JPH0158673B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0158673B2 JPH0158673B2 JP56137562A JP13756281A JPH0158673B2 JP H0158673 B2 JPH0158673 B2 JP H0158673B2 JP 56137562 A JP56137562 A JP 56137562A JP 13756281 A JP13756281 A JP 13756281A JP H0158673 B2 JPH0158673 B2 JP H0158673B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- semiconductor
- thin film
- groove
- mounting base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は圧力・差圧・絶対圧などを測定する
機器において検出素子として使用される半導体ダ
イヤフラムの改良に関する。半導体ダイヤフラム
上にピエゾ抵抗素子を形成したものを検出素子と
して用いる圧力・差圧・絶対圧などの測定器は今
年多見されるものであるが、その性能達成上殊に
難点とされるのは、ピエゾ抵抗係数の温度変化に
起因する測定スパンの温度変化、周囲温度変化に
よつて半導体ダイヤフラムに加わる歪応力に起因
するゼロ点の温度ドリフトなどである。本発明
は、上記のゼロ点の温度ドリフトの改良にかかる
もので、半導体ダイヤフラムとそれが取り付けら
れる取付台及び取り付けのための接合層などとの
熱膨張係数の差によつて薄膜ダイヤフラムに加わ
る熱歪の影響を減少することを目的とする。
機器において検出素子として使用される半導体ダ
イヤフラムの改良に関する。半導体ダイヤフラム
上にピエゾ抵抗素子を形成したものを検出素子と
して用いる圧力・差圧・絶対圧などの測定器は今
年多見されるものであるが、その性能達成上殊に
難点とされるのは、ピエゾ抵抗係数の温度変化に
起因する測定スパンの温度変化、周囲温度変化に
よつて半導体ダイヤフラムに加わる歪応力に起因
するゼロ点の温度ドリフトなどである。本発明
は、上記のゼロ点の温度ドリフトの改良にかかる
もので、半導体ダイヤフラムとそれが取り付けら
れる取付台及び取り付けのための接合層などとの
熱膨張係数の差によつて薄膜ダイヤフラムに加わ
る熱歪の影響を減少することを目的とする。
上記目的を達成するための従来の提案として、
特開昭54―99585号公報に開示のものがある。こ
れは圧力・差圧・絶対圧計などの受圧部を構成す
る部材から検出素子である半導体ダイヤフラムに
加わる歪応力を減らすために特殊な構造を採用し
た取付台を用いるものであるが、その取付台の構
造が複雑なため製造上難点があると共に、歪応力
の伝達を完全にはなくしえないなどの欠点があ
る。また他の従来の提案として、特開昭54―
143275号公報に開示のものがあり、これは半導体
ダイヤフラムと同じ素材からなる取付台を用いる
ことにより、取付台と半導体ダイヤフラムの熱膨
張係数の差による熱歪応力の発生を防止すること
を目的とし、取付台に溝を形設することにより、
この目的をより完全に達成しようとするものであ
る。しかし、上記いずれの提案のものも半導体ダ
イヤフラム自身は何ら歪を吸収する手段を有して
おらず、半導体ダイヤフラムと取付台を一体化す
るための接合層が起歪部として発生する歪応力を
吸収することはできないという難点がある。半導
体ダイヤフラムと取付台を一体化するための方法
としては、合成樹脂による接着、低融点ガラスに
よる接合、金―シリコンの共晶合金による接合、
陽極接合法、金属ソルダー層による接合など種々
の方法が既に提案・実用化されているが、上記い
ずれの方法を用いても、接合層には接合時に発生
した歪応力が残ると共に、半導体ダイヤフラムと
接合層や取付台の熱膨張係数を完全には一致させ
ることはできないために熱歪応力が薄膜ダイヤフ
ラムに加わることはまぬがれ得ない。
特開昭54―99585号公報に開示のものがある。こ
れは圧力・差圧・絶対圧計などの受圧部を構成す
る部材から検出素子である半導体ダイヤフラムに
加わる歪応力を減らすために特殊な構造を採用し
た取付台を用いるものであるが、その取付台の構
造が複雑なため製造上難点があると共に、歪応力
の伝達を完全にはなくしえないなどの欠点があ
る。また他の従来の提案として、特開昭54―
