JP3915715B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主表面が（１１０）面である半導体基板に圧力検出用のダイアフラムおよび歪みゲージ抵抗とを形成してなるダイアフラム式の半導体圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体圧力センサは、主表面が（１１０）面である半導体基板と、半導体基板の主表面に形成された圧力検出用のダイアフラムと、このダイアフラムに形成されダイアフラムの歪みに伴う検出信号を出力するためのブリッジ回路を構成する歪みゲージ抵抗とを備えたものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、（１１０）面に配置される歪みゲージ抵抗は、〈１１０〉結晶軸方向に沿ってダイアフラムの中心部に配置された一対のセンターゲージと、センターゲージよりもダイアフラムの周辺部に配置された一対のサイドゲージとから構成される（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
ここで、図４は、上記半導体基板を用いた半導体圧力センサにおける半導体基板１０の主表面に形成されたダイアフラム３０における歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２の配置状態を示す図である。半導体基板１０の主表面である（１１０）面には、その構造上、相直交する２つの結晶軸〈１１０〉と〈１００〉とが存在する。
【０００５】
ここで、〈１１０〉結晶軸方向に発生する応力の感度は、〈１００〉結晶軸方向に発生する応力の感度と比べてピエゾ抵抗係数が非常に大きいため、（１１０）面における応力検出においては、〈１００〉結晶軸方向ではなく、〈１１０〉結晶軸方向に発生する応力を用いることになる。
【０００６】
そして、（１１０）面においては〈１１０〉は１方向しか存在しないため、より感度の高い結晶軸に対してより高い出力を得ようとすると、必然的に、図４に示す様な歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２の配置を採らざるを得ない。
【０００７】
つまり、〈１１０〉結晶軸方向に沿ってダイアフラム３０の中心寄りに配置されたセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２と、該センターゲージＲｃ１、Ｒｃ２よりも該ダイアフラム３０の周辺部に配置されたサイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２とを設け、これら４個の歪みゲージ抵抗でブリッジ回路を構成して〈１１０〉結晶軸方向に発生する応力を検出する。
【０００８】
具体的には、図５に示すように、センターゲージＲｃ１の抵抗値をＲＡ、センターゲージＲｃ２の抵抗値をＲＤ、サイドゲージＲｃ３の抵抗値をＲＢ、サイドゲージＲｃ４の抵抗値をＲＡとして、これら歪みゲージ抵抗は互いに直列接続されて４辺形の閉回路を形成し、ホイートストンブリッジを構成している。
【０００９】
そして、図５に示すブリッジ回路においては、入力端子ＩａとＩｂとの間に直流定電流Ｉを与えた状態で、ダイアフラム３０の歪みが歪みゲージ抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤの抵抗値変化として現れ、出力端子ＰａとＰｂとの間から被検出圧力に応じたレベルの電圧（検出信号）すなわち中点電位Ｖｏｕｔが出力されるようになっている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−３５６０６１号公報（第３頁、第１図）
【００１１】
【非特許文献１】
特開平１１−９４６６６号公報（第１１頁、第１５図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、このような半導体圧力センサは、図示しないが、上記特許文献１に示されているように、例えば半導体基板１０にガラス台座が陽極接合等により貼り合わされた構造となっている。
【００１３】
半導体基板１０とガラス台座とは熱膨張係数が異なるため、温度が変化すると両者の間に熱応力が発生し、それはダイアフラム３０上の歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２へと伝達する。ここで、センターゲージＲｃ１、Ｒｃ２とサイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２にかかる熱応力は、そのダイアフラム３０上の位置の違いから大きさが異なる。
【００１４】
その結果、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２とセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２にかかる熱応力の差分がノイズとして出力されてしまう。そして、この熱応力の差分は温度に依存して非線形に変化するため、出力のオフセットの温度特性は温度に対して曲がりを持ったものとなる。
【００１５】
よって、出力のオフセットの温度特性において、室温〜高温間のオフセットの温度に対する勾配と、低温〜室温間のオフセットの温度に対する勾配との間に差が生じる。この差はＴＮＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ Ｏｆｆｓｅｔ）と呼ばれ、このＴＮＯはセンサの精度を決める重要な特性である。
