JPH0648421Y2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
- Publication number
- JPH0648421Y2 JPH0648421Y2 JP1987105794U JP10579487U JPH0648421Y2 JP H0648421 Y2 JPH0648421 Y2 JP H0648421Y2 JP 1987105794 U JP1987105794 U JP 1987105794U JP 10579487 U JP10579487 U JP 10579487U JP H0648421 Y2 JPH0648421 Y2 JP H0648421Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoresistors
- semiconductor substrate
- pair
- substrate body
- conductivity type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Description
【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案は、半導体基板から形成した撓み部の撓み量をピ
エゾ抵抗により検出して加速度等の力学量を計測する半
導体加速度センサに関する。
エゾ抵抗により検出して加速度等の力学量を計測する半
導体加速度センサに関する。
B.従来の技術 この種の半導体加速度センサとして、例えば第４図およ
び第５図に示す加速度センサなどが従来から知られてい
る（IE3 Transctions on Electron Devices,vol.ED−2
6,No.12,PP.1911〜1917（1979））。第４図は半導体加
速度センサの平面図、第５図はそのＶ−Ｖ線断面図であ
り、センサチップ１は、半導体基板11と、重り部12aお
よび撓み部12bから成る片持ち梁12とから成る。撓み部1
2bの表面層にはセンサに作用する加速度を検出するピエ
ゾ抵抗２が形成され、その上面にはSiO2膜３が形成され
ている。センサチップ１はストッパ4,5の間に挟持さ
れ、両ストッパ4,5で形成された室６内に片持ち梁12が
位置する。なお、重り部12bを金などの質量の大きな材
料で形成して重り部12aの上下方向の重心位置を撓み部1
2bの位置に近づけ、これにより他軸感度を低減させるセ
ンサも知られている。
び第５図に示す加速度センサなどが従来から知られてい
る（IE3 Transctions on Electron Devices,vol.ED−2
6,No.12,PP.1911〜1917（1979））。第４図は半導体加
速度センサの平面図、第５図はそのＶ−Ｖ線断面図であ
り、センサチップ１は、半導体基板11と、重り部12aお
よび撓み部12bから成る片持ち梁12とから成る。撓み部1
2bの表面層にはセンサに作用する加速度を検出するピエ
ゾ抵抗２が形成され、その上面にはSiO2膜３が形成され
ている。センサチップ１はストッパ4,5の間に挟持さ
れ、両ストッパ4,5で形成された室６内に片持ち梁12が
位置する。なお、重り部12bを金などの質量の大きな材
料で形成して重り部12aの上下方向の重心位置を撓み部1
2bの位置に近づけ、これにより他軸感度を低減させるセ
ンサも知られている。
このようなセンサチップ１は、例えば（100）面をもつ
ｎ形半導形体基板11の裏面11a側にくり抜き部以外を覆
うマスクをかけ、エチレン・ジアミン・ピロカテコール
等の異方性エッチング液でエッチングすることにより形
成される。ピエゾ抵抗２は、半導体基板11の表面にｐ形
不純物を拡散して（110）方向に形成されている。ま
た、半導体基板11には、ピエゾ抵抗２と同一形状の補償
用抵抗７が形成され、第６図のようにピエゾ抵抗２から
の出力をバイアスして取り出す。通常は、このピエゾ抵
抗２と補償用抵抗７との組を２組形成し、第７図のよう
にハーブブリッジに組む。なお、第４図，第５図では図
面を簡単にするために金属配線を省略している。この種
の金属配線として高濃度のｐ形不純物を拡散して形成す
ることができる。
ｎ形半導形体基板11の裏面11a側にくり抜き部以外を覆
うマスクをかけ、エチレン・ジアミン・ピロカテコール
等の異方性エッチング液でエッチングすることにより形
成される。ピエゾ抵抗２は、半導体基板11の表面にｐ形
不純物を拡散して（110）方向に形成されている。ま
た、半導体基板11には、ピエゾ抵抗２と同一形状の補償
用抵抗７が形成され、第６図のようにピエゾ抵抗２から
の出力をバイアスして取り出す。通常は、このピエゾ抵
抗２と補償用抵抗７との組を２組形成し、第７図のよう
にハーブブリッジに組む。なお、第４図，第５図では図
面を簡単にするために金属配線を省略している。この種
の金属配線として高濃度のｐ形不純物を拡散して形成す
ることができる。
このように構成された半導体加速度センサに第５図図示
