JPH0682844B2 - 半導体歪変換装置 - Google Patents
半導体歪変換装置Info
- Publication number
- JPH0682844B2 JPH0682844B2 JP18347786A JP18347786A JPH0682844B2 JP H0682844 B2 JPH0682844 B2 JP H0682844B2 JP 18347786 A JP18347786 A JP 18347786A JP 18347786 A JP18347786 A JP 18347786A JP H0682844 B2 JPH0682844 B2 JP H0682844B2
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- JP
- Japan
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- resistance
- amplifier
- piezoresistor
- semiconductor substrate
- resistors
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、例えば自動車のエンジン制御用センサ等と
して用いられる半導体歪変換装置に関する。
して用いられる半導体歪変換装置に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］ 従来の半導体歪変換装置としては、例えば第４図に示す
ような半導体圧力センサとして構成されたものがある
（Sensors and Actuators,No.4（1983）,P63〜69「A Pi
ezoresistive Integrated Pressure Sensor」）（以下
これを第１の従来例という）。
ような半導体圧力センサとして構成されたものがある
（Sensors and Actuators,No.4（1983）,P63〜69「A Pi
ezoresistive Integrated Pressure Sensor」）（以下
これを第１の従来例という）。
第４図中、５は４個のピエゾ抵抗R0で構成されたブリッ
ジ回路で、半導体圧力センサは、第１図で後述するよう
に半導体基板の中央部にエッチング加工により肉薄ダイ
ヤフラムが設けられ、その周辺の表面部に半導体基板と
は異なる導電形の不純物がドープされて拡散層抵抗が形
成され、この拡散層抵抗により上記の各ピエゾ抵抗R0が
形成されている。
ジ回路で、半導体圧力センサは、第１図で後述するよう
に半導体基板の中央部にエッチング加工により肉薄ダイ
ヤフラムが設けられ、その周辺の表面部に半導体基板と
は異なる導電形の不純物がドープされて拡散層抵抗が形
成され、この拡散層抵抗により上記の各ピエゾ抵抗R0が
形成されている。
４個のピエゾ抵抗R0は、同抵抗値に設定されている。
６は直流電圧Vddが印加される電源端子、7a、7bは検出
電圧端子で、検出電圧端子7a、7bから、ブリッジ回路５
の接続点Ａ、Ｂ間の差電圧V01として取出される。
電圧端子で、検出電圧端子7a、7bから、ブリッジ回路５
の接続点Ａ、Ｂ間の差電圧V01として取出される。
検出電圧端子7a、7bには、さらにオペアンプ８で構成さ
れた差動増幅器11が接続されている。
れた差動増幅器11が接続されている。
R3、R3は差動増幅器11の入力抵抗、R4、R4は帰還抵抗、
9a、9bは出力電圧V02の出力端子である。
9a、9bは出力電圧V02の出力端子である。
入力抵抗R3、R3、および帰還抵抗R4、R4は、厚膜抵抗ま
たはチップ抵抗が用いられて半導体基板に対し外付けら
れている。
たはチップ抵抗が用いられて半導体基板に対し外付けら
れている。
上記のように構成された差動増幅器11の電圧増幅率G
1は、ピエゾ抵抗R0、入力抵抗R3、および帰還抵抗R4の
各符号がそのままそれぞれの抵抗値を表わすものとする
と、次式で与えられる。
1は、ピエゾ抵抗R0、入力抵抗R3、および帰還抵抗R4の
各符号がそのままそれぞれの抵抗値を表わすものとする
と、次式で与えられる。
G1＝R4/〔R3＋（R0/2）〕 …（１） そして当初はブリッジ回路５が平衡状態にあるものと
し、ダイヤフラムに圧力が加わると、これがたわんでそ
の表面部に歪が発生し、各ピエゾ抵抗R0の抵抗値がその
歪量に応じて変化する。
し、ダイヤフラムに圧力が加わると、これがたわんでそ
の表面部に歪が発生し、各ピエゾ抵抗R0の抵抗値がその
歪量に応じて変化する。
この結果ブリッジ回路５の平衡がくずれて検出電圧端子
7a、7bからは歪量に比例した値の検出電圧V01が取出さ
れる。この検出電圧V01は通常低レベルであるので、こ
れが差動増幅器11でG1・V01に増幅されて出力端子9a、9
bから所要レベルの出力電圧V02が出力される。
7a、7bからは歪量に比例した値の検出電圧V01が取出さ
れる。この検出電圧V01は通常低レベルであるので、こ
れが差動増幅器11でG1・V01に増幅されて出力端子9a、9
bから所要レベルの出力電圧V02が出力される。
ところで前記（１）式中、ピエゾ抵抗R0は、半導体基板
中の拡散層抵抗で形成されているため、その抵抗値は温
度変化の影響が比較的大きく、通常0.1〜0.3％／℃の抵
