JPH0262928A - 薄膜圧力センサ - Google Patents
薄膜圧力センサInfo
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- JPH0262928A JPH0262928A JP7007588A JP7007588A JPH0262928A JP H0262928 A JPH0262928 A JP H0262928A JP 7007588 A JP7007588 A JP 7007588A JP 7007588 A JP7007588 A JP 7007588A JP H0262928 A JPH0262928 A JP H0262928A
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- JP
- Japan
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- strain gauge
- thin film
- length
- pressure sensor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は薄膜圧カセンサ係わり、その歪みゲージの抵抗
値制御を効果的に達成する薄膜圧力センサに関する。
値制御を効果的に達成する薄膜圧力センサに関する。
［従来の技術］
近年、「半導体の抵抗値が応力によって変化する」とい
うビエソ効果を利用した半導体歪みゲージが圧力センサ
や加速度センサ等に多く用いられてきている。 そして
圧力センサについでは、その１つとして、ステンしス等
のダイヤフラム上に絶縁膜を介して、歪みゲージとして
多結晶シリコン等の半導体薄膜を形成した薄膜圧力セン
サがある。 例えば２本発明者等の提案（特願昭６２−
５５９７５号）にて説明すれは、第４図（ａ）、（ｂ）
に示すように、ステンレス製のダイヤフラム１と、この
ダイヤフラムの表面に形成した絶縁物２としての酸化シ
リコン（Ｓ ｉ ０２ ）と、更にこの絶縁物上に歪み
ゲージとしてプラズマＣＶＤ法により積層したｎ型多結
晶シリコンのパターン３と、この歪みゲージに対し給電
するための、また出力電圧を測定するための電極配線の
パターン４とから構成されている。 かかる構成におけ
る作用を説明すると、圧力がダイヤフラム１に加わると
。
うビエソ効果を利用した半導体歪みゲージが圧力センサ
や加速度センサ等に多く用いられてきている。 そして
圧力センサについでは、その１つとして、ステンしス等
のダイヤフラム上に絶縁膜を介して、歪みゲージとして
多結晶シリコン等の半導体薄膜を形成した薄膜圧力セン
サがある。 例えば２本発明者等の提案（特願昭６２−
５５９７５号）にて説明すれは、第４図（ａ）、（ｂ）
に示すように、ステンレス製のダイヤフラム１と、この
ダイヤフラムの表面に形成した絶縁物２としての酸化シ
リコン（Ｓ ｉ ０２ ）と、更にこの絶縁物上に歪み
ゲージとしてプラズマＣＶＤ法により積層したｎ型多結
晶シリコンのパターン３と、この歪みゲージに対し給電
するための、また出力電圧を測定するための電極配線の
パターン４とから構成されている。 かかる構成におけ
る作用を説明すると、圧力がダイヤフラム１に加わると
。
歪みゲージの抵抗値が変化して、この変化ｆｆｉを測定
することにより該圧力を検出することが可能となる。
することにより該圧力を検出することが可能となる。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、上記従来の構成による薄膜圧力センサに
おいては次に掲げる欠点がある。
おいては次に掲げる欠点がある。
半導体圧力センサに用いる薄膜半導体歪みゲージの抵抗
値は、特にこれを定電流駆動させる場合、高抵抗値に制
御しなくてはならない。
値は、特にこれを定電流駆動させる場合、高抵抗値に制
御しなくてはならない。
そして、この制御方法としては次の方法があるが、いず
れも無視できない重大なる欠点が認められる。 以下各
々の制御方法とその欠点とを述べる。