Ｌ方向の加速度が作用すると梁12が撓むから、撓み量に
相応したピエゾ抵抗２の抵抗値変化を電気信号として検
出することにより加速度が測定可能である。
Ｌ方向の加速度が作用すると梁12が撓むから、撓み量に
相応したピエゾ抵抗２の抵抗値変化を電気信号として検
出することにより加速度が測定可能である。
すなわち撓み部12が撓むとピエゾ抵抗２には梁の長手方
向に応力σが生じ、抵抗値が変化する。いま、応力σ＝
０のときの抵抗値をＲとして、変化分をΔＲとすると
き、 π11，π12，π44：ピエゾ抵抗係数 が成り立つ。したがって、第７図のブリッジの出力Vout
は、電源電圧をV0とすると近似的に のように表わされる。
向に応力σが生じ、抵抗値が変化する。いま、応力σ＝
０のときの抵抗値をＲとして、変化分をΔＲとすると
き、 π11，π12，π44：ピエゾ抵抗係数 が成り立つ。したがって、第７図のブリッジの出力Vout
は、電源電圧をV0とすると近似的に のように表わされる。
C.考案が解決しようとする問題点 このような従来の半導体加速度センサでは、応力検出用
としてｐ形不純物を拡散した梁12と平行のピエゾ抵抗２
だけでハーブブリッジを組んでおり、所望の感度が得ら
れないという問題点がある。しかし、ｐ形拡散によるピ
エゾ抵抗だけでフルブリッジを組んで感度を向上させる
場合、例えば梁12と平行に２本，これと垂直に２本のピ
エゾ抵抗を形成してフルブリッジを組むと、垂直の２本
のピエゾ抵抗は梁12の固定端121から距離が異なるため
にペア性が取れない。すなわち、ブリッジのペアの応力
のかかり方が一致しないので実質上フルブリッジが組め
ないという問題点があった。
としてｐ形不純物を拡散した梁12と平行のピエゾ抵抗２
だけでハーブブリッジを組んでおり、所望の感度が得ら
れないという問題点がある。しかし、ｐ形拡散によるピ
エゾ抵抗だけでフルブリッジを組んで感度を向上させる
場合、例えば梁12と平行に２本，これと垂直に２本のピ
エゾ抵抗を形成してフルブリッジを組むと、垂直の２本
のピエゾ抵抗は梁12の固定端121から距離が異なるため
にペア性が取れない。すなわち、ブリッジのペアの応力
のかかり方が一致しないので実質上フルブリッジが組め
ないという問題点があった。
この考案の目的は、検出精度の高い半導体加速度センサ
を提供することにある。
を提供することにある。
D.問題点を解決するための手段 本考案に係る半導体加速度センサは、一導電形半導体基
板から形成される撓み部と、この撓み部に形成された反
対導電形の一対のピエゾ抵抗と、撓み部に形成された反
対導電形のウエルと、このウエル内に前記一対のピエゾ
抵抗と平行に形成された一導電形の一対のピエゾ抵抗と
を備え、前記各一対のピエゾ抵抗をフルブリッジ結線し
て構成される。
板から形成される撓み部と、この撓み部に形成された反
対導電形の一対のピエゾ抵抗と、撓み部に形成された反
対導電形のウエルと、このウエル内に前記一対のピエゾ
抵抗と平行に形成された一導電形の一対のピエゾ抵抗と
を備え、前記各一対のピエゾ抵抗をフルブリッジ結線し
て構成される。
E.作用 半導体基板とは反対導電形であるウエル内の一対の導電
形ピエゾ抵抗は、一対の反対導電形ピエゾ抵抗と平行で
あり、ある撓みに対して各一対のピエゾ抵抗の抵抗値変
化が互いに逆となる。したがって、フルブリッジ結線さ
れる各一対のピエゾ抵抗を狭い面積の撓み部に効率的に
配置できる。
形ピエゾ抵抗は、一対の反対導電形ピエゾ抵抗と平行で
あり、ある撓みに対して各一対のピエゾ抵抗の抵抗値変
化が互いに逆となる。したがって、フルブリッジ結線さ
れる各一対のピエゾ抵抗を狭い面積の撓み部に効率的に
配置できる。
F.実施例 第１図〜第３図により一実施例である半導体加速度セン
サについて説明する。なお、以下では第４図〜第６図と
同様な箇所には同一の符号を付す。
サについて説明する。なお、以下では第４図〜第６図と
同様な箇所には同一の符号を付す。
この半導体加速度センサは第４図および第５図で説明し
たと同様に、ｎ形半導体基板11と、重り部112aおよび撓
み部12bから成る片持ち梁12とを有するが、ピエゾ抵抗
の構成が異なっているのでその相違点について詳細に説
明する。
たと同様に、ｎ形半導体基板11と、重り部112aおよび撓
み部12bから成る片持ち梁12とを有するが、ピエゾ抵抗
の構成が異なっているのでその相違点について詳細に説
明する。
第１図は片持ち梁12の拡大平面図、第２図はそのII−II
線断面図である。両図において、撓み部12bにはボロン
の拡散によりＰウエル21が形成され、Ｐウエル21中には
梁の長手方向にｎ型ピエゾ抵抗22,23が形成されいる。
この一対のｎ形ピエゾ抵抗22,23と平行に、かつ並設さ
れて撓み部12には梁の長手方向に一対のｐ形ピエゾ抵抗
24,25も形成されている。すなわち、片持梁12の長手方
向に４本のピエゾ抵抗22〜25が互いに平行に形成されて
いる。そして、第１図，第２図では図示を省略したが、