抗温度特性を持ち、さらにその反応温度特性は非線形性
を有している。
中の拡散層抵抗で形成されているため、その抵抗値は温
度変化の影響が比較的大きく、通常0.1〜0.3％／℃の抵
抗温度特性を持ち、さらにその反応温度特性は非線形性
を有している。
これに対し、入力抵抗R3、および帰還抵抗R4は、外付け
の抵抗が用いられているので、その抵抗値の温度変化に
よる影響は、拡散層抵抗に比べると非常に少ない。
の抵抗が用いられているので、その抵抗値の温度変化に
よる影響は、拡散層抵抗に比べると非常に少ない。
そして前記（１）式には、温度依存性の比較的大きいピ
エゾ抵抗R0の抵抗値が分母のみに入っている。
エゾ抵抗R0の抵抗値が分母のみに入っている。
このため第１の従来例にあっては、電圧増幅率G1が温度
により変化して検出誤差が生じるという問題点があっ
た。
により変化して検出誤差が生じるという問題点があっ
た。
第５図は、上記の問題点に対して改善策がとられた他の
半導体歪変換装置を示すものである（これを以下第２の
従来例という）。
半導体歪変換装置を示すものである（これを以下第２の
従来例という）。
この半導体歪変換装置では、ブリッジ回路５の検出電圧
端子7aと、差動増幅器11における入力抵抗R3との間にボ
ルテージフォロワ構成のオペアンプ12が接続され、これ
と同様に検出電圧端子7bと他の入力抵抗R3との間にもボ
ルテージフォロワ構成の他のオペアンプ13が接続されて
いる。
端子7aと、差動増幅器11における入力抵抗R3との間にボ
ルテージフォロワ構成のオペアンプ12が接続され、これ
と同様に検出電圧端子7bと他の入力抵抗R3との間にもボ
ルテージフォロワ構成の他のオペアンプ13が接続されて
いる。
オペアンプ12、13にはそれぞれ帰還抵抗R6が接続され、
さらに両帰還抵抗R6、R6の間に抵抗R5が接続されてい
る。
さらに両帰還抵抗R6、R6の間に抵抗R5が接続されてい
る。
このように構成された増幅器の電圧増幅率G2は次式で与
えられる。
えられる。
G2＝（１＋２・R6/R5）（R4/R3） …（２） 上記（２）式中にはピエゾ抵抗R0の抵抗値が含まれてい
ない。したがって第２の従来例では、電圧増幅率G2は温
度による影響が非常に小さくなり、前記第１の従来例に
おけるような温度変化に起因する検出誤差は生じない。
ない。したがって第２の従来例では、電圧増幅率G2は温
度による影響が非常に小さくなり、前記第１の従来例に
おけるような温度変化に起因する検出誤差は生じない。
しかしながら第２の従来例にあっては、前記第１の従来
例と比べるとその構成に、２個のオペアンプ12、13等を
余分に接続する必要があるのでコスト高になるという問
題点があった。
例と比べるとその構成に、２個のオペアンプ12、13等を
余分に接続する必要があるのでコスト高になるという問
題点があった。
［発明の目的］ この発明は、上記事情に基づいてなされたもので、電圧
増幅率の温度依存性が少なく高精度で、且つ低コストの
半導体歪変換装置を提供することを目的とする。
増幅率の温度依存性が少なく高精度で、且つ低コストの
半導体歪変換装置を提供することを目的とする。
［発明の概要］ この発明は、上記目的を達成するために、増幅器におけ
る増幅度設定用の抵抗を半導体の拡散層抵抗で構成し、
且つこの拡散層抵抗をピエゾ抵抗とともに同一の拡散条
件で同一の半導体基板上に形成することにより、電圧増
幅率が前記（１）式で表わされるような増幅器構成とし
た場合において、ピエゾ抵抗の抵抗温度特性と、増幅器
における抵抗の抵抗温度特性とを相殺して電圧増幅率の
温度依存性を少なくし、高い検出精度が得られるように
したものである。
る増幅度設定用の抵抗を半導体の拡散層抵抗で構成し、
且つこの拡散層抵抗をピエゾ抵抗とともに同一の拡散条
件で同一の半導体基板上に形成することにより、電圧増
幅率が前記（１）式で表わされるような増幅器構成とし
た場合において、ピエゾ抵抗の抵抗温度特性と、増幅器
における抵抗の抵抗温度特性とを相殺して電圧増幅率の
温度依存性を少なくし、高い検出精度が得られるように
したものである。
［発明の実施例］ 以下この発明の実施例を第１図〜第３図に基づいて説明
する。
する。
この実施例は半導体圧力センサとして構成されたもので
ある。
ある。
第１図は平面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第
３図は回路図である。
３図は回路図である。
なお、第３図等において、前記第４図における回路素子
等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って
示し重複した説明を省略する。
等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って
示し重複した説明を省略する。
まず構成を説明すると、第１図および第２図中、１はSi
の半導体基板で、この半導体基板１の裏面側中央部がエ
ッチング加工されて肉薄のダイヤフラム２が形成されて
いる。ダイヤフラム２は、第１図に示すように平面的に
は方形状に形成されている。
の半導体基板で、この半導体基板１の裏面側中央部がエ
ッチング加工されて肉薄のダイヤフラム２が形成されて
いる。ダイヤフラム２は、第１図に示すように平面的に
