JP2002340713A

JP2002340713A - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JP2002340713A
Application number: JP2001140556A
Authority: JP
Inventors: Ineo Toyoda; 稲男豊田; Takahiko Yoshida; 貴彦吉田; Kiyoshige Oda; 清成小田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2002-11-27
Also published as: US6649988B2; US20020167058A1

Abstract

(57)【要約】【課題】主表面が（１００）面である半導体基板を用
いたダイアフラム式の半導体圧力センサにおいて、検出
圧力の微圧化を図った場合でも、金属配線のクリープ応
力によるセンサ出力の変動を抑制できるようにする。【解決手段】矩形板状のシリコン基板１０の（１１
０）面である主表面１１側には、圧力検出用のダイアフ
ラム１２と、ダイアフラム１２の歪みに伴う抵抗値変化
に基づく検出信号出力用の拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓ
と、ダイアフラム１２の外側の厚肉部に形成された金属
配線２１〜２４とが形成され、ダイアフラムの面積Ｓμ
ｍ²、厚さｄμｍの比Ｓ／ｄが１００μｍよりも大き
い。そして、金属配線２１〜２４は、シリコン基板１０
において＜１１０＞結晶軸に平行な第１の辺１０ａ側に
位置する部分の面積が、＜１００＞結晶軸に平行な第２
の辺１０ｂ側に位置する部分の面積よりも大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板の半
導体基板に、圧力検出用のダイアフラムを形成し、該ダ
イアフラムの歪みに伴う拡散ゲージ抵抗の抵抗値変化に
基づいて検出信号を出力するようにしたダイアフラム式
の半導体圧力センサに関し、特に、検出信号を取り出す
等のためにシリコン基板に形成される金属配線の構成に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の半導体圧力センサは、一般に、
矩形板状の半導体基板と、該半導体基板の主表面に形成
された薄肉部としての圧力検出用のダイアフラムと、該
ダイアフラムにイオン注入、拡散により形成され該ダイ
アフラムの歪みに伴う抵抗値変化に基づく検出信号を出
力するための拡散ゲージ抵抗とを備えている。

【０００３】さらに、該ダイアフラムの外側の厚肉部に
おける該半導体基板の主表面には、拡散ゲージ抵抗と外
部とを電気的に接続し、拡散ゲージ抵抗からの検出信号
を出力する等のための金属配線が形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここにおいて、本発明
者等は、主表面が（１００）面である半導体基板（以
下、１００型半導体基板という）に比べて、主表面が
（１１０）面である半導体基板（以下、１１０型半導体
基板という）の方が熱応力の影響が小さいことから、１
１０型半導体基板を用いた半導体圧力センサを検討中で
ある。

【０００５】そして、この１１０型半導体基板を用いた
半導体圧力センサについて、更に、高感度化すべく検討
したところ、次に述べるような問題が生じた。すなわ
ち、ダイアフラムの外側の厚肉部における半導体基板の
主表面（１１０面）に形成された上記金属配線は、Ａｌ
（アルミニウム）等を蒸着することにより形成される
が、この金属配線に発生するクリープの応力が、ダイア
フラムに加わり、センサ出力の変動要因となる。

【０００６】例えば、半導体圧力センサをケースに組み
付けるための接着工程等にて、センサは高温に加熱され
るが、この加熱後室温に戻すと、数百時間かかって金属
配線の熱応力緩和が起こる。すると、金属配線における
クリープ応力により、ダイアフラムが応力を受け、それ
によってダイアフラムが歪むため、センサ出力が変動す
る。そのため、接着工程後に、センサにトリミングを行
い、出力調整を行っても、センサ出力に誤差を生じるこ
ととなる。

【０００７】この金属配線のクリープ応力による出力変
動の問題は、本発明者等が従来検討してきた中圧（１０
０ｋＰａ程度）検出用の半導体圧力センサにおいては、
センサ出力のオフセットが相対的に小さく、実用上はさ
ほど問題にならなかった。

【０００８】しかしながら、ユーザーからの要望等によ
り、検出圧力の微圧化（１０ｋＰａ程度）を進めていっ
たところ、金属配線のクリープ応力に起因するセンサ出
力のオフセットが例えば、１ＦＳ％となり、上記問題が
顕著になることが明らかになった。

