JPH06213744A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH06213744A JPH06213744A JP2085793A JP2085793A JPH06213744A JP H06213744 A JPH06213744 A JP H06213744A JP 2085793 A JP2085793 A JP 2085793A JP 2085793 A JP2085793 A JP 2085793A JP H06213744 A JPH06213744 A JP H06213744A
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- Japan
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- pressure
- gauge
- axis direction
- differential pressure
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- Granted
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度補償用ゲージの向きがピエゾ抵抗係数が
最小となる結晶軸方向から多少ずれていても応力に対し
て感応せず、差圧または圧力信号を高精度に補正するこ
とができるようにする。 【構成】 温度補償用センサ８は２つの微少線分８ａ，
８ｂをジグザグ形状に接続して形成されている。２つの
微少線分８ａ，８ｂは、同一長さで同一の抵抗を有して
互いに直交し、それぞれ結晶面方位（００１）における
ピエゾ抵抗係数の最小感度を示す向き＜０１０＞軸方向
と＜１００＞軸方向に形成されている。
最小となる結晶軸方向から多少ずれていても応力に対し
て感応せず、差圧または圧力信号を高精度に補正するこ
とができるようにする。 【構成】 温度補償用センサ８は２つの微少線分８ａ，
８ｂをジグザグ形状に接続して形成されている。２つの
微少線分８ａ，８ｂは、同一長さで同一の抵抗を有して
互いに直交し、それぞれ結晶面方位（００１）における
ピエゾ抵抗係数の最小感度を示す向き＜０１０＞軸方向
と＜１００＞軸方向に形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は差圧あるいは圧力を検出
する半導体圧力センサに関する。
する半導体圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の半導体圧力センサとして
はＳｉ（シリコン）半導体ダイヤフラムを利用したもの
が知られている。このＳｉダイヤフラム型半導体圧力セ
ンサは、半導体基板の表面に不純物の拡散もしくはイオ
ン打ち込み技術によりピエゾ抵抗領域として作用するゲ
ージを形成すると共に、Ａｌの蒸着等によりリードを形
成し、裏面の一部をエッチングによって除去することに
より厚さ２０μｍ〜５０μｍ程度の薄肉部、すなわちダ
イヤフラムを形成して構成したもので、ダイヤフラムの
表裏面に測定圧力をそれぞれ加えると、ダイヤフラムの
変形に伴いゲージの比抵抗が変化し、この時の抵抗変化
に伴う出力電圧を検出し、差圧または圧力を測定するも
のである。また、最近では温度や静圧により生じるセン
サの零点変化を防止するため、静圧および温度を検出
し、これらの検出信号により差圧または圧力信号を補正
することにより、差圧または圧力をより高精度に測定し
得るようにした複合機能型半導体圧力センサが知られて
いる（例：特開平４−１１３２３９号公報）。特に、温
度補償は、半導体基板の不純物濃度が低くなるとピエゾ
抵抗係数の温度依存性が大きくなることから重要であ
る。
はＳｉ（シリコン）半導体ダイヤフラムを利用したもの
が知られている。このＳｉダイヤフラム型半導体圧力セ
ンサは、半導体基板の表面に不純物の拡散もしくはイオ
ン打ち込み技術によりピエゾ抵抗領域として作用するゲ
ージを形成すると共に、Ａｌの蒸着等によりリードを形
成し、裏面の一部をエッチングによって除去することに
より厚さ２０μｍ〜５０μｍ程度の薄肉部、すなわちダ
イヤフラムを形成して構成したもので、ダイヤフラムの
表裏面に測定圧力をそれぞれ加えると、ダイヤフラムの
変形に伴いゲージの比抵抗が変化し、この時の抵抗変化
に伴う出力電圧を検出し、差圧または圧力を測定するも
のである。また、最近では温度や静圧により生じるセン
サの零点変化を防止するため、静圧および温度を検出
し、これらの検出信号により差圧または圧力信号を補正
することにより、差圧または圧力をより高精度に測定し
得るようにした複合機能型半導体圧力センサが知られて
いる（例：特開平４−１１３２３９号公報）。特に、温
度補償は、半導体基板の不純物濃度が低くなるとピエゾ
抵抗係数の温度依存性が大きくなることから重要であ
る。
【０００３】図４および図５はこのような複合機能型半
導体圧力センサの従来例を示すもので、１はバックプレ
ートで、このバックプレート１は半導体基板２と線膨張
係数が近似したパイレックスガラス、セラミックス等に
よって形成され、上下面に貫通する圧力導入孔３を有
し、上面に半導体基板２が静電接合されている。半導体
基板２は、（００１）面のｎ型単結晶Ｓｉからなり、裏
面側に設けられた凹部４のため薄肉部を形成する部分が
円板状の差圧感圧用ダイヤフラム５を形成し、このダイ
ヤフラム５の表面側には４つからなり差圧または圧力を
検出する差圧検出用ゲージ６が設けられ、さらにダイヤ
フラム５の外側で半導体基板２の表面外周部には同じく
４つからなり温度を検出する温度補償用ゲージ８が設け
られている。半導体基板２の裏面側に設けられた凹部４
は圧力導入孔３と連通し、測定圧力の一方Ｐ1 が導かれ
る。差圧検出用ゲージ６は、不純物の拡散もしくはイオ
ン打ち込み技術により形成されてピエゾ抵抗領域（ピエ
ゾ抵抗素子）として作用し、Ａｌの蒸着等により形成さ
れたリード９によりホイールストーンブリッジを構成す
ることによりダイヤフラム５の表裏面に加えられた測定
すべき圧力Ｐ1 ，Ｐ2の差圧信号を差動的に出力する。
測定差圧または圧力はそれぞれ最大１４０Ｋｇｆ／ｃｍ
2 ，４２０Ｋｇｆ／ｃｍ2 程度である。
導体圧力センサの従来例を示すもので、１はバックプレ
ートで、このバックプレート１は半導体基板２と線膨張
係数が近似したパイレックスガラス、セラミックス等に
よって形成され、上下面に貫通する圧力導入孔３を有
し、上面に半導体基板２が静電接合されている。半導体
基板２は、（００１）面のｎ型単結晶Ｓｉからなり、裏
面側に設けられた凹部４のため薄肉部を形成する部分が
円板状の差圧感圧用ダイヤフラム５を形成し、このダイ
ヤフラム５の表面側には４つからなり差圧または圧力を
検出する差圧検出用ゲージ６が設けられ、さらにダイヤ
フラム５の外側で半導体基板２の表面外周部には同じく
４つからなり温度を検出する温度補償用ゲージ８が設け
られている。半導体基板２の裏面側に設けられた凹部４
は圧力導入孔３と連通し、測定圧力の一方Ｐ1 が導かれ
る。差圧検出用ゲージ６は、不純物の拡散もしくはイオ
ン打ち込み技術により形成されてピエゾ抵抗領域（ピエ
ゾ抵抗素子）として作用し、Ａｌの蒸着等により形成さ
れたリード９によりホイールストーンブリッジを構成す
ることによりダイヤフラム５の表裏面に加えられた測定
すべき圧力Ｐ1 ，Ｐ2の差圧信号を差動的に出力する。
測定差圧または圧力はそれぞれ最大１４０Ｋｇｆ／ｃｍ
2 ，４２０Ｋｇｆ／ｃｍ2 程度である。
【０００４】差圧検出用ゲージ６のピエゾ抵抗係数はｐ
型、ｎ型共に半導体基板への不純物のドーピング量が多
くなるにつれて低下する。このため、差圧検出用ゲージ
６の比抵抗の変化率を大きくして、圧力に対する感度を
上げ大きな出力電圧を得るには不純物濃度を低く設定す
る。また、ピエゾ抵抗係数は、ｐ型と，ｎ型で異なり、
ｐ型のほうがより大きく、このためｎ型半導体上にｐ型
抵抗層を設けるのが一般的である。差圧検出用ゲージ６
の出力電圧は、ダイヤフラムの形状、肉厚、差圧検出用
ゲージ６の形成位置、ゲージ自体の向き等によっても異
なる。例えば、差圧検出用ゲージ６の向きについていえ
ば、結晶面方位（００１）のＳｉ上にゲージを設ける場
合、ピエゾ抵抗係数が最大になる向きは＜１１０＞の結
晶軸方向であるため、この方向に差圧検出用ゲージ６を
形成することが望ましい。
型、ｎ型共に半導体基板への不純物のドーピング量が多
くなるにつれて低下する。このため、差圧検出用ゲージ
６の比抵抗の変化率を大きくして、圧力に対する感度を
上げ大きな出力電圧を得るには不純物濃度を低く設定す
る。また、ピエゾ抵抗係数は、ｐ型と，ｎ型で異なり、
ｐ型のほうがより大きく、このためｎ型半導体上にｐ型
抵抗層を設けるのが一般的である。差圧検出用ゲージ６
の出力電圧は、ダイヤフラムの形状、肉厚、差圧検出用
ゲージ６の形成位置、ゲージ自体の向き等によっても異
なる。例えば、差圧検出用ゲージ６の向きについていえ
ば、結晶面方位（００１）のＳｉ上にゲージを設ける場
合、ピエゾ抵抗係数が最大になる向きは＜１１０＞の結
晶軸方向であるため、この方向に差圧検出用ゲージ６を
形成することが望ましい。
【０００５】温度補償用ゲージ８は、前記差圧検出用ゲ
ージ６と同様、不純物の拡散もしくはイオン打ち込み技
術により形成されてピエゾ抵抗領域（ピエゾ抵抗素子）
として作用し、Ａｌの蒸着等により形成されたリード
（図示せず）によりホイールストーンブリッジを構成す
ることにより、温度を検出する。そして、このゲージ８
はダイヤフラム５の表裏面に加えられた測定すべき圧力
Ｐ1 ，Ｐ2 に感応しないよう、半導体基板２の厚肉部表
面上に、結晶面方位（００１）におけるピエゾ抵抗係数
の最小感度を示す向き＜０１０＞（もしくは＜１００
