JPH05312666A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は差圧下で生じる信号の直線性を向上
させて、差圧を精度よく検出し、これによって出力信号
の信頼性を向上させる。 【構成】 内部に枠状の空洞８が形成されて両面にダイ
アフラム９ａ、９ｂが形成された半導体基板２の前記空
洞８内に、台座管３、４を介して測定対象となる流体の
圧力を導入し、この流体の圧力と、前記半導体基板２周
囲にある流体の圧力との差に応じて各ダイアフラム９
ａ、９ｂを歪ませて、これらの各ダイアフラム９ａ、９
ｂに形成された各歪みセンサ１０ａ〜１３ｂによって２
種類の圧力差信号を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力を検出する半導体圧
力センサに係わり、特に差圧下で生じる信号を補償し、
差圧を極めて精度よく検出し得るようにした半導体圧力
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力を検出するためのセンサとして、従
来、半導体を使用した半導体圧力センサが開発されてい
る。

【０００３】この半導体圧力センサは板状に形成された
単結晶シリコンの裏面に凹部を形成してこの部分を薄膜
シリコンダイアフラムにするとともに、この薄膜シリコ
ンダイアフラムの表面に不純物を拡散して形成した少な
くとも１対の半径方向の歪みセンサおよび１対の接線方
向の歪みセンサを有する基板と、この基板の熱膨張率と
ほぼ同じ熱膨張率を持ち、その一端が前記凹部を囲むよ
うに前記基板の裏面に取り付けられる筒状の台座管と、
前記基板の表面に形成された前記各歪みセンサを接続し
てブリッジ回路を構成する配線とを備えており、台座管
を介して前記基板に形成された凹部に一方の流体を導い
て薄膜シリコンダイアフラムの裏面に一方の流体圧を導
くとともに、前記基板の表面側を他方の流体中に浸すこ
とにより、これらの各流体の圧力差に応じて薄膜シリコ
ンダイアフラムを歪ませて各歪みセンサのピエゾ抵抗値
を変化させ、これらの各歪みセンサによって構成される
ブリッジ回路から前記圧力差に応じた電気信号（出力信
号）を出力させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな半導体圧力センサにおいては、測定対象となる各流
体の圧力差と、出力信号の値とがリニアな関係になって
いるのが望ましいが、上記のように従来の半導体圧力セ
ンサでは必ずしも、直線的な出力信号を出力することが
できないため、出力信号に複雑な補正を行ない、出力信
号を直線に近づけなければならないという問題があっ
た。

【０００５】このため、補正回路が複雑になってしまう
とともに、補正処理された出力信号の信頼性が低下して
しまうという問題があった。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑み、差圧下で生じ
る信号の直線性を向上させて、差圧を精度よく検出する
ことができ、これによって出力信号の信頼性を向上させ
ることができる半導体圧力センサを提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による半導体圧力センサは、所定形状の板状
部材によって構成され、その内部に空胴が形成されて前
記板状部材の表面および裏面の前記空洞に対応する部分
がダイアフラムにされるとともに、これらの各ダイアフ
ラム部分に各々、歪みセンサが形成された半導体基板
と、所定形状の筒状部材によって構成され、前記半導体
基板の表面または裏面の少なくともいずれか一方に接合
され、前記半導体基板の前記空洞に圧力を導入する台座
管とを備えたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記の構成において、内部に枠状の空洞が形成
されて両面にダイアフラムが形成された半導体基板の前
記空洞内に、台座管を介して測定対象となる流体の圧力
が導入されたとき、この流体の圧力と、前記半導体基板
周囲にある流体の圧力との差に応じて各ダイアフラムが
歪んで、これらの各ダイアフラムに形成された各歪みセ
ンサによって２種類の圧力差信号が生成される。

【０００９】

【実施例】図１は本発明による半導体圧力センサの一実
施例を示す平面図であり、図２は図１に示す半導体圧力
センサのＡ−Ａ’における断面図であり、図３は図１に
示す半導体圧力センサの裏面図である。

