(57)【要約】【課題】耐圧特性が向上出来、感度が増大出来て、レンジアビリティが拡大され、出力リップルが減少出来る半導体圧力センサを提供する。【解決手段】半導体チップと、この半導体チップに設けられこの半導体チップに起歪部たるダイアフラムを構成する凹部と、前記半導体チップの起歪部に設けられた半導体圧力検出素子と、前記半導体チップに一面が接続され前記凹部と圧力導入室を構成する絶縁材からなるチップ支持基板とを具備する半導体圧力センサにおいて、前記半導体チップと前記チップ支持基板との間に設けられ前記凹部と前記チップ支持基板と共に圧力導入室を構成するリング状の静圧歪補正リングを具備したことを特徴とする半導体圧力計である。【選択図】　　　　図１
2004093140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
この半導体チップに設けられこの半導体チップに起歪部たるダイアフラムを構成する凹部と、
前記半導体チップの起歪部に設けられた半導体圧力検出素子と、
前記半導体チップに一面が接続され前記凹部と圧力導入室を構成する絶縁材からなるチップ支持基板と
を具備する半導体圧力センサにおいて、
前記半導体チップと前記チップ支持基板との間に設けられ前記凹部と前記チップ支持基板と共に圧力導入室を構成するリング状の静圧歪補正リング
を具備したことを特徴とする半導体圧力計。
【請求項２】
前記半導体チップと前記リング状の静圧歪補正リングとが最初から一体に形成されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体圧力計。
【請求項３】
前記チップ支持基板と前記リング状の静圧歪補正リングとが最初から一体に形成されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体圧力計。
【請求項４】
前記半導体チップとして、シリコンが使用されたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の半導体圧力計。
【請求項５】
前記チップ支持基板として、ガラスが使用されたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の半導体圧力計。
【請求項６】
前記チップ支持基板として、セラミックスが使用されたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の半導体圧力計。
【請求項７】
前記半導体圧力検出素子として、振動式センサが使用されたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の半導体圧力計。
【請求項８】
前記静圧歪補正リングとして、円形状の静圧歪補正リングが使用されたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の半導体圧力計。
【請求項９】
前記静圧歪補正リングとして、多角形状の静圧歪補正リングが使用されたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の半導体圧力計。
【請求項１０】
前記静圧歪補正リングの配置位置、リングの幅、リングの高さが調整されて静圧歪みが減少されるようにされたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の半導体圧力計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐圧特性が向上出来、感度が増大出来て、レンジアビリティが拡大され、出力リップルが減少出来る半導体圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、実開昭６３ー６３７３７号公報に示されている。
【０００３】
図において、１は半導体チップである。
この場合は、シリコンが使用されている。
２は半導体チップ１に設けられ半導体チップ１に起歪部たるダイアフラム３を構成する凹部である。
【０００４】
４は、半導体チップ１の起歪部３に設けられた半導体圧力検出素子である。
この場合は、振動子が使用されている。
５は半導体チップ１の一面に一面が接続され、凹部２と圧力導入室６を構成する絶縁材からなるチップ支持基板である。
【０００５】
この場合は、パイレックス（登録商標）ガラスが使用され、直接全面接合されている。
また、この場合は、半導体チップ１とチップ支持基板５とは、陽極接合により接合されている。
７はガラス支持基板５に設けられ、圧力導入室６に連通する連通孔である。
【０００６】
以上の構成において、圧力導入室６に低圧側圧力ＰＬが導入され、ダイアフラム３の外側から高圧側圧力ＰＨが加わると、ダイアフラム３は、高圧側圧力ＰＨ―低圧側圧力ＰＬの差圧により変位する。
この変位を半導体圧力検出素子４により電気的に検出すれば、差圧に対応した電気信号出力が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置においては、以下の間題点がある。
静水圧が印加された場合、半導体チップ１とチップ支持基板５とのヤング率差により、半導体チップ１自体の圧縮歪より大きな圧縮歪が、半導体圧力検出素子４に印加されることになる。
【０００８】
この場合は、シリコンよりなる半導体チップ１のヤング率は、Ｅ＝１３５ＧＰａであり、パイレックス（登録商標）ガラスよりなるチップ支持基板５のヤング率は、Ｅ＝８０ＧＰａであり、チップ支持基板５が半導体チップ１より圧縮率が大きい。
【０００９】
シリコンよりなる半導体チップ１自体の圧縮歪より大きな圧縮歪（約１．５〜２倍）が、半導体圧力検出素子４に印加されることになる。
これにより、半導体圧力検出素子４の動作歪範囲が制限されて、半導体圧力センサの正常動作範囲と耐圧性能が制約される。
【００１０】
このために、現状においては、センサ感度を下げ（性能低下）たり、正常動作範囲を限定（耐圧性能を低下させる）することを余儀なくされている。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、耐圧特性が向上出来、感度が増大出来て、レンジアビリティが拡大され、出力リップルが減少出来る半導体圧力センサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１記載の半導体圧力センサにおいては、
半導体チップと、この半導体チップに設けられこの半導体チップに起歪部たるダイアフラムを構成する凹部と、前記半導体チップの起歪部に設けられた半導体圧力検出素子と、前記半導体チップに一面が接続され前記凹部と圧力導入室を構成する絶縁材からなるチップ支持基板とを具備する半導体圧力センサにおいて、
前記半導体チップと前記チップ支持基板との間に設けられ前記凹部と前記チップ支持基板と共に圧力導入室を構成するリング状の静圧歪補正リングを具備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の半導体圧力計において、
前記半導体チップと前記リング状の静圧歪補正リングとが最初から一体に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３においては、請求項１記載の半導体圧力センサにおいて、
前記チップ支持基板と前記リング状の静圧歪補正リングとが最初から一体に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４においては、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の半導体圧力センサにおいて、
前記半導体チップとして、シリコンが使用されたことをを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５においては、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の半導体圧力センサにおいて、
前記チップ支持基板として、ガラスが使用されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項６においては、請求項１１乃至請求項５の何れかに記載の半導体圧力センサにおいて、
前記チップ支持基板として、セラミックスが使用されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項７においては、請求項１乃至請求項６の何れかに記載の半導体圧力センサにおいて、
前記半導体圧力検出素子として、振動式センサが使用されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項８においては、請求項１乃至請求項７の何れかに記載の半導体圧力センサにおいて、
前記静圧歪補正リングとして、円形状の静圧歪補正リングが使用されたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項９においては、請求項１乃至請求項８の何れかに記載の半導体圧力センサにおいて、
前記静圧歪補正リングとして、多角形状の静圧歪補正リングが使用されたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１０においては、請求項１乃至請求項９の何れかに記載の半導体圧力センサにおいて、
前記静圧歪補正リングの配置位置、リングの幅、リングの高さが調整されて静圧歪みが減少されるようにされたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の動作説明図である。
図において、図３と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図３と相違部分のみ説明する。
【００２３】
図において、１１は、半導体チップ１とチップ支持基板５との間に設けられ、凹部２とチップ支持基板５と共に圧力導入室１２を構成するリング状の静圧歪補正リングである。
【００２４】
なお、半導体チップ１とリング状の静圧歪補正リング１１とが最初から一体に形成されても良い。
また、チップ支持基板５とリング状の静圧歪補正リング１１とが最初から一体に形成されても良い。
【００２５】
具体的には、半導体チップ１に静圧歪補正リング１１を形成するには、たとえば、半導体酸化膜をフォトリソグラフィ技術を使用してアルカリ液によるエッチング（ウェットエッチング）やＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ（ドライエッチング）によるエッチングを実施すれば容易に実現できる。
【００２６】
また、チップ支持基板５に静圧歪補正リング１１を形成するには、たとえば、超音波加工等で機械的に研削して形成可能である。
なお、この場合は、静圧歪補正リング１１として、円形状の静圧歪補正リング１１が使用されているが、多角形状の静圧歪補正リングが使用されても良い。
【００２７】
また、静圧歪補正リング１１の配置位置、リングの幅、リングの高さが調整されて静圧歪みが減少されるようにされている。
【００２８】
以上の構成において、測定圧が印加されると、チップ支持基板５が半導体チップ１より圧縮率が大きいため図２に示す如く、半導体チップ１が変形する。
半導体チップ１が点線に示すように変形するために、半導体圧力検出素子４が配置されているチップ支持基板５の表面には変形による引張歪がさらに発生する。
【００２９】
以上により、半導体圧力検出素子４には、測定圧による圧縮歪と図２に示す如き変形による引張歪が印加される。
即ち、引張歪分（＋）が圧縮歪分（−）をキャンセルする方向で働くため、実際に加わる圧縮歪が減少することとなる。
【００３０】
従って、半導体圧力検出素子４の動作歪範囲が制限されることになる。
しかし、本発明では、半導体チップ１とチップ支持基板５との間に設けられ、凹部２とチップ支持基板５と共に圧力導入室１２を構成するリング状の静圧歪補正リング１１が設けられたので、静水圧が印加されたことにより発生する引張歪分（＋）が、圧縮歪分（−）をキャンセルする現象が緩和される。
【００３１】
なお、チップ支持基板５として、セラミックスが使用されても良い。
【００３２】
この結果、
（１）静圧歪による半導体圧力検出素子４の圧縮歪が、緩和・減少されるため、半導体圧力検出素子４の動作範囲を広げることができる。
【００３３】
それにより、耐圧特性が向上出来、半導体圧力検出素子４の感度もアップできるため、レンジアビリティが拡大され、出力リップルが減少出来る半導体圧力センサが得られる。
【００３４】
（２）半導体チップ１とリング状の静圧歪補正リング１１とが最初から一体に形成されれば、一連の半導体プロセス工程で作ることが出来、安価な半導体圧力センサが得られる。
【００３５】
（３）チップ支持基板５とリング状の静圧歪補正リング１１とが最初から一体に形成されれば、チップ支持基板５の製造工程で、作ることが出来、安価な半導体圧力センサが得られる。
【００３６】
（４）半導体チップ１として、シリコンが使用されたので、シリコンは半導体プロセスで多用されており、市場で容易に入手し易く、安価な半導体圧力センサが得られる。
【００３７】
（５）チップ支持基板５として、ガラスが使用されたので、ガラスは絶縁材として安価であり、安価な半導体圧力センサが得られる。
（６）チップ支持基板５として、セラミックスが使用されれば、耐熱特性が向上された半導体圧力センサが得られる。
【００３８】
（７）半導体圧力検出素子４として、振動式センサが使用されたので、感度が高く、デジタル信号化が容易な半導体圧力センサが得られる。
（８）静圧歪補正リング１１として、円形状の静圧歪補正リング１１が使用されたので、均一な静圧補正量が得られ、圧力導入室１２の耐圧特性が容易に確保出来る半導体圧力センサが得られる。
【００３９】
（９）静圧歪補正リング１１として、多角形状の静圧歪補正リング１１が使用されたので、静圧歪みの補正方向と補正量を、任意に選ぶことができる半導体圧力センサが得られる。
【００４０】
（１０）静圧歪補正リング１１の配置位置、リングの幅、リングの高さが調整されて静圧歪の補正量が調整可能なため、最適な静圧歪みの補正が容易に得られる半導体圧力センサが得られる。
【００４１】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
静圧歪による半導体圧力検出素子の圧縮歪が、緩和・減少されるため、半導体圧力検出素子の動作範囲を広げることができる。
それにより、耐圧特性が向上出来、半導体圧力検出素子の感度もアップできるため、レンジアビリティが拡大され、出力リップルが減少出来る半導体圧力センサが得られる。
【００４３】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
半導体チップとリング状の静圧歪補正リングとが最初から一体に形成されているので、一連の半導体プロセス工程で作ることが出来、安価な半導体圧力センサが得られる。
【００４４】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
チップ支持基板と前記リング状の静圧歪補正リングとが最初から一体に形成されているので、チップ支持基板の製造工程で、作ることが出来、安価な半導体圧力センサが得られる。
【００４５】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
半導体チップとして、シリコンが使用されたので、シリコンは半導体プロセスで多用されており、市場で容易に入手し易く、安価な半導体圧力センサが得られる。
【００４６】
本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
チップ支持基板として、ガラスが使用されたので、ガラスは絶縁材として安価であり、安価な半導体圧力センサが得られる。
【００４７】
本発明の請求項６によれば、次のような効果がある。
チップ支持基板として、セラミックスが使用されたので、耐熱特性が向上された半導体圧力センサが得られる。
【００４８】
本発明の請求項７によれば、次のような効果がある。
半導体圧力検出素子として、振動式センサが使用されたので、感度が高く、デジタル信号化が容易な半導体圧力センサが得られる。
【００４９】
本発明の請求項８によれば、次のような効果がある。
静圧歪補正リングとして、円形状の静圧歪補正リングが使用されたので、均一な静圧補正量が得られ、圧力導入室の耐圧特性が容易に確保出来る半導体圧力センサが得られる。
【００５０】
本発明の請求項９によれば、次のような効果がある。
静圧歪補正リングとして、多角形状の静圧歪補正リングが使用されたので、静圧歪みの補正方向と補正量を、任意に選ぶことができる半導体圧力センサが得られる。
【００５１】
本発明の請求項１０によれば、次のような効果がある。
静圧歪補正リングの配置位置、リングの幅、リングの高さが調整されて静圧歪の補正量が調整可能なため、最適な静圧歪みの補正が容易に得られる半導体圧力センサが得られる。
【００５２】
従って、本発明によれば、耐圧特性が向上出来、感度が増大出来て、レンジアビリティが拡大され、出力リップルが減少出来る半導体圧力センサを実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【符号の説明】
１　　　半導体チップ
２　　　凹部
３　　　受圧ダイヤフラム
４　　　半導体圧力検出素子
５　　　チップ支持基板
６　　　圧力導入室
７　　　連通孔
１１　　静圧歪補正リング
１２　　圧力導入室
ＰＬ　　低圧側圧力
ＰＨ　　高圧側圧力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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