる台座14上に固着して使用される。その場合、ボス
部13の移動(主にダイアフラム厚さ方向の移動)に対
してボス部13と台座14が干渉し合わないようにする
余裕(マージン)15を設けるために、台座14上面を
エッチング加工して凹みを形成する必要があり、加工工
程が多くなりコストが高いという問題点があった。な
お、図13において、符号16は、前記台座14の上面
及びチップ10下面により包まれる空間にセンサ外部を
連通する孔である。この孔16を介して前記空間に測定
媒体を導入したり、前記空間を大気に開放したりする。Further, as shown in FIG. 13, the conventional semiconductor pressure sensor is used by fixing the sensor chip 10 on a pedestal 14 made of glass or the like. In that case, the upper surface of the pedestal 14 is etched to provide a margin 15 for preventing the boss portion 13 and the pedestal 14 from interfering with each other with respect to the movement of the boss portion 13 (mainly in the diaphragm thickness direction). There is a problem that it is necessary to process and form the dent, and the number of processing steps increases and the cost is high. In FIG. 13, reference numeral 16 is a hole that communicates the outside of the sensor with the space surrounded by the upper surface of the pedestal 14 and the lower surface of the chip 10. A measurement medium is introduced into the space through this hole 16 or the space is opened to the atmosphere.
【0006】ところで、半導体圧力センサには、その使
用目的に応じた圧力レンジ等の検出特性がある。従来の
圧力センサは、ダイアフラムの厚さの設定を変えて、各
種圧力レンジに対応しており、当然のことながら、測定
したい圧力レンジが小さくなるにつれてダイアフラムの
厚さを薄くすることになる。すなわち、従来の半導体圧
力センサは、圧力レンジに対応してコントロールすべき
パラメータがダイアフラム厚のみである。Incidentally, the semiconductor pressure sensor has a detection characteristic such as a pressure range according to the purpose of use. The conventional pressure sensor corresponds to various pressure ranges by changing the setting of the diaphragm thickness, and as a matter of course, the diaphragm thickness is reduced as the pressure range to be measured becomes smaller. That is, in the conventional semiconductor pressure sensor, the parameter to be controlled corresponding to the pressure range is only the diaphragm thickness.
【0007】しかしながら、ある種(第1種)の半導体
(例えばp型シリコンあるいはn型シリコン)板上に他
の種(第2種)の半導体(n型シリコンあるいはp型シ
リコン)層をエピタキシャル成長等により積層したウェ
ハを使用してケミカルエッチングによりダイアフラムを
構成する場合、第1種の半導体板を除去して凹みを設
け、第2種の半導体層がダイアフラムになるため、測定
レンジに応じて種々の厚さの第2種(n型シリコンある
いはp型シリコン)層を持つ半導体基板(材料ウェハ)
を用意する必要があり、コスト上にも(コストが増え
る)工程管理上(各種ウェハにラインが対応しなければ
ならない)にも問題点がある。However, a semiconductor (n-type silicon or p-type silicon) layer of another species (second type) is epitaxially grown on a certain type (first type) semiconductor (for example, p-type silicon or n-type silicon) plate. When a diaphragm is formed by chemical etching using the wafers laminated by, the first type semiconductor plate is removed to form a recess, and the second type semiconductor layer becomes a diaphragm. Semiconductor substrate (material wafer) having a second type (n-type silicon or p-type silicon) layer of thickness
Need to be prepared, and there is a problem in terms of cost (increasing cost) and process control (the line must correspond to various wafers).
【0008】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたものであって、その目的は、振動等の生じる
条件下で精度良く圧力を検出でき、かつ、コストがかか
らない半導体圧力センサを提供することである。また、
圧力検出特性例えば圧力レンジごとに種々の層厚の半導
体基板を用意する必要がない半導体圧力センサを提供す
ることである。The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor which can accurately detect pressure under conditions where vibration or the like occurs and which is inexpensive. Is to provide. Also,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor pressure sensor that does not require preparation of semiconductor substrates having various layer thicknesses for each pressure detection characteristic such as a pressure range.
【0009】[0009]
【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、次の構成を有する。本発明は、半導体基板
の一方面側を凹ませてダイアフラムが構成され、かつ、
該ダイアフラムの他方面側にゲージ抵抗が設けられた半
導体圧力センサにおいて、前記ダイアフラムの前記一方
面側は平坦であり、前記ダイアフラムの他方面側には半
導体基板の結晶方位に応じた方向に連続する突状部を残
して凹みが形成され、前記突状部には、ゲージ抵抗が形
成されたことを特徴とする半導体圧力センサである。The present invention has the following constitution in order to achieve the above object. According to the present invention, a diaphragm is formed by recessing one side of a semiconductor substrate, and
In a semiconductor pressure sensor in which a gauge resistance is provided on the other surface side of the diaphragm, the one surface side of the diaphragm is flat, and the other surface side of the diaphragm is continuous in a direction corresponding to a crystal orientation of a semiconductor substrate. The semiconductor pressure sensor is characterized in that a recess is formed while leaving the protruding portion, and a gauge resistance is formed in the protruding portion.
