JPS6155265B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体感圧装置、よりくわしくは圧力
応答ダイアフラムを有し、圧力で生じた該ダイア
フラムのひずみを感知するようにピエゾレジステ
イブ抵抗器をダイアフラムに設けた感圧装置に関
する。

シリコンチツプの片面にくぼみをエツチング加
工してダイアフラムを形成し、このダイアフラム
の表面にいくつかのひずみ感知用抵抗器を設け、
これらの抵抗器をひずみ測定ブリツジに接続した
感圧装置は周知である。理想的には、少なくとも
１つの抵抗器をダイアフラムの縁に極く接近して
平行に走る高ひずみピークまたは隆起にそつて位
置させるとよい。このように設置した抵抗器はダ
イアフラム上のひずみパターンを最大限に引出し
て任意の圧力変化に対する最大の信号変化を得る
ことが出来る。しかしながら、ひずみパターンの
ピークは非常に鋭いので、抵抗器をくぼみ縁に対
して整列させることが重要である。すなわち抵抗
器がひずみピークから比較的短い距離の所におか
れるならば、それは比較的低いひずみ区域に位置
していることになる。したがつて、感圧器ごとに
ばらつきが小さくても、結果的には、圧力に対す
る応答性のばらつきが大きくなる。実用上に許容
できる範囲で感圧器の歩どまりが低いのは応答性
にばらつきが多い結果である。しかしながら、感
圧器に歩どまりを向上させて大量に経済的に製造
できることがのぞましい。

したがつて、本発明の目的は、ダイアフラム縁
に隣接した高ひずみ隆起の利点を引出すと共に設
置場所に神経質にならなくてもよい抵抗器を有す
る半導体感圧装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、応答性をより均一にし、
したがつて製造時の歩どまりを高くすることが出
来る感圧構造を提供することにある。

本発明によれば、半導体チツプはダイアフラム
の縁に沿つて高ひずみ隆起が生じるようにダイア
フラムを画成しているくぼみを有し、複数のひず
み感知抵抗器がダイアフラム上に設けてあり、少
なくとも１つの抵抗器が細長くて、高ひずみ隆起
を小さい角度で斜めに横切つており、隆起に対す
る抵抗器の位置のばらつきが小さいならば、抵抗
器が隆起が横切つていても、ダイアフラムのひず
みに対する抵抗器の応答性のばらつきは重要でな
い程度である。

上記の、およびその他の利点は添付図面に関連
した以下の説明からより明らかになるであろう。
図面において、同じ参照符号は同じ部品を示す。

第１，２図は従来の半導体感圧装置を示してお
り、この感圧装置はその片面にエツチング加工を
施してくぼみ１２を設け、約１ミル（0.0254ミ
リ）の厚さを持つたダイアフラム１４を形成した
シリコンチツプ１０を包含する。このシリコンチ
ツプはダイアフラムを横切つて加えられる圧力差
の変化にすばやく応答する。ダイアフラムの縁１
６は略長方形であり、各辺がたとえば30又は40ミ
ル（0.762−1.016ミリ）の区域を囲んでいる。通
常は、１対の抵抗器１８がほぼダイアフラムの中
心に向つて延びており、半径方向のダイアフラム
のひずみを測定するようになつており、第２の対
の抵抗器２０がダイアフラムの縁に延びていてい
わゆる接線方向のひずみを測定するようになつて
いる。これらの抵抗器は、幅が約１ミル（0.0254
ミリ）で、充分な長さ、たとえば、10ないし15ミ
ル（0.254−0.381ミリ）の薄くて細長いストリツ
プを包含し、所望の抵抗値を与えるようになつて
いる。これらの抵抗器は少なくともダイアフラム
縁１６を越えた位置にある部分を有する端におい
て接点区域２２に接続してある。抵抗器１８は
各々２つの平行なセグメントに形成してあり、ダ
イアフラム上の接点区域２４によつてこれらのセ
グメントが接続してある。これらの抵抗器および
接点区域はある導電率の島形の区域を包含し、こ
れらの区域はイオン移植または拡散によつて形成
した逆の導電率のシリコン表面に形成してある。

