JPS6077470A - ダイアフラム型半導体圧力センサ - Google Patents
ダイアフラム型半導体圧力センサInfo
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- JPS6077470A JPS6077470A JP58185403A JP18540383A JPS6077470A JP S6077470 A JPS6077470 A JP S6077470A JP 58185403 A JP58185403 A JP 58185403A JP 18540383 A JP18540383 A JP 18540383A JP S6077470 A JPS6077470 A JP S6077470A
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- Japan
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- pressure
- resistors
- pressure sensitive
- diaphragm
- sensitive resistor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はピエゾ抵抗効果全利用したダイアフラム型半導
体圧力センサに関する。
体圧力センサに関する。
従来この種の圧力センザには第１図！ａｌ ＋ （ｂｔ
の平面図と側面図に示す構造のものがある。ｎ型シリコ
ン基板１の中央部が機械的研摩または化学的エツチング
等によＶ薄膜化されたダイアフラム２が形成され、この
ダイアフラム２上に例えば硼素の選択拡散あるいはイオ
ン注入によって４個の感圧抵抗３，４，５．６が形成さ
れている。
の平面図と側面図に示す構造のものがある。ｎ型シリコ
ン基板１の中央部が機械的研摩または化学的エツチング
等によＶ薄膜化されたダイアフラム２が形成され、この
ダイアフラム２上に例えば硼素の選択拡散あるいはイオ
ン注入によって４個の感圧抵抗３，４，５．６が形成さ
れている。
感圧抵抗３ｔ４＋５．６ｆｔ第２図に示す様にアルミ配
線等によりブリッジ接続し定電圧源７または定電流源８
で駆動すれば、出力端子９，１０間に印加圧力に比例し
た電圧出力Ｖｏが得られる。第１図に示した感圧抵抗配
（倚は（１，００）面ｎ型シリコン基板を用いた場合の
典型的な例で、ダイアフラム２Ｖ′ｃ裏面から圧力を印
加した場合、感圧抵抗３．６の抵抗値は減少し、感圧抵
抗４，５の抵抗値は増大する。従ってブリッジ回路の出
方端子９の電位は上昇し、出力端子１ｏの１４１位は下
降してＶｏ なる出力電圧が発生する。
線等によりブリッジ接続し定電圧源７または定電流源８
で駆動すれば、出力端子９，１０間に印加圧力に比例し
た電圧出力Ｖｏが得られる。第１図に示した感圧抵抗配
（倚は（１，００）面ｎ型シリコン基板を用いた場合の
典型的な例で、ダイアフラム２Ｖ′ｃ裏面から圧力を印
加した場合、感圧抵抗３．６の抵抗値は減少し、感圧抵
抗４，５の抵抗値は増大する。従ってブリッジ回路の出
方端子９の電位は上昇し、出力端子１ｏの１４１位は下
降してＶｏ なる出力電圧が発生する。
然しなからこの様な構成の圧力センナでは製造時の目合
せ誤差によって生じるダイアフラムと感圧抵抗の位置ず
れや、膜厚の不均一性により圧力−出力電圧特性の直線
性が劣化する。例えばダイアフラム２が第１図の破線で
示す設計中心から一点鎖線で丞す位置にずれた場合、各
感圧抵抗の受ける応力が非対称となる。その結果各感圧
抵抗の抵抗変化率が不均衡となり、出力特注の直線性が
劣化する。特に感圧抵抗３，６は中心からの距離が大き
く異なって来て、しかもダイアフラム周辺部では応力変
化が急激であるので印加圧力に対する抵抗変化率は著し
く不均衡となり、出力の直線性が大きく損われる。一方
、ダイアフラム２が設計中心にあっても膜厚の不均一性
があると各感圧抵抗の感度が不均一となる。％に圧力感
度は膜厚の２乗に反比例し、微少な膜厚差でも感度変化
は太きい。前記位置ずれはマスクの機械的位置合せイ漬
度で制限され数μｍ程度は避けられない。また膜〜の不
均一性はエツチング速度のばらつきにより生じ、これを
無くすことは製造技術上非常に困難である。
せ誤差によって生じるダイアフラムと感圧抵抗の位置ず
れや、膜厚の不均一性により圧力−出力電圧特性の直線
性が劣化する。例えばダイアフラム２が第１図の破線で
示す設計中心から一点鎖線で丞す位置にずれた場合、各
感圧抵抗の受ける応力が非対称となる。その結果各感圧
抵抗の抵抗変化率が不均衡となり、出力特注の直線性が