【0010】また、本発明は、半導体基板の一方面側を
凹ませてダイアフラムが構成され、かつ、該ダイアフラ
ムの他方面側にゲージ抵抗が設けら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一方面側は平坦で
あり、前記ダイアフラムの他方面側には半導体基板の結
晶方位に応じた方向に連続する突状部を残して凹みが形
成され、かつ、圧力検出特性に応じた、前記突状部の幅
W0と前記凹みの幅W1の比W0/W1、あるいは、前記突
状部の厚さt0と前記凹みの部分の厚さt1の比t0/t1
でダイアフラムが形成され、前記突状部には、ゲージ抵
抗が形成されたことを特徴とする半導体圧力センサであ
る。Further, according to the present invention, in a semiconductor pressure sensor in which a diaphragm is formed by recessing one side of a semiconductor substrate, and a gauge resistor is provided on the other side of the diaphragm, the one side of the diaphragm is provided. The side is flat, a recess is formed on the other surface side of the diaphragm leaving a continuous protruding portion in a direction corresponding to the crystal orientation of the semiconductor substrate, and the protruding portion corresponding to the pressure detection characteristic is formed. Ratio W 0 / W 1 of the width W 0 of the recess and the width W 1 of the recess, or the ratio t 0 / t 1 of the thickness t 0 of the protrusion and the thickness t 1 of the recess.
And a gauge resistance is formed on the protruding portion, which is a semiconductor pressure sensor.
【0011】[0011]
【作用】本発明の半導体圧力センサにおいては、ダイア
フラムの一方面側は平坦であるので前記従来のようにボ
ス部を設けていない。したがって、振動の加わるような
状況下で、加速度センサとして動作しないため、その振
動がノイズとならない。In the semiconductor pressure sensor of the present invention, since one side of the diaphragm is flat, the boss portion is not provided unlike the prior art. Therefore, in a situation where vibration is applied, the acceleration sensor does not operate, and the vibration does not become noise.
【0012】また、前記ダイアフラムの他方面側には半
導体基板の結晶方位に応じた方向に連続する突状部を残
して凹みが形成され、前記突状部には、ゲージ抵抗が形
成されているので、凹みを形成してもゲージ抵抗のある
部分は薄くならないため、バルーン効果が減少し圧力に
対するセンサ出力の非直線性が劣化することを防げる。Further, a recess is formed on the other surface side of the diaphragm, leaving a continuous protrusion in a direction corresponding to the crystal orientation of the semiconductor substrate, and a gauge resistance is formed on the protrusion. Therefore, even if the recess is formed, the portion having the gauge resistance is not thinned, so that the balloon effect is reduced and the non-linearity of the sensor output with respect to the pressure is prevented from being deteriorated.
【0013】また、圧力検出特性例えば圧力レンジに応
じて、前記突状部の幅W0と前記凹みの幅W1の比W0/
W1、あるいは、前記突状部の厚さt0と前記凹みの部分
の厚さt1の比t0/t1でダイアフラムが形成する。こ
のため、ある種(第1種)の導電型半導体(例えばp型
シリコン)板上に他の種(第2種)の導電型半導体(例
えばn型シリコン)層をエピタキシャル成長等により積
層した半導体基板(材料ウェハ)を使用する場合におい
て、ケミカルエッチングにより第1種導電型半導体板を
除去して、第2種導電型層でダイアフラムを形成すると
き、材料になる半導体基板には測定レンジに応じて種々
の厚さの第2導電型層を持つ半導体基板を用意する必要
がない。したがって、種々の層厚の半導体基板(材料ウ
ェハ)を用意しなくても種々の圧力検出特性に対応した
半導体圧力センサを製造することができる。また、単一
の導電型の半導体からなる半導体基板を使用した場合
に、一方面から所定深さ凹ませてダイアフラムを構成す
る場合に、その凹みの深さが種々の半導体基板を用意す
る必要がない。Further, the ratio W 0 / the width W 0 of the protrusion and the width W 1 of the recess is determined according to the pressure detection characteristic, for example, the pressure range.
