JPH073647Y2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） 本考案は、半導体基板に長尺状のダイヤフラムを形成
し、このダイヤフラムに加わる圧力に応じたピエゾ抵抗
効果を利用する半導体圧力センサに関する。

（従来の技術） 従来、この種の半導体圧力センサとしては第４図に示す
ようなものがある。この第４図において、１は面方位を
（110）面とするシリコン単結晶よりなる正方形状の半
導体基板で、２はこの半導体基板１に形成された長尺状
で薄肉のダイヤフラムである。このダイヤフラム２は、
その長さ方向が半導体基板１の縁辺と平行になるように
してその中央部に配置されており、その幅方向が半導体
基板１の結晶軸＜111＞方向に沿うようになっている。
また、このダイヤフラム２は、半導体基板１の下面側か
ら異方性エッチングにより長尺状の溝部３を形成して所
定の厚さに設けられているものである。４はダイヤフラ
ム２の中央部に幅方向に沿った不純物の拡散により形成
された抵抗部である。このように形成された半導体基板
１は図示しない基台に固着され、上記溝部３を閉塞して
基準圧力室とするように設置されるものである。

而して、外部の圧力変化により上記基準圧力室内の圧力
の差が生じると、ダイヤフラム２が変形し、この結果、
抵抗部４の抵抗値がピエゾ抵抗効果により変化し、この
抵抗値の変化分を電気的に検出することによって圧力の
測定が行なわれるものである。

（考案が解決しようとする課題） ところで、このような半導体圧力センサは、ダイヤフラ
ム２の肉厚を一定とした場合、その長さ寸法ｌ及び幅寸
法ｗによって圧力に対して得られる出力の直線性領域が
決まってくるものであり、例えば長さ寸法ｌと幅寸法ｗ
をその比l/wを一定にして大きくすれば、圧力に対する
出力の直線性を変えずにその出力を大きくすることがで
きるものである。

しかしながら、従来のような構成ではダイヤフラム２の
長さ寸法ｌと溝部３の上，下端部に異方性エッチングに
よりできる斜面部3a,3bの長さとを加えた溝部３の長寸
法Ｌが、半導体基板１の一辺の長さＡから強度保持のた
めに残す上，下部の寸法ａを除いたＡ−2aとして決まっ
てしまうため、上述したように圧力センサとしての性能
を向上させるためには、半導体基板１を大きくしなけれ
ばならないという問題があった。

本考案は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その
目的は、半導体基板の大形化を伴うことなく、圧力に対
する出力を大きくしてその性能を向上し得る半導体圧力
センサを提供するにある。

［考案の構成］ （課題を解決するための手段） 本考案の半導体圧力センサは、面方位を（110）面とす
る矩形状の半導体基板に対して、長尺状をなし薄肉のダ
イヤフラムをその幅方向を＜111＞方向に沿わせ且つ長
さ方向を対角線上に沿わせて配置するように形成したこ
とを特徴とする。

（作用） 本考案の半導体圧力センサによれば、ダイヤフラムを、
その長さ方向が半導体基板に対して対角線方向に配置さ
れるように形成しているので、長さ寸法及び幅寸法の両
者を共に従来よりも大きくすることができ、この結果、
ダイヤフラムの面積が大きくなって、圧力に対する出力
の直線性領域を低下させることなく、感度が大きくな
る。

