JP2000214022A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 13
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】低コストで高感度な半導体圧力センサを提供す
る。 【解決手段】単結晶シリコン（１１０）基板１のダイア
フラム部２の主表面側に、４つのピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４が形成された半導体センサチップ１０を
備えている。ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４はブリッジ接続され
る。各ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれダイアフラム部
２の変形を検出する感圧素子を構成する。４つのピエゾ
抵抗Ｒ１〜Ｒ４のうちダイアフラム部２近傍に配設され
るピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４は、図１（ｃ）に示す応力分布
のピークに対応した部位に配設されている。
る。 【解決手段】単結晶シリコン（１１０）基板１のダイア
フラム部２の主表面側に、４つのピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４が形成された半導体センサチップ１０を
備えている。ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４はブリッジ接続され
る。各ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれダイアフラム部
２の変形を検出する感圧素子を構成する。４つのピエゾ
抵抗Ｒ１〜Ｒ４のうちダイアフラム部２近傍に配設され
るピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４は、図１（ｃ）に示す応力分布
のピークに対応した部位に配設されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体圧力センサ
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体圧力センサとして、図
３（ａ），（ｂ）に示すように、単結晶シリコン（１１
０）基板１のダイアフラム部２の主表面側に、４つのピ
エゾ抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が形成された半導体セ
ンサチップ１０を備えた半導体圧力センサが知られてい
る。ここに、４つのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、図示しな
い配線によりブリッジ接続されている。なお、各ピエゾ
抵抗Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれダイアフラム部２の変形を検
出する感圧素子を構成している。
３（ａ），（ｂ）に示すように、単結晶シリコン（１１
０）基板１のダイアフラム部２の主表面側に、４つのピ
エゾ抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が形成された半導体セ
ンサチップ１０を備えた半導体圧力センサが知られてい
る。ここに、４つのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、図示しな
い配線によりブリッジ接続されている。なお、各ピエゾ
抵抗Ｒ１〜Ｒ４がそれぞれダイアフラム部２の変形を検
出する感圧素子を構成している。
【０００３】ダイアフラム部２は、異方性エッチング技
術などを利用して単結晶シリコン（１１０）基板１の裏
面側に凹所３を設けることにより形成されている。ここ
において、凹所３は、単結晶シリコン（１１０）基板１
の厚み方向の主表面側ほど（図３（ｂ）における上側ほ
ど）開口面積が小さくなっている。要するに、凹所３
は、断面台形状に形成されている。
術などを利用して単結晶シリコン（１１０）基板１の裏
面側に凹所３を設けることにより形成されている。ここ
において、凹所３は、単結晶シリコン（１１０）基板１
の厚み方向の主表面側ほど（図３（ｂ）における上側ほ
ど）開口面積が小さくなっている。要するに、凹所３
は、断面台形状に形成されている。
【０００４】なお、半導体センサチップ１０は、裏面側
にガラス台座６が接合された形でパッケージ（図示せ
ず）に納装される。ここにおいて、ガラス台座６には、
上記凹所３に連通し圧力を導入するための孔６ａが穿孔
されている。
にガラス台座６が接合された形でパッケージ（図示せ
ず）に納装される。ここにおいて、ガラス台座６には、
上記凹所３に連通し圧力を導入するための孔６ａが穿孔
されている。
【０００５】ところで、上述の４つのピエゾ抵抗Ｒ１〜
Ｒ４のうちの２つのピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ３はダイアフラ
ム部２の中央部に形成され、残りの２つのピエゾ抵抗Ｒ
２，Ｒ４はダイアフラム部２の端部に形成されている。
なお、図３（ａ）の右上の２つの矢印は図３（ａ）にお
ける単結晶シリコン（１１０）基板１の結晶の軸方向を
示す。
Ｒ４のうちの２つのピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ３はダイアフラ
ム部２の中央部に形成され、残りの２つのピエゾ抵抗Ｒ
２，Ｒ４はダイアフラム部２の端部に形成されている。
なお、図３（ａ）の右上の２つの矢印は図３（ａ）にお
ける単結晶シリコン（１１０）基板１の結晶の軸方向を
示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来構
成の半導体圧力センサは、ダイアフラム部２の厚さを薄
くすることにより感度を高めることができるが、使用用
途によってはダイアフラム部２の機械的な強度の観点か
らダイアフラム部２の厚さを５０μｍよりも厚くするこ
とが望まれている。
成の半導体圧力センサは、ダイアフラム部２の厚さを薄
くすることにより感度を高めることができるが、使用用
途によってはダイアフラム部２の機械的な強度の観点か
らダイアフラム部２の厚さを５０μｍよりも厚くするこ
とが望まれている。
【０００７】しかしながら、上記従来構成の半導体圧力
センサでは、ダイアフラム部２の厚さが５０μｍよりも
厚くなると、感度が低下してしまい、ダイアフラム部２
の面積を増大させて感度を向上させる必要があった。こ
のため、半導体センサチップ１０のチップ面積が大きく
なり、１枚のウェハからの半導体センサチップ１０の収
量が少なくなり、コストが高くなってしまうという不具
合があった。
センサでは、ダイアフラム部２の厚さが５０μｍよりも
厚くなると、感度が低下してしまい、ダイアフラム部２
の面積を増大させて感度を向上させる必要があった。こ
のため、半導体センサチップ１０のチップ面積が大きく
なり、１枚のウェハからの半導体センサチップ１０の収
量が少なくなり、コストが高くなってしまうという不具
合があった。
【０００８】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、低コストで高感度な半導体圧力セン
サを提供することにある。
あり、その目的は、低コストで高感度な半導体圧力セン
サを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、厚み方向の主表面側ほど開口面
積が小さくなる凹所が裏面側に設けられることによって
上記主表面側の中央部に薄肉のダイアフラム部が形成さ
れた半導体基板と、該半導体基板の主表面側でダイアフ
ラム部の端部近傍に配設されダイアフラム部の変形を検
出する感圧素子とを備え、上記感圧素子は、ダイアフラ
ム部の厚みに応じてダイアフラム部の端部からの距離が
設定された所定部位に配設されてなることを特徴とする
ものであり、上記感圧素子がダイアフラム部の厚みに応
じて設定された所定部位に配設されていることにより、
ダイアフラム部の厚さによらずダイアフラム部の面積を
変えることなしに感度を向上させることができ、結果と
して低コスト化および高感度化を図ることができる。
目的を達成するために、厚み方向の主表面側ほど開口面
積が小さくなる凹所が裏面側に設けられることによって
上記主表面側の中央部に薄肉のダイアフラム部が形成さ
れた半導体基板と、該半導体基板の主表面側でダイアフ
ラム部の端部近傍に配設されダイアフラム部の変形を検
出する感圧素子とを備え、上記感圧素子は、ダイアフラ
ム部の厚みに応じてダイアフラム部の端部からの距離が
設定された所定部位に配設されてなることを特徴とする
ものであり、上記感圧素子がダイアフラム部の厚みに応
じて設定された所定部位に配設されていることにより、
ダイアフラム部の厚さによらずダイアフラム部の面積を
変えることなしに感度を向上させることができ、結果と
して低コスト化および高感度化を図ることができる。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記所定部位は、ダイアフラム部の厚さが厚いほど
ダイアフラム部の端部から離れた位置に設定されている
ことを特徴とする。
て、上記所定部位は、ダイアフラム部の厚さが厚いほど
ダイアフラム部の端部から離れた位置に設定されている
ことを特徴とする。
【００１１】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、上記所定部位は、応力分布のピークの部位に対応し
ているので、上記感圧素子が応力分布のピークの部位に
配設され、感度が向上する。
て、上記所定部位は、応力分布のピークの部位に対応し
ているので、上記感圧素子が応力分布のピークの部位に
配設され、感度が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】ところで、本願発明者らは、図３
（ａ），（ｂ）に示した従来構成の半導体圧力センサに
おいて、ダイアフラム部２の厚さを５０μｍよりも大き
くした場合における応力分布（圧力をかけた時の応力分
布）を解析したところ、図３（ｃ）に示すな応力分布と
なり、ダイアフラム部２の中央部に形成されたピエゾ抵
抗Ｒ１，Ｒ３は応力のピークに対応した部位に形成され
ているが、ダイアフラム部２の端部に形成されたピエゾ
抵抗Ｒ２，Ｒ４は応力のピークに対応した部位からずれ
ているという知見を得た。
（ａ），（ｂ）に示した従来構成の半導体圧力センサに
おいて、ダイアフラム部２の厚さを５０μｍよりも大き
くした場合における応力分布（圧力をかけた時の応力分
布）を解析したところ、図３（ｃ）に示すな応力分布と
なり、ダイアフラム部２の中央部に形成されたピエゾ抵
抗Ｒ１，Ｒ３は応力のピークに対応した部位に形成され
ているが、ダイアフラム部２の端部に形成されたピエゾ
抵抗Ｒ２，Ｒ４は応力のピークに対応した部位からずれ
ているという知見を得た。
【００１３】本願発明者らは、この知見に基づいて本発
明を行った。
明を行った。
【００１４】本実施形態の半導体圧力センサの基本構成
は図３に示し従来構成と略同じであって、図１（ａ），
（ｂ）に示すように、４つのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４のう
ちダイアフラム部２近傍に配設されるピエゾ抵抗Ｒ２，
Ｒ４が図１（ｃ）に示す応力分布（圧力をかけた時の応
力分布）のピークに対応した部位に配設されている点に
特徴がある。なお、図３に示した従来構成と同様の構成
要素には同一の符号を付して説明を省略する。
は図３に示し従来構成と略同じであって、図１（ａ），
（ｂ）に示すように、４つのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４のう
ちダイアフラム部２近傍に配設されるピエゾ抵抗Ｒ２，
Ｒ４が図１（ｃ）に示す応力分布（圧力をかけた時の応
力分布）のピークに対応した部位に配設されている点に
特徴がある。なお、図３に示した従来構成と同様の構成
要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１５】ここにおいて、ダイアフラム部２の厚さ
と、単結晶シリコン（１１０）基板１の＜１１０＞方向
にかかる圧縮応力（図１（ｃ）における負側の応力）が
ピークになる位置のダイアフラム部２中心からの距離と
の関係を調べた結果の一例を図２に示す。
と、単結晶シリコン（１１０）基板１の＜１１０＞方向
にかかる圧縮応力（図１（ｃ）における負側の応力）が
ピークになる位置のダイアフラム部２中心からの距離と
の関係を調べた結果の一例を図２に示す。
【００１６】図２は、横軸がダイアフラム部２の厚さ、
縦軸が上記圧縮応力がピークになる位置のダイアフラム
部２中心からの距離を示す。また、図２は、半導体セン
サチップ１０のチップサイズを２．６ｍｍ□、単結晶シ
リコン（１１０）基板１の厚さを０．３ｍｍとし、ダイ
アフラム部２のサイズは、＜００１＞方向に平行な方向
の幅Ｈ１（図１（ａ）参照）を０．５８ｍｍ、＜−１１
０＞方向（図１（ａ）の右方向）に平行な方向の幅Ｈ２
（図１（ａ）参照）を０．６３ｍｍとした場合の例であ
り、縦軸の３１５μｍの位置がダイアフラム部２の端部
に相当する。
縦軸が上記圧縮応力がピークになる位置のダイアフラム
部２中心からの距離を示す。また、図２は、半導体セン
サチップ１０のチップサイズを２．６ｍｍ□、単結晶シ
リコン（１１０）基板１の厚さを０．３ｍｍとし、ダイ
アフラム部２のサイズは、＜００１＞方向に平行な方向
の幅Ｈ１（図１（ａ）参照）を０．５８ｍｍ、＜−１１
０＞方向（図１（ａ）の右方向）に平行な方向の幅Ｈ２
（図１（ａ）参照）を０．６３ｍｍとした場合の例であ
り、縦軸の３１５μｍの位置がダイアフラム部２の端部
に相当する。
【００１７】図２の例では、ダイアフラム部２の厚さが
６０μｍよりも小さい場合には上記圧縮応力のピークに
なる位置がダイアフラム部２の端部に近くなっている
が、ダイアフラム部２の厚さが６０μｍよりも大きくな
ると、ダイアフラム部２の厚さが厚くなるほど上記圧縮
応力のピークになる位置がダイアフラム部２の中心から
離れている、つまり、ダイアフラム部２の端部から離れ
ていることが分かる。
６０μｍよりも小さい場合には上記圧縮応力のピークに
なる位置がダイアフラム部２の端部に近くなっている
が、ダイアフラム部２の厚さが６０μｍよりも大きくな
ると、ダイアフラム部２の厚さが厚くなるほど上記圧縮
応力のピークになる位置がダイアフラム部２の中心から
離れている、つまり、ダイアフラム部２の端部から離れ
ていることが分かる。
【００１８】要するに、本実施形態の半導体圧力センサ
では、ダイアフラム部２の厚さが６０μｍよりも厚いよ
うな場合には、該ダイアフラム部２の厚さが厚いほどダ
イアフラム部２の端部から離れた位置に存在する応力分
布のピークに対応する部位（所定部位）にピエゾ抵抗Ｒ
２、Ｒ３を配設すればよい。なお、ダイアフラム部２が
６０μｍよりも小さい場合には、応力分布のピークに対
応する部位がダイアフラム部２の端部に略一致してお
り、また、ピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４は＜−１１０＞方向に
長手方向が沿うように形成されているので、ダイアフラ
ム部２の端部にピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４を形成すれば、当
該ピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４は応力分布のピークに対応する
部位に形成されていることになる。
では、ダイアフラム部２の厚さが６０μｍよりも厚いよ
うな場合には、該ダイアフラム部２の厚さが厚いほどダ
イアフラム部２の端部から離れた位置に存在する応力分
布のピークに対応する部位（所定部位）にピエゾ抵抗Ｒ
２、Ｒ３を配設すればよい。なお、ダイアフラム部２が
６０μｍよりも小さい場合には、応力分布のピークに対
応する部位がダイアフラム部２の端部に略一致してお
り、また、ピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４は＜−１１０＞方向に
長手方向が沿うように形成されているので、ダイアフラ
ム部２の端部にピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４を形成すれば、当
該ピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４は応力分布のピークに対応する
部位に形成されていることになる。
【００１９】しかして、本実施形態の半導体圧力センサ
では、ピエゾ抵抗（感圧素子）Ｒ２，Ｒ４がダイアフラ
ム部２の厚みに応じてダイアフラム部２の端部からの距
離が設定された所定部位に配設されていることにより、
ダイアフラム部２の厚さによらずダイアフラム部２の面
積を変えることなしに感度を向上させることができ、半
導体センサチップ１０のチップ面積を変えることなしに
感度を向上させることができるので、結果として低コス
ト化および高感度化を図ることができる。
では、ピエゾ抵抗（感圧素子）Ｒ２，Ｒ４がダイアフラ
ム部２の厚みに応じてダイアフラム部２の端部からの距
離が設定された所定部位に配設されていることにより、
ダイアフラム部２の厚さによらずダイアフラム部２の面
積を変えることなしに感度を向上させることができ、半
導体センサチップ１０のチップ面積を変えることなしに
感度を向上させることができるので、結果として低コス
ト化および高感度化を図ることができる。
【００２０】
【発明の効果】請求項１の発明は、厚み方向の主表面側
ほど開口面積が小さくなる凹所が裏面側に設けられるこ
とによって上記主表面側の中央部に薄肉のダイアフラム
部が形成された半導体基板と、該半導体基板の主表面側
でダイアフラム部の端部近傍に配設されダイアフラム部
の変形を検出する感圧素子とを備え、上記感圧素子は、
ダイアフラム部の厚みに応じて設定された所定部位に配
設されているので、上記感圧素子がダイアフラム部の厚
みに応じてダイアフラム部の端部からの距離が設定され
た所定部位に配設されていることにより、ダイアフラム
部の厚さによらずダイアフラム部の面積を変えることな
しに感度を向上させることができ、結果として低コスト
化および高感度化を図ることができるという効果があ
る。
ほど開口面積が小さくなる凹所が裏面側に設けられるこ
とによって上記主表面側の中央部に薄肉のダイアフラム
部が形成された半導体基板と、該半導体基板の主表面側
でダイアフラム部の端部近傍に配設されダイアフラム部
の変形を検出する感圧素子とを備え、上記感圧素子は、
ダイアフラム部の厚みに応じて設定された所定部位に配
設されているので、上記感圧素子がダイアフラム部の厚
みに応じてダイアフラム部の端部からの距離が設定され
た所定部位に配設されていることにより、ダイアフラム
部の厚さによらずダイアフラム部の面積を変えることな
しに感度を向上させることができ、結果として低コスト
化および高感度化を図ることができるという効果があ
る。
【００２１】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、上記所定部位は、応力分布のピークの部位に対応し
ているので、上記感圧素子が応力分布のピークの部位に
