JPH0564747B2 - - Google Patents
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- JPH0564747B2 JPH0564747B2 JP59260783A JP26078384A JPH0564747B2 JP H0564747 B2 JPH0564747 B2 JP H0564747B2 JP 59260783 A JP59260783 A JP 59260783A JP 26078384 A JP26078384 A JP 26078384A JP H0564747 B2 JPH0564747 B2 JP H0564747B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoresistors
- cantilever
- semiconductor
- resistors
- piezoresistor
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体基板上に形成した片持ばりを
用いた超小型の半導体加速度センサに関する。
用いた超小型の半導体加速度センサに関する。
最近半導体基板上に形成された超小型の半導体
加速度センサが開発されている。
加速度センサが開発されている。
この半導体加速度センサは、エツチング等の薄
膜技術を用いて半導体基板上に形成されるもので
あり、半導体のピエゾ抵抗効果による抵抗変化や
偏位による微小な容量変化を検出することによつ
て加速度を検出するようになつている。
膜技術を用いて半導体基板上に形成されるもので
あり、半導体のピエゾ抵抗効果による抵抗変化や
偏位による微小な容量変化を検出することによつ
て加速度を検出するようになつている。
これらの半導体加速度センサは上記のように薄
膜技術を用いて形成されるため、例えば振動部分
の長さが100μｍ程度、長さが1μｍ程度、チツプ
全体に大きさが１mm角程度と極めて小型に形成す
ることが出来、又、集積回路で他の素子と同一基
板上に形成することも出来るという優れた特徴が
ある。
膜技術を用いて形成されるため、例えば振動部分
の長さが100μｍ程度、長さが1μｍ程度、チツプ
全体に大きさが１mm角程度と極めて小型に形成す
ることが出来、又、集積回路で他の素子と同一基
板上に形成することも出来るという優れた特徴が
ある。
上記のごとき半導体加速度センサとしては、例
えば「アイ イー イー イー エレクトロン
デバイシイズ（IEEE Electron Devices，Vol.
ED−26，No.12，p.1911，Dec.1979“Ａ Batch−
Fabricated Silicon Accelerometer”）」に記載
されているものがある。
えば「アイ イー イー イー エレクトロン
デバイシイズ（IEEE Electron Devices，Vol.
ED−26，No.12，p.1911，Dec.1979“Ａ Batch−
Fabricated Silicon Accelerometer”）」に記載
されているものがある。
第２図は上記の半導体加速度センサを示す図で
あり、ａは片持ばり及びピエゾ抵抗の部分の平面
図、ｂはブリツジ回路の回路図である。
あり、ａは片持ばり及びピエゾ抵抗の部分の平面
図、ｂはブリツジ回路の回路図である。
第２図において、加速度が加わつたときにSi片
持ばり１１が偏位する。その結果、Si片持ばり１
１の根元に形成されているピエゾ抵抗１２に応力
が加わり、ピエゾ抵抗１２の抵抗値が変化する。
持ばり１１が偏位する。その結果、Si片持ばり１
１の根元に形成されているピエゾ抵抗１２に応力
が加わり、ピエゾ抵抗１２の抵抗値が変化する。
その抵抗値の変化を検出することによつて、加
速度を検出することが出来る。
速度を検出することが出来る。
上記の抵抗値の変化を検出する回路としては、
例えば第２図ｂに示すごときブリツジ回路が用い
られている。
例えば第２図ｂに示すごときブリツジ回路が用い
られている。
なお、ｂにおいて、１２はａと同じピエゾ抵抗
であり、１３〜１５は固定の抵抗である。
であり、１３〜１５は固定の抵抗である。