金属配線または高濃度不純物による拡散配線により、こ
れら４本のピエゾ抵抗抵抗22〜25が第３図に示すような
フルブリッジに結線されている。
線断面図である。両図において、撓み部12bにはボロン
の拡散によりＰウエル21が形成され、Ｐウエル21中には
梁の長手方向にｎ型ピエゾ抵抗22,23が形成されいる。
この一対のｎ形ピエゾ抵抗22,23と平行に、かつ並設さ
れて撓み部12には梁の長手方向に一対のｐ形ピエゾ抵抗
24,25も形成されている。すなわち、片持梁12の長手方
向に４本のピエゾ抵抗22〜25が互いに平行に形成されて
いる。そして、第１図，第２図では図示を省略したが、
金属配線または高濃度不純物による拡散配線により、こ
れら４本のピエゾ抵抗抵抗22〜25が第３図に示すような
フルブリッジに結線されている。
このような半導体加速度センサは、第２図に示すとお
り、ｎ形半導体基板11の表面に周知の技術により拡散深
さの深いＰウエル21を形成し、このＰウエル21にｎ形ピ
エゾ抵抗22,23を同じく周知の技術により形成すること
により容易に作成できる。
り、ｎ形半導体基板11の表面に周知の技術により拡散深
さの深いＰウエル21を形成し、このＰウエル21にｎ形ピ
エゾ抵抗22,23を同じく周知の技術により形成すること
により容易に作成できる。
以上のように構成された半導体加速度センサに矢印Ｌ
（第２図）方向の加速度が加わると、片持ち梁12が図示
上方に撓み、撓み部12b中のピエゾ抵抗22〜25には梁の
長手方向の応力σが生じる。これにより、各ピエゾ抵抗
22〜25の抵抗値Ｒは、（１）式で表わされるような変化
分ΔＲだけ増減する。ｎ形ピエゾ抵抗22,23の変化分を
ΔRn,p形ピエゾ抵抗24,25の変化分をΔRpとすると、近
似的には、 が成り立つ。
（第２図）方向の加速度が加わると、片持ち梁12が図示
上方に撓み、撓み部12b中のピエゾ抵抗22〜25には梁の
長手方向の応力σが生じる。これにより、各ピエゾ抵抗
22〜25の抵抗値Ｒは、（１）式で表わされるような変化
分ΔＲだけ増減する。ｎ形ピエゾ抵抗22,23の変化分を
ΔRn,p形ピエゾ抵抗24,25の変化分をΔRpとすると、近
似的には、 が成り立つ。
ｐ形ピエゾ抵抗のπ44は正でありｎ形ピエゾ抵抗の（π
11＋π12）は負となるため、ΔRpとΔRnは逆の極性とな
る。したがって、第３図のようなフルブリッジを組むこ
とにより大きな出力を得ることができ、センサ感度を向
上できる。
11＋π12）は負となるため、ΔRpとΔRnは逆の極性とな
る。したがって、第３図のようなフルブリッジを組むこ
とにより大きな出力を得ることができ、センサ感度を向
上できる。
G.考案の効果 本考案によれば、一導電形半導体基板の撓み部に反対導
電形の一対のピエゾ抵抗を設けるとともに、その撓み部
に反対導電形のウエル領域を形成しその中に一導電形の
一対のピエゾ抵抗を上記ピエゾ抵抗と平行に設けるよう
にした。つまり、異なる導電形の各一対のピエゾ抵抗を
撓み部に形成するため、加速度によって撓み部が撓んだ
場合に、一導電形の一対のピエゾ抵抗と反対導電形の一
対のピエゾ抵抗の抵抗変化の極性が逆になる。したがっ
て、各一対のピエゾ抵抗をフルブリッジ結線することに
より、加速度による撓み量が精度よく検出され、センサ
の出力感度および検出精度が向上する。
電形の一対のピエゾ抵抗を設けるとともに、その撓み部
に反対導電形のウエル領域を形成しその中に一導電形の
一対のピエゾ抵抗を上記ピエゾ抵抗と平行に設けるよう
にした。つまり、異なる導電形の各一対のピエゾ抵抗を
撓み部に形成するため、加速度によって撓み部が撓んだ
場合に、一導電形の一対のピエゾ抵抗と反対導電形の一
対のピエゾ抵抗の抵抗変化の極性が逆になる。したがっ
て、各一対のピエゾ抵抗をフルブリッジ結線することに
より、加速度による撓み量が精度よく検出され、センサ
の出力感度および検出精度が向上する。
また、各一対のピエゾ抵抗を、半導体基板本体と錘り部
とを結ぶ方向に垂直な方向に並べて配置するため、ペア
性を保ちつつ撓み部の幅を狭くでき、センサの小型化が
図れる。
とを結ぶ方向に垂直な方向に並べて配置するため、ペア
性を保ちつつ撓み部の幅を狭くでき、センサの小型化が
図れる。
第１図〜第３図は一実施例を説明する図であり、第１図
は撓み部のピエゾ抵抗を拡大して示す平面図である。 第２図は第１図のII−II線断面図である。 第３図はｐ形ピエゾ抵抗とｎ形ピエゾ抵抗によるフルブ
リッジを示す図である。 第４図〜第７図は従来例を説明する図で、第４図は半導
体加速度センサの平面図である。 第５図は第４図のＶ−Ｖ線断面図である。 第６図は補償用抵抗によりピエゾ抵抗出力をバイアスし
た回路図である。 第７図は一組のｐ形ピエゾ抵抗と一組の補償用抵抗によ
るハーフブリッジ回路図である。 1:センサチップ、11:半導体基板 12:片持ち梁、12a:重り部 12b:撓み部、21:Pウエル 22,23:n形ピエゾ抵抗 24,25:p形ピエゾ抵抗
は撓み部のピエゾ抵抗を拡大して示す平面図である。 第２図は第１図のII−II線断面図である。 第３図はｐ形ピエゾ抵抗とｎ形ピエゾ抵抗によるフルブ
リッジを示す図である。 第４図〜第７図は従来例を説明する図で、第４図は半導
体加速度センサの平面図である。 第５図は第４図のＶ−Ｖ線断面図である。 第６図は補償用抵抗によりピエゾ抵抗出力をバイアスし
た回路図である。 第７図は一組のｐ形ピエゾ抵抗と一組の補償用抵抗によ
るハーフブリッジ回路図である。 1:センサチップ、11:半導体基板 12:片持ち梁、12a:重り部 12b:撓み部、21:Pウエル 22,23:n形ピエゾ抵抗 24,25:p形ピエゾ抵抗
Claims (1)
- 【請求項１】加速度の測定対象に固定される半導体基板
本体と、 一端が前記半導体基板本体に固定され、前記半導体基板
本体の一部で形成された撓み部と、 前記撓み部の他端に固定され、加速度に対応する慣性力
により変位する錘り部と、 前記撓み部に形成され、かつ長手方向が、前記半導体基
板本体と前記錘り部とを結ぶ方向となるように配置した
反対導電形の一対のピエゾ抵抗と、 前記撓み部に形成された反対導電形のウエル領域と、 前記ウエル領域に形成され、かつ長手方向が、前記半導
体基板本体と前記錘り部とを結ぶ方向となるように配置
した一導電形の一対のピエゾ抵抗と、を備え、 前記反対導電形のピエゾ抵抗と前記一導電形のピエゾ抵
抗とを前記半導体基板本体と前記錘り部とを結ぶ方向に
垂直な方向に並べて配置し、 上下に定電圧の印加点、左右に電圧出力点があるとき
に、前記各一対のピエゾ抵抗のうち対となるピエゾ抵抗
が互いに接続されないように、前記各一対のピエゾ抵抗
をフルブリッジ結線したことを特徴とする半導体加速度
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987105794U JPH0648421Y2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987105794U JPH0648421Y2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6410664U JPS6410664U (ja) | 1989-01-20 |
| JPH0648421Y2 true JPH0648421Y2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=31338728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987105794U Expired - Lifetime JPH0648421Y2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0648421Y2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2715738B2 (ja) * | 1991-09-30 | 1998-02-18 | 日産自動車株式会社 | 半導体応力検出装置 |
| JP2737479B2 (ja) * | 1991-09-30 | 1998-04-08 | 日産自動車株式会社 | 半導体応力検出装置 |
| JP2001304997A (ja) * | 2000-04-27 | 2001-10-31 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体圧力センサ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60113157A (ja) * | 1983-10-28 | 1985-06-19 | ハネウエル・インコーポレーテッド | 加速度計 |
| JPS61139758A (ja) * | 1984-12-12 | 1986-06-27 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体加速度センサ |
-
1987
- 1987-07-08 JP JP1987105794U patent/JPH0648421Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60113157A (ja) * | 1983-10-28 | 1985-06-19 | ハネウエル・インコーポレーテッド | 加速度計 |
| JPS61139758A (ja) * | 1984-12-12 | 1986-06-27 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体加速度センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6410664U (ja) | 1989-01-20 |
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