【０００９】そこで、本発明は上記問題に鑑み、１１０
型半導体基板を用いたダイアフラム式の半導体圧力セン
サにおいて、検出圧力の微圧化を図った場合でも、金属
配線のクリープ応力によるセンサ出力の変動を抑制でき
るようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】ダイアフラム式の半導体
圧力センサにおいて、検出圧力を微圧化するには、ダイ
アフラムの面積をより大きく、且つダイアフラムの厚さ
をより薄くすることで高感度化を図る必要がある。

【００１１】本発明者等は、１１０型半導体基板を用い
たダイアフラム式の半導体圧力センサにおいて、ダイア
フラムの面積をＳμｍ²、ダイアフラムの厚さをｄμｍ
としたとき、比Ｓ／ｄが１００μｍよりも大となるよう
にすることで、検出圧力が１０ｋＰａ程度の微圧を検出
可能とした。そして、この微圧検出用のセンサについ
て、鋭意検討を行った。

【００１２】図３は、１１０型半導体基板（１０）を用
いたダイアフラム式の半導体圧力センサの主表面（１
１）における結晶軸方位を示す図であるが、主表面であ
る（１１０）面には、その構造上、相直交する２つの結
晶軸＜１１０＞と＜１００＞とが存在する。

【００１３】ここで、＜１１０＞結晶軸方向に発生する
応力の感度は、＜１００＞結晶軸方向に発生する応力の
感度と比べてピエゾ抵抗係数が非常に大きい（例えば約
５０倍程度）ため、（１１０）面における応力検出にお
いては、＜１００＞結晶軸方向ではなく、＜１１０＞結
晶軸方向に発生する応力を用いることになる。

【００１４】そして、（１１０）面においては＜１１０
＞は１方向しか存在しないため、より感度の高い結晶軸
に対してより高い出力を得ようとすると、必然的に、図
３に示す様な拡散ゲージ抵抗（Ｒｃ、Ｒｓ）の配置を採
らざるを得ない。

【００１５】つまり、＜１１０＞結晶軸方向に沿ってダ
イアフラム（１２）の中心寄りに配置されたセンターゲ
ージ（Ｒｃ）と、該センターゲージよりも該ダイアフラ
ムの周辺部に配置されたサイドゲージ（Ｒｓ）とを設
け、これら４個の拡散ゲージ抵抗でブリッジ回路を構成
して＜１１０＞結晶軸方向に発生する応力を検出する。

【００１６】本発明は、上記した検出構成を前提とし
て、＜１１０＞結晶軸方向に働く金属配線のクリープ応
力成分そのものを低減することに着目し、そのような金
属配線の配置構成について検討した結果、創出されたも
のである。

【００１７】すなわち、請求項１に記載の発明では、主
表面（１１）が（１１０）面である矩形板状の半導体基
板（１０）と、この半導体基板の主表面に形成された薄
肉部としての圧力検出用のダイアフラム（１２）と、こ
のダイアフラムに形成されダイアフラムの歪みに伴う抵
抗値変化に基づく検出信号を出力するための拡散ゲージ
抵抗（Ｒｃ、Ｒｓ）と、ダイアフラムの外側の厚肉部に
おける半導体基板の主表面に形成された金属配線（２１
〜２４）とを備え、ダイアフラムの面積をＳμｍ²、ダ
イアフラムの厚さをｄμｍとしたとき、比Ｓ／ｄが１０
０μｍより大きく、半導体基板における＜１１０＞結晶
軸に平行な辺を第１の辺（１０ａ）、半導体基板におけ
る＜１００＞結晶軸に平行な辺を第２の辺（１０ｂ）と
したとき、第１の辺側に位置する金属配線の面積が第２
の辺側に位置する金属配線の面積よりも大きいことを特
徴としている。

【００１８】それによれば、ダイアフラム外周囲の厚肉
部に配置された金属配線を、主として＜１１０＞結晶軸
方向に平行な第１の辺側に位置させることにより、ダイ
アフラムに作用する金属配線のクリープ応力を、主とし
て＜１００＞結晶軸方向に働くようすることができるた
め、相対的に＜１１０＞結晶軸方向に働くクリープ応力
成分そのものを低減することができる。

【００１９】そのため、本発明によれば、１１０型半導
体基板を用いたダイアフラム式の半導体圧力センサにお
いて、検出圧力の微圧化を図った場合でも、金属配線の
クリープ応力によるセンサ出力の変動を抑制することが
できる。

【００２０】また、請求項２に記載の発明のように、ダ
イアフラム（１２）の外側の厚肉部における半導体基板
（１０）の主表面（１１）に形成された前記金属配線と
して、外部配線接続用の複数個の金属パッド（２２）が
備えられている場合には、第１の辺（１０ａ）側に位置
する金属パッドの面積を、第２の辺（１０ｂ）側に位置
する金属パッドの面積よりも大きくすることが好まし
い。

【００２１】金属パッドは金属配線の中でも比較的面積
の大きい部分であるが、請求項２の発明によれば、ダイ
アフラムに作用する金属パッドのクリープ応力を、主と
して、出力感度に無関係な＜１００＞結晶軸方向に働く
ようすることができる。そのため、ダイアフラムに作用
する金属配線のクリープ応力を、主として＜１００＞結
晶軸方向に働くようするには好ましい。

【００２２】また、請求項３に記載の発明のように、金
属配線（２３）が、第１の辺（１０ａ）側と第２の辺
（１０ｂ）側にて、拡散ゲージ抵抗（Ｒｃ、Ｒｓ）から
引き出されている場合、金属配線における第１の辺側の
引き出し部（２３）を、第２の辺側の引き出し部（２
３）よりも幅が広くなるようしても良い。また、請求項
４に記載の発明のように、金属配線（２３）を、第１の
辺（１０ａ）側のみにて拡散ゲージ抵抗（Ｒｃ、Ｒｓ）
から引き出しても良い。

【００２３】それにより、第１の辺側に位置する金属配
線の面積を第２の辺側に位置する金属配線の面積よりも
大きくする、という請求項１記載の構成の実現に大きく
寄与することができ、好ましい。

【００２４】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の
第１実施形態に係る半導体圧力センサＳ１の概略断面
図、図２はセンサＳ１を（１１０）面である主表面１１
から（図１の上方から）見たときの概略平面図、図３
は、センサＳ１の主表面１１における結晶軸方位を示す
図である。なお、図１は図２中のＡ−Ａ断面図である。

【００２６】半導体圧力センサＳ１は、主表面１１の面
方位が（１００）面である平面矩形のシリコン基板（本
発明でいう半導体基板）１０に対し、周知の半導体製造
技術を施すことにより製造される。また、半導体圧力セ
ンサＳ１は、１０ｋＰａ程度の微圧を検出するものであ
る。

【００２７】シリコン基板１０には、主表面１１の反対
側の面から、アルカリ液を用いた異方性エッチング等に
より凹部が形成されており（図１参照）、この凹部の形
成に伴い薄肉部となった凹部の底部は、薄肉部としての
圧力検出用のダイアフラム１２として形成されている。

【００２８】ダイアフラム１２の形状は四角形でも、円
形でも良く、特に限定するものではないが、本例では、
＜１００＞結晶軸、＜１１０＞結晶軸、＜１１１＞結晶
軸に直交する辺により区画された平面八角形となってい
る（図２参照）。

【００２９】そして、１０ｋＰａ程度の微圧を検出可能
とするために、ダイアフラム１２は、その面積をＳμｍ
²、その厚さをｄμｍとしたとき、比Ｓ／ｄが１００μ
ｍよりも大となっている。例えば、Ｓ＝１．８×１０⁶
μｍ²、ｄ＝１３μｍとしている。

【００３０】このダイアフラム１２には、ダイアフラム
１２の歪みに伴う抵抗値変化に基づく検出信号を出力す
るための拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓが形成されている。
図２及び図３に示す様に、拡散ゲージ抵抗は、＜１１０
＞結晶軸方向に沿ってダイアフラム１２の中心寄りに配
置された２個のセンターゲージＲｃと、センターゲージ
Ｒｃよりもダイアフラム１２の周辺部に配置された２個
のサイドゲージＲｓとよりなる。

【００３１】このように感度の高い＜１１０＞結晶軸方
向に沿って配置された拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓは、シ
リコン基板１０の主表面１１に対してイオン注入、拡散
を施すことで形成される。そして、これら拡散ゲージ抵
抗Ｒｃ、Ｒｓは、同じくイオン注入、拡散により形成さ
れた拡散配線層（図２中、点々ハッチングにて図示、後
述のスパークプラグ５、７〜９も同様）１３により結線
され、電気的に接続されている。

【００３２】これら拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓの結線状
態を図４に示す。４個の拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓは、
センターゲージＲｃとサイドゲージＲｓとでは、応力に
対する抵抗値変化の方向が逆となっている。そして、各
拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓは、拡散配線層１３により互
いに直列接続されて４辺形の閉回路を形成し、ホイート
ストンブリッジを構成している。

【００３３】図４に示すブリッジ回路おいては、入力端
子ＩａとＩｂとの間に直流定電圧Ｖを与えた状態で、ダ
イアフラム１２の歪みが歪みゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓの抵
抗値変化として現れ、出力端子ＰａとＰｂとの間から被
検出圧力に応じたレベルの電圧（検出信号）Ｖｏｕｔが
出力されるようになっている。

【００３４】また、ダイアフラム１２の外側の厚肉部に
おけるシリコン基板１０の主表面１１には、拡散ゲージ
抵抗Ｒｃ、Ｒｓと外部とを電気的に接続し、拡散ゲージ
抵抗Ｒｃ、Ｒｓにより構成される上記ブリッジ回路へ電
圧を印加したり、上記ブリッジ回路からの検出信号Ｖｏ
ｕｔを出力する等のための金属配線２１〜２４が形成さ
れている。

【００３５】図２に示す例では、金属配線は、抵抗素子
を構成したり基板電位をとったりする等の機能を有する
面積の大きい長方形部２１、ワイヤボンディング等が行
われる外部配線接続用の複数個の金属パッド２２、拡散
配線層１３を介して拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓから引き
出された引き出し部２３、長方形部２１と金属パッド２
２とを電気的に接続する接続部２４よりなる。なお、図
２では金属配線２１〜２４には識別上、斜線ハッチング
を施してある（後述の図５、７〜９も同様）。

【００３６】これら金属配線２１〜２４は、図１に示す
様に、シリコン基板１０の主表面１１上に形成されたシ
リコン酸化膜等よりなる層間絶縁膜３０の上に、アルミ
ニウムを用いた蒸着法等により形成されている。また、
引き出し部２３は、層間絶縁膜３０に形成されたコンタ
クトホールを介して拡散配線層１３と電気的に接続され
ている。また、金属配線２１〜２４は、厚肉部において
ダイアフラム１２のエッジから１００μｍ以上離れて位
置させることが好ましい。

【００３７】また、これら金属配線２１〜２４および層
間絶縁膜３０の上には、半導体圧力センサＳ１を保護す
るためのシリコン窒化膜等よりなる保護膜４０が、積層
されている。なお、図示しないが、金属パッド２２の上
の保護膜４０には開口部が形成され、この開口部を介し
て、金属パッド２２と外部とがワイヤボンディング等に
より電気的に接続されるようになっている。

【００３８】このような半導体圧力センサＳ１は、周知
の半導体製造技術を用いて製造することができ、製造さ
れた該センサＳ１は、図１に示す様に、ケース７０に実
装され、圧力検出に供される。図１に示す様に、シリコ
ン基板１０の裏面には、ガラス台座５０が陽極接合等に
より接合され、ガラス台座５０は、シリコン樹脂等より
なる接着剤６０を介してケース７０に固定されている。

【００３９】ケース７０は、半導体圧力センサＳ１を測
定部材の適所に取り付けるためのものであり、ＰＰＳ
（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレ
ンテレフタレート）等の樹脂により成形されたものであ
る。ケース７０には、測定部材からの圧力を導入するた
めの圧力導入通路７１が形成されている。

【００４０】また、上記ガラス台座５０には、圧力導入
通路７１と連通して、半導体圧力センサＳ１のダイアフ
ラム１２の裏面に圧力を導入するための貫通孔５１が形
成されている。

【００４１】このような半導体圧力センサＳ１の実装構
造においては、圧力導入通路７１から被検出圧力が導入
され、この被検出圧力は、半導体圧力センサＳ１のダイ
アフラム１２に受圧される。すると、ダイアフラム１２
が歪み、このとき発生する＜１１０＞結晶軸方向に発生
する応力によって拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓの抵抗値は
変化する。

【００４２】その抵抗値変化により、上記検出信号Ｖｏ
ｕｔが出力される。この検出信号は、金属配線の金属パ
ッド２２から、外部回路へ送られて信号処理され、最終
的な出力信号となる。こうして、被検出圧力の測定がな
される。

【００４３】ところで、半導体圧力センサＳ１の基本構
成および作動等は、以上の如くであるが、＜１１０＞結
晶軸方向に働く金属配線２１〜２４のクリープ応力成分
そのものを低減するため、本実施形態では、次に述べる
ような独自の構成を採用している。

【００４４】「課題」の欄にて述べたように、半導体圧
力センサＳ１をケース７０に組み付けるために接着剤６
０を硬化させる工程等にて、センサＳ１は高温（例えば
１４０℃）に加熱されるが、この加熱後室温に戻すと、
数百時間かかって金属配線２１〜２４の熱応力緩和が起
こる。すると、金属配線におけるクリープ応力により、
センサ出力が変動する。

【００４５】そこで、本実施形態では、図２に示す様
に、矩形板状の１１０型半導体基板であるシリコン基板
１０において、＜１１０＞結晶軸に平行な辺を第１の辺
１０ａ、＜１００＞結晶軸に平行な辺を第２の辺１０ｂ
としたとき、第１の辺１０ａ側に位置する金属配線２１
〜２４の面積が第２の辺１０ｂ側に位置する金属配線２
１〜２４の面積よりも大きいものとしている。

【００４６】なお、第１の辺１０ａ側に位置する金属配
線２１〜２４とは、第２の辺１０ｂよりも第１の辺１０
ａの方に近い位置にあるものであり、第２の辺１０ｂ側
に位置する金属配線２１〜２４とは、第１の辺１０ａよ
りも第２の辺１０ｂの方に近い位置にあるものである。

【００４７】このことは、図２に示す金属配線２１〜２
４の配置形態から明らかである。つまり、面積の大きい
長方形部２１を第１の辺１０ａ側に位置させたり、第１
の辺１０ａ側と第２の辺１０ｂ側にて拡散ゲージ抵抗Ｒ
ｃ、Ｒｓから引き出されている金属配線の引き出し部２
３を、第１の辺１０ａ側に位置するものの方が第２の辺
１０ｂ側に位置するものの方よりも幅が広くなるように
している。

【００４８】このように、ダイアフラム１２外周囲の厚
肉部に配置された金属配線２１〜２４を、主として＜１
１０＞結晶軸方向に平行な第１の辺１０ａ側に位置させ
ることにより、ダイアフラム１２に作用する金属配線２
１〜２４のクリープ応力を、主として＜１００＞結晶軸
方向に働くようすることができる。そのため、相対的に
＜１１０＞結晶軸方向に働くクリープ応力成分そのもの
を低減することができる。

【００４９】より具体的に述べると次のようである。ダ
イアフラム１２外周囲の厚肉部のうち＜１１０＞結晶軸
に平行な第１の辺１０ａ側に位置する金属配線２１〜２
４から、その周囲のシリコン基板１０の構成をみたと
き、＜１１０＞結晶軸方向は変形しにくい厚肉部として
構成されているのに対し、＜１００＞結晶軸方向には変
形しやすい薄肉部であるダイアフラム１２が存在する。

【００５０】そのため、第１の辺１０ａ側に位置する金
属配線２１〜２４のクリープ応力によるシリコン基板１
０の変形は、主として、＜１００＞結晶軸方向が支配的
となる。また、同様に考えれば、第２の辺１０ｂ側に位
置する金属配線２１〜２４のクリープ応力によるシリコ
ン基板１０の変形は、主として、＜１１０＞結晶軸方向
が支配的となる。

【００５１】つまり、ダイアフラム１２に作用する金属
配線２１〜２４のクリープ応力は、第１の辺１０ａ側に
位置する金属配線２１〜２４においては、主として＜１
００＞結晶軸方向に働き、一方、第２の辺１０ｂ側に位
置する金属配線２１〜２４においては、主として＜１１
０＞結晶軸方向に働く。

【００５２】そして、第１の辺１０ａ側に位置する金属
配線２１〜２４の面積が第２の辺１０ｂ側に位置する金
属配線２１〜２４の面積よりも大きいものとしているた
め、ダイアフラム１２に作用する金属配線２１〜２４の
クリープ応力は、主として＜１００＞結晶軸方向に多く
働き、相対的に＜１１０＞結晶軸方向に働くクリープ応
力成分そのものを低減することができるのである。

【００５３】従って、本実施形態によれば、１１０型半
導体基板を用いたダイアフラム式の半導体圧力センサＳ
１において、検出圧力の微圧化を図った場合でも、金属
配線２１〜２４のクリープ応力によるセンサ出力の変動
を抑制することができる。

【００５４】ここで、本実施形態にて、上記した独自の
金属配線の配置構成を採用したことによるセンサ出力の
変動抑制効果の具体的な効果について述べる。図２に示
す本実施形態の比較例として、図５の概略断面図に示す
ようなセンサを作製した。

【００５５】この比較例では、面積の大きい長方形部２
１を第２の辺１０ｂ側に位置させることで、本実施形態
のセンサＳ１とは逆に、第２の辺１０ｂ側に位置する金
属配線の面積を第１の辺１０ａ側に位置する金属配線の
面積よりも大きくした構成のものである。

【００５６】そして、本実施形態のセンサＳ１とこの比
較例のセンサについて、それぞれ、１４０℃で２時間加
熱し、室温に戻した時点をスタートとして、センサ出力
の時間変動を測定した。その結果を、図６（ａ）（比較
例）、図６（ｂ）（本実施形態）に示す。なお、図６で
は、時間（単位：ｈ）に対するセンサ出力の変動とし
て、センサ出力をアンプにより１３００倍に増幅したと
きのオフセット変動量の２乗平均（単位：ｍＶ）を用い
ている。

【００５７】図６に示す様に、比較例のセンサでは、ダ
イアフラム１２に作用する金属配線のクリープ応力が主
として＜１００＞結晶軸方向に働くため、センサ出力の
変動が大きいのに対し、本実施形態の半導体圧力センサ
Ｓ１では、比較例に比べて、センサ出力の変動を抑制で
きていることがわかる。

【００５８】また、上述したように、（１１０）型半導
体基板を用いたダイアフラム式の半導体圧力センサにお
いては、拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓは、＜１１０＞結晶
軸方向に沿ってダイアフラム１２の中心寄りに配置され
たセンターゲージＲｃと、該センターゲージＲｃよりも
ダイアフラム１２の周辺部に配置されたサイドゲージＲ
ｓとよりなる。

【００５９】そして、本実施形態では、金属配線２１〜
２４のうち第１の辺１０ａ側に位置するものの面積を第
２の辺１０ｂ側に位置するものの面積よりも大きくす
る、という構成を採用することにより、比較例（図５参
照）に比べて、金属配線２１〜２４の多くの部分を、拡
散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓからより遠くに位置させた形と
することができる。

【００６０】このことにより、拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒ
ｓに対して、金属配線２１〜２４のクリープ応力をより
伝わりにくくすることができる。このことも、センサ出
力変動の抑制効果に寄与している。

【００６１】ここで、本第１実施形態の変形例を図７に
示す。図７に示す様に、上記金属配線２１〜２４のうち
長方形部２１が無く、金属配線が金属パッド２２、引き
出し部２３よりなるものであっても良い。この場合も、
第１の辺１０ａ側に位置する引き出し部２３の方が第２
の辺１０ｂ側に位置する引き出し部２３の方よりも幅が
広くなっており、上記した独自の構成が実現されてい
る。

【００６２】（第２実施形態）図８は、本発明の第２実
施形態に係る半導体圧力センサＳ２を（１１０）面であ
る主表面１１から見たときの概略平面図である。図８に
示すセンサＳ２は、上記図７に示すセンサＳ１を変形し
たもので、金属パッド２２が第１の辺１０ａ側のみに配
置されている。

【００６３】金属パッド２２も、金属配線の一部として
形成されている以上、第１の辺１０ａ側に位置する金属
パッド２２の面積を、第２の辺１０ｂ側に位置する金属
パッド２２の面積よりも大きくすることが好ましい。特
に、図８に示す例では、全ての金属パッド２２を第１の
辺１０ａ側のみに配置しており、いっそう好ましい。

【００６４】なぜならば、金属パッド２２は金属配線の
中でも比較的面積の大きい部分であるが、本実施形態に
よれば、ダイアフラム１２に作用する金属パッド２２の
クリープ応力を、主として、出力感度に無関係な＜１０
０＞結晶軸方向に働くようすることができるためであ
る。

【００６５】それにより、第１の辺１０ａ側に位置する
金属配線の面積を第２の辺１０ｂ側に位置する金属配線
の面積よりも大きくする、という構成を採りやすくで
き、上記第１実施形態の効果を、効率良く発揮させるこ
とができる。

【００６６】（第３実施形態）図９は、本発明の第３実
施形態に係る半導体圧力センサＳ３を（１１０）面であ
る主表面１１から見たときの概略平面図である。図９に
示すセンサＳ３は、上記図７に示すセンサＳ１を変形し
たもので、金属配線の引き出し部２３が、第１の辺１０
ａ側のみにて拡散ゲージ抵抗Ｒｃ、Ｒｓから引き出され
ている。

【００６７】本実施形態によっても、第１の辺１０ａ側
に位置する金属配線の面積を第２の辺１０ｂ側に位置す
る金属配線の面積よりも大きくする、という構成を採り
やすくでき、上記第１実施形態の効果を、効率良く発揮
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサ
を示す概略断面図である。

【図２】図１に示す半導体圧力センサを（１１０）面で
ある主表面から見たときの概略平面図である。

【図３】図１に示す半導体圧力センサの主表面における
結晶軸方位を示す図である。

【図４】拡散ゲージ抵抗の結線図である。

【図５】比較例としての半導体圧力センサを示す概略平
面図である。

【図６】センサ出力の変動抑制についての具体的な効果
を示す図である。

【図７】上記第１実施形態の変形例としての半導体圧力
センサを示す概略平面図である。

【図８】本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサ
を（１１０）面である主表面から見たときの概略平面図
である。

【図９】本発明の第３実施形態に係る半導体圧力センサ
を（１１０）面である主表面から見たときの概略平面図
である。

【符号の説明】

１０…シリコン基板、１０ａ…第１の辺（シリコン基板
における＜１１０＞結晶軸に平行な辺）、１０ｂ…第２
の辺（シリコン基板における＜１００＞結晶軸に平行な
辺）、１１…シリコン基板の主表面（（１００）面）、
１２…ダイアフラム、２１…長方形部、２２…金属パッ
ド、２３…引き出し部、２４…接続部、Ｒｃ…センター
ゲージ、Ｒｓ…サイドゲージ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田貴彦愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者小田清成愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14 FF11 GG15 4M112 AA01 BA01 CA03 CA04 CA05 CA08 CA13 DA04 DA12 DA17 DA18 EA07 EA14 FA01 FA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主表面（１１）が（１１０）面である矩
形板状の半導体基板（１０）と、前記半導体基板の前記主表面に形成された薄肉部として
の圧力検出用のダイアフラム（１２）と、このダイアフラムに形成され前記ダイアフラムの歪みに
伴う抵抗値変化に基づく検出信号を出力するための拡散
ゲージ抵抗（Ｒｃ、Ｒｓ）と、前記ダイアフラムの外側の厚肉部における前記半導体基
板の前記主表面に形成された金属配線（２１、２２、２
３、２４）と、を備え、前記ダイアフラムの面積をＳμｍ²、前記ダイアフラム
の厚さをｄμｍとしたとき、比Ｓ／ｄが１００よりも大
きいものであり、前記半導体基板における＜１１０＞結晶軸に平行な辺を
第１の辺（１０ａ）、前記半導体基板における＜１００
＞結晶軸に平行な辺を第２の辺（１０ｂ）としたとき、
前記第１の辺側に位置する前記金属配線の面積が前記第
２の辺側に位置する前記金属配線の面積よりも大きいこ
とを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】前記ダイアフラム（１２）の外側の厚肉
部における前記半導体基板（１０）の前記主表面（１
１）には、前記金属配線として外部配線接続用の複数個
の金属パッド（２２）が形成されており、前記第１の辺（１０ａ）側に位置する前記金属パッドの
面積が前記第２の辺（１０ｂ）側に位置する前記金属パ
ッドの面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記
載の半導体圧力センサ。
【請求項３】前記金属配線（２３）は、前記第１の辺
（１０ａ）側と前記第２の辺（１０ｂ）側にて、前記拡
散ゲージ抵抗（Ｒｃ、Ｒｓ）から引き出されており、前記金属配線における前記第１の辺側の引き出し部（２
３）は、前記第２の辺側の引き出し部（２３）よりも幅
が広くなっていることを特徴とする請求項１または２に
記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】前記金属配線（２３）は、前記第１の辺
（１０ａ）側のみにて、前記拡散ゲージ抵抗（Ｒｃ、Ｒ
ｓ）から引き出されていることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の半導体圧力センサ。