【００１６】
また、半導体圧力センサの小型化すなわち半導体基板１０の小型化を狙う場合、大きな面積を占めるダイアフラム３０を縮小することが考えられるが、そうすると、本発明者らの検討によると、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２とセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２の熱応力差が大きくなる。
【００１７】
そのため、ダイアフラム３０のサイズが小さくなればなるほど、上記ＴＮＯ特性は悪化してしまう。よって、ＴＮＯ特性を悪化させずに改善するセンサ構造が求められる。
【００１８】
本発明は上記問題に鑑み、主表面が（１１０）面である半導体基板に圧力検出用のダイアフラムおよび歪みゲージ抵抗とを形成してなる半導体圧力センサにおいて、センターゲージとサイドゲージに加わる熱応力に差があっても、両者の抵抗変化量が極力等しくなるゲージ構造を実現することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、（１１０）面である半導体基板を用いた半導体圧力センサにおける歪みゲージ抵抗について、センターゲージとサイドゲージに加わる熱応力の大きさについて有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析を行った。その結果を図６に示す。
【００２０】
図６に示すように、ダイアフラム３０の周辺部に位置するサイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２に加わる熱応力σｓの方が、ダイアフラム３０の中央部に位置するセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２に加わる熱応力σｃよりも大きいことを見出した。
【００２１】
そして、熱応力に対する歪みゲージ抵抗の抵抗変化量は、その抵抗値の大きさにほぼ比例することから、センサに熱応力が加わった場合、サイドゲージの抵抗変化量をセンターゲージの抵抗変化量よりも小さくすることに着目した。本発明は、上記した知見に基づいて創出されたものである。
【００２２】
すなわち、請求項１に記載の発明では、主表面が（１１０）面である半導体基板（１０）と、半導体基板の主表面に形成された圧力検出用のダイアフラム（３０）と、このダイアフラムに形成されダイアフラムの歪みに伴う検出信号を出力するためのブリッジ回路（１００）を構成する歪みゲージ抵抗（Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２）と、を備え、歪みゲージ抵抗は、〈１１０〉結晶軸方向に沿ってダイアフラムの中心部に配置された一対のセンターゲージ（Ｒｃ１、Ｒｃ２）と、センターゲージよりもダイアフラムの周辺部に配置された一対のサイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）とから構成されている半導体圧力センサにおいて、サイドゲージは、抵抗の長手方向が〈１１０〉結晶軸方向に沿って配置された第１のゲージ部（Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ）と、抵抗の長手方向が〈１００〉結晶軸方向に沿って配置された第２のゲージ部（Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂ）とが直列に接続されたものであり、第１のゲージ部（Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ）の抵抗値は、センターゲージ（Ｒｃ１、Ｒｃ２）の抵抗値よりも小さいことを特徴とする。
【００２３】
それによれば、サイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）において、抵抗の長手方向が〈１１０〉結晶軸方向に沿って配置された第１のゲージ（Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ）は、応力変化に対して感度を有する有感ゲージ部となり、抵抗の長手方向が〈１００〉結晶軸方向に沿って配置された第２のゲージ部（Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂ）は応力変化に対して実質的に感度を持たない無感ゲージ部となる。
【００２４】
そして、サイドゲージにおける第１のゲージ部（Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ）の抵抗値は、センターゲージ（Ｒｃ１、Ｒｃ２）の抵抗値よりも小さいため、サイドゲージに対してセンターゲージよりも大きな熱応力が加わったとしても、サイドゲージ全体の熱応力による出力は、ある程度相殺される。
【００２５】
例えば、センターゲージ（Ｒｃ１、Ｒｃ２）に加わる熱応力σｃがサイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）に加わる熱応力σｓの７０％である場合、センターゲージの抵抗値をＲ、サイドゲージにおける第１のゲージ部（Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ）の抵抗値を０．７Ｒとする。
【００２６】
