JPH03137532A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPH03137532A JPH03137532A JP27542989A JP27542989A JPH03137532A JP H03137532 A JPH03137532 A JP H03137532A JP 27542989 A JP27542989 A JP 27542989A JP 27542989 A JP27542989 A JP 27542989A JP H03137532 A JPH03137532 A JP H03137532A
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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〕
本発明は、シリコンダイヤフラム等の半導体ダイヤフラ
ムを備えた圧力センサに関する。
ムを備えた圧力センサに関する。
半導体チップの一部を薄肉化し受圧用のダイヤフラムを
形成してなる半導体圧力センサは、小型化が容易であり
、また廉価に構成可能である上、耐熱性、耐湿性、及び
耐振動性に優れ、劣悪な環境下においても使用可能なこ
とから、近年特に脚光を浴びている。
形成してなる半導体圧力センサは、小型化が容易であり
、また廉価に構成可能である上、耐熱性、耐湿性、及び
耐振動性に優れ、劣悪な環境下においても使用可能なこ
とから、近年特に脚光を浴びている。
第３図はこの半導体圧力センサの一部破断斜視図である
。半導体圧力センサは、半導体チップｌの表面に複数の
感圧抵抗２．・２・・・を形成し、これらの形成範囲を
含んで裏面側からのエツチングにより薄肉化されたダイ
ヤフラム３を構成して、このダイヤフラム３に圧力が作
用して歪が生じた際、前記感圧抵抗２．２・・・にピエ
ゾ抵抗効果により生じる抵抗値の変化を利用して前記圧
力を検出するものである。これらの感圧抵抗２．２・・
・は、例えば、ｎ型の半導体チップｌ上に拡散又はイオ
ン打ち込み技術を用いて形成されたｐ型頭域となってお
り、ピエゾ抵抗効果を有効に利用するため、ダイヤフラ
ム３の面内にてこれの結晶軸方向、例えばＨ１０＞軸方
向に沿って形成される。ダイヤフラム３は本来、結晶軸
方向に夫々対応する辺を有する矩形をなすため、感圧抵
抗２．２・・・は、図示の如くダイヤフラム３の一辺と
平行をなす態様にて配設されることになる。
。半導体圧力センサは、半導体チップｌの表面に複数の
感圧抵抗２．・２・・・を形成し、これらの形成範囲を
含んで裏面側からのエツチングにより薄肉化されたダイ
ヤフラム３を構成して、このダイヤフラム３に圧力が作
用して歪が生じた際、前記感圧抵抗２．２・・・にピエ
ゾ抵抗効果により生じる抵抗値の変化を利用して前記圧
力を検出するものである。これらの感圧抵抗２．２・・
・は、例えば、ｎ型の半導体チップｌ上に拡散又はイオ
ン打ち込み技術を用いて形成されたｐ型頭域となってお
り、ピエゾ抵抗効果を有効に利用するため、ダイヤフラ
ム３の面内にてこれの結晶軸方向、例えばＨ１０＞軸方
向に沿って形成される。ダイヤフラム３は本来、結晶軸
方向に夫々対応する辺を有する矩形をなすため、感圧抵
抗２．２・・・は、図示の如くダイヤフラム３の一辺と
平行をなす態様にて配設されることになる。
以上の如き半導体圧力センサの出力は、−船釣に、感圧
抵抗２，２・・・にて構成されたブリッジ回路の出力ｖ
０として得ている。感圧抵抗２，２・・・の抵抗値がＲ
であり、受圧に伴いダイヤフラム３に生じる歪に応じて
感圧抵抗２にΔＲなる抵抗値変化が生じた場合、次式に
て表される出力■。が得られる。
抵抗２，２・・・にて構成されたブリッジ回路の出力ｖ
０として得ている。感圧抵抗２，２・・・の抵抗値がＲ
であり、受圧に伴いダイヤフラム３に生じる歪に応じて
感圧抵抗２にΔＲなる抵抗値変化が生じた場合、次式に
て表される出力■。が得られる。
但し、■、は前記ブリフジ回路への印加電圧である。
この式から明らかな如く、検出感度の向上のためには、
抵抗値変化ΔＲを大とすればよく、このためには感圧抵
抗２を長大化すればよいが、ダイヤフラム３上における
