JPH10104102A - 拡散型圧力変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 剛体部とピエゾ抵抗素子との配置を最適化
し、感度や直線性の改善を図るとともに、正圧・負圧の
両方向の圧力印加に対しても、特性差の小さな拡散型圧
力変換器を提供する。 【解決手段】 端部ピエゾ抵抗素子と中央部ピエゾ抵抗
素子との間に位置するダイヤフラム部の裏面側に、ダイ
ヤフラム部の長手方向に沿って２つの剛体部を形成し、
この２つの剛体部により挟まれたダイヤフラム部の略中
央に位置する中央部起歪領域の幅あるいは各々の剛体部
と基板の厚肉部とにより挟まれたダイヤフラム部の長辺
側に位置する２つの端部起歪領域の幅を１００μｍ以下
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶方位（１０
０）面であるＮ形シリコン基板を採用した拡散型圧力変
換器に関し、特に、感度、直線性の改善を図った微圧領
域の測定に最適な拡散型圧力変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１８ないし図１９に示すような拡散型
圧力変換器では、微圧領域の測定に適したものを得るた
めに、ダイヤフラム部３の厚さを極薄（１５μｍ以下）
に形成しており、これに伴ってダイヤフラム部３の変位
量が増大し、バルーン効果を生じるため、著しい直線性
の劣化が見られた。このため、図１６ないし図１７に示
すような、２つの剛体部５，５’を備える拡散型圧力変
換器が開発された。

【０００３】図１６は２つの剛体部５，５’を備える従
来の拡散型圧力変換器のダイヤフラム部を示す平面図
で、図１７は図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ方向から見た
この拡散型圧力変換器の断面図である。端部ピエゾ抵抗
素子Ｒ１，Ｒ４と中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３とに
より挟まれた領域のダイヤフラム部３の裏面側に２つの
剛体部５，５’を形成し、この２つの剛体部５，５’に
より、ピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が形成さ
れた起歪領域（端部起歪領域Ｓｅｗ，Ｓｅｗ’、中央部
起歪領域Ｓｃｗ）に応力を集中させることにより感度の
低下を防止しつつ、ダイヤフラム部３の変位量を抑制し
て、バルーン効果の発生を防止することにより、直線性
の改善を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように２
つの剛体部を備えた拡散型圧力変換器においても、その
剛体部の形成の仕方如何によっては、感度や直線性が劣
化することがあり、表面側からの圧力印加（正圧）と、
裏面側からの圧力印加（負圧）とでは、構造的に支持点
変動を生じるため、特に裏面側からの圧力印加（負圧）
に対して、直線性が悪化してしまう。また、圧力印加の
方向により感度・直線性に差があるため、連成圧測定が
困難であるという問題を抱えていた。

【０００５】本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、
これらの欠点を除去するためになされたものであり、剛
体部とピエゾ抵抗素子との配置を最適化し、感度や直線
性の改善を図るとともに、正圧・負圧の両方向の圧力印
加に対しても、特性差の小さな拡散型圧力変換器を得る
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は結晶方位（１００）面のＮ形シリコン基板
に略長方形のダイヤフラム部を形成し、該ダイヤフラム
部の各々の長辺側に位置する起歪領域の表面側に各々１
つの端部ピエゾ抵抗素子を形成し、該ダイヤフラム部の
略中央に位置する起歪領域の表面側に２つの中央部ピエ
ゾ抵抗素子を形成し、各々の端部ピエゾ抵抗素子と各々
の中央部ピエゾ抵抗素子との間に位置する前記ダイヤフ
ラム部の裏面側にダイヤフラム部の長手方向に沿って２
つの剛体部を形成し、この２つの剛体部により挟まれた
ダイヤフラム部の略中央に位置する中央部起歪領域の幅
あるいは各々の剛体部と基板の厚肉部とにより挟まれた
ダイヤフラム部の長辺側に位置する２つの端部起歪領域
の幅を１００μｍ以下とすることにより拡散型圧力変換
器を構成している。また、前記２つの剛体部の長手方向
の長さを前記ダイヤフラム部の長手方向の長さに対して
０．５〜０．８５倍の長さとすることにより拡散型圧力
変換器を構成している。加えて、前記２つの剛体部の長
手方向の長さを前記ダイヤフラム部の長手方向の長さに
対して０．５〜０．８５倍の長さとし、かつ、中央部起
歪領域の幅あるいは２つの端部起歪領域の幅を１００μ
ｍ以下ととすることにより拡散型圧力変換器を構成して
いる。さらに、前記中央部起歪領域の幅と前記端部起歪
領域の幅とをほぼ等しく形成することにより拡散型圧力
変換器を構成している。また、前記２つの剛体部により
応力値がほぼ均一となる領域に２つの中央部ピエゾ抵抗
素子をダイヤフラム部の長手方向に対して直線的に配置
することにより拡散型圧力変換器を構成している。同様
に、前記２つの剛体部により応力値がほぼ均一となる領
域に２つの中央部ピエゾ抵抗素子をダイヤフラム部の長
手方向に対して直線的に配置するとともに、ダイヤフラ
ム部の中心部から１つの端部ピエゾ抵抗素子の中心部ま
でのＹ軸方向の距離とダイヤフラム部の中心部から１つ
の中央部ピエゾ抵抗素子の中心部までのＸ軸方向の距離
をほぼ等しく配置することにより拡散型圧力変換器を構
成している。

【０００７】

【実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。

【０００８】図１は本発明の第１の実施の形態の拡散型
圧力変換器のダイヤフラム部３の平面図であり、図２は
図１のＩＩ−ＩＩ方向から見たこの拡散型圧力変換器の
断面図である。１は結晶方位（１００）面のＮ形シリコ
ンからなる基板で、その裏面からエッチング等の方法に
より、起歪部である略長方形のダイヤフラム部３が形成
されている。このダイヤフラム部３の各々の長辺側に位
置する起歪領域の表面側には、拡散により２つの端部ピ
エゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ４が形成されており、ダイヤフラ
ム部３の略中央に位置する起歪領域の表面側には、端部
ピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ４と同様に２つの中央部ピエゾ
抵抗素子Ｒ２，Ｒ３がダイヤフラム部３の表面側に形成
されている。この端部ピエゾ抵抗素子Ｒ１と中央部ピエ
ゾ抵抗素子Ｒ２との間、並びに中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ
３と端部ピエゾ抵抗素子Ｒ４との間のダイヤフラム部３
の裏面側には、ダイヤフラム部３の長手方向に沿って、
図１ないし図２に示す形状の２つの剛体部５，５’が各
々形成されている。

【０００９】この２つの剛体部５，５’を備える拡散型
圧力変換器の、感度・直線性に寄与するパラメータにつ
いて、図１６ないし図１７及び図１１を参照しながら説
明する。これらのパラメータとしては、次の３つのパラ
メータが考えられ、これらのパラメータに対する感度と
直線性との関係を図１１に示している。

【００１０】第１のパラメータは、ダイヤフラム部３の
厚さで、この厚さを変化させることにより、かなり広い
範囲に亘って感度を調整できることが判る。しかし、ダ
イヤフラム部３の厚さを極薄（例えば、１５μｍ以下）
にすると、感度を向上させる以上に直線性が悪化してし
まい、さらに、ダイヤフラム部３の厚さを高精度に制御
することは、大変に困難なことであることから、サブミ
クロン・オーダーでダイヤフラム部３の厚さを調整する
ことは、実質的に不可能なことである。第２のパラメー
タは、２つの剛体部５，５’により挟まれたダイヤフラ
ム部３の略中央に位置する中央部起歪領域の幅Ｗｃｗあ
るいは、各々の剛体部５，５’とこれに近接した基板１
の厚肉部７，７’とにより挟まれたダイヤフラム部３の
長辺側に位置する２つの端部起歪領域の幅Ｗｅｗ，Ｗｅ
ｗ’である。第３のパラメータは、２つの剛体部５，
５’の長手方向の長さＢＬである。これら３つのパラメ
ータのうち、第２、第３のパラメータについては、これ
までこのような観点から検討されたことがなく、本発明
において初めて検討されたものである。