このようにすれば、熱応力に対する歪みゲージ抵抗の抵抗変化量はその抵抗値の大きさにほぼ比例することから、センサに熱応力が加わったとき、この熱応力によるセンターゲージ（Ｒｃ１、Ｒｃ２）の抵抗変化量とサイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）の抵抗変化量とは、ほぼ同程度にすることができる。
【００２７】
また、実際の半導体圧力センサにおいては、一対のセンターゲージおよび一対のサイドゲージの四つの歪みゲージ抵抗は、その抵抗値が互いに同程度であるのが通常であり、このことは、微小な抵抗変化を検出するのに必要なことである。つまり、圧力が０のときにブリッジ回路においてオフセット出力を極力０にすることが容易になる。
【００２８】
ここにおいて、本発明では、サイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）を第１のゲージ部（Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ）と第２のゲージ部（Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂ）とに分割して、第１のゲージ部の抵抗値をセンターゲージの抵抗値よりも小さいものにできるが、第２のゲージ部が存在することによって、サイドゲージ全体の抵抗値はセンターゲージの抵抗値と同程度にすることが容易に可能である。
【００２９】
そのため、本発明によれば、圧力が０のときにブリッジ回路（１００）におけるオフセット出力を極力０にすることが容易になる。逆に言えば、サイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）において第２のゲージ部（Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂ）が存在しないと、圧力が０のときのオフセット出力が大きくなってしまい、信号処理回路側での補正が困難になってしまう。
【００３０】
以上のように、本発明によれば、半導体圧力センサにおいて、センターゲージとサイドゲージに加わる熱応力に差があっても、両者の抵抗変化量が極力等しくなるゲージ構造を実現することができる。
【００３１】
ここで、請求項２に記載の発明のように、歪みゲージ抵抗（Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２）において、個々のセンターゲージ（Ｒｃ１、Ｒｃ２）および個々のサイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）の抵抗値が同じ大きさであることが好ましい。
【００３２】
それによれば、ブリッジ回路（１００）における四つの歪みゲージ抵抗（Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２）の抵抗値がすべて同じ大きさとなるため、圧力が０のときにブリッジ回路におけるオフセット出力を極力０にすることが容易になる。
【００３３】
つまり、本発明では、一つのサイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）における第１のゲージ部（Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ）と第２のゲージ部（Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂ）との抵抗値の和が、一つのセンターゲージの抵抗値と同じ大きさとなる。
【００３４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体圧力センサＳ１の概略断面図であり、図２は、図１中の上視平面図であって、このセンサＳ１における半導体基板１０に形成されたダイアフラム３０の平面形状を示す図である。
【００３６】
半導体基板１０は、主表面１１、１２の面方位が（１１０）面である単結晶シリコン基板である。つまり、図１において、半導体基板１０の一面（図１中の下面）１１および他面（図１中の上面）１２が（１１０）面となっている。
【００３７】
この半導体基板１０には、半導体基板１０の一面１１から凹んだ凹部２０が形成されている。この凹部２０の形成に伴い薄肉部となった凹部２０の底面側すなわち半導体基板１０の他面１２側には、圧力検出用のダイアフラム３０が形成されている。
【００３８】
本例では、図２に示すように、ダイアフラム３０の平面形状は八角形となっている。詳しくは、ダイアフラム３０は、〈１１０〉結晶軸方向に沿った一対の辺と〈１００〉結晶軸方向に沿った一対の辺との四つの辺とこれら四つの辺の間をつなぐ辺とからなる八角形となっている。
【００３９】
また、図１、図２に示すように、半導体基板１０の他面１２には、ダイアフラム３０の歪みに伴う検出信号を出力するためのブリッジ回路を構成する歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２が形成されている。この歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２は、注入や拡散等により形成された拡散ゲージ抵抗である。
【００４０】
ここにおいて、歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２は、抵抗の長手方向が〈１１０〉結晶軸方向に沿って配置されたものであり、ダイアフラム３０の中心部に配置された一対のセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２と、センターゲージＲｃ１、Ｒｃ２よりもダイアフラム３０の周辺部に配置された一対のサイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２とから構成されている。