第３図は、ダイアフラムの外側、縁から約９ミ
ル（0.2286ミリ）の点で始まり、ダイアフラム中
心に向つて進む、感圧器チツプに沿つた種々の点
で測定したひずみを示すグラフである。すなわ
ち、ダイアフラム縁１６はダイアフラム上の９ミ
ル（0.2286ミリ）のところに存する。したがつ
て、鋭いひずみピークがダイアフラム縁の内側ち
ようど約１ミル（0.0254ミリ）のところに生じる
ことがわかる。実際にピーク２６は、第１図に破
線２６で示すようにダイアフラム縁に沿つて平行
に延びるので、隆起を形成する。理想的には、い
かなる圧力の変化に対しても最大の信号応答性を
得るように抵抗器２０が高ひずみ隆起２６に沿つ
て延びている。抵抗器２０を隆起２６上に設置す
る精度は、抵抗器製造およびくぼみエツチング加
工段階にもちいる種々のマスクの合わせ状態の精
度に依存するばかりでなくエツチング加工の制御
性にも依存する。くぼみ１２の実際の寸法、した
がつて縁１６の位置は、いくぶん、エツチング加
工などの程度良好に制御したかによつて変わる。
したがつて、抵抗器２０の縁１６からの距離も変
わる可能性がある。第３図の曲線からわかるよう
に、抵抗器の位置がほんの少し、たとえば１ミル
（0.025ミリ）だけひずみ隆起２６からずれている
と、ダイアフラム圧力に対する抵抗器の感度は急
激に低下し、これはほぼ均一な応答性を有する感
圧器を多数作りたい場合には特に望ましくないこ
とである。

第４図に示すように、ダイアフラム縁１６、し
たがつてひずみ隆起２６に対して小さな角度で抵
抗器３０を斜めに設置することによつて抵抗器位
置の重要性はかなり低くなる。これは抵抗器３０
の少なくとも一部を高ひずみ帯に保持するので、
縁１６に対する抵抗器の位置のばらつきをある程
度許容することができる。抵抗器の一部が第３図
の曲線の比較的低いひずみ区域にあるので、任意
の圧力変化に対する全体的な信号変化は第１図の
理想的な場合よりも小さくなる。しかしながら、
感圧器ごとの信号変化の均一性はかなり大きくな
り、その結果、感圧器製造の全体的な歩どまりが
大きくなる。抵抗器３０とひずみ隆起２６の角度
はできるだけ小さくして信号変化を最大限にする
ようにしなければならない。特定の角度は、エツ
チング加工およびその他の幾何学的制御段階を制
御できる精度に依存する。これらの幾何学的関係
は第５図に例示してあり、公称くぼみ縁１６は固
定抵抗器３０に対する公称ひずみ隆起２６の位置
を決定し、この固定抵抗器は公称ひずみ隆起２６
上に中心がくるように位置し、それに対してある
角度θとなつている。製造公差により、実際のく
ぼみ縁およびひずみ隆起位置はプラスまたはマイ
ナス「ａ」の距離だけ公称位置とは異なる。公称
ひずみ隆起２６の両側、距離「ａ」隔たつた線２
６′および２６″は感圧器ごとの隆起位置に対する
許容限度を示しており、公差帯域を画成してい
る。斜めの抵抗器３０の長手方向軸線を構成して
いる線の端「ｂ」「ｃ」はひずみ隆起限度２６′，
２６″のちようど外側に位置しており、ひずみ隆
起がこれらの限度内で生じた場合には、抵抗器３
０はひずみ隆起２６をふくむ公差帯域を横切るこ
とになる。角度θの実際の寸法は抵抗器３０の長
さおよび製造公差「ａ」に依存する。この製造公
差はひずみ隆起２６に対する抵抗器３０の位置を
決定する。このようにして、任意の公差「ａ」に
対して角度θは抵抗器３０が長くなればそれだけ
小さくなり、抵抗器３０が短くなればそれだけ大
きくなる。公差「ａ」をできるだけ小さくするこ
とによつて、角度θも小さくなり、ひずみに対す
る抵抗器の応答性も最適な状態となる。例えば公
差「ａ」が1.5ミル（0.0381ミリ）であり、抵抗
器３０の長さが10.4ミル（0.2642ミリ）または
14.5ミル（0.3683ミリ）である場合には、角度θ
はそれぞれ約17度または12度である。製造工程で
与えられる公差および抵抗器の設計長さに依存し
て、角度θは実際には10度ないし20度の範囲に存
在する。角度θをかなり小さくすることによつて
歩どまりを非常に向上させることができ、たとえ
ば10％の改善も可能である。実際のひずみ隆起２
６の位置が抵抗器３０に対して変化すると、ひず
み曲線が非対称的であるので、ひずみに対する抵
抗器の応答性も変化するが、その変化量は第１図
の従来構造で生じるばらつきにくらべれば小さい
ものである。すなわち、斜めの抵抗器は、常にひ
ずみ隆起２６をより低いひずみ値と同様にカバー
するので、たとえ信号のサイズが第１図の構造の
抵抗器２０のものよりも小さくても、許容製造公
差内のひずみに対する比較的均一な応答性を供す
ることができる。