143275号公報に開示のものがあり、これは半導体
ダイヤフラムと同じ素材からなる取付台を用いる
ことにより、取付台と半導体ダイヤフラムの熱膨
張係数の差による熱歪応力の発生を防止すること
を目的とし、取付台に溝を形設することにより、
この目的をより完全に達成しようとするものであ
る。しかし、上記いずれの提案のものも半導体ダ
イヤフラム自身は何ら歪を吸収する手段を有して
おらず、半導体ダイヤフラムと取付台を一体化す
るための接合層が起歪部として発生する歪応力を
吸収することはできないという難点がある。半導
体ダイヤフラムと取付台を一体化するための方法
としては、合成樹脂による接着、低融点ガラスに
よる接合、金―シリコンの共晶合金による接合、
陽極接合法、金属ソルダー層による接合など種々
の方法が既に提案・実用化されているが、上記い
ずれの方法を用いても、接合層には接合時に発生
した歪応力が残ると共に、半導体ダイヤフラムと
接合層や取付台の熱膨張係数を完全には一致させ
ることはできないために熱歪応力が薄膜ダイヤフ
ラムに加わることはまぬがれ得ない。
この発明は、この悪影響をとり除き、周囲温度
変化に対して安定に動作する。すなわち熱歪応力
が薄膜ダイヤフラムに加わることの無い半導体ダ
イヤフラムを提供するものであり、圧力・差圧・
絶対圧計等に好適に使用される。
変化に対して安定に動作する。すなわち熱歪応力
が薄膜ダイヤフラムに加わることの無い半導体ダ
イヤフラムを提供するものであり、圧力・差圧・
絶対圧計等に好適に使用される。
すなわち、この発明の半導体ダイヤフラムは、
半導体単結晶の板状チツプの下面中央部を上面へ
向けて凹ませて中央部を薄肉にしてその中央部を
薄膜ダイヤフラムとすると共に、その周囲の比較
的厚肉の部分を周辺固定部とし、さらにその周辺
固定部に前記薄膜ダイヤフラムを取り囲むように
応力吸収の為の細く深い溝を形成して構成された
ものである。この半導体ダイヤフラムは、取付台
から接合層を介してあるいは接合層自体から半導
体ダイヤフラムの周辺固定部に加わる歪応力が薄
膜ダイヤフラムへと伝わるのを、細く深い溝を設
けることにより防止することができるので、半導
体ダイヤフラムとの熱膨張係数の一致、歪応力の
伝達防止などを考慮した特別な取付台を必要とせ
ず、半導体ダイヤフラムと取付台の接合の手法も
容易で広い温度範囲にわたつて安定に動作しうる
ものである。
半導体単結晶の板状チツプの下面中央部を上面へ
向けて凹ませて中央部を薄肉にしてその中央部を
薄膜ダイヤフラムとすると共に、その周囲の比較
的厚肉の部分を周辺固定部とし、さらにその周辺
固定部に前記薄膜ダイヤフラムを取り囲むように
応力吸収の為の細く深い溝を形成して構成された
ものである。この半導体ダイヤフラムは、取付台
から接合層を介してあるいは接合層自体から半導
体ダイヤフラムの周辺固定部に加わる歪応力が薄
膜ダイヤフラムへと伝わるのを、細く深い溝を設
けることにより防止することができるので、半導
体ダイヤフラムとの熱膨張係数の一致、歪応力の
伝達防止などを考慮した特別な取付台を必要とせ
ず、半導体ダイヤフラムと取付台の接合の手法も
容易で広い温度範囲にわたつて安定に動作しうる
ものである。
以下、図に示す実施例に基いて、この発明を詳
説する。
説する。
第１図に示す１は、この発明の半導体ダイヤフ
ラムの一実施例であるシリコンダイヤフラムであ
る。
ラムの一実施例であるシリコンダイヤフラムであ
る。
このシリコンダイヤフラム１は、１１０面を有
するシリコン単結晶で概略７mm×７mm×200μmの
正方形の板状チツプの下面中央部２を電解エツチ
ング等により削除して、その中央部に厚さ＋数
μmの薄膜ダイヤフラム３を円形に形成したもの
である。円形の直径は２〜３mmである。
するシリコン単結晶で概略７mm×７mm×200μmの
正方形の板状チツプの下面中央部２を電解エツチ
ング等により削除して、その中央部に厚さ＋数
μmの薄膜ダイヤフラム３を円形に形成したもの
である。円形の直径は２〜３mmである。
薄膜ダイヤフラム３の周囲の厚さ200μmの部分
は周辺固定部４である。
は周辺固定部４である。
薄膜ダイヤフラム３を取り囲むように周辺固定
部４に形設された溝は歪応力吸収のための細く深
い溝６であり、周辺固定部４の下面５に開口して
おり、それら開口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは四辺
形をなしている。そしてその四辺形の辺をなす開
口の長手方向はいずれも＜１１２＞軸方向を向い
ている。開口の幅は数μmから数十μmで、溝の深
さは周辺固定部４の厚みの概略80〜90％すなわち
約160〜180μmである。
部４に形設された溝は歪応力吸収のための細く深
い溝６であり、周辺固定部４の下面５に開口して
おり、それら開口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは四辺
形をなしている。そしてその四辺形の辺をなす開
口の長手方向はいずれも＜１１２＞軸方向を向い
ている。開口の幅は数μmから数十μmで、溝の深
さは周辺固定部４の厚みの概略80〜90％すなわち
約160〜180μmである。
このような歪応力吸収の為の溝６は、周辺固定
部４の下面５にSiO2，Si3N4などの薄膜を形成し
た後上記開口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに対応した
四辺形パターンをフオト・リソグラフイーの技術
によりくり抜いたのち、APW（Amine
Pyocatechol Water）エツチングを施すことで
極めて好適に形設できる。すなわち、APWエツ
チングによれば１１１面はほとんどエツチングさ
れない。従つて、１１０面上に１１２軸方向に長
手方向を有するように開けられたエツチング窓を
有するシリコンをAPWエツチングすれば、深さ
方向にのみエツチングされ、横方向のエツチング
すなわちアンダーエツチは１１１面があらわれる
のでほとんど進まない。結局、下面５が上記四辺
形パターンの深さ方向にのみエツチングされて下
面５に垂直な溝壁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄをもつ
歪応力吸収の為の溝６が狭く深い断面略Ｕ字状に
形成されることになるからである。歪応力吸収の
為の溝６の深さはエツチング時間によりコントロ
ールでき、幅は前記フオト・リソグラフイー技術
によつてエツチングマスクに開けられる四辺形パ
ターンの辺の幅によつてコントロールできる。
部４の下面５にSiO2，Si3N4などの薄膜を形成し
た後上記開口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに対応した
四辺形パターンをフオト・リソグラフイーの技術
によりくり抜いたのち、APW（Amine
Pyocatechol Water）エツチングを施すことで
極めて好適に形設できる。すなわち、APWエツ
チングによれば１１１面はほとんどエツチングさ
れない。従つて、１１０面上に１１２軸方向に長
手方向を有するように開けられたエツチング窓を
有するシリコンをAPWエツチングすれば、深さ
方向にのみエツチングされ、横方向のエツチング
すなわちアンダーエツチは１１１面があらわれる
のでほとんど進まない。結局、下面５が上記四辺
形パターンの深さ方向にのみエツチングされて下
面５に垂直な溝壁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄをもつ
歪応力吸収の為の溝６が狭く深い断面略Ｕ字状に
形成されることになるからである。歪応力吸収の
為の溝６の深さはエツチング時間によりコントロ
ールでき、幅は前記フオト・リソグラフイー技術
によつてエツチングマスクに開けられる四辺形パ
ターンの辺の幅によつてコントロールできる。
このようにして周辺固定部４の下面５に開口す
る断面略Ｕ字状の歪応力吸収の為の溝６を形成さ
れたシリコンダイヤフラム１は、第４図に示すよ
うに、その上面にフオト・リソグラフイーの手法
によりたとえばピエゾ抵抗素子より成る歪ゲージ
部９を形成され、歪応力吸収の為の溝６より外側
の周辺固定部下面５の取付面５ａの部分で取付台
１０に取り付けられ、圧力・差圧・絶対圧等の検
出素子１１とされる。
る断面略Ｕ字状の歪応力吸収の為の溝６を形成さ
れたシリコンダイヤフラム１は、第４図に示すよ
うに、その上面にフオト・リソグラフイーの手法
によりたとえばピエゾ抵抗素子より成る歪ゲージ
部９を形成され、歪応力吸収の為の溝６より外側
の周辺固定部下面５の取付面５ａの部分で取付台
１０に取り付けられ、圧力・差圧・絶対圧等の検
出素子１１とされる。
上記シリコンダイヤフラム１では、上記説明の
ようにそれ自身が歪応力吸収の為の溝６を有して
いるから、周辺固定部４から薄膜ダイヤフラム３
への歪応力の伝達がほとんどない。従つて、歪応
力による零点の温度ドリフトが非常に少く、極め
て安定に動作しうるものである。また、取付台１