【００４１】
特に、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２は、それぞれ、抵抗の長手方向が〈１１０〉結晶軸方向に沿って配置された第１のゲージ部Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａと、抵抗の長手方向が〈１００〉結晶軸方向に沿って配置された第２のゲージ部Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂとが直列に接続されたものである。
【００４２】
図２に示す例では、各歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２は、折り返された配線形状を有しており、この折り返された抵抗配線の長手方向が抵抗の長手方向となっている。
【００４３】
これら各歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２は、図示しない拡散層等からなる配線により結線されてブリッジ回路を構成している。図３は、そのブリッジ回路の結線図である。
【００４４】
ここで、センターゲージＲｃ１の抵抗値をＲＡ、センターゲージＲｃ２の抵抗値をＲＤ、サイドゲージＲｓ１における第１のゲージ部Ｒｓ１ａの抵抗値をＲＢ１、第２のゲージ部Ｒｓ１ｂの抵抗値をＲＢ２、サイドゲージＲｓ２における第１のゲージ部Ｒｓ２ａの抵抗値をＲＣ１、第２のゲージ部Ｒｓ２ｂの抵抗値をＲＣ２とする。
【００４５】
この場合、四つの歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２は、図３に示すようなブリッジ回路１００を構成して〈１１０〉結晶軸方向に発生する応力を検出するようになっている。つまり、これら歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２は互いに直列接続されて４辺形の閉回路を形成し、ホイートストンブリッジを構成している。
【００４６】
また、本実施形態では、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２において、抵抗の長手方向が〈１１０〉結晶軸方向に沿って配置された第１のゲージＲｓ１ａ、Ｒｓ２ａは、応力変化に対して感度を有する有感ゲージ部となり、抵抗の長手方向が〈１００〉結晶軸方向に沿って配置された第２のゲージ部Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂは応力変化に対して実質的に感度を持たない無感ゲージ部となる。
【００４７】
そのため、図３に示すブリッジ回路１００においては、入力端子ＩａとＩｂとの間に直流定電流Ｉを与えた状態で、ダイアフラム３０の歪みは、歪みゲージ抵抗ＲＡ、ＲＢ１、ＲＣ１、ＲＤの抵抗値変化として現れる。そして、この抵抗値変化に基づいて出力端子ＰａとＰｂとの間から被検出圧力に応じたレベルの電圧（検出信号）すなわち中点電位Ｖｏｕｔが出力されるようになっている。
【００４８】
また、図１に示すように、この半導体圧力センサＳ１は、半導体基板１０の一面において、ガラス台座４０に陽極接合等により接合されている。本例では、ガラス台座４０によって凹部２０内は密閉されて、基準圧力室となっており、絶対圧型の圧力センサを構成する。
【００４９】
なお、図示しないが、ガラス台座４０には、外部と凹部２０とを連通する圧力導入通路を形成し、この圧力導入通路から、凹部２０内へ被測定圧力を導入してダイアフラム３０の裏面に受圧させるタイプとしてもよい。
【００５０】
このような半導体圧力センサＳ１は、次のようにして形成することができる。まず、主表面すなわち一面１１および他面１２の面方位が（１１０）面である半導体基板１０を用意する。そして、この半導体基板１０の他面１２に、イオン注入や拡散等の半導体製造技術を用いて歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２や各種配線等を形成する。
【００５１】
本実施形態では、歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２のパターンは、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２について従来とは異なるパターンとしているが、このパターンは、イオン注入に際のマスクの開口部形状を同じパターンとすることにより容易に形成可能である。
【００５２】
その後、半導体基板１０の一面１１に、所定形状の開口部を有するエッチングマスク（図示せず）を形成する。このエッチングマスクは、ＣＶＤ等により成膜されたシリコン窒化膜等からなるものにできる。
【００５３】
このようにして半導体基板１０の一面１１側にエッチングマスクを形成した後、半導体基板１０の一面１１からエッチングを行うことにより、半導体基板１０に凹部２０を形成するとともに、半導体基板１０のうち凹部２０の底面側すなわち他面１２側にダイアフラム３０を形成する。
【００５４】
なお、ダイアフラム形成のためのエッチングとしては、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）等のアルカリエッチング液を用いる異方性エッチング等を採用できる。
【００５５】
このようにして、歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２およびダイアフラム３０を有する半導体圧力センサＳ１ができあがる。この後、半導体圧力センサＳ１は、上記エッチングマスクをエッチング等により除去し、その後、陽極接合等によってガラス台座４０と接合される。
【００５６】
ところで、本実施形態によれば、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２において、抵抗の長手方向が〈１１０〉結晶軸方向に沿って配置された第１のゲージＲｓ１ａ、Ｒｓ２ａは、応力変化に対して感度を有する有感ゲージ部となり、抵抗の長手方向が〈１００〉結晶軸方向に沿って配置された第２のゲージ部Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂは応力変化に対して実質的に感度を持たない無感ゲージ部となる。
【００５７】
そして、サイドゲージにおける第１のゲージ部Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａの抵抗値は、センターゲージＲｃ１、Ｒｃ２の抵抗値よりも小さいものにできるため、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２に対してセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２よりも大きな熱応力が加わったとしても、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２全体の熱応力による出力は、ある程度相殺される。
【００５８】
一例として、本発明者らのＦＥＭ解析によるシミュレーションによれば、本実施形態において、ダイアフラム３０の縦横寸法Ｌ（図２参照）を４５０μｍとした場合、センターゲージＲｃ１、Ｒｃ２に加わる熱応力σｃはサイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２に加わる熱応力σｓの７０％であることがわかった。
【００５９】
この場合、本実施形態においては、センターゲージＲｃ１、Ｒｃ２の抵抗値をＲ、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２における第１のゲージ部Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａの抵抗値を０．７Ｒとする。
【００６０】
つまり、上記図３に示したブリッジ回路１００において、有感ゲージ部の抵抗はＲＢ１＝ＲＣ１＝０．７ＲＡ＝０．７ＲＤ＝０．７Ｒとし、無感ゲージ部の抵抗はＲＢ２＝ＲＣ２＝０．３ＲＡ＝０．３ＲＤ＝０．３Ｒとする。
【００６１】
このようにすれば、熱応力に対する歪みゲージ抵抗の抵抗変化量はその抵抗値の大きさにほぼ比例することから、センサＳ１に熱応力が加わったとき、この熱応力によるセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２の抵抗変化量とサイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２の抵抗変化量とは、ほぼ同程度にすることができる。
【００６２】
また、実際の半導体圧力センサにおいては、一対のセンターゲージおよび一対のサイドゲージの四つの歪みゲージ抵抗は、その抵抗値が互いに同程度であるのが通常であり、このことは、微小な抵抗変化を検出するのに必要なことである。つまり、圧力が０のときにブリッジ回路においてオフセット出力を極力０にすることが容易になる。
【００６３】
ここにおいて、本実施形態では、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２を第１のゲージ部Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａと第２のゲージ部Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂとに分割して、第１のゲージ部Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａの抵抗値をセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２の抵抗値よりも小さいものにできるが、第２のゲージ部Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂが存在することによって、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２全体の抵抗値はセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２の抵抗値と同程度にすることが容易に可能である。
【００６４】
つまり、上記した一例のように、一つのサイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２における第１のゲージ部Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａと第２のゲージ部Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂとの抵抗値の和（つまり、０．７Ｒ＋０．３Ｒ）が、一つのセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２の抵抗値Ｒと同じ大きさとすればよい。
