JPH0259635B2 - - Google Patents

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JPH0259635B2
JPH0259635B2 JP20723383A JP20723383A JPH0259635B2 JP H0259635 B2 JPH0259635 B2 JP H0259635B2 JP 20723383 A JP20723383 A JP 20723383A JP 20723383 A JP20723383 A JP 20723383A JP H0259635 B2 JPH0259635 B2 JP H0259635B2
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JP
Japan
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resistance
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resistive
pressure
same
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Application number
JP20723383A
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English (en)
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JPS60100475A (ja
Inventor
Akimitsu Kawaguchi
Minoru Hirai
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication of JPH0259635B2 publication Critical patent/JPH0259635B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体のピエゾ効果により、被検測圧
力を電気量に変換して測定する半導体圧力セン
サ、特にそのダイヤフラム部とこゝに形成される
ピエゾ抵抗素子群の設置位置ずれにもとづく測定
誤差の除去に関するものである。
半導体圧力センサの代表的なものとして、第1
図と第2図に示す形式のものが挙げられる。第1
図の例は圧力検出部の平面図を示すa図と、その
A−A′部矢視断面図を示すb図のように、半導
体基板1例えばN型Si単結晶基板の一面に、マス
クを用いる写真処理法により円形溝1aを設けて
形成したダイヤフラム部(起歪部)2の形成面の
反対面にマスクを用いる写真処理法により、ダイ
ヤフラム部2の中心と同軸である対称な十字状で
あつて長手方向が同一方向に位置する、同一抵抗
値の4箇の短冊状ピエゾ抵抗素子31,32,33
4をP型拡散によりを設け、これを第3図aの
ようにブリツジ回路4となるように接続して形成
されたものである。また第2図の例はそのa,b
図のように、半導体基板1の一面に円環状の溝1
aを設けて形成したダイヤフラム部2の形成面の
反対面の溝1aの中心を通つて横切る同一直線上
の2つの溝対応部内に、同一間隔をおいて設けた
2箇宛対向する計4箇の同一抵抗値をもつピエゾ
抵抗素子31,32,33,34を、その長手方向が
同一方向となるように設け、これらを第3図bの
ようなブリツジ回路4を形成するように接続した
ものである。
そして第1図b、第2図bのように被検測圧力
Pを印加し、このとき生ずる抵抗素子31,34
よる辺と、32,33による辺との異なる抵抗値の
変化により、ブリツジ回路4を不平衡としてその
出力端子5a,5bに圧力Pに比例した出力を得
るものである。なお第1図b、第2図bにおいて
7はケース、7aは被圧力検測気体の導入口、ま
た第3図において6a,6bは直流電源端子であ
る。
このような圧力センサでは、各抵抗素子31
4の長手方向を半導体基板1の結晶方向と一致
させることにより、最大のピエゾ効果を発揮させ
うるので感度は最大となる。また第1図の例では
第4図aのようにダイヤフラム部2の中心が圧力
Pによつて圧縮となり、固定端において引張りと
なるに対し、第2図の例ではダイヤフラム部2の
応力分布は第4図bのようになる。従つて第2図
のものは第1図のものに比べ、同一圧力において
ダイヤフラム部2の変形が小さい割に大きな応力
を生ずるため、感度のよい圧力センサを得ること
ができる利点がある。しかしこのような従来の圧