そして上記の抵抗１３〜１５も半導体加速度セ
ンサチツプ上に形成することも可能である。
ンサチツプ上に形成することも可能である。
第２図ｂに示すブリツジ回路において、加速度
が加わつたときにピエゾ抵抗１２の抵抗値ＲがＲ
＋△Ｒに変化し、他の抵抗１３〜１５の抵抗値Ｒ
はそのまま変化しないとし、ブリツジの印加電圧
をＶとすれば、ブリツジの出力△Ｖは下記(1)式で
示される。
が加わつたときにピエゾ抵抗１２の抵抗値ＲがＲ
＋△Ｒに変化し、他の抵抗１３〜１５の抵抗値Ｒ
はそのまま変化しないとし、ブリツジの印加電圧
をＶとすれば、ブリツジの出力△Ｖは下記(1)式で
示される。
△Ｖ＝１／４・△Ｒ／Ｒ・Ｖ ……(1)
上記(1)式からわかるように、ピエゾ抵抗を一個
数用いたブリツジ回路では、感度が低くなるとい
う問題がある。
数用いたブリツジ回路では、感度が低くなるとい
う問題がある。
そのため、感度を向上させる方法として、例え
ば第３図に示すような構成が知られている（特開
昭59−158566号公報）。
ば第３図に示すような構成が知られている（特開
昭59−158566号公報）。
第３図においては、Si片持ばり１１の支持部付
近に４本のピエゾ抵抗１６〜１９が形成され、そ
の４本のピエゾ抵抗によつてブリツジ回路２０が
構成されている。
近に４本のピエゾ抵抗１６〜１９が形成され、そ
の４本のピエゾ抵抗によつてブリツジ回路２０が
構成されている。
なお、２１〜２４は４本のピエゾ抵抗を外部に
接続するための配線であり、Al等の金属配線を
用いている。
接続するための配線であり、Al等の金属配線を
用いている。
上記の４本のピエゾ抵抗のうち、１６と１８は
Si片持ばりの長さ方向に垂直に形成され、１７と
１９はSi片持ばりの長さ方向に平行に形成されて
いる。そのため、１６と１８及び１７と１９はそ
れぞれ応力が加わつたときの抵抗変化が逆にな
る。
Si片持ばりの長さ方向に垂直に形成され、１７と
１９はSi片持ばりの長さ方向に平行に形成されて
いる。そのため、１６と１８及び１７と１９はそ
れぞれ応力が加わつたときの抵抗変化が逆にな
る。
したがつて、加速度によつてSi片持ばりに応力
が加わつた場合、４本のピエゾ抵抗の内、１６と
１８の抵抗値がＲ−△Ｒになつたときは、１７と
１９の抵抗値はＲ＋△Ｒになる。
が加わつた場合、４本のピエゾ抵抗の内、１６と
１８の抵抗値がＲ−△Ｒになつたときは、１７と
１９の抵抗値はＲ＋△Ｒになる。
上記４本のピエゾ抵抗１６〜１９によつて第３
図ｂに示すごときブリツジ回路を構成した場合に
は、ブリツジ回路の印加電圧をＶとすると、ブリ
ツジ回路の出力△Ｖは下記(2)式で示される。
図ｂに示すごときブリツジ回路を構成した場合に
は、ブリツジ回路の印加電圧をＶとすると、ブリ
ツジ回路の出力△Ｖは下記(2)式で示される。
△Ｖ＝△Ｒ／Ｒ・Ｖ ……(2)
上記の(2)式を前記(1)式と比較すればわかるよう
に、第３図の構成においては、第２図の構成に比
較して感度が４倍に向上する。
に、第３図の構成においては、第２図の構成に比
較して感度が４倍に向上する。
前記のごとく、第３図のように構成すれば、感
度を向上させることが出来る。
度を向上させることが出来る。
しかし、第３図の構成においては、ピエゾ抵抗
１６〜１９に接続される配線としてAl等の金属
配線２１〜２４を用いているため、次のごとき問
題が生じる。
１６〜１９に接続される配線としてAl等の金属
配線２１〜２４を用いているため、次のごとき問
題が生じる。
すなわち、Si片持ばり１１と金属配線層２１〜
２４との熱膨張係数の相違により、これに起因し
た熱応力がSi片持ばり１１上で大きくなり、さら
に、その金属配線２１〜２４の方向、長さ、厚
さ、および面積等によつて４個のピエゾ抵抗１６
〜１９にかかる熱応力が異なつたものになつてし
まう。
２４との熱膨張係数の相違により、これに起因し
た熱応力がSi片持ばり１１上で大きくなり、さら
に、その金属配線２１〜２４の方向、長さ、厚
さ、および面積等によつて４個のピエゾ抵抗１６
〜１９にかかる熱応力が異なつたものになつてし
まう。
このため、温度変化が生じると、上記半導体加
速度センサでは、金属配線２１〜２４の配設に起
因して各ピエゾ抵抗の抵抗値にオフセツト温度特