以上のことからあきらかなように、本発明によ
る半導体感圧装置は、より製造しやすく圧力に充
分均一に応じるように製造することができ、実用
的に許容できる感圧器の歩どまりを向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の抵抗器位置を持つ感圧半導体チ
ツプの頂面図である。第２図は第１図の感圧器の
断面図である。第３図は半導体感圧器の表面に沿
つた圧力発生ひずみのパターンを示すグラフ図で
ある。第４図は本発明による相対的配置された抵
抗器を有する感圧装置の一部を示す平面図であ
る。第５図は本発明による半導体感圧装置内の幾
何学的な関係を説明する図である。 主要部分の符号の説明、１０……シリコンチツ
プ、１２……くぼみ、１４……ダイアフラム、１
８……抵抗器、２０……抵抗器、２６……ひずみ
隆起、３０……抵抗器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧力に応じてたわむようになつているダイア
   フラム（例えば１４）を画成しているくぼみ（例
   えば１２）を備える半導体チツプ（例えば１０）
   を有し、このダイアフラムはたわんだ時にダイア
   フラム縁（例えば１６）に隣接して平行に細長く
   て高いひずみ隆起（例えば２６）を有し、前記チ
   ツプ（例えば１０）に前記ダイアフラムのひずみ
   を感知する複数のピエゾレジステイブ抵抗器（例
   えば１８，３０）が設けてあり、これらのうち少
   なくとも１つ（例えば３０）が前記ダイアフラム
   縁に平行なひずみ隆起のひずみを測定するのに用
   いられる感圧装置において、前記１つの抵抗器
   （例えば３０）が細長くて前記高いひずみ隆起
   （例えば２６）を斜めに横切つており、その長手
   方向軸線（例えばbc）が、ひずみ隆起に対して
   平行な抵抗器に比べて製造中の歩どまりを非常に
   高めるのに充分に大きくかつダイアフラムひずみ
   に対する抵抗を低下させないほど充分に小さい角
   度で配置してあり、その結果、ひずみ隆起に対す
   る抵抗器の位置に小さなばらつきがあつてもダイ
   アフラムひずみに対する抵抗器の応答性のばらつ
   きが重要でない程度であるようにしたことを特徴
   とする感圧装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の感圧装置におい
   て、前記１つの抵抗器（例えば３０）の長手方向
   軸線（例えばbc）が前記ひずみ隆起（例えば２
   ６）に対して約10度ないし20度の角度で配置して
   あることを特徴とする感圧装置。