感圧抵抗２の配設域は限定される。そこで限定された範
囲内にて可及的な長大化を実現すべく、前記結晶軸方向
に沿う第１部分２ａ （第４図参照）を複数個並べ、こ
れらの端部を夫々に略直交する第２部分２ｂ （第４図
参照）にて連結して一体化する感圧抵抗２の形成態様が
従来から採用されている。
抵抗値変化ΔＲを大とすればよく、このためには感圧抵
抗２を長大化すればよいが、ダイヤフラム３上における
感圧抵抗２の配設域は限定される。そこで限定された範
囲内にて可及的な長大化を実現すべく、前記結晶軸方向
に沿う第１部分２ａ （第４図参照）を複数個並べ、こ
れらの端部を夫々に略直交する第２部分２ｂ （第４図
参照）にて連結して一体化する感圧抵抗２の形成態様が
従来から採用されている。
第４図はこのように形成された感圧抵抗２の拡大平面図
である。本図は、第１部分２ａの並設数が３個である場
合の例であり、これらを２個の第２部分２ｂにより連結
してなる感圧抵抗２は、図示の如き偏平化した逆Ｓ字形
をなす。並設数が異なる場合、他の形状をなすことは勿
論である。
である。本図は、第１部分２ａの並設数が３個である場
合の例であり、これらを２個の第２部分２ｂにより連結
してなる感圧抵抗２は、図示の如き偏平化した逆Ｓ字形
をなす。並設数が異なる場合、他の形状をなすことは勿
論である。
さて、ダイヤフラム３への受圧により感圧抵抗２におい
て生じる抵抗値変化ΔＲは次式にて表される。
て生じる抵抗値変化ΔＲは次式にて表される。
ΔＲ＝（π、σ、＋π、σｔ）・Ｒ・・・（２）但し、
πは感圧抵抗２におけるピエゾ抵抗係数であり、σはダ
イヤフラム３に加わる圧力により感圧抵抗２に作用する
応力であって、添字ｔは前記Ｈ１０）軸に沿う方向を、
添字ｒはこれに直交する方向を夫々示している。
πは感圧抵抗２におけるピエゾ抵抗係数であり、σはダ
イヤフラム３に加わる圧力により感圧抵抗２に作用する
応力であって、添字ｔは前記Ｈ１０）軸に沿う方向を、
添字ｒはこれに直交する方向を夫々示している。
この（２）式に従う抵抗値変化は、感圧抵抗２の各部分
において生じ、第４図に示す如き感圧抵抗２においては
、第１部分２ａ及び第２部分２ｂの双方において生じる
。ところが、第１部分２ａと第２部分２ｂとは、略直交
して連続するため、適宜方向の応力に対し画部分２ａ、
２ｂにおいて互いに相反する抵抗変化が生じることにな
り、第１部分２ａにおける抵抗変化の一部が、第２部分
２ｂにおける抵抗変化にて相殺され、本来得られるべき
検出感度の向上を実現し得ないという難点があった。
において生じ、第４図に示す如き感圧抵抗２においては
、第１部分２ａ及び第２部分２ｂの双方において生じる
。ところが、第１部分２ａと第２部分２ｂとは、略直交
して連続するため、適宜方向の応力に対し画部分２ａ、
２ｂにおいて互いに相反する抵抗変化が生じることにな
り、第１部分２ａにおける抵抗変化の一部が、第２部分
２ｂにおける抵抗変化にて相殺され、本来得られるべき
検出感度の向上を実現し得ないという難点があった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、感圧
抵抗において大なる抵抗値変化の発生をを可能とし、検
出感度の向上を実現する半導体圧力センサを提供するこ
とを目的とする。
抵抗において大なる抵抗値変化の発生をを可能とし、検
出感度の向上を実現する半導体圧力センサを提供するこ
とを目的とする。
本発明に係る半導体圧力センサは、ダイヤフラムの面上
に形成された感圧抵抗の結晶軸に沿う部分とこれに略直
交する部分とにおいて単位長さ当たりの抵抗値を異なら
せ、後者を前者よりも小さくしたものである。
に形成された感圧抵抗の結晶軸に沿う部分とこれに略直
交する部分とにおいて単位長さ当たりの抵抗値を異なら
せ、後者を前者よりも小さくしたものである。
本発明においては、結晶軸に沿う第１部分よりも、これ
に略直交する第２部分において単位長さ当たりの抵抗値
が小さく、ダイヤフラムに作用する圧力により第１部分
にて生じる抵抗変化が、第２部分にて同様に生じる抵抗
変化により相殺される割合が低減され、高い検出感度が
実現される。
に略直交する第２部分において単位長さ当たりの抵抗値
が小さく、ダイヤフラムに作用する圧力により第１部分
にて生じる抵抗変化が、第２部分にて同様に生じる抵抗
変化により相殺される割合が低減され、高い検出感度が
実現される。
以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係る半導体圧力センサの一部破断斜
視図である。
。第１図は本発明に係る半導体圧力センサの一部破断斜
視図である。
本発明に係る半導体圧力センサは、従来のものと同様、
半導体チップ１の表面に複数の感圧抵抗２．２・・・を
形成し、裏面側からのエツチングにより半導体チップｌ
の中央を所定範囲に亘って薄肉化して、感圧抵抗２，２
・・・の形成範囲をその周縁近傍に含む薄肉のダイヤフ
ラム３と、これの周縁を支持する厚肉部とを構成してな
る。感圧抵抗２゜２・・・は、例えば、ｎ型の半導体チ
ップ１上に拡散又はイオン打ち込み技術を用いて形成さ
れたｐ型領域となっており、これらにピエゾ抵抗効果に
より生じる抵抗値の変化を利用してダイヤフラム３に作
用する圧力が検出される。
半導体チップ１の表面に複数の感圧抵抗２．２・・・を
形成し、裏面側からのエツチングにより半導体チップｌ
の中央を所定範囲に亘って薄肉化して、感圧抵抗２，２
・・・の形成範囲をその周縁近傍に含む薄肉のダイヤフ
ラム３と、これの周縁を支持する厚肉部とを構成してな
る。感圧抵抗２゜２・・・は、例えば、ｎ型の半導体チ
ップ１上に拡散又はイオン打ち込み技術を用いて形成さ
れたｐ型領域となっており、これらにピエゾ抵抗効果に
より生じる抵抗値の変化を利用してダイヤフラム３に作
用する圧力が検出される。
第２図は感圧抵抗２の拡大平面図である。これらの感圧
抵抗２．２・・・ちまた、従来と同様、ダイヤフラム３
の面内においてこれの結晶軸方向、例えば＜１）０＞軸
方向に沿って第１図に示す如く形成されており、また検
出感度の向上のため、結晶軸方向に沿う第１部分２ａ
（第２図参照）を複数個並べ、これらの端部を夫々に略
直交する第２部分２ｂ （第２図参照）にて連結して、
偏平Ｓ字形をなして一体化せしめた構成となっている。
抵抗２．２・・・ちまた、従来と同様、ダイヤフラム３
の面内においてこれの結晶軸方向、例えば＜１）０＞軸
方向に沿って第１図に示す如く形成されており、また検
出感度の向上のため、結晶軸方向に沿う第１部分２ａ
（第２図参照）を複数個並べ、これらの端部を夫々に略
直交する第２部分２ｂ （第２図参照）にて連結して、
偏平Ｓ字形をなして一体化せしめた構成となっている。
以上の構成は従来のものと同様であるが、本発明に係る
半導体圧力センサは、前記第１部分２ａの単位長さ当た
りの抵抗値ＲＡと、第２部分２ｂの単位長さ当たりの抵
抗値Ｒ８とが異ならせてあり、後者が前者よりも小さく
（Ｒａ＞Ｒ１＋）してあることを特徴とする。
半導体圧力センサは、前記第１部分２ａの単位長さ当た
りの抵抗値ＲＡと、第２部分２ｂの単位長さ当たりの抵
抗値Ｒ８とが異ならせてあり、後者が前者よりも小さく
（Ｒａ＞Ｒ１＋）してあることを特徴とする。
従って、ダイヤフラム３に作用する圧力により感圧抵抗
２に応力σ、及びσ１が生じたとき、第１部分２ａにお
ける抵抗値変化ΔＲＡ及び第２部分２ｂにおける抵抗値
変化ΔＲ，は、前記（２）式から夫々（３）式及び（４
）式にて表される。
２に応力σ、及びσ１が生じたとき、第１部分２ａにお
ける抵抗値変化ΔＲＡ及び第２部分２ｂにおける抵抗値
変化ΔＲ，は、前記（２）式から夫々（３）式及び（４
）式にて表される。
ΔＲａ ” （π、σ、＋π、σｔ）・ＲＡ−ＩＩＡ
・・・（３）ΔＲＩ＝ （π、σ、＋π、σ、）・
Ｒ１・Ｉｌ、 ・・・（４）但し、π１は感圧抵抗２
におけるＨ １０）軸方向のピエゾ抵抗係数であり、π
、はこれに直交する方向のピエゾ抵抗係数であり、また
１、及びｈは、第１部分２ａ及び第２部分２ｂ夫々の長
さである。そして（４）式の右辺に負符号が付いている
のは、第２部分２ｂにおける電流の向きが、第１部分２
ａにおけるそれと略直交するためである。
・・・（３）ΔＲＩ＝ （π、σ、＋π、σ、）・
Ｒ１・Ｉｌ、 ・・・（４）但し、π１は感圧抵抗２
におけるＨ １０）軸方向のピエゾ抵抗係数であり、π
、はこれに直交する方向のピエゾ抵抗係数であり、また
１、及びｈは、第１部分２ａ及び第２部分２ｂ夫々の長
さである。そして（４）式の右辺に負符号が付いている
のは、第２部分２ｂにおける電流の向きが、第１部分２
ａにおけるそれと略直交するためである。
従って、感圧抵抗２全体において生じる抵抗値変化ΔＲ
は、 ΔＲ＝（π、σ、＋π、σ、）・（Ｒａｌａ−Ｒｍｌｍ
）・・・（５） となる、即ち、感圧抵抗２における抵抗値変化ΔＲは、
ダイヤフラム３への受圧に伴う応力に対し、（ＲａＪａ
−Ｒｍｊ’＋＋）なる変化率にて生じる。従って、第１
．第２部分２ａ、２ｂの単位長さ当たりの抵抗値が等し
い（Ｒｓ＝ＲＡ）従来の半導体圧力センサにおける前記
変化率は、画部分２ａ、２ｂの長さの差（Ｉｌ＾−Ｚｍ
）にのみ依存するのに対し、Ｒ１をＲ１よりも小さくし
である本発明に係る半導体圧力センサにおいては、これ
らの差も前記変化率を増大せしめる作用をなし、従来に
比較して大なる抵抗値変化ΔＲが得られることが（５）
式から明らかであり、従来に比較して高い検出感度を実
現し得る。
は、 ΔＲ＝（π、σ、＋π、σ、）・（Ｒａｌａ−Ｒｍｌｍ
）・・・（５） となる、即ち、感圧抵抗２における抵抗値変化ΔＲは、
ダイヤフラム３への受圧に伴う応力に対し、（ＲａＪａ
−Ｒｍｊ’＋＋）なる変化率にて生じる。従って、第１
．第２部分２ａ、２ｂの単位長さ当たりの抵抗値が等し
い（Ｒｓ＝ＲＡ）従来の半導体圧力センサにおける前記
変化率は、画部分２ａ、２ｂの長さの差（Ｉｌ＾−Ｚｍ
）にのみ依存するのに対し、Ｒ１をＲ１よりも小さくし
である本発明に係る半導体圧力センサにおいては、これ
らの差も前記変化率を増大せしめる作用をなし、従来に
比較して大なる抵抗値変化ΔＲが得られることが（５）
式から明らかであり、従来に比較して高い検出感度を実
現し得る。
なお本実施例においては、３つの第１部分２ａを第２部
分２ｂにて連結し、感圧抵抗２を偏平Ｓ字形をなして形
成した場合について述べたが、感圧抵抗２の形成態様は
これに限定されるものではない。
分２ｂにて連結し、感圧抵抗２を偏平Ｓ字形をなして形
成した場合について述べたが、感圧抵抗２の形成態様は
これに限定されるものではない。
以上詳述した如く本発明に係る半導体圧力センサにおい
ては、ダイヤフラム表面上の感圧抵抗における結晶軸に
沿う第１部分とこれに略直交する第２部分とにて単位長
さ当たりの抵抗値が異なり、後者が前者よりも小さいこ
とにより、ダイヤフラムに作用する圧力により第１部分
にて生じる抵抗変化が第２部分にて同様に生じる抵抗変
化により相殺される割合が低減され、感圧抵抗全体にお
いて大きい抵抗値変化が生じ、高い検出感度を得ること
ができる等、本発明は優れた効果を奏する。
ては、ダイヤフラム表面上の感圧抵抗における結晶軸に
沿う第１部分とこれに略直交する第２部分とにて単位長
さ当たりの抵抗値が異なり、後者が前者よりも小さいこ
とにより、ダイヤフラムに作用する圧力により第１部分
にて生じる抵抗変化が第２部分にて同様に生じる抵抗変
化により相殺される割合が低減され、感圧抵抗全体にお
いて大きい抵抗値変化が生じ、高い検出感度を得ること
ができる等、本発明は優れた効果を奏する。
第１図は本発明に係る半導体圧力センサの一部破断斜視
図、第２図はその感圧抵抗の拡大平面図、第３図は従来
の半導体圧力センサの一部破断斜視図、第４図はその感
圧抵抗の拡大平面図である。 １・・・半導体チンプ ２・・・感圧抵抗２ａ・・・
第１部分 ２ｂ・・・第２部分 ３・・・ダイヤフ
ラム なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
図、第２図はその感圧抵抗の拡大平面図、第３図は従来
の半導体圧力センサの一部破断斜視図、第４図はその感
圧抵抗の拡大平面図である。 １・・・半導体チンプ ２・・・感圧抵抗２ａ・・・
第１部分 ２ｂ・・・第２部分 ３・・・ダイヤフ
ラム なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）半導体チップの一部を薄肉化してなるダイヤフラ
ムの面上に、これの結晶軸方向に沿う複数の第１部分を
夫々に略直交する第２部分にて連結し、相互に一体化さ