性が生じてブリツジ回路の出力電圧Voutに温度
ドリフトが生じ、検出誤差が生じてしまう、とい
う問題が発生する。
速度センサでは、金属配線２１〜２４の配設に起
因して各ピエゾ抵抗の抵抗値にオフセツト温度特
性が生じてブリツジ回路の出力電圧Voutに温度
ドリフトが生じ、検出誤差が生じてしまう、とい
う問題が発生する。
本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決
するためになされたものであり、検出感度が高
く、高精度で、かつ信頼性、安定性の優れた半導
体加速度センサを提供することを目的とする。
するためになされたものであり、検出感度が高
く、高精度で、かつ信頼性、安定性の優れた半導
体加速度センサを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明において
は、半導体基板に形成された片持ばり上に、４本
のピエゾ抵抗でブリツジ回路を形成し、かつ上記
ピエゾ抵抗に接続する配線の少なくとも上記片持
ばり上の部分を、上記半導体基板に形成された高
濃度拡散層で形成するように構成している。
は、半導体基板に形成された片持ばり上に、４本
のピエゾ抵抗でブリツジ回路を形成し、かつ上記
ピエゾ抵抗に接続する配線の少なくとも上記片持
ばり上の部分を、上記半導体基板に形成された高
濃度拡散層で形成するように構成している。
第１図は本発明の一実施例図であり、ａは片持
ばり及び抵抗形成部分の平面図、ｂはブリツジ回
路の回路図を示す。
ばり及び抵抗形成部分の平面図、ｂはブリツジ回
路の回路図を示す。
第１図において、Si片持ばり１１の支持部付近
に、４本のピエゾ抵抗１６〜１９が構成されてい
る。
に、４本のピエゾ抵抗１６〜１９が構成されてい
る。
また、Si片持ばり１１と共通のSi基板２５に
は、４本の固定の抵抗１６′〜１９′が形成されて
いる。この４本の抵抗１６′〜１９′は、Si片持ば
り１１が折損しても影響のない部分に形成する。
そして、上記のピエゾ抵抗１６〜１９と上記の抵
抗１６′〜１９′とは、それぞれ高濃度拡散層から
なる配線３１〜３４によつて１本づつ並列に接続
されている。
は、４本の固定の抵抗１６′〜１９′が形成されて
いる。この４本の抵抗１６′〜１９′は、Si片持ば
り１１が折損しても影響のない部分に形成する。
そして、上記のピエゾ抵抗１６〜１９と上記の抵
抗１６′〜１９′とは、それぞれ高濃度拡散層から
なる配線３１〜３４によつて１本づつ並列に接続
されている。
上記４本のピエゾ抵抗１６〜１９は、全て片持
ばり１１上に形成されている。また、ピエゾ抵抗
１６〜１９に配線される配線３１〜３４は、半導
体基板に不純物拡散することによつて形成された
高濃度拡散層で形成され、その熱膨張係数はSi片
持ばり１１と同じになつている。そのため配線３
１〜３４による熱応力は生じない。したがつてピ
エゾ抵抗１６〜１９の抵抗値は、温度による変化
が最小値に抑えられてブリツジ回路の出力電圧
Voutは温度ドリフトが小さくなり、加速度検出
の精度が向上する。
ばり１１上に形成されている。また、ピエゾ抵抗
１６〜１９に配線される配線３１〜３４は、半導
体基板に不純物拡散することによつて形成された
高濃度拡散層で形成され、その熱膨張係数はSi片
持ばり１１と同じになつている。そのため配線３
１〜３４による熱応力は生じない。したがつてピ
エゾ抵抗１６〜１９の抵抗値は、温度による変化
が最小値に抑えられてブリツジ回路の出力電圧
Voutは温度ドリフトが小さくなり、加速度検出
の精度が向上する。
上記のブリツジ回路は、第１図ｂに示すごとき
回路構成となつている。
回路構成となつている。
第１図の装置において、もしSi片持ばり１１が
根元から折れ、４本のピエゾ抵抗１６〜１９が切
り離された場合には、出力端子の電位は４本の固
定の抵抗１６′〜１９′によつて決定されることに
なる。
根元から折れ、４本のピエゾ抵抗１６〜１９が切
り離された場合には、出力端子の電位は４本の固
定の抵抗１６′〜１９′によつて決定されることに
なる。
例えば、１６′〜１９′を全て同一の抵抗値にし
ておけば、４本のピエゾ抵抗が破損した場合に
