CN107407610A - 力检测装置 - Google Patents

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Abstract

力检测装置具备基板(2)和力传递块(4)。上述基板具有：设置在基板的主面并构成了桥接电路的台面型测量仪器(12、14、16、18)；设置在上述主面的连接区域(42、44、46、48)；以及围绕上述台面型测量仪器的周围并与上述力传递块接合的密封部(20)。上述台面型测量仪器具有沿着第1方向延伸的第1台面型测量仪器(14、18)、和沿着第2方向延伸并远离上述第1台面型测量仪器的第2台面型测量仪器(12、16)。上述连接区域将上述第1台面型测量仪器的一端与上述第2台面型测量仪器的一端电连接。

Description

力检测装置
本申请基于2015年4月6日申请的日本专利申请号2015－77773号以及2015年4月22日申请的日本专利申请号2015―87566号主张优先权，在此援引其记载内容。
技术领域
本公开涉及具备利用压阻效应的台面型测量仪器(mesa-type gauge)的力检测装置。
背景技术
正在开发一种具备台面型测量仪器的力检测装置，专利文献1～3公开了其一个例子。台面型测量仪器具有压阻效应，电阻值针对应力而变化。力检测装置构成为利用该电阻值的变化来检测力。
正在开发一种利用压阻效应的力检测装置，专利文献1公开了其一个例子。这种力检测装置具备基板以及力传递块。在基板的主面设有构成桥接电路的多个台面型测量仪器。例如，构成桥接电路的多个台面型测量仪器与矩形的边对应配置。力传递块被设置成与多个台面型测量仪器的顶面相接。若力传递块按压台面型测量仪器，则对台面型测量仪器施加的压缩应力增大，台面型测量仪器的电阻值根据压阻效应而变化。根据该电阻值的变化可检测对力传递块施加的力。
专利文献2提出一种围绕多个台面型测量仪器的周围具有力传递块与基板接合的密封型构造的力检测装置。对这样的密封型的力检测装置而言，施加于力传递块的力高效地传递至多个台面型测量仪器，能够具有高灵敏度的特性。
在密封型的力检测装置中，施加于台面型测量仪器的压缩应力取决于密封有台面型测量仪器的空间(以下称为密封空间)内的台面型测量仪器的位置。因此，为了对台面型测量仪器恰当地施加压缩应力，需要将台面型测量仪器配置在密封空间内的规定的位置。结果，在与矩形的边对应地配置的多个台面型测量仪器构成桥接电路的情况下，导致各个台面型测量仪器的长度被自动地决定。因此，为了调整台面型测量仪器的灵敏度，只有变更台面型测量仪器的宽度，台面型测量仪器的设计的自由度低。
专利文献1:日本特开2001－304997号公报
专利文献2:日本特开2006－058266号公报(特别是图9)
专利文献3:日本特开2015－001495号公报
发明内容
本公开的目的在于，提供一种在具备构成桥接电路的多个台面型测量仪器的密封型的力检测装置中，台面型测量仪器的设计的自由度提高了的力检测装置。并且，本公开的目的在于，提供一种改善台面型测量仪器中的应力与电阻值的非直线性的关系、改善了力检测装置的输出特性的直线性的力检测装置技术。
在本公开的第一方式中，力检测装置具备基板和力传递块。上述基板具有：设置在基板的主面，构成桥接电路的台面型测量仪器；设置在上述主面，被导入杂质的连接区域；以及设置在上述主面，围绕上述台面型测量仪器的周围，与上述力传递块接合的密封部。上述台面型测量仪器具有：沿着第1方向延伸的第1台面型测量仪器；和沿着与上述第1方向不同的第2方向延伸并远离上述第1台面型测量仪器的第2台面型测量仪器。上述连接区域被配置在上述第1台面型测量仪器的一端与上述第2台面型测量仪器的一端之间，将上述第1台面型测量仪器的一端与上述第2台面型测量仪器的一端电连接。
在上述的力检测装置中，第1台面型测量仪器的一端与第2台面型测量仪器的一端不直接连接，在两者之间配置有连接区域。第1台面型测量仪器的一端以及第2台面型测量仪器的一端与连接区域电连接。因此，通过调整连接区域的范围，能够调整第1台面型测量仪器的长度以及第2台面型测量仪器的长度。因此，在具备构成桥接电路的台面型测量仪器的密封型的力检测装置中，能够提高第1台面型测量仪器以及第2台面型测量仪器的设计的自由度。
在本公开的第二方式中，力检测装置具有台面型测量仪器、和与上述台面型测量仪器并联连接的固定电阻体。利用上述台面型测量仪器与上述固定电阻体的合成电阻值的变化来检测力。
对应力与电阻值的关系表示比例特性的可变电阻体并联连接了固定电阻体的并联连接体中的应力与合成电阻值的关系如图13所示，具有向上凸的非直线性。在上述的力检测装置中，对应力与电阻值的关系具有向下凸的非直线性的台面型测量仪器并联连接固定电阻体。根据该构成，台面型测量仪器所具有的向下凸的非直线特性通过固定电阻体的引入而被向上凸的非直线特性抵消，并联连接体中的应力与合成电阻值的关系具有良好的直线性。因此，能够改善力检测装置的输出特性的直线性。
附图说明
通过参照附图而进行的下述的详细记述，会更加明确关于本公开的上述目的以及其他目的、特征、优点。对其附图而言，
图1示意性地表示实施例的力检测装置的分解立体图，用双点划线表示由半导体基板和力传递块构成的密封空间的范围，
图2示意性地表示实施例的力检测装置所具备的半导体基板的俯视图，用双点划线表示由半导体基板和力传递块构成的密封空间的范围，
图3示意性地表示与图2的III-III线对应的剖面图，
图4示意性地表示与图2的IV-IV线对应的剖面图，
图5表示实施例的力检测装置所具备的力传递块，示意性地表示半导体基板进行接合的面，
图6示意性地表示实施例2的力检测装置的分解立体图，用双点划线表示由半导体基板和力传递块构成的密封空间的范围，
图7示意性地表示实施例2的力检测装置所具备的半导体基板的俯视图，用双点划线表示由半导体基板和力传递块构成的密封空间的范围，
图8示意性地表示与图7的VIII-VIII线对应的剖面图，
图9示意性地表示与图7的IX-IX线对应的剖面图，
图10表示实施例2的力检测装置所具备的力传递块，示意性地表示半导体基板进行接合的面，
图11示意性地表示实施例3的力检测装置所具备的台面型测量仪器的局部放大图，
图12表示台面型测量仪器单体的应力与电阻值的关系，
图13表示对应力和电阻值的关系表示比例特性的可变电阻体并联连接了固定电阻体时的应力与合成电阻值的关系。
具体实施方式
以下，对本说明书中公开的技术特征进行整理。其中，以下记载的事项分别单独具有技术上的有用性。
本说明书中公开的力检测装置的一个实施方式是检测各种压力的传感器，在一个例子中，可以将气压或者液压作为检测对象。该力检测装置可以具备基板和力传递块。基板的材料优选是能够展现出电阻根据压缩应力而变化的压阻效应的材料。例如，作为基板，可例示半导体基板以及SOI基板。基板具有台面型测量仪器、连接区域、以及密封部。台面型测量仪器设在基板的主面，构成桥接电路。连接区域设在基板的主面，被导入杂质。密封部设在基板的主面，围绕台面型测量仪器的周围，与力传递块接合。台面型测量仪器具有第1台面型测量仪器和第2台面型测量仪器。第1台面型测量仪器沿第1方向延伸。第2台面型测量仪器沿与第1方向不同的第2方向延伸，远离第1台面型测量仪器。连接区域配置在第1台面型测量仪器的一端与第2台面型测量仪器的一端之间，将第1台面型测量仪器的一端与第2台面型测量仪器的一端电连接。
在本说明书公开的力检测装置中，基板设在基板的主面，可以还具有被导入了杂质的布线。连接区域可以包括在第1台面型测量仪器的一端与第2台面型测量仪器的一端之间缩窄的缩窄部。布线与缩窄部连接。例如，在不包括缩窄部的连接区域中，因制造偏差而在连接区域内流动的电流的路径也会偏差。这样的电流路径的偏差成为零点偏移特性的劣化的原因。另一方面，在包括缩窄部的连接区域中，能够限制在连接区域内流动的电流的路径。由此，可抑制力检测装置的零点偏移特性的劣化。
