JPH0769239B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPH0769239B2 JPH0769239B2 JP27542989A JP27542989A JPH0769239B2 JP H0769239 B2 JPH0769239 B2 JP H0769239B2 JP 27542989 A JP27542989 A JP 27542989A JP 27542989 A JP27542989 A JP 27542989A JP H0769239 B2 JPH0769239 B2 JP H0769239B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- pressure sensor
- diaphragm
- sensitive resistor
- semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコンダイヤフラム等の半導体ダイヤフラ
ムを備えた圧力センサに関する。
ムを備えた圧力センサに関する。
半導体チップの一部を薄肉化し受圧用のダイヤフラムを
形成してなる半導体圧力センサは、小型化が容易であ
り、また廉価に構成可能である上、耐熱性、耐湿性、及
び耐振動性に優れ、劣悪な環境下においても使用可能な
ことから、近年特に脚光を浴びている。
形成してなる半導体圧力センサは、小型化が容易であ
り、また廉価に構成可能である上、耐熱性、耐湿性、及
び耐振動性に優れ、劣悪な環境下においても使用可能な
ことから、近年特に脚光を浴びている。
第３図はこの半導体圧力センサの一部破断斜視図であ
る。半導体圧力センサは、半導体チップ１の表面に複数
の感圧抵抗2,2…を形成し、これらの形成範囲を含んで
裏面側からのエッチングにより薄肉化されたダイヤフラ
ム３を構成して、このダイヤフラム３に圧力が作用して
歪が生じた際、前記感圧抵抗2,2…にピエゾ抵抗効果に
より生じる抵抗値の変化を利用して前記圧力を検出する
ものである。これらの感圧抵抗2,2…は、例えば、ｎ型
の半導体チップ１上に拡散又はイオン打ち込み技術を用
いて形成されたｐ型領域となっており、ピエゾ抵抗効果
を有効に利用するため、ダイヤフラム３の面内にてこれ
の結晶軸方向、例えば〈110〉軸方向に沿って形成され
る。ダイヤフラム３は本来、結晶軸方向に夫々対応する
辺を有する短形をなすため、感圧抵抗2,2…は、図示の
如くダイヤフラム３の一辺と平行をなす態様にて配設さ
れることになる。
る。半導体圧力センサは、半導体チップ１の表面に複数
の感圧抵抗2,2…を形成し、これらの形成範囲を含んで
裏面側からのエッチングにより薄肉化されたダイヤフラ
ム３を構成して、このダイヤフラム３に圧力が作用して
歪が生じた際、前記感圧抵抗2,2…にピエゾ抵抗効果に
より生じる抵抗値の変化を利用して前記圧力を検出する
ものである。これらの感圧抵抗2,2…は、例えば、ｎ型
の半導体チップ１上に拡散又はイオン打ち込み技術を用
いて形成されたｐ型領域となっており、ピエゾ抵抗効果
を有効に利用するため、ダイヤフラム３の面内にてこれ
の結晶軸方向、例えば〈110〉軸方向に沿って形成され
る。ダイヤフラム３は本来、結晶軸方向に夫々対応する
辺を有する短形をなすため、感圧抵抗2,2…は、図示の
如くダイヤフラム３の一辺と平行をなす態様にて配設さ
れることになる。
以上の如き半導体圧力センサの出力は、一般的に、感圧
抵抗2,2…にて構成されたブリッジ回路の出力VOとして
得ている。感圧抵抗2,2…の抵抗値がＲであり、受圧に
伴いダイヤフラム３に生じる歪に応じて感圧抵抗２にΔ
Ｒなる抵抗値変化が生じた場合、次式にて表される出力
VOが得られる。
抵抗2,2…にて構成されたブリッジ回路の出力VOとして
得ている。感圧抵抗2,2…の抵抗値がＲであり、受圧に
伴いダイヤフラム３に生じる歪に応じて感圧抵抗２にΔ
Ｒなる抵抗値変化が生じた場合、次式にて表される出力
VOが得られる。
但し、VEは前記ブリッジ回路への印加電圧である。
ここで、感圧抵抗２の抵抗値Ｒには性能上の制限があ
り、所定の抵抗値を確保する必要があるが、ダイヤフラ
ム３上における感圧抵抗２の配設域は限定される。そこ
で限定された範囲内にて可及的な長大化を実現すべく、
前記結晶軸方向に沿う第１部分2a（第４図参照）を複数
個並べ、これらの端部を夫々に略直交する第２部分2b
（第４図参照）にて連結して一体化する感圧抵抗２の形
成態様が従来から採用されている。
り、所定の抵抗値を確保する必要があるが、ダイヤフラ
ム３上における感圧抵抗２の配設域は限定される。そこ
で限定された範囲内にて可及的な長大化を実現すべく、
前記結晶軸方向に沿う第１部分2a（第４図参照）を複数
個並べ、これらの端部を夫々に略直交する第２部分2b
（第４図参照）にて連結して一体化する感圧抵抗２の形
成態様が従来から採用されている。
第４図はこのように形成された感圧抵抗２の拡大平面図
である。本図は、第１部分2aの並設数が３個である場合
の例であり、これらを２個の第２部分2bにより連結して
なる感圧抵抗２は、図示の如き偏平化した逆Ｓ字形をな
す。並設数が異なる場合、他の形状をなすことは勿論で
ある。
である。本図は、第１部分2aの並設数が３個である場合
の例であり、これらを２個の第２部分2bにより連結して
なる感圧抵抗２は、図示の如き偏平化した逆Ｓ字形をな
す。並設数が異なる場合、他の形状をなすことは勿論で
ある。
さて、ダイヤフラム３への受圧により感圧抵抗２におい
て生じる抵抗値変化ΔＲは次式にて表される。
て生じる抵抗値変化ΔＲは次式にて表される。
ΔＲ＝（πｒσｒ＋πｔσｔ）・Ｒ …（２） 但し、πは感圧抵抗２におけるピエゾ抵抗係数であり、
σはダイヤフラム３に加わる圧力により感圧抵抗５に作
用する応力であって、添字ｔは前記〈110〉軸に沿う方
向を、添字ｒはこれに直交する方向を夫々示している。
σはダイヤフラム３に加わる圧力により感圧抵抗５に作
用する応力であって、添字ｔは前記〈110〉軸に沿う方
向を、添字ｒはこれに直交する方向を夫々示している。
この（２）式に従う抵抗値変化は、感圧抵抗２の各部分
において生じ、第４図に示す如き感圧抵抗２において
は、第１部分2a及び第２部分2bの双方において生じる。
ところが、第１部分2aと第２部分2bとは、略直交して連
続するため、適宜方向の応力に対し両部分2a,2bにおい
て互いに相反する抵抗変化が生じることになり、第１部
分2aにおける抵抗変化の一部が、第２部分2bにおける抵
抗変化にて相殺され、本来得られるべき検出感度の向上
を実現し得ないという難点があった。
において生じ、第４図に示す如き感圧抵抗２において
は、第１部分2a及び第２部分2bの双方において生じる。
ところが、第１部分2aと第２部分2bとは、略直交して連
続するため、適宜方向の応力に対し両部分2a,2bにおい
て互いに相反する抵抗変化が生じることになり、第１部
分2aにおける抵抗変化の一部が、第２部分2bにおける抵
抗変化にて相殺され、本来得られるべき検出感度の向上
を実現し得ないという難点があった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、感圧
抵抗において大なる抵抗値変化の発生をを可能とし、検
出感度の向上を実現する半導体圧力センサを提供するこ
とを目的とする。
抵抗において大なる抵抗値変化の発生をを可能とし、検
出感度の向上を実現する半導体圧力センサを提供するこ
とを目的とする。
本発明に係る半導体圧力センサは、ダイヤフラムの面上
に形成された感圧抵抗の結晶軸に沿う部分とこれに略直
交する部分とにおいて単位長さ当たりの抵抗値を異なら
せ、後者を前者よりも小さくしたものである。
に形成された感圧抵抗の結晶軸に沿う部分とこれに略直
交する部分とにおいて単位長さ当たりの抵抗値を異なら
せ、後者を前者よりも小さくしたものである。
本発明においては、結晶軸に沿う第１部分よりも、これ
に略直交する第２部分において単位長さ当たりの抵抗値
が小さく、ダイヤフラムに作用する圧力により第１部分
にて生じる抵抗変化が、第２部分にて同様に生じる抵抗
変化により相殺される割合が低減され、高い検出感度が
実現される。
に略直交する第２部分において単位長さ当たりの抵抗値
が小さく、ダイヤフラムに作用する圧力により第１部分
にて生じる抵抗変化が、第２部分にて同様に生じる抵抗
変化により相殺される割合が低減され、高い検出感度が
実現される。
以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。第１図は本発明に係る半導体圧力センサの一部破断
斜視図である。
る。第１図は本発明に係る半導体圧力センサの一部破断
斜視図である。
本発明に係る半導体圧力センサは、従来のものと同様、
半導体チップ１の表面に複数の感圧抵抗2,2…を形成
し、裏面側からのエッチングにより半導体チップ１の中
央を所定範囲に亘って薄肉化して、感圧抵抗2,2…の形
成範囲をその周縁近傍に含む薄肉のダイヤフラム３と、
これの周縁を支持する厚肉部とを構成してなる。感圧抵
抗2,2…は、例えば、ｎ型の半導体チップ１上に拡散又
はイオン打ち込み技術を用いて形成されたＰ型領域とな
っており、これらにピエゾ抵抗効果により生じる抵抗値
の変化を利用してダイヤフラム３に作用する圧力が検出
される。
半導体チップ１の表面に複数の感圧抵抗2,2…を形成
し、裏面側からのエッチングにより半導体チップ１の中
央を所定範囲に亘って薄肉化して、感圧抵抗2,2…の形
成範囲をその周縁近傍に含む薄肉のダイヤフラム３と、
これの周縁を支持する厚肉部とを構成してなる。感圧抵
抗2,2…は、例えば、ｎ型の半導体チップ１上に拡散又
はイオン打ち込み技術を用いて形成されたＰ型領域とな
っており、これらにピエゾ抵抗効果により生じる抵抗値
の変化を利用してダイヤフラム３に作用する圧力が検出
される。
第２図は感圧抵抗２の拡大平面図である。これらの感圧
抵抗2,2…もまた、従来と同様、ダイヤフラム３の面内
においてこれの結晶軸方向、例えば〈110〉軸方向に沿
って第１図に示す如く形成されており、また検出感度の
向上のため、結晶軸方向に沿う第１部分2a（第２図参
照）を複数個並べ、これらの端部を夫々に略直交する第
２部分2b（第２図参照）にて連結して、偏平Ｓ字形をな
して一体化せしめた構成となっている。以上の構成は従
来のものと同様であるが、本発明に係る半導体圧力セン
サは、前記第１部分2aの単位長さ当たりの抵抗値RAと、
第２部分2bの単位長さ当たりの抵抗値RBとが異ならせて
あり、後者が前者よりも小さく（RA＞RB）してあること
を特徴とする。
抵抗2,2…もまた、従来と同様、ダイヤフラム３の面内
においてこれの結晶軸方向、例えば〈110〉軸方向に沿
って第１図に示す如く形成されており、また検出感度の
向上のため、結晶軸方向に沿う第１部分2a（第２図参
照）を複数個並べ、これらの端部を夫々に略直交する第
２部分2b（第２図参照）にて連結して、偏平Ｓ字形をな
して一体化せしめた構成となっている。以上の構成は従
来のものと同様であるが、本発明に係る半導体圧力セン
サは、前記第１部分2aの単位長さ当たりの抵抗値RAと、
第２部分2bの単位長さ当たりの抵抗値RBとが異ならせて
あり、後者が前者よりも小さく（RA＞RB）してあること
を特徴とする。
従って、ダイヤフラム３に作用する圧力により感圧抵抗
２に応力σｒ及びσｔが生じたとき、第１部分2aにおけ
る抵抗値変化ΔRA及び第２部分2bにおける抵抗値変化Δ
RBは、前記（２）式から夫々（３）式及び（４）式にて
表される。
２に応力σｒ及びσｔが生じたとき、第１部分2aにおけ
る抵抗値変化ΔRA及び第２部分2bにおける抵抗値変化Δ
RBは、前記（２）式から夫々（３）式及び（４）式にて
表される。
ΔRA＝（πｒσｒ＋πｔσｔ）・RA・lA …（３） ΔRB＝−（πｒσｒ＋πｔσｔ）・RB・lB …（４） 但し、πｔは感圧抵抗２における〈110〉軸方向のピエ
ゾ抵抗係数であり、πｒはこれに直交する方向のピエゾ
抵抗係数であり、またlA及びlBは、第１部分2a及び第２
部分2b夫々の長さである。そして（４）式の右辺に負符
号が付いているのは、第２部分2bにおける電流の向き
が、第１部分2aにおけるそれと略直交するためである。
ゾ抵抗係数であり、πｒはこれに直交する方向のピエゾ
抵抗係数であり、またlA及びlBは、第１部分2a及び第２
部分2b夫々の長さである。そして（４）式の右辺に負符
号が付いているのは、第２部分2bにおける電流の向き
が、第１部分2aにおけるそれと略直交するためである。
従って、感圧抵抗２全体において生じる抵抗値変化ΔＲ
は、 ΔＲ＝（πｒσｒ＋πｔσｔ）・（RAlA−RBlB）…(５) となる。即ち、感圧抵抗２における抵抗値変化ΔＲは、
ダイヤフラム３への受圧に伴う応力に対し、（RAlA−RB
lB）なる変化率にて生じる。従って、第1,第２部分2a,2
bの単位長さ当たりの抵抗値が等しい（RB＝RA）従来の
半導体圧力センサにおける前記変化率は、両部分2a,2b
の長さの差（lA−lB）にのみ依存するのに対し、RBをRA
よりも小さくしてある本発明に係る半導体圧力センサに
おいては、これらの差も前記変化率を増大せしめる作用
をなし、従来に比較して大なる抵抗値変化ΔＲが得られ
ることが（５）式から明らかであり、従来に比較して高
い検出感度を実現し得る。
は、 ΔＲ＝（πｒσｒ＋πｔσｔ）・（RAlA−RBlB）…(５) となる。即ち、感圧抵抗２における抵抗値変化ΔＲは、
ダイヤフラム３への受圧に伴う応力に対し、（RAlA−RB
lB）なる変化率にて生じる。従って、第1,第２部分2a,2
bの単位長さ当たりの抵抗値が等しい（RB＝RA）従来の
半導体圧力センサにおける前記変化率は、両部分2a,2b
の長さの差（lA−lB）にのみ依存するのに対し、RBをRA
よりも小さくしてある本発明に係る半導体圧力センサに
おいては、これらの差も前記変化率を増大せしめる作用
をなし、従来に比較して大なる抵抗値変化ΔＲが得られ
ることが（５）式から明らかであり、従来に比較して高
い検出感度を実現し得る。
なお本実施例においては、３つの第１部分2aを第２部分
2bにて連結し、感圧抵抗２を偏平Ｓ字形をなして形成し
た場合について述べたが、感圧抵抗２の形成態様はこれ
に限定されるものではない。
2bにて連結し、感圧抵抗２を偏平Ｓ字形をなして形成し
た場合について述べたが、感圧抵抗２の形成態様はこれ
に限定されるものではない。
以上詳述した如く本発明に係る半導体圧力センサにおい
ては、ダイヤフラム表面上の感圧抵抗における結晶軸に
沿う第１部分とこれに略直交する第２部分とにて単位長
さ当たりの抵抗値が異なり、後者が前者よりも小さいこ
とにより、ダイヤフラムに作用する圧力により第１部分
にて生じる抵抗変化が第２部分にて同様に生じる抵抗変
化により相殺される割合が低減され、感圧抵抗全体にお
いて大きい抵抗値変化が生じ、高い検出感度を得ること
ができる等、本発明は優れた効果を奏する。
ては、ダイヤフラム表面上の感圧抵抗における結晶軸に
沿う第１部分とこれに略直交する第２部分とにて単位長
さ当たりの抵抗値が異なり、後者が前者よりも小さいこ
とにより、ダイヤフラムに作用する圧力により第１部分
にて生じる抵抗変化が第２部分にて同様に生じる抵抗変
化により相殺される割合が低減され、感圧抵抗全体にお
いて大きい抵抗値変化が生じ、高い検出感度を得ること
ができる等、本発明は優れた効果を奏する。
第１図は本発明に係る半導体圧力センサの一部破断斜視
図、第２図はその感圧抵抗の拡大平面図、第３図は従来
の半導体圧力センサの一部破断斜視図、第４図はその感
圧抵抗の拡大平面図である。 １……半導体チップ、２……感圧抵抗2a……第１部分、
2b……第２部分、３……ダイヤフラム なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
図、第２図はその感圧抵抗の拡大平面図、第３図は従来
の半導体圧力センサの一部破断斜視図、第４図はその感
圧抵抗の拡大平面図である。 １……半導体チップ、２……感圧抵抗2a……第１部分、
2b……第２部分、３……ダイヤフラム なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体チップの一部を薄肉化してなるダイ
ヤフラムの面上に、これの結晶軸方向に沿う複数の第１
部分を夫々に略直交する第２部分にて連結し、相互に一
体化させてなる感圧抵抗を備えた半導体圧力センサにお
いて、 前記第２部分の単位長さ当たりの抵抗値を、第１部分の
それよりも小さくしてあることを特徴とする半導体圧力
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27542989A JPH0769239B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27542989A JPH0769239B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03137532A JPH03137532A (ja) | 1991-06-12 |
| JPH0769239B2 true JPH0769239B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=17555398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27542989A Expired - Lifetime JPH0769239B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769239B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2669216B2 (ja) * | 1991-09-30 | 1997-10-27 | 日産自動車株式会社 | 半導体応力検出装置 |
| 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 |
| KR100555665B1 (ko) * | 2004-06-11 | 2006-03-03 | 삼성전자주식회사 | 복합센서 및 그 제조방법 |
| JP5281658B2 (ja) | 2009-01-06 | 2013-09-04 | アルプス電気株式会社 | ピエゾ抵抗型圧力センサ |
-
1989
- 1989-10-23 JP JP27542989A patent/JPH0769239B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03137532A (ja) | 1991-06-12 |
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Legal Events
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