JPH09126922A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JPH09126922A JPH09126922A JP28267695A JP28267695A JPH09126922A JP H09126922 A JPH09126922 A JP H09126922A JP 28267695 A JP28267695 A JP 28267695A JP 28267695 A JP28267695 A JP 28267695A JP H09126922 A JPH09126922 A JP H09126922A
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- silicon substrate
- pressure sensor
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- piezoresistive element
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- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧力感度を向上させた圧力センサを提供す
る。 【解決手段】 厚さ３００μｍの（１１０）シリコン基
板１上に、熱拡散によりボロンを拡散しピエゾ抵抗素子
３を形成する。続いて、ピエゾ抵抗素子３を形成したの
と同様の方法で拡散抵抗から成る電極配線４を形成す
る。そして、（１１０）シリコン基板１上に電子ビーム
蒸着方でアルミニウム層を形成し、このアルミニウム層
をフォトリソ工程で所定形状にパターン化して電極パッ
ド５を形成する。最後に、（１１０）シリコン基板１の
裏面側から水酸化カリウムで異方性エッチングを行って
ダイアフラム１ａを形成する。ここで、ピエゾ抵抗素子
３の方向を、（１１０）シリコン基板１の（１１１）軸
方向と略同方向となるように配置することにより圧力感
度を向上させることができる。
る。 【解決手段】 厚さ３００μｍの（１１０）シリコン基
板１上に、熱拡散によりボロンを拡散しピエゾ抵抗素子
３を形成する。続いて、ピエゾ抵抗素子３を形成したの
と同様の方法で拡散抵抗から成る電極配線４を形成す
る。そして、（１１０）シリコン基板１上に電子ビーム
蒸着方でアルミニウム層を形成し、このアルミニウム層
をフォトリソ工程で所定形状にパターン化して電極パッ
ド５を形成する。最後に、（１１０）シリコン基板１の
裏面側から水酸化カリウムで異方性エッチングを行って
ダイアフラム１ａを形成する。ここで、ピエゾ抵抗素子
３の方向を、（１１０）シリコン基板１の（１１１）軸
方向と略同方向となるように配置することにより圧力感
度を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピエゾ抵抗素子を
用いて圧力を検出する圧力センサに関するものである。
用いて圧力を検出する圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来例に係る圧力センサの一例
を示す上面図であり、図６は、従来例に係る圧力センサ
の一例を示す略断面図である。この圧力センサは、（１
１０）シリコン基板１を裏面側からエッチングすること
により、その中央部に厚さ１０〜５０μｍの凹部を形成
してダイアフラム１ａと支持部１ｂとが形成してある。
なお、支持部１ｂは、裏面側において中央に大気圧貫通
穴２ａを有する台座２に固定してある。また、ダイアフ
ラム１ａ及び支持部１ｂの上面には、圧力によるダイア
フラム１ａの歪みを検知するピエゾ抵抗素子３と、各ピ
エゾ抵抗素子３に電気的に接続された拡散抵抗より成る
電極配線４及び電極パッド５が半導体の微細加工技術を
用いて形成されている。このように、半導体の微細加工
技術を利用して上記のような圧力センサを製造すれば、
小型化が容易で、その結果大量生産が可能となり、低コ
スト化を図ることができる。
を示す上面図であり、図６は、従来例に係る圧力センサ
の一例を示す略断面図である。この圧力センサは、（１
１０）シリコン基板１を裏面側からエッチングすること
により、その中央部に厚さ１０〜５０μｍの凹部を形成
してダイアフラム１ａと支持部１ｂとが形成してある。
なお、支持部１ｂは、裏面側において中央に大気圧貫通
穴２ａを有する台座２に固定してある。また、ダイアフ
ラム１ａ及び支持部１ｂの上面には、圧力によるダイア
