JP2737479B2 - Semiconductor stress detector - Google Patents

Semiconductor stress detector

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JP2737479B2
JP2737479B2 JP3251462A JP25146291A JP2737479B2 JP 2737479 B2 JP2737479 B2 JP 2737479B2 JP 3251462 A JP3251462 A JP 3251462A JP 25146291 A JP25146291 A JP 25146291A JP 2737479 B2 JP2737479 B2 JP 2737479B2
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stress
piezoresistors
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polycrystalline
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英夫 室
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、多結晶Siピエゾ抵
抗を用いた半導体応力検出装置の特性を改善する技術に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for improving the characteristics of a semiconductor stress detecting device using a polycrystalline Si piezoresistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体応力検出装置としては、例
えば「“ Micro-Diaphragm PressureSensor”Proceedin
gs of the 6th Sensor Symposium,1986. pp.23〜27」に
記載されているものがある。図5は上記のごとき半導体
圧力検出装置の一例図であり、(a)は平面図、(b)
は(a)のB−B′断面図である。図5において、21
はSi基板26中にエッチングで形成された空洞、29
は空洞21を規定するSi34膜である。また22は空
洞21を覆うように密閉して形成されたダイアフラムで
あり、Si34膜27、28、30から成っている。ダ
イアフラム22にはp型多結晶Siのピエゾ抵抗23と
24がSi34膜27と28に挾まれた形で形成されて
いる。なお、ピエゾ抵抗23はダイアフラムの周辺部
に、ピエゾ抵抗24はダイアフラムの中央部にそれぞれ
形成されている。また25は空洞21をエッチングする
際に用いたエッチング孔であり、Si3膜30で封止
されている。
2. Description of the Related Art As a conventional semiconductor stress detecting device, for example, "Micro-Diaphragm Pressure Sensor" Proceedin
gs of the 6th Sensor Symposium, 1986. pp. 23-27 ". FIGS. 5A and 5B are diagrams showing an example of the semiconductor pressure detecting device as described above, wherein FIG. 5A is a plan view and FIG.
FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. In FIG.
Is a cavity formed by etching in the Si substrate 26, 29
Is a Si 3 N 4 film defining the cavity 21. Reference numeral 22 denotes a diaphragm which is hermetically formed so as to cover the cavity 21, and is composed of Si 3 N 4 films 27, 28 and 30 . The diaphragm 22 is formed with p-type polycrystalline Si piezoresistors 23 and 24 sandwiched between Si 3 N 4 films 27 and 28. The piezoresistor 23 is formed at the periphery of the diaphragm, and the piezoresistor 24 is formed at the center of the diaphragm. Reference numeral 25 denotes an etching hole used for etching the cavity 21, which is sealed with a Si 3 N 4 film 30.

【0003】次に、製造方法を簡単に説明する。(10
0)面のSi基板にSi34膜をLPCVDによってデ
ポジットし、空洞となる部分の上に窓をあける。次にエ
ッチ・チャンネルとなる多結晶Si層(図示せず)で空
洞となる部を覆い、エッチング孔25の部分に達するま
で窓を形成する。この上にダイアフラム22を構成する
Si34膜28、多結晶Si層を順次LPCVDで形成
し、多結晶Si層にボロンをイオン注入した後、パター
ンニングしてピエゾ抵抗23、24を形成する。次に、
Si34膜27でピエゾ抵抗を覆った後、エッチング孔
25をあけ、多結晶Siのエッチ・チャンネルとその下
のSi基板をKOH等の異方性エッチング液でエッチン
グして空洞21を形成する。次に、コンタクト・エッチ
ング及び配線電極(図示せず)を形成した後、PECV
DによってSi34膜30をデポジットし、空洞を封止
する。
Next, a brief description will be given of a manufacturing method. (10
A Si 3 N 4 film is deposited on the (0) plane Si substrate by LPCVD, and a window is opened on a portion to be a cavity. Next, a portion to be a cavity is covered with a polycrystalline Si layer (not shown) serving as an etch channel, and a window is formed until the portion reaches the etching hole 25. On this, a Si 3 N 4 film 28 and a polycrystalline Si layer constituting the diaphragm 22 are sequentially formed by LPCVD, and boron is ion-implanted into the polycrystalline Si layer, followed by patterning to form piezoresistors 23 and 24. . next,
After covering the piezoresistor with the Si 3 N 4 film 27, an etching hole 25 is made, and the etch channel of polycrystalline Si and the Si substrate thereunder are etched with an anisotropic etching solution such as KOH to form a cavity 21. I do. Next, after forming contact etching and wiring electrodes (not shown), PECV
D deposits the Si 3 N 4 film 30 and seals the cavity.