The diaphragm is formed with W 1 , or the ratio t 0 / t 1 of the thickness t 0 of the protrusion and the thickness t 1 of the recess. Therefore, a semiconductor substrate in which a conductive semiconductor (for example, p-type silicon) plate of a certain type (first type) and a conductive semiconductor (for example, n-type silicon) of another type (second type) are stacked by epitaxial growth or the like. When a (material wafer) is used, the first-conductivity-type semiconductor plate is removed by chemical etching, and the diaphragm is formed by the second-conductivity-type layer. It is not necessary to prepare a semiconductor substrate having a second conductivity type layer having various thicknesses. Therefore, it is possible to manufacture semiconductor pressure sensors corresponding to various pressure detection characteristics without preparing semiconductor substrates (material wafers) having various layer thicknesses. Further, when a semiconductor substrate made of a single conductivity type semiconductor is used and a diaphragm is formed by denting a predetermined depth from one surface, it is necessary to prepare semiconductor substrates having various dent depths. Absent.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。本発明の実施例は、図1に示すチップ形状
の半導体圧力センサである。図1の(a)は該チップの
平面構成図、(b)は(a)のI−I線に沿う該チップ
の側断面構成図である。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is the chip-shaped semiconductor pressure sensor shown in FIG. FIG. 1A is a plan configuration diagram of the chip, and FIG. 1B is a side sectional configuration diagram of the chip taken along the line I-I of FIG.
【0015】図1に示すように、実施例の半導体圧力セ
ンサは、半導体基板20の下面側(一方面側に相当)を
凹ませてダイアフラム21が構成され、かつ、該ダイア
フラム21の上面側(他方面側に相当)にゲージ抵抗2
2が設けられたものであって、前記ダイアフラム21の
前記下面側は平坦であり、前記ダイアフラム21の上面
側には連続する突状部23を残して凹み24が形成さ
れ、前記突状部23には、ゲージ抵抗22が半導体基板
20の結晶方位に応じた方向に形成されたものである。As shown in FIG. 1, in the semiconductor pressure sensor of the embodiment, the diaphragm 21 is formed by denting the lower surface side (corresponding to one surface side) of the semiconductor substrate 20, and the upper surface side of the diaphragm 21 ( Gauge resistance 2 on the other side)
2 is provided, the lower surface side of the diaphragm 21 is flat, and a recess 24 is formed on the upper surface side of the diaphragm 21 leaving a continuous protruding portion 23. The gauge resistance 22 is formed in a direction corresponding to the crystal orientation of the semiconductor substrate 20.
【0016】実施例の半導体基板20は、図1の(b)
に示すように、p型シリコン層の基部25上にn型シリ
コン層からなるダイアフラム形成部26が積層されてお
り、このp型シリコン基板を下方からダイアフラム形成
部26の下限までエッチングして形成するものである。
また、前記ダイアフラム21の下面側はこのエッチング
により平坦に形成されており、従来の半導体圧力センサ
のボス部のような厚肉部は形成されない。The semiconductor substrate 20 of the embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, a diaphragm forming portion 26 made of an n-type silicon layer is laminated on the base portion 25 of the p-type silicon layer, and this p-type silicon substrate is formed by etching from below to the lower limit of the diaphragm forming portion 26. It is a thing.
Further, the lower surface side of the diaphragm 21 is formed flat by this etching, and a thick portion such as the boss portion of the conventional semiconductor pressure sensor is not formed.
【0017】また、実施例の半導体基板20は、その結
晶方位が(110)のウェハから構成されるものであ
る。この半導体基板20の場合、その上面には、該基板
20の周辺部20aを残して四角形形状の凹み24(図
1中斜線で示す)がエッチングにより2箇所形成され、
かつ、この2箇所の凹み24間に<110>方向に沿っ
てほぼ直線的に連続する突状部23が形成されている。The semiconductor substrate 20 of the embodiment is composed of a wafer whose crystal orientation is (110). In the case of this semiconductor substrate 20, two rectangular recesses 24 (indicated by diagonal lines in FIG. 1) are formed on the upper surface of the substrate 20 by etching, leaving the peripheral portion 20a of the substrate 20,
In addition, between these two recesses 24, a protrusion 23 that is substantially linearly continuous is formed along the <110> direction.
【0018】また、前記突状部23の上面側にはゲージ
抵抗22が前記<110>方向に沿って配列されてお
り、突状部23の両端部の前記基板周辺部20aに近い
箇所に各1つのゲージ抵抗22が、また、突状部23の
中央部には並列に2つのゲージ抵抗22が配列されてい
る。Gauge resistors 22 are arranged on the upper surface side of the protrusion 23 along the <110> direction, and at both ends of the protrusion 23 near the substrate peripheral portion 20a. One gauge resistor 22 is arranged, and two gauge resistors 22 are arranged in parallel at the center of the protrusion 23.
【0019】以上のように、この実施例では突状部23
の形成方向とゲージ抵抗22の配設方向が同じである。
しかしながら、本発明はこれに限定されず、ゲージ抵抗
がウェハの結晶方位に対して検出可能な方向に配設され
ていれば他の状態(他の箇所、他の個数)で配設するこ
とができる。ゲージ抵抗22と結晶方位に関して、例え
ば藤倉電線技報第66号(昭和58年9月発行)があ
る。また、半導体基板はn型基板上にp型層が積層され
たもの、または、n型あるいはp型のみからなる基板も
本発明の範囲内である。As described above, in this embodiment, the protrusion 23
Forming direction and the disposing direction of the gauge resistor 22 are the same.
