JPH0587650A - 半導体応力検出装置 - Google Patents
半導体応力検出装置Info
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- JPH0587650A JPH0587650A JP25154091A JP25154091A JPH0587650A JP H0587650 A JPH0587650 A JP H0587650A JP 25154091 A JP25154091 A JP 25154091A JP 25154091 A JP25154091 A JP 25154091A JP H0587650 A JPH0587650 A JP H0587650A
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- piezoresistors
- polycrystalline
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度依存性が小さく、特別な補償回路を必要
としない半導体応力検出装置を提供する。 【構成】 印加応力に垂直に形成されたｐ型多結晶Ｓi
ピエゾ抵抗とｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とでは、印加応
力に対する抵抗変化方向が逆符号であり、かつ感度の温
度依存性は逆符号で逆極性の特性を示すことを利用した
ものであり、印加応力に垂直方向にとなるようにｐ型多
結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、５２とｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵
抗６１、６２とを形成し、上記ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵
抗同志（５１と５２）を一対の対辺とし、上記ｎ型多結
晶Ｓiピエゾ抵抗同志（６１と６２）を他の一対の対辺
としてフルブリッジ回路を構成した。
としない半導体応力検出装置を提供する。 【構成】 印加応力に垂直に形成されたｐ型多結晶Ｓi
ピエゾ抵抗とｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とでは、印加応
力に対する抵抗変化方向が逆符号であり、かつ感度の温
度依存性は逆符号で逆極性の特性を示すことを利用した
ものであり、印加応力に垂直方向にとなるようにｐ型多
結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、５２とｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵
抗６１、６２とを形成し、上記ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵
抗同志（５１と５２）を一対の対辺とし、上記ｎ型多結
晶Ｓiピエゾ抵抗同志（６１と６２）を他の一対の対辺
としてフルブリッジ回路を構成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、多結晶Ｓiピエゾ抵
抗を用いた半導体応力検出装置の特性を改善する技術に
関する。
抗を用いた半導体応力検出装置の特性を改善する技術に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体応力検出装置としては、例
えば「“ Micro-Diaphragm PressureSensor”Proceedin
gs of the 6th Sensor Symposium,1986. pp.23〜27」に
記載されているものがある。図５は上記のごとき半導体
圧力検出装置の一例図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）
は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。図５において、２１
はＳi基板２６中にエッチングで形成された空洞、２９
は空洞２１を規定するＳi3Ｎ4膜である。また２２は空
洞２１を覆うように密閉して形成されたダイアフラムで
あり、Ｓi3Ｎ4膜２７、２８、３０から成っている。ダ
イアフラム２２にはｐ型多結晶Ｓiのピエゾ抵抗２３と
２４がＳi3Ｎ4膜２７と２８に挾まれた形で形成されて
いる。なお、ピエゾ抵抗２３はダイアフラムの周辺部
に、ピエゾ抵抗２４はダイアフラムの中央部にそれぞれ
形成されている。また２５は空洞２１をエッチングする
際に用いたエッチング孔であり、Ｓi3Ｎ４膜３０で封止
されている。
えば「“ Micro-Diaphragm PressureSensor”Proceedin
gs of the 6th Sensor Symposium,1986. pp.23〜27」に
記載されているものがある。図５は上記のごとき半導体
圧力検出装置の一例図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）
は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。図５において、２１
はＳi基板２６中にエッチングで形成された空洞、２９