【００１１】図６の（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実
施の形態の拡散型圧力変換器（図１ないし図２参照）に
おいて、第２のパラメータである中央部起歪領域の幅Ｗ
ｃあるいは端部起歪領域の幅Ｗｅ，Ｗｅ’を、２０μｍ
から１２０μｍまで２０μｍ単位で変化させ、各々の起
歪領域の幅に対する感度並びに直線性との関係を示した
ものである。ここでは、剛体部５，５’の幅を調整する
ことにより起歪領域の幅Ｗｃ，Ｗｅ，Ｗｅ’を変化させ
ているが、ダイヤフラム部３の大きさを調整することに
よっても達成することができる。第１のパラメータであ
るダイヤフラム部３の厚さを変化させた場合には、感度
を向上させたのと同時に直線性を悪化させてしまったの
に対して、第２のパラメータである起歪領域の幅Ｗｃ，
Ｗｅ，Ｗｅ’を変化させた場合には、感度を向上させた
のと同時に直線性をも改善してしまうという、従来の相
反する２つの事柄を一度期に達成できるという特有の効
果を有している。特に、本発明の第１の実施の形態にあ
っては、中央部起歪領域の幅Ｗｃあるいは端部起歪領域
の幅Ｗｅ，Ｗｅ’を１００μｍ以下としているため、微
圧領域の測定に必要とされる直線性限界点０．５％ＦＳ
以下を十分に満足しているとともに、感度も６０ｍＶ以
上と十分にその特性を満足している。

【００１２】次に本発明の異なる実施の形態について、
図７ないし図１５を参照して詳細に説明する。なお、本
発明の異なる実施の形態の説明に際し、本発明の第１の
実施の形態と同一要件については、同一の符号を付与す
ることにより、詳細な説明を省略する。

【００１３】図７ないし図８は、本発明の第２の実施の
形態の拡散型圧力変換器を示したもので、図７はこの拡
散型圧力変換器の底面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩ
ＩＩＸ方向からみた断面図である。５は剛体部で、その
長手方向の長さＢＬをダイヤフラム部３の長手方向の長
さＤＬに対する比として表し、剛体部５の長さ（ＢＬ／
ＤＬ）に対する感度並びに直線性との関係を図１０の
（ａ），（ｂ）に示している。

【００１４】図１０の（ａ），（ｂ）を見ると、剛体部
５の長手方向の長さＢＬを短くすることにより（ＤＬに
対する比として表しているため数値の小さい方）、感度
を向上させることができるが、これに伴って直線性が悪
化してしまう。しかし、図１１の各パラメータに対する
感度と直線性との関係を見れば明らかなように、第１の
パラメータであるダイヤフラム部３の厚さを変化させて
感度を向上させた場合に比べて、直線性の悪化の度合い
はかなり小さくて済む。また、ダイヤフラム部３の厚さ
を薄くすればするほど、急激に直線性が悪化してしまう
のと同時に、感度も急激に変化してしまうため、感度の
調整も大変困難となってしまう。これに対して、第３の
パラメータである剛体部５の長手方向の長さＢＬを変化
させた場合には、感度の向上に対する直線性の悪化の度
合いも小さく、感度の変化の度合いもなだらかであるた
め、感度の調整が容易である。すなわち、第３のパラメ
ータである剛体部５の長手方向の長さＢＬにより感度を
調整する場合には、ミクロン・オーダーの調整により、
感度を数ｍＶ変化させることができるが、第１のパラメ
ータであるダイヤフラム部３の厚さにより感度を調整す
る場合には、僅かサブミクロン・オーダーの調整が、数
十ｍＶの感度の変化をもたらしてしまうため、数ｍＶの
調整は実質的に不可能である。なお、第２のパラメータ
である中央部起歪領域の幅Ｗｃあるいは端部起歪領域の
幅Ｗｅ，Ｗｅ’により感度を調整する場合においても、
ミクロン・オーダーの調整により、感度を数ｍＶ変化さ
せることができる。このように、本発明の第２の実施の
形態にあっては、剛体部５の長手方向の長さＢＬを、ダ
イヤフラム部３の長手方向の長さＤＬに対して、０．５
〜０．８５倍の長さとしているため、微圧領域の測定に
必要とされる直線性限界点０．５％ＦＳ以下をほぼ満足
しているとともに、感度も５０ｍＶ程度とほぼ条件を満
足している。

【００１５】ここで、図１０の（ａ），（ｂ）により、
剛体部５の長手方向の長さＢＬが、ダイヤフラム部３の
長手方向の長さＤＬに対して０．５倍の長さであった場
合を別の観点から検討してみると、直線性はほぼ０．５
％ＦＳで、直線性限界点ぎりぎりであるが、その時の感
度は１７０ｍＶ程度とかなり高感度である。例えば、こ
の時の印加圧力を１／２とした場合には、感度は約８５
ｍＶと半分に減少するが、同時に直線性も約０．３％Ｆ
Ｓ以下となり、微圧領域の測定条件を十分に満たしたこ
とになる。印加圧力が１／２の状態、すなわち、さらに
微圧領域の測定に対して最適な拡散型圧力変換器が得ら
れたことになる。これは、感度の向上に対する直線性の
悪化の度合いが少ないことによるもので、第１のパラメ
ータであるダイヤフラム部３の厚さの調整によっては得
られないものである。

【００１６】本発明の第３の実施の形態の拡散型圧力変
換器（図示せず）では、本発明の第１の実施の形態と同
様に、中央部起歪領域の幅Ｗｃあるいは端部起歪領域の
幅Ｗｅ，Ｗｅ’を１００μｍ以下とし、かつ、本発明の
第２の実施の形態と同様に、２つの剛体部５，５’の長
手方向の長さＢＬを、ダイヤフラム部３の長手方向の長
さＤＬに対して、０．５〜０．８５倍の長さとしたこと
により、さらに感度・直線性に優れた拡散型圧力変換器
を得ることができるとともに、その調整範囲をかなり広
くすることができる。

【００１７】図９は図７のＩＸ−ＩＸ方向から見た本発
明の第４の実施の形態の拡散型圧力変換器の断面図であ
り、本発明の第１ないし第３の実施の形態の拡散型圧力
変換器の構成に加えて、中央部起歪領域の幅Ｗｃと端部
起歪領域の幅Ｗｅ，Ｗｅ’とをほぼ等しく形成したこと
にある。

【００１８】図１２は表面側と裏面側とから圧力を印加
した場合（以下、正圧、負圧と称する）に、中央部起歪
領域の幅Ｗｃと、端部起歪領域の幅Ｗｅ，Ｗｅ’との比
に対する、感度と直線性との正圧・負圧による特性の差
を示したものである。この図において、中央部起歪領域
の幅と端部起歪領域の幅との比＝１／４とは、例えば、
中央部起歪領域の幅Ｗｃを１とした場合に、端部起歪領
域の幅Ｗｅ，Ｗｅ’が４であることを示している。この
図から、中央部起歪領域の幅Ｗｃと、端部起歪領域の幅
Ｗｅ，Ｗｅ’とをほぼ等しくすることにより、正圧・負
圧における感度・直線性の差が最小となることが判る。
これは、中央部起歪領域の幅Ｗｃと端部起歪領域の幅Ｗ
ｅ，Ｗｅ’とがほぼ同じ幅であるため、応力集中の度合
いがほぼ等しくなり、応力値のピークがほぼ等しくなる
ためであると考えられる。このように、本発明の第１な
いし第３の実施の形態の拡散型圧力変換器の構成に加え
て、中央部起歪領域の幅Ｗｃと、端部起歪領域の幅Ｗ
ｅ，Ｗｅ’とをほぼ等しくすることにより、第１ないし
第３の実施の形態の効果に加えて、各々のピエゾ抵抗素
子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が形成された領域の起歪部の
絶対応力値をほぼ等しくでき、正圧・負圧の両方向の圧
力印加に対してバランスの良い測定ができるため、差圧
の測定及び連成圧の測定に最適な拡散型圧力変換器を得
ることができる。また、剛体部を含めた中央部起歪領域
と、２つの端部起歪領域との形状がほぼ同じとなるた
め、エッチング工程におけるエッチャントの化学的作用
がほぼ等しくなり、ダイヤフラム部、剛体部の形成にお
けるエッチングのばらつきを少なくすることができる。

【００１９】図１３は本発明の第５の実施の形態の拡散
型圧力変換器のダイヤフラム部の平面図であり、本発明
の第１ないし第４の実施の形態の拡散型圧力変換器の構
成に加えて、２つの中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３を
ダイヤフラム部３の長手方向に対して直線的に配置した
ことにある。

【００２０】ここで、図３ないし図４は、２つの剛体部
５，５’を備えている拡散型圧力変換器と、２つの剛体
部５，５’を備えていない拡散型圧力変換器の実効応力
値をそれぞれ求め、その応力分布を模式的に示したもの
であり、剛体部５，５’を備えている拡散型圧力変換器
では、図３のＡ−Ａ’応力分布、Ｂ−Ｂ’応力分布に示
すように、ダイヤフラム部３の長手方向に対して応力値
がほぼ均一な領域（図５のα，β，γ参照）が存在し、
この応力値がほぼ均一な領域内においては、２つの中央
部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３を、ダイヤフラム部３の長
手方向に対して直線的に配置することが可能である。し
かし、２つの剛体部５，５’を備えていない拡散型圧力
変換器では、図４のＤ−Ｄ’応力分布、Ｅ−Ｅ’応力分
布に示すように、このような応力値がほぼ均一な領域は
存在しないため、２つの中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ
３を、ダイヤフラム部３の長手方向に対して直線的に配
置することは不可能である。なお、応力値がほぼ均一な
領域は、剛体部５の長手方向の長さにより決まるため、
ここではその長さを、ダイヤフラム部３の長手方向に対
して直線的に配置された２つの中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ
２，Ｒ３の長さを合わせた長さよりも長く形成してい
る。

【００２１】ここで図１８を参照して、すべてのピエゾ
抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が並行に配置されてい
ることに伴う問題点を説明する。チップの小型化に伴っ
て、図１８のａ，ｂ，ｂ’で示した各々のピエゾ抵抗素
子間の距離が縮まり、特に近接して設けられた中央部ピ
エゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３においては、拡散工程やホトリ
ソ工程の影響を強く受けることにより、個々の抵抗値や
その温度特性（ＴＣＲ）にばらつきを生じ、オフセット
やオフセット温度特性が悪化するという問題がある。ま
た、中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３が近接することに
より、リーク電流等の問題が生じ、通電ドリフトや温度
再現性が悪化するという問題がある。これに対し、他の
結晶方位面のシリコン基板を採用した場合には、各々の
中央部ピエゾ抵抗素子をダイヤフラム部の長手方向に対
して直線的に配置することも可能であるが、結晶方位
（１００）面のＮ形シリコン基板を採用した場合には、
応力分布ピエゾ抵抗係数の関係から、感度や直線性等の
諸特性を犠牲にしなければ実現不可能である。さらに、
従来の拡散型圧力変換器においては、ホトリソ工程のア
ライメント精度等の影響により、ダイヤフラム部３の短
手方向に対して中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３の配置
がずれてしまった場合に、中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，
Ｒ３が並行に配置されているため、一方の中央部ピエゾ
抵抗素子（例えば、Ｒ２）の応力値は＋側にシフトし、
もう一方の中央部ピエゾ抵抗素子（例えば、Ｒ３）の応
力値は−側にシフトすると言うように、お互いの応力値
に対して各々異なる方向（＋側、−側）にシフトしてし
まう（図４のＦ−Ｆ’応力分布参照）。同様に端部ピエ
ゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ４も各々異なる方向（＋側、−側）
にシフトしてしまうことになり、通常これら４つのピエ
ゾ抵抗素子（中央部ピエゾ抵抗素子、端部ピエゾ抵抗素
子）は、ブリッジ接続により出力感度を向上させている
ため、各々のピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化の積（例え
ば、中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２と端部ピエゾ抵抗素子Ｒ
１との積に対して、中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ３と端部ピ
エゾ抵抗素子Ｒ４との積）に対して出力値が変化してし
まうことになり、僅かなアライメントのずれが直線性に
大きく影響してしまうことになる。これに対して、本発
明の第５の実施の形態の拡散型圧力変換器においては、
ホトリソ工程のアライメント精度等の影響により、ダイ
ヤフラム部３の短手方向に対して中央部ピエゾ抵抗素子
Ｒ２，Ｒ３の配置がずれてしまった場合であっても、中
央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３が、ダイヤフラム部３の
長手方向に対して直線的に配置されているため、２つの
中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３の応力値は、ピーク値
から−側へシフトすることになるが同じ値となり、端部
ピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ４の応力値は、中央部ピエゾ抵
抗素子Ｒ２，Ｒ３と同様に、ピーク値からは共に−側へ
シフトすることになるが、各々の応力値はほぼ同じ値と
なるため（図３のＣ−Ｃ’応力分布参照）、これらをブ
リッジ接続した場合の出力値の変化を極微小に抑えるこ
とができ、直線性の改善に非常に効果がある。

【００２２】本発明の第５の実施の形態の拡散型圧力変
換器にあっては、本発明の第１ないし第４の実施の形態
の拡散型圧力変換器の構成に加えて、２つの中央部ピエ
ゾ抵抗素子をダイヤフラム部の長手方向に対して直線的
に配置しているため、本発明の第１ないし第４の実施の
形態の拡散型圧力変換器の効果に加えて、拡散やホトリ
ソ工程の影響を小さくし、個々のピエゾ抵抗素子の抵抗
値やＴＣＲをほぼ同じに形成することができるため、２
つの中央部ピエゾ抵抗素子が近接することにより生じる
オフセットやオフセット温度特性の悪化を防ぎ、リーク
電流等の諸問題を抑えることができる。また、直線性や
通電ドリフトの低減及び、温度再現性の向上に効果があ
るとともに、拡散型圧力変換器の小型化に対して非常に
効果がある。なお、中央部ピエゾ抵抗素子の実質的な部
分が、応力値がほぼ均一となる領域内に配置されていれ
ば、同様の効果を得ることができる。

【００２３】図１４は本発明の第６の実施の形態の拡散
型圧力変換器のダイヤフラム部の平面図であり、本発明
の第１ないし第４の実施の形態の拡散型圧力変換器の構
成に加えて、２つの中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２，Ｒ３を
ダイヤフラム部３の長手方向に対して直線的に配置する
とともに、ダイヤフラム部３の中心部から１つの端部ピ
エゾ抵抗素子Ｒ１またはＲ４の中心部までのＹ軸方向の
距離と、ダイヤフラム部３の中心部から１つの中央部ピ
エゾ抵抗素子Ｒ２またはＲ３の中心部までのＸ軸方向の
距離とをほぼ等しくしたことにある。

【００２４】ダイヤフラム部３の中心部から１つの端部
ピエゾ抵抗素子Ｒ１の中心部までのＹ軸方向の距離Ｙ１
と、ダイヤフラム部３の中心部から１つの中央部ピエゾ
抵抗素子Ｒ３の中心部までのＸ軸方向の距離Ｘ１とをほ
ぼ等しく、同様にダイヤフラム部３の中心部からもう１
つの端部ピエゾ抵抗素子Ｒ４の中心部までのＹ軸方向の
距離−Ｙ１（≒Ｙ１）と、ダイヤフラム部３の中心部か
らもう１つの中央部ピエゾ抵抗素子Ｒ２の中心部までの
Ｘ軸方向の距離−Ｘ１（≒Ｘ１）とをほぼ等しく配置す
ることにより、さらに拡散工程やホトリソ工程のばらつ
きを低減することができ、本発明の第５の実施の形態の
拡散型圧力変換器に比べて、さらに、オフセットやオフ
セット温度特性を改善することができる。

【００２５】図１５は本発明の第７の実施の形態の拡散
型圧力変換器のダイヤフラム部の平面図であり、本発明
の第６の実施の形態の拡散型圧力変換器と主に異なる点
は、端部ピエゾ抵抗素子Ｒ１をダイヤフラム部３の右側
寄りに、もう一方の端部ピエゾ抵抗素子Ｒ４をダイヤフ
ラム部３の左側寄りに配置したことにある。このよう
に、端部ピエゾ抵抗素子Ｒ１，Ｒ４を各々、図５のβ，
γで示す応力値がほぼ均一な領域内の任意の箇所に設け
ることにより、本発明の第６の実施の形態と同様の効果
を得ることができるとともに、端部ピエゾ抵抗素子を任
意の箇所に設けることができるため、配線パターンを含
めたパターン設計の自由度を増すことができる。なお、
端部ピエゾ抵抗素子の配置は、本発明の第１ないし第５
の実施の形態の拡散型圧力変換器においても実施可能な
ことは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明あっ
ては次に列挙する効果を得ることができる。