劣化する。特に感圧抵抗３，６は中心からの距離が大き
く異なって来て、しかもダイアフラム周辺部では応力変
化が急激であるので印加圧力に対する抵抗変化率は著し
く不均衡となり、出力の直線性が大きく損われる。一方
、ダイアフラム２が設計中心にあっても膜厚の不均一性
があると各感圧抵抗の感度が不均一となる。％に圧力感
度は膜厚の２乗に反比例し、微少な膜厚差でも感度変化
は太きい。前記位置ずれはマスクの機械的位置合せイ漬
度で制限され数μｍ程度は避けられない。また膜〜の不
均一性はエツチング速度のばらつきにより生じ、これを
無くすことは製造技術上非常に困難である。
これらの直線性の劣化を改善する為に第３図に示す様に
感圧抵抗３，６に隣接して感圧抵抗３′。
感圧抵抗３，６に隣接して感圧抵抗３′。
６′を形成し、感圧抵抗３．３’、４．５か感圧抵抗４
、５ 、６ 、６’かのいづれかよい方の組合せでブ
リッジを構成するものが提案されている。
、５ 、６ 、６’かのいづれかよい方の組合せでブ
リッジを構成するものが提案されている。
しかし、感圧抵抗４，５と感圧抵抗３，３′あるいは６
，６′との間の抵抗変化率の不均衡は改善されていない
。
，６′との間の抵抗変化率の不均衡は改善されていない
。
あるいは他の改善提案として第４図及び第５図に示すも
の（特願昭５８−００３８１２）がある。これは（１１
０）面ｎ型シリコン基板を用いた例で。
の（特願昭５８−００３８１２）がある。これは（１１
０）面ｎ型シリコン基板を用いた例で。
感圧抵抗１１と１１′および感圧抵抗１４と１４′は縦
方向の感圧抵抗である。感圧抵抗１２と１２′および感
圧抵抗１３と１３’は横方向の感圧抵抗である。これら
の感圧抵抗を第５図に示されている様なブリッジ回路に
接続すると１例えば位置ずれや膜厚の不均一にエフ感圧
抵抗１１及び１１′が感圧抵抗１４及び１４′に比べて
感度が低下しても感圧抵抗１１と１４及び感圧抵抗１１
′と１４′を直列接続してブリッジ回路の一辺を構成し
ているので、不均一が平均化され直線性が改善される。
方向の感圧抵抗である。感圧抵抗１２と１２′および感
圧抵抗１３と１３’は横方向の感圧抵抗である。これら
の感圧抵抗を第５図に示されている様なブリッジ回路に
接続すると１例えば位置ずれや膜厚の不均一にエフ感圧
抵抗１１及び１１′が感圧抵抗１４及び１４′に比べて
感度が低下しても感圧抵抗１１と１４及び感圧抵抗１１
′と１４′を直列接続してブリッジ回路の一辺を構成し
ているので、不均一が平均化され直線性が改善される。
しかしながら感圧抵抗をイオン注入等で形成する場合、
各感圧抵抗の距離が離れていると注入量の不均一により
抵抗値がばらつき完全に平均化するのは困難である。
各感圧抵抗の距離が離れていると注入量の不均一により
抵抗値がばらつき完全に平均化するのは困難である。
本発明の目的は、上記欠点を解消し、感圧抵抗とダイア
フラムとの位置ずれや膜厚の不均一性等に帰因する圧力
感度の非直線性を除去し得るダイアフラム型半導体圧力
センサを提供することにある。
フラムとの位置ずれや膜厚の不均一性等に帰因する圧力
感度の非直線性を除去し得るダイアフラム型半導体圧力
センサを提供することにある。
本発明のダイアフラム型半導体圧力センサは。
ダイアフラム上の第１の端部に４個以上の感圧抵抗１ｃ
隣接して配置した第１の感圧抵抗群と、前記第１の端部
と前記ダイアフラムの中心に関して＃１は直角を成す前
記ダイアフラム上の第２の端部に４個以上の感圧抵抗を
隣接して配置した第２の感圧抵抗群と、前記第１の感圧
抵抗群から２個以上選んで直列接続した第１の狭路、前
記第２の感圧抵抗群から２個以上選んで直列接続した第
２の４支路、前記第１の感圧抵抗群から別の２個以上を
選んで直列接続した第３の狭路、前記第２の感圧抵抗群
から別の２個以上を選んで直列接続した第４の枝路を順
次接続して構成したブリッジ回路とを有すること′（ｉ
ｌ′特徴とする。
隣接して配置した第１の感圧抵抗群と、前記第１の端部
と前記ダイアフラムの中心に関して＃１は直角を成す前
記ダイアフラム上の第２の端部に４個以上の感圧抵抗を
隣接して配置した第２の感圧抵抗群と、前記第１の感圧
抵抗群から２個以上選んで直列接続した第１の狭路、前
記第２の感圧抵抗群から２個以上選んで直列接続した第
２の４支路、前記第１の感圧抵抗群から別の２個以上を
選んで直列接続した第３の狭路、前記第２の感圧抵抗群
から別の２個以上を選んで直列接続した第４の枝路を順
次接続して構成したブリッジ回路とを有すること′（ｉ
ｌ′特徴とする。
以下１本発明の実施例を示す肉面を参照して説明する。
