JPH0712658A - Combination sensor comprising silicon - Google Patents
Combination sensor comprising siliconInfo
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- JPH0712658A JPH0712658A JP3825193A JP3825193A JPH0712658A JP H0712658 A JPH0712658 A JP H0712658A JP 3825193 A JP3825193 A JP 3825193A JP 3825193 A JP3825193 A JP 3825193A JP H0712658 A JPH0712658 A JP H0712658A
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- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C10/00—Adjustable resistors
- H01C10/10—Adjustable resistors adjustable by mechanical pressure or force
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも1つの変形
領域(1、2)および変形領域(1、2)中にある少な
くとも1つの抵抗素子(3〜7)を備える珪素からなる
組合せセンサに関する。The present invention relates to a combination sensor made of silicon with at least one deformation area (1, 2) and at least one resistance element (3-7) in the deformation area (1, 2). .
【0002】[0002]
【従来の技術】珪素からなる組合せセンサは既に公知で
あり(Wong他、IEEE Digest of T
echnical Papers、Transduce
rs85、第26〜29頁)、該組合せセンサは、変形
領域および変形領域中にあるn−ドーピングされたSi
層で覆われているようなp−ドーピングされた珪素から
なる抵抗素子を備える。しかしながら、前記センサは、
変形領域中に、付加的に酸化珪素からなる保護層を備え
ている。2. Description of the Related Art Combination sensors made of silicon are already known (Wong et al., IEEE Digest of T.
technical Papers, Transduc
rs85, pp. 26-29), the combined sensor comprises a deformation region and n-doped Si in the deformation region.
It comprises a resistive element made of p-doped silicon as covered by a layer. However, the sensor
A protective layer of silicon oxide is additionally provided in the deformation region.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明には、前記によ
る課題が課された。The above-mentioned problems are imposed on the present invention.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】従来技術とは異なり、独
立請求項の特徴部に記載された本発明によるセンサは、
変形領域が専ら種々にドーピングされた珪素からなると
いう利点により前記課題を解決する。それというのも、
種々にドーピングされた珪素の熱膨張係数は、ごく僅か
にしか異ならないので、また、熱による最小の歪および
応力だけを生じるからである。従って、この種のセンサ
の精度は、本質的に、種々の物質から構成されているセ
ンサの場合よりも良好である。In contrast to the prior art, the sensor according to the invention as characterized in the independent claims is
The problem is solved by the advantage that the deformation region consists exclusively of variously doped silicon. Because,
Because the coefficients of thermal expansion of differently doped silicon differ only slightly, and also produce only minimal thermal strain and stress. Therefore, the accuracy of this type of sensor is essentially better than that of a sensor composed of different materials.
【0005】従属請求項に記載された手段によって、独
立請求項に記載されたセンサの有利な他の構成および改
善は、可能である。抵抗素子を外の影響から遮断し、か
つ表面に向かって絶縁するために、抵抗素子は、第2の
導電タイプの層の下にある。抵抗素子は、強力にドーピ
ングされた珪素からなる導電路によってかまたは抵抗素
子が変形領域の上に拡がっている限り、金属性の導電帯
によっても接触することができる。センサの感度は、変
形領域が曲げ舌状部(Biegezunge)または膜
として構成されている場合には向上する。変形領域で複
数の抵抗素子を使用することによって、センサの特性曲
線は、例えば、4個の抵抗素子を橋状回路中で使用する
ことによって改善することができる。このセンサの製造
の際には、p−導電並びにn−導電ウェーハから出発す
ることができる。Advantageous other configurations and refinements of the sensor described in the independent claim are possible by the measures specified in the dependent claims. In order to shield the resistance element from external influences and to insulate it towards the surface, the resistance element underlies a layer of the second conductivity type. The resistive element can also be contacted by a conductive path consisting of heavily doped silicon or, as long as the resistive element extends over the deformation region, by a metallic conductive band. The sensitivity of the sensor is improved if the deformation area is configured as a bending tongue or a membrane. By using multiple resistance elements in the deformation region, the characteristic curve of the sensor can be improved, for example by using four resistance elements in a bridge circuit. In the production of this sensor, it is possible to start with p-conducting as well as n-conducting wafers.
【0006】次に、本発明の実施例を、図面につき記載
し、かつ詳説する。Embodiments of the present invention will now be described and detailed with reference to the drawings.
【0007】[0007]
【実施例】図1は、加速センサを通る縦断面図であり、
この場合、地震物質(seismische Mass
e)20は、曲げ舌状部として記載されている変形領域
1によって堅固に固定された対向支承部21に懸吊され
ている。前記の構造が加速される場合には、前記地震物
質は傾斜し、変形領域1は曲がる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a vertical sectional view through an acceleration sensor,
In this case, seismic mass
e) 20 is suspended from an opposed bearing 21 which is rigidly fixed by the deformation zone 1 which is described as a bending tongue. When the structure is accelerated, the seismic material tilts and the deformation zone 1 bends.
【0008】堅固に固定された対向支承部21の近くに
は、変形領域1中の長手の抵抗素子3が存在している。
この抵抗素子3は、層8の下に存在し、かつ2つの導電
路9によって接触されている。更に、対向支承部21上
には、金属接点22が存在し、この金属接点は、導電路
9への直接接点を有する。構造を持たされた絶縁層23
の使用によって、金属接点22と対向支承部21もしく
は層8との間の電気的接触は、阻止される。In the vicinity of the rigidly fixed counter bearing 21, a longitudinal resistance element 3 in the deformation zone 1 is present.
This resistive element 3 underlies the layer 8 and is contacted by two conductive paths 9. Furthermore, on the opposite bearing 21, there is a metal contact 22, which has a direct contact to the conductive path 9. Insulation layer 23 with structure
Electrical contact between the metal contacts 22 and the counter bearing 21 or the layer 8 is prevented by the use of.
【0009】図2には、図1による加速センサが平面図
で記載されている。図1に記載の前記構造を通る縦断面
図は、直線I〜Iに沿って生じるものである。前記抵抗
素子3は、導電路9および対向支承部21上に対向配置
された金属接点22によって、抵抗素子3の電気抵抗が
測定できるように接触することができる。この場合、前
記金属接点22は、外部の接続線の接続に使用されてい
る。更に、図2には、層8の位置が記入されている。FIG. 2 shows the acceleration sensor according to FIG. 1 in plan view. The longitudinal cross section through the structure described in FIG. 1 occurs along straight lines I-I. The resistance element 3 can be brought into contact with the conductive path 9 and a metal contact 22 arranged oppositely on the opposite bearing 21 so that the electrical resistance of the resistance element 3 can be measured. In this case, the metal contact 22 is used to connect an external connection line. Furthermore, the position of the layer 8 is entered in FIG.
【0010】抵抗素子の変形1によって、単結晶性珪素
のピエゾ効果に基づいて、抵抗素子3の抵抗は変化す
る。前記の抵抗の変化に基づいて、変形領域1の変形、
ひいては付帯する加速を推し量ることができる。The first modification of the resistance element changes the resistance of the resistance element 3 based on the piezo effect of single crystalline silicon. The deformation of the deformation region 1 based on the change of the resistance,
As a result, the accompanying acceleration can be estimated.
【0011】導電路9、抵抗素子3、層8、地震物質2
0、枠21および変形領域1の下方領域は、珪素からな
る。さて、次の記載の場合には、本明細書で示されたセ
ンサがn−ドーピングされた珪素ウェーハの加工によっ
て製造されたことから出発する。しかしながら、当量的
な方法の場合には、p−ドーピングされた珪素ウェーハ
からの製造も可能である。n−ドーピングされた珪素ウ
ェーハの表面の中に、導電路9を形成する強力なp−ド
ーピングが導入される。更に、弱いp−ドーピングが導
入されて、これによって、抵抗素子3が形成される。こ
の場合、層8がウェーハのn−物質との電気的接触を有
するように、層8が配置されることが重要である。地震
物質、変形領域1および枠21の製造のためのパターン
化法は、当業者に公知である。本明細書で示された構造
の場合には、変形領域1が誘電性の絶縁層23によって
覆われていないことが特に重要である。この種の誘電性
の絶縁層23は、通常、酸化珪素または窒化珪素からな
る。この2つの物質は、珪素の熱膨張率の約10乗だけ
異なる熱膨張係数を有する。変形領域1の表面が、この
種の絶縁層で覆われている場合には、いわゆるバイメタ
ル効果に基づいて、温度の変化による変形領域の変形を
生じることになる。種々のドーピングされた珪素の熱膨
張率は、ごく僅かにしか異ならないので、加速センサの
本明細書で示された形状の場合には、センサの特性曲線
の熱的に制限された流動は、減少する。導電路9および
抵抗素子3の絶縁は、上記のn−ドーピングされた層8
およびこの層によって生じるpn接合によって行われ
る。変形領域のこれ以上の絶縁は、不用である。Conductive path 9, resistance element 3, layer 8, seismic material 2
0, the frame 21, and the lower region of the deformation region 1 are made of silicon. Now, in the case of the following description, it is assumed that the sensor described herein was manufactured by processing an n-doped silicon wafer. However, in the case of the stoichiometric method, it is also possible to manufacture from p-doped silicon wafers. Into the surface of the n-doped silicon wafer is introduced a strong p-doping which forms the conductive paths 9. Furthermore, a weak p-doping is introduced, which forms the resistance element 3. In this case, it is important that the layer 8 is arranged such that it has electrical contact with the n-material of the wafer. Patterning methods for the production of seismic material, deformation zone 1 and frame 21 are known to the person skilled in the art. In the case of the structure shown here, it is particularly important that the deformation region 1 is not covered by the dielectric insulating layer 23. This kind of dielectric insulating layer 23 is usually made of silicon oxide or silicon nitride. The two materials have coefficients of thermal expansion that differ by about the power of ten of the coefficient of thermal expansion of silicon. When the surface of the deformation region 1 is covered with this type of insulating layer, the deformation region is deformed due to a change in temperature based on the so-called bimetal effect. Since the coefficients of thermal expansion of various doped silicons differ only slightly, the thermally limited flow of the characteristic curve of the sensor in the case of the geometries presented here of the acceleration sensor is: Decrease. Insulation of the conductive path 9 and the resistance element 3 is achieved by the above-mentioned n-doped layer 8
And the pn junction created by this layer. Further insulation of the deformation area is unnecessary.
【0012】図3には、膜として形成された変形領域2
を備えたもう1つの実施例が示されている。このセンサ
は、加速センサとして並びに圧力センサとして使用する
ことができる。枠24、変形領域2および地震物質20
は、単結晶性の珪素からなる。更に、抵抗素子4〜7お
よび導電路9は、同様に珪素からなる。簡略化の理由か
ら、n−層8は、記入されていない。全体の変形領域に
亘って同一の厚さを得るために、前記の層8は、この層
が膜の全部の領域を覆っているように対応配置されてい
る。抵抗素子7は、更に枠24に及ぶように拡大されて
いる。前記の場合、抵抗素子7は、金属性の導電帯10
によって接触されていてもよい。FIG. 3 shows a deformation region 2 formed as a film.
Another embodiment with is shown. This sensor can be used as an acceleration sensor as well as a pressure sensor. Frame 24, deformation area 2 and seismic material 20
Is made of single crystalline silicon. Furthermore, the resistance elements 4 to 7 and the conductive path 9 are also made of silicon. For the sake of simplicity, the n-layer 8 has not been filled in. In order to obtain the same thickness over the entire deformation area, said layers 8 are correspondingly arranged such that this layer covers the entire area of the membrane. The resistance element 7 is enlarged so as to further extend to the frame 24. In the above case, the resistance element 7 is made of the metal conductive band 10.
May be contacted by.
【0013】複数の抵抗素子4、5、6、7の使用によ
って、センサの精度および出力信号を向上させることが
できる。このことは、例えば4個の抵抗素子4〜7を、
橋の中で一緒に構成し、その結果、電気抵抗の温度依存
が補償されることによって達成することができる。By using a plurality of resistive elements 4, 5, 6, 7 it is possible to improve the accuracy of the sensor and the output signal. This means that, for example, the four resistance elements 4 to 7 are
It can be achieved by constructing together in a bridge, so that the temperature dependence of the electrical resistance is compensated.
【0014】抵抗の変化は、圧力または引張り応力に応
じて種々の兆候を示すので、ホイートストンブリッジと
して、出力信号を向上させるように包囲させることがで
きる。The change in resistance exhibits various signs in response to pressure or tensile stress, and can therefore be enclosed as a Wheatstone bridge to improve the output signal.
【図1】曲げ舌状部を備えるセンサの形状を示す縦断面
図。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the shape of a sensor including a bent tongue.
【図2】図1によるセンサの形状を示す平面図。2 is a plan view showing the shape of the sensor according to FIG.
【図3】膜を備えるセンサの形状を示す平面図。FIG. 3 is a plan view showing the shape of a sensor including a membrane.
1、2 変形領域、 3、4、5、6、7 抵抗素子、
8 第2の導電タイプの層、 9 導電路、 10
導電帯、 20 地震物質(seismische M
asse)、 21 対向支承部、 22 金属接点、
23 絶縁層、 24 枠1, 2 deformation region, 3, 4, 5, 6, 7 resistance element,
8 Second-conductivity-type layer, 9 Conductive path, 10
Conductive band, 20 seismic material (seismische M)
assembly), 21 opposite bearings, 22 metal contacts,
23 insulating layer, 24 frame
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルティン ヴィルマン ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン アー ヘナー シュトラーセ 146 ─────────────────────────────────────────────────── ———————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
Claims (8)
よび変形領域(1、2)中にある少なくとも1つの抵抗
素子(3〜7)を備える珪素からなる組合せセンサにお
いて、該センサが変形領域(1、2)中で専ら種々にド
ーピングされた珪素からなることを特徴とする、珪素か
らなる組合せセンサ。1. A combination sensor made of silicon comprising at least one deformation region (1, 2) and at least one resistance element (3-7) in the deformation region (1, 2), the sensor comprising a deformation region. A combination sensor made of silicon, characterized in that it consists exclusively of variously doped silicon in (1, 2).
プを備え、かつ第2の導電タイプの層(8)の下にあ
る、請求項1に記載のセンサ。2. Sensor according to claim 1, wherein the resistive element (3-7) comprises a layer of the first conductivity type and underlies a layer (8) of the second conductivity type.
プの強力にドーピングされた珪素からなる導電路(9)
によって接触されている、請求項1または2に記載のセ
ンサ。3. Conductive path (9) in which the resistive element (3 to 7) consists of heavily doped silicon of the first conductivity type.
The sensor according to claim 1 or 2, which is contacted by.
2)の上に拡がり、少なくとも1つの金属性の導電帯
(10)によって接触されている、請求項1から3まで
のいずれか1項に記載のセンサ。4. The resistance element (3 to 7) is a deformation area (1,
Sensor according to any one of claims 1 to 3, which extends over 2) and is contacted by at least one metallic conductive band (10).
は膜として形成されている、請求項1から4までのいず
れか1項に記載のセンサ。5. The sensor according to claim 1, wherein the deformation region (1, 2) is formed as a bent tongue or a membrane.
(4)が、橋状回路中で使用されている、請求項1から
5までのいずれか1項に記載のセンサ。6. Sensor according to claim 1, wherein a plurality of resistance elements (4-7), preferably (4), are used in the bridge circuit.
つ第2の導電タイプがn−導電である、請求項1から6
までのいずれか1項に記載のセンサ。7. The first conductivity type is p-conductivity and the second conductivity type is n-conductivity.
The sensor according to any one of items 1 to 7.
つ第2の導電タイプがp−導電である、請求項1から6
までのいずれか1項に記載のセンサ。8. The first conductivity type is n-conductivity and the second conductivity type is p-conductivity.
The sensor according to any one of items 1 to 7.
Applications Claiming Priority (2)
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