【0004】上記のようなダイアフラム構造に圧力が印
加されると、ダイアフラムの中心部と端部で逆方向の応
力が発生し、ピエゾ抵抗23と24の抵抗値は逆極性に
変化するので、ピエゾ抵抗23と24とでブリッジ回路
を構成することにより、圧力に対応した電圧を出力する
ことができる。このような表面形圧力センサにおいて
は、裏面からのエッチングを用いないので小形化が可能
であり、また絶縁膜上に形成された多結晶Si膜のピエ
ゾ抵抗を用いているので、リーク電流が少なく、高温雰
囲気中でも動作させることが出来るという利点がある。
When pressure is applied to the diaphragm structure as described above, stresses in opposite directions are generated at the center and the end of the diaphragm, and the resistance values of the piezo resistors 23 and 24 change to opposite polarities. By forming a bridge circuit with the resistors 23 and 24, a voltage corresponding to the pressure can be output. In such a surface type pressure sensor, miniaturization is possible because etching from the back side is not used, and the leak current is small because the piezo resistance of the polycrystalline Si film formed on the insulating film is used. There is an advantage that it can be operated even in a high temperature atmosphere.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体応力検出装置においては、p型多結晶
Siピエゾ抵抗だけでブリッジを構成しているので、ダ
イアフラム周辺部の最大応力を有効に利用することが出
来ず、横方向ゲージ率が縦方向ゲージ率の数分の1であ
るため、感度が低く、また非直線性を生じるという問題
があった。
However, in such a conventional semiconductor stress detecting device, since the bridge is constituted only by the p-type polycrystalline Si piezoresistor, the maximum stress in the peripheral portion of the diaphragm is effectively used. However, since the horizontal gauge factor is a fraction of the vertical gauge factor, there is a problem that the sensitivity is low and non-linearity occurs.

【0006】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、高感度で、しかも
非線形誤差の少ない半導体応力検出装置を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and has as its object to provide a semiconductor stress detecting device which has high sensitivity and less non-linear errors.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、本発明においては、外部物
理量の印加に応じて応力が発生する構造部上に、電流の
方向が印加される応力に平行方向となるように配設され
たp型多結晶Siピエゾ抵抗とn型多結晶Siピエゾ抵抗
とをそれぞれ複数個形成し、上記p型多結晶Siピエゾ
抵抗同志を一対の対辺とし、上記n型多結晶Siピエゾ
抵抗同志を他の一対の対辺としてフルブリッジ回路を構
成し、かつ、上記p型多結晶Siピエゾ抵抗とn型多結
晶Siピエゾ抵抗との不純物濃度を、上記両ピエゾ抵抗
における長さ方向の応力に対する変化率の絶対値をほぼ
等しい値にすると共に上記両ピエゾ抵抗における長さ方
向の応力に対する変化率の温度係数をほぼ等しい値とす
る不純物濃度に設定したものである。なお、上記の外部
物理量とは、例えば加速度や圧力である。また、上記の
構造部とは、例えば片持ち梁構造や両持ち梁構造であ
り、半導体や絶縁物で形成される。また、上記ピエゾ抵
抗は一般に長方形の長手方向に電流が流れるように形成
されるが、長方形に限らず正方形等の他の形でもよい。
要するに電流の流れる方向が応力と平行になればよい。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention is configured as described in the claims. That is, in the present invention, a p-type polycrystalline Si piezoresistor is disposed on a structure where a stress is generated in response to the application of an external physical quantity, such that the direction of the current is parallel to the applied stress. A full bridge circuit is formed by forming a plurality of n-type polycrystalline Si piezoresistors, using the p-type polycrystalline Si piezoresistors as a pair of opposite sides, and using the n-type polycrystalline Si piezoresistors as another pair of opposite sides. The p-type polycrystalline Si piezoresistor and the n-type polycrystalline
The impurity concentration of the Si piezoresistors is
The absolute value of the rate of change with respect to the longitudinal stress
Equal values and the length in both piezoresistors
The temperature coefficient of the rate of change for the
The impurity concentration is set at a certain level. The external physical quantity is, for example, acceleration or pressure. In addition, the above-mentioned structural portion has, for example, a cantilever structure or a double-supported beam structure, and is formed of a semiconductor or an insulator. The piezoresistor is generally formed so that a current flows in the longitudinal direction of a rectangle, but is not limited to a rectangle and may be another shape such as a square.
In short, it is only necessary that the direction of current flow is parallel to the stress.

【0008】[0008]

【作用】本発明者等の実験によれば、p型多結晶Si抵
抗およびn型多結晶Si抵抗において、印加される応力
と平行方向に形成された抵抗と応力に垂直方向に形成さ
れた抵抗とでは、応力に対する抵抗変化率特性に大きな
差異のあることが判明した。図3は、上記の抵抗変化率
特性の一例を示す図であり、(a)はp型多結晶Si抵抗
の特性、(b)はn型多結晶Si抵抗の特性を示す。図
3(a)から判るように、p型多結晶Si抵抗において
は、応力に平行な抵抗と垂直な抵抗とでは、応力に対す
る抵抗変化率は大幅に異なっており、かつ温度の変化に
対する抵抗変化率の変化方向が逆になっている。すなわ
ち、感度の温度依存性は逆符号で同極性の特性(抵抗変
化率における0からの差は、温度が低下するに従って、
平行の場合は負の方向で、垂直の場合は正の方向で、共
に大きくなる)を示している。また、n型多結晶Si抵
抗においては、応力に平行な抵抗と垂直な抵抗とでは応
力に対する抵抗変化率は大幅に異なっており、かつ感度
の温度依存性は逆符号で逆極性の特性(抵抗変化率にお
ける0からの差は、温度が低下するに従って、平行の場
合は正の方向で大きくなり、垂直の場合は負の方向で小
さくなる)を示している。本発明は、上記のごとき本発
明者等の新規な知見に基づいてなされたものであり、応
力に平行に形成したp型多結晶Siピエゾ抵抗とn型多
結晶Siピエゾ抵抗とを適宜組み合わせてブリッジ回路
を構成し、かつ、上記p型多結晶Siピエゾ抵抗とn型
多結晶Siピエゾ抵抗との不純物濃度を、上記両ピエゾ
抵抗における長さ方向の応力に対する変化率の絶対値を
ほぼ等しい値にすると共に上記両ピエゾ抵抗における長
さ方向の応力に対する変化率の温度係数をほぼ等しい値
とする不純物濃度に設定することにより、高感度で、し
かも直線性のよい半導体応力検出装置を実現したもので
ある。すなわち、所定の不純物濃度で形成したp型多結
晶Siピエゾ抵抗とn型多結晶Siピエゾ抵抗とでは、印
加応力に対する抵抗率の変化特性が逆符号(応力に平行
に形成されたp型では抵抗率が負方向に変化し、n型で
は正方向に変化する)であり、かつその値が大幅に異な
っている。したがって応力と平行方向に形成されたp型
多結晶Siピエゾ抵抗同志を一対の対辺とし、応力と平
行方向に形成されたn型多結晶Siピエゾ抵抗を他の一
対の対辺としてフルブリッジ回路を構成することによ
り、感度を従来のp型多結晶Siピエゾ抵抗のみによる
応力検出装置に比べて大幅に向上させることが出来る。
また、p型とn型のピエゾ抵抗の応力に対する変化率の
絶対値を揃えることで、より大きな出力(感度)を得る
ことが出来ると共に、p型とn型のピエゾ抵抗の応力に
対する変化率の温度係数をほぼ同じにすることが出来る
ので、ピエゾ抵抗として多結晶シリコンを使用した場合
に温度補償回路等を付加することなく、広い温度範囲で
非線形誤差を低減できる
According to the experiments of the present inventors, the resistance formed in the direction parallel to the applied stress and the resistance formed in the direction perpendicular to the stress in the p-type polycrystalline Si resistance and the n-type polycrystalline Si resistance. It was found that there was a large difference in the resistance change rate characteristics with respect to stress. FIGS. 3A and 3B are diagrams showing an example of the above-described resistance change rate characteristics. FIG. 3A shows the characteristics of a p-type polycrystalline Si resistor, and FIG. 3B shows the characteristics of an n-type polycrystalline Si resistor. As can be seen from FIG. 3A, in the p-type polycrystalline Si resistor, the resistance change rate with respect to the stress is significantly different between the resistance parallel to the stress and the resistance perpendicular to the stress, and the resistance change with respect to the temperature change. The rate of change of the rate is reversed. That is, the temperature dependency of the sensitivity is the opposite sign and the characteristic of the same polarity (the difference from 0 in the resistance change rate is
Parallel indicates a negative direction, and vertical indicates a positive direction, both of which are larger). Also, in the n-type polycrystalline Si resistor, the resistance change rate with respect to the stress is significantly different between the resistance parallel to the stress and the resistance perpendicular to the stress, and the temperature dependence of the sensitivity has the opposite sign and the opposite polarity characteristic (resistance The difference from 0 in the rate of change indicates that as the temperature decreases, the rate of change increases in the positive direction for parallel and decreases in the negative direction for vertical). The present invention has been made based on the above-described novel findings of the present inventors, and appropriately combines a p-type polycrystalline Si piezoresistance formed in parallel with stress and an n-type polycrystalline Si piezoresistance. A bridge circuit , and the p-type polycrystalline Si piezoresistor and the n-type
The impurity concentration with the polycrystalline Si piezoresistor is determined by
The absolute value of the rate of change of the resistance with respect to the longitudinal stress
Approximately equal value and length at both piezoresistors
Values of the temperature coefficient of change rate with respect to the stress in the vertical direction
By setting the impurity concentration as described above, a semiconductor stress detecting device with high sensitivity and good linearity is realized. That is , in the p-type polycrystalline Si piezoresistor formed at a predetermined impurity concentration and the n-type polycrystalline Si piezoresistor, the change characteristic of the resistivity with respect to the applied stress has the opposite sign (the resistance is changed in the p-type formed in parallel with the stress. The rate changes in the negative direction, and in the n-type, the rate changes in the positive direction), and the values are significantly different. Therefore, a full-bridge circuit is formed by using p-type polycrystalline Si piezoresistors formed in a direction parallel to the stress as a pair of opposite sides and n-type polycrystalline Si piezoresistors formed in a direction parallel to the stress as another pair of opposite sides. By doing so, the sensitivity can be greatly improved as compared with a conventional stress detection device using only a p-type polycrystalline Si piezoresistor.
Also, the rate of change of the p-type and n-type
Greater output (sensitivity) by aligning absolute values
And the stress of p-type and n-type piezoresistors
Temperature coefficient of change rate can be almost the same
When using polycrystalline silicon as the piezoresistor
Over a wide temperature range without adding a temperature compensation circuit
Non-linear errors can be reduced .

【0009】[0009]

【実施例】図1は、本発明の一実施例図であり、(a)
は平面図、(b)は(a)のA−A′断面図である。こ
の実施例は加速度センサに本発明を適用した場合を例示
する。図1において、1は重り部、2は肉薄構造の片持
ち梁部である。この片持ち梁部2は、支持部9を介して
基部10に固定されている。また、3は重り部1と片持
ち梁部2を取り囲むように形成された溝部である。片持
ち梁部2の上には、p型多結晶Siピエゾ抵抗4および
5、n型多結晶Siピエゾ抵抗6および7が、印加され
る応力に平行方向に形成されている。なお、矢印50は
印加応力の方向を示す。これらの多結晶Siピエゾ抵抗
4〜7は金属配線8によって接続され、図2の等価回路
に示すようなフル・ブリッジ回路を構成している。ま
た、11と12はシリコン酸化膜である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
Is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along the line AA 'of (a). This embodiment illustrates a case where the present invention is applied to an acceleration sensor. In FIG. 1, 1 is a weight portion, and 2 is a thin-walled cantilever portion. The cantilever 2 is fixed to a base 10 via a support 9. Reference numeral 3 denotes a groove formed so as to surround the weight 1 and the cantilever 2. On the cantilever portion 2, p-type polycrystalline Si piezoresistors 4 and 5 and n-type polycrystalline Si piezoresistors 6 and 7 are formed in a direction parallel to the applied stress. The arrow 50 indicates the direction of the applied stress. These polycrystalline Si piezoresistors 4 to 7 are connected by metal wiring 8 to form a full bridge circuit as shown in the equivalent circuit of FIG. 11 and 12 are silicon oxide films.

【0010】このような半導体加速度センサの形成方法
としては、次のようなプロセス・フローが考えられる。
まず、シリコン基板上に酸化膜11を形成し、次にLP
CVDで多結晶シリコンをデポジットし、フォトレジス
トをマスクにして、ボロン及びリンまたはヒ素をそれぞ
れp型もしくはn型抵抗形成領域にイオン注入する。そ
してパターンニングした後に表面絶縁のため酸化膜12
を形成する。次に、窒素雰囲気中で900〜1100℃
のアニールを行った後、コンタクト・ホール(図示せ
ず)のエッチングを行い、金属電極8の蒸着、パターン
ニングを行なう。最後に酸化膜のパターンニングを行っ
て、表面側から溝部3を形成するためのSiエッチング
と、裏面側から片持ち梁部2および重り部1を形成する
ためのSiエッチングとを行なう。ここでSiのエッチン
グはエチレン・ジアミン・ピロカテコール水溶液、ヒド
ラジン、KOH等の異方性エッチングまたはフッ硝酸系
の等方性エッチングを用いればよい。また溝部3につい
てはドライ・エッチングを用いることもできる。マスク
材としては酸化膜の他にシリコン窒化膜や場合によって
はレジストを用いることもできる。
As a method of forming such a semiconductor acceleration sensor, the following process flow can be considered.
First, an oxide film 11 is formed on a silicon substrate.
Polycrystalline silicon is deposited by CVD, and boron and phosphorus or arsenic are ion-implanted into a p-type or n-type resistance forming region using a photoresist as a mask. After patterning, an oxide film 12 for surface insulation is formed.
To form Next, 900 to 1100 ° C. in a nitrogen atmosphere
Is performed, contact holes (not shown) are etched, and metal electrodes 8 are deposited and patterned. Finally, patterning of the oxide film is performed, and Si etching for forming the groove portion 3 from the front surface side and Si etching for forming the cantilever portion 2 and the weight portion 1 from the back surface side are performed. Here, for the etching of Si, anisotropic etching of ethylene / diamine / pyrocatechol aqueous solution, hydrazine, KOH or the like, or isotropic etching of hydrofluoric / nitric acid may be used. For the groove 3, dry etching can be used. In addition to the oxide film, a silicon nitride film or a resist may be used as the mask material.

【0011】次に作用を説明する。基板主面と垂直方向
に加速度が印加されると、片持ち梁部2の表面には矢印
50で示すような梁の長さ方向の応力が生じる。加速度
が下向きの場合には梁表面には引っ張り応力が生じる。
このような応力が印加されると、前記図3に示すよう
に、p型多結晶ピエゾ抵抗4、5は抵抗値が増加し、n
型多結晶ピエゾ抵抗6、7は抵抗値が減少するので、図
2のようなブリッジ回路を構成することにより、加速度
に対応した大きな電圧出力を得ることが出来る。なお、
図3においては、横軸の印加応力を負の値で示している
ので、上記とは逆の特性になっている。
Next, the operation will be described. When an acceleration is applied in a direction perpendicular to the main surface of the substrate, a stress in the length direction of the beam as shown by an arrow 50 is generated on the surface of the cantilever 2. When the acceleration is downward, a tensile stress is generated on the beam surface.
When such a stress is applied, the resistance values of the p-type polycrystalline piezo resistors 4 and 5 increase as shown in FIG.
Since the resistance values of the type polycrystalline piezoresistors 6 and 7 decrease, a large voltage output corresponding to the acceleration can be obtained by configuring a bridge circuit as shown in FIG. In addition,
In FIG. 3, since the applied stress on the horizontal axis is indicated by a negative value, the characteristics are opposite to those described above.

【0012】また、多結晶Siのゲージ率はプロセスに
大きく依存する。例えば、625℃のLPCVDでデポ
ジットした膜で、ボロンを5×1015cm~2イオン注入し
たp型多結晶Si抵抗の縦方向ゲージ率は24、リンを
5×1015cm~2イオン注入したn型多結晶Si抵抗の縦
方向ゲージ率は−24であることが実験によって確認さ
れた。また、この時のゲージ率の温度係数は両者とも−
1200ppm/K程度であることが判った。したがっ
て、このようなドーズ条件のp型とn型の多結晶Siピ
エゾ抵抗でフル・ブリッジ回路を組むことにより、大き
な出力が得られ、かつ対称性がよいので、大入力時の出
力歪を低減することが出来る。また、このときの横方向
ゲージ率はボロンを5×1015cm~2イオン注入したもの
で−5.4、リンを5×1015cm~2イオン注入したもの
で0.16であった。したがってp型もしくはn型だけ
でブリッジを組んだ場合には、上記の本実施例に比べて
感度は約半分程度となり、かつ大入力時にはブリッジの
非対称性によって非線形誤差を生じることになる。
The gauge factor of polycrystalline Si greatly depends on the process. For example, a film was deposited by LPCVD of 625 ° C., longitudinal gage factor of boron 5 × 10 15 cm ~ 2 ion-implanted p-type polycrystalline Si resistor 24, phosphorus was 5 × 10 15 cm ~ 2 ion implantation Experiments have confirmed that the longitudinal gauge factor of the n-type polycrystalline Si resistor is -24. At this time, the temperature coefficient of the gauge factor is-
It turned out that it is about 1200 ppm / K. Therefore, by forming a full bridge circuit with p-type and n-type polycrystalline Si piezoresistors under such a dose condition, a large output is obtained and the symmetry is good, so that the output distortion at the time of large input is reduced. You can do it. Moreover, transverse gage factor in this case was 0.16 in those 5 × 10 15 cm ~ 2 ion implanting boron -5.4, in which phosphorus was 5 × 10 15 cm ~ 2 ion implantation. Therefore, when a bridge is formed with only the p-type or n-type, the sensitivity is about half as compared with the above-described embodiment, and a non-linear error occurs due to the asymmetry of the bridge at a large input.

【0013】次に、図4は、本発明の他の実施例の平面
図であり、本発明を圧力センサに適用した場合を示す。
なお、図1と同様な部分は同一の番号を用いている。図
4において、p型多結晶Siピエゾ抵抗4および5と、
n型多結晶Siピエゾ抵抗6および7は、圧力を受ける
ダイアフラム13上の周辺部にダイアフラムの辺と垂直
に、すなわち印加される応力に平行に形成されている。
ダイアフラム13に圧力が印加されると周辺部では辺と
垂直方向の応力が特に大きくなるため、図のように応力
方向にp型とn型のピエゾ抵抗を設置して、ブリッジを
構成することにより、大きな出力を得ることができる。
なお、その他の作用、効果について図1の実施例と同様
である。
FIG. 4 is a plan view of another embodiment of the present invention, showing a case where the present invention is applied to a pressure sensor.
The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 4, p-type polycrystalline Si piezoresistors 4 and 5;
The n-type polycrystalline Si piezoresistors 6 and 7 are formed on the peripheral portion of the diaphragm 13 under pressure, perpendicular to the sides of the diaphragm, that is, parallel to the applied stress.
When pressure is applied to the diaphragm 13, the stress in the direction perpendicular to the side becomes particularly large in the peripheral portion. Therefore, as shown in the figure, p-type and n-type piezoresistors are provided in the stress direction to form a bridge. , A large output can be obtained.
Other operations and effects are the same as those of the embodiment of FIG.

【0014】なお、これまで説明した実施例において
は、薄肉構造部をもつ応力検出装置の例を示したが、本
発明は、薄肉構造部をもたない応力検出装置に応用して
も全く同様な効果が得られる。また、これまでの実施例
においては、多結晶Siピエゾ抵抗を半導体基板上に形
成した例を示したが、半導体基板に限らず、絶縁体の基
板上に多結晶Siピエゾ抵抗を形成しても同様の効果が
得られる。
In the above-described embodiments, an example of a stress detecting device having a thin-walled structure has been described. However, the present invention can be applied to a stress detecting device having no thin-walled structure. Effects can be obtained. Further, in the embodiments described above, the example in which the polycrystalline Si piezoresistor is formed on the semiconductor substrate is shown. However, the present invention is not limited to the semiconductor substrate, and the polycrystalline Si piezoresistor may be formed on an insulating substrate. Similar effects can be obtained.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、応力に平行に形成したp型多結晶Siピエゾ抵抗
とn型多結晶Siピエゾ抵抗とを適宜組み合わせてブリ
ッジ回路を構成したことにより、 (1)p型またはn型のみのピエゾ抵抗ブリッジ回路と
比較して大きな出力が得られる、 (2)p型とn型のピエゾ抵抗の縦方向ゲージ率を揃え
ることにより、大入力時の非線形誤差を低減することが
出来る、(3)p型多結晶Siピエゾ抵抗とn型多結晶Siピエゾ
抵抗との温度係数をほぼ同じにすることが出来るので、
温度特性も良好になる、 という効果が得られる。
As described above, according to the present invention, a bridge circuit is formed by appropriately combining a p-type polycrystalline Si piezoresistor and an n-type polycrystalline Si piezoresistor formed in parallel with a stress. As a result, (1) a large output can be obtained as compared with a p-type or n-type only piezoresistive bridge circuit. (2) a large input can be obtained by making the vertical gauge ratios of the p-type and n-type piezoresistors uniform. (3) p-type polycrystalline Si piezoresistor and n-type polycrystalline Si piezoresistor
Since the temperature coefficient with the resistance can be made almost the same,
The effect is obtained that the temperature characteristics are also improved .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の平面図および断面図。FIG. 1 is a plan view and a sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例の等価回路図。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the embodiment of FIG.

【図3】ピエゾ抵抗の形成方向による印加応力と抵抗変
化率との関係を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between an applied stress and a resistance change rate depending on a direction in which a piezoresistor is formed.

【図4】本発明の第2の実施例の平面図および断面図。FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view of a second embodiment of the present invention.

【図5】従来装置の平面図および断面図。FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…重り部 2…片持ち梁部 3…溝部 4、5…印加応力と平行方向に形成されたp型多結晶S
i抵抗 6、7…印加応力と平行方向に形成されたn型多結晶S
i抵抗 8…電極配線 9…シリコン基板 10…基台 11、12…シリコン酸化膜 13…ダイアフラム 21…空洞 22…ダイアフラム 23、24…p型多結晶Si抵抗 25…エッチング孔 26…Si基板 27〜30…Si34膜 50…印加応力の方向を示す矢印
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Weight part 2 ... Cantilever part 3 ... Groove part 4, 5 ... p-type polycrystal S formed in the direction parallel to the applied stress
i-resistance 6, 7,... n-type polycrystal S formed in a direction parallel to the applied stress
i resistance 8 ... electrode wiring 9 ... silicon substrate 10 ... base 11, 12 ... silicon oxide film 13 ... diaphragm 21 ... cavity 22 ... diaphragm 23, 24 ... p-type polycrystalline Si resistance 25 ... etching hole 26 ... Si substrate 27- 30: Si 3 N 4 film 50: arrow indicating the direction of applied stress

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】外部物理量の印加に応じて応力が発生する
構造部上に、当該抵抗に流れる電流の方向が印加される
応力に平行方向となるように配設されたp型多結晶Si
ピエゾ抵抗とn型多結晶Siピエゾ抵抗とをそれぞれ複
数個形成し、上記p型多結晶Siピエゾ抵抗同志を一対
の対辺とし、上記n型多結晶Siピエゾ抵抗同志を他の
一対の対辺としてブリッジ回路を構成し、かつ、上記p
型多結晶Siピエゾ抵抗とn型多結晶Siピエゾ抵抗との
不純物濃度を、上記両ピエゾ抵抗における長さ方向の応
力に対する変化率の絶対値をほぼ等しい値にすると共に
上記両ピエゾ抵抗における長さ方向の応力に対する変化
率の温度係数をほぼ等しい値とする不純物濃度に設定し
、ことを特徴とする半導体応力検出装置。
1. A p-type polycrystal Si disposed on a structure in which a stress is generated in response to the application of an external physical quantity such that the direction of a current flowing through the resistor is parallel to the applied stress.
A plurality of piezoresistors and a plurality of n-type polycrystalline Si piezoresistors are formed, and the above-mentioned p-type polycrystalline Si piezoresistors constitute one pair of opposite sides, and the n-type polycrystalline Si piezoresistors constitute another pair of opposite sides. A circuit , and p
Between the n-type polycrystalline Si piezoresistor and the n-type polycrystalline Si piezoresistor
The impurity concentration is adjusted in the longitudinal direction of the piezoresistors.
Make the absolute value of the rate of change with respect to force approximately equal and
Changes in longitudinal stress in the above piezoresistors
Set the impurity concentration so that the temperature coefficient of
And semiconductor stress detecting device, characterized in that.
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