However, the present invention is not limited to this, and if the gauge resistance is arranged in a direction detectable with respect to the crystal orientation of the wafer, it may be arranged in other states (other places, other numbers). it can. Regarding the gauge resistance 22 and the crystal orientation, there is, for example, Fujikura Electric Wire Technical Report No. 66 (issued in September 1983). Further, a semiconductor substrate in which a p-type layer is laminated on an n-type substrate, or a substrate consisting of n-type or p-type is also within the scope of the present invention.
【0020】また、実施例のような本発明による構成
で、非直線性が劣化せずに圧力感度が上昇する。これは
次の理由による。図2は、ゲージ抵抗22の周辺の、突
状部23長手方向横断面を拡大して示すものである。Further, in the structure according to the present invention as in the embodiment, the pressure sensitivity is increased without deteriorating the non-linearity. This is for the following reason. FIG. 2 is an enlarged view of a cross section of the protruding portion 23 in the longitudinal direction around the gauge resistor 22.
【0021】図2のように、基板の上面(ゲージ抵抗2
2形成側)のエッチングにより突状部23以外の箇所に
凹み24を形成して薄膜部21aを形成している。圧力
が印加されるとダイアフラム21が湾曲し、このさい、
ダイアフラム21の湾曲の中立面(湾曲時に伸び・縮み
しない面)は、図2中、ほぼ符号eで示すようになる。
この場合の中立面eは、薄膜部21aの形成されていな
い元の状態のダイアフラム21の中立面fよりも下方に
移動しゲージ抵抗22から遠くなる。これは、ちょうど
梃子の支点が移動したことと同様であるから、当然、ダ
イアフラム21湾曲時のゲージ抵抗22への応力は増大
する。As shown in FIG. 2, the upper surface of the substrate (gauge resistance 2
By etching the second formation side), a recess 24 is formed in a portion other than the protrusion 23 to form the thin film portion 21a. When pressure is applied, the diaphragm 21 bends,
The neutral surface of the diaphragm 21 (the surface that does not expand or contract during bending) is substantially indicated by the symbol e in FIG.
In this case, the neutral surface e moves below the neutral surface f of the diaphragm 21 in the original state where the thin film portion 21a is not formed, and becomes far from the gauge resistance 22. This is similar to the fact that the fulcrum of the lever has just moved, so that the stress on the gauge resistance 22 when the diaphragm 21 bends naturally increases.
【0022】つまり、ゲージ抵抗22の存在する部分の
ダイアフラム21の厚さを薄くせずにセンサの感度を上
げることができる。また、ゲージ抵抗22のある突状部
23のダイアフラム21の厚さは厚く、薄くないため、
その部分の伸びは小さく、バルーン効果等が生じ難く、
非直線性は劣化しない。また、この実施例のセンサチッ
プをガラスからなる台座上に載置固定する場合に、例え
ば前記図13に示したセンサチップ10のように、台座
14をエッチング加工する必要がなく、製造コストが低
減する。That is, the sensitivity of the sensor can be increased without reducing the thickness of the diaphragm 21 in the portion where the gauge resistor 22 is present. Further, since the thickness of the diaphragm 21 of the protrusion 23 having the gauge resistance 22 is thick and not thin,
The stretch of that part is small, the balloon effect etc. are hard to occur,
Non-linearity does not deteriorate. Further, when the sensor chip of this embodiment is mounted and fixed on the pedestal made of glass, it is not necessary to etch the pedestal 14 unlike the sensor chip 10 shown in FIG. 13, and the manufacturing cost is reduced. To do.
【0023】次に実施例のセンサチップの製造工程の一
例を説明する。図3の(a)〜(e)に製造工程の各段
階のチップを示し、図4にその説明図を示す。まず、図
3の(a)のように、出発ウェハはp型半導体のウェハ
28である。この場合、結晶方位は(110)である。
その後、このウェハ28は上層にn型半導体層28aが
エピタキシャル成長等により形成される。Next, an example of the manufacturing process of the sensor chip of the embodiment will be described. 3 (a) to 3 (e) show a chip at each stage of the manufacturing process, and FIG. 4 shows an explanatory view thereof. First, as shown in FIG. 3A, the starting wafer is a p-type semiconductor wafer 28. In this case, the crystal orientation is (110).
After that, the n-type semiconductor layer 28a is formed on the upper surface of the wafer 28 by epitaxial growth or the like.