（実施例） 以下、本考案の一実施例について第１図乃至第３図を参
照しながら説明する。

第１図において、11は例えば一辺の長さをＡとする矩形
状たる正方形状の半導体基板であり、これは面方位を
（110）面とするシリコン単結晶ウエハから切出された
ものである。また、この半導体基板11はその頂点11a乃
至11dのうち頂点11a及び11cを結ぶ対角線方向が＜111＞
方向の結晶軸となるように切出されているものである。
12は長さ寸法ｌ′，幅寸法ｗ′の長尺状をなした薄肉の
ダイヤフラムで、長さ方向が頂点11b,11dを結ぶ対角線
に沿って配置され、従って幅方向は頂点11a,11cを結ぶ
対角線方向即ち＜111＞方向に沿って配置されている。
この場合、ダイヤフラム２は、半導体基板11の下面側に
溝部13を形成して半導体基板11の厚さを、薄くすること
によって形成しているものである。この溝部13は、第２
図及び第３図に示すように、半導体基板11の下面に設け
た所定形状のエッチングマスク14を用い、水酸化カリウ
ム等のアルカリ溶液により異方性エッチングを行なって
形成しているもので、長さ方向に対してその両端部13a,
13bが斜面となり、側面部13c,13dは底面に垂直な面とな
り、これらの面13a乃至13dは全て（111）面となつてい
る。尚、この溝部13は、半導体基板11の強度保持のた
め、従来同様に外周から所定寸法ａだけ内側に位置する
ように設けられている。15はダイヤフラム12の中央部に
形成された抵抗部で、これはダイヤフラム12の幅方向即
ち＜111＞方向に沿って拡散等の方法により作り込まれ
るものである。このような半導体基板11は溝部13を密閉
するように図示しない基台に固着されるもので、これに
より溝部13は基準圧力室として作用するようになってい
る。

上記構成によれば、基準圧力室たる溝部13内の圧力と外
部の圧力とに差が生じたときに、ダイヤフラム12はその
圧力差による力を受けて変形し、この変形応力により抵
抗部15がピエゾ抵抗効果による抵抗値の変化をおこすの
で、この抵抗値の変化を電気的に検出することにより外
部の圧力が測定できるものである。この場合、ダイヤフ
ラム12の長さ寸法ｌ′は従来のダイヤフラム２の長さ寸
法ｌより長く形成されているのでその分だけ圧力に対す
る抵抗部13の変化の直線性領域が大きくなっている。即
ち、ダイヤフラム12の最大の長さ寸法ｌ′は溝部13の長
さ寸法Ｌ′から両端部13a,13bの寸法を差し引いた寸法
であるから、この溝部13の長さ寸法Ｌ′と従来の溝部３
の長さ寸法Ｌとを比較してみると、夫々の寸法Ｌ及び
Ｌ′は、 Ｌ＝Ａ−2a ……（１） と表わされるので、その差は、 となる。いま、ダイヤフラム12の長さ寸法ｌ′と幅寸法
ｗ′の比ｌ′/w′を従来の比l/wと同じ値（ｋ）に設定
しているとすると、この比ｋの値が大きい程式（３）に
示される寸法も大きくなるが、一般に、この比ｋの値は
大きく設定されているので、本実施例においても式
（３）に示す寸法が正の値となり、長さ寸法Ｌ′はＬよ
りも長くなるものである。

このような本実施例によれば、ダイヤフラム12を、その
長さ方向を半導体基板11の対角線に沿って配置し且つ幅
方向を＜111＞方向に配置するようにしたので、従来の
ものに比してダイヤフラム12の長さ寸法ｌ′及び幅寸法
ｗ′を共に長くすることができ、従って、比ｋ（＝ｌ′
/w′）を従来と同じにして夫々の長さ寸法を大きくする
ことができるようになり、圧力に対する出力の直線性領
域を低下させることなく、感度が大きくとれ、半導体基
板11を大きくすることなく性能を向上することができる
ものである。

［考案の効果］ 以上説明したように、本考案の半導体圧力センサによれ
ば、ダイヤフラムを半導体基板に対してその幅方向が軸
方位＜111＞方向に沿い且つ長さ方向が対角線上に沿う
ように配置したので、従来に比べてダイヤフラムの長さ
寸法を長くとることができ、従って、半導体基板を大き
くすることなく圧力に対する出力の直線性領域を低下さ
せることなく感度を大きくすることができるという優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す平面図、第２図及び第
３図は夫々同ダイヤフラムの長さ方向及び幅方向の縦断
側面図であり、第４図は従来例を示す第１図相当図であ
る。 図面中、11は半導体基板、12はダイヤフラム、13は溝
部、15は抵抗部を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】面方位を（110）面とする矩形状の半導体
   基板に長尺状をなす薄肉のダイヤフラムが形成されてな
   る半導体圧力センサにおいて、前記ダイヤフラムは前記
   半導体基板に対してその幅方向が軸方位＜111＞方向に
   沿い且つ長さ方向が対角線上に沿って配置されているこ
   とを特徴とする半導体圧力センサ。