＞）軸方向に形成される。
ージ６と同様、不純物の拡散もしくはイオン打ち込み技
術により形成されてピエゾ抵抗領域（ピエゾ抵抗素子）
として作用し、Ａｌの蒸着等により形成されたリード
（図示せず）によりホイールストーンブリッジを構成す
ることにより、温度を検出する。そして、このゲージ８
はダイヤフラム５の表裏面に加えられた測定すべき圧力
Ｐ1 ，Ｐ2 に感応しないよう、半導体基板２の厚肉部表
面上に、結晶面方位（００１）におけるピエゾ抵抗係数
の最小感度を示す向き＜０１０＞（もしくは＜１００
＞）軸方向に形成される。
【０００６】図６はＳｉダイヤフラムの結晶面（００
１）に関するｐ型ピエゾ抵抗素子のピエゾ抵抗係数πl
，πt の分布を示す図である。
１）に関するｐ型ピエゾ抵抗素子のピエゾ抵抗係数πl
，πt の分布を示す図である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
圧力センサにおいて、温度補償用ゲージ８は圧力に感応
しないよう、結晶面方位（００１）におけるピエゾ抵抗
係数が最小となる結晶軸方向（＜０１０＞もしくは＜１
００＞軸方向）に揃えて形成される必要がある。しかし
ながら、ゲージ形成時のアライメント誤差により温度補
償用ゲージ８を正確にピエゾ抵抗係数が最小となる結晶
軸方向に揃えて形成することは難しく、多少でも結晶軸
方向からずれると、図６から明らかなようにその場所に
生じる応力に感応して出力電圧に誤差が生じ、差圧また
は圧力信号を高精度に補正することができないという問
題があった。
圧力センサにおいて、温度補償用ゲージ８は圧力に感応
しないよう、結晶面方位（００１）におけるピエゾ抵抗
係数が最小となる結晶軸方向（＜０１０＞もしくは＜１
００＞軸方向）に揃えて形成される必要がある。しかし
ながら、ゲージ形成時のアライメント誤差により温度補
償用ゲージ８を正確にピエゾ抵抗係数が最小となる結晶
軸方向に揃えて形成することは難しく、多少でも結晶軸
方向からずれると、図６から明らかなようにその場所に
生じる応力に感応して出力電圧に誤差が生じ、差圧また
は圧力信号を高精度に補正することができないという問
題があった。
【０００８】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、温度補償用ゲージの向きがピエゾ抵抗係数が最小
となる結晶軸方向から多少ずれていても応力に対して感
応せず、差圧または圧力信号を高精度に補正することが
できるようにした半導体圧力センサを提供することにあ
る。
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、温度補償用ゲージの向きがピエゾ抵抗係数が最小
となる結晶軸方向から多少ずれていても応力に対して感
応せず、差圧または圧力信号を高精度に補正することが
できるようにした半導体圧力センサを提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
本発明は、半導体基板に薄肉部を形成し、この薄肉部の
一方の面にピエゾ抵抗領域として作用するゲージを設け
た半導体圧力センサにおいて、前記半導体基板の厚肉部
表面に、互いに直交しそれぞれピエゾ抵抗係数が最小と
なる結晶軸方向の２つの微少線分をジグザグ形状に接続
してなる温度補償用ピエゾ抵抗領域を設けたものであ
る。
本発明は、半導体基板に薄肉部を形成し、この薄肉部の
一方の面にピエゾ抵抗領域として作用するゲージを設け
た半導体圧力センサにおいて、前記半導体基板の厚肉部
表面に、互いに直交しそれぞれピエゾ抵抗係数が最小と
なる結晶軸方向の２つの微少線分をジグザグ形状に接続
してなる温度補償用ピエゾ抵抗領域を設けたものであ
る。
【００１０】
【作用】温度補償用ピエゾ抵抗領域を形成する互いに直
交する２つの微少線分はピエゾ抵抗係数が最小となる結
晶軸方向からずれていると、ピエゾ抵抗係数が零になら
ず、応力が生じると、それに応じた出力信号を生じる。
この出力信号は、２つ微少成分が互いに直交することか
ら相殺され、結果として温度補償用ピエゾ抵抗領域の出
力は零となり、圧力に感応しないゲージを形成する。
交する２つの微少線分はピエゾ抵抗係数が最小となる結
晶軸方向からずれていると、ピエゾ抵抗係数が零になら
ず、応力が生じると、それに応じた出力信号を生じる。
この出力信号は、２つ微少成分が互いに直交することか
ら相殺され、結果として温度補償用ピエゾ抵抗領域の出
力は零となり、圧力に感応しないゲージを形成する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る半導体圧力センサ
の一実施例を示す平面図、図２は図１のII−II線断面図
である。なお、図４および図５と同一構成部材のものに
対しては同一符号をもって示す。本実施例は差圧または
圧力に加えて静圧および温度を検出し、静圧および温度
の検出信号により、差圧または圧力信号を補正すること
により、差圧または圧力をより高精度に測定し得るよう
にした複合機能型半導体圧力センサに適用した場合を示
す。また、図における各部の厚み、大きさは理解を容易
にするため誇張して示しており、実際の寸法とは異な
る。バックプレート１は、半導体基板２と熱膨張係数が
近似したパイレックスガラス、セラミックス等によって
形成され、上面に前記半導体基板２が静電接合によって
一体的に接合されている。半導体基板２は（００１）面
のｎ型単結晶Ｓｉからなり、その裏面中央部を除去され
ることにより差圧または圧力に感応する薄肉円板状の差
圧または圧力検出用感圧ダイヤフラム５を有し、また同
じくエッチングによりその裏面で前記感圧ダイヤフラム
５の外側に周方向に等間隔をおいて除去されることによ
り静圧に感応する４つの静圧検出用感圧ダイヤフラム１
１を備えている。一方、半導体基板２の表面側には差圧
または圧力を検出する差圧検出用ゲージ６と静圧を検出
する静圧検出用ゲージ１２が前記差圧または圧力検出用
感圧ダイヤフラム５と各静圧検出用感圧ダイヤフラム１
１上にそれぞれ位置づけられて設けられ、さらに肉厚部
の表面外周寄りには温度を検出する温度補償用ゲージ８
が設けられている。前記バックプレート１の中央には前
記半導体基板２の裏面中央に形成された凹部４を介して
ダイヤフラム５の裏面側に測定すべき圧力の一方Ｐ1 を
導く圧力導入孔３が形成されている。各静圧検出用感圧
ダイヤフラム１１の形成に伴って半導体基板２の裏面側
に形成された４つの凹部１４は、バックプレート１によ
って密閉されることにより、基準室を形成しており、真
空または大気圧に保持されている。
詳細に説明する。図１は本発明に係る半導体圧力センサ
の一実施例を示す平面図、図２は図１のII−II線断面図
である。なお、図４および図５と同一構成部材のものに
対しては同一符号をもって示す。本実施例は差圧または
圧力に加えて静圧および温度を検出し、静圧および温度
の検出信号により、差圧または圧力信号を補正すること
により、差圧または圧力をより高精度に測定し得るよう
にした複合機能型半導体圧力センサに適用した場合を示
す。また、図における各部の厚み、大きさは理解を容易
にするため誇張して示しており、実際の寸法とは異な
る。バックプレート１は、半導体基板２と熱膨張係数が
近似したパイレックスガラス、セラミックス等によって
形成され、上面に前記半導体基板２が静電接合によって
一体的に接合されている。半導体基板２は（００１）面
のｎ型単結晶Ｓｉからなり、その裏面中央部を除去され
ることにより差圧または圧力に感応する薄肉円板状の差
圧または圧力検出用感圧ダイヤフラム５を有し、また同
じくエッチングによりその裏面で前記感圧ダイヤフラム
５の外側に周方向に等間隔をおいて除去されることによ
り静圧に感応する４つの静圧検出用感圧ダイヤフラム１
１を備えている。一方、半導体基板２の表面側には差圧
または圧力を検出する差圧検出用ゲージ６と静圧を検出
する静圧検出用ゲージ１２が前記差圧または圧力検出用
感圧ダイヤフラム５と各静圧検出用感圧ダイヤフラム１
１上にそれぞれ位置づけられて設けられ、さらに肉厚部
の表面外周寄りには温度を検出する温度補償用ゲージ８
が設けられている。前記バックプレート１の中央には前
記半導体基板２の裏面中央に形成された凹部４を介して
ダイヤフラム５の裏面側に測定すべき圧力の一方Ｐ1 を
導く圧力導入孔３が形成されている。各静圧検出用感圧
ダイヤフラム１１の形成に伴って半導体基板２の裏面側
に形成された４つの凹部１４は、バックプレート１によ
って密閉されることにより、基準室を形成しており、真
空または大気圧に保持されている。
【００１２】前記差圧検出用ゲージ６は、前記感圧ダイ
ヤフラム５の上面で差圧または圧力の印加時にダイヤフ
ラム５に発生する半径方向と周方向の応力が最大となる
周縁部寄りに拡散またはイオン打ち込み法によって４つ
形成されており、ホイールストーンブリッジに結線され
ることで差圧信号を差動的に出力する。
ヤフラム５の上面で差圧または圧力の印加時にダイヤフ
ラム５に発生する半径方向と周方向の応力が最大となる
周縁部寄りに拡散またはイオン打ち込み法によって４つ
形成されており、ホイールストーンブリッジに結線され
ることで差圧信号を差動的に出力する。
【００１３】前記静圧検出用ゲージ１２は、前記差圧検
出用ゲージ６の外側に位置するよう半導体基板２の表面
側で前記各静圧検出用感圧ダイヤフラム１１上にそれぞ
れ位置づけられて形成されており、ホイールストーンブ
リッジに結線されることで静圧信号を差動的に出力す
る。
出用ゲージ６の外側に位置するよう半導体基板２の表面
側で前記各静圧検出用感圧ダイヤフラム１１上にそれぞ
れ位置づけられて形成されており、ホイールストーンブ
リッジに結線されることで静圧信号を差動的に出力す
る。
【００１４】前記温度補償用センサ８は、前記静圧検出
用ゲージ１２の外側に位置するよう半導体基板２の厚肉
部１５の上面外周部に拡散またはイオン打ち込み法によ
って形成された、所定の長さおよび抵抗値を有しピエゾ
領域として作用するゲージ部で構成されている。この場
合、センサ８を形成するゲージ部は、同一長さで同一の
抵抗を有して互いに直交しそれぞれ結晶面方位（００
１）におけるピエゾ抵抗係数の最小感度を示す向き＜０
１０＞軸方向と＜１００＞軸方向の２つの微少線分８
ａ，８ｂをジグザグ形状に接続して形成されており、こ
れによって圧力に感応しない温度センサを構成してい
る。すなわち、温度補償用センサ８を形成する互いに直
交する２つの微少線分８ａ，８ｂは、ピエゾ抵抗係数が
最小となる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向と一致
するよう正しく形成されている場合、図６から明かなよ
うにピエゾ抵抗係数πl ，πt が零であるため、応力が
生じてもセンサとして出力を生じることはない。一方、
２つの微少線分８ａ，８ｂが、ピエゾ抵抗係数が最小と
なる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向から角度θず
れていると、ピエゾ抵抗係数πl ，πt が零にならず、
そのため応力が生じた場合、それに応じて抵抗値が変化
し出力電圧を生じる。ここで、各微少線分８ａ，８ｂの
抵抗値をΔＲａ，ΔＲｂ、ゲージ全体の抵抗値をＲ、ピ
エゾ抵抗係数をπ（πl ，πt ）、微少線分８ａ，８ｂ
付近における＜１００＞軸方向の応力をσ1 、＜０１０
＞軸方向の応力をσ2 とすると、微少線分８ａのΔＲａ
／Ｒは、 ΔＲａ／Ｒ＝π（σ2 −σ1 ） 微少線分８ｂのΔＲｂ／Ｒは、 ΔＲｂ／Ｒ＝π（σ1 −σ2 ） となる。ΔＲａ／ＲとΔＲｂ／Ｒは互いに符号が反対で
同じ値であるため、互いに相殺し合って出力を生じるこ
とはない。したがって、ピエゾ抵抗係数πが零でなくて
も、また応力が零でなくても、温度補償用センサ８とし
て圧力に感応しないセンサを構成することができる。
用ゲージ１２の外側に位置するよう半導体基板２の厚肉
部１５の上面外周部に拡散またはイオン打ち込み法によ
って形成された、所定の長さおよび抵抗値を有しピエゾ
領域として作用するゲージ部で構成されている。この場
合、センサ８を形成するゲージ部は、同一長さで同一の
抵抗を有して互いに直交しそれぞれ結晶面方位（００
１）におけるピエゾ抵抗係数の最小感度を示す向き＜０
１０＞軸方向と＜１００＞軸方向の２つの微少線分８
ａ，８ｂをジグザグ形状に接続して形成されており、こ
れによって圧力に感応しない温度センサを構成してい
る。すなわち、温度補償用センサ８を形成する互いに直
交する２つの微少線分８ａ，８ｂは、ピエゾ抵抗係数が
最小となる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向と一致
するよう正しく形成されている場合、図６から明かなよ
うにピエゾ抵抗係数πl ，πt が零であるため、応力が
生じてもセンサとして出力を生じることはない。一方、
２つの微少線分８ａ，８ｂが、ピエゾ抵抗係数が最小と
なる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向から角度θず
れていると、ピエゾ抵抗係数πl ，πt が零にならず、
そのため応力が生じた場合、それに応じて抵抗値が変化
し出力電圧を生じる。ここで、各微少線分８ａ，８ｂの
抵抗値をΔＲａ，ΔＲｂ、ゲージ全体の抵抗値をＲ、ピ
エゾ抵抗係数をπ（πl ，πt ）、微少線分８ａ，８ｂ
付近における＜１００＞軸方向の応力をσ1 、＜０１０
＞軸方向の応力をσ2 とすると、微少線分８ａのΔＲａ
／Ｒは、 ΔＲａ／Ｒ＝π（σ2 −σ1 ） 微少線分８ｂのΔＲｂ／Ｒは、 ΔＲｂ／Ｒ＝π（σ1 −σ2 ） となる。ΔＲａ／ＲとΔＲｂ／Ｒは互いに符号が反対で
同じ値であるため、互いに相殺し合って出力を生じるこ
とはない。したがって、ピエゾ抵抗係数πが零でなくて
も、また応力が零でなくても、温度補償用センサ８とし
て圧力に感応しないセンサを構成することができる。
【００１５】図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ温度補償用
センサの微少線分をジグザグに接続した他の実施例を示
す図である。２つの微少線分８ａ，８ｂの方向がピエゾ
抵抗係数が最小となる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸
方向と一致していれば、どのようにジグザグに接続され
るものであってもよい。
センサの微少線分をジグザグに接続した他の実施例を示
す図である。２つの微少線分８ａ，８ｂの方向がピエゾ
抵抗係数が最小となる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸
方向と一致していれば、どのようにジグザグに接続され
るものであってもよい。
【００１６】図１において、２０はリード、２１は差圧
検出兼静圧検出用電源端子部、２２は差圧信号取出し用
端子部、２３は静圧信号取出し用端子部、２４温度補償
用電源端子部である。
検出兼静圧検出用電源端子部、２２は差圧信号取出し用
端子部、２３は静圧信号取出し用端子部、２４温度補償
用電源端子部である。
【００１７】なお、上記実施例は半導体基板２をｎ型シ
リコン、ピエゾ抵抗領域であるゲージ６，８，１２をｐ
型シリコンによって構成した場合について説明したが、
これはｐ型シリコンからなるピエゾ抵抗体を用いた方
が、ｎ型に比較して圧力−抵抗のリニアリティがよく、
ピエゾ抵抗係数が最大となる（００１）面、＜１１０＞
結晶軸方向において対称性の良好な正逆両方向の出力が
取り出せるからであるが、本発明はこれに何等特定され
るものではなく、ｐ型の基板にｎ型のピエゾ領域を形成
してもよいことは勿論である。
リコン、ピエゾ抵抗領域であるゲージ６，８，１２をｐ
型シリコンによって構成した場合について説明したが、
これはｐ型シリコンからなるピエゾ抵抗体を用いた方
が、ｎ型に比較して圧力−抵抗のリニアリティがよく、
ピエゾ抵抗係数が最大となる（００１）面、＜１１０＞
結晶軸方向において対称性の良好な正逆両方向の出力が
取り出せるからであるが、本発明はこれに何等特定され
るものではなく、ｐ型の基板にｎ型のピエゾ領域を形成
してもよいことは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
圧力センサは、温度補償用ピエゾ抵抗素子を、互いに直
交しそれぞれピエゾ抵抗係数が最小となる結晶軸方向の
２つの微少線分をジグザグ形状に接続して形成したの
で、前記結晶軸方向からずれていても応力に感応しない
温度センサを得ることができ、差圧または圧力信号を高
精度に補正することができる。
圧力センサは、温度補償用ピエゾ抵抗素子を、互いに直
交しそれぞれピエゾ抵抗係数が最小となる結晶軸方向の
２つの微少線分をジグザグ形状に接続して形成したの
で、前記結晶軸方向からずれていても応力に感応しない
温度センサを得ることができ、差圧または圧力信号を高
精度に補正することができる。
【図１】本発明に係る半導体圧力センサの一実施例を示
す平面図である。
す平面図である。
【図２】同センサの図１II−II線断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ温度補償用センサの
他の実施例を示す図である。
他の実施例を示す図である。
【図４】従来の半導体圧力センサの平面図である。
【図５】同センサの断面図である。
【図６】Ｓｉダイヤフラムの結晶面（００１）に関する
ｐ型ピエゾ抵抗素子のピエゾ抵抗係数πl ，πt の分布
を示す図である。
ｐ型ピエゾ抵抗素子のピエゾ抵抗係数πl ，πt の分布
を示す図である。
１ バックプレート ２ 半導体基板 ５ ダイヤフラム ６ 差圧検出用ゲージ ８ 温度補償用ゲージ １２ 静圧検出用ゲージ ８ａ，８ｂ 微少線分
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年２月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
本発明は、半導体基板に薄肉部を形成し、この薄肉部の
一方の面にピエゾ抵抗領域として作用するゲージを設け
た半導体圧力センサにおいて、前記半導体基板の厚肉部
表面に、互いに直交する２つの微少線分をジグザグ形状
に接続してなる温度補償用ピエゾ抵抗領域を設けたもの
である。
本発明は、半導体基板に薄肉部を形成し、この薄肉部の
一方の面にピエゾ抵抗領域として作用するゲージを設け
た半導体圧力センサにおいて、前記半導体基板の厚肉部
表面に、互いに直交する２つの微少線分をジグザグ形状
に接続してなる温度補償用ピエゾ抵抗領域を設けたもの
である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】前記温度補償用センサ８は、前記静圧検出
用ゲージ１２の外側に位置するよう半導体基板２の厚肉
部１５の上面外周部に拡散またはイオン打ち込み法によ
って形成された、所定の長さおよび抵抗値を有しピエゾ
領域として作用するゲージ部で構成されている。この場
合、センサ８を形成するゲージ部は、同一長さで同一の
抵抗を有して互いに直交しそれぞれ結晶面方位（００
１）におけるピエゾ抵抗係数の最小感度を示す向き＜０
１０＞軸方向と＜１００＞軸方向の２つの微少線分８
ａ，８ｂをジグザグ形状に接続して形成されており、こ
れによって圧力に感応しない温度センサを構成してい
る。すなわち、温度補償用センサ８を形成する互いに直
交する２つの微少線分８ａ，８ｂは、ピエゾ抵抗係数が
最小となる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向と一致
するよう正しく形成されている場合、図６から明かなよ
うにピエゾ抵抗係数πｌ，πｔが零であるため、応力が
生じてもセンサとして出力を生じることはない。一方、
２つの微少線分８ａ，８ｂが、ピエゾ抵抗係数が最小と
なる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向から角度θず
れていると、ピエゾ抵抗係数πｌ，πｔが零にならず、
そのため応力が生じた場合、それに応じて抵抗値が変化
し出力電圧を生じる。ここで、各微少線分８ａ，８ｂの
抵抗値を△Ｒａ，△Ｒｂ、ゲージ全体の抵抗値をＲ、ピ
エゾ抵抗係数をπ（πｌ，πｔ）、微少線分８ａ，８ｂ
付近における＜１００＞軸方向の応力をσ１、＜０１０
＞軸方向の応力をσ２とすると、微少線分８ａの△Ｒａ
／Ｒは、 △Ｒａ／Ｒ＝π（σ２−σ１） 微少線分８ｂの△Ｒｂ／Ｒは、 △Ｒｂ／Ｒ＝π（σ１−σ２） となる。△Ｒａ／Ｒと△Ｒｂ／Ｒは互いに符号が反対で
同じ値であるため、互いに相殺し合って出力を生じるこ
とはない。したがって、ピエゾ抵抗係数πが必ずしも零
でなくても、また応力が零でなくても、温度補償用セン
サ８として圧力に感応しないセンサを構成することがで
きる。つまり、本発明における温度補償用センサ８は、
基本的には互いに直交する２つの微少線分８ａ，８ｂを
ジグザグに接続したものであればよく、かならずしも＜
０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向と一致するものでな
くてもよい。但し、＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方
向からずれると感度が低下し、誤差が大きくなるため、
望ましくは一致するように製作することが好ましい。
用ゲージ１２の外側に位置するよう半導体基板２の厚肉
部１５の上面外周部に拡散またはイオン打ち込み法によ
って形成された、所定の長さおよび抵抗値を有しピエゾ
領域として作用するゲージ部で構成されている。この場
合、センサ８を形成するゲージ部は、同一長さで同一の
抵抗を有して互いに直交しそれぞれ結晶面方位（００
１）におけるピエゾ抵抗係数の最小感度を示す向き＜０
１０＞軸方向と＜１００＞軸方向の２つの微少線分８
ａ，８ｂをジグザグ形状に接続して形成されており、こ
れによって圧力に感応しない温度センサを構成してい
る。すなわち、温度補償用センサ８を形成する互いに直
交する２つの微少線分８ａ，８ｂは、ピエゾ抵抗係数が
最小となる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向と一致
するよう正しく形成されている場合、図６から明かなよ
うにピエゾ抵抗係数πｌ，πｔが零であるため、応力が
生じてもセンサとして出力を生じることはない。一方、
２つの微少線分８ａ，８ｂが、ピエゾ抵抗係数が最小と
なる＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向から角度θず
れていると、ピエゾ抵抗係数πｌ，πｔが零にならず、
そのため応力が生じた場合、それに応じて抵抗値が変化
し出力電圧を生じる。ここで、各微少線分８ａ，８ｂの
抵抗値を△Ｒａ，△Ｒｂ、ゲージ全体の抵抗値をＲ、ピ
エゾ抵抗係数をπ（πｌ，πｔ）、微少線分８ａ，８ｂ
付近における＜１００＞軸方向の応力をσ１、＜０１０
＞軸方向の応力をσ２とすると、微少線分８ａの△Ｒａ
／Ｒは、 △Ｒａ／Ｒ＝π（σ２−σ１） 微少線分８ｂの△Ｒｂ／Ｒは、 △Ｒｂ／Ｒ＝π（σ１−σ２） となる。△Ｒａ／Ｒと△Ｒｂ／Ｒは互いに符号が反対で
同じ値であるため、互いに相殺し合って出力を生じるこ
とはない。したがって、ピエゾ抵抗係数πが必ずしも零
でなくても、また応力が零でなくても、温度補償用セン
サ８として圧力に感応しないセンサを構成することがで
きる。つまり、本発明における温度補償用センサ８は、
基本的には互いに直交する２つの微少線分８ａ，８ｂを
ジグザグに接続したものであればよく、かならずしも＜
０１０＞軸方向と＜１００＞軸方向と一致するものでな
くてもよい。但し、＜０１０＞軸方向と＜１００＞軸方
向からずれると感度が低下し、誤差が大きくなるため、
望ましくは一致するように製作することが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
圧力センサは、温度補償用ピエゾ抵抗素子を、互いに直
交する２つの微少線分をジグザグ形状に接続して形成し
たので、前記結晶軸方向からずれていても応力に感応し
ない温度センサを得ることができ、差圧または圧力信号
を高精度に補正することができる。
圧力センサは、温度補償用ピエゾ抵抗素子を、互いに直
交する２つの微少線分をジグザグ形状に接続して形成し