【0024】次いで、前記ウェハ28を熱酸化し、上下
表面にSiO2膜29を成膜する。その後、フォトマス
ク、フォトレジストを使用したエッチングによりゲージ
抵抗22を形成しようとする箇所のSiO2膜29を選
択的に除去し、窓明を行う。この窓明後に拡散させ、窓
開け箇所のシリコンをn型からp+ に変化させる。この
p+ に変化した拡散層がゲージ抵抗22になる。このよ
うにゲージ抵抗22を形成した状態ウェハ断面構成は図
3の(b)(図4(a)のIII−III線断面図)に示すよ
うになり、平面構成は図4の(a)に示すようになる。Next, the wafer 28 is thermally oxidized to form a SiO 2 film 29 on the upper and lower surfaces. After that, the SiO 2 film 29 at the location where the gauge resistor 22 is to be formed is selectively removed by etching using a photomask and a photoresist, and a window is formed. Diffusion is performed after the window is exposed, and the silicon at the window opening is changed from n-type to p + . The diffusion layer changed to p + becomes the gauge resistance 22. The cross-sectional structure of the wafer with the gauge resistor 22 thus formed is as shown in FIG. 3B (cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 4A), and the planar structure is shown in FIG. As shown.
【0025】次いで、図3の(c)に示すように、ウェ
ハ28を下面から上面に向けてエッチングを行い、ダイ
アフラム21を形成する。この場合、エッチストップに
よりp型半導体をエッチングしn型半導体層28aを残
す手法、あるいは、p型半導体のエッチング時間により
ダイアフラム21の厚さを決定する手法のいずれを用い
てもよい。Then, as shown in FIG. 3C, the wafer 28 is etched from the lower surface to the upper surface to form the diaphragm 21. In this case, either a method of etching the p-type semiconductor by etching stop and leaving the n-type semiconductor layer 28a, or a method of determining the thickness of the diaphragm 21 by the etching time of the p-type semiconductor may be used.
【0026】次いで、ウェハ28のアルミニウム等から
なる電極30を形成する。電極30を形成した状態のウ
ェハ28の断面構成は図3の(d)(図4(b)のIV−
IV線断面図)に示すように、平面構成は図4の(b)に
示すようになる。Next, an electrode 30 made of aluminum or the like for the wafer 28 is formed. The cross-sectional structure of the wafer 28 with the electrodes 30 formed is shown in FIG. 3D (IV- in FIG. 4B).
As shown in FIG. 4B, the plan configuration is as shown in FIG. 4B.
【0027】次いで、ウェハ28を上面からエッチング
して突状部23を残してダイアフラム21の薄膜部21
aを形成する。以上のようにして、実施例の半導体チッ
プが製造される。Next, the wafer 28 is etched from the upper surface to leave the protrusions 23 and the thin film portion 21 of the diaphragm 21.
a is formed. The semiconductor chip of the embodiment is manufactured as described above.
【0028】次に実施例の半導体圧力センサにおいて、
突状部23の端W0、2つの凹みの幅W1や突状部23の
厚さt0凹み24の厚さt1の寸法決定について説明す
る。図5に示すチップ形状の半導体圧力センサのように
各幅W0、W1、各厚さt0、t1が定義される。図5の
(a)は該チップの(b)のV−V線断面構成図、
(b)は該チップの平面構成図である。Next, in the semiconductor pressure sensor of the embodiment,
End W 0 of the protrusion 23, two recessed width W 1 and the projecting portion 23 the thickness t 0 recess 24 dimensioned thickness t 1 for the will be described. As in the chip-shaped semiconductor pressure sensor shown in FIG. 5, the widths W 0 and W 1 and the thicknesses t 0 and t 1 are defined. 5A is a sectional view taken along line VV of FIG. 5B of the chip,
(B) is a plan view of the chip.
【0029】この場合の半導体圧力センサにおいては、
ダイアフラム21は、この半導体センサに要請される圧
力レンジに応じた、前記突状部23の幅W0と前記2つ
の凹み24の幅(2つの凹みの内側面間の幅)W1の比
W0/W1、あるいは、前記突状部23の厚さt0と前記
凹み24の部分の厚さt1の比t0/t1に形成され、前
記突状部23には、ゲージ抵抗22が形成されている。
なお、この場合の半導体圧力センサチップの製造工程は
前記図3と同様に行い、凹み24の形成の設定を変える
だけが異なるので、その説明は略する。In the semiconductor pressure sensor in this case,
The diaphragm 21 has a ratio W of the width W 0 of the protrusion 23 and the width of the two recesses 24 (width between inner surfaces of the two recesses) W 1 according to the pressure range required for the semiconductor sensor. 0 / W 1 or a ratio t 0 / t 1 of the thickness t 0 of the protrusion 23 and the thickness t 1 of the recess 24, and the gauge resistance 22 is formed in the protrusion 23. Are formed.