力センサでは、ダイヤフラム部2と抵抗素子群3
の設置位置ずれにもとづき生ずるブリツジ回路4
の不平衡により、圧力Pの検出誤差を回避し得な
い共通する欠点があり、その除去が測定精度の向
上にとつて不可欠の要素となつている。
即ち製造に当つては一般に抵抗パターンを備え
たマスクにより、先づ抵抗素子群3を形成したの
ち溝パターンを備えたマスクにより、ダイヤフラ
ム部2を形成するが、この場合両マスクの慎重な
位置合せを行つて位置ずれしないように配慮す
る。しかし実際上完全に位置ずれを防ぐことは困
難であつて、例えば第5図a,b,c,dに示す
如くダイヤフラム部2に対して抵抗素子群3の左
右および上下方向への位置ずれを招くのを防ぐこ
とができない。その結果各抵抗素子31〜34のそ
れぞれにおいて力感応領域の変化をもたらす。こ
のため被検測圧力Pが加えられたとき、この感応
領域の相異にもとづくブリツジ回路4の不平衡を
生じさせ、これにもとづく出力が圧力Pによつて
生ずるブリツジ回路4の不平衡出力に加えられる
ことになつて誤差を生ずることになる。
本発明は上記の如き位置ずれがあつても、これ
による誤差を感度を殆ど損うことなく圧力センサ
自体により自動的に消去できるようにした半導体
圧力センサを提供し、各種工業計測などにおける
圧力測定の精度の向上に寄与しうるようにしたも
のである。次に図面を用いてその詳細を説明す
る。
第6図は本発明の一実施例を示す平面図、第7
図はその電気回路図であつて、本発明の特徴とす
るところは次の点にある。その第1は角環状の溝
1aにより、ダイヤフラム部2を角環状にした点
にある。第2には中央の溝1aの内壁側即ち丘を
挾んで同一抵抗値の4個の抵抗素子31,32,3
,34よりなる第1の抵抗素子群3と、これと同
等の4個の抵抗素子31′,32′,33′,34′よりな
る第2の抵抗素子群3′とを図示のように配設し
た点にある。即ち抵抗素子群3は31,34組と3
,33組の2組よりなり、31,34組を溝1aの
左右外壁側に、またこれと間隔を置いて溝1aの
内壁側にその長手方向が対向する2つの溝を直角
に横切る直線上にあるように32,33組を対向し
て配設し、また抵抗素子群3′も3と同様に3′1
3′4組と3′2,3′3組の2組よりなり、素子31′,
4′を溝1aの左右外壁側に、素子32′,33′を左
右内壁側に配設し、この両素子群3,3′は図示
のように溝1aを横切る中央線に対して対称的に
配設される。また第3には第7図のように、抵抗
素子31と34、32と33、31′と34′、32′と3
3′とをそれぞれ直列に接続すると同時に、その各
抵抗素子群にそれぞれ属する第1の直列回路同志
1,34の辺と、31′,34′の辺が対辺となり、
また第2の直列回路32,33の辺と、32′,3
3′の辺が対辺となるようにブリツジ回路4を形成
した点にある。
即ち前記したように、ダイヤフラム部2と抵抗
素子群3,3′のマスクとの位置合せは慎重に行
われ、その位置ずれは一般に大きな量ではない。
従つてダイヤフラム部2を角環状とすれば、第8
図a,bのように両者が上下方向にずれても抵抗
素子群3,3′は同一ダイヤフラム部形成溝の対
応面内を左右方向に対する正規の関係位置を保ち
ながら上下方向にずれるのみであつて、各抵抗素
子群3,3′の各抵抗素子の力感応領域は位置ず
れを生じない場合と全く同一である。従つて被検
測圧力Pが加えられたとき、第7図のブリツジ回
路4の対向辺を形成する抵抗素子31,34からな
る辺と、31′,34′からなる辺は、引張により同
量宛抵抗値を変化し、また他の対向辺を形成する
抵抗素子32,33からなる辺と、32′,33′から
なる辺は、圧縮により同量宛抵抗値を変化し、し
かもその変化量は圧力感度の差により31,34
1′,34′のそれとは異なる。従つて出力端子5
a,5bからは圧力Pに比例した出力を得ること
ができる。即ちダイヤフラム部2を角環状にする
ことによつて、上下方向の位置ずれにもとづく誤
差の発生を防ぐことができる。
次に第8図c,dのようにダイヤフラム部2に
対して、各抵抗素子群3,3′が左または右方向
に位置ずれした場合にも、これにもとづく誤差の
発生を確実に防ぐことができる。即ち第2図に示
した従来の圧力センサにおいて、例えば第5図a
のように左方向への位置ずれを生じたときには、
前記したように各抵抗素子における力感応領域の
変化により、第3図のブリツジ回路4の各辺を形
成する抵抗素子31〜34は、圧力Pに対してばら
ばらな抵抗変化を行う。これに対し本発明では、
8箇の抵抗素子からなる第1、第2の群3,3′
を用い第6図のようにダイヤフラム部2の一方の
溝の外壁側に位置する抵抗素子31と、他方の溝
の外壁側に位置する抵抗素子34によつて一辺を
形成し、また同様に位置する抵抗素子31′と3
4′により対向辺を形成すると同時に、ダイヤフラ
ム部2の溝の内壁側に位置する抵抗素子32と3
、32′と33′とにより、対向する辺を形成してブ
リツジ回路4を形成しているので、位置ずれを生
じても抵抗素子31,34と31′,34′の加算され
た力感応領域は同一となり、抵抗素子32,33
2′,33′の加算された力感応領域も同一となる。
このため圧力Pが加えられたとき、辺31+34
1′+34′は引張力によつて同一の抵抗変化を行
い、辺32+33と32′+33′も圧縮力によつて辺
1+34,31′+34′とは変化量は異なるが同一
の抵抗変化を行う。従つて前記した従来の圧力セ
ンサのように各辺を形成する抵抗素子がばらばら
な抵抗変化を行うもののように、圧力Pに比例す
る出力以外の出力を生ずることがなく、位置ずれ
による誤差の発生は防止される。これは第8図d
のように右方向への位置ずれがあつた場合にも同
様である。また本来位置ずれ量は小さく、しかも
ブリツジ回路4の各辺をそれぞれ2箇の抵抗素子
によつて形成することから、位置ずれにより力感
応領域の減少の影響は小さい。従つて従来のもの
と殆ど感度の変ることのない圧力センサを提供し
うる。その結果本発明によれば、ダイヤフラム部
のパターン成形用マスクと抵抗パターン形成用マ
スクの、止むを得ない位置ずれを許すことができ
るので、製造コストを低下しながら性能のよい圧
力センサを提供できる。
なお第9図のように抵抗素子31〜34および3
1′〜34′を、それぞれ同一線上に配設することも
できる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば製造容易にして感度の高く、しかも検出精度の
高い半導体圧力センサを提供しうるもので、実用
上の効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図a,b、第2図a,bはそれぞれ従来セ
ンサを示す平面図およびそのA−A′部における
矢視断面図、第3図はその電気回路図、第4図
a,bは応力分布図、第5図a,b,c,dはダ
イヤフラム部と抵抗素子の位置ずれの説明図、第
6図は本発明の一実施例を示す平面図、第7図は
その電気回路図、第8図は位置ずれを示す図、第
9図は本発明の変形例を示す平面図である。 1……半導体基板、1a……ダイヤフラム部形
成溝、2……ダイヤフラム部、31,32,33
4および31′,32′,33′,34′……抵抗素子、
4……ブリツジ回路、5a,5b……出力端子、
6a,6b……直列電源端子、7……ケース、7
a……被圧力検測気体導入口。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基板に角環状ダイヤフラム部を形成
    し、その時形成された角環溝の対向する二つの溝
    を直角に横切る方向に長手方向を揃えて、同一抵
    抗値の4箇のピエゾ抵抗素子からそれぞれなる第
    1、第2抵抗素子群を上記ダイヤフラム部に上下
    に対称的に配設すると共に、その各群の抵抗素子
    の内左右の角環溝の外壁側にそれぞれ位置する抵
    抗素子の第一の直列接続回路および内壁側に位置
    する抵抗素子の第二の直列接続回路を各抵抗素子
    群毎に形成し、その第一直列接続回路同志および
    第二直列接続回路同志をそれぞれ対向辺とするブ
    リツジ回路を形成したことを特徴とする半導体圧
    力センサ。
JP20723383A 1983-11-04 1983-11-04 半導体圧力センサ Granted JPS60100475A (ja)

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JP20723383A JPS60100475A (ja) 1983-11-04 1983-11-04 半導体圧力センサ

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JPH07113647B2 (ja) * 1988-09-02 1995-12-06 日産自動車株式会社 半導体加速度センサ
JP2015184046A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体
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