JP3084616B2 - Diffusion type pressure transducer - Google Patents

Diffusion type pressure transducer

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JP3084616B2
JP3084616B2 JP08255538A JP25553896A JP3084616B2 JP 3084616 B2 JP3084616 B2 JP 3084616B2 JP 08255538 A JP08255538 A JP 08255538A JP 25553896 A JP25553896 A JP 25553896A JP 3084616 B2 JP3084616 B2 JP 3084616B2
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pressure transducer
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piezoresistive element
central
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秀明 内野
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Description

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

【0001】[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、オフセット、オフセット温度特性の
改善を図った拡散型圧力変換器のピエゾ抵抗素子の配置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a diffusion pressure transducer employing an N-type silicon substrate as the 0) plane, and more particularly, to an arrangement of a piezoresistive element of the diffusion pressure transducer which has improved offset and offset temperature characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】結晶方位(100)面であるN形シリコ
ン基板を採用した従来の拡散型圧力変換器を図9ないし
図10を参照して説明する。
2. Description of the Related Art A conventional diffusion type pressure transducer employing an N-type silicon substrate having a (100) crystal orientation will be described with reference to FIGS.

【0003】一般に、使用するシリコン基板の結晶方位
面やダイヤフラム部の形状により、その応力分布が特定
されてしまうため、最適なピエゾ抵抗素子の配置はほぼ
決定されてしまう。図9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た
従来の拡散型圧力変換器のダイヤフラム部の表面側を示
す平面図であり、図10は、図9のX−Xから見たこの
拡散型圧力変換器の断面図である。従来の拡散型圧力変
換器では、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が配
置され、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が各々並行して
配置されている。
In general, the stress distribution is specified by the crystal orientation plane of the silicon substrate to be used and the shape of the diaphragm, and therefore, the optimum arrangement of the piezoresistive element is almost determined. FIG. 9 shows N (100) plane of crystal orientation.
FIG. 10 is a plan view showing the front surface side of the diaphragm portion of a conventional diffusion type pressure transducer in which a substantially rectangular diaphragm portion is formed on a silicon substrate. FIG. It is sectional drawing of a container. In the conventional diffusion type pressure transducer, one end piezoresistive element is arranged on the surface side of the strain-generating region located on each long side of the diaphragm, and the strain-generating element located substantially in the center of the diaphragm is arranged. Two central piezoresistive elements are arranged in parallel on the surface side of the region.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の拡散型圧力変換器では、チップの小型化に伴って、
図9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31,33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った。また、
中央部ピエゾ抵抗素子31,33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った。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った。
However, in such a conventional diffusion type pressure transducer, with the downsizing of the chip,
The distance between the respective piezoresistive elements shown by a, b, and b ′ in FIG. 9 is reduced, and especially in the central piezoresistive elements 31 and 33 provided close to each other, the influence of the diffusion step and the photolithographic step is strongly increased. This causes variations in individual resistance values and their temperature characteristics (TCR), thereby deteriorating offset and offset temperature characteristics. Also,
The proximity of the central piezoresistive elements 31 and 33 causes a problem such as a leak current, and has a problem that the energization drift and the temperature reproducibility are deteriorated. On the other hand, when a silicon substrate having another crystal orientation plane is adopted, each central piezoresistive element can be arranged linearly in the longitudinal direction of the diaphragm portion. If an N-type silicon substrate with a (100) plane is adopted,
Due to the relationship of the stress distribution, it was impossible to achieve this without sacrificing various characteristics such as sensitivity and linearity.

【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、感
度や直線性等の諸特性を犠牲にすることなく、拡散やホ
トリソ等の製造工程によるばらつきを抑え、オフセット
やオフセット温度特性の改善を図り、通電ドリフトや温
度再現性に優れ、温度補償が容易な拡散型圧力変換器を
得ることを目的としている。
[0005] In view of the above-mentioned conventional disadvantages, the present invention has
This was done to eliminate these drawbacks, without sacrificing various characteristics such as sensitivity and linearity, suppressing variations due to manufacturing processes such as diffusion and photolithography, and improving offset and offset temperature characteristics. It is an object of the present invention to obtain a diffusion type pressure transducer which is excellent in current drift and temperature reproducibility and can easily perform temperature compensation.