在本说明书公开的力检测装置中，可以基板的第1方向是电阻值相对于应力相对大幅变化的方向，基板的第2方向是与第1方向正交且电阻值相对于应力相对小幅变化的方向。可以第1台面型测量仪器具有第1高灵敏度台面型测量仪器和第2高灵敏度台面型测量仪器，第2台面型测量仪器具有第1低灵敏度台面型测量仪器和第2低灵敏度台面型测量仪器。第1高灵敏度台面型测量仪器与第2高灵敏度台面型测量仪器可以相对于密封部的内侧的内侧区域的中心点配置为点对称。根据该构成，由于向第1高灵敏度台面型测量仪器以及第2高灵敏度台面型测量仪器分别传递的力与施加于力传递块的力相等，所以能够提高针对施加给力传递块的力的输出的线形性。
在本说明书公开的力检测装置中，内侧区域可以是矩形状。对内侧区域而言，可以1组对置的边沿第1方向延伸，另外1组对置的边沿第2方向延伸。第1高灵敏度台面型测量仪器与第2高灵敏度台面型测量仪器可以被配置在沿第2方向将内侧区域3等份的位置，并且，被配置在内侧区域的第1方向的中央。根据该构成，施加给力传递块的力沿着与第1高灵敏度台面型测量仪器以及第2高灵敏度台面型测量仪器垂直的方向传递。因此，能够抑制第1高灵敏度台面型测量仪器以及第2高灵敏度台面型测量仪器倾斜压缩的情况，能够进一步提高针对施加给力传递块的力的输出的线形性。
实施例1
如图1所示，力检测装置1例如是检测压力容器的容器内压的半导体压力传感器，具备半导体基板2以及力传递块4。
如图1、2所示，半导体基板2是n型的单晶硅，其主面2S是(110)结晶面。在半导体基板2的主面2S形成有多个槽11。多个槽11形成在半导体基板2的主面2S的检测部10内，在该检测部10内划分多个台面型测量仪器12、14、16、18。
如图1、2、3、4所示，台面型测量仪器12、14、16、18从槽11的底面以台面状突出，其高度约为0.5～5μm。台面型测量仪器12、14、16、18的顶面与槽11的周围的半导体基板2的主面2S位于相同面。即，台面型测量仪器12、14、16、18作为例如利用干式蚀刻技术在半导体基板2的主面2S形成了多个槽11的剩余部分而形成。
如图1、2所示，检测部10的台面型测量仪器12、14、16、18与正方形的边对应配置，但台面型测量仪器12、14、16、18各自的端部远离其他的台面型测量仪器12、14、16、18各自的端部而配置。构成对置的一对边的台面型测量仪器14、18分别称为第1高灵敏度台面型测量仪器14以及第2高灵敏度台面型测量仪器18。构成对置的另一对边的台面型测量仪器12、16分别称为第1低灵敏度台面型测量仪器12以及第2低灵敏度台面型测量仪器16。
第1高灵敏度台面型测量仪器14以及第2高灵敏度台面型测量仪器18沿着半导体基板2的＜110＞方向延伸。沿着半导体基板2的＜110＞方向延伸的第1高灵敏度台面型测量仪器14以及第2高灵敏度台面型测量仪器18以电阻值根据压缩应力而大幅变化作为特征，具有压阻效应。其中，半导体基板2的＜110＞方向相当于“第1方向”的一个例子。
第1低灵敏度台面型测量仪器12以及第2低灵敏度台面型测量仪器16沿着与半导体基板2的＜110＞方向正交的半导体基板2的＜100＞方向延伸。沿着半导体基板2的＜100＞方向延伸的第1低灵敏度台面型测量仪器12以及第2低灵敏度台面型测量仪器16以电阻值几乎不根据压缩应力而变化作为特征，实质上不具有压阻效应。其中，半导体基板2的＜100＞方向相当于“第2方向”的一个例子。
如图1、2、3、4所示，在台面型测量仪器12、14、16、18的表面形成有被导入了p型杂质的测量仪器部12a、14a、16a、18a。测量仪器部12a、14a、16a、18a的杂质浓度约为1×1018～1×1021cm-3。测量仪器部12a、14a、16a、18a的杂质浓度以及扩散深度在台面型测量仪器12、14、16、18的各个中共同。测量仪器部12a、14a、16a、18a通过pn结实质上与n型的半导体基板2绝缘。
台面型测量仪器12、14、16、18的各自宽度以及长度共同。因此，台面型测量仪器12、14、16、18的测量仪器部12a、14a、16a、18a的各自电阻值相等。其中，台面型测量仪器12、14、16、18的宽度是与长边方向正交的方向的宽度。在该例子中，高灵敏度台面型测量仪器14、18的宽度成为半导体基板2的＜100＞方向的宽度，低灵敏度台面型测量仪器12、16的宽度成为半导体基板2的＜110＞方向的宽度。高灵敏度台面型测量仪器14、18关于将低灵敏度台面型测量仪器12、16的各自中点连接的直线(省略图示)为线对称。低灵敏度台面型测量仪器12、16关于将高灵敏度台面型测量仪器14、18的各自中点连接的直线(省略图示)为线对称。
如图1、2所示，半导体基板2在主面2S具有被导入了p型杂质的连接区域42、44、46、48。连接区域42、44、46、48的杂质浓度约为1×1018～1×1021cm-3。连接区域42、44、46、48通过与台面型测量仪器12、14、16、18的测量仪器部12a、14a、16a、18a相同的工序而形成。
第1连接区域42被配置在第1低灵敏度台面型测量仪器12的一端与第1高灵敏度台面型测量仪器14的一端之间。第1连接区域42包括大幅缩窄的缩窄部42a、和因缩窄而分离的2个部分42b以及部分42c。部分42b以及部分42c占据第1连接区域42的大部分，缩窄部42a所占的范围极窄。部分42b与部分42c经由缩窄部42a连接。构成为部分42b的电阻值与部分42c的电阻值相等。第1低灵敏度台面型测量仪器12的测量仪器部12a的一端与部分42b电连接，第1高灵敏度台面型测量仪器14的测量仪器部14a的一端与部分42c电连接。即，第1连接区域42将测量仪器部12a的一端与测量仪器部14a的一端电连接。
第2连接区域44被配置在第1高灵敏度台面型测量仪器14的另一端与第2低灵敏度台面型测量仪器16的一端之间。第2连接区域44包括大幅缩窄的缩窄部44a、和因缩窄而分离的2个部分44b以及部分44c。缩窄部44a、部分44b以及部分44c的构成与第1连接区域42的缩窄部42a、部分42b以及部分42c的构成相同。第1高灵敏度台面型测量仪器14的测量仪器部14a的另一端与部分44b电连接，第2低灵敏度台面型测量仪器16的测量仪器部16a的一端与部分44c电连接。即，第2连接区域44将测量仪器部14a的另一端与测量仪器部16a的一端电连接。
第3连接区域46被配置在第2低灵敏度台面型测量仪器16的另一端与第2高灵敏度台面型测量仪器18的一端之间。第3连接区域46包括大幅缩窄的缩窄部46a、和因缩窄而分离的2个部分46b以及部分46c。缩窄部46a、部分46b以及部分46c的构成与第1连接区域42的缩窄部42a、部分42b以及部分42c的构成相同。第2低灵敏度台面型测量仪器16的测量仪器部16a的另一端与部分46b电连接，第2高灵敏度台面型测量仪器18的测量仪器部18a的一端与部分46c电连接。即，第3连接区域46将测量仪器部16a的另一端与测量仪器部18a的一端电连接。
第4连接区域48被配置在第2高灵敏度台面型测量仪器18的另一端与第1低灵敏度台面型测量仪器12的另一端之间。第4连接区域48包括大幅缩窄的缩窄部48a、和因缩窄而分离的2个部分48b以及部分48c。缩窄部48a、部分48b以及部分48c的构成与第1连接区域42的缩窄部42a、部分42b以及部分42c的构成相同。第2高灵敏度台面型测量仪器18的测量仪器部18a的另一端与部分48b电连接，第1低灵敏度台面型测量仪器12的测量仪器部12a的另一端与部分48c电连接。即，第4连接区域48将测量仪器部18a的另一端与测量仪器部12a的另一端电连接。
由第1低灵敏度台面型测量仪器12的测量仪器部12a、和在其两端串联连接的第1连接区域42的部分42b以及第4连接区域48的部分48c构成了一个第1电阻体112。由于第1连接区域42的部分42b以及第4连接区域48的部分48c构成为宽幅，所以它们的电阻值极低。因此，第1电阻体112的电阻值主要取决于第1低灵敏度台面型测量仪器12的测量仪器部12a的电阻值。
