JPH0562829B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0562829B2 JPH0562829B2 JP60048839A JP4883985A JPH0562829B2 JP H0562829 B2 JPH0562829 B2 JP H0562829B2 JP 60048839 A JP60048839 A JP 60048839A JP 4883985 A JP4883985 A JP 4883985A JP H0562829 B2 JPH0562829 B2 JP H0562829B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pedestal
- semiconductor device
- view
- bridge circuit
- hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置に関し、特にロボツトの手
などに触覚センサとして使用される半導体装置に
関する。
などに触覚センサとして使用される半導体装置に
関する。
近年、安価で高性能なマイクロコンピユータが
普及し、それらを用いることにより、様々な産業
分野で自動化あるいはロボツト化が進められつつ
ある。しかし、現在実用化されているロボツト
は、ある定まつた形、定まつた大きさあるいは定
まつた重さの物体を持ち上げたり、運んだり、あ
るいは加工、組立等の作業を一定のプログラムに
よつてしか行うことができない。
普及し、それらを用いることにより、様々な産業
分野で自動化あるいはロボツト化が進められつつ
ある。しかし、現在実用化されているロボツト
は、ある定まつた形、定まつた大きさあるいは定
まつた重さの物体を持ち上げたり、運んだり、あ
るいは加工、組立等の作業を一定のプログラムに
よつてしか行うことができない。
一方、消費者層の多様化により、多品種少量生
産の傾向が強くなり、FMS（Flexible
Manufacturing System）と呼ばれる自動化技術
の開発が叫ばれている。この様な自動化の流れに
於ては、人間の感覚器官に代る様々なセンサをロ
ボツトあるいは自動機械に装備し、制御するため
の情報をセンサから取入れる必要がある。そのよ
うなセンサの中でもロボツトの指あるいは手に装
備され、対象物に直接触れることにより、対象物
の形状を認識したり、あるいはその圧覚から、対
象物の硬さを判断したり、また細かい部品の組立
作業の際の対象物からの力を測定したりするため
の触覚センサの必要性が認識されている。
産の傾向が強くなり、FMS（Flexible
Manufacturing System）と呼ばれる自動化技術
の開発が叫ばれている。この様な自動化の流れに
於ては、人間の感覚器官に代る様々なセンサをロ
ボツトあるいは自動機械に装備し、制御するため
の情報をセンサから取入れる必要がある。そのよ
うなセンサの中でもロボツトの指あるいは手に装
備され、対象物に直接触れることにより、対象物
の形状を認識したり、あるいはその圧覚から、対
象物の硬さを判断したり、また細かい部品の組立
作業の際の対象物からの力を測定したりするため
の触覚センサの必要性が認識されている。
従来報告されている触覚センサとしては、感圧
導電性ゴムを用いたもの、マイクロスイツチを用
いたもの、あるいはカーボンフアイバを用いたも
の等様々である（自動化技術、第14巻、第６号、
37頁〜42頁及び61頁〜70頁）。これらの触覚セン
サは大き過ぎたり、あるいは直線性や再現性が悪
かつたり、あるいはオン−オフ情報しか検出でき
ないという欠点がある。また、圧覚分布を測定し
たりする場合、単一の圧覚センサをアレイ状に並
べる必要があるが、信号処理のための配線が極め
て多くなり、かつロボツトの指や手の可動部に取
り付けられた場合、信頼性に劣る。
導電性ゴムを用いたもの、マイクロスイツチを用