れも無視できない重大なる欠点が認められる。 以下各
々の制御方法とその欠点とを述べる。
（１）半導体薄膜の成膜条件を制御して、不純物濃度を
少なくず名刀法 プラズマＣＶＤ法により成膜する場合、不純物濃度を均
一的に少なくすることが困難である。 殊に移動度の大
きい電子がキャリヤとなるようなｎ型の高抵抗の歪みゲ
ージを成膜しようとする場合、ガス圧及びＲＦパワー等
の諸条件がプラズマの不安定な領域となるため信頼性の
高い膜を成膜することができなくなってしまう。 この
ように、不純物濃度を制御し、高精度の抵抗値を確保す
ることは容易でない。
少なくず名刀法 プラズマＣＶＤ法により成膜する場合、不純物濃度を均
一的に少なくすることが困難である。 殊に移動度の大
きい電子がキャリヤとなるようなｎ型の高抵抗の歪みゲ
ージを成膜しようとする場合、ガス圧及びＲＦパワー等
の諸条件がプラズマの不安定な領域となるため信頼性の
高い膜を成膜することができなくなってしまう。 この
ように、不純物濃度を制御し、高精度の抵抗値を確保す
ることは容易でない。
（２）歪みゲージの膜厚を薄くする方法これを図面を参
照して説明すると、第３図の膜厚と抵抗値とそのバラツ
キとの関係図において、膜厚を薄くすれば抵抗値は当然
に高くなるが、他方膜厚を薄くすればするほど抵抗値の
バラツキも増大する（例えば２図中のハンチング域は抵
抗値としては申し分ないがバラツキが大きいため使用に
問題がある）。
照して説明すると、第３図の膜厚と抵抗値とそのバラツ
キとの関係図において、膜厚を薄くすれば抵抗値は当然
に高くなるが、他方膜厚を薄くすればするほど抵抗値の
バラツキも増大する（例えば２図中のハンチング域は抵
抗値としては申し分ないがバラツキが大きいため使用に
問題がある）。
そして更には、膜厚が薄いと言うことはピンホール等の
欠陥の発生原因ともなる。 したがって、膜厚によって
高抵抗値に制御することの困難性は多大である。
欠陥の発生原因ともなる。 したがって、膜厚によって
高抵抗値に制御することの困難性は多大である。
（３）歪みゲージの膜幅を狭くする方法歪みゲージの膜
幅を狭くすると、圧力センサに応力が繰り返し加えられ
た際、耐久性が著しく低下してしまうため、歪みゲージ
の剥離等の欠陥を生じる。 また製造の際の歪みゲー
ジの形成時には、パターニング精度が低下して抵抗値の
バラツキが大きくなったり更にはピンホール等の欠陥を
容易に起こす原因となったりして、製造上１歩留まり低
下の要因となる。
幅を狭くすると、圧力センサに応力が繰り返し加えられ
た際、耐久性が著しく低下してしまうため、歪みゲージ
の剥離等の欠陥を生じる。 また製造の際の歪みゲー
ジの形成時には、パターニング精度が低下して抵抗値の
バラツキが大きくなったり更にはピンホール等の欠陥を
容易に起こす原因となったりして、製造上１歩留まり低
下の要因となる。
（４）歪みゲージの長さを長くする方法これを図面を参
照して説明すると、第５図（ａ）、（ｂ）の、応力とダ
イヤフラム上の歪みゲージの位置との関係図で示すよう
に、ダイヤフラム１には応力分布が存在するのであって
、仮に歪みゲージの長さを長くすると。
照して説明すると、第５図（ａ）、（ｂ）の、応力とダ
イヤフラム上の歪みゲージの位置との関係図で示すよう
に、ダイヤフラム１には応力分布が存在するのであって
、仮に歪みゲージの長さを長くすると。
応力を受けない位置において歪みゲージのはとんとか位
置するという好ましくない結果となってしまう。 かか
る状態の歪みゲージの場合、仮に応力を受けても、歪み
ゲージの抵抗値変化は小さく感度の悪い圧力センサとな
って実用に耐えないものとなってしまう。
置するという好ましくない結果となってしまう。 かか
る状態の歪みゲージの場合、仮に応力を受けても、歪み
ゲージの抵抗値変化は小さく感度の悪い圧力センサとな
って実用に耐えないものとなってしまう。
本発明は、上記従来の問題点とこ鑑み、製造時において
は、その欠陥やバラツキが排除されたものであって、か
つ、使用時においては、精度や感度が低下しない薄膜圧
力センサを提供することを目的としている。
は、その欠陥やバラツキが排除されたものであって、か
つ、使用時においては、精度や感度が低下しない薄膜圧
力センサを提供することを目的としている。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するために２本発明に係わる薄膜圧力セ
ンサは、ダイヤフラム上の絶縁物を介し、電極よりなる
パターンと、前記電極間で結線されてなる。かつ、半導
体薄膜よりなる歪みゲージのパターンとを具備してなる
薄膜圧力センサにおいて、前記電極間長さよりもより長
く歪みゲージをパターニングして結線するよう構成した
。
ンサは、ダイヤフラム上の絶縁物を介し、電極よりなる
パターンと、前記電極間で結線されてなる。かつ、半導
体薄膜よりなる歪みゲージのパターンとを具備してなる
薄膜圧力センサにおいて、前記電極間長さよりもより長
く歪みゲージをパターニングして結線するよう構成した
。
［作用コ
上記構成によれば、最適位置において歪みゲージのパタ
ーン（つまり、形状）を任意に変化させるものである。
ーン（つまり、形状）を任意に変化させるものである。
これは歪みゲージの長ささを単に長くするのではなく
、最も理想の位置において、すなわち応力分布の小さい
範囲内において、又は従来と同一の電極の位置及び長さ
において９曲線、コの字状又はジグザク状等の任意形状
の歪みゲージをパターニングすることであって、このよ
うな構成にすることにより。
、最も理想の位置において、すなわち応力分布の小さい
範囲内において、又は従来と同一の電極の位置及び長さ
において９曲線、コの字状又はジグザク状等の任意形状
の歪みゲージをパターニングすることであって、このよ
うな構成にすることにより。
歪みゲージの長さを長くできるので容易に抵抗値を管理
することが可能となる。 そして本構成ては、他の抵抗
値制御法である歪みゲージの不純物濃度、膜厚又は膜幅
を管理するものではないことから、これらの制御によっ
て生じる肌脱の欠陥の発生を防止することが可能となる
。
することが可能となる。 そして本構成ては、他の抵抗
値制御法である歪みゲージの不純物濃度、膜厚又は膜幅
を管理するものではないことから、これらの制御によっ
て生じる肌脱の欠陥の発生を防止することが可能となる
。
［実施例］
以下本発明に係わる実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明に係わる第１実施例図、第２図は本発
明に係わる第２及び第３実実施例を説明する図である。
明に係わる第２及び第３実実施例を説明する図である。
第１図の第１実施例は、ステンレス製のダイヤフラム上
において、絶縁物として酸化シリコン（Ｓ ｉ ０２
）膜を積層し、この上に歪みゲージとしてプラズマＣＶ
Ｄ法によりｎ型多結晶シリコンを略０．６μｍ積層する
。 そしてフォトリソグラフィにより任意の形状にパタ
ーニングする。 この時歪みゲージは応力が充分に加わ
る位置に設ける。 次に、歪みゲージに給電し、また出
力電圧を測定するための電極配線バパターン４をアルミ
ニュームをメタルマスクを介して積層することにより設
けた。 本第１実施例においては、膜厚が約０．６μｍ
、かつ。
において、絶縁物として酸化シリコン（Ｓ ｉ ０２
）膜を積層し、この上に歪みゲージとしてプラズマＣＶ
Ｄ法によりｎ型多結晶シリコンを略０．６μｍ積層する
。 そしてフォトリソグラフィにより任意の形状にパタ
ーニングする。 この時歪みゲージは応力が充分に加わ
る位置に設ける。 次に、歪みゲージに給電し、また出
力電圧を測定するための電極配線バパターン４をアルミ
ニュームをメタルマスクを介して積層することにより設
けた。 本第１実施例においては、膜厚が約０．６μｍ
、かつ。
膜幅が約５０μｍの歪みゲージとし、これを。
図示するように、３０字状に引き回して全長が約２．０
ｍｍの歪みゲージのパターニングとし。
ｍｍの歪みゲージのパターニングとし。
当初所望の抵抗である約３．５にΩの高抵抗を得ること
ができた。 尚、各々の電極間長さを約６００μｍとし
たが、この範囲長さとその位置とは応力を顕著に表すに
