JPH0533018Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、シリコンのダイヤフラムに形成され
たゲージで測定圧力に対応した電気抵抗の変化と
してこの測定圧力を検出する半導体圧力センサに
係り、特にそのダイヤフラムの構成を改良した半
導体圧力センサに関する。

〈従来の技術〉 第３図は従来の半導体圧力センサの構成を示す
縦断面図である。

１０はｎ形のシリコン単結晶で作られたダイヤ
フラムであり凹部１１を有し、このダイヤフラム
１０は凹部１１の形成により単結晶の厚さの薄く
なつた起歪部１２とその周辺の固定部１３とを有
している。

起歪部１２と固定部１３との境界の付近にはゲ
ージ１４が不純物の拡散により伝導形がＰ形とし
て形成されている。ダイヤフラム１０の上面はゲ
ージ１４を保護するため酸化膜（SiO₂）１５で
覆われている。

固定部１３は測定圧力Ｐを導入する貫通孔１６
を有するシリコンの基板１７に例えばガラス薄膜
などを介して陽極接合などにより固定され、更に
基板１７は金属性の筐体１８に接合されている。

測定圧力Ｐがダイヤフラム１０に印加される
と、これによつて起歪部１２に歪みが生じ、この
歪みがゲージ１４に伝達され測定圧力Ｐに対応し
てゲージ１４の抵抗が変化する。従つて、ゲージ
１４の抵抗変化から測定圧力を求めることができ
る。

第４図はこの様な半導体圧力センサを作るため
の工程の概要を示す工程図である。

第４図イはｎ形のシリコン基板１９の所定の位
置に例えばＰ形の不純物を拡散することにより測
定圧力に感知するゲージ１４を形成し、この上を
酸化膜１５で覆う工程を示している。

この後、第４図ロに示すようにシリコン基板１
９のゲージ形成側とは反対側に研削或いはエツチ
ングなどの手段により凹部１１を作り、これによ
り起歪部１２を形成する。

以上のようにして作られたダイヤフラム１０は
第４図ハに示すように基板１７と例えば陽極接合
などの接合方法により接合する。

次に基板１７で絶縁されたダイヤフラム１０は
金属製の筐体１８に固定される（第４図ニ）。

第３図に示す半導体圧力センサは概略以上のよ
うな工程をへて作られている。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この様な従来の半導体圧力セン
サには次のような問題点がある。

(イ) 凹部１１を研削で形成する場合、特に圧力レ
ンジが低いときは300〜500μmの厚みを持つシ
リコン基板１９を50μm程度まで削る必要があ
り、このため起歪部１２の厚さを正確に制御す
るのが難しい。また、研削加工の場合には第５
図に示すように起歪部の底部に突起２０が残り
易く平坦に加工することがむづかしい。

その上、シリコン基板１９を平面上としてこ
の上に複数の孔加工をして多数のダイヤフラム
１０を形成することが出来ないので、大量生産
によるコストの低減が困難となる。更に、加工
時の振動に対するゲージ１４の形成面の確保が
必要になる。

(ロ) 凹部１１をエツチングで成形する場合に、異
方性エツチングのときは円形の孔加工が出来
づ、等方性エツチングのときは深い孔を形成す
ることが出来ない。

筐体１８とダイヤフラム１０との間の絶縁を
確保するため、絶縁物の基板１７を間に挟む工
程が必要である。この場合、特にダイヤフラム
１０と基板１７との間の接合には陽極接合など
が用いられるが、これを複数同時に行うまは困
難であり、かつ大量生産によるコスト低減が困
難である。

などの問題点がある。

〈問題点を解決するための手段〉 この考案は、以上の問題点を解決するため、測
定圧力を導入する貫通孔が開けられたシリコン基
板と、多結晶シリコン基板の一方の面と他方の面
に酸化膜が形成されたダイヤフラムと、このダイ
ヤフラムの一方の酸化膜上の所定位置に形成され
測定圧力の印加により抵抗値が変化するピエゾ抵
抗素子と、このダイヤフラムの他方の面とシリコ
ン基板とを接合するようにして半導体圧力センサ
を構成するようにしたものである。

〈作用〉 貫通孔を介して測定圧力がダイヤフラムに加わ
るとこの薄肉のダイヤフラムが変形して応力が発
生し、ダイヤフラムの表面に形成されたゲージで
圧力を抵抗値の変化として測定圧力を検出する。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例について図面に基づき説
明する。第１図は本考案の一実施例を示す構成図
である。

２１はシリコン基板であり、その厚みは0.3mm
〜１mmで、その外形は３mm〜５mm角の程度であ
る。このシリコン基板２１の中に１〜２mmの径を
持つ貫通孔２２がサンドプラスト或いは研削機に
より作られている。

２３は多結晶シリコン基板であり、その厚みは
50μ〜300μmである。この上下面に酸化膜
（SiO₂）２５，２６が形成され、上面の酸化膜
（SiO₂）２５にはゲージ２４が形成されている。

これらの多結晶シリコン基板２３、ゲージ２
４、酸化膜２５，２６などでダイヤフラム２７を
構成している。

シリコン基板２１はダイヤフラム２７の酸化膜
２６を介してダイヤフラム２７に接合され、、更
にシリコン基板２１は測定圧力Ｐを導入する導入
孔２８の開けられた筐体２９に固定されている。

次に、この様な半導体圧力センサを作る工程に
ついて第２図を参照して説明する。

まづ、シリコンで出来た厚みのある支持基板３
０の上に酸化膜３１を成長させ（第２図イ）、更
に多結晶シリコン基板２３のベースとなる多結晶
シリコン層３２を厚さｔだけ成長させる（第２図
ロ）。

次に、多結晶シリコン層３２の下面に酸化膜２
６を成長させた後、この酸化膜２６を介してあら
かじめ貫通孔２２が開けられたシリコン基板２１
に接合する（第２図ハ）。

この後、第２図ニに示すようにシリコンの支持
基板３０をエツチングして除去する。この除去に
当たつては、酸化膜（SiO₂）とシリコン（Si）
とでエツチングレートが大幅に相違するエツチン
グ液を使用する。例えば、水酸化カリウム
（KOH）水溶液の場合は、シリコンに比較して酸
化膜のエツチングレートは著しく低いので、これ
を用いて酸化膜３１をストツパーとして支持基板
３０を除去するのである。

次に、酸化膜３１の上にゲージ２４を、マス
ク、エツチング、および拡散などのプロセスを経
て形成する（第２図ホ）。

この後、に示すようにチツプに分割して（第２
図ヘ）筐体２９に乗せて固定（第２図ト）し、第
１図に示す半導体圧力センサとする。

〈考案の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本
考案の構成によれば、以下のような各種の効果が
ある。

(イ) 本考案では、多結晶シリコン基板に貫通孔を
持つシリコン基板を接合する構成であるので、
凹部を研削などにより形成する必要がなく、従
つて凹部底面の平坦性を容易に確保することが
出来る。

(ロ) 多結晶シリコン基板はその厚みを薄く成長さ
せて作ることが出来るので、低圧力レンジの半
導体圧力センサを容易に作ることができる。こ
のようにして感度が上がる結果、通常の圧力レ
ンジのときはダイヤフラムの径を小さくできる
ので、チツプの大きさを小さくできる。

(ハ) 多結晶シリコン基板を乗せるシリコン基板を
厚くできるので、この多結晶シリコン基板に接
合しても熱膨脹係数の差に基づく温度ゼロ点誤
差を小さくすることができる。

(ニ) 本考案の構成は、低コスト化が可能な構成で
あり、すべての工程がウエーハ単位で出来るの
で大量生産向であり、従つてウエーハの大口径
化によりスケールメリツトが出しやすく、低コ
スト化が可能となる。

(ホ) ゲージが多結晶シリコン基盤のエツチングに
より形成できるので、その幾何学的形状よりオ
フセツト電圧を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例を示す構成図、第２
図は第１図に示す半導体圧力センサを作る工程を
示す工程図、第３図は従来の半導体圧力センサの
構成を示す縦断面図、第４図は第３図に示す半導
体圧力センサを作る工程を示す工程図、第５図は
第３図に示す半導体圧力センサの問題点を説明す
る説明図である。 １０，２７……ダイヤフラム、１１……凹部、
１２……起歪部、１４，２４……ゲージ、１７…
…基盤、１８，２９……筐体、２１……シリコン
基板、２２……貫通孔、２３……多結晶シリコン
基板、２５，２６，３１……酸化膜、３２……多
結晶シリコン層。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 測定圧力を導入する貫通孔が開けられたシリコ
   ン基板と、多結晶シリコン基板の一方の面と他方
   の面に酸化膜が形成されたダイアフラムと、この
   ダイアフラムの一方の酸化膜上の所定位置に形成
   され前記測定圧力の印加により抵抗値が変化する
   ピエゾ抵抗素子と、このダイアフラムの他方の面
   と前記シリコン基板とを接合したことを特徴とす
   る半導体圧力センサ。