いたもの、あるいはカーボンフアイバを用いたも
の等様々である（自動化技術、第14巻、第６号、
37頁〜42頁及び61頁〜70頁）。これらの触覚セン
サは大き過ぎたり、あるいは直線性や再現性が悪
かつたり、あるいはオン−オフ情報しか検出でき
ないという欠点がある。また、圧覚分布を測定し
たりする場合、単一の圧覚センサをアレイ状に並
べる必要があるが、信号処理のための配線が極め
て多くなり、かつロボツトの指や手の可動部に取
り付けられた場合、信頼性に劣る。
また、ピエゾ抵抗効果を用いた半導体圧力セン
サのダイヤフラム部を直接あるいは間接的に押す
という方法も考えられる。半導体圧力センサを用
いる方法は、感度や直線性に優れ、かつ信号処理
部も集積化可能なため、優れた方法であるが、ダ
イヤフラムの膜厚を一定に制御することが困難で
あることから、アレイ化した場合に、ばらつきが
大きくなる。一方、それを避けるために、膜厚を
厚くすると感度が非常に悪くなるという欠点があ
る。
サのダイヤフラム部を直接あるいは間接的に押す
という方法も考えられる。半導体圧力センサを用
いる方法は、感度や直線性に優れ、かつ信号処理
部も集積化可能なため、優れた方法であるが、ダ
イヤフラムの膜厚を一定に制御することが困難で
あることから、アレイ化した場合に、ばらつきが
大きくなる。一方、それを避けるために、膜厚を
厚くすると感度が非常に悪くなるという欠点があ
る。
本発明の目的は、以上のような従来の欠点を排
した触覚センサ用の半導体装置を提供することに
ある。
した触覚センサ用の半導体装置を提供することに
ある。
本発明の特徴は、半導体基板にコの字形に貫通
孔を形成することにより設けられた、該半導体基
板の部分から成る片持ち梁と、該梁上でかつ梁の
支持部に近い部分に設けられた少くとも一つの拡
散層抵抗と、前記梁の支持部に設けられかつ前記
梁上の拡散層抵抗とでブリツジ回路もしくはハー
フブリツジ回路を構成する拡散層抵抗と、前記梁
の自由端近傍でかつ梁の上に設けられた突起部と
を含み、凹部を有する台座の該凹部上に前記貫通
孔および前記梁が位置するように該台座に貼付け
られる触覚センサ用の半導体装置にある。
孔を形成することにより設けられた、該半導体基
板の部分から成る片持ち梁と、該梁上でかつ梁の
支持部に近い部分に設けられた少くとも一つの拡
散層抵抗と、前記梁の支持部に設けられかつ前記
梁上の拡散層抵抗とでブリツジ回路もしくはハー
フブリツジ回路を構成する拡散層抵抗と、前記梁
の自由端近傍でかつ梁の上に設けられた突起部と
を含み、凹部を有する台座の該凹部上に前記貫通
孔および前記梁が位置するように該台座に貼付け
られる触覚センサ用の半導体装置にある。
本発明の半導体装置は、半導体基板に設けられ
た片持ち梁の自由端近傍に突起物を形成し、素子
表面に加えられた力を突起物を介して前記梁の変
形に変換し、更に梁の固定端付近に形成された抵
抗素子の抵抗変化として電気変換する、いわゆる
ピエゾ抵抗効果を原理とした半導体触覚センサで
ある。
た片持ち梁の自由端近傍に突起物を形成し、素子
表面に加えられた力を突起物を介して前記梁の変
形に変換し、更に梁の固定端付近に形成された抵
抗素子の抵抗変化として電気変換する、いわゆる
ピエゾ抵抗効果を原理とした半導体触覚センサで
ある。
次に、本発明の実施例について図面を用いて説
明する。
明する。
第１図ａ〜ｄは本発明の第１の実施例の製造方
法を説明するための平面図及び断面図であつて、
第１図ａは途中工程における半導体装置の平面
図、第１図ｂはそのＡ−A′断面図、第１図ｃは
次の工程における半導体装置の平面図、第１図ｄ
はそのＢ−B′断面図である。
法を説明するための平面図及び断面図であつて、
第１図ａは途中工程における半導体装置の平面
図、第１図ｂはそのＡ−A′断面図、第１図ｃは
次の工程における半導体装置の平面図、第１図ｄ
はそのＢ−B′断面図である。
まず、第１図ａ，ｂに示すように、シリコン基