由第1高灵敏度台面型测量仪器14的测量仪器部14a、和在其两端串联连接的第1连接区域42的部分42c以及第2连接区域44的部分44b构成了一个第2电阻体114。由于第1连接区域42的部分42c以及第2连接区域44的部分44b构成为宽幅，所以它们的电阻值极低。因此，第2电阻体114的电阻值主要取决于第1高灵敏度台面型测量仪器14的测量仪器部14a的电阻值。
由第2低灵敏度台面型测量仪器16的测量仪器部16a、和在其两端串联连接的第2连接区域44的部分44c以及第3连接区域46的部分46b构成了一个第3电阻体116。由于第2连接区域44的部分44c以及第3连接区域46的部分46b构成为宽幅，所以它们的电阻值极低。因此，第3电阻体116的电阻值主要取决于第2低灵敏度台面型测量仪器16的测量仪器部16a的电阻值。
由第2高灵敏度台面型测量仪器18的测量仪器部18a、和在其两端串联连接的第3连接区域46的部分46c以及第4连接区域48的部分48b构成了一个第4电阻体118。由于第3连接区域46的部分46c以及第4连接区域48的部分48b构成为宽幅，所以它们的电阻值极低。因此，第4电阻体118的电阻值主要取决于第2高灵敏度台面型测量仪器18的测量仪器部18a的电阻值。电阻体112、114、116、118的各自电阻值相等。
如图1、2所示，半导体基板2在主面2S具有被导入了p型杂质的布线22、24、26、28。布线22、24、26、28的杂质浓度约为1×1018～1×1021cm-3。布线22、24、26、28通过与台面型测量仪器12、14、16、18的测量仪器部12a、14a、16a、18a相同的工序形成。
台面型测量仪器12、14、16、18在检测部10内构成全桥接电路。电源布线28与第4连接区域48的缩窄部48a连接。基准布线24与第2连接区域44的缩窄部44a连接。第1电阻体112和第2电阻体114经由第1连接区域42的缩窄部42a串联连接在电源布线28与基准布线24之间。第4电阻体118和第3电阻体116经由第3连接区域46的缩窄部46a串联连接在电源布线28与基准布线24之间。第1电阻体112与第2电阻体114的组和第4电阻体118与第3电阻体116的组并联连接在电源布线28与基准布线24之间。
第1输出布线26连接在第4电阻体118与第3电阻体116之间的第3连接区域46的缩窄部46a。第2输出布线22连接在第1电阻体112与第2电阻体114之间的第1连接区域42的缩窄部42a。
基准布线24与基准电极34电连接。第1输出布线26与第1输出电极36电连接。电源布线28与电源电极38电连接。第2输出布线22与第2输出电极32电连接。这些电极32、34、36、38设在半导体基板2的主面2S上，被配置在由力传递块4覆盖的范围外。基准布线24以及电源布线28构成为宽幅，它们的电阻值相对于电阻体112、114、116、118的电阻值小到能够忽略。构成为第1输出布线26的电阻值与第2输出布线22的电阻值相等。
如图1、3、4所示，力传递块4具有长方体形状，具有硅层4a和氧化硅层4b。半导体基板2与力传递块4利用常温个相接合技术而接合。具体而言，在使用氩离子使半导体基板2的主面2S以及力传递块4的氧化硅层4b的表面活化之后，在超高真空中使半导体基板2的主面2S与力传递块4的氧化硅层4b的表面接触，来让两者接合。
如图3、4、5所示，力传递块4的氧化硅层4b的一部分被除去，在力传递块4的与半导体基板2接合的一侧的面形成有槽4c。通过形成槽4c，力传递块4的氧化硅层4b被划分为密封部分40a和按压部分40b。另外，通过形成这样的槽4c，在半导体基板2与力传递块4之间，构成与外部隔开的密封空间6。
力传递块4的密封部分40a以围绕台面型测量仪器12、14、16、18的周围的方式，与半导体基板2的主面2S接合。将半导体基板2中的力传递块4的密封部分40a所接合的部分称为密封部20。由于力传递块4的密封部分40a构成为矩形状，所以半导体基板2的密封部20包括与高灵敏度台面型测量仪器14、18的长边方向平行的部分和与低灵敏度台面型测量仪器12、16的长边方向平行的部分。半导体基板2的主面2S中的密封部20的内侧的区域成为正方形形状。密封部20的内侧的区域的1组所对置的边沿着半导体基板2的＜110＞方向延伸，另1组所对置的边沿着半导体基板2的＜100＞方向延伸。半导体基板2的密封部20与力传递块4的密封部分40a气密接合。
如图1、2所示，高灵敏度台面型测量仪器14、18被配置于在半导体基板2的＜100＞方向将密封空间6三等分的位置(即，将密封部20的内侧的区域三等分的位置)。低灵敏度台面型测量仪器12、16被配置于在半导体基板2的＜110＞方向将密封空间6三等分的位置(即，将密封部20的内侧的区域三等分的位置)。
力传递块4的按压部分40b与台面型测量仪器12、14、16、18的顶面接合。按压部分40b与高灵敏度台面型测量仪器14、18各自的顶面的接触面积相等。按压部分40b与低灵敏度台面型测量仪器12、16各自的顶面的接触面积相等。
接下来，对力检测装置1的动作进行说明。首先，力检测装置1通过在电源电极38连接恒流源、基准电极34接地、在第1输出电极36与第2输出电极32之间连接电压测定器而使用。在力检测装置1中，如果对力传递块4施加的容器内压变化，则经由力传递块4对台面型测量仪器12、14、16、18的测量仪器部12a、14a、16a、18a施加的压缩应力也变化。展现出压阻效应的高灵敏度台面型测量仪器14、18的测量仪器部14a、18a的电阻值与压缩应力成比例地变化。因此，第1输出电极36与第2输出电极32的电位差和施加于测量仪器部14a、18a的压缩应力成比例。由此，能够根据由电压测定器计测的电压变化来检测施加于力传递块4的容器内压。
力检测装置1具有半导体基板2的检测部10被力传递块4密封的密封型构造。在该力检测装置1中，构成桥接电路的台面型测量仪器12、14、16、18各自的端部不相互直接连接，在这些端部之间配置有连接区域42、44、46、48。夹持连接区域42、44、46、48的各个的2个台面型测量仪器分别经由连接区域42、44、46、48电连接。因此，通过使形成连接区域42、44、46、48的范围扩张或者收缩，能够调整台面型测量仪器12、14、16、18的长度。例如，如果使形成连接区域42、44、46、48的范围扩大，则可缩短台面型测量仪器12、14、16、18的长度，能够减少力传递块4的按压部40b与高灵敏度台面型测量仪器14、18的接触面积。结果，施加于力传递块4的容器内压高效地传递至高灵敏度台面型测量仪器14、18，能够提高力检测装置1的传感器灵敏度。由此，在具有密封型构造且台面型测量仪器12、14、16、18构成桥接电路的力检测装置1中，能够提高用于对台面型测量仪器12、14、16、18的灵敏度进行调整的设计的自由度。
如上所述，由于力检测装置1具有密封型构造，所以施加于高灵敏度台面型测量仪器14、18的压缩应力取决于密封空间6内的高灵敏度台面型测量仪器14、18的位置。在该例子中，如图2所示，由于高灵敏度台面型测量仪器14、18沿半导体基板2的＜100＞方向排列配置，所以施加于高灵敏度台面型测量仪器14、18的压缩应力取决于半导体基板2的＜100＞方向上的密封空间6内的高灵敏度台面型测量仪器14、18的位置。
在力检测装置1中，第1高灵敏度台面型测量仪器14与第2高灵敏度台面型测量仪器18相对于密封部20的内侧的区域的中心点7(参照图1、2)点对称配置。更具体而言，在半导体基板2的＜100＞方向，第1高灵敏度台面型测量仪器14与半导体基板2的密封部20(是与第1高灵敏度台面型测量仪器14的长边方向平行的密封部20的部分，相当于图2的纸面左侧的密封空间6的边缘)之间的最短距离、和第2高灵敏度台面型测量仪器18与半导体基板2的密封部20(使与第2高灵敏度台面型测量仪器18的长边方向平行的密封部20的部分，相当于图2的纸面右侧的密封空间6的边缘)之间的最短距离相等。由此，由于对施加于力传递块4的力而言，向第1高灵敏度台面型测量仪器14以及第2高灵敏度台面型测量仪器18分别传递的力相等，所以针对施加于力传递块4的力的输出的线形性提高。