【0006】[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つの剛体部により応力値が
一定となる領域に2つの中央部ピエゾ抵抗素子を前記剛
体部と平行に、かつ、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。また、結晶方位(10
0)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
つの剛体部により応力値が一定となる領域に2つの中央
部ピエゾ抵抗素子を前記剛体部と平行に、かつ、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。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a substantially rectangular diaphragm portion is formed on an N-type silicon substrate having a (100) crystal orientation, and a long side of each of the diaphragm portions is formed. 1 each on the surface side of the strain generating region
One end piezoresistive element is formed, and two central piezoresistive elements are formed on the surface side of the strain-generating region located substantially at the center of the diaphragm, and each end piezoresistive element and each central piezoresistive element are formed. 2 along the longitudinal direction of the diaphragm portion on the back side of the diaphragm portion located between the
A diffused pressure transducer is formed by forming two rigid portions and arranging two central piezoresistive elements in a region where the stress value is constant by the two rigid portions in parallel with the rigid portions and linearly. Is composed. The crystal orientation (10
A substantially rectangular diaphragm portion is formed on the N-type silicon substrate on the 0) plane, and one end piezoresistive element is formed on each of the strain-generating regions located on the long side of each of the diaphragm portions. Two central piezoresistive elements are formed on the surface side of a strain generating region located substantially at the center of the diaphragm section, and the diaphragm section located between each end piezoresistive element and each central piezoresistive element On the back side of the diaphragm, two rigid portions are formed along the longitudinal direction of the diaphragm portion.
Two central piezoresistive elements are arranged in a region where the stress value is constant by the two rigid parts in parallel with the rigid part and in a straight line, and one end piezoresistive element is arranged from the center of the diaphragm part. A diffusion type pressure transducer is configured by arranging the distance in the Y-axis direction to the center and the distance in the X-axis direction from the center of the diaphragm to the center of one central piezoresistive element to be substantially equal. .

【0007】[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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【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の平面図であり、図2は図
1のII−II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21a,23a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21a,23aと同様に2つの中央部ピエ
ゾ抵抗素子11a,13aがダイヤフラム部3の長手方
向に対して直線的に形成されている。この端部ピエゾ抵
抗素子21aと中央部ピエゾ抵抗素子11a,13aと
の間並びに中央部ピエゾ抵抗素子11a,13aと端部
ピエゾ抵抗素子23a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に示す形状の剛体部5a,5aが各々形成され
ている。
FIG. 1 is a plan view of a diaphragm portion of a diffusion type pressure transducer according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the diffusion type pressure transducer viewed from II-II in FIG. FIG. Reference numeral 1 denotes a substrate made of N-type silicon having a crystal orientation (100) plane.
A substantially rectangular diaphragm portion 3 which is a strain generating portion is formed. Two end piezoresistive elements 21a and 23a are formed by diffusion on the surface side of the strain generating region located on the long side of each of the diaphragm portions 3, and are formed at substantially the center of the diaphragm portion 3. On the surface side of the strain region, two central piezoresistive elements 11a and 13a are formed linearly with respect to the longitudinal direction of the diaphragm part 3, similarly to the end piezoresistive elements 21a and 23a. On the back side of the diaphragm portion 3 between the end piezoresistive element 21a and the central piezoresistive elements 11a and 13a and between the central piezoresistive elements 11a and 13a and the end piezoresistive element 23a, a diaphragm portion is provided. Rigid bodies 5a, 5a each having the shape shown in FIGS. 1 and 2 are formed along the longitudinal direction of 3.