は、出力電圧△Ｖは０に固定されることになる。
ておけば、４本のピエゾ抵抗が破損した場合に
は、出力電圧△Ｖは０に固定されることになる。
また、４本の固定の抵抗１６′〜１９′の値を適
当に設定すれば、ピエゾ抵抗１６〜１９が破損し
た場合に、出力電圧△Ｖの値を任意の値に固定す
るように設定することが出来る。
当に設定すれば、ピエゾ抵抗１６〜１９が破損し
た場合に、出力電圧△Ｖの値を任意の値に固定す
るように設定することが出来る。
したがつて、Si片持ばりが折損してピエゾ抵抗
１６〜１９が切り離された場合でも、半導体加速
度センサの出力として安定した値を取り出すこと
が出来、またその値を任意の値に設定することが
出来るので、その設定した値が検出された時には
半導体加速度センサが破損したものと判定するこ
とが出来る。
１６〜１９が切り離された場合でも、半導体加速
度センサの出力として安定した値を取り出すこと
が出来、またその値を任意の値に設定することが
出来るので、その設定した値が検出された時には
半導体加速度センサが破損したものと判定するこ
とが出来る。
従つて、半導体加速度センサの破損状況を簡単
な検出回路で正確に検出することが可能となる。
な検出回路で正確に検出することが可能となる。
次に、上記の抵抗１６′〜１９′を接続したこと
によるブリツジ回路の感度の変化について説明す
る。
によるブリツジ回路の感度の変化について説明す
る。
抵抗１６′〜１９′の抵抗値をそれぞれｒとし、
それ以外の条件を前記第３図の場合と同一である
とすれば、出力電圧△Ｖは下記(3)式で示される。
それ以外の条件を前記第３図の場合と同一である
とすれば、出力電圧△Ｖは下記(3)式で示される。
△Ｖ＝ｒ・△Ｒ／R2＋rR−△R2Ｖ ……(3)
従つて、抵抗１６′〜１９′の抵抗値ｒがピエゾ
抵抗１６〜１９の抵抗値Ｒよりも充分大きけれ
ば、(3)式は(2)式に等しくなる。
抵抗１６〜１９の抵抗値Ｒよりも充分大きけれ
ば、(3)式は(2)式に等しくなる。
即ち、ｒをＲより充分大きくすることによつて
抵抗１６′〜１９′を並列に接続したことによる感
度の低下はほとんど無視出来るようになる。
抵抗１６′〜１９′を並列に接続したことによる感
度の低下はほとんど無視出来るようになる。
例えば、抵抗１６′〜１９′の抵抗値ｒがピエゾ
抵抗１６〜１９の抵抗値Ｒのそれぞれ10倍の値で
あるとした場合には、上記の抵抗１６′〜１９′を
接続しなかつた場合に比べて感度が10％減少する
ことになる。
抵抗１６〜１９の抵抗値Ｒのそれぞれ10倍の値で
あるとした場合には、上記の抵抗１６′〜１９′を
接続しなかつた場合に比べて感度が10％減少する
ことになる。
感度の低下が10％以内であれば、実用上差し支
えないと考えられるので、そのためには上記のご
とく抵抗１６′〜１９′の抵抗値をピエゾ抵抗１６
〜１９の10倍以上にすることが望ましい。
えないと考えられるので、そのためには上記のご
とく抵抗１６′〜１９′の抵抗値をピエゾ抵抗１６
〜１９の10倍以上にすることが望ましい。
なお、抵抗１６′〜１９′を形成する方法として
は、精度が良く、かつ小面積で高抵抗の値を実現
することが出来るイオン注入法を用いるのが望ま
しい。
は、精度が良く、かつ小面積で高抵抗の値を実現
することが出来るイオン注入法を用いるのが望ま
しい。
以上説明したごとく本発明においては、ピエゾ
抵抗に接続する配線を、半導体基板と等しい熱膨
張係数を有する高濃度拡散層で形成したので、配
線による熱応力は生じない。したがつてピエゾ抵
抗の抵抗値は、温度による変化が最小値に抑えら
れてブリツジ回路から出力される電圧の温度ドリ
フトが小さくなり、加速度を精度良く検出するこ
とが出来る、という効果が得られる。
抵抗に接続する配線を、半導体基板と等しい熱膨
張係数を有する高濃度拡散層で形成したので、配
線による熱応力は生じない。したがつてピエゾ抵
抗の抵抗値は、温度による変化が最小値に抑えら
れてブリツジ回路から出力される電圧の温度ドリ
フトが小さくなり、加速度を精度良く検出するこ
とが出来る、という効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例図、第２図及び第３