【００１０】これらの図に示す半導体圧力センサ１は半
導体基板２と、２つの台座管３、４とによって構成され
ており、２つの台座管３、４によって支えられている半
導体基板２内に検出対象となる一方の圧力を導くととも
に、前記半導体基板２の周囲に他方の圧力を導くことに
より、前記半導体基板２の表面および裏面に設けられた
差圧歪みセンサによってこれらの圧力差に応じた差圧信
号を生成して、これを出力する。

【００１１】一方の台座管３はパイレックガラス等によ
って形成される円筒状の部材であり、その下端（図２に
おいて下端）が前記半導体基板２の表面中心に接合され
る。

【００１２】また、他方の台座管４は前記台座管３と同
様にパイレックガラス等によって形成される円筒状の部
材であり、その上端（図２において上端）が前記半導体
基板２の裏面中心に接合される。

【００１３】半導体基板２はシリコンのような単結晶半
導体材料を薄い方形にした基板であり、その内部には中
心部分側に方形の空洞５が形成されるとともに、前記半
導体基板２の中心部分に前記空洞５の中心部分と基板の
表面および裏面とを連通する２つの導圧路６、７が形成
され、これらの各導圧路６、７を介して測定対象となる
一方の流体が取り込まれて前記空洞５内に導かれる。

【００１４】また、前記半導体基板２の周辺部分側に
は、前記空洞５と連通する枠状の空洞８が形成され、こ
れによって半導体基板２の表面および裏面の周囲がダイ
アフラム９ａ、９ｂになり、前記空洞８に導入された流
体の圧力と、半導体基板２の外面周囲にある流体の圧力
との差に応じてダイアフラム９ａ、９ｂが歪む。

【００１５】また、前記半導体基板２の表面には、前記
ダイアフラム９ａと対応する部分にボロン等の不純物を
拡散させて半導体基板２の中心から半径方向に伸びる直
線（半径方向の直線）に沿って２つの歪みセンサ１０
ａ、１１ａが形成されるとともに、前記直線と直交する
方向に伸びる直線と直交する方向（接線方向）に２つの
歪みセンサ１２ａ、１３ａが形成されている。

【００１６】また、前記半導体基板２の裏面には、前記
ダイアフラム９ｂと対応する部分にボロン等の不純物を
拡散させて半導体基板２の中心から半径方向に伸びる直
線（半径方向の直線）に沿って２つの歪みセンサ１０
ｂ、１１ｂが形成されるとともに、前記直線と直交する
方向に伸びる直線と直交する方向（接線方向）に２つの
歪みセンサ１２ｂ、１３ｂが形成されている。

【００１７】そして、前記ダイアフラム９ａ、９ｂが歪
んだとき、このダイアフラム９ａ、９ｂの歪みに応じて
各歪みセンサ１０ａ〜１３ｂにピエゾ特性によって抵抗
変化が生じて、これが圧力差を示す信号として出力され
る。

【００１８】次に、図１ないし図３を参照しながら、こ
の実施例の構成と効果との関係について説明する。

【００１９】まず、前記半導体基板２の内部に設けられ
た１つの空洞８によって前記半導体基板２の表面にダイ
アフラム９ａを形成するとともに、前記半導体基板２の
裏面にダイアフラム９ｂを形成し、さらに半導体基板２
の表面に４つの歪みセンサ１０ａ、１１ａ、１２ａ、１
３ａを配置するとともに、前記半導体基板２の裏面にも
４つの歪みセンサ１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂを配
置するようにしているので、各台座管３、４の空洞を介
して空洞８内に流体を導入し、この流体の圧力と半導体
基板２の周囲にある流体の圧力との差に応じて一方のダ
イアフラム９ａが歪んでこのダイアフラム９ａ上の各歪
みセンサ１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａから差圧に応
じた信号が出力されたとき、他方のダイアフラム９ｂも
前記ダイアフラム９ａと同様に歪んでこのダイアフラム
９ｂ上の各歪みセンサ１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ
から前記信号に対応した信号が出力される。

【００２０】これによって、空洞８に１つの圧力を導入
するだけで、一方のダイアフラム９ａ上に形成された各
歪みセンサ１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａから出力さ
れる圧力差を示す信号と、他方のダイアフラム９ｂ上に
形成された各歪みセンサ１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３
ｂから出力される圧力差を示す信号とを出力することが
でき、これによって各信号の信頼性を向上させることが
できる。

【００２１】このようにこの実施例においては、半導体
基板２の内部に枠状の空洞８を形成して前記半導体基板
２の両面にダイアフラム９ａ、９ｂを形成し、１つの圧
力を前記空洞８に導入するだけで、各ダイアフラム９
ａ、９ｂに形成された各歪みセンサ１０ａ〜１３ｂによ
って２種類の圧力差信号を生成するようしたので、差圧
下で生じる信号の直線性を向上させて、差圧を精度よく
検出することができ、これによって出力信号の信頼性を
向上させることができる。

【００２２】また、上述した実施例においては、半導体
基板２内の中心に枠状の空洞８を形成して各ダイアフラ
ム９ａ、９ｂの厚さを同一にして、各ダイアフラム９
ａ、９ｂに形成した各歪みセンサ１０ａ〜１３ｂから同
じ特性の信号を出力させるようにしているが、半導体基
板２内に形成される空洞８の位置を変えて一方のダイア
フラム９ａの厚さと、他方のダイアフラム９ｂの厚さと
を異なる値にして、同一基板上に感度の違う２つの圧力
センサを構成するようにしても良い。

【００２３】これによって、低圧力測定時には、感度の
高い方のセンサ（薄い方のダイアフラムに形成された歪
みセンサ）を用いて圧力測定を行ない、また高圧力測定
時には、感度の低い方のセンサ（厚い方のダイアフラム
に形成された歪みセンサ）を用いて圧力測定を行なうこ
とができ、この結果圧力測定可能な範囲を拡張すること
ができ、極めて広い範囲の圧力を測定することができ
る。

【００２４】また、上述した実施例においては、半導体
基板２の形状を方形にするとともに、前記半導体基板２
内に方形の空洞５と、この空洞５に周囲に枠状の空洞８
とを形成し、さらに前記半導体基板２の各面に各々、円
筒状の台座管３、４を接合するようにしてるが、これら
の形状を他の形状にするようにしても良い。

【００２５】例えば、半導体基板２の形状を方形にし、
これと接合される各台座管３、４の形状にを角筒状にし
たり、半導体基板２の形状を円形にし、これと接合され
る各台座管３、４の形状を円筒状にしたり、半導体基板
２の形状を円形にし、これと接合される各台座管３、４
の形状を角筒状にしたりしても、上述した実施例と同様
な効果を得ることができる。

【００２６】また、上述した実施例においては、２つの
台座管３、４によって半導体基板２内に形成された導圧
路６、７を介して空洞８内に検出対象となる一方の流体
を導くようにしているが、半導体基板２に導圧路６、７
のうち、いずれか一方、例えば導圧路７のみを形成して
一方の台座管４のみを介して空洞８内に検出対象となる
一方の流体を導くようにしても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１においては、差圧下で生じる信号の直線性を向上
させて、差圧を精度よく検出することができ、これによ
って出力信号の信頼性を向上させることができ、また請
求項２においては差圧の測定範囲を広げることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体圧力センサの一実施例を示
す平面図である。

【図２】図１に示す半導体圧力センサのＡ−Ａ’におけ
る断面図である。

【図３】図１に示す半導体圧力センサの裏面図である。

【符号の説明】

１ 半導体圧力センサ ２ 半導体基板 ３，４ 台座管 ５，８ 空洞 ６，７ 導圧路 ９ａ，９ｂ ダイヤフラム １０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１
３ａ，１３ｂ 歪みセンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定形状の板状部材によって構成され、
   その内部に空胴が形成されて前記板状部材の表面および
   裏面の前記空洞に対応する部分がダイアフラムにされる
   とともに、これらの各ダイアフラム部分に各々、歪みセ
   ンサが形成された半導体基板と、 所定形状の筒状部材によって構成され、前記半導体基板
   の表面または裏面の少なくともいずれか一方に接合さ
   れ、前記半導体基板の前記空洞に圧力を導入する台座管
   と、 を備えたことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記半導体基板に形成される各ダイアフ
   ラムは互いに厚さを変えて、一方のダイアフラムを低圧
   力測定用に使用し、他方のダイアフラムを高圧力測定用
   に使用する、 請求項１記載の半導体圧力センサ。