The manufacturing process of the semiconductor pressure sensor chip in this case is performed in the same manner as in FIG. 3, and only the setting of the recess 24 is changed, and therefore the description thereof is omitted.
【0030】このように、前記幅W0とW1の比W0/
W1、あるいは、前記厚さt0とt1の比t0/t1を変え
ることによって、圧力に対する感度を変えることができ
る。これにより、要請される圧力レンジに応じた圧力セ
ンサを構成することができる(通常の半導体圧力センサ
は、前記幅W0とW1の比W0/W1=1、前記厚さt0と
t1の比t0/t1=1である)。つまり、材料であるウ
ェハの仕様を変えず、製造条件をほとんどに変えずに各
種の圧力レンジに対応する圧力センサを構成することが
できる。Thus, the ratio of the widths W 0 and W 1 W 0 /
The sensitivity to pressure can be changed by changing W 1 or the ratio t 0 / t 1 of the thicknesses t 0 and t 1 . This makes it possible to construct a pressure sensor according to the required pressure range (in a normal semiconductor pressure sensor, the ratio W 0 / W 1 = 1 of the widths W 0 and W 1 and the thickness t 0 ). The ratio of t 1 is t 0 / t 1 = 1). That is, it is possible to configure a pressure sensor corresponding to various pressure ranges without changing the specifications of the wafer that is the material and changing the manufacturing conditions to almost the same.
【0031】ここで、上記のような寸法設定の原理を説
明するため、チップ上面に凹みを設けたものと、前記幅
W0とW1の比W0/W1あるいは前記厚さt0とt1の比t
0/t1を変えて種々に構成した半導体チップの調査例を
説明する。まず、前記幅W0とW1の比W0/W1を変化さ
せた場合について説明する。[0031] Here, for explaining the principle of dimensioning the above, and those provided with a recess in the chip upper surface, and the width W 0 and W ratio W 0 / W 1 or the thickness t 0 of 1 ratio of t 1 t
A description will be given of a survey example of semiconductor chips having various configurations by changing 0 / t 1 . First, the case of changing the ratio W 0 / W 1 of the width W 0 and W 1.
【0032】この場合、図6(a)〜(c)に示すよう
な(この図では<110>方向の1/2で横断した構成
を示す)(110)方位の半導体チップのモデル:モデ
ル1、モデル2、モデル3を用いた。モデル1は、ダイ
アフラムに上部からの凹みを設けないもの、モデル2は
凹み24を設けダイアフラム21の中央部に細長く連続
する突状部23を設けたもの、モデル3は、ダイアフラ
ム21の中央部に比較的幅広い突状部23を設けたもの
である。In this case, as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c) (in this figure, a configuration of crossing at 1/2 of the <110> direction is shown), a model of a semiconductor chip having a (110) orientation: model 1 , Model 2 and model 3 were used. The model 1 is one in which the diaphragm is not provided with a recess from above, the model 2 is provided with a recess 24 and is provided with an elongated continuous projection 23 in the center of the diaphragm 21, and the model 3 is in the center of the diaphragm 21. A relatively wide protrusion 23 is provided.
【0033】また、図7の(a)、(b)ではこの半導
体チップをさらに幅方向中央から分割した1/4モデル
の平面図、側面図を示し、また、(c)では前記1/2
モデルのダイアフラムを示しており、この図7に示すよ
うに、前記中央の線からの突状部の1/2幅をA、ダイ
アフラムの1/2幅をB、凹みの深さをC、突状部の厚
さをD、ダイアフラムの薄膜部の厚さをD−Cとした場
合の、各モデル1〜3の各サイズA〜D、及び、各厚さ
D−Cのデータ例は、チップエッジからチップ中心まで
の距離を1とした比で表せば図8に示すようになる。Further, FIGS. 7A and 7B show a plan view and a side view of a 1/4 model obtained by further dividing the semiconductor chip from the center in the width direction, and FIG.
FIG. 7 shows a model diaphragm. As shown in FIG. 7, a half width of the protrusion from the center line is A, a half width of the diaphragm is B, a depth of the depression is C, and a protrusion is C. The data examples of the sizes A to D of the models 1 to 3 and the thicknesses D to C where the thickness of the cylindrical portion is D and the thickness of the thin film portion of the diaphragm is D to C are If the distance from the edge to the center of the chip is set to 1, the ratio is as shown in FIG.
【0034】これら、モデル1〜3について、有限要素
法を用いて圧力を加えた場合の曲げ応力に関してシュミ
ュレーションを行なった。その結果を図9に示す。図9
は、チップ中心から突状部の長手方向つまり図7のチッ
プでは<110>方向の歪み分布をチップエッジからチ
ップ中心にかけて検出したものである。With respect to these models 1 to 3, simulation was carried out on bending stress when pressure was applied using the finite element method. The result is shown in FIG. Figure 9
Shows the strain distribution in the longitudinal direction of the protrusion from the chip center, that is, in the <110> direction of the chip of FIG. 7, detected from the chip edge to the chip center.
