JPH0587649A

JPH0587649A - 半導体応力検出装置

Info

Publication number: JPH0587649A
Application number: JP25150591A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Kiyota; 茂之清田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-04-06
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JP2715738B2

Abstract

(57)【要約】【目的】温度依存性が小さく、特別な補償回路を必要
としない半導体応力検出装置を提供する。【構成】印加される応力方向に垂直に形成されたｐ型
多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１、４２と、応力方向に平行の
ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、５２とにおける感度の
温度依存性が逆符号になる特性を利用したものであり、
両抵抗を直列に接続することによって両抵抗の感度の温
度依存性が相殺されて小さくなるようにし、かつ、上記
の直列接続された抵抗領域を２個用い、それぞれの抵抗
領域を一対の対辺としてハーフブリッジ回路を構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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１０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Ｆ−Ｆ′断面図である。図１０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Ｓi₃Ｎ₄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、Ｓi₃Ｎ₄膜２７、２８、３０から成って
いる。ダイアフラム２２にはｐ形多結晶Ｓiのピエゾ抵
抗２３と２４がＳi₃Ｎ₄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、Ｓi₃Ｎ₄膜３０
で封止されている。

【０００３】次に、製造方法を簡単に説明する。（１０
０）面のＳi基板にＳi₃Ｎ₄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Ｓ
i₃Ｎ₄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、Ｓi₃
Ｎ₄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、ＰＥＣＶＤによ
ってＳi₃Ｎ₄膜３０をデポジットし、空洞を封止する。

【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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
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ピエゾ抵抗で単にブリッジ回路を構成するように
なっていた。そしてｐ型多結晶Ｓi抵抗の応力に対する
抵抗値変化（感度）は比較的大きな温度係数を持つた
め、上記のごときブリッジ回路の感度は温度依存性が大
きくなるという問題がある。また、上記の温度依存性を
解消するためには、補償回路を設ける必要があるので、
構成が複雑になってコスト高になるという問題がある。

【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、感度の温度依存性が
小さく、特別な補償回路を必要としない半導体応力検出
装置を提供することを目的とする。

【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、請求項１に記載の発明にお
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、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第１のｐ型多結晶Ｓ
iピエゾ抵抗と、当該抵抗に流れる電流の方向が印加さ
れる応力に垂直方向となるように配設された第２のｐ型
多結晶Ｓiピエゾ抵抗とを形成し、上記第１と第２のｐ
型多結晶Ｓiピエゾ抵抗を直列に接続した抵抗領域を２
個用い、それぞれの抵抗領域を一対の対辺としてブリッ
ジ回路を構成したしたものである。この構成は、例えば
後記図１に示す実施例に相当する。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または垂直になれば
よい。

【０００８】また、請求項２に記載の発明においては、
応力に平行方向となるように配設された第１のｐ型多結
晶Ｓiピエゾ抵抗と、応力に垂直方向となるように配設
された第２のｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とを直列に接続
した抵抗領域を、構造部上の応力が反対方向に印加され
る個所にそれぞれ一対づつ設け、応力が同じ方向に印加
される抵抗領域同志をそれぞれ一対の対辺としてブリッ
ジ回路を構成したものである。この構成は、例えば後記
図４に示す実施例に相当する。

【０００９】また、請求項３に記載の発明においては、
応力に平行方向となるように配設された第１のｎ型多結
晶Ｓiピエゾ抵抗を複数個と、応力に垂直方向となるよ
うに配設された第２のｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗を複数
個形成し、上記第１のｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を
一対の対辺とし、上記第２の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たも
のである。この構成は、例えば後記図７の実施例に相当
する。

【００１０】

【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。

【００１１】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、応力に平行な抵
抗と垂直な抵抗とを適宜組み合わせてブリッジ回路を構
成することにより、温度依存性を自動的に補償するよう
にしたものである。すなわち、請求項１に記載の発明に
おいては、応力に平行方向のｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗
と、応力に垂直方向のｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とにお
ける温度依存性の逆符号で同極性の特性を利用したもの
であり、両抵抗を直列に接続することによって両抵抗の
感度の温度依存性が相殺されて小さくなるようにし、か
つ、上記の直列接続された抵抗領域を２個用い、それぞ
れの抵抗領域を一対の対辺としてハーフブリッジ回路を
構成したものである。なお、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い
るので、両抵抗を直列に接続しても十分な感度が得られ
る。