【0009】図3は本発明の第1の実施の形態の拡散型
圧力変換器の実効応力値を求め、その応力分布を模式的
に示したものである。同様に、図4は従来の拡散型圧力
変換器の実効応力値を求め、図3と同様にその応力分布
を模式的に示したものである。剛体部5a,5aを有し
ていない従来の拡散型圧力変換器では、図4のD−D’
応力分布、E−E’応力分布を見ればわかるように、ダ
イヤフラム部51の長手方向に対して応力値が一定では
なく、圧力検出感度を最大とするためには、2つの中央
部ピエゾ抵抗素子をダイヤフラム部51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った。これに対
して、本発明の第1の実施の形態においては、図3のA
−A’応力分布、B−B’応力分布を見ればわかるよう
に、ダイヤフラム部3の長手方向に対して応力値が一定
な領域が存在(図5のα,β,γ参照)し、この領域内
においては、2つの中央部ピエゾ抵抗素子11a,13
aをダイヤフラム部3の長手方向に対して直線的に配置
することが可能となる。この応力値が一定な領域は、剛
体部5aの長手方向の長さにより決まり、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11a,13a
の長さを合わせた長さよりも長く形成することにより、
応力値が一定となる領域内に、2つの中央部ピエゾ抵抗
素子11a,13aを、この剛体部5aと平行に、か
つ、直線的に配置することが可能となる。また、2つの
中央部ピエゾ抵抗素子11a,13aがダイヤフラム部
3の略中央部において近接する距離が、従来の並行して
配置された中央部ピエゾ抵抗素子31,33の間の距離
と等しい場合においても、対面する面積(体積)が小さ
い分だけリーク電流等に対して有利となる。このよう
に、最適な領域に中央部ピエゾ抵抗素子を配置すること
により、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、温
度再現性の低減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11a,13aの実質的な部分が応力値が
一定となる領域内に配置されていれば、ほぼ同様の効果
を得ることができる。
FIG. 3 schematically shows an effective stress value of the diffusion type pressure transducer according to the first embodiment of the present invention, and schematically shows the stress distribution. Similarly, FIG. 4 shows the effective stress value of the conventional diffusion type pressure transducer, and schematically shows the stress distribution as in FIG. In the conventional diffusion type pressure transducer having no rigid parts 5a, 5a, DD ′ in FIG.
As can be seen from the stress distribution and the EE ′ stress distribution, the stress value is not constant in the longitudinal direction of the diaphragm 51, and in order to maximize the pressure detection sensitivity, two central piezoresistive elements are required. Cannot be arranged linearly in the longitudinal direction of the diaphragm 51. On the other hand, in the first embodiment of the present invention, A in FIG.
As can be seen from the −A ′ stress distribution and the BB ′ stress distribution, there is a region where the stress value is constant in the longitudinal direction of the diaphragm portion 3 (see α, β, γ in FIG. 5). In the region, two central piezoresistive elements 11a, 13
a can be arranged linearly in the longitudinal direction of the diaphragm 3. The region where the stress value is constant is determined by the length of the rigid portion 5a in the longitudinal direction. Here, the length is determined by two central piezoresistive elements arranged linearly with respect to the longitudinal direction of the diaphragm portion 3. 11a, 13a
By forming longer than the combined length of
The two central piezoresistive elements 11a and 13a can be arranged in parallel and linearly with the rigid portion 5a in a region where the stress value is constant. Further, in the case where the distance at which the two central piezoresistive elements 11a and 13a approach each other at substantially the center of the diaphragm portion 3 is equal to the distance between the conventional central piezoresistive elements 31 and 33 arranged in parallel. Also, the smaller the area (volume) facing, is advantageous for leak current and the like. By arranging the central piezoresistive element in the optimum region in this way, the resistance values and TCRs of the individual piezoresistive elements can be made substantially the same, so that the two central piezoresistive elements are close to each other. Therefore, it is possible to prevent offset and offset temperature characteristics from deteriorating, thereby suppressing various problems such as leak current. In addition, it is effective in reducing linearity, current drift, and temperature reproducibility, and is very effective in reducing the size of the diffusion type pressure transducer. Note that substantially the same effect can be obtained if a substantial portion of the central piezoresistive elements 11a and 13a is arranged in a region where the stress value is constant.

【0010】次に、図3のC−C’応力分布を見ればわ
かるように、本発明の第1の実施の形態の拡散型圧力変
換器においては、剛体部5a,5aの働きにより、剛体
部5a,5aが形成されていない箇所のダイヤフラム部
3に応力集中が生じ、この領域(例えば、図5のα,
β,γ)に各々のピエゾ抵抗素子を形成することによ
り、高感度な拡散型圧力変換器を得ることができる。ま
た、剛体部5a,5a間の距離を狭めることにより、感
度や直線性を向上させることができるが、中央部ピエゾ
抵抗素子が直線的に配置されているため、容易に実現可
能であり、これは、特に微圧用に最適な拡散型圧力変換
器を得る上で非常に効果がある。
Next, as can be seen from the CC ′ stress distribution in FIG. 3, in the diffusion pressure transducer according to the first embodiment of the present invention, the rigid members 5a, 5a act to Stress concentration occurs in the diaphragm portion 3 where the portions 5a and 5a are not formed, and this region (for example, α,
By forming each piezoresistive element in β, γ), a highly sensitive diffusion type pressure transducer can be obtained. Also, sensitivity and linearity can be improved by reducing the distance between the rigid portions 5a, 5a. However, since the central piezoresistive element is linearly arranged, it can be easily realized. Is very effective in obtaining an optimal diffusion pressure transducer especially for micro pressure.