【００６５】
それにより、歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２において、個々のセンターゲージＲｃ１、Ｒｃ２および個々のサイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２の抵抗値が同じ大きさとなる。
【００６６】
そして、それによれば、ブリッジ回路１００における四つの歪みゲージ抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２の抵抗値が、実質的にすべて同じ大きさとなるため、圧力が０のときにブリッジ回路１００におけるオフセット出力を極力０にすることが容易になる。
【００６７】
逆に言えば、サイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２において第２のゲージ部Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂが存在しないと、圧力が０のときのオフセット出力が大きくなってしまい、信号処理回路側での補正が困難になってしまう。
【００６８】
なお、上述した７０％というようなセンターゲージに加わる熱応力とサイドゲージに加わる熱応力との比率は、ダイアフラムのサイズや形状および歪みゲージ抵抗のサイズや形状等が変われば、それに伴って変わるため、各々のダイアフラムや歪みゲージ抵抗のサイズや形状にあった比率を、ＦＥＭ解析にて求める必要がある。
【００６９】
以上述べてきたように、本実施形態によれば、半導体圧力センサＳ１において、センターゲージＲｃ１、Ｒｃ２とサイドゲージＲｓ１、Ｒｓ２に加わる熱応力に差があっても、両者の抵抗変化量が極力等しくなるゲージ構造を実現することができる。そして、ダイアフラム３０を小型化しても、ＴＮＯ特性の良好な半導体圧力センサＳ１を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体圧力センサの概略断面図である。
【図２】図１に示すセンサにおける半導体基板に形成されたダイアフラムの平面形状を示す図である。
【図３】図１に示すセンサにおける歪みゲージ抵抗により構成されるブリッジ回路の結線図である。
【図４】従来の主表面が（１１０）面である半導体基板を用いた半導体圧力センサにおける半導体基板の主表面における歪みゲージ抵抗の配置状態を示す図である。
【図５】図４に示す歪みゲージ抵抗により構成されるブリッジ回路の結線図である。
【図６】主表面が（１１０）面である半導体基板を用いた半導体圧力センサにおける歪みゲージ抵抗に加わる熱応力の大きさを有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析した結果を示す図である。
【符号の説明】
１０…半導体基板、３０…ダイアフラム、１００…ブリッジ回路、
Ｒｃ１、Ｒｃ２…センターゲージ、Ｒｓ１、Ｒｓ２…サイドゲージ、
Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ…サイドゲージの第１のゲージ部、
Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂ…サイドゲージの第２のゲージ部。

Claims (2)

1. 主表面が（１１０）面である半導体基板（１０）と、
   前記半導体基板の前記主表面に形成された圧力検出用のダイアフラム（３０）
   と、
   このダイアフラムに形成され前記ダイアフラムの歪みに伴う検出信号を出力するためのブリッジ回路（１００）を構成する歪みゲージ抵抗（Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２）と、を備え、
   前記歪みゲージ抵抗は、〈１１０〉結晶軸方向に沿って前記ダイアフラムの中心部に配置された一対のセンターゲージ（Ｒｃ１、Ｒｃ２）と、前記センターゲージよりも前記ダイアフラムの周辺部に配置された一対のサイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）とから構成されている半導体圧力センサにおいて、
   前記サイドゲージは、抵抗の長手方向が〈１１０〉結晶軸方向に沿って配置された第１のゲージ部（Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ）と、抵抗の長手方向が〈１００〉結晶軸方向に沿って配置された第２のゲージ部（Ｒｓ１ｂ、Ｒｓ２ｂ）とが直列に接続されたものであり、前記第１のゲージ部（Ｒｓ１ａ、Ｒｓ２ａ）の抵抗値は、前記センターゲージ（Ｒｃ１、Ｒｃ２）の抵抗値よりも小さいことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 前記歪みゲージ抵抗（Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｓ１、Ｒｓ２）において、個々の前記センターゲージ（Ｒｃ１、Ｒｃ２）および個々の前記サイドゲージ（Ｒｓ１、Ｒｓ２）の抵抗値が同じ大きさであることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。

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