JPH034568A - 半導体圧力センサー - Google Patents
半導体圧力センサーInfo
- Publication number
- JPH034568A JPH034568A JP13998589A JP13998589A JPH034568A JP H034568 A JPH034568 A JP H034568A JP 13998589 A JP13998589 A JP 13998589A JP 13998589 A JP13998589 A JP 13998589A JP H034568 A JPH034568 A JP H034568A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure sensor
- recess
- piezoresistors
- diaphragm
- board
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- Pending
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
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】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、圧力センサーに係り、特に薄膜ダイアフラム
を備えた半導体基板の圧力センサーに関する。
を備えた半導体基板の圧力センサーに関する。
（従来の技術）
従来技術で知られた半導体圧力センサーは。
その両面にかかる圧力差に応答する薄膜ダイアフラムを
使用している。第２図に示すように、方形の単結晶半導
体基板（１３）の一方の面に凹部を形成して薄膜ダイア
フラム（１１）を中央部に作り、薄膜ダイアフラム（１
１）の凹部と反対の面の周辺に応力センサーとしてのピ
エゾ抵抗（１４）を配置している。
使用している。第２図に示すように、方形の単結晶半導
体基板（１３）の一方の面に凹部を形成して薄膜ダイア
フラム（１１）を中央部に作り、薄膜ダイアフラム（１
１）の凹部と反対の面の周辺に応力センサーとしてのピ
エゾ抵抗（１４）を配置している。
この４つのピエゾ抵抗（１４）でホイートストーンブリ
ッジを構成するように基板（１３）の周辺の肉厚部（１
２）に配置さ九た４つの電気取出し部（１５）と４つの
ピエゾ抵抗（１４）を連結する低抵抗層パターン（１６
）が形成されている。４つのピエゾ抵抗（１４）と電気
取出し部（１５）までの接続に金属配線パターンを使用
しないのは、薄膜ダイアフラム（１１）と金属配線の熱
温度係数の大きな違いからの熱歪の発生と、金属配線の
機械的ヒステリシスの影響とを避けるためである。半導
体基板（１３）の薄膜ダイアフラム（１１）裏面側の凹
部を囲むように、四角柱に円形穴が明けられた台座、ま
たは円筒管の台座が凹部周辺の肉厚部に接合される。
ッジを構成するように基板（１３）の周辺の肉厚部（１
２）に配置さ九た４つの電気取出し部（１５）と４つの
ピエゾ抵抗（１４）を連結する低抵抗層パターン（１６
）が形成されている。４つのピエゾ抵抗（１４）と電気
取出し部（１５）までの接続に金属配線パターンを使用
しないのは、薄膜ダイアフラム（１１）と金属配線の熱
温度係数の大きな違いからの熱歪の発生と、金属配線の
機械的ヒステリシスの影響とを避けるためである。半導
体基板（１３）の薄膜ダイアフラム（１１）裏面側の凹
部を囲むように、四角柱に円形穴が明けられた台座、ま
たは円筒管の台座が凹部周辺の肉厚部に接合される。
（発明が解決しようとする課題）
上記従来の半導体圧力センサーでは、低抵抗層パターン
（１６）を流れる電流経路が時間とともに変化し、４つ
のピエゾ抵抗（１４）から構成されるホイートストーン
ブリッジの出力オフセット電圧がふらつく現象が現れる
。これは、低抵抗層パターン（１６）上部の酸化膜の電
位分布がイオンの移動（熱的、電位的）によって広面積
の低抵抗層表面のキャリア分布が変化し、ここを流れる
正孔の流れる経路に影響を与えるためである。
（１６）を流れる電流経路が時間とともに変化し、４つ
のピエゾ抵抗（１４）から構成されるホイートストーン
ブリッジの出力オフセット電圧がふらつく現象が現れる
。これは、低抵抗層パターン（１６）上部の酸化膜の電
位分布がイオンの移動（熱的、電位的）によって広面積
の低抵抗層表面のキャリア分布が変化し、ここを流れる