は空洞２１を規定するＳi3Ｎ4膜である。また２２は空
洞２１を覆うように密閉して形成されたダイアフラムで
あり、Ｓi3Ｎ4膜２７、２８、３０から成っている。ダ
イアフラム２２にはｐ型多結晶Ｓiのピエゾ抵抗２３と
２４がＳi3Ｎ4膜２７と２８に挾まれた形で形成されて
いる。なお、ピエゾ抵抗２３はダイアフラムの周辺部
に、ピエゾ抵抗２４はダイアフラムの中央部にそれぞれ
形成されている。また２５は空洞２１をエッチングする
際に用いたエッチング孔であり、Ｓi3Ｎ４膜３０で封止
されている。
【０００３】次に、製造方法を簡単に説明する。（１０
０）面のＳｉ基板にＳi3Ｎ4膜をＬＰＣＶＤによってデ
ポジットし、空洞となる部分の上に窓をあける。次にエ
ッチ・チャンネルとなる多結晶Ｓi層（図示せず）で空
洞となる部を覆い、エッチング孔２５の部分に達するま
で窓を形成する。この上にダイアフラム２２を構成する
Ｓi3Ｎ4膜２８、多結晶Ｓi層を順次ＬＰＣＶＤで形成
し、多結晶Ｓi層にボロンをイオン注入した後、パター
ンニングしてピエゾ抵抗２３、２４を形成する。次に、
Ｓi3Ｎ4膜２７でピエゾ抵抗を覆った後、エッチング孔
２５をあけ、多結晶Ｓiのエッチ・チャンネルとその下
のＳi基板をＫＯＨ等の異方性エッチング液でエッチン
グして空洞２１を形成する。次に、コンタクト・エッチ
ング及び配線電極（図示せず）を形成した後、ＰＥＣＶ
ＤによってＳi3Ｎ4膜３０をデポジットし、空洞を封止
する。
０）面のＳｉ基板にＳi3Ｎ4膜をＬＰＣＶＤによってデ
ポジットし、空洞となる部分の上に窓をあける。次にエ
ッチ・チャンネルとなる多結晶Ｓi層（図示せず）で空
洞となる部を覆い、エッチング孔２５の部分に達するま
で窓を形成する。この上にダイアフラム２２を構成する
Ｓi3Ｎ4膜２８、多結晶Ｓi層を順次ＬＰＣＶＤで形成
し、多結晶Ｓi層にボロンをイオン注入した後、パター
ンニングしてピエゾ抵抗２３、２４を形成する。次に、
Ｓi3Ｎ4膜２７でピエゾ抵抗を覆った後、エッチング孔
２５をあけ、多結晶Ｓiのエッチ・チャンネルとその下
のＳi基板をＫＯＨ等の異方性エッチング液でエッチン
グして空洞２１を形成する。次に、コンタクト・エッチ
ング及び配線電極（図示せず）を形成した後、ＰＥＣＶ
ＤによってＳi3Ｎ4膜３０をデポジットし、空洞を封止
する。
【０００４】上記のようなダイアフラム構造に圧力が印
加されると、ダイアフラムの中心部と端部で逆方向の応
力が発生し、ピエゾ抵抗２３と２４の抵抗値は逆極性に
変化するので、ピエゾ抵抗２３と２４とでブリッジ回路
を構成することにより、圧力に対応した電圧を出力する
ことができる。このような表面形圧力センサにおいて
は、裏面からのエッチングを用いないので小形化が可能
であり、また絶縁膜上に形成された多結晶Ｓi膜のピエ
ゾ抵抗を用いているので、リーク電流が少なく、高温雰
囲気中でも動作させることが出来るという利点がある。
加されると、ダイアフラムの中心部と端部で逆方向の応
力が発生し、ピエゾ抵抗２３と２４の抵抗値は逆極性に
変化するので、ピエゾ抵抗２３と２４とでブリッジ回路
を構成することにより、圧力に対応した電圧を出力する
ことができる。このような表面形圧力センサにおいて
は、裏面からのエッチングを用いないので小形化が可能
であり、また絶縁膜上に形成された多結晶Ｓi膜のピエ
ゾ抵抗を用いているので、リーク電流が少なく、高温雰
囲気中でも動作させることが出来るという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の半
導体応力検出装置においては、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵
抗で単にブリッジ回路を構成するようになっているが、
ｐ型多結晶Ｓi抵抗のゲージファクタが温度係数を持つ
ため、上記のごときブリッジ回路の感度は温度依存性が
大きくなるという問題がある。また、上記の温度依存性
を解消するためには、補償回路を設ける必要があるの
で、構成が複雑になってコスト高になるという問題があ
る。
導体応力検出装置においては、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵
抗で単にブリッジ回路を構成するようになっているが、
ｐ型多結晶Ｓi抵抗のゲージファクタが温度係数を持つ
ため、上記のごときブリッジ回路の感度は温度依存性が
大きくなるという問題がある。また、上記の温度依存性
を解消するためには、補償回路を設ける必要があるの
で、構成が複雑になってコスト高になるという問題があ
る。
【０００６】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、感度の温度依存性が
小さく、特別な補償回路を必要としない半導体応力検出
装置を提供することを目的とする。
決するためになされたものであり、感度の温度依存性が
小さく、特別な補償回路を必要としない半導体応力検出
装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、本発明においては、外部物
理量の印加に応じて応力が発生する構造部上に、当該抵
抗に流れる電流の方向が印加される応力に垂直方向とな
るように配設されたｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とｎ型多