は方形状に形成されている。
ダイヤフラム２の周辺の表面部には、半導体基板１とは
異なる導電形の不純物がドープされて拡散層抵抗が形成
され、この拡散層抵抗により４個のピエゾ抵抗R0が形成
されている。
異なる導電形の不純物がドープされて拡散層抵抗が形成
され、この拡散層抵抗により４個のピエゾ抵抗R0が形成
されている。
３はSiO2等の絶縁膜で、この絶縁膜３上に形成されたAl
等の増幅配線層４により４個のピエゾ抵抗R0がブリッジ
接続されてブリッジ回路５が構成されている。
等の増幅配線層４により４個のピエゾ抵抗R0がブリッジ
接続されてブリッジ回路５が構成されている。
4aは電源端子６への接続線、7a、7bはブリッジ回路５の
検出電圧端子である。
検出電圧端子である。
そして第３図に示す差動増幅器10における増幅度設定用
の各抵抗、即ち入力抵抗R1、R1、および帰還抵抗R2、R2
が、各ピエゾ抵抗R0と同一の半導体基板１上に拡散層抵
抗により形成され、これが検出電圧端子7a、7bに接続さ
れている。
の各抵抗、即ち入力抵抗R1、R1、および帰還抵抗R2、R2
が、各ピエゾ抵抗R0と同一の半導体基板１上に拡散層抵
抗により形成され、これが検出電圧端子7a、7bに接続さ
れている。
各抵抗R1〜R2を形成する拡散層抵抗は、この実施例で
は、ピエゾ抵抗R0形成のための拡散プロセスで同時に拡
散が行なわれ、第１図に示すようにそのパターンにより
所要の抵抗値となるように調整されている。
は、ピエゾ抵抗R0形成のための拡散プロセスで同時に拡
散が行なわれ、第１図に示すようにそのパターンにより
所要の抵抗値となるように調整されている。
このようにしてピエゾ抵抗R0と、差動増幅器10における
増幅度設定用の各抵抗R1〜R2とには、同一の抵抗温度特
性が与えられている。
増幅度設定用の各抵抗R1〜R2とには、同一の抵抗温度特
性が与えられている。
4bは出力端子9aへの接続線、4cはオペアンプ８の入力
端子への接続線、4dはオペアンプ８の入力端子への接
続線、4eは接地線である。
端子への接続線、4dはオペアンプ８の入力端子への接
続線、4eは接地線である。
第３図に示すように上記の各抵抗R1〜R2、およびオペア
ンプ８で構成された差動増幅器10は、当該各抵抗が半導
体基板１上の拡散層抵抗で形成されている点を除けば、
前記第４図に示した第１の従来例のものと回路構成が同
じである。
ンプ８で構成された差動増幅器10は、当該各抵抗が半導
体基板１上の拡散層抵抗で形成されている点を除けば、
前記第４図に示した第１の従来例のものと回路構成が同
じである。
したがって差動増幅器10の電圧増幅率G3は前記（１）式
と同様に次式で与えられる。
と同様に次式で与えられる。
G3＝R2/〔R1＋（R0/2）〕 …（３） なおオペアンプ８そのものも各抵抗R1〜R2と同様に半導
体基板１上に形成することもできる。
体基板１上に形成することもできる。
次に作用を説明する。
当初ブリッジ回路５は平衡状態にあるものとする。ダイ
ヤフラム２に圧力が加わると、これがたわんでその表面
部に歪が発生し、各ピエゾ抵抗R0の抵抗値がその歪量に
応じて変化する。
ヤフラム２に圧力が加わると、これがたわんでその表面
部に歪が発生し、各ピエゾ抵抗R0の抵抗値がその歪量に
応じて変化する。
この結果ブリッジ回路５の平衡がくずれて検出電圧端子
7a、7bから歪量に比例した値の検出電圧V01が取出され
る。この検出電圧V01は、差動増幅器10でG3・V01に増幅
され、出力端子9a、9bからは所要レベルの出力電圧V02
が出力される。
7a、7bから歪量に比例した値の検出電圧V01が取出され
る。この検出電圧V01は、差動増幅器10でG3・V01に増幅
され、出力端子9a、9bからは所要レベルの出力電圧V02
が出力される。
そしてこのような圧力検出作用において周囲温度等の変
化により半導体基板１に温度変化が生じると、ピエゾ抵
抗R0と、差動増幅器10における増幅度設定用の抵抗R1〜
R2とは同一の抵抗温度特性を有しているので、両者には
同一割合の抵抗値変化が生じる。
化により半導体基板１に温度変化が生じると、ピエゾ抵
抗R0と、差動増幅器10における増幅度設定用の抵抗R1〜
R2とは同一の抵抗温度特性を有しているので、両者には
同一割合の抵抗値変化が生じる。
しかしこのような両者の抵抗値変化は、前記（３）式の
電圧増幅率G3の表式において、分母、分子の値を同一割
合で変化させることになる。
電圧増幅率G3の表式において、分母、分子の値を同一割
合で変化させることになる。
したがってピエゾ抵抗R0の抵抗温度特性と、差動増幅器
10における各抵抗R1〜R2の抵抗温度特性との相殺によ
り、電圧増幅器G3の温度依存性が極めて少なくなり、圧
力値が高精度で検出される。
10における各抵抗R1〜R2の抵抗温度特性との相殺によ
り、電圧増幅器G3の温度依存性が極めて少なくなり、圧
力値が高精度で検出される。
［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の構成によれば、ピエゾ
抵抗と増幅器における増幅度設定用の抵抗とは、同一の
抵抗温度特性を持つので、電圧増幅率の表式の分母等に
ピエゾ抵抗の抵抗値の項が入るような増幅器構成として
も、ピエゾ抵抗の抵抗温度特性と増幅器における抵抗の
抵抗温度特性との相殺により電圧増幅率の温度依存性が