【0011】ところで、微圧用の拡散型圧力変換器にお
いては、そのダイヤフラム部3の厚さを極めて薄く形成
する必要があるが、その際に、SOIシリコン基板を用
いることにより、ダイヤフラム部3の厚さの制御が容易
となるため、高精度な微圧用拡散型圧力変換器を得る上
で非常に効果がある。
In the meantime, in the diffusion type pressure transducer for minute pressure, the thickness of the diaphragm portion 3 needs to be extremely thin. At this time, the thickness of the diaphragm portion 3 is reduced by using an SOI silicon substrate. Since the control of the pressure is easy, it is very effective in obtaining a high-precision micro pressure diffusion type pressure transducer.

【0012】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51の短手方向に対して中央部ピエゾ抵
抗素子31,33の配置がずれてしまった場合、中央部
ピエゾ抵抗素子31,33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、31)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、33)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41,43も各々
異なる方向(+側、−側)にシフトしてしまう。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31と端部ピ
エゾ抵抗素子41との積に対して、中央部ピエゾ抵抗素
子33と端部ピエゾ抵抗素子43との積)に対して出力
値変化してしまうことになる。したがって、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1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11a,13a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11
a,13aが、剛体部5aに対して平行に、かつ、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
11a,13a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2
1a,23aの応力値は、中央部ピエゾ抵抗素子11
a,13a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。
Further, in the conventional diffusion type pressure transducer, due to the influence of the alignment accuracy in the photolithography process, etc.
When the arrangement of the central piezoresistive elements 31 and 33 is shifted with respect to the widthwise direction of the diaphragm 51, the central piezoresistive elements 31 and 33 are arranged in parallel. The stress value of the element (for example, 31) shifts to the positive side, and the stress value of the other central piezoresistive element (for example, 33) shifts to the negative side. Different directions (+
(See FIG. 4 FF ′ stress distribution). Similarly, the end piezoresistive elements 41 and 43 also shift in different directions (+ side, − side). Usually, these four piezoresistive elements (central piezoresistive element, end piezoresistive element) improve the output sensitivity by bridge connection. Therefore, the product of the change in the resistance value of each piezoresistive element (for example, center The output value changes with respect to the product of the partial piezoresistive element 31 and the end piezoresistive element 41 (the product of the central piezoresistive element 33 and the end piezoresistive element 43). Therefore, a slight misalignment greatly affects the linearity. On the other hand, in the diffusion pressure transducer according to the first embodiment of the present invention, the center piezoresistive element 11a, Even if the arrangement of the piezoresistive element 11a is shifted,
Since the a and 13a are arranged in parallel and linearly with respect to the rigid portion 5a, the stress values of the two central piezoresistive elements 11a and 13a shift from the peak values to the negative side. Piezoresistive element 2
The stress values of 1a and 23a are determined by the central piezoresistive element 11.
Similarly to FIGS. 13a and 13a, the peak values are both shifted to the minus side, but the respective stress values are substantially the same (see the CC ′ stress distribution in FIG. 3). In this case, the change in the output value can be minimized, which is very effective in improving the linearity.

【0013】図6は本発明の第2の実施の形態の拡散型
圧力変換器のダイヤフラム部の表面側を示す平面図で、
一方の端部ピエゾ抵抗素子21bをダイヤフラム部3の
左側寄りに、もう一方の端部ピエゾ抵抗素子23bをダ
イヤフラム部3の右側寄りに配置したものである。この
ように、端部ピエゾ抵抗素子を各々、図5のβ,γで示
す応力値が一定した領域内の任意の箇所に設けることに
より、本発明の第1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。
FIG. 6 is a plan view showing a front surface side of a diaphragm portion of a diffusion type pressure transducer according to a second embodiment of the present invention.
One end piezoresistive element 21b is arranged on the left side of the diaphragm section 3, and the other end piezoresistive element 23b is arranged on the right side of the diaphragm section 3. As described above, by providing the end piezoresistive elements at arbitrary locations within the region where the stress values indicated by β and γ in FIG. 5 are constant, the same effect as in the first embodiment of the present invention can be obtained. In addition to this, the end piezoresistive element can be provided at an arbitrary position, so that the degree of freedom in pattern design including the wiring pattern can be increased.

【0014】図7ないし図8は、本発明の第3、第4の
実施の形態の拡散型圧力変換器のダイヤフラム部の表面
側を示す平面図で、本発明の第1、第2の実施の形態の
拡散型圧力変換器と主に異なる点は、中央部ピエゾ抵抗
素子のX軸方向に対する配置を限定したことにある。
FIGS. 7 and 8 are plan views showing the front side of the diaphragm portion of the diffusion type pressure transducer according to the third and fourth embodiments of the present invention. The first and second embodiments of the present invention are shown in FIGS. The main difference from the diffusion type pressure transducer of the embodiment is that the arrangement of the central piezoresistive element in the X-axis direction is limited.

【0015】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21aの中心部までのY軸方向の距離Y
1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13b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23a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11b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、拡散工程やホトリソ工程のばら
つきを低減し、本発明の第1、第2の実施の形態に比
べ、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。
The distance Y in the Y-axis direction from the center of the diaphragm 3 to the center of one end piezoresistive element 21a.
1 is substantially equal to the distance X1 in the X-axis direction from the center of the diaphragm section 3 to the center of one center piezoresistive element 13b, and similarly, the other end piezoresistor from the center of the diaphragm section 3 The distance -Y1 (≒ Y1) in the Y-axis direction to the center of the element 23a and the distance -X1 (≒) in the X-axis from the center of the diaphragm 3 to the center of the other central piezoresistive element 11b. By arranging X1) approximately equal to each other, it is possible to reduce variations in the diffusion process and the photolithography process, and to further improve the offset and the offset temperature characteristics as compared with the first and second embodiments of the present invention. .

【0016】[0016]

【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。
As described in detail above, the present invention can provide the following effects.

【0017】(1) 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た
め、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、温度再現性も低減す
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。
(1) Since the two central piezoresistive elements are arranged linearly in the longitudinal direction of the diaphragm, the two piezoresistive elements do not come close to each other.
Adverse effects in the diffusion and photolithography steps can be avoided, offset and offset temperature characteristics can be improved, and leak current and the like can be reduced. In addition, since linearity, conduction drift, and temperature reproducibility can be reduced, temperature compensation can be easily and accurately performed, and a diffusion pressure transducer with good temperature characteristics and high accuracy can be easily obtained. In addition, it is possible to easily obtain a diffusion pressure transducer that is optimal for miniaturization and micro pressure.

【0018】(2) 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る。
また、製品歩留を向上することができる。
(2) Since the influence of misalignment in the photolithographic process in the formation of the piezoresistive element and the diaphragm can be minimized, a diffusion pressure transducer having excellent linearity can be obtained and the temperature can be reduced. A diffusion pressure transducer with good characteristics and high accuracy can be obtained.
Further, the product yield can be improved.

【0019】(3) 端部ピエゾ抵抗素子の配置を任意
に設定することができるため、パターン設計の自由度が
増す。
(3) Since the arrangement of the end piezoresistive elements can be arbitrarily set, the degree of freedom in pattern design is increased.

【0020】(4) 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、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。
(4) The distance in the Y-axis direction from the center of the diaphragm to the center of one end piezoresistive element, and the distance X from the center of the diaphragm to the center of one center piezoresistive element. By disposing the distances in the axial direction substantially equal to each other, it is possible to reduce variations in the diffusion step and the photolithography step, and to further improve offset and offset temperature characteristics.

【0021】(5) SOI構造のシリコン基板を用い
ることにより、ダイヤフラム部の厚さの制御を容易と
し、さらに微圧用に最適な拡散型圧力変換器を得ること
ができる。
(5) By using a silicon substrate having an SOI structure, it is possible to easily control the thickness of the diaphragm portion, and to obtain a diffusion pressure transducer which is optimal for a minute pressure.

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

【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表面側を示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing a front surface side of a diaphragm portion of a diffusion type pressure transducer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のII−II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。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the diffusion pressure transducer according to the first embodiment of the present invention as viewed from II-II in FIG.

【図3】本発明の第1の実施の形態の拡散型圧力変換器
の応力分布を示す模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a stress distribution of the diffusion type pressure transducer according to the first embodiment of the present invention.

【図4】従来の拡散型圧力変換器の応力分布を示す模式
図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a stress distribution of a conventional diffusion type pressure transducer.

【図5】本発明の第1の実施の形態の拡散型圧力変換器
の底面図。
FIG. 5 is a bottom view of the diffusion type pressure transducer according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態の拡散型圧力変換器
のダイヤフラム部の表面側を示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing a front surface side of a diaphragm portion of a diffusion type pressure transducer according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態の拡散型圧力変換器
のダイヤフラム部の表面側を示す平面図。
FIG. 7 is a plan view showing a front surface side of a diaphragm of a diffusion pressure transducer according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施の形態の拡散型圧力変換器
のダイヤフラム部の表面側を示す平面図。
FIG. 8 is a plan view showing a surface side of a diaphragm of a diffusion pressure transducer according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】従来の拡散型圧力変換器のダイヤフラム部の表
面側を示す平面図。
FIG. 9 is a plan view showing a surface side of a diaphragm of a conventional diffusion type pressure transducer.

【図10】図9のX−Xから見た従来の拡散型圧力変換
器の断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the conventional diffusion type pressure transducer viewed from XX in FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板、 3,51:ダイヤ
フラム部、5a,5b:剛体部、 7:厚
肉部、11a,11b,31,13a,13b,33:
中央部ピエゾ抵抗素子、21a,21b,21c,4
1,23a,23b,23c,43:端部ピエゾ抵抗素
子。
1: board, 3, 51: diaphragm portion, 5a, 5b: rigid portion, 7: thick portion, 11a, 11b, 31, 13a, 13b, 33:
Central piezoresistive element, 21a, 21b, 21c, 4
1, 23a, 23b, 23c, 43: end piezoresistive elements.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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つの剛体部により応力値
が一定となる領域に2つの中央部ピエゾ抵抗素子を前記
剛体部と平行に、かつ、直線的に配置したことを特徴と
する拡散型圧力変換器。
1. A substantially rectangular diaphragm portion is formed on an N-type silicon substrate having a (100) crystal orientation, and one end portion is formed on each surface side of a strain generating region located on each long side of the diaphragm portion. A piezoresistive element is formed, and two central piezoresistive elements are formed on the surface side of a strain generating region located substantially at the center of the diaphragm, and each end piezoresistive element and each central piezoresistive element are formed. Two rigid portions are formed along the longitudinal direction of the diaphragm portion on the back side of the diaphragm portion located between the two rigid portions, and two central piezoresistive elements are provided in a region where the stress value is constant by the two rigid portions. A diffusion type pressure transducer, wherein the pressure transducer is arranged in parallel with the rigid part and linearly.
【請求項2】 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つの剛体部により応力値
が一定となる領域に2つの中央部ピエゾ抵抗素子を前記
剛体部と平行に、かつ、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拡散型
圧力変換器。
2. A substantially rectangular diaphragm portion is formed on an N-type silicon substrate having a (100) crystal orientation, and one end portion is formed on the surface side of a strain generating region located on each long side of the diaphragm portion. A piezoresistive element is formed, and two central piezoresistive elements are formed on the surface side of a strain generating region located substantially at the center of the diaphragm, and each end piezoresistive element and each central piezoresistive element are formed. Two rigid portions are formed along the longitudinal direction of the diaphragm portion on the back side of the diaphragm portion located between the two rigid portions, and two central piezoresistive elements are provided in a region where the stress value is constant by the two rigid portions. It is arranged in parallel with the rigid part and linearly, and the distance in the Y-axis direction from the center of the diaphragm to the center of one end piezoresistive element, and one center from the center of the diaphragm Pi A diffusion-type pressure transducer, wherein the distances in the X-axis direction to the center of the piezoresistive element are substantially equal.
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