たので、前記結晶軸方向からずれていても応力に感応し
ない温度センサを得ることができ、差圧または圧力信号
を高精度に補正することができる。
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板に薄肉部を形成し、この薄肉
部の一方の面にピエゾ抵抗領域として作用するゲージを
設けた半導体圧力センサにおいて、 前記半導体基板の厚肉部表面に、互いに直交しそれぞれ
ピエゾ抵抗係数が最小となる結晶軸方向の２つの微少線
分をジグザグ形状に接続してなる温度補償用ピエゾ抵抗
領域を設けたことを特徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085793A JP2694593B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 半導体圧力センサ |
| US08/178,085 US5432372A (en) | 1993-01-14 | 1994-01-06 | Semiconductor pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085793A JP2694593B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213744A true JPH06213744A (ja) | 1994-08-05 |
| JP2694593B2 JP2694593B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=12038790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2085793A Expired - Fee Related JP2694593B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2694593B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| KR100622704B1 (ko) * | 2004-08-26 | 2006-09-14 | 주식회사 케이이씨 | 압력 센서 |
| EP1764599A3 (de) * | 2005-09-14 | 2010-01-06 | Robert Bosch Gmbh | Sensoranordnung, insbesondere zur Druck- oder Kraftsensierung, und Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung |
| WO2013057689A1 (en) | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | SiC HIGH TEMPERATURE PRESSURE TRANSDUCER |
| CN116858418A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-10-10 | 歌尔微电子股份有限公司 | 压力传感器和电子设备 |
-
1993
- 1993-01-14 JP JP2085793A patent/JP2694593B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| KR100622704B1 (ko) * | 2004-08-26 | 2006-09-14 | 주식회사 케이이씨 | 압력 센서 |
| EP1764599A3 (de) * | 2005-09-14 | 2010-01-06 | Robert Bosch Gmbh | Sensoranordnung, insbesondere zur Druck- oder Kraftsensierung, und Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung |
| WO2013057689A1 (en) | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | SiC HIGH TEMPERATURE PRESSURE TRANSDUCER |
| CN116858418A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-10-10 | 歌尔微电子股份有限公司 | 压力传感器和电子设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2694593B2 (ja) | 1997-12-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |