(57)【要約】【課題】  センサチップ内に、過大圧保護手段とダンピング手段とを設ける。【解決手段】  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を具備する半導体差圧測定装置において、  前記凹部に前記ダイアフラムと隙間を保って対向して設けられた支持台と、前記隙間に導入された封入液とを有するダンピング手段を具備したことを特徴とする半導体差圧測定装置である。【選択図】                    図１
2005043198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を具備する半導体差圧測定装置において、
前記凹部に前記ダイアフラムと隙間を保って対向して設けられた支持台と、
前記隙間に導入された封入液と
を有するダンピング手段
を具備したことを特徴とする半導体差圧測定装置。
【請求項２】
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を具備する半導体差圧測定装置において、
前記凹部に前記ダイアフラムと隙間を保って対向して設けられた支持台と、
この支持台に前記ダイアフラムに対向して設けられた凸部と
を有する過大圧保護手段
を具備したことを特徴とする半導体差圧測定装置。
【請求項３】
前記隙間に封入液が導入されてダンピング手段が構成されたこと
を特徴とする請求項２記載の半導体差圧測定装置。
【請求項４】
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を具備する半導体差圧測定装置において、
前記ダイアフラムの凹部が設けられている側と反対側の面に隙間を保って対向して前記ダイアフラムと半導体プロセスにより最初から一体構成に設けられた支持板と、
前記隙間に導入された封入液と
を有するダンピング手段
を具備したことを特徴とする半導体差圧測定装置。
【請求項５】
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を具備する半導体差圧測定装置において、
前記ダイアフラムと半導体プロセスにより最初から一体構成に製作され前記ダイアフラムの凹部が設けられている側と反対側の面に隙間を保って対向して設けられた支持板と、
この支持板に前記ダイアフラムに対向して設けられた凸部と
を有する過大圧保護手段
を具備したことを特徴とする半導体差圧測定装置。
【請求項６】
前記隙間に封入液が導入されてダンピング手段が構成されたこと
を特徴とする請求項５記載の半導体差圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサチップ内に、オイルダンピングと過大圧保護手段が内蔵された半導体差圧測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体差圧測定装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【特許文献１】特開平４−１１６７４８号（第４−５頁、図４、図６、図７）
【０００３】
図６は、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、例えぱ実開平４−１１６７４８号、考案の名称「振動形圧カ測定装置」に示されている。
図７は図６の要部拡大説明図、図８は図７の要部拡大説明図、図９は図６の動作説明図、図１０は図６の動作説明図である。
振動形センサを差圧測定装置に使用した例である。
【０００４】
図において、１は半導体単結晶からなるセンサチツプである。
２は、センサチップ１に設けられた凹部３により形成され測定圧Ｐｍを受圧する測定ダイアフラムである。
【０００５】
４は測定ダイアフラム２に埋込み設けられた歪み検出センサで、振動子が使用されている。
５は封止用の半導体エピタキシャル成長層からなるシェルで、振動子４を測定ダイアフラム２に封止する。
【０００６】
６は、振動子４の周囲の、振動子４と、測定ダイアフラム２およびシェル５との間に設けられた真空室である。
【０００７】
振動子４は、図９、図１０に示す如く、永久磁石７による磁場と、振動子４に接続された閉ループ自励発振回路とにより、振動子４の固有振動で発振するように構成されている。
永久磁石７は、ヨーク８，ヨークホルダ９，スペーサ１１を介して、振動子４に対向して配置されている。
なお、図１０においては、振動子４はＨ形状が採用されている。
【０００８】
２１は、底部２２側にヨークホルダ９がすきま嵌めされ、振動子４の方向に底部２２が、ヨークホルダ９をスペーサ１１に押圧し、開口部２３側に支持体１２がすきま嵌めされ、開口縁部２４において支持体１２に溶接２５固定される弾性を有する断面U字形状のキャツプ体である。
【０００９】
キャップ体２１は、ヨークホルダ９と支持体１２に対して熱膨脹係数が近い材料からなり、振動子４と磁石７との相対位置を精度よく設定する。
２６は底部２２の中央部に設けられた孔である。
【００１０】
以上の構成において、測定ダイアフラム２に測定圧力Ｐｍが加わると、振動子４の軸カが変化し、固有振動数が変化するため、発振周波数の変化により測定圧カＰｍの測定が出来る。
【００１１】
そして、ヨーク８とセンサチップ１のギャップが２０〜４０μｍとなるように組み立て、そのギャップに粘性が高いオイルを封入することによりダイアフラムの振動を抑え、ダンピング効果を得ている。
【００１２】
従って、振動子４のＨ側（図６の上側）にはダンピング手段があるが、振動子４のＬ側（図６の下側）にはダンピング手段がない。
センサチップ１内には、過大圧保護手段はなく、本体のカプセル側（差圧測定装置のボディ側）についている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、
微差圧の差圧測定装置や高圧力の差圧測定装置計では、本体のカプセル側（差圧測定装置のボディ側）に過大圧保護手段を配置することが、測定対象が微差圧や高圧力の為に難しい。
そのため、過大圧によるダイアフラム２の破壊や振動子４の座屈が起こらないよう、センサ感度を大幅に落とさざるを得ない。
【００１４】
測定ダイアフラム２の片側(Ｈ側)しかダンピング手段がない。両側に付いている場合と比較するとダンピング効果が小さい。
センサチップ１内にダンピング手段がなく、アセンブリ全体の組立精度を厳密に管理することで、ヨーク８とセンサチップ１との間に、一定幅のギャップを形成している。そのため組立工数がかかる。
【００１５】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、
センサチップ１に過大圧保護手段を配置することにより、本体のカプセル側（差圧測定装置のボディ側）に過大圧保護手段がなくても、過大圧によるダイアフラム２の破壊や振動子４の座屈が起こらない差圧測定装置を実現する。
【００１６】
ダイアフラム２の上下に、半導体プロセスにより狭いギャップを形成し、よりダンピング効果のある差圧測定装置を実現する。
センサチップ１内にダンピング手段を設けることで、組立て精度に依存しないようにして、組立て工数を削減できる差圧測定装置を実現する。
ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の半導体差圧測定装置においては、
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を具備する半導体差圧測定装置において、
前記凹部に前記ダイアフラムと隙間を保って対向して設けられた支持台と、前記隙間に導入された封入液とを有するダンピング手段を具備したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項２の半導体差圧測定装置においては、
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を具備する半導体差圧測定装置において、
前記凹部に前記ダイアフラムと隙間を保って対向して設けられた支持台と、この支持台に前記ダイアフラムに対向して設けられた凸部とを有する過大圧保護手段を具備したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項３においては、請求項２記載の半導体差圧測定装置において、
前記隙間に封入液が導入されてダンピング手段が構成されたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項４の半導体差圧測定装置においては、
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を具備する半導体差圧測定装置において、
前記ダイアフラムの凹部が設けられている側と反対側の面に隙間を保って対向して前記ダイアフラムと半導体プロセスにより最初から一体構成に設けられた支持板と、前記隙間に導入された封入液とを有するダンピング手段を具備したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項５の半導体差圧測定装置においては、
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を具備する半導体差圧測定装置において、
前記ダイアフラムと半導体プロセスにより最初から一体構成に製作され前記ダイアフラムの凹部が設けられている側と反対側の面に隙間を保って対向して設けられた支持板と、この支持板に前記ダイアフラムに対向して設けられた凸部とを有する過大圧保護手段を具備したことを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項６の半導体差圧測定装置においては、
前記隙間に封入液が導入されてダンピング手段が構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
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。
凹部にダイアフラムと隙間を保って対向して設けられた支持台と、隙間に導入された封入液とを有するダンピング手段が設けられた。
【００２４】
従って、
ダイアフラムの振動は半導体差圧測定装置の特性を悪化させるが、封入液と狭い隙間により、有効なダンピングがかけられ、ダイアフラムの振動を抑えることができ、特性が向上された半導体差圧測定装置が得られる。
半導体プロセスで形成出来る為に、狭い隙間を形成することが可能となり、ダンピングの効果が大きい半導体差圧測定装置が得られる。
【００２５】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
凹部にダイアフラムと隙間を保って対向して設けられた支持台と、この支持台にダイアフラムに対向して設けられた凸部とを有する過大圧保護手段が設けられた。
【００２６】
従って、
センサチップ内にメカニカルな過大圧保護手段が設けられたので、本体のカプセル側に過大圧保護手段が設けられなくてもよく、コストダウンができる半導体差圧測定装置が得られる。
【００２７】
低圧、高圧レンジでは現在では過大圧保護手段がなく、センサの感度を落として過大圧に対応している。即ち、測定レンジに対して、大きな圧力が加わっても破壊しないようにダイアフラムを厚くして感度を落としているが、その必要が無くなり、感度アップが図れる半導体差圧測定装置が得られる。
【００２８】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
過大圧保護手段の隙間に封入液が導入されてダンピング手段が構成されたので、ダンピング手段と過大圧保護手段を別々に製作しなくてもよく、同時に形成できるために、製作が容易であるにもかかわらずダンピングと過大圧保護の効果が大きい半導体差圧測定装置が得られる。
【００２９】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
ダイアフラムの凹部が設けられている側と反対側の面に隙間を保って対向して、ダイアフラムと半導体プロセスにより最初から一体構成に設けられた支持板と、隙間に導入された封入液とを有するダンピング手段が設けられた。
【００３０】
従って、
ダイアフラムの振動は半導体差圧測定装置の特性を悪化させるが、封入液と狭い隙間により、有効なダンピングがかけられ、ダイアフラムの振動を抑えることができ、特性が向上された半導体差圧測定装置が得られる。
【００３１】
半導体プロセスで形成出来る為に、狭い隙間を形成することが可能となり、ダンピングの効果が大きい半導体差圧測定装置が得られる。
ヨークとセンサチップとの間に、一定幅のギャップを形成しようとして、アセンブリ全体の組立精度を厳密に管理する必要が無く、組立工数がかからず、安価な半導体差圧測定装置が得られる。
【００３２】
本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
ダイアフラムと半導体プロセスにより最初から一体構成に製作され、ダイアフラムの凹部が設けられている側と反対側の面に隙間を保って対向して設けられた支持板と、この支持板にダイアフラムに対向して設けられた凸部とを有する過大圧保護手段が設けられた。
【００３３】
従って、
センサチップ内にメカニカルな過大圧保護手段が設けられたので、本体のカプセル側に過大圧保護手段が設けられなくてもよく、コストダウンができる半導体差圧測定装置が得られる。
【００３４】
低圧、高圧レンジでは現在では過大圧保護手段がなく、センサの感度を落として過大圧に対応している。即ち、測定レンジに対して、大きな圧力が加わっても破壊しないようにダイアフラムを厚くして感度を落としているが、その必要が無くなり、感度アップが図れる半導体差圧測定装置が得られる。
【００３５】
本発明の請求項６によれば、次のような効果がある。
過大圧保護手段の隙間に封入液が導入されてダンピング手段が構成されたので、ダンピング手段と過大圧保護手段を別々に製作しなくてもよく、同時に形成できるために、製作が容易であるにもかかわらずダンピングと過大圧保護の効果が大きい半導体差圧測定装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の要部拡大図、図３，図４，図５は図１の製作説明図である。
図において、図６と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図６と相違部分のみ説明する。
【００３７】
ダンピング手段３０は、支持台３１と封入液３２とを有する。
支持台３１は、凹部３にダイアフラム２と隙間３３を保って対向して設けられている。
封入液３２は、隙間３３に導入されている。
この場合は、シリコンオイルが使用されている。
【００３８】
過大圧保護手段４０は、支持台３１と凸部４１とを有する。
凸部４１は、支持台３１にダイアフラム２に対向して設けられている。
【００３９】
ダンピング手段５０は、支持板５１と封入液５２とを有する。
支持板５１は、ダイアフラム２の凹部３が設けられている側と反対側の面に隙間５３を保って対向して、ダイアフラム２と半導体プロセスにより最初から一体構成に設けられている。
封入液５２は、隙間５３に導入されている。
【００４０】
過大圧保護手段６０は、支持板５１と凸部６１とを有する。
凸部６１は、支持板５１にダイアフラム２に対向して設けられている。
【００４１】
以上の構成において、図１に示す如く、図１図面の上方向（Ｈ側）から過大圧が加わった場合。
測定ダイアフラム２は下側に撓むが、ある圧力以上にになると、測定ダイアフラム２が過大圧保護手段６０と接触し、これ以上は圧力が加わっても測定ダイアフラム２は撓まなくなる。それにより測定ダイアフラム２の破壊を防ぐことができる。
【００４２】
また、測定ダイアフラム２が撓まなければ、測定ダイアフラム２上に形成されている振動子４にもある一定以上の歪みが加わらないので、振動子４が座屈して振動を停止することを防ぐことが出来る。
【００４３】
図１図面の下方向（Ｌ側）から過大圧が加わった場合。
測定ダイアフラム２は上側に撓むが、ある圧力以上になると、測定ダイアフラム２が図中の過大圧保護手段４０と接触し、測定ダイアフラム２の破壊と振動子４の座屈を同様に防ぐことが出来る。
【００４４】
過大圧保護手段６０はＨ側過大圧保護手段４０と比較すると脆いが、微差圧計を含んだ低圧レンジでは有効である。
また、過大圧保護手段４０は頑丈であるため、高圧レンジの圧力計（Ｌ側は大気開放で過大圧がかからない）でも有効である。
【００４５】
測定ダイアフラム２の上下に対抗面と狭い隙間３３，５３からなるダンピング手段３０、５０があるため、測定ダイアフラム２の共振に対するのダンピング効果が、図６従来例製品のように片側にしかない場合と比べて大きい。
【００４６】
上下のダンピング手段３０、５０ともにセンサチップ１内に作られており部品の組立てに依存しないため、ダンピング効果のバラツキが小さく、また、部品の組立で、狭い隙間を形成する必要がないため、組み立てが容易になり、工数を削減できる。
【００４７】
以上の如き半導体差圧測定装置は、以下の如くして製作する。
半導体チップ１の上側半分の部分Ｆの製作方法に付いて説明する。
図３の工程１において、
半導体チップ１の表面に、ボロンなどの不純物拡散により、リード部１０１を形成する。
【００４８】
図３の工程２において、半導体チップ１の表面に、酸化膜あるいは窒化膜１０２を形成し、所定のパターニングを行う。
図３の工程３において、酸化膜あるいは窒化膜１０２の表面に、ＮＳＧなどの第１の犠牲層１０３を形成し、所定のパターニングを行う。
【００４９】
図３の工程４において、第１の犠牲層１０３の表面に、ポリシリコンよりなる振動子部１０４を形成し、第１の犠牲層１０３と振動子部１０４との所定のパターニングを行う。
図３の工程５において、振動子部１０４の表面に、ＮＳＧなどの第２の犠牲層１０５を形成し、第２の犠牲層１０５の所定のパターニングを行う。
【００５０】
図３の工程６において、第２の犠牲層１０５と酸化膜あるいは窒化膜１０２との表面に、ポリシリコンよりなるシェル部を形成し、所定のパターニングを行う。
図３の工程７において、シェル部１０６の表面に、ＮＳＧなどの第３の犠牲層１０７を形成し、第３の犠牲層１０７の所定のパターニングと凸部６１用の凹部１０８を形成する。
【００５１】
図３の工程８において、第３の犠牲層１０７の表面に、ポリシリコンよりなる支持板部５１と凸部６１とを形成し、所定のパターニングを行う。
図３の工程９において、第１，第２，第３の犠牲層１０３，１０５，１０７のエッチングを行う。
【００５２】
図３の工程１０において、ポリシリコンよりなる封止膜１０９を形成し、振動子４を真空封止する。
図３の工程１１において、電極部１１０を形成する。
【００５３】
次に、半導体チップ１の下側半分の部分Ｇの製作方法に付いて説明する。
図４の工程１において、半導体基板２０１に凸部４１を形成する。
図４の工程２において、半導体基板２０１に，導圧口２０２と半導体チップ１の上側半分の部分Ｆとの接合部２０３を形成する。
【００５４】
次に、図５に示す如く、半導体チップ１の上側半分の部分Ｆと半導体チップ１の下側半分の部分Ｇとを、直接接合により接合する。
【００５５】
この結果、
凹部３にダイアフラム２と隙間３３を保って対向して設けられた支持台３１と、隙間３３に導入された封入液３２とを有するダンピング手段３０が設けられた。
【００５６】
従って、
ダイアフラム２の振動は、半導体差圧測定装置の特性を悪化させるが、封入液３２と狭い隙間３３により、有効なダンピングがかけられ、ダイアフラム２の振動を抑えることができ、特性が向上された半導体差圧測定装置が得られる。
半導体プロセスで形成出来る為に、狭い隙間３３を形成することが可能となり、ダンピングの効果が大きい半導体差圧測定装置が得られる。
【００５７】
凹部３にダイアフラム２と隙間３３を保って対向して設けられた支持台３１と、この支持台３１にダイアフラム２に対向して設けられた凸部４１とを有する過大圧保護手段４０が設けられた。
【００５８】
従って、
センサチップ１内にメカニカルな過大圧保護手段４０が設けられたので、本体のカプセル側に過大圧保護手段が設けられなくてもよく、コストダウンができる半導体差圧測定装置が得られる。
【００５９】
低圧、高圧レンジでは現在では過大圧保護手段がなく、センサの感度を落として過大圧に対応している。即ち、測定レンジに対して、大きな圧力が加わっても破壊しないようにダイアフラム２を厚くして感度を落としているが、その必要が無くなり、感度アップが図れる半導体差圧測定装置が得られる。
【００６０】
過大圧保護手段４０の隙間３３に封入液３２が導入されてダンピング手段３０が構成されたので、ダンピング手段３０と過大圧保護手段４０を別々に製作しなくてもよく、同時に形成できるために、製作が容易であるにもかかわらずダンピングと過大圧保護の効果が大きい半導体差圧測定装置が得られる。
【００６１】
ダイアフラム２の凹部３が設けられている側と反対側の面に隙間５３を保って対向して、ダイアフラム２と半導体プロセスにより最初から一体構成に設けられた支持板５１と、隙間５３に導入された封入液５２とを有するダンピング手段５０が設けられた。
【００６２】
従って、
ダイアフラム２の振動は半導体差圧測定装置の特性を悪化させるが、封入液５２と狭い隙間５３により、有効なダンピングがかけられ、ダイアフラム２の振動を抑えることができ、特性が向上された半導体差圧測定装置が得られる。
半導体プロセスで形成出来る為に、狭い隙間５３を形成することが可能となり、ダンピングの効果が大きい半導体差圧測定装置が得られる。
【００６３】
ヨーク８とセンサチップ１との間に、一定幅のギャップを形成しようとして、アセンブリ全体の組立精度を厳密に管理する必要が無く、組立工数がかからず、安価な半導体差圧測定装置が得られる。
【００６４】
ダイアフラム２と半導体プロセスにより最初から一体構成に製作され、ダイアフラム２の凹部３が設けられている側と反対側の面に、隙間５３を保って対向して設けられた支持板５１と、この支持板５１にダイアフラム２に対向して設けられた凸部６１とを有する過大圧保護手段６０が設けられた。
【００６５】
従って、
センサチップ１内にメカニカルな過大圧保護手段が設けられたので、本体のカプセル側に過大圧保護手段が設けられなくてもよく、コストダウンができる半導体差圧測定装置が得られる。
【００６６】
低圧、高圧レンジでは現在では過大圧保護手段がなく、センサの感度を落として過大圧に対応している。即ち、測定レンジに対して、大きな圧力が加わっても破壊しないようにダイアフラム２を厚くして感度を落としているが、その必要が無くなり、感度アップが図れる半導体差圧測定装置が得られる。
【００６７】
過大圧保護手段６０の隙間５３に封入液５２が導入されてダンピング手段５０が構成されたので、ダンピング手段５０と過大圧保護手段６０を別々に製作しなくてもよく、同時に形成できるために、製作が容易であるにもかかわらずダンピングと過大圧保護の効果が大きい半導体差圧測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【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の要部拡大図である。
【図３】図１の製作説明図である。
【図４】図１の製作説明図である。
【図５】図１の製作説明図である。
【図６】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。
【図７】図６の要部拡大説明図である。
【図８】図７の要部拡大説明図である。
【図９】図６の動作説明図である。
【図１０】図６の動作説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１      センサチツプ
２      測定ダイアフラム
３      凹部
４      歪み検出センサ
５      シェル
６      真空室
７      永久磁石
８      ヨーク
９      ヨークホルダ
１１    スペーサ
２１    キャップ体
２６    孔
３０    ダンピング手段
３１    支持台
３２    封入液
４０    過大圧保護手段
４１    凸部
５０    ダンピング手段
５１    支持板
５２    封入液
５３    隙間
６０    過大圧保護手段
６１    凸部
１０１  リード部
１０２  窒化膜
１０３  第１の犠牲層
１０４  振動子部
１０５  第２の犠牲層
１０６  シェル部
１０７  第３の犠牲層
１０８  凹部
１０９  封止膜
１１０  電極部
【図１】
2005043198.tif 000003
【図２】
2005043198.tif 000004
【図３】
2005043198.tif 000005
【図４】
2005043198.tif 000006
【図５】
2005043198.tif 000007
【図６】
2005043198.tif 000008
【図７】
2005043198.tif 000009
【図８】
2005043198.tif 000010
【図９】
2005043198.tif 000011
【図１０】
2005043198.tif 000012