板１０に幅10μm、長さ100μmの拡散層抵抗１１，
１２を形成し、ハーフブリツジ回路用の抵抗とす
る。そして、表面を酸化膜１４で覆う。次に、酸
化膜１４をコの字形に選択除去して窓１５をあけ
る。
板１０に幅10μm、長さ100μmの拡散層抵抗１１，
１２を形成し、ハーフブリツジ回路用の抵抗とす
る。そして、表面を酸化膜１４で覆う。次に、酸
化膜１４をコの字形に選択除去して窓１５をあけ
る。
次に、第１図ｃ，ｄに示すように、酸化膜１４
をマスクにしてシリコン基板１０を90℃のヒドラ
ジン液でエツチングして底面まで突抜ける貫通孔
１６をあける。
をマスクにしてシリコン基板１０を90℃のヒドラ
ジン液でエツチングして底面まで突抜ける貫通孔
１６をあける。
本実施例においては、（110）面方位のシリコン
基板１０を異方性エツチング液であるヒドラジン
でエツチングしているので、貫通孔１６のパター
ン精度は酸化膜１４のマスク、即ち窓１５の精度
で決まり、かつ垂直にエツチング除去される。こ
れにより片持ち梁１７が形成される。次に、アル
ミニウム配線１８，１８′を形成し、表面に保護
酸化膜を形成する（図示せず）。アルミニウム配
線１８は二つの抵抗１１，１２を直列に接続し、
アルミニウム配線１８′は直列接続された二つの
抵抗の両端に接続される。これによりハーフブリ
ツジ回路が構成される。つまり、通常のブリツジ
回路の半分の回路が構成される。アルミニウム配
線１８′により抵抗の両端に電圧を印加し、アル
ミニウム配線１８で中点電位を出力値として測定
するのである。
基板１０を異方性エツチング液であるヒドラジン
でエツチングしているので、貫通孔１６のパター
ン精度は酸化膜１４のマスク、即ち窓１５の精度
で決まり、かつ垂直にエツチング除去される。こ
れにより片持ち梁１７が形成される。次に、アル
ミニウム配線１８，１８′を形成し、表面に保護
酸化膜を形成する（図示せず）。アルミニウム配
線１８は二つの抵抗１１，１２を直列に接続し、
アルミニウム配線１８′は直列接続された二つの
抵抗の両端に接続される。これによりハーフブリ
ツジ回路が構成される。つまり、通常のブリツジ
回路の半分の回路が構成される。アルミニウム配
線１８′により抵抗の両端に電圧を印加し、アル
ミニウム配線１８で中点電位を出力値として測定
するのである。
次に、本発明の最も重要な部分である突起部１
９を形成する。この突起部１９は、梁１７の寸法
が１mm以上の大きさの場合はガラスやシリコンを
貼付けても良いが、本実施例のように梁１７が
100μm幅、500μm長さというように小さい寸法の
場合は、フイルムレジストを用いる。本実施例で
はフイルムレジストを厚さ100μmに貼付け、感光
させて突起部１９を形成した。
９を形成する。この突起部１９は、梁１７の寸法
が１mm以上の大きさの場合はガラスやシリコンを
貼付けても良いが、本実施例のように梁１７が
100μm幅、500μm長さというように小さい寸法の
場合は、フイルムレジストを用いる。本実施例で
はフイルムレジストを厚さ100μmに貼付け、感光
させて突起部１９を形成した。
第２図ａ，ｂは第１図ｃ，ｄに示す半導体装置
を搭載することができる本発明に関係のある技術
の台座の平面図及びＣ−C′断面図である。
を搭載することができる本発明に関係のある技術
の台座の平面図及びＣ−C′断面図である。
台座２０は中央に開孔２１を有し、この開孔２
１に第１図ｃ，ｄに示す半導体装置の貫通孔１６
と梁１７とが位置するように台座の表面に半導体
装置が貼付けられる。貼付け後、表面をシリコン
ゴムで被覆して保護する。
１に第１図ｃ，ｄに示す半導体装置の貫通孔１６
と梁１７とが位置するように台座の表面に半導体
装置が貼付けられる。貼付け後、表面をシリコン
ゴムで被覆して保護する。
第３図は本第１の実施例の印加荷重と電気的出
力との関係を示す特性図である。
力との関係を示す特性図である。
横軸は梁１７に印加される荷重、縦軸はハーフ