并且，在力检测装置1中，高灵敏度台面型测量仪器14、18被配置于将密封空间6在半导体基板2的＜100＞方向三等分的位置，并且，被配置于密封空间6的在半导体基板2的＜110＞方向上的中央部。由此，由于施加于力传递块4的力向与高灵敏度台面型测量仪器14、18的顶面垂直的方向传递，所以可抑制高灵敏度台面型测量仪器14、18倾斜压缩的情况，针对施加于力传递块4的力的输出的线形性进一步提高。
另外，在力检测装置1中，连接区域42、44、46、48具有缩窄部42a、44a、46a、48a，布线22、24、26、28与缩窄部42a、44a、46a、48a连接。缩窄部42a、44a、46a、48a占据连接区域42、44、46、48的范围极窄。例如，在不包括缩窄部42a、44a、46a、48a的连接区域中，因制造偏差而在连接区域内流动的电流的路径也偏差。这样的电流路径的偏差成为零点偏移特性的劣化的原因。另一方面，在包括缩窄部42a、44a、46a、48a的连接区域42、44、46、48中，能够限制在连接区域42、44、46、48内流动的电流的路径。由此，可抑制力检测装置1的零点偏移特性的劣化。
并且，在力检测装置1中，构成为因连接区域42、44、46、48的各个被缩窄而分离的2个部分(部分42b、部分42c、部分44b、部分44c、部分46b、部分46c、部分48b、部分48c)的电阻值都变得相等，由此，电阻体112、114、116、118的电阻值相等。因此，在力检测装置1中，可降低偏移电压。
实施例2
本说明书中公开的力检测装置的一个实施方式是检测各种压力的传感器，在一个例子中，可以将气压或者液压作为检测对象。该力检测装置可以具备基板和力传递块。。基板的材料优选是能够展现出电阻根据压缩应力而变化的压阻效应的材料。例如，作为基板，可例示半导体基板以及SOI基板。该力检测装置具备台面型测量仪器。力检测装置可以通过一个台面型测量仪器构成检测部，也可以通过多个台面型测量仪器构成检测部。该力检测装置具有与台面型测量仪器并联连接的固定电阻体，构成为利用台面型测量仪器与固定电阻体的合成电阻值的变化来检测力。
在本说明书所公开的力检测装置中，固定电阻体的电阻值可以比未对台面型测量仪器施加应力时的初始电阻值大。根据该构成，能够减小对台面型测量仪器并联连接固定电阻体时的力检测装置的灵敏度的降低率。其中，这里所说的灵敏度是指应力施加时的电阻值相对于应力未施加时的电阻值的增加量的比率。
在本说明书所公开的力检测装置中，可以是台面型测量仪器在半导体基板的主面形成为台面阶梯状，固定电阻体在半导体基板的主面形成为台面阶梯状。根据该构成，能够通过与台面型测量仪器相同的工序制造固定电阻体。
本说明书中公开的力检测装置可以还具有力传递块。力传递块可以构成为与台面型测量仪器的顶面接触、不与固定电阻体的顶面接触。根据该构成，由于对固定电阻体不施加应力，所以能够将固定电阻体的电阻值保持为恒定。
在本说明书所公开的力检测装置中，可以是台面型测量仪器沿一个方向以直线状延伸，固定电阻体包括以沿该一个方向往复的方式延伸的部分。可在抑制基板的面积消耗的同时，获得固定电阻体的电阻值比台面型测量仪器的初始电阻值大的关系。
如图5所示，力检测装置2001例如是检测压力容器的容器内压的半导体压力传感器，具备半导体基板2002以及力传递块2004。
如图5、7所示，半导体基板2002是n型的单晶硅，其主面2002S为(110)结晶面。在半导体基板2002的主面2S形成有多个槽2011。多个槽2011形成在半导体基板2002的主面2002S的检测部2010内，在该检测部2010内划分多个台面型测量仪器2012、2014、2016、2018与多个固定电阻体2013、2015、2017、2019。
如图6、7、8、9所示，台面型测量仪器2012、2014、2016、2018以及固定电阻体2013、2015、2017、2019在半导体基板2002的主面2002S形成为台面阶梯状。具体而言，台面型测量仪器2012、2014、2016、2018以及固定电阻体2013、2015、2017、2019从槽2011的底面以台面状突出，其高度约为0.5～5μm。台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的顶面以及固定电阻体2013、2015、2017、2019的顶面和槽2011的周围的半导体基板2002的主面2002S位于相同面。即，台面型测量仪器2012、2014、2016、2018以及固定电阻体2013、2015、2017、2019作为例如利用干式蚀刻技术在半导体基板2002的主面2002S形成了多个槽2011的剩余部分而形成。
如图6、7所示，检测部2010的台面型测量仪器2012、2014、2016、2018与正方形的边对应地配置，但台面型测量仪器2012、2014、2016、2018各自的端部远离其他的台面型测量仪器2012、2014、2016、2018各自的端部而配置。构成对置的一对边的台面型测量仪器2014、2018分别称为第1高灵敏度台面型测量仪器2014以及第2高灵敏度台面型测量仪器2018。构成对置的另一对边的台面型测量仪器2012、2016分别称为第1低灵敏度台面型测量仪器2012以及第2低灵敏度台面型测量仪器2016。
第1高灵敏度台面型测量仪器2014以及第2高灵敏度台面型测量仪器2018沿着半导体基板2002的＜110＞方向延伸。沿着半导体基板2002的＜110＞方向延伸的第1高灵敏度台面型测量仪器2014以及第2高灵敏度台面型测量仪器2018以电阻值根据压缩应力而大幅变化作为特征，具有压阻效应。
第1低灵敏度台面型测量仪器2012以及第2低灵敏度台面型测量仪器2016沿着与半导体基板2002的＜110＞方向正交的半导体基板2002的＜100＞方向延伸。沿着半导体基板2002的＜100＞方向延伸的第1低灵敏度台面型测量仪器2012以及第2低灵敏度台面型测量仪器2016以电阻值几乎不根据压缩应力而变化作为特征，实质上不具有压阻效应。
如图6、7所示，固定电阻体2013、2015、2017、2019被配置在台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的外侧(即，相对于台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的各个，与检测部2010的中心侧相反侧)。固定电阻体2015、2019沿着半导体基板2002的＜110＞方向延伸。固定电阻体2013、2017沿着半导体基板2002的＜100＞方向延伸。
如图6、7、8、9所示，在台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的表面，形成有被导入了p型杂质的测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a。测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a的杂质浓度约为1×1018～1×1021cm－3。测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a的杂质浓度以及扩散深度在面型测量仪器2012、2014、2016、2018的各个中共同。测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a通过pn结实质上与n型的半导体基板2002绝缘。
如图6、7、8、9所示，在固定电阻体2013、2015、2017、2019的表面，形成有被导入了p型杂质的测量仪器部2013a、2015a、2017a、2019a。测量仪器部2013a、2015a、2017a、2019a的杂质浓度约为1×1018～1×1021cm－3。测量仪器部2013a、2015a、2017a、2019a的杂质浓度以及扩散深度在固定电阻体2013、2015、2017、2019的各个中共同。另外，测量仪器部2013a、2015a、2017a、2019a的杂质浓度以及扩散深度与台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a的杂质浓度以及扩散深度也共同。测量仪器部2013a、2015a、2017a、2019a通过pn结实质上与n型的半导体基板2002绝缘。固定电阻体2013、2015、2017、2019的测量仪器部2013a、2015a、2017a、2019a通过与台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a相同的工序形成。
台面型测量仪器2012、2014、2016、2018各自的宽度以及长度共同。因此，台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a各自的电阻值(严格来说，是施加压缩应力之前的初始电阻值)相等。其中，台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的宽度是指与长边方向正交的方向的宽度。在该例子中，高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的宽度成为半导体基板2002的＜100＞方向的宽度，低灵敏度台面型测量仪器2012、2016的宽度成为半导体基板2002的＜110＞方向的宽度。高灵敏度台面型测量仪器2014、2018关于将低灵敏度台面型测量仪器2012、2016各自的中点连接的直线(省略图示)而线对称。低灵敏度台面型测量仪器2012、2016关于将高灵敏度台面型测量仪器2014、2018各自的中点连接的直线(省略图示)而线对称。
固定电阻体2013、2015、2017、2019各自的宽度以及长度共同。因此，固定电阻体2013、2015、2017、2019的测量仪器部2013a、2015a、2017a、2019a各自的电阻值相等。另外，固定电阻体2013、2015、2017、2019各自的宽度以及长度与台面型测量仪器2012、2014、2016、2018各自的宽度以及长度也共同。因此，固定电阻体2013、2015、2017、2019的测量仪器部2013a、2015a、2017a、2019a各自的电阻值与台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a各自的电阻值也相等。
如图6、7所示，半导体基板2002在主面2002S具有被导入了p型杂质的连接区域2042、2044、2046、2048。连接区域2042、2044、2046、2048的杂质浓度约为1×1018～1×1021cm－3。连接区域2042、2044、2046、2048通过与台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a相同的工序形成。
第1连接区域2042被配置在第1低灵敏度台面型测量仪器2012以及固定电阻体2013各自的一端与第1高灵敏度台面型测量仪器2014以及固定电阻体2015各自的一端之间。第1连接区域2042包括大幅缩窄的缩窄部2042a和因缩窄而分离的2个部分2042b以及部分2042c。部分2042b以及部分2042c占据第1连接区域2042的大部分，缩窄部2042a占据的范围极窄。部分2042b和部分2042c经由缩窄部2042a连接。构成为部分2042b的电阻值与部分2042c的电阻值相等。第1低灵敏度台面型测量仪器2012的测量仪器部2012a的一端与固定电阻体2013的测量仪器部2013a的一端经由部分2042b电连接。第1高灵敏度台面型测量仪器2014的测量仪器部2014a的一端与固定电阻体2015的测量仪器部2015a的一端经由部分2042c电连接。
第2连接区域2044被配置在第1高灵敏度台面型测量仪器2014以及固定电阻体2015各自的另一端与第2低灵敏度台面型测量仪器2016以及固定电阻体2017各自的一端之间。第2连接区域2044包括大幅缩窄的缩窄部2044a和因缩窄而分离的2个部分2044b以及部分2044c。缩窄部2044a、部分2044b以及部分2044c的构成与第1连接区域2042的缩窄部2042a、部分2042b以及部分2042c的构成相同。第1高灵敏度台面型测量仪器2014的测量仪器部2014a的另一端与固定电阻体2015的测量仪器部2015a的另一端经由部分2044b电连接。第2低灵敏度台面型测量仪器2016的测量仪器部2016a的一端与固定电阻体2017的测量仪器部2017a的一端经由部分2044c电连接。
第3连接区域2046被配置在第2低灵敏度台面型测量仪器2016以及固定电阻体2017各自的另一端与第2高灵敏度台面型测量仪器2018以及固定电阻体2019各自的一端之间。第3连接区域2046包括大幅缩窄的缩窄部2046a和因缩窄而分离的2个部分2046b以及部分2046c。缩窄部2046a、部分2046b以及部分2046c的构成与第1连接区域2042的缩窄部2042a、部分2042b以及部分2042c的构成相同。第2低灵敏度台面型测量仪器2016的测量仪器部2016a的另一端与固定电阻体2017的测量仪器部2017a的另一端经由部分2046b电连接。第2高灵敏度台面型测量仪器2018的测量仪器部2018a的一端与固定电阻体2019的测量仪器部2019a的一端经由部分2046c电连接。
第4连接区域2048被配置在第2高灵敏度台面型测量仪器2018以及固定电阻体2019各自的另一端与第1低灵敏度台面型测量仪器2012以及固定电阻体2013各自的另一端之间配置。第4连接区域2048包括大幅缩窄的缩窄部2048a和因缩窄而分离的2个部分2048b以及部分2048c。缩窄部2048a、部分2048b以及部分2048c的构成与第1连接区域2042的缩窄部2042a、部分2042b以及部分2042c的构成相同。第2高灵敏度台面型测量仪器2018的测量仪器部2018a的另一端与固定电阻体2019的测量仪器部2019a的另一端经由部分2048b电连接。第1低灵敏度台面型测量仪器2012的测量仪器部2012a的另一端与固定电阻体2013的测量仪器部2013a的另一端经由部分2048c电连接。
由第1低灵敏度台面型测量仪器2012的测量仪器部2012a、固定电阻体2013的测量仪器部2013a、和在它们的两端连接的第1连接区域2042的部分2042b以及第4连接区域2048的部分2048c构成了一个第1电阻体2112。固定电阻体2013的测量仪器部2013a并联连接于第1低灵敏度台面型测量仪器2012的测量仪器部2012a。由于第1连接区域2042的部分2042b以及第4连接区域2048的部分2048c构成为宽幅，所以它们的电阻值极低。因此，第1电阻体2112的电阻值主要取决于测量仪器部2012a与测量仪器部2013a的合成电阻值。
由第1高灵敏度台面型测量仪器2014的测量仪器部2014a、固定电阻体2015的测量仪器部2015a、和连接在它们的两端的第1连接区域2042的部分2042c以及第2连接区域2044的部分2044b构成了一个第2电阻体2114。固定电阻体2015的测量仪器部2015a并联连接于第1高灵敏度台面型测量仪器2014的测量仪器部2014a。由于第1连接区域2042的部分2042c以及第2连接区域2044的部分2044b构成为宽幅，所以它们的电阻值极低。因此，第2电阻体2114的电阻值主要取决于测量仪器部2014a与测量仪器部2015a的合成电阻值。
由第2低灵敏度台面型测量仪器2016的测量仪器部2016a、固定电阻体2017的测量仪器部2017a、和在它们的两端连接的第2连接区域2044的部分2044c以及第3连接区域2046的部分2046b构成了一个第3电阻体2116。固定电阻体2017的测量仪器部2017a并联连接于第2低灵敏度台面型测量仪器2016的测量仪器部2016a。由于第2连接区域2044的部分2044c以及第3连接区域2046的部分2046b构成为宽幅，所以它们的电阻值极低。因此，第3电阻体2116的电阻值主要取决于测量仪器部2016a与测量仪器部2017a的合成电阻值。
由第2高灵敏度台面型测量仪器2018的测量仪器部2018a、固定电阻体2019的测量仪器部2019a、和在它们的两端连接的第3连接区域2046的部分2046c以及第4连接区域2048的部分2048b构成了一个第4电阻体2118。固定电阻体2019的测量仪器部2019a并联连接于第2高灵敏度台面型测量仪器2018的测量仪器部2018a。由于第3连接区域2046的部分2046c以及第4连接区域2048的部分2048b构成为宽幅，所以它们的电阻值极低。因此，第4电阻体2118的电阻值主要取决于测量仪器部2018a与测量仪器部2019a的合成电阻值。未被施加压缩应力时的电阻体2112、2114、2116、2118各自的电阻值相等。
如图6、7所示，半导体基板2002在主面2002S具有被导入了p型杂质的布线2022、2024、2026、2028。布线2022、2024、2026、2028的杂质浓度约为1×1018～1×1021cm－3。布线2022、2024、2026、2028通过与台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a相同的工序形成。
台面型测量仪器2012、2014、2016、2018在检测部2010内构成全桥接电路。电源布线2028与第4连接区域2048的缩窄部2048a连接。基准布线2024与第2连接区域2044的缩窄部2044a连接。第1电阻体2112与第2电阻体2114经由第1连接区域2042的缩窄部2042a串联连接在电源布线2028与基准布线2024之间。第4电阻体2118与第3电阻体2116经由第3连接区域2046的缩窄部2046a串联连接在电源布线2028与基准布线2024之间。第1电阻体2112与第2电阻体2114的组和第4电阻体2118与第3电阻体2116的组并联连接在电源布线2028与基准布线2024之间。
第1输出布线2026连接在第4电阻体2118与第3电阻体2116之间的第3连接区域2046的缩窄部2046a。第2输出布线2022连接在第1电阻体2112与第2电阻体2114之间的第1连接区域2042的缩窄部2042a。
基准布线2024与基准电极2034电连接。第1输出布线2026与第1输出电极2036电连接。电源布线2028与电源电极2038电连接。第2输出布线2022与第2输出电极2032电连接。这些电极2032、2034、2036、2038设置在半导体基板2002的主面2002S上，被配置在由力传递块2004覆盖的范围外。基准布线2024以及电源布线2028构成为宽幅，它们的电阻值相对于电阻体2112、2114、2116、2118的电阻值小到能够忽略。构成为第1输出布线2026的电阻值与第2输出布线2022的电阻值相等。
如图6、8、9所示，力传递块2004具有长方体形状，具有硅层2004a和氧化硅层2004b。半导体基板2002与力传递块2004利用常温个相接合技术而接合。具体而言，在使用氩离子使半导体基板2002的主面2002S以及力传递块2004的氧化硅层2004b的表面活化之后，在超高真空中使半导体基板2002的主面2002S与力传递块2004的氧化硅层2004b的表面接触，来让两者接合。
如图8、9、10所示，力传递块2004的氧化硅层2004b的一部分被除去，在力传递块2004的与半导体基板2002接合的一侧的面形成有槽2004c。通过形成槽2004c，力传递块2004的氧化硅层2004b被划分成密封部分2040a和按压部分2040b。另外，通过形成这样的槽2004c，在半导体基板2002与力传递块2004之间构成与外部隔开的密封空间2006。
力传递块2004的密封部分2040a以围绕台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的周围的方式与半导体基板2002的主面2002S接合。将半导体基板2002中的力传递块2004的密封部分2040a所接合的部分称为密封部2020。由于力传递块2004的密封部分2040a构成为矩形状，所以半导体基板2002的密封部2020由与高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的长边方向平行的部分和与低灵敏度台面型测量仪器2012、2016的长边方向平行的部分构成。半导体基板2002的主面2002S中的密封部2020的内侧的区域称为正方形形状。半导体基板2002的密封部2020与力传递块2004的密封部分2040a气密接合。
如图6、7所示，高灵敏度台面型测量仪器2014、2018被配置于在半导体基板2002的＜100＞方向将密封空间2006三等分的位置(即，将密封部2020的内侧的区域三等分的位置)。低灵敏度台面型测量仪器2012、2016被配置于在半导体基板2002的＜110＞方向将密封空间2006三等分的位置(即，将密封部2020的内侧的区域三等分的位置)。
如图8、9所示，力传递块2004的按压部分2040b与台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的顶面接合，另一方面，不与固定电阻体2013、2015、2017、2019的顶面接合。因此，固定电阻体2015、2019虽然沿着针对压缩应力电阻值大幅变化的半导体基板2002的＜110＞方向延伸，但它们的电阻值的值在力传递块2004的受压时也实质上不变化。按压部分2040b与高灵敏度台面型测量仪器2014、2018各自的顶面的接触面积相等。按压部分2040b与低灵敏度台面型测量仪器2012、2016各自的顶面的接触面积相等。
接下来，对力检测装置2001的动作进行说明。首先，力检测装置2001通过在电源电极2038连接恒流源、基准电极2034接地、在第1输出电极2036与第2输出电极2032之间连接电压测定器而使用。在力检测装置2001中，如果施加于力传递块2004的容器内压变化，则经由力传递块2004对台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的测量仪器部2012a、2014a、2016a、2018a施加的压缩应力也变化。展现出压阻效应的高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的测量仪器部2014a、2018a的电阻值根据压缩应力而变化。如果测量仪器部2014a的电阻值变化，则第2电阻体2114的合成电阻值变化。如果测量仪器部2018a的电阻值变化，则第4电阻体2118的合成电阻值变化。因此，第1输出电极2036与第2输出电极2032的电位差取决于对测量仪器部2014a、2018a施加的压缩应力。由此，能够根据由电压测定器计测的电压变化来检测施加于力传递块2004的容器内压。
如之前所述那样，高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的压缩应力与电阻值的关系如图12所示，表示向下凸的非直线性。因此，在没有形成固定电阻体2013、2015、2017、2019的力检测装置中，第1输出电极与第2输出电极的电位差不和施加于测量仪器部2014a、2018a的压缩应力成比例。结果，存在力检测装置的输出特性的直线性变低这一问题。
这里，对在压缩应力与电阻值的关系表示比例特性的可变电阻体A并联连接了固定电阻体B的并联连接体C中的压缩应力与合成电阻值的关系进行说明。若将该可变电阻体A的初始电阻值设为R1，将可变电阻体A的电阻值的增加量设为ΔR，将固定电阻体B的电阻值设为R2，则并联连接体C的合成电阻值R’为下面的数式。
[数式1]
若将上述数式的R’关于ΔR进行微分，则其微分值d1为下面的数式。
[数式2]
这样，微分值d1表示正值。如果将微分值d1关于ΔR进一步进行微分，则其微分值d2表示负值(省略公式)。根据微分值d1、d2可知，在并联连接体C中，ΔR与R’的关系表示向上凸的非直线性。据此，若在压缩应力与电阻值的关系表示比例特性的可变电阻体并联连接固定电阻体，则该并联连接体的压缩应力与合成电阻值R’的关系如图13所示表示向上凸的非直线性。
在本实施例的力检测装置2001中，利用上述的见解，在高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的各个分别并联连接固定电阻体2015、2019来形成电阻体2114、2118。根据该构成，在压缩应力与电阻值的关系中，高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的向下凸的非直线性与通过固定电阻体2015、2019的引入而向上凸的非直线性抵消。结果，电阻体2114、2118的压缩应力与合成电阻值的关系具有良好的直线性。由此，由于第1输出电极2036与第2输出电极2032的电位差和对电阻体2114的测量仪器部2014a以及电阻体2118的测量仪器部2018a施加的压缩应力大致成比例，所以能够改善力检测装置2001的输出特性的直线性。
另外，在力检测装置2001中，固定电阻体2013、2015、2017、2019在半导体基板2002的主面2002S形成为台面阶梯状。因此，能够通过与台面型测量仪器2012、2014、2016、2018相同的工序制造固定电阻体2013、2015、2017、2019。由于不需要新设置用于形成固定电阻体2013、2015、2017、2019的工序，所以能够抑制力检测装置2001的制造效率的降低。
另外，力检测装置2001具有半导体基板2002的检测部2010被力传递块2004密封的密封型构造。在该力检测装置2001中，构成桥接电路的台面型测量仪器2012、2014、2016、2018各自的端部不相互直接连接，在这些端部之间，配置有连接区域2042、2044、2046、2048。夹持连接区域2042、2044、2046、2048的各个的2个台面型测量仪器分别经由连接区域2042、2044、2046、2048电连接。因此，通过使形成连接区域2042、2044、2046、2048的范围扩张或者收缩，能够调整台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的长度。例如，如果使形成连接区域2042、2044、2046、2048的范围变宽，则能够缩短台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的长度，能够减少力传递块2004的按压部2040b与高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的接触面积。结果，施加于力传递块2004的容器内压高效地传递至高灵敏度台面型测量仪器2014、2018，能够提高力检测装置2001的传感器灵敏度。由此，在具有密封型构造且台面型测量仪器2012、2014、2016、2018构成桥接电路的力检测装置2001中，能够提高用于对台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的灵敏度进行调整的设计的自由度。
如上所述，由于力检测装置2001具有密封型构造，所以对高灵敏度台面型测量仪器2014、2018施加的压缩应力取决于密封空间2006内的高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的位置。在该例子中，由于如图7所示，高灵敏度台面型测量仪器2014、2018沿着半导体基板2002的＜100＞方向排列配置，所以对高灵敏度台面型测量仪器2014、2018施加的压缩应力取决于半导体基板2002的＜100＞方向上的密封空间2006内的高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的位置。
在力检测装置1中，第1高灵敏度台面型测量仪器2014与第2高灵敏度台面型测量仪器2018相对于密封部2020的内侧的区域的中心点2007(参照图6、7)点对称配置。更具体而言，在半导体基板2002的＜100＞方向，第1高灵敏度台面型测量仪器2014与半导体基板2002的密封部2020(是与第1高灵敏度台面型测量仪器2014的长边方向平行的密封部2020的部分，相当于图7的纸面左侧的密封空间2006的边缘)之间的最短距离、和第2高灵敏度台面型测量仪器2018与半导体基板2002的密封部2020(是与第2高灵敏度台面型测量仪器2018的长边方向平行的密封部2020的部分，相当于图7的纸面右侧的密封空间2006的边缘)之间的最短距离相等。由此，由于对施加于力传递块2004的力而言，向第1高灵敏度台面型测量仪器2014以及第2高灵敏度台面型测量仪器2018分别传递的力相等，所以针对施加于力传递块2004的力的输出的线形性提高。
并且，在力检测装置2001中，高灵敏度台面型测量仪器2014、2018被配置于将密封空间2006在半导体基板2002的＜100＞方向三等分的位置，并且，被配置于密封空间2006的在半导体基板2002的＜110＞方向上的中央部。由此，由于施加于力传递块2004的力向与高灵敏度台面型测量仪器2014、2018的顶面垂直的方向传递，所以可抑制高灵敏度台面型测量仪器2014、2018倾斜压缩的情况，针对施加于力传递块2004的力的输出的线形性进一步提高。
另外，在力检测装置2001中，连接区域2042、2044、2046、2048具有缩窄部2042a、2044a、2046a、2048a，布线2022、2024、2026、2028与缩窄部2042a、2044a、2046a、2048a连接。缩窄部2042a、2044a、2046a、2048a占据连接区域2042、2044、2046、2048的范围极窄。例如，在不包括缩窄部2042a、2044a、2046a、2048a的连接区域中，因制造偏差而在连接区域内流动的电流的路径也偏差。这样的电流路径的偏差成为零点偏移特性的劣化的原因。另一方面，在包括缩窄部2042a、2044a、2046a、2048a的连接区域2042、2044、2046、2048中，能够限制在连接区域2042、2044、2046、2048内流动的电流的路径。由此，可抑制力检测装置2001的零点偏移特性的劣化。
并且，在力检测装置2001中，构成为因连接区域2042、2044、2046、2048的各个被缩窄而分离的2个部分(部分2042b、部分2042c、部分2044b、部分2044c、部分2046b、部分2046c、部分2048b、部分2048c)的电阻值都变得相等，由此，电阻体2112、2114、2116、2118的初始电阻值相等。因此，在力检测装置2001中，可降低偏移电压。
实施例3
接下来，参照图11对实施例3进行说明。以下，仅对与实施例2不同的点进行说明，关于与实施例2相同的构成省略其详细的说明。电阻体2214与实施例2的电阻体2114相比，固定电阻体2115的形状不同。固定电阻体2115由部分21150a、21150b、21150c、21150d以及21150e、和部分21151a、21151b、21151c以及21151d构成。部分21150a～21150e沿着半导体基板2002的＜110＞方向延伸。部分21151a～21151d沿着半导体基板2002的＜100＞方向延伸。部分21150a～21150e各自的宽度与部分21151a～21151d各自的宽度共同，它们的宽度与第1高灵敏度台面型测量仪器2014的宽度也共同。
部分21150a的一端与连接区域2044的部分2044b电连接，部分21150e的一端与连接区域2042的部分2042b电连接。部分21150a、部分21151a、部分21150b、部分21151b、部分21150c、部分21151c、部分21150d、部分21151d以及部分21150e该按顺序串联连接。部分21150a与部分21150b对置。部分21150e与部分21150d对置。部分21150c比部分21150b以及部分21150d各自的长度之和长。部分21150b以及部分21150d相对于部分21150c在相同侧与部分21150c对置。即，部分21150a与部分21150b、部分21150e与部分21150d、部分21150b以及部分21150d与部分21150c以分别沿着半导体基板2002的＜110＞方向往复的方式延伸。固定电阻体2115的长度(即，部分21150a～21150e各自的长度以及部分21151a～21151d各自的长度的总和)比第1高灵敏度台面型测量仪器2014的长度长。因此，形成于固定电阻体2115的表面的测量仪器部2115a的电阻值(换言之，部分21150a～21150e各自的电阻值以及部分21151a～21151d各自的电阻值的总和)比第1高灵敏度台面型测量仪器2014的测量仪器部2014a的电阻值(严格来说，是没有对测量仪器部2014a施加压缩应力时的初始电阻值)大。在本实施例中，与实施例2的电阻体2112、2116、2118相当的电阻体(省略图示)也具有与电阻体2214相同的构成。
根据该构成，也能够起到与实施例2相同的作用效果。另外，固定电阻体2115构成为测量仪器部2115a的电阻值比第1高灵敏度台面型测量仪器2014的测量仪器部2014a的初始电阻值大。这里，如果将具有压阻效应的可变电阻体D的初始电阻值设为R3，将对可变电阻体D施加了规定的压缩应力时的可变电阻体D的电阻值的增加量设为ΔR，将固定电阻体E的电阻值设为R4，则施加了规定的压缩应力时的可变电阻体D单体的灵敏度S1为以下的数式。
[数式3]
另一方面，施加了规定的压缩应力时的可变电阻体D与固定电阻体E的并联连接体F的灵敏度S2为以下的数式。
[数式4]
因此，灵敏度的变化率r为以下的数式。
[数式5]
变化率r随着R4相对于R3的比例变大而接近于1。由此可知，若在可变电阻体并联连接固定电阻体，则虽然并联连接体的灵敏度比可变电阻体单体的灵敏度降低，但通过使固定电阻体的电阻值比可变电阻体的初始电阻值大，能够抑制并联连接体的灵敏度降低。因此，根据本实施例的构成，能够在抑制电阻体2214的灵敏度的降低的同时，改善力检测装置的输出特性的直线性。
另外，在本实施例的力检测装置中，固定电阻体2115具有多个以沿着半导体基板2002的＜110＞方向往复的方式延伸的部分。根据该构成，能够在抑制半导体基板2002的面积消耗的同时，获得固定电阻体2115的电阻值比第1高灵敏度台面型测量仪器2014的初始电阻值大的关系。
以上，对本说明书公开的技术的实施例详细进行了说明，但这些只是例示，本说明书公开的力检测装置包括对上述的实施例进行各种变形、变更而得到的方式。
例如，固定电阻体2013、2015、2017、2019并不限定于台面型测量仪器，也可以是作为在半导体表面形成的扩散电阻、电阻器而使用的电子部件。另外，也可以不形成连接区域2042、2044、2046、2048。另外，固定电阻体2013、2015、2017、2019的各个也可以不与台面型测量仪器2012、2014、2016、2018分别平行。不过，优选固定电阻值2015、2019具有相互相等的电阻值。另外，作用于台面型测量仪器2012、2014、2016、2018的应力不限定于压缩应力，例如也可以是拉伸应力。另外，力检测装置的种类不限定于具有密封型构造的种类。另外，台面型测量仪器也可以构成全桥接电路以外的电路。
本公开基于实施例进行了记载，但可理解为本公开并不由该实施例、构造限定。本公开也包含各种变形例、等同范围内的变形。并且，各种组合、方式、进而在它们中仅包括一个要素、包括各种组合、方式以上、或者各种组合、方式以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。

Claims (12)

1.一种力检测装置，
具备基板(2)和力传递块(4)，
上述基板具有：
台面型测量仪器(12、14、16、18)，设置在基板的主面，并构成了桥接电路；
连接区域(42、44、46、48)，设置在上述主面，并被导入了杂质；以及
密封部(20)，设置在上述主面，围绕上述台面型测量仪器的周围，并与上述力传递块接合，
上述台面型测量仪器具有：
第1台面型测量仪器(14、18)，沿第1方向延伸的；以及
第2台面型测量仪器(12、16)，沿与上述第1方向不同的第2方向延伸，并远离上述第1台面型测量仪器，
上述连接区域被配置在上述第1台面型测量仪器的一端与上述第2台面型测量仪器的一端之间，将上述第1台面型测量仪器的一端与上述第2台面型测量仪器的一端电连接。
2.根据权利要求1所述的力检测装置，其中，
上述基板还具有设置在上述主面并被导入了杂质的布线(22、24、26、28)，
上述连接区域包括在上述第1台面型测量仪器的一端与上述第2台面型测量仪器的一端之间被缩窄的缩窄部(42a、44a、46a、48a)，
上述布线与上述缩窄部连接。
3.根据权利要求1或2所述的力检测装置，其中，
上述基板的上述第1方向是电阻值对应于应力而大幅变化的方向，
上述基板的上述第2方向是与上述第1方向正交且电阻值相对于应力小幅变化的方向，
上述第1台面型测量仪器具有第1高灵敏度台面型测量仪器(14)和第2高灵敏度台面型测量仪器(18)，
上述第2台面型测量仪器具有第1低灵敏度台面型测量仪器(12)和第2低灵敏度台面型测量仪器(16)，
上述第1高灵敏度台面型测量仪器与上述第2高灵敏度台面型测量仪器相对于上述密封部的内侧的内侧区域的中心点被点对称配置。
4.根据权利要求3所述的力检测装置，其中，
上述内侧区域是矩形状，
上述内侧区域的1组对置的边沿着上述第1方向延伸，另1组对置的边沿着上述第2方向延伸，
上述第1高灵敏度台面型测量仪器与上述第2高灵敏度台面型测量仪器被配置于将上述内侧区域在上述第2方向三等分的位置，并且，被配置在上述内侧区域的上述第1方向的中央。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的力检测装置，其中，
力传递块与基板的主面接合。
6.根据权利要求3所述的力检测装置，其中，
上述电阻值是上述台面型测量仪器的电阻值，
上述第1台面型测量仪器的电阻值相对于应力大幅变化，
上述第2台面型测量仪器的电阻值相对于应力小幅变化。
7.一种力检测装置，
具有台面型测量仪器(2012、2014、2016、2018)、和与上述台面型测量仪器并联连接的固定电阻体(2013、2015、2017、2019)，
利用上述台面型测量仪器与上述固定电阻体的合成电阻值的变化来检测力。
8.根据权利要求7所述的力检测装置，其中，
上述固定电阻体的电阻值比未对上述台面型测量仪器施加应力时的初始电阻值大。
9.根据权利要求7或8所述的力检测装置，其中，
上述台面型测量仪器在半导体基板(2002)的主面形成为台面阶梯状，
上述固定电阻体也在上述半导体基板的主面形成为台面阶梯状。
10.根据权利要求9所述的力检测装置，其中，
还具有力传递块(2004)，
上述力传递块与上述台面型测量仪器的顶面接触，不与上述固定电阻体的顶面接触。
11.根据权利要求9或10所述的力检测装置，其中，
上述台面型测量仪器沿着一个方向以直线状延伸，
上述固定电阻体包括以沿着上述一个方向往复的方式延伸的部分。
12.根据权利要求8所述的力检测装置，其中，
上述初始电阻值是上述台面型测量仪器的初始电阻值。
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