フラム１ａの歪みを検知するピエゾ抵抗素子３と、各ピ
エゾ抵抗素子３に電気的に接続された拡散抵抗より成る
電極配線４及び電極パッド５が半導体の微細加工技術を
用いて形成されている。このように、半導体の微細加工
技術を利用して上記のような圧力センサを製造すれば、
小型化が容易で、その結果大量生産が可能となり、低コ
スト化を図ることができる。
【０００３】上記構成の圧力センサでは、圧力がかかる
とダイアフラム１ａが撓むので、その圧力に応じた撓み
をダイアフラム１ａの上面に形成されたピエゾ抵抗素子
３によって抵抗値の変化に変換して圧力を検出してい
る。従って、ダイアフラム１ａの膜厚が薄い程、同じ圧
力に対してダイアフラム１ａの撓み量が大きくなり、圧
力の検出感度はダイアフラム１ａの厚みの二乗に反比例
するため、検出感度を上げるにはダイアフラム１ａの厚
みを薄くすることが望ましい。
とダイアフラム１ａが撓むので、その圧力に応じた撓み
をダイアフラム１ａの上面に形成されたピエゾ抵抗素子
３によって抵抗値の変化に変換して圧力を検出してい
る。従って、ダイアフラム１ａの膜厚が薄い程、同じ圧
力に対してダイアフラム１ａの撓み量が大きくなり、圧
力の検出感度はダイアフラム１ａの厚みの二乗に反比例
するため、検出感度を上げるにはダイアフラム１ａの厚
みを薄くすることが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の圧力
センサにおいては、以下に列記する課題を有していた。
センサにおいては、以下に列記する課題を有していた。
【０００５】１）従来の（１１０）シリコン基板を使用
した圧力センサでは、ピエゾ抵抗素子３の方向を（１１
０）軸方向に向けていた。ところが、図２，図３から明
らかなように、（１１０）軸方向の縦ピエゾ抵抗係数及
び横ピエゾ抵抗係数のほうが、（１１１）軸方向の縦ピ
エゾ抵抗係数及び横ピエゾ抵抗係数と比べて小さいこと
がわかる。その結果、ピエゾ抵抗素子３の方向を（１１
１）軸方向に向けた場合よりも感度が小さくなる。
した圧力センサでは、ピエゾ抵抗素子３の方向を（１１
０）軸方向に向けていた。ところが、図２，図３から明
らかなように、（１１０）軸方向の縦ピエゾ抵抗係数及
び横ピエゾ抵抗係数のほうが、（１１１）軸方向の縦ピ
エゾ抵抗係数及び横ピエゾ抵抗係数と比べて小さいこと
がわかる。その結果、ピエゾ抵抗素子３の方向を（１１
１）軸方向に向けた場合よりも感度が小さくなる。
【０００６】２）（１００）シリコン基板及び（１１
０）シリコン基板を異方性エッチングしてダイアフラム
構造を形成した場合の（１１１）面と台座２とのなす角
度θはそれぞれ、 ｔａｎθ＝√２ ・・・・・・（１００）シリコン基板の場合 ｔａｎθ＝１／√２ ・・・・（１１０）シリコン基板の場合 を満足するため、チップサイズが同じ場合には、（１１
０）シリコン基板の方が（１００）シリコン基板と比べ
てダイアフラムの面積が小さくなる。特に、基板を厚み
をｈとしたとき、チップ１辺のサイズが２√２ｈに近づ
いてダイアフラムの面積が０に近づくと感度が低くなる
という問題があった。
０）シリコン基板を異方性エッチングしてダイアフラム
構造を形成した場合の（１１１）面と台座２とのなす角
度θはそれぞれ、 ｔａｎθ＝√２ ・・・・・・（１００）シリコン基板の場合 ｔａｎθ＝１／√２ ・・・・（１１０）シリコン基板の場合 を満足するため、チップサイズが同じ場合には、（１１
０）シリコン基板の方が（１００）シリコン基板と比べ
てダイアフラムの面積が小さくなる。特に、基板を厚み
をｈとしたとき、チップ１辺のサイズが２√２ｈに近づ
いてダイアフラムの面積が０に近づくと感度が低くなる
という問題があった。
【０００７】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、圧力感度を向上させ
た圧力センサを提供することにある。
であり、その目的とするところは、圧力感度を向上させ
た圧力センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
単結晶シリコン基板にダイアフラムを形成し、該ダイア
フラムの表面にピエゾ抵抗素子が形成された圧力センサ
において、前記ピエゾ抵抗素子の方向を、前記単結晶シ
リコン基板の（１１１）軸方向と略同方向となるように
配置したことを特徴とするものである。
単結晶シリコン基板にダイアフラムを形成し、該ダイア
フラムの表面にピエゾ抵抗素子が形成された圧力センサ