【００２７】（１） ２つの剛体部により挟まれたダイ
ヤフラム部の略中央に位置する中央部起歪領域の幅ある
いは各々の剛体部と基板の厚肉部とにより挟まれたダイ
ヤフラム部の長辺側に位置する２つの端部起歪領域の幅
を１００μｍ以下とすることにより、ダイヤフラム部の
変位量を抑制し、従来は実現不可能であった、感度の向
上を図り、かつ、直線性の改善を図るという、２つの相
反する事柄を一度期に達成することができる。

【００２８】（２） ２つの剛体部の長手方向の長さを
ダイヤフラム部の長手方向の長さに対して０．５〜０．
８５倍の長さとすることにより、感度の調整を容易にす
ることができ、かつ、感度のばらつきを小さくすること
ができる。また、感度の調整範囲を広くすることができ
る。

【００２９】（３） ２つの剛体部の長手方向の長さを
ダイヤフラム部の長手方向の長さに対して０．５〜０．
８５倍の長さとし、かつ、中央部起歪領域の幅あるいは
２つの端部起歪領域の幅を１００μｍ以下とすることに
より、さらに感度・直線性に優れた拡散型圧力変換器を
得ることができ、その調整範囲をさらに広くすることが
できる。

【００３０】（４） 上記（１）ないし（３）の構成に
加えて、中央部起歪領域の幅と端部起歪領域の幅とをほ
ぼ等しく形成することにより、（１）ないし（３）の効
果に加えて、差圧の測定及び連成圧の測定に最適な拡散
型圧力変換器を得ることができるとともに、ダイヤフラ
ム部、剛体部の形成におけるエッチング工程のばらつき
を低減することができる。

【００３１】（５） ２つの中央部ピエゾ抵抗素子をダ
イヤフラム部の長手方向に対して直線的に配置すること
により、２つのピエゾ抵抗素子が近接することがなくな
り、拡散やホトリソ工程における悪影響を回避すること
ができ、オフセットやオフセット温度特性を改善するこ
とができるとともに、リーク電流等を低減することがで
きる。また、直線性や通電ドリフトの低減及び、温度再
現性を向上することができるため、温度補償を精度良く
簡単に行うことができ、温度特性が良好で高精度な拡散
型圧力変換器を容易に得ることができるとともに、小型
化や微圧用に最適な拡散型圧力変換器を容易に得ること
ができる。さらに、ピエゾ抵抗素子やダイヤフラム部の
形成等におけるホトリソ工程のアライメントずれの影響
を最小とすることができるため、直線性に優れた拡散型
圧力変換器を得ることができるとともに、温度特性が良
好で高精度な拡散型圧力変換器を得ることができ、製品
歩留を向上することができる。

【００３２】（６） ダイヤフラム部の中心部から１つ
の端部ピエゾ抵抗素子の中心部までのＹ軸方向の距離
と、ダイヤフラム部の中心部から１つの中央部ピエゾ抵
抗素子の中心部までのＸ軸方向の距離とをほぼ等しく配
置することにより、拡散工程やホトリソ工程のばらつき
を低減し、（５）の効果に比べて、さらにオフセットや
オフセット温度特性を改善することができる。

【００３３】（７） 応力値がほぼ均一な領域内の任意
な位置に、端部ピエゾ抵抗素子を配置することにより、
パターン設計の自由度が増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の拡散型圧力変換器
のダイヤフラム部の平面図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た本発明の第１の
実施の形態の拡散型圧力変換器の断面図。

【図３】剛体部を備えている拡散型圧力変換器の応力分
布を示す模式図。

【図４】剛体部を備えていない拡散型圧力変換器の応力
分布を示す模式図。

【図５】剛体部を備えている拡散型圧力変換器の底面
図。

【図６】本発明の第１の実施の形態の拡散型圧力変換器
における、剛体部間の距離に対する感度・直線性を示す
図。

【図７】本発明の第２の実施の形態の拡散型圧力変換器
の底面図。

【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た本発明
の第２の実施の形態の拡散型圧力変換器の断面図。

【図９】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た本発明
の第４の実施の形態の拡散型圧力変換器の断面図。

【図１０】本発明の第２の実施の形態の拡散型圧力変換
器における、剛体部の長さとダイヤフラム部の長手方向
の長さの比に対する感度・直線性を示す図。

【図１１】各パラメータに対する感度と直線性との関係
を示す図。

【図１２】本発明の第４の実施の形態の拡散型圧力変換
器における、中央部の幅と端部の幅との比に対する感度
・直線性を示す図。

【図１３】本発明の第５の実施の形態の拡散型圧力変換
器のダイヤフラム部の平面図。

【図１４】本発明の第６の実施の形態の拡散型圧力変換
器のダイヤフラム部の平面図。

【図１５】本発明の第７の実施の形態の拡散型圧力変換
器のダイヤフラム部の平面図。

【図１６】従来の剛体部を備えている拡散型圧力変換器
のダイヤフラム部の平面図。

【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ方向から見た従
来の剛体部を備えている拡散型圧力変換器の断面図。

【図１８】剛体部を備えていない拡散型圧力変換器のダ
イヤフラム部の平面図。

【図１９】図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ方向から見た剛体部
を備えていない拡散型圧力変換器の断面図。

【符号の説明】

１：基板、 ３：ダイヤフラ
ム部、５：剛体部、 ７：厚肉
部、Ｒ１，Ｒ４：端部ピエゾ抵抗素子、 Ｒ２，Ｒ
３：中央部ピエゾ抵抗素子、α，β，γ：応力値均一領
域、 ＢＬ：剛体部の長さ、ＤＬ：ダイヤフラム
部長手方向の長さ、Ｓｃ：中央部起歪領域、
Ｓｅ，Ｓｅ’：端部起歪領域、Ｗｃ，Ｗｃｗ：（中
央部起歪領域の）幅、Ｗｅ，Ｗｅ’：（端部起歪領域
の）幅。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶方位（１００）面のＮ形シリコン基
   板に略長方形のダイヤフラム部を形成し、該ダイヤフラ
   ム部の各々の長辺側に位置する起歪領域の表面側に各々
   １つの端部ピエゾ抵抗素子を形成し、該ダイヤフラム部
   の略中央に位置する起歪領域の表面側に２つの中央部ピ
   エゾ抵抗素子を形成し、各々の端部ピエゾ抵抗素子と各
   々の中央部ピエゾ抵抗素子との間に位置する前記ダイヤ
   フラム部の裏面側にダイヤフラム部の長手方向に沿って
   ２つの剛体部を形成し、この２つの剛体部により挟まれ
   たダイヤフラム部の略中央に位置する中央部起歪領域の
   幅あるいは各々の剛体部と基板の厚肉部とにより挟まれ
   たダイヤフラム部の長辺側に位置する２つの端部起歪領
   域の幅を１００μｍ以下としたことを特徴とする拡散型
   圧力変換器。
2. 【請求項２】 前記２つの剛体部の長手方向の長さを前
   記ダイヤフラム部の長手方向の長さに対して０．５〜
   ０．８５倍の長さとしたことを特徴とする拡散型圧力変
   換器。
3. 【請求項３】 前記２つの剛体部の長手方向の長さを前
   記ダイヤフラム部の長手方向の長さに対して０．５〜
   ０．８５倍の長さとし、かつ、中央部起歪領域の幅ある
   いは２つの端部起歪領域の幅を１００μｍ以下としたこ
   とを特徴とする拡散型圧力変換器。
4. 【請求項４】 前記中央部起歪領域の幅と前記端部起歪
   領域の幅とをほぼ等しく形成したことを特徴とする請求
   項１、２または３記載の拡散型圧力変換器。
5. 【請求項５】 前記２つの剛体部により応力値がほぼ均
   一となる領域に２つの中央部ピエゾ抵抗素子をダイヤフ
   ラム部の長手方向に対して直線的に配置したことを特徴
   とする請求項１、２、３または４記載の拡散型圧力変換
   器。
6. 【請求項６】 前記２つの剛体部により応力値がほぼ均
   一となる領域に２つの中央部ピエゾ抵抗素子をダイヤフ
   ラム部の長手方向に対して直線的に配置するとともに、
   ダイヤフラム部の中心部から１つの端部ピエゾ抵抗素子
   の中心部までのＹ軸方向の距離とダイヤフラム部の中心
   部から１つの中央部ピエゾ抵抗素子の中心部までのＸ軸
   方向の距離をほぼ等しく配置したことを特徴とする請求
   項１、２、３または４記載の拡散型圧力変換器。