せてなる感圧抵抗を備えた半導体圧力センサにおいて、 前記第２部分の単位長さ当たりの抵抗値を、第１部分の
それよりも小さくしてあることを特徴とする半導体圧力
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27542989A JPH0769239B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27542989A JPH0769239B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03137532A true JPH03137532A (ja) | 1991-06-12 |
| JPH0769239B2 JPH0769239B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=17555398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27542989A Expired - Lifetime JPH0769239B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769239B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0587649A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-06 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体応力検出装置 |
| JPH0587650A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-06 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体応力検出装置 |
| JP2005351901A (ja) * | 2004-06-11 | 2005-12-22 | Samsung Electronics Co Ltd | 複合センサ及びその製造方法 |
| US8314444B2 (en) | 2009-01-06 | 2012-11-20 | Alps Electric Co., Ltd. | Piezoresistive pressure sensor |
-
1989
- 1989-10-23 JP JP27542989A patent/JPH0769239B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0587649A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-06 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体応力検出装置 |
| JPH0587650A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-06 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体応力検出装置 |
| JP2005351901A (ja) * | 2004-06-11 | 2005-12-22 | Samsung Electronics Co Ltd | 複合センサ及びその製造方法 |
| US8314444B2 (en) | 2009-01-06 | 2012-11-20 | Alps Electric Co., Ltd. | Piezoresistive pressure sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0769239B2 (ja) | 1995-07-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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