【0035】図9から、いずれのモデル1〜3もチップ
周囲からダイアフラムに変わる点(ダイアフラムエッ
ジ、チップエッジから1/2の点)の付近で最大引っ張
り歪みが生じており、その中で、前記凹みを形成しない
モデル1より前記凹みを形成したモデル2及びモデル3
のほうが歪みが大きい。このことは、ダイアフラムの上
部に凹みを設ければ歪みが大きくなり、圧力検出感度が
上がり、低いレンジの圧力を検出可能になることを示し
ているものである。また、モデル2とモデル3を比較す
ればモデル2の歪が大きい。このことは、ダイアフラム
の上部の凹みの幅W1をより大きくし、あるいは突状部
の幅W0をより小さくするよう設定すれば、より歪みが
大きくなり、圧力検出感度がより上がり、圧力検出レン
ジをより下げることができることを示している。From FIGS. 9A and 9B, in any of the models 1 to 3, the maximum tensile strain is generated near the point where the periphery of the chip changes to the diaphragm (diaphragm edge, 1/2 point from the chip edge). Model 2 and model 3 in which the above-mentioned dent is formed from model 1 in which no dent is formed
Is more distorted. This shows that if a recess is provided in the upper part of the diaphragm, the strain increases, the pressure detection sensitivity increases, and it is possible to detect pressure in a low range. Further, comparing model 2 and model 3, the distortion of model 2 is large. This means that if the width W 1 of the recess in the upper part of the diaphragm is set to be larger or the width W 0 of the protrusion is set to be smaller, the strain becomes larger, the pressure detection sensitivity becomes higher, and the pressure detection sensitivity becomes higher. It shows that the range can be lowered further.
【0036】さらに、前記厚さt0とt1の比t0/t1を
変化させた場合について説明する。この場合、図7に示
す薄膜部の厚さD−Cを変えたもので、図8に示す前記
モデル2と厚さD−Cの異なるモデル4、5である。図
10に全モデルの歪みの検出結果を示す。Furthermore, the case of changing the ratio t 0 / t 1 of the thickness t 0 and t 1. In this case, the thickness D-C of the thin film portion shown in FIG. 7 is changed, and the models 2 and 5 shown in FIG. 8 have different thicknesses D-C. FIG. 10 shows the distortion detection results of all models.
【0037】図10から、前記モデル2よりもモデル
4、5の方が歪みは大きく、したがって、ダイヤフラム
上部の凹みを深くし、ダイヤフラムの薄膜部の厚さをよ
り薄くすれば、検出感度が高く検出レンジが低くなるこ
とを示している。なお、前記実施例では平面形状が角形
のダイヤフラムを例にしたが、丸形、その他形状のダイ
ヤフラムでも本発明の範囲で、効果を得られる。From FIG. 10, the strain is larger in the models 4 and 5 than in the model 2, and therefore, the detection sensitivity is increased by making the recess on the upper portion of the diaphragm deeper and making the thin film portion of the diaphragm thinner. It shows that the detection range becomes low. In the above-mentioned embodiment, the diaphragm having a square planar shape is taken as an example, but a diaphragm having a round shape or other shapes can also obtain the effect within the scope of the present invention.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、振動
等の生じる条件下で精度良く圧力を検出でき、かつ、台
座に対する加工が不要のためコストダウンを図ることが
できる。また、測定レンジごとに種々の層厚の半導体基
板を用意する必要がない。また、材料ウェハが一種類で
も製造条件をほとんど変えずに種々の圧力検出特性の圧
力センサを構成することができる。これにより、工程管
理がしやすく、歩留りが良好である。また、一種類の材
料を購入すればよいためコストダウンを図れる。また、
必要があれば、同一ウェハ内に同一製造条件で圧力レン
ジの異なるチップを得ることができる。As described above, according to the present invention, the pressure can be accurately detected under the condition that vibration or the like occurs, and the cost can be reduced because the pedestal need not be processed. Further, it is not necessary to prepare semiconductor substrates having various layer thicknesses for each measurement range. Further, even if only one type of material wafer is used, it is possible to configure pressure sensors having various pressure detection characteristics without changing manufacturing conditions. Thereby, the process control is easy and the yield is good. Further, since it is sufficient to purchase one type of material, the cost can be reduced. Also,
If necessary, chips with different pressure ranges can be obtained in the same wafer under the same manufacturing conditions.
【図1】(a)、(b)は、本発明の実施例の半導体圧
力センサチップの平面図、側断面図である。1A and 1B are a plan view and a side sectional view of a semiconductor pressure sensor chip according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1のセンサチップの要部側断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of a main part of the sensor chip of FIG.