結晶Ｓiピエゾ抵抗とをそれぞれ複数個形成し、上記ｐ
型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を一対の対辺とし、上記ｎ
型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を他の一対の対辺としてフ
ルブリッジ回路を構成したものである。なお、上記の外
部物理量とは、例えば加速度や圧力である。また、上記
の構造部とは、例えば片持ち梁構造や両持ち梁構造であ
り、半導体や絶縁物で形成される。また、上記ピエゾ抵
抗は一般に長方形の長手方向に電流が流れるように形成
されるが、長方形に限らず正方形等の他の形でもよい。
要するに電流の流れる方向が応力と平行になればよい。
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、本発明においては、外部物
理量の印加に応じて応力が発生する構造部上に、当該抵
抗に流れる電流の方向が印加される応力に垂直方向とな
るように配設されたｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とｎ型多
結晶Ｓiピエゾ抵抗とをそれぞれ複数個形成し、上記ｐ
型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を一対の対辺とし、上記ｎ
型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を他の一対の対辺としてフ
ルブリッジ回路を構成したものである。なお、上記の外
部物理量とは、例えば加速度や圧力である。また、上記
の構造部とは、例えば片持ち梁構造や両持ち梁構造であ
り、半導体や絶縁物で形成される。また、上記ピエゾ抵
抗は一般に長方形の長手方向に電流が流れるように形成
されるが、長方形に限らず正方形等の他の形でもよい。
要するに電流の流れる方向が応力と平行になればよい。
【０００８】
【作用】本発明者等の実験によれば、ｐ型多結晶Ｓi抵
抗およびｎ型多結晶Ｓi抵抗において、印加される応力
と平行方向に形成された抵抗と応力に垂直方向に形成さ
れた抵抗とでは、応力に対する抵抗変化率特性に大きな
差異のあることが判明した。図３は、上記の抵抗変化率
特性の一例を示す図であり、(ａ）はｐ型多結晶Ｓi抵抗
の特性、（ｂ）はｎ型多結晶Ｓi抵抗の特性を示す。図
３（ａ）から判るように、ｐ型多結晶Ｓi抵抗において
は、応力に平行な抵抗と垂直な抵抗とでは、応力に対す
る抵抗変化率は大幅に異なっており、かつ温度の変化に
対する抵抗変化率の変化方向が逆になっている。すなわ
ち、感度の温度依存性は逆符号で同極性の特性（抵抗変
化率における０からの差は、温度が低下するに従って、
平行の場合は負の方向で、垂直の場合は正の方向で、共
に大きくなる）を示している。また、ｎ型多結晶Ｓi抵
抗においては、応力に平行な抵抗と垂直な抵抗とでは応
力に対する抵抗変化率は大幅に異なっており、かつ感度
の温度依存性は逆符号で逆極性の特性（抵抗変化率にお
ける０からの差は、温度が低下するに従って、平行の場
合は正の方向で大きくなり、垂直の場合は負の方向で小
さくなる）を示している。
抗およびｎ型多結晶Ｓi抵抗において、印加される応力
と平行方向に形成された抵抗と応力に垂直方向に形成さ
れた抵抗とでは、応力に対する抵抗変化率特性に大きな
差異のあることが判明した。図３は、上記の抵抗変化率
特性の一例を示す図であり、(ａ）はｐ型多結晶Ｓi抵抗
の特性、（ｂ）はｎ型多結晶Ｓi抵抗の特性を示す。図
３（ａ）から判るように、ｐ型多結晶Ｓi抵抗において
は、応力に平行な抵抗と垂直な抵抗とでは、応力に対す
る抵抗変化率は大幅に異なっており、かつ温度の変化に
対する抵抗変化率の変化方向が逆になっている。すなわ
ち、感度の温度依存性は逆符号で同極性の特性（抵抗変
化率における０からの差は、温度が低下するに従って、
平行の場合は負の方向で、垂直の場合は正の方向で、共
に大きくなる）を示している。また、ｎ型多結晶Ｓi抵
抗においては、応力に平行な抵抗と垂直な抵抗とでは応
力に対する抵抗変化率は大幅に異なっており、かつ感度
の温度依存性は逆符号で逆極性の特性（抵抗変化率にお
ける０からの差は、温度が低下するに従って、平行の場
合は正の方向で大きくなり、垂直の場合は負の方向で小
さくなる）を示している。
【０００９】本発明は、上記のごとき本発明者等の新規
な知見に基づいてなされたものであり、応力に垂直に形
成したｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とｎ型多結晶Ｓiピエゾ
抵抗とを適宜組み合わせてブリッジ回路を構成すること
により、温度依存性の小さい半導体応力検出装置を実現
したものである。図３の特性から判るように、印加応力
に垂直に形成されたｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とｎ型多
結晶Ｓiピエゾ抵抗とでは、印加応力に対する抵抗変化
特性が逆方向であり、かつ感度の温度依存性は逆符号で
逆極性の特性を示している。すなわち、応力の印加によ
ってｐ型の場合には抵抗変化率は正方向に変化し、ｎ型
の場合には負方向に変化する。また、抵抗変化率におけ
る０からの差は、温度が低下するに従って、ｐ型の場合
は正方向で大きくなり、垂直の場合は負方向で小さくな
る。したがってｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を一対の
対辺とし、ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗を他の一対の対辺
としてフルブリッジ回路を構成することにより、感度の
温度依存性を小さくすることが出来る。なお、ｐ型多結
晶Ｓiピエゾ抵抗とｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とでは、印
加応力に対する抵抗変化特性が逆符号であるから、上記
のように接続しても十分な感度が得られる。
な知見に基づいてなされたものであり、応力に垂直に形
成したｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とｎ型多結晶Ｓiピエゾ
抵抗とを適宜組み合わせてブリッジ回路を構成すること
により、温度依存性の小さい半導体応力検出装置を実現
したものである。図３の特性から判るように、印加応力
に垂直に形成されたｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とｎ型多
結晶Ｓiピエゾ抵抗とでは、印加応力に対する抵抗変化
特性が逆方向であり、かつ感度の温度依存性は逆符号で
逆極性の特性を示している。すなわち、応力の印加によ
ってｐ型の場合には抵抗変化率は正方向に変化し、ｎ型
の場合には負方向に変化する。また、抵抗変化率におけ
る０からの差は、温度が低下するに従って、ｐ型の場合
は正方向で大きくなり、垂直の場合は負方向で小さくな
る。したがってｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を一対の
対辺とし、ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗を他の一対の対辺
としてフルブリッジ回路を構成することにより、感度の
温度依存性を小さくすることが出来る。なお、ｐ型多結
晶Ｓiピエゾ抵抗とｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とでは、印
加応力に対する抵抗変化特性が逆符号であるから、上記
のように接続しても十分な感度が得られる。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明の一実施例図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。図
１において、１はシリコン基板、２はシリコン基板を裏
面からレクトロケミカルエッチングして形成した肉薄の
梁部、３は重り部であり、梁部２を介して基板１に接続
されている。４は重り部３及び梁部２を取り囲むように
形成された略Ｕ字形の溝であり、表面側からのエッチン
グあるいは予めｐ型層を形成しておいて裏面からのエレ
クトロケミカルエッチングで梁形成と同時にエッチング
することによって実現できる。梁２上には多結晶Ｓiピ
エゾ抵抗４本が形成されていて加速度が印加された時に
梁２に生じる応力により、抵抗値が変化して加速度を検
出できるようになっている。多結晶Ｓiピエゾ抵抗は２
本がｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、５２であり、他の
２本がｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１、６２であり、４
本とも印加応力と垂直方向に形成されている。なお、矢
印５０が応力の方向を示す。上記４本の多結晶Ｓiピエ
ゾ抵抗を、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１と５２とが一
対の対辺となり、ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１と６２
とが他の一対の対辺となるように接続して図２に示すご
ときフルブリッジ回路を構成している。なお、７はＳi
Ｏ2膜、８は基板台座である。また、簡単のため、周辺
回路、配線およびＳiＯ2膜は図示を省略している。
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。図
１において、１はシリコン基板、２はシリコン基板を裏
面からレクトロケミカルエッチングして形成した肉薄の
梁部、３は重り部であり、梁部２を介して基板１に接続
されている。４は重り部３及び梁部２を取り囲むように
形成された略Ｕ字形の溝であり、表面側からのエッチン
グあるいは予めｐ型層を形成しておいて裏面からのエレ
クトロケミカルエッチングで梁形成と同時にエッチング
することによって実現できる。梁２上には多結晶Ｓiピ
エゾ抵抗４本が形成されていて加速度が印加された時に
梁２に生じる応力により、抵抗値が変化して加速度を検
出できるようになっている。多結晶Ｓiピエゾ抵抗は２
本がｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、５２であり、他の
２本がｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１、６２であり、４
本とも印加応力と垂直方向に形成されている。なお、矢
印５０が応力の方向を示す。上記４本の多結晶Ｓiピエ
ゾ抵抗を、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１と５２とが一
対の対辺となり、ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１と６２
とが他の一対の対辺となるように接続して図２に示すご
ときフルブリッジ回路を構成している。なお、７はＳi
Ｏ2膜、８は基板台座である。また、簡単のため、周辺
回路、配線およびＳiＯ2膜は図示を省略している。
【００１１】次に作用を説明する。加速度が印加される
と、梁２がたわんで応力が生じる。これによって多結晶
Ｓiピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、フルブリッジ回路の
電圧変化、すなわち二つの出力端子ＶAとＶBとの電圧差
として出力される。応力印加前の多結晶Ｓiピエゾ抵抗
の抵抗値をＲとすれば、加速度が加わった時、多結晶Ｓ
iピエゾ抵抗の抵抗値は下記（数１）式のように変化す
る。 Ｒ → Ｒ＋ΔＲ＝Ｒ（１＋Ｇε） …（数１） ただし、Ｇ＝（ΔＲ／Ｒ）(１／ε）：応力に垂直方向
のゲージファクタ ε：歪 この場合、フルブリッジ回路の出力電圧ＶOUTは、下記
（数２）式で表わされる。
と、梁２がたわんで応力が生じる。これによって多結晶
Ｓiピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、フルブリッジ回路の
電圧変化、すなわち二つの出力端子ＶAとＶBとの電圧差
として出力される。応力印加前の多結晶Ｓiピエゾ抵抗
の抵抗値をＲとすれば、加速度が加わった時、多結晶Ｓ
iピエゾ抵抗の抵抗値は下記（数１）式のように変化す
る。 Ｒ → Ｒ＋ΔＲ＝Ｒ（１＋Ｇε） …（数１） ただし、Ｇ＝（ΔＲ／Ｒ）(１／ε）：応力に垂直方向
のゲージファクタ ε：歪 この場合、フルブリッジ回路の出力電圧ＶOUTは、下記
（数２）式で表わされる。
【００１２】
【数２】
【００１３】ただし、Ｒp：ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５
１、５２の抵抗値 Ｇp：ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、５２のゲージファ
クタ Ｒn：ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１、６２の抵抗値 Ｇn：ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１、６２のゲージファ
クタ このとき、１≫Ｇε、Ｒp＝Ｒnとすれば、（数２）式か
ら下記（数３）式が得られる。
１、５２の抵抗値 Ｇp：ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、５２のゲージファ
クタ Ｒn：ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１、６２の抵抗値 Ｇn：ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１、６２のゲージファ
クタ このとき、１≫Ｇε、Ｒp＝Ｒnとすれば、（数２）式か
ら下記（数３）式が得られる。
【００１４】
【数３】
【００１５】ただし、ＶCC：電源電圧 このときの感度Ｓは、（数３）式をεで微分することに
よって下記（数４）式で示される。
よって下記（数４）式で示される。
【００１６】
【数４】
【００１７】この感度の温度特性は下記（数５）式で示
すようになる。
すようになる。
【００１８】
【数５】
【００１９】ただし、Ｔ：温度 例えば、基板温度６３０℃で３５００Åの厚さに多結晶
Ｓiを成膜し、ボロンを２×１０15cm~2（ｐ型の場
合）、リンを５×１０15cm~2（ｎ型の場合）のドーズ量
でイオン注入した後、酸化を行なって多結晶Ｓi上で６
００Åの酸化膜を成長させ、さらに９００℃Ｎ2雰囲気
中で３０分間アニールを行ってｐ型およびｎ型多結晶Ｓ
i抵抗を形成した場合、このピエゾ抵抗における応力と
垂直方向のゲージファクタＧTの変化率の温度係数は、 ＴＣＧp＝−２２００ｐｐｍ／Ｋ ＴＣＧn＝ ７７００ｐｐｍ／Ｋ であった。例えば、３０℃においては、 Ｇp＝−５.９ Ｇn＝ ０.１６ であり、 ｄＧp／ｄＴ＝０.０１３ ｄＧn／ｄＴ＝０.０１２ となり、応力に垂直方向の多結晶Ｓiピエゾ抵抗は下記
（数６）式および（数７）式に示すごとき性質を有して
いることが判った。 Ｇp＜０ Ｇn＞０ …（数６）
Ｓiを成膜し、ボロンを２×１０15cm~2（ｐ型の場
合）、リンを５×１０15cm~2（ｎ型の場合）のドーズ量
でイオン注入した後、酸化を行なって多結晶Ｓi上で６
００Åの酸化膜を成長させ、さらに９００℃Ｎ2雰囲気
中で３０分間アニールを行ってｐ型およびｎ型多結晶Ｓ
i抵抗を形成した場合、このピエゾ抵抗における応力と
垂直方向のゲージファクタＧTの変化率の温度係数は、 ＴＣＧp＝−２２００ｐｐｍ／Ｋ ＴＣＧn＝ ７７００ｐｐｍ／Ｋ であった。例えば、３０℃においては、 Ｇp＝−５.９ Ｇn＝ ０.１６ であり、 ｄＧp／ｄＴ＝０.０１３ ｄＧn／ｄＴ＝０.０１２ となり、応力に垂直方向の多結晶Ｓiピエゾ抵抗は下記
（数６）式および（数７）式に示すごとき性質を有して
いることが判った。 Ｇp＜０ Ｇn＞０ …（数６）
【００２０】
【数７】
【００２１】上記（数６）式、（数７）式の関係がある
とき、前記（数４）式および（数５）式から、感度出力
を保持しながら、感度出力の温度変化を２桁程度改善で
きることが判る。このため応力と垂直方向に形成された
ｐ型およびｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗の条件を最適化し
てフルブリッジ回路を構成することにより、感度出力を
保持しつつ、感度出力の温度特性を相殺し、感度の温度
依存性を従来より大幅に小さくすることが出来る。
とき、前記（数４）式および（数５）式から、感度出力
を保持しながら、感度出力の温度変化を２桁程度改善で
きることが判る。このため応力と垂直方向に形成された
ｐ型およびｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗の条件を最適化し
てフルブリッジ回路を構成することにより、感度出力を
保持しつつ、感度出力の温度特性を相殺し、感度の温度
依存性を従来より大幅に小さくすることが出来る。
【００２２】次に、図４は、本発明の他の実施例の平面
図である。この実施例は、本発明を圧力センサに適用し
た例である。図４において、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗
５１および５２、ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１および
６２は、ダイアフラム１１の周辺上にダイアフラムの辺
と平行に、すなわち印加応力と垂直方向に形成されてい
る。これらを図４のように配線し、フルブリッジ回路を
構成する。ダイアフラム１１に圧力が加わると、応力が
発生し、ブリッジ回路には前記図１の実施例に示したの
と同様な作用が生じる。以下、同様な効果が得られ、感
度を温度補償した圧力センサを簡単に得ることが出来
る。
図である。この実施例は、本発明を圧力センサに適用し
た例である。図４において、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗
５１および５２、ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１および
６２は、ダイアフラム１１の周辺上にダイアフラムの辺
と平行に、すなわち印加応力と垂直方向に形成されてい
る。これらを図４のように配線し、フルブリッジ回路を
構成する。ダイアフラム１１に圧力が加わると、応力が
発生し、ブリッジ回路には前記図１の実施例に示したの
と同様な作用が生じる。以下、同様な効果が得られ、感
度を温度補償した圧力センサを簡単に得ることが出来
る。
【００２３】なお、これまで説明した実施例において
は、薄肉構造部をもつ応力検出装置の例を示したが、本
発明は、薄肉構造部をもたない応力検出装置に応用して
も同様の効果が得られる。また、これまでの実施例にお
いては、多結晶Ｓiピエゾ抵抗を半導体基板上に形成し
た例を示したが、半導体基板に限らず、絶縁体の基板上
に多結晶Ｓiピエゾ抵抗を形成しても同様の効果が得ら
れる。
は、薄肉構造部をもつ応力検出装置の例を示したが、本
発明は、薄肉構造部をもたない応力検出装置に応用して
も同様の効果が得られる。また、これまでの実施例にお
いては、多結晶Ｓiピエゾ抵抗を半導体基板上に形成し
た例を示したが、半導体基板に限らず、絶縁体の基板上
に多結晶Ｓiピエゾ抵抗を形成しても同様の効果が得ら
れる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、印加応力に垂直に形成したｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵
抗とｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とを適宜組み合わせてブ
リッジ回路を構成することにより、多結晶Ｓiピエゾ抵
抗がもつゲージファクタの温度依存性を相殺し、温度補
償回路を用いずに温度依存性の小さな半導体応力検出装
置を簡単な構成で得ることが出来る、という効果が得ら
れる。
は、印加応力に垂直に形成したｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵
抗とｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とを適宜組み合わせてブ
リッジ回路を構成することにより、多結晶Ｓiピエゾ抵
抗がもつゲージファクタの温度依存性を相殺し、温度補
償回路を用いずに温度依存性の小さな半導体応力検出装
置を簡単な構成で得ることが出来る、という効果が得ら
れる。
【図１】本発明の一実施例の平面図および断面図。
【図２】図１の実施例の等価回路図。
【図３】ピエゾ抵抗の形成方向による印加応力と抵抗変
化率との関係を示す特性図。
化率との関係を示す特性図。
【図４】本発明の他の実施例の平面図および断面図。
【図５】従来装置の平面図および断面図。
１…シリコン基板 ２…梁部 ３…重り部 ４…溝 ５０…応力の印加方向を示す矢印 ５１、５２…印加応力と垂直方向に形成されたｐ型多結
晶Ｓi抵抗 ６１、６２…印加応力と垂直方向に形成されたｎ型多結
晶Ｓi抵抗 ７…ＳiＯ2膜 ８…基板台座 １１…ダイアフラム ２１…空洞 ２２…ダイアフラム ２３、２４…ｐ型多結晶Ｓi抵抗 ２５…エッチング孔 ２６…Ｓi基板 ２７〜３０…Ｓi3Ｎ4膜
晶Ｓi抵抗 ６１、６２…印加応力と垂直方向に形成されたｎ型多結
晶Ｓi抵抗 ７…ＳiＯ2膜 ８…基板台座 １１…ダイアフラム ２１…空洞 ２２…ダイアフラム ２３、２４…ｐ型多結晶Ｓi抵抗 ２５…エッチング孔 ２６…Ｓi基板 ２７〜３０…Ｓi3Ｎ4膜
Claims (1)
- 【請求項１】外部物理量の印加に応じて応力が発生する
構造部上に、当該抵抗に流れる電流の方向が印加される
応力に垂直方向となるように配設されたｐ型多結晶Ｓi
ピエゾ抵抗とｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とをそれぞれ複
数個形成し、上記ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を一対
の対辺とし、上記ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を他の
一対の対辺としてブリッジ回路を構成したことを特徴と
する半導体応力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3251540A JP2669216B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 半導体応力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3251540A JP2669216B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 半導体応力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587650A true JPH0587650A (ja) | 1993-04-06 |
| JP2669216B2 JP2669216B2 (ja) | 1997-10-27 |
Family
ID=17224343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3251540A Expired - Fee Related JP2669216B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 半導体応力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2669216B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003530234A (ja) * | 2000-04-07 | 2003-10-14 | 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 | マイクロメカニック構造素子および相当する製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62274229A (ja) * | 1986-05-22 | 1987-11-28 | Fuji Electric Co Ltd | 分布型圧覚センサ |
| JPH03137532A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサ |
| JPH03162641A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-12 | Wako:Kk | 力検出装置 |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP3251540A patent/JP2669216B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62274229A (ja) * | 1986-05-22 | 1987-11-28 | Fuji Electric Co Ltd | 分布型圧覚センサ |
| JPH03137532A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサ |
| JPH03162641A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-12 | Wako:Kk | 力検出装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003530234A (ja) * | 2000-04-07 | 2003-10-14 | 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 | マイクロメカニック構造素子および相当する製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2669216B2 (ja) | 1997-10-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |