JPH0686044U - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 漏れ電流に関して半径方向と接線方向の差圧
検出用ゲージの条件を同じにすることにより、ブリッジ
のアンバランスによる零点シフトを解消し、検出精度を
向上させる。 【構成】 ダイヤフラム部２の外周寄りにそれぞれ２つ
ずつ配設される半径および接線方向の差圧検出用ゲージ
（ピエゾ抵抗素子）３Ａ，３Ｂを設ける。接線方向の差
圧検出用ゲージ３Ｂのゲージ部３ａを２つの線分３０
ａ，３０ｂに分離分割し、これら線分３０ａ，３０ｂ間
を連結部３１で接続する。連結部３１は、半径方向の差
圧検出用ゲージ３Ａの折り返し部である連結部３ｂと同
様、不純物濃度が高く低抵抗の導電型（ｐ+ 型）半導体
物質領域を形成し、また前記連結部３ｂと同一面積を有
している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は差圧あるいは圧力を検出する半導体圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の半導体圧力センサとしてはＳｉ（シリコン）半導体ダイヤフラ ムを利用したものが知られている。このＳｉダイヤフラム型半導体圧力センサは 、半導体結晶からなる基板（以下半導体基板という）の表面に不純物の拡散もし くはイオン打ち込み技術によりピエゾ抵抗領域として作用するゲージを形成する と共に、Ａｌの蒸着等によりリードを形成し、裏面の一部をエッチングによって 除去することにより厚さ２０μｍ〜５０μｍ程度の薄肉部、すなわちダイヤフラ ム部を形成して構成したもので、ダイヤフラム部の表裏面に測定圧力をそれぞれ 加えると、その変形に伴いゲージの比抵抗が変化し、この時の抵抗変化に伴う出 力電圧を検出し、差圧または圧力を測定するものである。

【０００３】 図２〜図４はこのような半導体圧力センサの従来例を示す平面図、断面図およ びゲージ部の断面図で、半導体基板１は（１００）面のｎ型単結晶Ｓｉからなり 、エッチングによりその裏面中央部を除去されることにより差圧または圧力に感 応する薄肉円板状の感圧ダイヤフラム部２を備え、またこのダイヤフラム部２の 表面（または裏面）側にピエゾ領域として作用し差圧または圧力を検出する差圧 検出用ゲージ３（３Ａ，３Ｂ）が設けられ、バックプレート４上に静電接合され ている。バックプレート４は、半導体基板１と熱膨張係数が近似したパイレック スガラス、セラミックス等によって形成され、中央には前記半導体基板１の裏面 に形成された凹陥部５を介してダイヤフラム部２の裏面側に測定すべき圧力Ｐ1 ，Ｐ2 のうちの一方（Ｐ1 ）を導く貫通孔６が形成されている。

【０００４】 前記差圧検出用ゲージ３は、前記感圧ダイヤフラム部２の表面で差圧または圧 力の印加時にダイヤフラム部２に発生する半径方向と周方向の応力が最大となる 周縁部寄りに拡散またはイオン打ち込み法によって４つ形成されており、図５に 示すようにホイールストーンブリッジに結線されることでダイヤフラム部２の表 裏面に加えられた測定すべき圧力Ｐ1 ，Ｐ2 の差圧信号を差動的に出力する。測 定差圧または圧力はそれぞれ最大１４０Ｋｇｆ／ｃｍ² ，４２０Ｋｇｆ／ｃｍ² 程度である。 また、４つの差圧検出用ゲージ３のうち半径方向の２つの差圧検出用ゲージ３ Ａは、折り返しゲージを形成することで、低濃度（１０¹⁹ 個／ｃｍ³ ）で所定 のシート抵抗を有し、結晶面方位（１００）においてピエゾ抵抗係数が最大とな る＜１１０＞の結晶軸方向と平行な２つのゲージ部３ａ，３ａと、ゲージ部３ａ ，３ａの一端を互いに連結する折り返し部としての連結部３ｂと、ゲージ部３ａ ，３ａの他端にそれぞれ接続された２つのリードアウト部３ｃ，３ｃとからなり 、連結部３ｂとリードアウト部３ｃ，３ｃがゲージ部３ａ，３ａに対するこれら の影響を除くため一般に高濃度（１０²¹ 個／ｃｍ³ ）の導電型（ｐ⁺ 型）半導 体物質領域を形成している。一方、接線方向の２つの差圧検出用ゲージ３Ｂは、 折り返しゲージを形成せず、低濃度（１０¹⁹ 個／ｃｍ³ ）で所定のシート抵抗 を有し、結晶面方位（１００）においてピエゾ抵抗係数が最大となる＜１１０＞ の結晶軸方向と平行な１つのゲージ部３ａと、ゲージ部３ａの端部にそれぞれ接 続され高濃度（１０²¹ 個／ｃｍ³ ）の導電型（ｐ⁺ 型）半導体物質領域を形成 する２つのリードアウト部３ｃ，３ｃとで構成されている。

【０００５】 なお、図１において７ａ，７ｂは蒸着によって形成されたアルミニウムからな るリードで、これらリード７ａ，７ｂの一端は各リードアウト部３ｃ，３ｃにそ れぞれ接続されている。８は差圧信号取出し用端子部、９は差圧検出用電源端子 部である。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記した従来の半導体圧力センサにおいて、半径方向の差圧検出用ゲージ３Ａ と接線方向の差圧検出用ゲージ３Ｂの抵抗値（Ｒ）そのものは全て等しいものの 、構成上に相違があり、半径方向の差圧検出用ゲージ３Ａにおいてはその折り返 し部、すなわち不純物濃度が高く低抵抗の導電型（ｐ⁺ 型）半導体物質領域を形 成する連結部３ｂからの漏れ電流ΔＩにより出力電圧が低下するのに対して、接 線方向の差圧検出用ゲージ３Ｂは折り返し部がないため漏れ電流を生じず、この ため図５のようにブリッジを組んだ際応力のない状態で出力電圧Ｖ0 は Ｖ0 ＝Ｖ1 −（Ｖ1 −Ｖ1’） 但し Ｖ1’＝ΔＩ×Ｒ となって零にならず、零点がシフトするという問題があった。

【０００７】 したがって、本考案は上記したような従来の問題点に鑑みてなされたもので、 その目的とするところは、漏れ電流に関して半径方向と接線方向の差圧検出用ゲ ージの条件を同じにすることにより、ブリッジのアンバランスによる零点シフト を解消し、検出精度を向上させるようにした半導体圧力センサを提供することに ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記目的を解決するため本考案は、半導体結晶からなる基板の裏面に凹陥部を 形成することにより薄肉部を形成し、この薄肉部の主面に半径方向および接線方 向のピエゾ抵抗素子を設けた半導体圧力センサにおいて、前記半径方向のピエゾ 抵抗素子を接続する折り返し部と同一面積を有する高濃度部を接線方向のピエゾ 抵抗素子にも形成したものである。

【０００９】

【作用】

本考案において、接線方向のピエゾ抵抗素子は、半径方向のピエゾ抵抗素子を 接続する折り返し部と同一面積の高濃度部を有する。したがって、半径方向と接 線方向のピエゾ抵抗素子の漏れ電流は略等しく、ブリッジを組んだ際、アンバラ ンスを生じることがない。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。 図１は本考案に係る半導体圧力センサの一実施例を示す平面図である。なお、 図２〜図４と同一構成部材のものに対しては同一符号をもって示し、その説明を 省略する。本実施例は接線方向の差圧検出用ゲージ（ピエゾ抵抗素子）３Ｂのゲ ージ部３ａを２つの線分３０ａ，３０ｂに分離分割し、これら線分３０ａ，３０ ｂ間を連結部３１で接続して構成したものである。連結部３１は、半径方向の差 圧検出用ゲージ３Ａの折り返し部である連結部３ｂと同様、不純物濃度が高く低 抵抗の導電型（ｐ⁺ 型）半導体物質領域を形成し、また前記連結部３ｂと同一面 積を有している。各線分３０ａ，３０ｂの長さは略等しいことが望ましいが、か ならずしもこれに限定されるものではなく、これら線分３０ａ，３０ｂの全長が 図２に示した従来のゲージにおけるゲージ部３ａの全長と略等しいものであれば よい。このように、接線方向の差圧検出用ゲージ３Ｂに連結部３１を設けると、 半径方向の差圧検出用ゲージ３Ａの連結部３ｂからの漏れ電流と等しい漏れ電流 を生じさせることができる。 なお、その他の構成は図２〜図４に示した従来の半導体圧力センサと同様であ る。

【００１１】 かくしてこのような構成からなる半導体圧力センサにおいては、半径方向の差 圧検出用ゲージ３Ａと接線方向の差圧検出用ゲージ３Ｂの漏れ電流を等しくする ことができるので、ブリッジを組んだ際、アンバランスを生じず、零点シフトを 防止することができる。

【００１２】 なお、上記実施例は接線方向の差圧検出用ゲージ３Ｂのゲージ部３ａを２つの 線分３０ａ，３０ｂに分割した例を示したが、本考案はこれに何等特定されるも のではなく、２つ以上であってもよい。 また、上記実施例は半導体基板１をｎ型シリコン、ピエゾ抵抗領域であるゲー ジ部３ａをｐ型シリコンによって構成した場合について説明したが、これはｐ型 シリコンからなるピエゾ抵抗体を用いた方が、ｎ型に比較して圧力−抵抗のリニ アリティがよく、ピエゾ抵抗係数が最大となる（００１）面、＜１１０＞結晶軸 方向において対称性の良好な正逆両方向の出力が取り出せるからであるが、本考 案はこれに何等特定されるものではなく、ｐ型の基板にｎ型のピエゾ領域を形成 してもよいことは勿論である。

【００１３】

【考案の効果】

以上説明したように本考案に係る半導体圧力センサは、接線方向のピエゾ抵抗 素子に半径方向のピエゾ抵抗素子の折り返し部と同一面積を有する高濃度部を設 けたので、半径方向と接線方向のピエゾ抵抗素子の漏れ電流を等しくすることが でき、ブリッジのアンバランスを解消することができる。したがって、零点シフ トを生じず、検出精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る半導体圧力センサの一実施例を示
す平面図である。

【図２】半導体圧力センサの従来例を示す平面図であ
る。

【図３】同センサの断面図である。

【図４】ゲージ部の断面図である。

【図５】ゲージのブリッジ回路を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ ダイヤフラム部（薄肉部） ３Ａ 半径方向の差圧検出用ゲージ ３Ｂ 接線方向の差圧検出用ゲージ ３ａ ゲージ部 ３ｂ 連結部 ３ｃ リードアウト部 ４ バックプレート ５ 凹陥部 ３０ａ，３０ｂ 線分 ３１ 連結部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体結晶からなる基板の裏面に凹陥部
   を形成することにより薄肉部を形成し、この薄肉部の主
   面に半径方向および接線方向のピエゾ抵抗素子を設けた
   半導体圧力センサにおいて、 前記半径方向のピエゾ抵抗素子を接続する折り返し部と
   同一面積を有する高濃度部を接線方向のピエゾ抵抗素子
   にも形成したことを特徴とする半導体圧力センサ。