正孔の流れる経路に影響を与えるためである。
この現象を避けるためには上記の低抵抗層の使用を制限
すればよい、しかし、これに代わる金属配線では上述し
たヒステリシス、温度特性の悪化が予想される。また、
低抵抗層パターン（１６）を細条にして電流経路を限定
すると、低抵抗層パターンの抵抗値が増大し、ホイート
ストーンブリッジを構成する抵抗の無感圧抵抗部が増大
し、ピエゾ抵抗に直列に接続され、全体の抵抗値の増加
により実質の感度が低下する。さらに、オフセットのば
らつきが増大する原因となる。
すればよい、しかし、これに代わる金属配線では上述し
たヒステリシス、温度特性の悪化が予想される。また、
低抵抗層パターン（１６）を細条にして電流経路を限定
すると、低抵抗層パターンの抵抗値が増大し、ホイート
ストーンブリッジを構成する抵抗の無感圧抵抗部が増大
し、ピエゾ抵抗に直列に接続され、全体の抵抗値の増加
により実質の感度が低下する。さらに、オフセットのば
らつきが増大する原因となる。
そこで本発明は、上記の電源投入後の出力電圧のふらつ
きを押え、ゼロシフト量が少なくしかも高感度で高精度
な圧力測定を安定に行なうことが可能な半導体圧力セン
サーを実現することを課題とし１本発明の目的もそこに
ある。
きを押え、ゼロシフト量が少なくしかも高感度で高精度
な圧力測定を安定に行なうことが可能な半導体圧力セン
サーを実現することを課題とし１本発明の目的もそこに
ある。
（ｍ１題を解決するための手段）
本発明の半導体圧力センサーは、４つのピエゾ抵抗でホ
イートストーンブリッジを構成するように各ピエゾ抵抗
と基板周辺の厚肉部に配置された４つの電気取出し部と
を連結する低抵抗層パターンを前記電気取出し部近傍で
面積が絞られた形状にした構成である。
イートストーンブリッジを構成するように各ピエゾ抵抗
と基板周辺の厚肉部に配置された４つの電気取出し部と
を連結する低抵抗層パターンを前記電気取出し部近傍で
面積が絞られた形状にした構成である。
（作 用）
本発明の半導体圧力センサーにおいては、ピエゾ抵抗を
結ぶ低抵抗層内を流れる正孔の流れを、電気取出し部の
近傍で電流経路を限定することで迷路電流を制限し、電
気取出し部の電位を安定化させる。これにより、ホイー
トストーンブリッジの出力オフセット電圧が安定し、高
精度で信頼性のある圧力信号が出力される。
結ぶ低抵抗層内を流れる正孔の流れを、電気取出し部の
近傍で電流経路を限定することで迷路電流を制限し、電
気取出し部の電位を安定化させる。これにより、ホイー
トストーンブリッジの出力オフセット電圧が安定し、高
精度で信頼性のある圧力信号が出力される。
（実施例）
以下、図面に示した実施例に基いて本発明の詳細な説明
する。
する。
第１図に本発明一実施例の半導体圧力センサーを示す、
第１図に示すように１本実施例の半導体圧力センサーは
、方形をした（１００）面の単結晶シリコン基板（３）
の一方の面に凹部を形成して矩形の薄膜ダイアフラム（
１）を形成し、薄膜ダイアフラム（１）裏面側の凹部を
囲むように圧力導入部を兼ねた台座（図示してない）を
基板（３）の肉厚部（２）に接合した構造である。単結
晶シリコン基板（３）の凹部と反対の面には、薄膜ダイ
アフラム（１）の周辺に応力センサーとしてのピエゾ抵
抗（４）が４つ配置され、薄膜ダイアフラム（１）にか
かる応力を感知するようにしている。このピエゾ抵抗（
４）は１例えば、ボロンのような不純物を拡散あるいは
イオンインプラチージョンにより、センサーの形状で決
まる表面領域の最適な場所の基板（３）の表面に形成さ
れる。４つのピエゾ抵抗（４）をホイートストーンブリ
ッジを構成するように接続する低抵抗層パターン（６）
が薄膜ダイアフラム（１）の周辺と肉厚部（２）にわた
って広範囲に形成されている。この低抵抗層は、例えば
ボロンのような不純物を高濃度に拡散して形成される。
第１図に示すように１本実施例の半導体圧力センサーは
、方形をした（１００）面の単結晶シリコン基板（３）
の一方の面に凹部を形成して矩形の薄膜ダイアフラム（
１）を形成し、薄膜ダイアフラム（１）裏面側の凹部を
囲むように圧力導入部を兼ねた台座（図示してない）を
基板（３）の肉厚部（２）に接合した構造である。単結
晶シリコン基板（３）の凹部と反対の面には、薄膜ダイ
アフラム（１）の周辺に応力センサーとしてのピエゾ抵
抗（４）が４つ配置され、薄膜ダイアフラム（１）にか
かる応力を感知するようにしている。このピエゾ抵抗（
４）は１例えば、ボロンのような不純物を拡散あるいは
イオンインプラチージョンにより、センサーの形状で決
まる表面領域の最適な場所の基板（３）の表面に形成さ
れる。４つのピエゾ抵抗（４）をホイートストーンブリ
ッジを構成するように接続する低抵抗層パターン（６）
が薄膜ダイアフラム（１）の周辺と肉厚部（２）にわた
って広範囲に形成されている。この低抵抗層は、例えば
ボロンのような不純物を高濃度に拡散して形成される。
方形のシリコン基板（３）の４隅には、低抵抗層（６）
とオーム接触となる金属の電気取出し部（５）がそれぞ
れ配置されている。そして、低抵抗層パターン（６）の
電気取出し部（５）の近傍には、ピエゾ抵抗（４）から
流れる正孔の経路を制限するための絞り（切れ目）（７
）が設けられている。なお、絞り（７）としては、低抵
抗層を２分するＮ型基板と同一伝導型でより高濃度のＮ
＋層を挿入することも可能である。
とオーム接触となる金属の電気取出し部（５）がそれぞ
れ配置されている。そして、低抵抗層パターン（６）の
電気取出し部（５）の近傍には、ピエゾ抵抗（４）から
流れる正孔の経路を制限するための絞り（切れ目）（７
）が設けられている。なお、絞り（７）としては、低抵
抗層を２分するＮ型基板と同一伝導型でより高濃度のＮ
＋層を挿入することも可能である。
上記のように構成された本実施例の半導体圧力センサー
においては、ピエゾ抵抗（４）から電気取出し部（５）
までの低抵抗層パターン（６）が薄膜ダイアフラム（１
）から肉厚部（２）までの広範囲に設けられ且つほぼ４
対称をなすことから、オフセット電圧の温度特性に影響
を与える表面不純物濃度のばらつきが緩和される。また
、感度の低下をもたらす無感圧な直列抵抗値を小さくで
きることから、高感度を維持できる。さらに、正孔の流
れが必ず電気取出し部（５）を通過するように絞り（切
れ目）（７）が存在しているので、迷走正孔が発生しに
くくなり、電気取出し部（５）の電位は長期にわたり安
定する。
においては、ピエゾ抵抗（４）から電気取出し部（５）
までの低抵抗層パターン（６）が薄膜ダイアフラム（１
）から肉厚部（２）までの広範囲に設けられ且つほぼ４
対称をなすことから、オフセット電圧の温度特性に影響
を与える表面不純物濃度のばらつきが緩和される。また
、感度の低下をもたらす無感圧な直列抵抗値を小さくで
きることから、高感度を維持できる。さらに、正孔の流
れが必ず電気取出し部（５）を通過するように絞り（切
れ目）（７）が存在しているので、迷走正孔が発生しに
くくなり、電気取出し部（５）の電位は長期にわたり安
定する。
以上詳述したように本発明によれば、４つのピエゾ抵抗
をホイートストーンブリッジを構成するように電気取出
し部へ連結する低抵抗層パターンが電気取出し部近傍で
絞られて細くなっており、金属配線の使用を極力控えた
構造であることから、温度ヒステリシスが低減される。
をホイートストーンブリッジを構成するように電気取出
し部へ連結する低抵抗層パターンが電気取出し部近傍で
絞られて細くなっており、金属配線の使用を極力控えた
構造であることから、温度ヒステリシスが低減される。
そして、電気印加後の正孔の流れに影響を与える表面酸
化膜の電圧分布の変化があっても、正孔は迷走すること
なく必ず電気取出し部を通過するため、オフセット電圧
が安定する。これにより、オフセットのシフト量の少な
いしかも高感度で高精度な圧力測定を行なうことが可能
な信頼性の高い半導体圧力センサーを提供できる。
化膜の電圧分布の変化があっても、正孔は迷走すること
なく必ず電気取出し部を通過するため、オフセット電圧
が安定する。これにより、オフセットのシフト量の少な
いしかも高感度で高精度な圧力測定を行なうことが可能
な信頼性の高い半導体圧力センサーを提供できる。
第１図は本発明一実施例の半導体圧力センサーの上面図
、第２図は従来の半導体圧力センサーの上面図である。 １・・・薄膜ダイアフラム、２・・・基板の肉厚部、３
・・・単結晶シリコン基板、４・・・ピエゾ抵抗、５・
・・電気取出し部、６・・・低抵抗層パターン、７・・
・絞り。
、第２図は従来の半導体圧力センサーの上面図である。 １・・・薄膜ダイアフラム、２・・・基板の肉厚部、３
・・・単結晶シリコン基板、４・・・ピエゾ抵抗、５・
・・電気取出し部、６・・・低抵抗層パターン、７・・
・絞り。
Claims (1)
- （１００）面の半導体基板の一方の面に凹部を形成して
成る薄膜ダイアフラムの凹部と反対の面の周辺に配置さ
れた４つのピエゾ抵抗でホイートストーンブリッジを構
成するように各ピエゾ抵抗と基板周辺の肉厚部に配置さ
れた４つの電気取出し部とを連結する低抵抗層パターン
が前記電気取出し部近傍で面積を絞られた形状に形成さ
れた半導体圧力センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13998589A JPH034568A (ja) | 1989-06-01 | 1989-06-01 | 半導体圧力センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13998589A JPH034568A (ja) | 1989-06-01 | 1989-06-01 | 半導体圧力センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH034568A true JPH034568A (ja) | 1991-01-10 |
Family
ID=15258257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13998589A Pending JPH034568A (ja) | 1989-06-01 | 1989-06-01 | 半導体圧力センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH034568A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000261001A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-09-22 | Makoto Ishida | 半導体素子および半導体センサ |
| JP2007010777A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Nissha Printing Co Ltd | 多重反射パネル |
| US7946742B2 (en) | 2008-05-23 | 2011-05-24 | Honda Access Corporation | In-vehicle illuminating device |
| JP2019158576A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | アズビル株式会社 | ピエゾ抵抗型センサ |
| CN111521305A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-08-11 | 吉林大学 | 一种用于测量机械信号的仿生传感器及其制造方法 |
-
1989
- 1989-06-01 JP JP13998589A patent/JPH034568A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000261001A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-09-22 | Makoto Ishida | 半導体素子および半導体センサ |
| JP2007010777A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Nissha Printing Co Ltd | 多重反射パネル |
| US7946742B2 (en) | 2008-05-23 | 2011-05-24 | Honda Access Corporation | In-vehicle illuminating device |
| JP2019158576A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | アズビル株式会社 | ピエゾ抵抗型センサ |
| CN111521305A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-08-11 | 吉林大学 | 一种用于测量机械信号的仿生传感器及其制造方法 |
| CN111521305B (zh) * | 2020-04-03 | 2021-12-14 | 吉林大学 | 一种用于测量机械信号的仿生传感器及其制造方法 |
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