において、前記ピエゾ抵抗素子の方向を、前記単結晶シ
リコン基板の（１１１）軸方向と略同方向となるように
配置したことを特徴とするものである。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧
力センサにおいて、前記単結晶シリコン基板を、（１０
０）シリコン基板から成る枠状の支持部と、該支持部の
上面に形成されたダイアフラムとなる（１１０）シリコ
ン基板とで構成したことを特徴とするものである。
力センサにおいて、前記単結晶シリコン基板を、（１０
０）シリコン基板から成る枠状の支持部と、該支持部の
上面に形成されたダイアフラムとなる（１１０）シリコ
ン基板とで構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態
に係る圧力センサを示す上面図であり、図２は、単結晶
シリコンの縦ピエゾ抵抗係数の結晶軸依存性をシミュレ
ーションした結果を示すグラフであり、図３は、単結晶
シリコンの横ピエゾ抵抗係数の結晶軸依存性をシミュレ
ーションした結果を示すグラフである。なお、本実施形
態に係る圧力センサの略断面図は図６に示すものと同じ
構成である。
て図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態
に係る圧力センサを示す上面図であり、図２は、単結晶
シリコンの縦ピエゾ抵抗係数の結晶軸依存性をシミュレ
ーションした結果を示すグラフであり、図３は、単結晶
シリコンの横ピエゾ抵抗係数の結晶軸依存性をシミュレ
ーションした結果を示すグラフである。なお、本実施形
態に係る圧力センサの略断面図は図６に示すものと同じ
構成である。
【００１１】本実施形態に係る圧力センサは、厚さ３０
０μｍの（１１０）シリコン基板１上に、熱拡散により
ボロンを拡散しピエゾ抵抗素子３を形成する。但し、ボ
ロンの表面濃度は１．０×１０18／ｃｍ3とする。続い
て、ピエゾ抵抗素子３を形成したのと同様の方法で拡散
抵抗から成る電極配線４を形成する。但し、ボロンの表
面濃度は１．０×１０20／ｃｍ3とする。そして、（１
１０）シリコン基板１上に電子ビーム蒸着法でアルミニ
ウム層を形成する。この時のアルミニウム層の堆積時の
基板温度は１００〜２００℃である。そして、このアル
ミニウム層をフォトリソ工程で所定形状にパターン化し
て、電極パッド５を形成する。
０μｍの（１１０）シリコン基板１上に、熱拡散により
ボロンを拡散しピエゾ抵抗素子３を形成する。但し、ボ
ロンの表面濃度は１．０×１０18／ｃｍ3とする。続い
て、ピエゾ抵抗素子３を形成したのと同様の方法で拡散
抵抗から成る電極配線４を形成する。但し、ボロンの表
面濃度は１．０×１０20／ｃｍ3とする。そして、（１
１０）シリコン基板１上に電子ビーム蒸着法でアルミニ
ウム層を形成する。この時のアルミニウム層の堆積時の
基板温度は１００〜２００℃である。そして、このアル
ミニウム層をフォトリソ工程で所定形状にパターン化し
て、電極パッド５を形成する。
【００１２】このようにして、（１１０）シリコン基板
１上にピエゾ抵抗素子３，電極配線４及び電極パッド５
を形成した後、（１１０）シリコン基板１の裏面側から
水酸化カリウムで異方性エッチングを行ってダイアフラ
ム１ａを形成する。
１上にピエゾ抵抗素子３，電極配線４及び電極パッド５
を形成した後、（１１０）シリコン基板１の裏面側から
水酸化カリウムで異方性エッチングを行ってダイアフラ
ム１ａを形成する。
【００１３】ここで、図２，図３に示す単結晶シリコン
のピエゾ抵抗係数の結晶軸依存性のシミュレーション結
果より、ピエゾ抵抗素子３の方向を（１１０）軸方向に
向けた圧力センサと比べて、（１１１）軸方向に向けた
圧力センサの感度が非常によいので、本実施形態におい
てはピエゾ抵抗素子３の方向を（１１１）軸方向に形成
している。
のピエゾ抵抗係数の結晶軸依存性のシミュレーション結
果より、ピエゾ抵抗素子３の方向を（１１０）軸方向に
向けた圧力センサと比べて、（１１１）軸方向に向けた
圧力センサの感度が非常によいので、本実施形態におい
てはピエゾ抵抗素子３の方向を（１１１）軸方向に形成
している。
【００１４】従って、従来のピエゾ抵抗素子３の方向を
（１１０）軸方向に向けた圧力センサと比べて、本実施
形態に係る圧力センサはピエゾ抵抗素子３の方向を（１
１１）軸方向に向けて形成しているので、圧力感度を向
上することができる。
（１１０）軸方向に向けた圧力センサと比べて、本実施
形態に係る圧力センサはピエゾ抵抗素子３の方向を（１
１１）軸方向に向けて形成しているので、圧力感度を向
上することができる。
【００１５】なお、図４に示すように、厚さ３００μｍ
の（１００）シリコン基板６と、厚さ３００μｍの（１
１０）シリコン基板１とを接合した後、（１１０）シリ
コン基板１を２０μｍ残すように研磨し、更に（１０
０）シリコン基板６を水酸化カリウムで異方性エッチン
グしてダイアフラム１ａを形成するようにすれば、（１
１０）シリコン基板１のみを使用して圧力センサを構成
した場合と比べて、同じチップサイズでもダイアフラム
の面積を広くとることができるので、圧力感度の向上、
或いはチップの小型化を図ることができる。
の（１００）シリコン基板６と、厚さ３００μｍの（１
１０）シリコン基板１とを接合した後、（１１０）シリ
コン基板１を２０μｍ残すように研磨し、更に（１０
０）シリコン基板６を水酸化カリウムで異方性エッチン
グしてダイアフラム１ａを形成するようにすれば、（１
１０）シリコン基板１のみを使用して圧力センサを構成
した場合と比べて、同じチップサイズでもダイアフラム
の面積を広くとることができるので、圧力感度の向上、
或いはチップの小型化を図ることができる。
【００１６】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、単結晶シリコン
基板にダイアフラムを形成し、ダイアフラムの表面にピ
エゾ抵抗素子が形成された圧力センサにおいて、ピエゾ
抵抗素子の方向を、単結晶シリコン基板の（１１１）軸
方向と略同方向となるように配置したので、圧力感度を
向上させた圧力センサを提供することができた。
基板にダイアフラムを形成し、ダイアフラムの表面にピ
エゾ抵抗素子が形成された圧力センサにおいて、ピエゾ
抵抗素子の方向を、単結晶シリコン基板の（１１１）軸
方向と略同方向となるように配置したので、圧力感度を
向上させた圧力センサを提供することができた。
【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧
力センサにおいて、単結晶シリコン基板を、（１００）
シリコン基板から成る枠状の支持部と、支持部の上面に
形成されたダイアフラムとなる（１１０）シリコン基板
とで構成したので、（１１０）シリコン基板のみを使用
して圧力センサを構成した場合と比べて、同じチップサ
イズでもダイアフラムの面積を広くとることができ、圧
力感度の向上、或いはチップの小型化を図ることができ
る。
力センサにおいて、単結晶シリコン基板を、（１００）
シリコン基板から成る枠状の支持部と、支持部の上面に
形成されたダイアフラムとなる（１１０）シリコン基板
とで構成したので、（１１０）シリコン基板のみを使用
して圧力センサを構成した場合と比べて、同じチップサ
イズでもダイアフラムの面積を広くとることができ、圧
力感度の向上、或いはチップの小型化を図ることができ
る。
【図１】本発明の一実施形態に係る圧力センサを示す上
面図である。
面図である。
【図２】単結晶シリコンの縦ピエゾ抵抗係数の結晶軸依
存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。
存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図３】単結晶シリコンの横ピエゾ抵抗係数の結晶軸依
存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。
存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係る圧力センサを示す略断面図で
ある。
ある。
【図５】従来例に係る圧力センサの一例を示す上面図で
ある。
ある。
【図６】従来例に係る圧力センサの一例を示す略断面図
である。
である。
１ （１１０）シリコン基板 １ａ ダイアフラム １ｂ 支持部 ２ 台座 ２ａ 大気圧貫通穴 ３ ピエゾ抵抗素子 ４ 電極配線 ５ 電極パッド ６ （１００）シリコン基板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年１２月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】２）（１００）シリコン基板及び（１１
０）シリコン基板を異方性エッチングしてダイアフラム
構造を形成した場合の（１１１）面と台座２とのなす角
度θはそれぞれ、 ｔａｎθ＝√２ ・・・・・・（１００）シリコン基板の場合 ｔａｎθ＝１／√２ ・・・・（１１０）シリコン基板の場合 を満足するため、チップサイズが同じ場合には、（１１
０）シリコン基板の方が（１００）シリコン基板と比べ
てダイアフラムの面積が小さくなる。特に、厚みｈの
（１１０）基板を使用した場合、チップ開口部１辺のサ
イズが２√２ｈに近づき、同時にダイアフラム厚が０に
近づくとダイアフラムの面積が０に近づいて感度が低く
なるという問題があった。
０）シリコン基板を異方性エッチングしてダイアフラム
構造を形成した場合の（１１１）面と台座２とのなす角
度θはそれぞれ、 ｔａｎθ＝√２ ・・・・・・（１００）シリコン基板の場合 ｔａｎθ＝１／√２ ・・・・（１１０）シリコン基板の場合 を満足するため、チップサイズが同じ場合には、（１１
０）シリコン基板の方が（１００）シリコン基板と比べ
てダイアフラムの面積が小さくなる。特に、厚みｈの
（１１０）基板を使用した場合、チップ開口部１辺のサ
イズが２√２ｈに近づき、同時にダイアフラム厚が０に
近づくとダイアフラムの面積が０に近づいて感度が低く
なるという問題があった。
Claims (2)
- 【請求項１】 単結晶シリコン基板にダイアフラムを形
成し、該ダイアフラムの表面にピエゾ抵抗素子が形成さ
れた圧力センサにおいて、前記ピエゾ抵抗素子の方向
を、前記単結晶シリコン基板の（１１１）軸方向と略同
方向となるように配置したことを特徴とする圧力セン
サ。 - 【請求項２】 前記単結晶シリコン基板を、（１００）
シリコン基板から成る枠状の支持部と、該支持部の上面
に形成されたダイアフラムとなる（１１０）シリコン基
板とで構成したことを特徴とする請求項１記載の圧力セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28267695A JPH09126922A (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28267695A JPH09126922A (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09126922A true JPH09126922A (ja) | 1997-05-16 |
Family
ID=17655612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28267695A Pending JPH09126922A (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09126922A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1965187A2 (en) | 2007-02-28 | 2008-09-03 | Yamatake Corporation | Semiconductive diaphragm-type pressure sensor |
| JP2021025966A (ja) * | 2019-08-08 | 2021-02-22 | ローム株式会社 | Ｍｅｍｓセンサ |
| WO2022116237A1 (zh) * | 2020-12-02 | 2022-06-09 | 联合微电子中心有限责任公司 | 压力传感器单元以及多维压力传感器及其制造方法 |
-
1995
- 1995-10-31 JP JP28267695A patent/JPH09126922A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1965187A2 (en) | 2007-02-28 | 2008-09-03 | Yamatake Corporation | Semiconductive diaphragm-type pressure sensor |
| EP1965187A3 (en) * | 2007-02-28 | 2010-06-30 | Yamatake Corporation | Semiconductive diaphragm-type pressure sensor |
| US7808365B2 (en) | 2007-02-28 | 2010-10-05 | Yamatake Corporation | Pressure sensor |
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