JPS6013314B2 - 圧力−電気信号変換装置 - Google Patents
圧力−電気信号変換装置Info
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- JPS6013314B2 JPS6013314B2 JP9616078A JP9616078A JPS6013314B2 JP S6013314 B2 JPS6013314 B2 JP S6013314B2 JP 9616078 A JP9616078 A JP 9616078A JP 9616078 A JP9616078 A JP 9616078A JP S6013314 B2 JPS6013314 B2 JP S6013314B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体のピェゾ抵抗効果を利用した圧力−電気
信号変換装置に関する。
信号変換装置に関する。
半導体のピヱヅ抵抗効果を利用した圧力−電気信号変換
装置（以下ダイアフラムと称す）として、例えば、椿開
昭５２−４５３７７、５２一１５０６７６など種々知ら
れているが、その一例として、第１図に示す構造のもの
が提案されている。
装置（以下ダイアフラムと称す）として、例えば、椿開
昭５２−４５３７７、５２一１５０６７６など種々知ら
れているが、その一例として、第１図に示す構造のもの
が提案されている。
すなわち「 １は例えばシリコン単結晶の如き半導体部
材であり、２はこの半導体部材１の一部分を薄く加工し
て得られた起歪領域、３は該起歪領域２と固定領域４と
の境界を示す仮想線、５は前記半導体部材１を支持する
支持部材であり、７は糧歪領域２の半径方向を長手方向
として周知の拡散技術あるいはイオン打込技術によって
形成された起歪領域とは逆導電型を有する半導体拡散抵
抗、８ａ，８ｂは拡散抵抗７の電極、９は起歪領域２の
円周の接線に平行な方向を長手方向として前記拡散抵抗
７と同時に形成された抵抗であり、電極１０ａ，１ｏｂ
を介して外部装置と接続される。なお、前記支持部材５
の中央部には圧力印加用の孔６が設けられており、また
、この支持部材５と前記半導体部材１とはシリコンと金
の共晶半田接着等の周知の技術により接着されている。
このような構造のダイアフラムの使用は支持部材５の中
央に設けられた孔６下部から流体圧力を印加することに
より行なわれる。孔６を通じて印加された圧力は起歪領
域の境界線３の同心円上に分布する歪を蓮歪領域２に与
える。この起歪領域２に発生した歪により抵抗７ヲ ９
がピェゾ抵抗効果により抵抗値を変化させる。この場合
の歪量と抵抗値の変化量との関係を決定するピェゾ抵抗
係数は歪の方向に対して抵抗中の電流方向が一致する場
合と直交する場合で極性が異なるため「任意の圧力に対
し、抵抗？と９の抵抗値変化は逆の極性を示す。したが
って抵抗７と９とによりブリッジ回路を礎成すれば印加
された圧力量に対応した電気信号をブリッジ回路より得
ることができる。このようなダイアフラムは高感度であ
るとともに、半導体形成技術による微細加工を応用して
小型化できるとし、特長、さらには起歪領域２と固定領
域４を一体の半導体部材１から形成できるため支持部材
５のたわみ等による影響の４・さし、高精度かつ安定性
の良いものとなる等の特長を有する。
材であり、２はこの半導体部材１の一部分を薄く加工し
て得られた起歪領域、３は該起歪領域２と固定領域４と
の境界を示す仮想線、５は前記半導体部材１を支持する
支持部材であり、７は糧歪領域２の半径方向を長手方向
として周知の拡散技術あるいはイオン打込技術によって
形成された起歪領域とは逆導電型を有する半導体拡散抵
抗、８ａ，８ｂは拡散抵抗７の電極、９は起歪領域２の
円周の接線に平行な方向を長手方向として前記拡散抵抗
７と同時に形成された抵抗であり、電極１０ａ，１ｏｂ
を介して外部装置と接続される。なお、前記支持部材５
の中央部には圧力印加用の孔６が設けられており、また
、この支持部材５と前記半導体部材１とはシリコンと金
の共晶半田接着等の周知の技術により接着されている。
このような構造のダイアフラムの使用は支持部材５の中
央に設けられた孔６下部から流体圧力を印加することに
より行なわれる。孔６を通じて印加された圧力は起歪領
域の境界線３の同心円上に分布する歪を蓮歪領域２に与
える。この起歪領域２に発生した歪により抵抗７ヲ ９
がピェゾ抵抗効果により抵抗値を変化させる。この場合
の歪量と抵抗値の変化量との関係を決定するピェゾ抵抗
係数は歪の方向に対して抵抗中の電流方向が一致する場
合と直交する場合で極性が異なるため「任意の圧力に対
し、抵抗？と９の抵抗値変化は逆の極性を示す。したが
って抵抗７と９とによりブリッジ回路を礎成すれば印加
された圧力量に対応した電気信号をブリッジ回路より得
ることができる。このようなダイアフラムは高感度であ
るとともに、半導体形成技術による微細加工を応用して
小型化できるとし、特長、さらには起歪領域２と固定領
域４を一体の半導体部材１から形成できるため支持部材
５のたわみ等による影響の４・さし、高精度かつ安定性
の良いものとなる等の特長を有する。
ところで、一般に印加圧力量と超歪領域２に生ずる歪量
との関係には非直線成分が含まれるため、抵抗７及び９
の配置と起歪領域２の厚みとを所定の範囲内に定める必
要がある。ちなみに、本願発明者らの実験によると「抵
抗７及び９の中心からの距離は起歪領域の仮想線３の半
径に対し、１〜５％の精度、趣歪領域２の厚みは土１０
％の精度を満足しなければならないという結果が出てい
る。このような起歪領域２の厚みの条件を濁すための方
法として従釆は次に示すような２種類の方法が用いられ
ていた。１つは前記第亀図に示したように「比抵抗の小
さい半導体１１上に所定の厚みを有する高抵抗領域１２
を成長せしめ「比抵抗の差でエッチ速度が異なる選択エ
ッチ技法で該高抵抗領域富２の厚みにほぼ一致した起歪
領域２を得る方法である。
との関係には非直線成分が含まれるため、抵抗７及び９
の配置と起歪領域２の厚みとを所定の範囲内に定める必
要がある。ちなみに、本願発明者らの実験によると「抵
抗７及び９の中心からの距離は起歪領域の仮想線３の半
径に対し、１〜５％の精度、趣歪領域２の厚みは土１０
％の精度を満足しなければならないという結果が出てい
る。このような起歪領域２の厚みの条件を濁すための方
法として従釆は次に示すような２種類の方法が用いられ
ていた。１つは前記第亀図に示したように「比抵抗の小
さい半導体１１上に所定の厚みを有する高抵抗領域１２
を成長せしめ「比抵抗の差でエッチ速度が異なる選択エ
ッチ技法で該高抵抗領域富２の厚みにほぼ一致した起歪
領域２を得る方法である。
かかる方方法は低抵抗領域１１上に高低抗領域１２を形
成する工程が高価であるだけでなく「低抵抗領域１１の
厚み偏差「エッチ時間の偏差により３の直径が該低抵抗
領域】１の厚みの２０〜５０％程度の偏差が生ずる欠点
を有していた。他の手法は活性化エネルギーの低いエッ
チ状件を用い、均一性の高いエッチを行なう方法である
。
成する工程が高価であるだけでなく「低抵抗領域１１の
厚み偏差「エッチ時間の偏差により３の直径が該低抵抗
領域】１の厚みの２０〜５０％程度の偏差が生ずる欠点
を有していた。他の手法は活性化エネルギーの低いエッ
チ状件を用い、均一性の高いエッチを行なう方法である
。
この方法はエッチ速度の結晶面異方性が高く、例えばＫ
ＯＨを主成分とするエッチ液の場合、（１００）面と（
１１１）面ではエッチ速度が５０〜１０岱対１程度であ
る。したがって、半導体材料として起歪領域２の面が前
記蔓の（１００）面と一致するごときものを使用し、抵
抗７及び９の長手方何が該１の直交する＜１１０＞軸方
向に一致するごとくなし「各辺が＜１１０＞鞠方向に平
行な四辺形のエッチレジストを用いれば第２図に示すご
とき起歪領域２と固定領域４が得られる。ここで、面ぎ
３ａ〜竃３ｄはエッチ速度が極めて遅い（１１１）面が
露出する。
ＯＨを主成分とするエッチ液の場合、（１００）面と（
１１１）面ではエッチ速度が５０〜１０岱対１程度であ
る。したがって、半導体材料として起歪領域２の面が前
記蔓の（１００）面と一致するごときものを使用し、抵
抗７及び９の長手方何が該１の直交する＜１１０＞軸方
向に一致するごとくなし「各辺が＜１１０＞鞠方向に平
行な四辺形のエッチレジストを用いれば第２図に示すご
とき起歪領域２と固定領域４が得られる。ここで、面ぎ
３ａ〜竃３ｄはエッチ速度が極めて遅い（１１１）面が
露出する。
したがって、１３ａ〜ｄと蓮歪領域２の面が成す角度は
ねｎ‐１１ノノ２で正確に決定される。したがって〜前
記２と卒の境界となる３ａ〜３ｄの位置はエッチされた
深さとエッチの位置によって正確に決定される。本願発
明者らの研究結果ではエッチ量は士１％以内の精度で制
御できるため、３ａ〜３ｄを４辺とする方形の寸法はほ
ぼ１％以内の精度で決定できる。上記のごとく、後者の
起歪領域形成手法は高精度の超歪領域２を形成できる反
面２の形状が四角形に限定されていた。
ねｎ‐１１ノノ２で正確に決定される。したがって〜前
記２と卒の境界となる３ａ〜３ｄの位置はエッチされた
深さとエッチの位置によって正確に決定される。本願発
明者らの研究結果ではエッチ量は士１％以内の精度で制
御できるため、３ａ〜３ｄを４辺とする方形の寸法はほ
ぼ１％以内の精度で決定できる。上記のごとく、後者の
起歪領域形成手法は高精度の超歪領域２を形成できる反
面２の形状が四角形に限定されていた。
なぜならば、（１１１）面のエッチ速度に比べ、０１０
）面のエッチ速度が余りにも大きいためである。四辺形
の起歪領域を用いた場合、円形の起歪領域を用いたもの
に比べ、圧力−電気信号変換精度を同等にするために許
される抵抗７及び９の配置可能範囲と起歪領域２の厚み
の許容範囲が狭くなるだけでなく該起歪領域２の局部に
応力が集中し易いため、印加許容圧力の最大値を大きく
できないという欠点を有していた。したがって本発明は
起歪領域の形成精度が高いダイアフラムを提供すること
を目的とする。
）面のエッチ速度が余りにも大きいためである。四辺形
の起歪領域を用いた場合、円形の起歪領域を用いたもの
に比べ、圧力−電気信号変換精度を同等にするために許
される抵抗７及び９の配置可能範囲と起歪領域２の厚み
の許容範囲が狭くなるだけでなく該起歪領域２の局部に
応力が集中し易いため、印加許容圧力の最大値を大きく
できないという欠点を有していた。したがって本発明は
起歪領域の形成精度が高いダイアフラムを提供すること
を目的とする。
このような目的を達成するために本発明は、圧力が印加
される蓬歪領域と、該起歪領域を支持部材に固定する固
定領域と、蓮歪領域の表面に形成され該超歪領域とは逆
導電型を有する歪ゲージ抵抗体領域とからなる圧力−電
気信号変換装置において、これらの各領域を一体の半導
体単結晶を用いて形成するとともに、前記起歪領域と固
定領域との境界線が前記半導体単結晶の水平面における
異なる２種類の結晶鞄に平行な直線によって八角形状を
為すようにしたことを特徴とするものである。以下実施
例により本発明を具体的に説明する。
される蓬歪領域と、該起歪領域を支持部材に固定する固
定領域と、蓮歪領域の表面に形成され該超歪領域とは逆
導電型を有する歪ゲージ抵抗体領域とからなる圧力−電
気信号変換装置において、これらの各領域を一体の半導
体単結晶を用いて形成するとともに、前記起歪領域と固
定領域との境界線が前記半導体単結晶の水平面における
異なる２種類の結晶鞄に平行な直線によって八角形状を
為すようにしたことを特徴とするものである。以下実施
例により本発明を具体的に説明する。
第３図は本発明のダイアフラムの一実施例を示す平面図
であり〜第４図及び第５図はそのＡ山Ａ′線断面図及び
Ｂ−Ｂ′線断面図である。１‘ま半導体（例えばシリコ
ン）単結晶であり、その中央部は薄い起歪領域２に、周
囲は厚い固定領域４に形成されている。
であり〜第４図及び第５図はそのＡ山Ａ′線断面図及び
Ｂ−Ｂ′線断面図である。１‘ま半導体（例えばシリコ
ン）単結晶であり、その中央部は薄い起歪領域２に、周
囲は厚い固定領域４に形成されている。
この固定領域４は図示しない支持部村に周知の接着技術
により接着固定される。蓮歪領域２は、平板状のシリコ
ン単繕晶体を底面からのコｃッチングにより選択除去す
ることによって得られ、この起歪領域２と固定領域年と
の境界を示す仮想線３は八角形状を為すように形成され
る。また「 この蓬歪領域２の周辺内部にはそれぞれ対
向形成された起歪領域とは逆導電型の歪ゲージ拡散抵抗
亀４ａ，１４ｂ，亀５ａ，亀５ｂが設けられており「
これらの抵抗は固定領域四周囲に形成された電極亀６ａ
〜１６ｄに接続されてブリッジ回路を構成している。な
お、エッチングにより形成された固定領域４と蓬歪領域
２との境界面はそれぞれ第４図及び第５図に示す断面形
状を有する。すなわち、それぞれ半導体結晶の垂直斜め
方向の結晶軸く１１１＞面に対する異万性エッチング技
術によって断面が形成されるわけであるが、このとき水
平方向の結晶騒く１１０＞面に対しては比較的エッチン
グ速度が早いのでエッチング面Ｘは第−４図に示すよう
に５４隻の榎斜を有する直線となるが、結晶軸＜１皿＞
面についてはエッチング速度が遅いため第５図に示すよ
うに４５度の傾斜を有する曲線Ｙとなる。
により接着固定される。蓮歪領域２は、平板状のシリコ
ン単繕晶体を底面からのコｃッチングにより選択除去す
ることによって得られ、この起歪領域２と固定領域年と
の境界を示す仮想線３は八角形状を為すように形成され
る。また「 この蓬歪領域２の周辺内部にはそれぞれ対
向形成された起歪領域とは逆導電型の歪ゲージ拡散抵抗
亀４ａ，１４ｂ，亀５ａ，亀５ｂが設けられており「
これらの抵抗は固定領域四周囲に形成された電極亀６ａ
〜１６ｄに接続されてブリッジ回路を構成している。な
お、エッチングにより形成された固定領域４と蓬歪領域
２との境界面はそれぞれ第４図及び第５図に示す断面形
状を有する。すなわち、それぞれ半導体結晶の垂直斜め
方向の結晶軸く１１１＞面に対する異万性エッチング技
術によって断面が形成されるわけであるが、このとき水
平方向の結晶騒く１１０＞面に対しては比較的エッチン
グ速度が早いのでエッチング面Ｘは第−４図に示すよう
に５４隻の榎斜を有する直線となるが、結晶軸＜１皿＞
面についてはエッチング速度が遅いため第５図に示すよ
うに４５度の傾斜を有する曲線Ｙとなる。
したがって「この境界を示す面が完全な八角形状を得る
ためにはエッチ速度比が（１００）：（１１０）≧１、
（１００）；（１１１）〉１０となるようなエッチ液を
用いることが好ましい。このようなエッチ液として例え
ば、ＫＯＨ５〜５５Ｗｔ％十インプロピルアルコール又
はバイロカテコール十エチレンジアミンが有る。このよ
うな八角形状の超歪領域を有するダイアフラムであれば
、従来の円形状のもののように厚み偏差が大きくなると
いう欠点を除去でき「 また、従来の四形状のもののよ
うに抵抗の配置可能範囲及び厚み許容範囲が狭くなるこ
と、あるいは局部に応力集中が起るという欠点を除去で
き、これに伴って印加許容圧力の最大値も大きくできる
という鰻れた効果を発揮する。本発明によれば、起歪領
域の形成精度が高いダイアフラムを提供できる。
ためにはエッチ速度比が（１００）：（１１０）≧１、
（１００）；（１１１）〉１０となるようなエッチ液を
用いることが好ましい。このようなエッチ液として例え
ば、ＫＯＨ５〜５５Ｗｔ％十インプロピルアルコール又
はバイロカテコール十エチレンジアミンが有る。このよ
うな八角形状の超歪領域を有するダイアフラムであれば
、従来の円形状のもののように厚み偏差が大きくなると
いう欠点を除去でき「 また、従来の四形状のもののよ
うに抵抗の配置可能範囲及び厚み許容範囲が狭くなるこ
と、あるいは局部に応力集中が起るという欠点を除去で
き、これに伴って印加許容圧力の最大値も大きくできる
という鰻れた効果を発揮する。本発明によれば、起歪領
域の形成精度が高いダイアフラムを提供できる。
第亀図及び第２図は従釆のダイアフラムの構造を示す斜
視図、第３図は本発明のダイアフラムの一例を示す平面
図、第４図及び第５図はそのＡ−Ａ′線断面図及びＢ−
８線断面図である。 亀・・…・半導体部材、２…・・・起歪領域、３・…−
・境界線ｔ ４・…・・固定領域、１４ａ，貴４ｂ，竃
５ａ，翼５ｂ…・・・抵抗領域「 亀６ａ〜重６ｄ・・
・・・・電極。 努’巌 菟Ｚ薄 多Ｊ図 努４９ 孫づ図
視図、第３図は本発明のダイアフラムの一例を示す平面
図、第４図及び第５図はそのＡ−Ａ′線断面図及びＢ−
８線断面図である。 亀・・…・半導体部材、２…・・・起歪領域、３・…−
・境界線ｔ ４・…・・固定領域、１４ａ，貴４ｂ，竃
５ａ，翼５ｂ…・・・抵抗領域「 亀６ａ〜重６ｄ・・
・・・・電極。 努’巌 菟Ｚ薄 多Ｊ図 努４９ 孫づ図
Claims (1)
- １ 圧力が印加される起歪領域と、該起歪領域を支持部
材に固定する固定領域と、起歪領域の表面に形成され該
起歪領域とは逆導電型を有する歪ゲージ抵抗体領域とか
らなる圧力−電気信号変換装置において、これらの各領
域を一体の半導体単結晶を用いて形成するとともに、前
記起歪領域と固定領域との境界線が前記半導体単結晶の
水平面における異なる２種類の結晶軸に平行な直線によ
って八角形状を為すようにしたことを特徴とする圧力−
電気信号変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9616078A JPS6013314B2 (ja) | 1978-08-09 | 1978-08-09 | 圧力−電気信号変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9616078A JPS6013314B2 (ja) | 1978-08-09 | 1978-08-09 | 圧力−電気信号変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5524408A JPS5524408A (en) | 1980-02-21 |
| JPS6013314B2 true JPS6013314B2 (ja) | 1985-04-06 |
Family
ID=14157592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9616078A Expired JPS6013314B2 (ja) | 1978-08-09 | 1978-08-09 | 圧力−電気信号変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6013314B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0423611U (ja) * | 1990-06-21 | 1992-02-26 | ||
| US5289721A (en) * | 1990-09-10 | 1994-03-01 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor pressure sensor |
| JP2001269900A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-10-02 | Robert Bosch Gmbh | マイクロメカニック式のキャップ構造及びその製造方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57204176A (en) * | 1981-06-10 | 1982-12-14 | Hitachi Ltd | Semiconductor pressure converter |
| US5425841A (en) * | 1993-06-16 | 1995-06-20 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Piezoresistive accelerometer with enhanced performance |
| JP2007170112A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Marushima Sangyo Kk | 防水扉 |
| JP5692099B2 (ja) * | 2012-01-13 | 2015-04-01 | 三菱電機株式会社 | 半導体圧力センサおよびその製造方法 |
| JP5899939B2 (ja) * | 2012-01-13 | 2016-04-06 | 株式会社デンソー | 半導体圧力センサ、及び、その製造方法 |
-
1978
- 1978-08-09 JP JP9616078A patent/JPS6013314B2/ja not_active Expired
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0423611U (ja) * | 1990-06-21 | 1992-02-26 | ||
| US5289721A (en) * | 1990-09-10 | 1994-03-01 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor pressure sensor |
| DE4130044C2 (de) * | 1990-09-10 | 2001-08-30 | Denso Corp | Halbleiter-Drucksensor |
| JP2001269900A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-10-02 | Robert Bosch Gmbh | マイクロメカニック式のキャップ構造及びその製造方法 |
| JP2012091317A (ja) * | 2000-02-04 | 2012-05-17 | Robert Bosch Gmbh | マイクロメカニック式のキャップ構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5524408A (en) | 1980-02-21 |
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