ブリツジの中点における電位変化量を示す。荷重
と電気的出力Ｖとは非常に良い線型関係にあり、
再現性も良好である。
ブリツジの中点における電位変化量を示す。荷重
と電気的出力Ｖとは非常に良い線型関係にあり、
再現性も良好である。
第４図ａ，ｂは第１図ｃ，ｄに示す半導体装置
と搭載する本発明の台座の例の平面図及びＤ−
D′断面図である。
と搭載する本発明の台座の例の平面図及びＤ−
D′断面図である。
台座４０は凹部４１を有し、この凹部４１に第
１図ｃ，ｄに示す半導体装置の貫通孔１６及び梁
１７が位置するように、貼付けられる。この台座
４０は、凹部４１に底面があるから、梁１７に許
容値以上の荷重がかかつても梁１７の先端が凹部
４１の底に接触して止まるので梁の撓みは一定量
以上にならず梁の破壊を防ぐことができる。
１図ｃ，ｄに示す半導体装置の貫通孔１６及び梁
１７が位置するように、貼付けられる。この台座
４０は、凹部４１に底面があるから、梁１７に許
容値以上の荷重がかかつても梁１７の先端が凹部
４１の底に接触して止まるので梁の撓みは一定量
以上にならず梁の破壊を防ぐことができる。
第５図は本発明の第２の実施例の断面図であ
る。
る。
この実施例は、梁１７の裏面を少しエツチング
してシリコン基板１０の裏面５１よりも梁１７の
裏面５２の方が少し高くなるようにする。この形
状にすると平板の台座も使用でき、またこの場合
でも許容値以上の力が加わつても梁１７が平板の
台座に接して止まるから梁１７の破壊を防ぐこと
ができるという二つの効果が得られる。
してシリコン基板１０の裏面５１よりも梁１７の
裏面５２の方が少し高くなるようにする。この形
状にすると平板の台座も使用でき、またこの場合
でも許容値以上の力が加わつても梁１７が平板の
台座に接して止まるから梁１７の破壊を防ぐこと
ができるという二つの効果が得られる。
上記二つの実施例では、梁の寸法を100μm幅、
500μm長とし、この梁の上に幅10μm、長さ
100μmの抵抗体を作製したが、この寸法に限定さ
れない。また、突起物としてフイルムレジストを
用いたが、材料及び形成方法についてもこれに限
定されない。また、出力電圧は二つの抵抗１１，
１２によるハーフブリツジを用いて取出すように
したが、抵抗体を４つ形成し、それを通常のブリ
ツジ回路となるように接続し、一組の対角点を入
力端子、他の組の対角点を出力端子とするブリツ
ジ回路を構成することもできる。このブリツジ回
路でも第３図に示したものと同様の相関関係を得
ることができる。
500μm長とし、この梁の上に幅10μm、長さ
100μmの抵抗体を作製したが、この寸法に限定さ
れない。また、突起物としてフイルムレジストを
用いたが、材料及び形成方法についてもこれに限
定されない。また、出力電圧は二つの抵抗１１，
１２によるハーフブリツジを用いて取出すように
したが、抵抗体を４つ形成し、それを通常のブリ
ツジ回路となるように接続し、一組の対角点を入
力端子、他の組の対角点を出力端子とするブリツ
ジ回路を構成することもできる。このブリツジ回
路でも第３図に示したものと同様の相関関係を得
ることができる。
以上詳細に説明したように、本発明は、梁の自
由端近傍に設けた突起物に集中荷重するような構
成にしたので、従来と比べて製造工程が非常に簡
略化され、しかも精度が良い触覚センサ用の半導
体装置を得ることができるという効果を有する。
由端近傍に設けた突起物に集中荷重するような構
成にしたので、従来と比べて製造工程が非常に簡
略化され、しかも精度が良い触覚センサ用の半導
体装置を得ることができるという効果を有する。
第１図ａ〜ｄは本発明の第１の実施例の製造方
法を説明するための平面図及び断面図であつて、
第１図ａは途中工程における半導体装置の平面
図、第１図ｂはそのＡ−A′断面図、第１図ｃは
最終工程における半導体装置の平面図及びＢ−
B′断面図、第２図ａ，ｂは第１図ｃ，ｄに示す
半導体装置を搭載することができる本発明に関係