【００１２】また、請求項２に記載の発明においては、
上記請求項１と同様に直列に接続することによって感度
の温度依存性を小さくした抵抗領域を、構造部上の応力
が反対方向に印加される個所（例えば両持ち梁の支持部
近傍と重り部近傍）にそれぞれ一対づつ設け、応力が同
じ方向に印加される抵抗領域同志をそれぞれ一対の対辺
としてフルブリッジ回路を構成したものである。例え
ば、支持部近傍に設けられた抵抗領域同志を一対の対辺
とし、重り部近傍に設けられた抵抗領域同志を他の一対
の対辺とする。この場合には、上記のハーフブリッジ回
路に比べて感度を２倍にすることが出来る。

【００１３】また、請求項３に記載の発明においては、
応力に平行方向のｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗と、応力に
垂直方向のｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とを、平行方向の
抵抗同志を一対の対辺とし、垂直方向の抵抗同志を他の
一対の対辺としてフルブリッジ回路を構成したものであ
る。上記のように接続すると、後記図８の等価回路図に
も示すように、Ｖ_ccとＧＮＤ間には、平行方向の抵抗
（例、１５１）と垂直方向の抵抗（例、１６１）との直
列回路が接続されることになるが、両抵抗の感度の温度
依存性は逆符号で逆極性なので、ブリッジ回路の出力の
温度依存性は相殺されて小さくなる。なお、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
幅に異なっているので、上記のように接続しても十分な
感度が得られる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図であ
る。図１において、重り部１、肉厚の薄い梁部２、空隙
部３および支持部９は片持ち梁型加速度センサを構成し
ている。梁部２の絶縁膜（例えばＳiＯ₂膜）７上にはｐ
型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１、４２、５１、５２を形成
する。このときｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１、４２
は、加速度によって生じる応力方向と平行に、またｐ型
多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、５２は応力方向と垂直に形
成し、かつ４１と５１、４２と５２をそれぞれ直列に接
続する。矢印１００は加速度によって生じる応力の方向
を示す。図１ではｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１と５
１、４２と５２をそれぞれ直列に合成した形として、Ｌ
字形に形成した例を示している。なお、上記の平行方
向、垂直方向というのは、抵抗に流れる電流の方向を意
味する。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
行または垂直になればよい。さらに、応力が生じない支
持部９に多結晶Ｓi抵抗６１、６２を集積する。この多
結晶Ｓi抵抗６１、６２はｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４
１、４２、５１、５２と同一の形状、同一のプロセスに
よるものが望ましい。上記のｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗
４１、４２、５１、５２と多結晶Ｓi抵抗６１、６２を
図１に示すようにＡlのリード線８で接続する。リード
線８は拡散層を用いてもよい。

【００１５】図２は、上記の構成の等価回路図である。
図２に示す回路は、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１と５
１を直列に接続した抵抗領域と、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ
抵抗４２と５２を直列に接続した抵抗領域とを一対の対
辺とし、固定抵抗の多結晶Ｓi抵抗６１と６２とを他の
一対の対辺としたハーフブリッジ回路を示す。図２にお
いて、Ｖ_ccは電源電圧、ＧＮＤは接地、Ｖ_AおよびＶ_Bは
出力端子電圧、Ｖ_outは出力電圧を示している。

【００１６】次に作用を説明する。図２に示すブリッジ
回路においては、下記（数１）式が成り立つ。

【００１７】

【数１】

【００１８】Ｒ_L：応力方向と平行なｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１、
４２の抵抗値Ｒ_T：応力方向と垂直なｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、
５２の抵抗値ｒ：応力の生じない部分の多結晶Ｓi抵抗６１、６２の
抵抗値ここで、図２の矢印で示す加速度方向に加速度が加わ
り、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１、４２、５１、５２
に歪εが生じたとすると、上記（数１）式は、下記（数
２）式のようになる。

【００１９】

【数２】

【００２０】Ｇ_L：応力方向と平行なｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１、
４２のゲージファクタＧ_T：応力方向と垂直なｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、
５２のゲージファクタこのときｒ＝Ｒ_L＋Ｒ_T、Ｒ_L＝Ｒ_Tと設定すれば、下記
（数３）式のように表すことが出来る。