０を特殊な構造とする必要もなく、素材もガラ
ス、シリコン、アルミナ、金属などの素材を任意
に使用することができる。さらにその上、取付台
１０への取り付けを、低融点ガラス、合成樹脂接
着剤、金―シリコンの共晶を利用する方法など任
意に選択して行うことができる。また歪応力吸収
の為の溝６が狭く深い断面Ｕ字状であるから、ダ
イヤフラム１の両面の差圧によりブリツジ部１２
に生ずる応力は剪断応力になるが、シリコンは剪
断応力に対して強いので、大きな差圧下でも強度
的に問題なく使用できる。
ようにそれ自身が歪応力吸収の為の溝６を有して
いるから、周辺固定部４から薄膜ダイヤフラム３
への歪応力の伝達がほとんどない。従つて、歪応
力による零点の温度ドリフトが非常に少く、極め
て安定に動作しうるものである。また、取付台１
０を特殊な構造とする必要もなく、素材もガラ
ス、シリコン、アルミナ、金属などの素材を任意
に使用することができる。さらにその上、取付台
１０への取り付けを、低融点ガラス、合成樹脂接
着剤、金―シリコンの共晶を利用する方法など任
意に選択して行うことができる。また歪応力吸収
の為の溝６が狭く深い断面Ｕ字状であるから、ダ
イヤフラム１の両面の差圧によりブリツジ部１２
に生ずる応力は剪断応力になるが、シリコンは剪
断応力に対して強いので、大きな差圧下でも強度
的に問題なく使用できる。
他の実施例としては、歪応力吸収の為の溝をダ
イヤフラムの上面に開口する溝とするもの、ある
いは下面に開口する溝と上面に開口する溝との二
重の溝とするものが挙げられる。また、他の異方
向性エツチングたとえばアルカリエツチングを用
いて歪応力吸収の為の溝を形成してもよい。
イヤフラムの上面に開口する溝とするもの、ある
いは下面に開口する溝と上面に開口する溝との二
重の溝とするものが挙げられる。また、他の異方
向性エツチングたとえばアルカリエツチングを用
いて歪応力吸収の為の溝を形成してもよい。
さらにスパツタリング、プラズマエツチング、
電子ビーム加工などを用いて歪応力吸収の為の溝
を形成してもよい。この場合には、＜１１２＞軸
方向の辺をもつ四辺形パターンの溝とする必要が
ないから、円形パターンなどの任意のパターンの
溝を形設することができる。またさらに、半導体
をゲルマニウムとしたものが挙げられる。
電子ビーム加工などを用いて歪応力吸収の為の溝
を形成してもよい。この場合には、＜１１２＞軸
方向の辺をもつ四辺形パターンの溝とする必要が
ないから、円形パターンなどの任意のパターンの
溝を形設することができる。またさらに、半導体
をゲルマニウムとしたものが挙げられる。
第１図はこの発明の半導体ダイヤフラムの一実
施例の第２図における―断面図、第２図は第
１図に示す半導体ダイヤフラムの底面図、第３図
は同じく底面部を見た斜視図、第４図は第１図に
示す半導体ダイヤフラムを用いた圧力検出素子の
縦端面図である。 １…シリコンダイヤフラム、３…薄膜ダイヤフ
ラム、４…周辺固定部、５…下面、５ａ…取付
面、６…歪応力吸収の為の溝、６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄ…開口、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…溝
壁、９…ピエゾ抵抗素子、１０…取付台、１１…
圧力検出素子。
施例の第２図における―断面図、第２図は第
１図に示す半導体ダイヤフラムの底面図、第３図
は同じく底面部を見た斜視図、第４図は第１図に
示す半導体ダイヤフラムを用いた圧力検出素子の
縦端面図である。 １…シリコンダイヤフラム、３…薄膜ダイヤフ
ラム、４…周辺固定部、５…下面、５ａ…取付
面、６…歪応力吸収の為の溝、６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄ…開口、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…溝
壁、９…ピエゾ抵抗素子、１０…取付台、１１…
圧力検出素子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体単結晶の板状チツプの下面中央部を上
面へ向けて凹ませて薄膜ダイヤフラムを形成する
と共に、その周囲の比較的厚肉の部分を周辺固定
部として取付台に取付けられる半導体ダイヤフラ
ムにおいて、薄膜ダイヤフラムを取り囲むように
周辺固定部に細く深い溝を形成し、この溝より外
側の上記周辺固定部の下面を上記取付台の取付面
としてなる半導体ダイヤフラム。 ２ 半導体がシリコンであり、板状チツプの上・
下面を１１０面とし、下面１１０面上で＜１１２
＞軸方向に辺をもつ４辺形の各辺に沿つて異方向
性エツチングを施して、周辺固定部下面に開口す
る細く深い溝を形成してなる請求の範囲第１項記
載の半導体ダイヤフラム。 ３ 異方向性エツチングが、APW（Amine
Pyrocatechol Water）エツチングである請求の
範囲第２項記載の半導体ダイヤフラム。 ４ 薄膜ダイヤフラム上面にピエゾ抵抗素子が形
成されてなる請求の範囲第１項から第３項のいず
れかに記載の半導体ダイヤフラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56137562A JPS5839069A (ja) | 1981-08-31 | 1981-08-31 | 半導体ダイヤフラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56137562A JPS5839069A (ja) | 1981-08-31 | 1981-08-31 | 半導体ダイヤフラム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5839069A JPS5839069A (ja) | 1983-03-07 |
| JPH0158673B2 true JPH0158673B2 (ja) | 1989-12-13 |
Family
ID=15201618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56137562A Granted JPS5839069A (ja) | 1981-08-31 | 1981-08-31 | 半導体ダイヤフラム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5839069A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0643129B2 (ja) * | 1984-03-01 | 1994-06-08 | キヤノン株式会社 | インクジェット記録ヘッド |
| JPH064334B2 (ja) * | 1984-10-19 | 1994-01-19 | キヤノン株式会社 | 液体噴射記録ヘツドの製造方法 |
| JPS63283073A (ja) * | 1987-05-15 | 1988-11-18 | Toshiba Corp | 半導体圧力センサ |
| JPH01127268U (ja) * | 1988-02-23 | 1989-08-31 | ||
| JPH0363834U (ja) * | 1989-10-24 | 1991-06-21 | ||
| US6346742B1 (en) | 1998-11-12 | 2002-02-12 | Maxim Integrated Products, Inc. | Chip-scale packaged pressure sensor |
| US6351996B1 (en) * | 1998-11-12 | 2002-03-05 | Maxim Integrated Products, Inc. | Hermetic packaging for semiconductor pressure sensors |
| JP4347560B2 (ja) | 2002-12-17 | 2009-10-21 | シャランインスツルメンツ株式会社 | 光学素子固定構造、光学素子固定体、光学素子および光学素子ホルダ |
| JP5837846B2 (ja) * | 2012-02-29 | 2015-12-24 | アルプス電気株式会社 | 静電容量型物理量センサとその製造方法 |
| JP5824385B2 (ja) * | 2012-02-29 | 2015-11-25 | アルプス電気株式会社 | 静電容量型物理量センサとその製造方法 |
-
1981
- 1981-08-31 JP JP56137562A patent/JPS5839069A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5839069A (ja) | 1983-03-07 |
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