【図3】(a)〜(e)は、半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図である。3A to 3E are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor pressure sensor.
【図4】(a)、(b)は製造工程を説明する平面図で
ある。4A and 4B are plan views illustrating a manufacturing process.
【図5】(a)、(b)は、本発明の実施例の半導体圧
力センサチップの寸法設定を説明するための側断面図、
平面図である。5 (a) and 5 (b) are side sectional views for explaining the dimension setting of the semiconductor pressure sensor chip of the embodiment of the present invention,
It is a top view.
【図6】(a)〜(c)は本発明の原理を説明するため
の半導体圧力センサチップの各モデル説明図である。6 (a) to 6 (c) are model explanatory views of a semiconductor pressure sensor chip for explaining the principle of the present invention.
【図7】(a)〜(c)は本発明の原理を説明するため
の半導体圧力センサチップの各モデルの、各部サイズ説
明図である。7 (a) to 7 (c) are size explanatory diagrams of each part of each model of the semiconductor pressure sensor chip for explaining the principle of the present invention.
【図8】本発明の原理を説明するための半導体圧力セン
サチップの各モデルの、各部サイズ説明図である。FIG. 8 is a size explanatory diagram of each part of each model of the semiconductor pressure sensor chip for explaining the principle of the present invention.
【図9】各モデル歪み測定結果例の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of an example of measurement results of model distortions.
【図10】各モデル歪み測定結果例の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of an example of each model distortion measurement result.
【図11】従来のセンサの圧力検出結果例である。FIG. 11 is an example of a pressure detection result of a conventional sensor.
【図12】(a)、(b)は従来の通常構造の圧力セン
サチップ、ボス部を有する圧力センサのチップの各例で
ある。12A and 12B are examples of a conventional pressure sensor chip having a normal structure and a pressure sensor chip having a boss.
【図13】従来の台座に載置した圧力センサのチップ例
である。FIG. 13 is an example of a conventional pressure sensor chip mounted on a pedestal.
20 半導体基板 21 ダイアフラム 22 ゲージ抵抗 23 突状部 24 凹み 20 Semiconductor Substrate 21 Diaphragm 22 Gauge Resistance 23 Projection 24 Depression
Claims (2)
フラムが構成され、かつ、該ダイアフラムの他方面側に
ゲージ抵抗が設けら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一方面側は平坦であり、 前記ダイアフラムの他方面側には半導体基板の結晶方位
に応じた方向に連続する突状部を残して凹みが形成さ
れ、 前記突状部には、ゲージ抵抗が形成されたことを特徴と
する半導体圧力センサ。1. A semiconductor pressure sensor in which a diaphragm is formed by denting one side of a semiconductor substrate, and a gauge resistor is provided on the other side of the diaphragm, wherein the one side of the diaphragm is flat. And a recess is formed on the other surface side of the diaphragm leaving a continuous protrusion in a direction corresponding to the crystal orientation of the semiconductor substrate, and the protrusion has a gauge resistance. Semiconductor pressure sensor.
フラムが構成され、かつ、該ダイアフラムの他方面側に
ゲージ抵抗が設けら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一方面側は平坦であり、 前記ダイアフラムの他方面側には半導体基板の結晶方位
に応じた方向に連続する突状部を残して凹みが形成さ
れ、かつ、圧力検出特性に応じた、前記突状部の幅W0
と前記凹みの幅W1の比W0/W1、あるいは、前記突状
部の厚さt0と前記凹みの部分の厚さt1の比t0/t1で
ダイアフラムが形成され、 前記突状部には、ゲージ抵抗が形成されたことを特徴と
する半導体圧力センサ。2. A semiconductor pressure sensor in which a diaphragm is formed by denting one side of a semiconductor substrate, and a gauge resistor is provided on the other side of the diaphragm, wherein the one side of the diaphragm is flat. And a recess W is formed on the other surface side of the diaphragm leaving a continuous protrusion in a direction corresponding to the crystal orientation of the semiconductor substrate, and the width W 0 of the protrusion corresponding to the pressure detection characteristic.
And the width W 1 of the recess is W 0 / W 1 , or the ratio t 0 / t 1 of the thickness t 0 of the protrusion and the thickness t 1 of the recess is formed to form a diaphragm, A semiconductor pressure sensor characterized in that a gauge resistance is formed on the protrusion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14378393A JPH075060A (en) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | Semiconductor pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14378393A JPH075060A (en) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | Semiconductor pressure sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH075060A true JPH075060A (en) | 1995-01-10 |
Family
ID=15346905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14378393A Pending JPH075060A (en) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | Semiconductor pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH075060A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1993
- 1993-06-15 JP JP14378393A patent/JPH075060A/en active Pending
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