【００２１】

【数３】

【００２２】このピエゾブリッジ回路の感度Ｓは、（数
３）式をεで微分することによって下記（数４）式よう
に求められる。

【００２３】

【数４】

【００２４】この感度の温度特性は、下記（数５）式に
示すようになる。

【００２５】

【数５】

【００２６】Ｔ：温度ここで、応力に平行なｐ型多結晶Ｓi抵抗４１、４２の
ゲージファクタＧ_Lと、応力に垂直なｐ型多結晶Ｓi抵抗
５１、５２のゲージファクタＧ_Tとには、下記（数６）
式、（数７）式に示すような関係がある。｜Ｇ_L（正）｜＞｜Ｇ_T（負）｜ …（数６）

【００２７】

【数７】

【００２８】上記（数６）式と（数７）式の関係を前記
（数４）式、（数５）式に代入すると、感度を十分保ち
つつ、感度の温度依存性を相殺することが可能であるこ
とがわかる。例えば、ボロンを３×１０¹⁹cm~³ドープさ
れたｐ型多結晶Ｓi抵抗は、下記（数８式）、（数９）
式に示す値を持つ。Ｇ_L＝２９Ｇ_T＝−５ …（数８）

【００２９】

【数９】

【００３０】上記（数８）式と（数９）式の値を前記
（数４）式、（数５）式に代入すると、下記（数１０）
式、（数１１）式に示すようになる。Ｓ＝１２ …（数１０）

【００３１】

【数１１】

【００３２】上記のように、温度係数を１桁程度小さく
することが出来る。さらに、ｐ型多結晶Ｓi抵抗４１、
４２の抵抗値Ｒ_Lと５１、５２の抵抗値Ｒ_Tとの比Ｒ_L／
Ｒ_Tを下記（数１２）式に示すように設定すれば、温度
係数を完全にゼロに合わせ込むことも可能である。な
お、（数１２）式の右辺において、ｄＧ_T／ｄＴとｄＧ_L
／ｄＴとは正負の符号が反対なので、−符号を付してい
る。

【００３３】

【数１２】

【００３４】また、応力の生じない部分に設ける多結晶
Ｓi抵抗６１、６２をｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１、４
２、５１、５２と同一プロセス、同一形状とすれば、多
結晶Ｓi抵抗のもつ抵抗値温度係数による出力誤差を完
全にキャンセルすることができる。従来はピエゾ係数の
温度特性も補償するためには、ブリッジ駆動電圧を温度
に応じて変化させたり、出力を温度に応じて補正したり
する必要があったが、以上述べてきたような構成にすれ
ばそのような必要がなくなる。したがって温度補償用の
回路が不要になり、感度を温度補償した加速度検出装置
の構成を大幅に簡略化することが出来る。また、上記実
施例においては、片持ち梁型の加速度センサの例を示し
たが、両持ち梁型等、複数の梁をもつ加速度センサにこ
の構成を適用しても同様の効果を得ることができる。

【００３５】次に、図４は、本発明の第２の実施例図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′断面
図を示している。この実施例は、本発明を両持ち梁型加
速度センサに適用した例を示す。図４において、ｐ型多
結晶Ｓiピエゾ抵抗４１、４２、５１、５２を梁２の重
り１側の端部に形成し、またｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗
４１′、４２′、５１′、５２′を梁２の支持部９側の
端部に形成し、応力に平行な抵抗と垂直な抵抗とを、前
記図１と同様に直列に接続し、図５に示すように、フル
ブリッジ回路を構成する。すなわち、応力に平行な抵抗
と垂直な抵抗とを直列に接続したものを一つの抵抗領域
とし、応力が同じ方向に印加される抵抗領域同志（４１
＋５１と４２＋５２）を一対の対辺とし、応力が上記と
反対方向になる抵抗領域同志（４１′＋５１′と４２′
＋５２′）を他方の一対の対辺としてブリッジ回路を形
成する。上記のように構成した場合、梁２の重り側端
部と支持部側端部とでは、応力の方向が反対方向になる
ので、フルブリッジ構成が可能となり、図２に示すよう
なハーフブリッジ構成とした場合に比べて感度を２倍に
することができる。この回路においても感度の温度特性
の補償については、前記図１の片持ち梁型の例で示した
のと全く同様な効果が得られ、感度を温度補償した両持
ち梁型加速度検出装置の構成を大幅に簡略化することが
出来る。

【００３６】次に、図６は、本発明の第３の実施例図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ′断面
図を示す。この実施例は、本発明を圧力センサに適用し
た例である。図６において、図１と同符号は同様な部分
を示している。ダイヤフラム１０の支持部９側の端部
に、ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗４１、４２を応力方向と
平行に、５１、５２を応力方向と垂直にそれぞれ形成す
る。また、応力の生じない支持部９に、ｐ型多結晶Ｓi
抵抗ピエゾ４１、４２、５１、５２と同一形状で同一プ
ロセスの多結晶Ｓi抵抗６１、６２を形成し、図６
（ａ）のように配線すれば、前記図２に示したようなハ
ーフブリッジ回路となる。測定管１１に被測定圧力を接
続すれば、ダイヤフラム１０に応力が発生し、ブリッジ
回路には、前記第１の実施例に示したのと同様な作用が
生じる。以下、第１実施例と同様な効果が得られ、感度
を温度補償した圧力センサの構成を大幅に簡略化するこ
とが出来る。

【００３７】次に、図７は、本発明の第４の実施例図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ′断面
図を示す。この実施例はｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗を用
いた半導体加速度センサの例である。図７において、１
０１はシリコン基板であり、溝部１０２、重り部１０
３、梁部１０４はそれぞれシリコン基板１０１をＳiエ
ッチングで形成したものである。また、ｎ型多結晶Ｓi
ピエゾ抵抗１５１、１５２は印加される応力方向に平行
に、ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗１６１、１６２は印加さ
れる応力方向に垂直に形成されている。これらのｎ型多
結晶Ｓiピエゾ抵抗は、シリコン熱酸化膜１０８、１０
９の間に形成されている。上記のｎ型多結晶Ｓiピエゾ
抵抗１５１、１５２、１６１、１６２を、金属配線１１
０を用いて結線し、図８に示すようなフルブリッジ回路
を構成する。すなわち応力に平行な抵抗同志（１５１と
１５２）を一対の対辺とし、応力に垂直な抵抗同志（１
６１と１６２）を他の一対の対辺としてフルブリッジ回
路を形成する。なお、１０７はセンサの台座であり、凹
部１１４はセンサと同様にＳiのエッチングで形成す
る。また、簡単のため、ブリッジ出力の信号処理部等の
周辺回路は図示を省略している。

【００３８】次に作用を説明する。加速度が加わると、
梁部１０４に応力が生じ、ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗１
５１、１５２の抵抗値Ｒ_Lおよびｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵
抗１６１、１６２の抵抗値Ｒ_TはそれぞれＲ_L（１＋Ｇ_L
ε）、Ｒ_T（１＋Ｇ_Tε）と変化する。なお、Ｇ_L、Ｇ_Tは
それぞれＲ_L、Ｒ_Tのピエゾ抵抗のゲージファクタ、εは
応力による歪である。このときブリッジ回路の出力Ｖ
_OUTは、下記（数１３）式で示される。

【００３９】

【数１３】

【００４０】ここで、歪εが充分小さいとすると、ブリ
ッジ回路出力Ｖ_OUTの歪εに対する感度は、Ｓ＝Ｒ_LＧ_L
−Ｒ_TＧ_Tに比例する。例えば基板温度５６０℃で３６０
０Åの厚さに多結晶を成膜し、リンを１００keＶで５×
１０¹⁵cm~²のドーズ量でイオン注入した後、酸化を行っ
て多結晶シリコン上で６００Åの酸化膜を成長させ、さ
らに９００℃のＮ₂雰囲気中で３０分間アニールを行っ
て形成したｎ型多結晶Ｓiによるピエゾ抵抗では、Ｇ_Tの
変化率の温度係数ＴＣＧ_T＝９００００ｐｐｍ／Ｋ、Ｇ_L
のそれはＴＣＧ_L＝−６０００ｐｐｍ／Ｋであった。例
えば、３０℃において、Ｇ_T＝１.１１、Ｇ_L＝−１８.０
とすると、下記（数１４）に示すようになる。

【００４１】

【数１４】

【００４２】Ｒ_T、Ｒ_Lの温度変化は２０００〜３０００
ｐｐｍ／Ｋであり、上記ＴＣＧ_T、ＴＣＧ_Lに比して大幅
に小さいので、無視すると、ブリッジ回路出力Ｖ_OUTの
感度の温度変化は下記（数１５）式で示される。

【００４３】

【数１５】

【００４４】上記（数１５）式において、Ｒ_L／Ｒ_T＝１
とすることにより、ブリッジ回路出力Ｖ_OUTの感度を保
持したまま、出力感度の温度変化を抑えることができ
る。仮に（ｄＧ_T／ｄＴ）≠（ｄＧ_L／ｄＴ）であった場
合でも、Ｒ_L／Ｒ_Tを適当に選ぶことによって出力感度の
温度補償は可能である。

【００４５】次に、図９は、本発明の第５の実施例図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ′断面
図である。この実施例は、本発明を圧力センサに適用し
たものである。図９において、ダイアフラム部１１２は
半導体基板１０１をエッチングすることによって形成さ
れる。圧力は台座１１１に形成された開口部１１３から
ダイアフラム部１１２に伝達される。このとき生ずる応
力による歪は、ダイアフラム部１１２上に形成されたｎ
型多結晶Ｓiピエゾ抵抗１５１、１５２、１６１、１６
２によるフルブリッジ回路によって検出される。なお、
ｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗１５１、１５２、１６１、１
６２の方向性や接続回路および作用については、前記図
７の実施例と同様である。また、ブリッジ回路出力の信
号処理等の周辺回路は図示を省略している。

【００４６】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。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、印加される応力方向に垂直な多結晶Ｓiピエゾ抵抗
と応力方向に平行な多結晶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、多結晶Ｓ
iピエゾ抵抗がもつゲージファクタの温度依存性を相殺
し、ブリッジ回路の感度の温度依存性をなくすことが出
来る。そのため温度補償回路を不要にし、半導体応力検
出装置の構成を大幅に簡略化することが出来るので、高
性能の半導体応力検出装置を低コストで実現することが
出来る、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の平面図および断面図。

【図２】図１の実施例の等価回路図。

【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。

【図４】本発明の第２の実施例の平面図および断面図。

【図５】図４の実施例の等価回路図。

【図６】本発明の第３の実施例の平面図および断面図。

【図７】本発明の第４の実施例の平面図および断面図。

【図８】図７の実施例の等価回路図。

【図９】本発明の第５の実施例の平面図および断面図。

【図１０】従来の半導体応力検出装置の一例の平面図お
よび断面図。

【符号の説明】

１…重り部２…梁部３…空隙部４１、４２、４１′、４２′…印加応力方向に平行に形
成されたｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗５１、５２、５１′、５２′…印加応力方向に垂直に形
成されたｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗６１、６２…ｐ型多結晶Ｓi抵抗７…絶縁膜８…リード線９…支持部１０…ダイアフラム１１…測定管２１…空洞２２…ダイアフラム２３、２４…ｐ形多結晶Ｓiピエゾ抵抗２５…エッチング孔２６…Ｓi基板２７、２８、２９、３０…Ｓi₃Ｎ₄膜１００…印加応力の方向を示す矢印１０１…シリコン基板１０２…溝部１０３…重り部１０４…梁部１０７…台座１０８、１０９…シリコン熱酸化膜１１０…金属配線１１２…ダイアフラム部１１３…開口部１１４…凹部１５１、１５２…印加応力方向に平行に形成されたｎ型
多結晶Ｓiピエゾ抵抗１６１、１６２…印加応力方向に垂直に形成されたｎ型
多結晶Ｓiピエゾ抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【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第１のｐ型多結
晶Ｓiピエゾ抵抗と、当該抵抗に流れる電流の方向が印
加される応力に垂直方向となるように配設された第２の
ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とを形成し、上記第１と第２
のｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗を直列に接続した抵抗領域
を２個用い、それぞれの抵抗領域を一対の対辺としてブ
リッジ回路を構成したことを特徴とする半導体応力検出
装置。
【請求項２】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第１のｐ型多結
晶Ｓiピエゾ抵抗と、当該抵抗に流れる電流の方向が印
加される応力に垂直方向となるように配設された第２の
ｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗とを形成し、かつ上記第１と
第２のｐ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗を直列に接続した抵抗
領域を上記構造部上の応力が反対方向に印加される個所
にそれぞれ一対づつ設け、応力が同じ方向に印加される
抵抗領域同志をそれぞれ一対の対辺としてブリッジ回路
を構成したことを特徴とする半導体応力検出装置。
【請求項３】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第１のｎ型多結
晶Ｓiピエゾ抵抗を複数個と、当該抵抗に流れる電流の
方向が印加される応力に垂直方向となるように配設され
た第２のｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗を複数個形成し、上
記第１のｎ型多結晶Ｓiピエゾ抵抗同志を一対の対辺と
し、上記第２の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たことを特徴とす
る半導体応力検出装置。