図は従来装置の一例図である。 符号の説明、１１……Si片持ばり、１６〜１９
……ピエゾ抵抗、１６′〜１９′……抵抗、２１〜
２４……配線、２５……Si基板、３１〜３４……
配線。
図は従来装置の一例図である。 符号の説明、１１……Si片持ばり、１６〜１９
……ピエゾ抵抗、１６′〜１９′……抵抗、２１〜
２４……配線、２５……Si基板、３１〜３４……
配線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板に形成され、一端を支持された片
持ばりの支持部付近にピエゾ抵抗を形成し、上記
片持ばりの偏位に応じて上記ピエゾ抵抗に生じる
抵抗値の変化を検出することによつて加速度を検
出する半導体加速度センサにおいて、 ４本のピエゾ抵抗でブリツジ回路を形成し、か
つ上記ピエゾ抵抗に接続する配線の少なくとも上
記片持ばり上の部分を、上記半導体基板に形成さ
れた高濃度拡散層で形成したことを特徴とする半
導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26078384A JPS61139758A (ja) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26078384A JPS61139758A (ja) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | 半導体加速度センサ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6169533A Division JP2650623B2 (ja) | 1994-07-21 | 1994-07-21 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61139758A JPS61139758A (ja) | 1986-06-27 |
| JPH0564747B2 true JPH0564747B2 (ja) | 1993-09-16 |
Family
ID=17352666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26078384A Granted JPS61139758A (ja) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61139758A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0713644B2 (ja) * | 1986-11-14 | 1995-02-15 | 日本電装株式会社 | 半導体式加速度検出装置 |
| JPH0648421Y2 (ja) * | 1987-07-08 | 1994-12-12 | 日産自動車株式会社 | 半導体加速度センサ |
| DE3816628A1 (de) * | 1987-09-30 | 1989-04-20 | Aisin Seiki | Beschleunigungsmessvorrichtung |
| JPH0664085B2 (ja) * | 1989-05-23 | 1994-08-22 | 日本電装株式会社 | 半導体式加速度検出装置 |
| JPH0413975A (ja) * | 1990-05-07 | 1992-01-17 | Nec Corp | 半導体加速度センサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5634109A (en) * | 1979-08-29 | 1981-04-06 | Fujitsu Ltd | Magnetic recording apparatus |
-
1984
- 1984-12-12 JP JP26078384A patent/JPS61139758A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61139758A (ja) | 1986-06-27 |
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