第６図、第７図は本発明を（１００）面ｎ形シリコン基
板２１を用いた圧力センサに適用した場合の一実施例で
ある。感圧抵抗２３．２３’、２４゜２４’ 、２５．
２５’ 、２６．２６’をダイアフラム２２の輪部に拡
散またはイオン注入で形成する。感圧抵抗２３．２３’
、２５．２５’ 、２４゜２４’ 、２６．２６’は
いづれも（：１１０．＞軸方向に配置しである。これら
の感圧抵抗を第７図に示す様にアルミ配置等で接続しブ
リッジ回路を構成する。横方向の感圧抵抗は感圧抵抗２
３と２５′を直列接続したものと感圧抵抗２３と ２５
を直列接続したものとから形成されている。同様に縦方
向の感圧抵抗は感圧抵抗２４と２６′を直列接続したも
のと感圧抵抗２４′と２６を直列接続したものとから形
成されている。ダイアフラム加工は例えばアルカリ溶液
による異方性エツチングで行う。
板２１を用いた圧力センサに適用した場合の一実施例で
ある。感圧抵抗２３．２３’、２４゜２４’ 、２５．
２５’ 、２６．２６’をダイアフラム２２の輪部に拡
散またはイオン注入で形成する。感圧抵抗２３．２３’
、２５．２５’ 、２４゜２４’ 、２６．２６’は
いづれも（：１１０．＞軸方向に配置しである。これら
の感圧抵抗を第７図に示す様にアルミ配置等で接続しブ
リッジ回路を構成する。横方向の感圧抵抗は感圧抵抗２
３と２５′を直列接続したものと感圧抵抗２３と ２５
を直列接続したものとから形成されている。同様に縦方
向の感圧抵抗は感圧抵抗２４と２６′を直列接続したも
のと感圧抵抗２４′と２６を直列接続したものとから形
成されている。ダイアフラム加工は例えばアルカリ溶液
による異方性エツチングで行う。
次に本実施例の効果について説明する。ダイアフラム位
置が目合せ誤差によＶ第６図の一点鎖線で示す様にずれ
た場合、各感圧抵抗はダイアフラム中心からの距離が異
なり、前述の様に抵抗変化率が不均衡となる。第６図の
例では感圧抵抗２４゜２４′は対応１−る他の感圧抵抗
２６．２６’よりダイアフラム中心からの距離が大きく
なるので印加圧力に対する抵抗変化率が増大する。しか
し感圧抵抗２４と２６′及び２４′と２６とをそれぞれ
直列接続してブリッジ回路の相対する二辺の抵抗として
いるので抵抗変化率の不均衡が解消される。感圧抵抗２
３．２３’ 、２５．２５’に関しても同様の効果が得
られる。また感圧抵抗２３゜２３’ 、２５．２５’及
び感圧抵抗２４．２４’。
置が目合せ誤差によＶ第６図の一点鎖線で示す様にずれ
た場合、各感圧抵抗はダイアフラム中心からの距離が異
なり、前述の様に抵抗変化率が不均衡となる。第６図の
例では感圧抵抗２４゜２４′は対応１−る他の感圧抵抗
２６．２６’よりダイアフラム中心からの距離が大きく
なるので印加圧力に対する抵抗変化率が増大する。しか
し感圧抵抗２４と２６′及び２４′と２６とをそれぞれ
直列接続してブリッジ回路の相対する二辺の抵抗として
いるので抵抗変化率の不均衡が解消される。感圧抵抗２
３．２３’ 、２５．２５’に関しても同様の効果が得
られる。また感圧抵抗２３゜２３’ 、２５．２５’及
び感圧抵抗２４．２４’。
２６．２６’は隣接して配向しであるので、不純物濃度
の場所による不均一が少なく、抵抗値の均一性が良い。
の場所による不均一が少なく、抵抗値の均一性が良い。
更にタイアフラム厚の場所による不均一に帰因する抵抗
率変化の不均衡も解消され。
率変化の不均衡も解消され。
極めて直線性の良い半導体圧力センサが得られる。
次に感圧抵抗を３分割した場合の本発明の実施例につい
て説明する。第８図、第９［＊Ｉはそれぞれ第２の実施
例を示す感圧抵抗の配置図及び接続図である。例えば感
圧抵抗３３．３５’ 、３３”を直列接続したものと感
圧抵抗３５．３３’ 、３５″を直列接続したものをそ
れぞれブリッジ回路の相対する二辺とする。同様に感圧
抵抗３４．３６’。
て説明する。第８図、第９［＊Ｉはそれぞれ第２の実施
例を示す感圧抵抗の配置図及び接続図である。例えば感
圧抵抗３３．３５’ 、３３”を直列接続したものと感
圧抵抗３５．３３’ 、３５″を直列接続したものをそ
れぞれブリッジ回路の相対する二辺とする。同様に感圧
抵抗３４．３６’。
３４″と感圧抵抗３６．３４’、３６”をそれぞれブリ
ッジ回路の相対する二辺とする。これらの感圧抵抗は極
めて接近して配いされているので各抵抗値のばらつきは
少く、更に第１の実施例と同じく互に対向する位置の感
圧抵抗を組合せているので、目合せずれの影響や膜厚の
不均一による直線性の劣化を解消できる。なお、３１は
ｎ型シリ：Ｆン基板１３２はダイヤフラムである。
ッジ回路の相対する二辺とする。これらの感圧抵抗は極
めて接近して配いされているので各抵抗値のばらつきは
少く、更に第１の実施例と同じく互に対向する位置の感
圧抵抗を組合せているので、目合せずれの影響や膜厚の
不均一による直線性の劣化を解消できる。なお、３１は
ｎ型シリ：Ｆン基板１３２はダイヤフラムである。
以上、（１００）面ｎ型シリコン基板を用いた本発明の
半導体圧力センサの２つの実施例を挙げて説明した。し
かしながらシリコン基板の導電型及び面方向また感圧抵
抗の導電型、軸方向、配置を変更してもよい。更にダイ
アフラムの形状に関しても円形や正方形に限定しなくて
もよく、長方形や楕円形であっても良い。ブリッジ回路
の構成に関しても各辺の抵抗を２分割及び３分割して直
列接続する構成で説明したが、４分割あるいはそれ以上
に分割して直列接続することも可能である。
半導体圧力センサの２つの実施例を挙げて説明した。し
かしながらシリコン基板の導電型及び面方向また感圧抵
抗の導電型、軸方向、配置を変更してもよい。更にダイ
アフラムの形状に関しても円形や正方形に限定しなくて
もよく、長方形や楕円形であっても良い。ブリッジ回路
の構成に関しても各辺の抵抗を２分割及び３分割して直
列接続する構成で説明したが、４分割あるいはそれ以上
に分割して直列接続することも可能である。
上記説明から明らかな様に本発明によればブリッジ各辺
の抵抗値及び抵抗変化率が均一で非直線誤差の少ない半
導体圧力センサが得られる。
の抵抗値及び抵抗変化率が均一で非直線誤差の少ない半
導体圧力センサが得られる。
第１図（ａｌ 、 （ｂ）は従来の半導体圧力センサを
例示する平面図、側面図、第２図は従来例を示す回路１
図、第３図は他の従来例を示す平面図、第４図。 第５図りそれぞれさらに他の従来例を示す平面図。 回路図、第６図、第７図はそれぞれ本発明の第１の実施
例を示す平面図、動１路図、第８図、第９図はそれぞれ
本発明の第２の実施例を示す平面図３７・・・・・・ダ
イアフラム＋ ３１４１５１６１ａ”＋６’ 、１１．
１１’ 、１２．１２’ 、１３．１３’。 １４．１４’ ３３．３３’ 、３３“、３４．３４’
。 ３４“、３５．３５’ 、３５ ”、３６．３６’ 。 ３６，２３．２３’ 、２４．２４’ 、２５．２５’
。 ２６．２６’７・・・・・・感圧抵ｔｒｉ、、 ７・・
・・・・知゛電圧源。 ８・・・・・・定電流源、９，１．０・・・・・・出力
端子。 第１ 図 第２図 第４霞
例示する平面図、側面図、第２図は従来例を示す回路１
図、第３図は他の従来例を示す平面図、第４図。 第５図りそれぞれさらに他の従来例を示す平面図。 回路図、第６図、第７図はそれぞれ本発明の第１の実施
例を示す平面図、動１路図、第８図、第９図はそれぞれ
本発明の第２の実施例を示す平面図３７・・・・・・ダ
イアフラム＋ ３１４１５１６１ａ”＋６’ 、１１．
１１’ 、１２．１２’ 、１３．１３’。 １４．１４’ ３３．３３’ 、３３“、３４．３４’
。 ３４“、３５．３５’ 、３５ ”、３６．３６’ 。 ３６，２３．２３’ 、２４．２４’ 、２５．２５’
。 ２６．２６’７・・・・・・感圧抵ｔｒｉ、、 ７・・
・・・・知゛電圧源。 ８・・・・・・定電流源、９，１．０・・・・・・出力
端子。 第１ 図 第２図 第４霞
Claims (1)
- ダイアフラム上の第１の端部に４個以上の感圧抵抗を隣
接して配置した第１の感圧抵抗群と、前記第１の端部と
前記ダイアフラムの中心に関してほぼ直角を成す前記ダ
イアフラム上の第２の端部に４個以上の感圧抵抗ｘｈ接
して配置した第２の感圧抵抗群と、前記第１の感圧抵抗
群から２個以上選んで直列接続した第１の波路、前記第
２の感圧抵抗７（［から２個以上選んで直列接続した第
２の枝路、前記第１の感圧抵抗群から別の２個以上を選
んで直列接続した第３の狭路、前記第２の感圧抵抗群か
ら別の２個以上を選んで直列接続した第４の岐路を順次
接続して構成したブリッジ回路と金有することを特徴と
するダイアフラム型半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58185403A JPS6077470A (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | ダイアフラム型半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58185403A JPS6077470A (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | ダイアフラム型半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6077470A true JPS6077470A (ja) | 1985-05-02 |
| JPH0473304B2 JPH0473304B2 (ja) | 1992-11-20 |
Family
ID=16170178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58185403A Granted JPS6077470A (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | ダイアフラム型半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6077470A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1110067A4 (en) * | 1998-08-21 | 2001-10-24 | Motorola Inc | PRESSURE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
| US6424014B2 (en) | 2000-02-25 | 2002-07-23 | Oki Electric Industry Co,Ltd. | Semiconductor element with electric field reducing device mounted therein for increasing dielectric strength |
| FR2820201A1 (fr) * | 2001-01-31 | 2002-08-02 | Denso Corp | Capteur de quantite dynamique a semiconducteur |
| JP2009300197A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Alps Electric Co Ltd | 半導体圧力センサ |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018169177A (ja) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 圧力センサ素子と、これを用いた圧力センサ |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS54162492A (en) * | 1978-06-13 | 1979-12-24 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor pressure transducer |
| JPS5524273A (en) * | 1978-08-11 | 1980-02-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Check valve |
-
1983
- 1983-10-04 JP JP58185403A patent/JPS6077470A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54162492A (en) * | 1978-06-13 | 1979-12-24 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor pressure transducer |
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| DE10203631B4 (de) * | 2001-01-31 | 2009-11-19 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Halbleitersensor für eine dynamische Grösse |
| JP2009300197A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Alps Electric Co Ltd | 半導体圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0473304B2 (ja) | 1992-11-20 |
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