充分なるものであることは、肌脱明の膜厚と、抵抗値と
、そのバラツキとの関係図（第３図）及び応力とダイヤ
フラム上の歪みゲージの位置との開系図（第５図）より
明らかでである。
ができた。 尚、各々の電極間長さを約６００μｍとし
たが、この範囲長さとその位置とは応力を顕著に表すに
充分なるものであることは、肌脱明の膜厚と、抵抗値と
、そのバラツキとの関係図（第３図）及び応力とダイヤ
フラム上の歪みゲージの位置との開系図（第５図）より
明らかでである。
第・２及び第３実施例は、電極間における歪みゲージの
任意形状をより効果的形状に求めた薄膜圧力センサの実
施例であり以下これを図面を参照して説明する。 歪み
ゲージをダイヤフラム上に配置する場合、歪みゲージ感
度の歪み方向依存性を考慮して配置しなければならない
。
任意形状をより効果的形状に求めた薄膜圧力センサの実
施例であり以下これを図面を参照して説明する。 歪み
ゲージをダイヤフラム上に配置する場合、歪みゲージ感
度の歪み方向依存性を考慮して配置しなければならない
。
この特性は、歪みゲージを構成する半導体薄膜の種類や
夕、イブ（ｐ型又はｎ型）によって異なる。 この例を
図面（第２図）によって示す。
夕、イブ（ｐ型又はｎ型）によって異なる。 この例を
図面（第２図）によって示す。
第２図（ａ）は、プラズマＣＶＤ法により成膜したｎ型
ポリシリコンと、ｎ型ポリシリコンとについて、歪みゲ
ージ感度の歪み方向依存性を調べたグラフ図であり、縦
軸は歪みゲージ感度を、横軸は半径方向を水準上〇度（
０°）としたときの歪み方向の角度を示す。 同図が示
すように、ｎ型では、歪み方向がゼロ度（０°）のとき
、負側で最大感度を示し、そして歪み方向が９０度のと
き、はぼ感度ゼロ（零）となるに対し、ｐ型では、歪み
方向がゼロ度（０°）のとき、正側で最大感度を持つが
、歪み方向角が大きくなるにしたがって感度は小さくな
り。
ポリシリコンと、ｎ型ポリシリコンとについて、歪みゲ
ージ感度の歪み方向依存性を調べたグラフ図であり、縦
軸は歪みゲージ感度を、横軸は半径方向を水準上〇度（
０°）としたときの歪み方向の角度を示す。 同図が示
すように、ｎ型では、歪み方向がゼロ度（０°）のとき
、負側で最大感度を示し、そして歪み方向が９０度のと
き、はぼ感度ゼロ（零）となるに対し、ｐ型では、歪み
方向がゼロ度（０°）のとき、正側で最大感度を持つが
、歪み方向角が大きくなるにしたがって感度は小さくな
り。
４５度と９０度との略中岡点て感度ゼロ（零）となり、
更に歪み方向角が大きくなり９０度となると負側て感度
を示すようになる。 かかる理由に基づき実施した例を
次に掲げる。
更に歪み方向角が大きくなり９０度となると負側て感度
を示すようになる。 かかる理由に基づき実施した例を
次に掲げる。
第２実施例・・・ｎ型の歪みゲージをコの字状等の形状
に折り曲げて配置したもので。
に折り曲げて配置したもので。
第２図（ｂ）に示すように、ダイヤフラムの歪み方向（
つまり、半径方向）にゼロ度成分を多く（つまり、長く
）配置して、高感度を得さしめた薄膜圧力センサ。
つまり、半径方向）にゼロ度成分を多く（つまり、長く
）配置して、高感度を得さしめた薄膜圧力センサ。
第３実施例・・・ｐ型の歪みゲージをコの字状等の形状
に折り曲げて配置したもので。
に折り曲げて配置したもので。
これも第２実施例同様第２図（ｂ）に示すように、ダイ
ヤフラムの歪み方向くつまり、半径方向）にゼロ度成分
を多く（つまり、長く）配置して、高感度を得さしめた
薄膜圧力センサ。
ヤフラムの歪み方向くつまり、半径方向）にゼロ度成分
を多く（つまり、長く）配置して、高感度を得さしめた
薄膜圧力センサ。
尚、第２図（ｃ）は、上記第２及び第３実施例における
第２図（ｂ）の良好な歪みゲージの成分配置例図に対す
る。好ましくない歪みゲージの成分配置例を示す図であ
る。
第２図（ｂ）の良好な歪みゲージの成分配置例図に対す
る。好ましくない歪みゲージの成分配置例を示す図であ
る。
［発明の効果コ
以上説明したように２本発明によれば、歪みゲージの形
状を適宜選択すれば、歪みゲージの不純物物質、膜厚及
び膜幅を全く変更することなく、容易に所望の高抵抗値
を得ることができる。 これは従来の薄膜圧力センサの
製造時における欠陥やバラツキを排除し、また使用時に
おける測定の精度や感度の低下という従来の問題を解消
しえる薄膜圧力センサであるばかりか更に、従来の薄膜
圧力センサの問題解決策であった他の抵抗値制御法であ
る歪みゲージの不純物濃度、膜厚又は膜幅の管理方法に
よる薄膜圧力センサでもないことからこれらの制御方法
によって生じる欠点をも排除した薄膜圧力センサである
。
状を適宜選択すれば、歪みゲージの不純物物質、膜厚及
び膜幅を全く変更することなく、容易に所望の高抵抗値
を得ることができる。 これは従来の薄膜圧力センサの
製造時における欠陥やバラツキを排除し、また使用時に
おける測定の精度や感度の低下という従来の問題を解消
しえる薄膜圧力センサであるばかりか更に、従来の薄膜
圧力センサの問題解決策であった他の抵抗値制御法であ
る歪みゲージの不純物濃度、膜厚又は膜幅の管理方法に
よる薄膜圧力センサでもないことからこれらの制御方法
によって生じる欠点をも排除した薄膜圧力センサである
。
第１図・・・本発明に係わる薄膜圧力センサの第１実施
例図 第２図・・・本発明に係わる薄膜圧力センサの第２及び
第３実施例を説明する図であって（ａ）は、プラズマＣ
ＶＤ法ζこより成膜したｎ型ポリシリコンと、ｐ型ポリ
シリコンとについて、歪みゲージ感度の歪み方向依存性
を調べたグラフ図、（ｂ）は９良好な歪みゲージの成分
配置倒閣、（Ｃ）は、（ｂ）との比較において、好まし
くない歪みゲージの成分配置倒閣 第３図・・・薄膜圧力センサの膜厚と、抵抗値と、その
バラツキとの関係を示す図 第４図・・・従来の薄膜圧カセンサ倒閣であって、（ａ
）はダイヤフラム上の歪みゲージの配置を示す図、（ｂ
）は（ａ）のＡ−Ａ断面図 第５図・・・薄膜圧力センサの応力とダイヤフラム上の
歪みゲージの位置との関係図であって、（ａ）はダイヤ
フラム上面における歪み応力の発生分布図、（ｂ）は歪
みケージの配置位置とダイヤフラム上面における歪み応
力の発生分布との関係を示す図 １・・・ダイヤフラム ２・・・絶縁物 ３・・・歪みゲージ ４・・・電極 特許出願人 株式会社小松製作所 代理人 （弁理士）岡 １）和 春 画２図 （ａ） 第１図 第２図 （ｂ） 男２図（Ｃ） 第４図（ａ）
例図 第２図・・・本発明に係わる薄膜圧力センサの第２及び
第３実施例を説明する図であって（ａ）は、プラズマＣ
ＶＤ法ζこより成膜したｎ型ポリシリコンと、ｐ型ポリ
シリコンとについて、歪みゲージ感度の歪み方向依存性
を調べたグラフ図、（ｂ）は９良好な歪みゲージの成分
配置倒閣、（Ｃ）は、（ｂ）との比較において、好まし
くない歪みゲージの成分配置倒閣 第３図・・・薄膜圧力センサの膜厚と、抵抗値と、その
バラツキとの関係を示す図 第４図・・・従来の薄膜圧カセンサ倒閣であって、（ａ
）はダイヤフラム上の歪みゲージの配置を示す図、（ｂ
）は（ａ）のＡ−Ａ断面図 第５図・・・薄膜圧力センサの応力とダイヤフラム上の
歪みゲージの位置との関係図であって、（ａ）はダイヤ
フラム上面における歪み応力の発生分布図、（ｂ）は歪
みケージの配置位置とダイヤフラム上面における歪み応
力の発生分布との関係を示す図 １・・・ダイヤフラム ２・・・絶縁物 ３・・・歪みゲージ ４・・・電極 特許出願人 株式会社小松製作所 代理人 （弁理士）岡 １）和 春 画２図 （ａ） 第１図 第２図 （ｂ） 男２図（Ｃ） 第４図（ａ）
Claims (1)
- ダイヤフラム上に絶縁層を介して半導体薄膜からなる歪
みゲージと、それを配線する金属電極パターンとを有す
る薄膜圧力センサにおいて、前記電極で結線される歪み
ゲージ長さを前記電極間長さよりも、より長く歪みゲー
ジをパターニングしたことを特徴とする薄膜圧力センサ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7007588A JPH0262928A (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 薄膜圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7007588A JPH0262928A (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 薄膜圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0262928A true JPH0262928A (ja) | 1990-03-02 |
Family
ID=13421062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7007588A Pending JPH0262928A (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 薄膜圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0262928A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995008756A1 (en) * | 1993-09-20 | 1995-03-30 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Pressure sensor |
| WO2002008711A1 (de) * | 2000-07-26 | 2002-01-31 | Robert Bosch Gmbh | Herstellungsverfahren für ein dünnschicht-bauelement, insbesondere einen dünnschicht-hochdrucksensor, und dünnschichtbauelement |
| FR2820201A1 (fr) * | 2001-01-31 | 2002-08-02 | Denso Corp | Capteur de quantite dynamique a semiconducteur |
-
1988
- 1988-03-24 JP JP7007588A patent/JPH0262928A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995008756A1 (en) * | 1993-09-20 | 1995-03-30 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Pressure sensor |
| WO2002008711A1 (de) * | 2000-07-26 | 2002-01-31 | Robert Bosch Gmbh | Herstellungsverfahren für ein dünnschicht-bauelement, insbesondere einen dünnschicht-hochdrucksensor, und dünnschichtbauelement |
| JP2004505239A (ja) * | 2000-07-26 | 2004-02-19 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 薄膜構成素子、例えば、薄膜高圧センサの製造方法、及び薄膜構成素子 |
| FR2820201A1 (fr) * | 2001-01-31 | 2002-08-02 | Denso Corp | Capteur de quantite dynamique a semiconducteur |
| JP2002373991A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-12-26 | Denso Corp | 半導体力学量センサ |
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