のある技術の台座の平面図及び断面図、第３図は
第１の実施例の印加荷重と電気的出力との関係を
示す特性図、第４図ａ，ｂは第１図ｃ，ｄに示す
半導体装置を搭載する本発明の台座の例の平面図
及び断面図、第５図は本発明の第２の実施例の断
面図である。 １０……シリコン基板、１１，１２……拡散層
抵抗、１４……酸化膜、１５……窓、１６……貫
通孔、１７……梁、１８……アルミニウム配線、
１９……突起部、２０……台座、２１……開孔、
４０……台座、４１……凹部、５１……基板の裏
面、５２……梁の裏面。
法を説明するための平面図及び断面図であつて、
第１図ａは途中工程における半導体装置の平面
図、第１図ｂはそのＡ−A′断面図、第１図ｃは
最終工程における半導体装置の平面図及びＢ−
B′断面図、第２図ａ，ｂは第１図ｃ，ｄに示す
半導体装置を搭載することができる本発明に関係
のある技術の台座の平面図及び断面図、第３図は
第１の実施例の印加荷重と電気的出力との関係を
示す特性図、第４図ａ，ｂは第１図ｃ，ｄに示す
半導体装置を搭載する本発明の台座の例の平面図
及び断面図、第５図は本発明の第２の実施例の断
面図である。 １０……シリコン基板、１１，１２……拡散層
抵抗、１４……酸化膜、１５……窓、１６……貫
通孔、１７……梁、１８……アルミニウム配線、
１９……突起部、２０……台座、２１……開孔、
４０……台座、４１……凹部、５１……基板の裏
面、５２……梁の裏面。
Claims (1)
- １ 半導体基板にコの字形に貫通孔を形成するこ
とにより設けられた、該半導体基板の部分から成
る片持ち梁と、該梁上でかつ梁の支持部に近い部
分に設けられた少くとも一つの拡散層抵抗と、前
記梁の支持部に設けられかつ前記梁上の拡散層抵
抗とでブリツジ回路もしくはハーフブリツジ回路
を構成する拡散層抵抗と、前記梁の自由端近傍で
かつ梁の上に設けられた突起部とを含み、凹部を
有する台座の該凹部上に前記貫通孔および前記梁
が位置するように該台座に貼付けられることを特
徴とする触覚センサ用の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60048839A JPS61208275A (ja) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60048839A JPS61208275A (ja) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61208275A JPS61208275A (ja) | 1986-09-16 |
| JPH0562829B2 true JPH0562829B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=12814413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60048839A Granted JPS61208275A (ja) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61208275A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6378577A (ja) * | 1986-09-22 | 1988-04-08 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体式加速度センサ |
-
1985
- 1985-03-12 JP JP60048839A patent/JPS61208275A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61208275A (ja) | 1986-09-16 |
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