配設され、感度が向上するという効果がある。
て、上記所定部位は、応力分布のピークの部位に対応し
ているので、上記感圧素子が応力分布のピークの部位に
配設され、感度が向上するという効果がある。
【図１】実施形態を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）のおける応力
分布の説明図である。
は（ａ）のＡ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）のおける応力
分布の説明図である。
【図２】同上の感圧素子の配設位置を決めるための説明
図である。
図である。
【図３】従来例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）における応力分
布の一例の説明図である。
（ａ）のＡ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）における応力分
布の一例の説明図である。
１ 単結晶シリコン（１１０）基板 ２ ダイアフラム部 ３ 凹所 Ｒ１〜Ｒ４ ピエゾ抵抗 １０ 半導体センサチップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西條 隆司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 江田 和夫 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 青木 亮 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE13 FF11 GG16 4M112 AA01 BA01 CA05 CA09 DA02 EA03 FA01
Claims (3)
- 【請求項１】 厚み方向の主表面側ほど開口面積が小さ
くなる凹所が裏面側に設けられることによって上記主表
面側の中央部に薄肉のダイアフラム部が形成された半導
体基板と、該半導体基板の主表面側でダイアフラム部の
端部近傍に配設されダイアフラム部の変形を検出する感
圧素子とを備え、上記感圧素子は、ダイアフラム部の厚
みに応じてダイアフラム部の端部からの距離が設定され
た所定部位に配設されてなることを特徴とする半導体圧
力センサ。 - 【請求項２】 上記所定部位は、ダイアフラム部の厚さ
が厚いほどダイアフラム部の端部から離れた位置に設定
されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体圧力
センサ。 - 【請求項３】 上記所定部位は、応力分布のピークの部
位に対応してなることを特徴とする請求項２記載の半導
体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1638199A JP2000214022A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1638199A JP2000214022A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000214022A true JP2000214022A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=11914714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1638199A Pending JP2000214022A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000214022A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000340805A (ja) * | 1999-04-19 | 2000-12-08 | Motorola Inc | 電子部品および製造方法 |
| US7540198B2 (en) | 2004-06-15 | 2009-06-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
-
1999
- 1999-01-26 JP JP1638199A patent/JP2000214022A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000340805A (ja) * | 1999-04-19 | 2000-12-08 | Motorola Inc | 電子部品および製造方法 |
| US7540198B2 (en) | 2004-06-15 | 2009-06-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040330 |