極めて少なくなり、歪量が高精度で検出され、また増幅
器の構成が簡単になってコスト低減を図ることができ
る。
抵抗と増幅器における増幅度設定用の抵抗とは、同一の
抵抗温度特性を持つので、電圧増幅率の表式の分母等に
ピエゾ抵抗の抵抗値の項が入るような増幅器構成として
も、ピエゾ抵抗の抵抗温度特性と増幅器における抵抗の
抵抗温度特性との相殺により電圧増幅率の温度依存性が
極めて少なくなり、歪量が高精度で検出され、また増幅
器の構成が簡単になってコスト低減を図ることができ
る。
したがって自動車のエンジン制御用センサ等として極め
て好適な半導体歪変換装置を提供することができるとい
う利点がある。
て好適な半導体歪変換装置を提供することができるとい
う利点がある。
第１図はこの発明に係る半導体歪変換装置の実施例を示
す平面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は
同上実施例の回路構成を示す回路図、第４図は半導体歪
変換装置の第１の従来例を示す回路図、第５図は第２図
の従来例を示す回路図である。 1:半導体基板、 2:ダイヤフラム、 5:ブリッジ回路、 10:差動増幅器、 R0:ピエゾ抵抗、 R1、R2:差動増幅器における増幅度設定用の抵抗。
す平面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は
同上実施例の回路構成を示す回路図、第４図は半導体歪
変換装置の第１の従来例を示す回路図、第５図は第２図
の従来例を示す回路図である。 1:半導体基板、 2:ダイヤフラム、 5:ブリッジ回路、 10:差動増幅器、 R0:ピエゾ抵抗、 R1、R2:差動増幅器における増幅度設定用の抵抗。
Claims (1)
- 【請求項１】圧力または加速度等で半導体基板に生ずる
歪を該半導体基板上に形成したピエゾ抵抗の抵抗値変化
で検出し、該抵抗値変化を電気信号の変化として取出し
て増幅器で増幅し所要レベルの検出信号を得る半導体歪
変換装置において、 前記増幅器における増幅度設定用の抵抗となる拡散層抵
抗とピエゾ抵抗とを同一の拡散条件で同一の半導体基板
上に形成したことを特徴とする半導体歪変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18347786A JPH0682844B2 (ja) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | 半導体歪変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18347786A JPH0682844B2 (ja) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | 半導体歪変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6341079A JPS6341079A (ja) | 1988-02-22 |
| JPH0682844B2 true JPH0682844B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=16136485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18347786A Expired - Lifetime JPH0682844B2 (ja) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | 半導体歪変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682844B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01244680A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-29 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| JPH02218171A (ja) * | 1989-02-17 | 1990-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサ |
| JP2560140B2 (ja) * | 1990-08-03 | 1996-12-04 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置 |
| JPH04206878A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-28 | Mitsubishi Electric Corp | シングルエンド圧力センサ素子 |
-
1986
- 1986-08-06 JP JP18347786A patent/JPH0682844B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6341079A (ja) | 1988-02-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |