JPH0786618A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH0786618A JPH0786618A JP22759193A JP22759193A JPH0786618A JP H0786618 A JPH0786618 A JP H0786618A JP 22759193 A JP22759193 A JP 22759193A JP 22759193 A JP22759193 A JP 22759193A JP H0786618 A JPH0786618 A JP H0786618A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多結晶シリコン薄膜抵抗を用いたＳＯＩ構造
の圧力センサの経時変化に伴う劣化を無くす。 【構成】 単結晶シリコン基板５１に設けた長方形ダイ
アフラム５２の上面にシリコン酸化膜１を介して配置さ
れた歪検出素子Ｒ1 〜Ｒ4 を構成する多結晶シリコン薄
膜抵抗１１ａ〜１１ｄを、並列配置直列接続（折り返し
接続）する。このように配置すると、各多結晶シリコン
薄膜の抵抗値を低く設定できるので、各多結晶シリコン
薄膜の幅と厚みを大きくできる。従って、半導体圧力セ
ンサとして必要な大きな出力を得るための大きな電流を
多結晶シリコン薄膜に流しても、該多結晶シリコン薄膜
が劣化することが無く、経時変化を起すことがない。
の圧力センサの経時変化に伴う劣化を無くす。 【構成】 単結晶シリコン基板５１に設けた長方形ダイ
アフラム５２の上面にシリコン酸化膜１を介して配置さ
れた歪検出素子Ｒ1 〜Ｒ4 を構成する多結晶シリコン薄
膜抵抗１１ａ〜１１ｄを、並列配置直列接続（折り返し
接続）する。このように配置すると、各多結晶シリコン
薄膜の抵抗値を低く設定できるので、各多結晶シリコン
薄膜の幅と厚みを大きくできる。従って、半導体圧力セ
ンサとして必要な大きな出力を得るための大きな電流を
多結晶シリコン薄膜に流しても、該多結晶シリコン薄膜
が劣化することが無く、経時変化を起すことがない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体圧力センサに係
り、特に単結晶シリコン基板に形成されたダイアフラム
上に多結晶シリコン薄膜を形成し、該多結晶シリコン薄
膜のピエゾ抵抗効果を利用して圧力検出を行うＳＯＩ構
造の半導体圧力センサに関する。
り、特に単結晶シリコン基板に形成されたダイアフラム
上に多結晶シリコン薄膜を形成し、該多結晶シリコン薄
膜のピエゾ抵抗効果を利用して圧力検出を行うＳＯＩ構
造の半導体圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧力を検出するためのセンサ（圧
力センサ）は、小型の装置（例えば、家電製品）にも使
用されるようになり、この場合には圧力センサも小型化
が要求される。かかる小型化された圧力センサの一例と
して、単結晶シリコン基板を異方性エッチング加工して
ダイアフラムを形成し、該ダイアフラムにＰ型の不純物
を拡散して形成したＰ型拡散抵抗層を歪検出素子として
使用した拡散型圧力センサが知られている。ここに、単
結晶シリコン基板は安価であり、前記異方性エッチング
により容易に長方形ダイアフラムを得ることが可能なの
で、結晶の格子面（１００）に異方性エッチング加工し
た単結晶シリコン基板が、前記拡散型圧力センサに使用
されるのが一般的である。
力センサ）は、小型の装置（例えば、家電製品）にも使
用されるようになり、この場合には圧力センサも小型化
が要求される。かかる小型化された圧力センサの一例と
して、単結晶シリコン基板を異方性エッチング加工して
ダイアフラムを形成し、該ダイアフラムにＰ型の不純物
を拡散して形成したＰ型拡散抵抗層を歪検出素子として
使用した拡散型圧力センサが知られている。ここに、単
結晶シリコン基板は安価であり、前記異方性エッチング
により容易に長方形ダイアフラムを得ることが可能なの
で、結晶の格子面（１００）に異方性エッチング加工し
た単結晶シリコン基板が、前記拡散型圧力センサに使用
されるのが一般的である。
【０００３】ここで、図４（Ａ），（Ｂ）に基づいて従
来のＰ型拡散抵抗層を使用した拡散型圧力センサＳ0 の
要部を説明する。図４（Ａ）は前記拡散型圧力センサＳ
0 を構成する単結晶シリコン基板５１の平面図であり、
図４（Ｂ）は前記単結晶シリコン基板５１の側面図であ
る。
来のＰ型拡散抵抗層を使用した拡散型圧力センサＳ0 の
要部を説明する。図４（Ａ）は前記拡散型圧力センサＳ
0 を構成する単結晶シリコン基板５１の平面図であり、
図４（Ｂ）は前記単結晶シリコン基板５１の側面図であ
る。
【０００４】図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、結晶の
格子面（１００）の単結晶シリコン基板５１には異方性
エッチングにより起歪部となる長方形ダイアフラム５２
が形成され、該長方形ダイアフラム５２を構成する単結
晶シリコン基板５１上面にＰ型の不純物が拡散によって
ドープされ、歪検出素子となる第１〜第４拡散抵抗層５
６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄが形成されている。そし
て、前記拡散抵抗層５６ａ〜５６ｄは、＜１１０＞に対
して平行であり、且つ、長方形ダイアフラム５２の長辺
ｂに対して平行になるように配置されている。なお、符
号ａは、長方形ダイアフラム５２の短辺である。
格子面（１００）の単結晶シリコン基板５１には異方性
エッチングにより起歪部となる長方形ダイアフラム５２
が形成され、該長方形ダイアフラム５２を構成する単結
晶シリコン基板５１上面にＰ型の不純物が拡散によって
ドープされ、歪検出素子となる第１〜第４拡散抵抗層５
６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄが形成されている。そし
て、前記拡散抵抗層５６ａ〜５６ｄは、＜１１０＞に対
して平行であり、且つ、長方形ダイアフラム５２の長辺
ｂに対して平行になるように配置されている。なお、符
号ａは、長方形ダイアフラム５２の短辺である。
【０００５】即ち、第１，第４拡散抵抗層５６ａ，５６
ｄは長方形ダイアフラム５２の上下の長辺ｂの内側近傍
に平行に配置され、第２，第３拡散抵抗層５６ｂ，５６
ｃは長方形ダイアフラム５２の中心部において長辺ｂに
平行に対向配置され、これら４個の拡散抵抗層５６ａ〜
５６ｄがフルブリッジ（ホイートストーンブリッジ）接
続（図５参照）されるのが、従来の拡散抵抗層を使用し
た拡散型圧力センサＳ 0 の一般的な構成である。なお、
符号５５ａ1 〜５５ｄ1 、５５ａ2 〜５５ｄ2はフルブ
リッジ接続用のアルミニューム薄膜からなる電極であ
る。また、入力電源としては定電圧源Ｅ（又は、定電流
源）が印加され、出力電圧ｅ0 の変化が検出されるよう
になっている。
ｄは長方形ダイアフラム５２の上下の長辺ｂの内側近傍
に平行に配置され、第２，第３拡散抵抗層５６ｂ，５６
ｃは長方形ダイアフラム５２の中心部において長辺ｂに
平行に対向配置され、これら４個の拡散抵抗層５６ａ〜
５６ｄがフルブリッジ（ホイートストーンブリッジ）接
続（図５参照）されるのが、従来の拡散抵抗層を使用し
た拡散型圧力センサＳ 0 の一般的な構成である。なお、
符号５５ａ1 〜５５ｄ1 、５５ａ2 〜５５ｄ2はフルブ
リッジ接続用のアルミニューム薄膜からなる電極であ
る。また、入力電源としては定電圧源Ｅ（又は、定電流
源）が印加され、出力電圧ｅ0 の変化が検出されるよう
になっている。
【０００６】図４（Ａ）に示したように拡散抵抗層を配
置した理由は次の通りである。 ダイアフラム形成面方向から圧力Ｐを印加した場合
（図４（Ｂ）参照）の長方形ダイアフラム２の応力の状
態は、図６に示すように、長方形ダイアフラム２の中心
部Ｃで「引張応力」となり、長方形ダイアフラム５２の
端部Ｄ（図４（Ａ）参照、長方形ダイアフラム５２の中
心を通り短辺ａに平行な中心線Ａ−Ｂと長辺ｂとが交差
する点）で「圧縮応力」となる。なお、図６において、
符号σx はｘ方向（［１１０］）（図４（Ａ）参照）の
応力であり、符号σy はｙ方向（［１１０］）の応力で
ある。
置した理由は次の通りである。 ダイアフラム形成面方向から圧力Ｐを印加した場合
（図４（Ｂ）参照）の長方形ダイアフラム２の応力の状
態は、図６に示すように、長方形ダイアフラム２の中心
部Ｃで「引張応力」となり、長方形ダイアフラム５２の
端部Ｄ（図４（Ａ）参照、長方形ダイアフラム５２の中
心を通り短辺ａに平行な中心線Ａ−Ｂと長辺ｂとが交差
する点）で「圧縮応力」となる。なお、図６において、
符号σx はｘ方向（［１１０］）（図４（Ａ）参照）の
応力であり、符号σy はｙ方向（［１１０］）の応力で
ある。
【０００７】但し、［１１０］という表現は、次式
（１）を意味するものとする（以下同様）。
（１）を意味するものとする（以下同様）。
【０００８】
【数１】 ダイアフラム形成面方向から圧力Ｐを印加した場合の
長方形ダイアフラム５２の応力は、図６に示すように、
「引張応力」が前記中心部Ｃで最大となり、「圧縮応
力」が前記端部Ｄで最大となる。
長方形ダイアフラム５２の応力は、図６に示すように、
「引張応力」が前記中心部Ｃで最大となり、「圧縮応
力」が前記端部Ｄで最大となる。
【０００９】以上，の理由により、第１〜第４Ｐ型
拡散抵抗層５６ａ〜５６ｄを長方形ダイアフラム５２の
引張応力および圧縮応力の最も大きい部分である中心部
Ｃと端部Ｄに配置すれば、検出出力（前記フルブリッジ
の出力電圧ｅ0 ）を大きくできる。 格子面（１００）の単結晶シリコン基板１を使用した
Ｐ型拡散抵抗層の「感度」は、図７に示すＰ型拡散抵抗
層の格子面（１００）のピエゾ抵抗効果の状態図の如
く、拡散抵抗層（シリコン基板）の結晶軸の方向に対す
る応力の方向により異なり、＜１１０＞に対して最大と
なる。 図６に示すように、長方形ダイアフラム５２の応力
は、短辺ａ（図４（Ａ）参照）に対し平行な方向の応力
σx の長方形ダイアフラム５２の中心Ｃと端部Ｄとの差
Ｆと、短辺ａに直交方向の応力σy の長方形ダイアフラ
ム５２の中心Ｃと端部Ｄとの差Ｇとを比較すると、平行
方向の応力σx の差Ｆの方が大きい。従って、応力σx
を測定しやすい位置に拡散抵抗層を配置すれば、応力σ
y を測定しやすい位置に配置するよりも感度が良くな
る。
拡散抵抗層５６ａ〜５６ｄを長方形ダイアフラム５２の
引張応力および圧縮応力の最も大きい部分である中心部
Ｃと端部Ｄに配置すれば、検出出力（前記フルブリッジ
の出力電圧ｅ0 ）を大きくできる。 格子面（１００）の単結晶シリコン基板１を使用した
Ｐ型拡散抵抗層の「感度」は、図７に示すＰ型拡散抵抗
層の格子面（１００）のピエゾ抵抗効果の状態図の如
く、拡散抵抗層（シリコン基板）の結晶軸の方向に対す
る応力の方向により異なり、＜１１０＞に対して最大と
なる。 図６に示すように、長方形ダイアフラム５２の応力
は、短辺ａ（図４（Ａ）参照）に対し平行な方向の応力
σx の長方形ダイアフラム５２の中心Ｃと端部Ｄとの差
Ｆと、短辺ａに直交方向の応力σy の長方形ダイアフラ
ム５２の中心Ｃと端部Ｄとの差Ｇとを比較すると、平行
方向の応力σx の差Ｆの方が大きい。従って、応力σx
を測定しやすい位置に拡散抵抗層を配置すれば、応力σ
y を測定しやすい位置に配置するよりも感度が良くな
る。
【００１０】以上，の理由により、Ｐ型拡散抵抗層
を長方形ダイアフラム５２の中心線Ａ−Ｂと直交するよ
うに配置して、各抵抗層の応力（歪み）を検出すること
により圧力を測定している。
を長方形ダイアフラム５２の中心線Ａ−Ｂと直交するよ
うに配置して、各抵抗層の応力（歪み）を検出すること
により圧力を測定している。
【００１１】以上の理由により、拡散抵抗層５６ａ〜５
６ｄをダイアフラム５２の長辺ｂと平行に配置したの
で、拡散抵抗層５６ａ〜５６ｄを長く形成することが可
能であり、チップサイズが４ｍｍ角程度で抵抗値が３０
００〜４０００Ωのセンサチップを作成するためには、
拡散抵抗層の長さを５００μｍ程度にできる。この際の
拡散抵抗層５６ａ〜５６ｄの幅は１０μｍ、厚さは１μ
ｍ程度となり、前記フルブリッジへの印加電圧が５Ｖの
場合には、１本の拡散抵抗層に流れる電流は０．７５ｍ
Ａ程度となり、電流密度は１×１０（４乗）Ａ／ｃｍ
（２乗）程度と十分に低い値となる。
６ｄをダイアフラム５２の長辺ｂと平行に配置したの
で、拡散抵抗層５６ａ〜５６ｄを長く形成することが可
能であり、チップサイズが４ｍｍ角程度で抵抗値が３０
００〜４０００Ωのセンサチップを作成するためには、
拡散抵抗層の長さを５００μｍ程度にできる。この際の
拡散抵抗層５６ａ〜５６ｄの幅は１０μｍ、厚さは１μ
ｍ程度となり、前記フルブリッジへの印加電圧が５Ｖの
場合には、１本の拡散抵抗層に流れる電流は０．７５ｍ
Ａ程度となり、電流密度は１×１０（４乗）Ａ／ｃｍ
（２乗）程度と十分に低い値となる。
【００１２】一方、半導体圧力センサとしては、上述の
ようなダイアフラムに歪検出素子として「拡散抵抗層」
を設けたものの他に、歪検出素子として「多結晶シリコ
ン薄膜抵抗」を利用したＳＯＩ（Silicon On Insulato
r) 構造の半導体圧力センサが存在する。
ようなダイアフラムに歪検出素子として「拡散抵抗層」
を設けたものの他に、歪検出素子として「多結晶シリコ
ン薄膜抵抗」を利用したＳＯＩ（Silicon On Insulato
r) 構造の半導体圧力センサが存在する。
【００１３】ところで、前記図６から明らかなように、
引張応力と圧縮応力との差は、ｙ方向の応力σy の差
（符号Ｇ）よりｘ方向の応力σx の差（符号Ｆ）の方が
大きい。従って、歪検出素子から最大感度を引き出すた
めの歪検出素子の「配置位置」は、前記〜の理由に
より前記図４（Ａ）の位置が良い。しかし、多結晶シリ
コン薄膜抵抗の場合、電流方向と同じ向きの応力に対す
る感度は電流と直交する向きの応力に対する感度に比べ
１桁以上大きい。このため、歪検出素子の「配置方向」
は、前記図４（Ａ）の方向では応力σy を検出するには
良いが、応力σxを検出するには不向きである。
引張応力と圧縮応力との差は、ｙ方向の応力σy の差
（符号Ｇ）よりｘ方向の応力σx の差（符号Ｆ）の方が
大きい。従って、歪検出素子から最大感度を引き出すた
めの歪検出素子の「配置位置」は、前記〜の理由に
より前記図４（Ａ）の位置が良い。しかし、多結晶シリ
コン薄膜抵抗の場合、電流方向と同じ向きの応力に対す
る感度は電流と直交する向きの応力に対する感度に比べ
１桁以上大きい。このため、歪検出素子の「配置方向」
は、前記図４（Ａ）の方向では応力σy を検出するには
良いが、応力σxを検出するには不向きである。
【００１４】そこで、応力σx を検出するための最適な
配置位置および配置方向に多結晶シリコン薄膜を配置し
た半導体圧力センサとして図８に示すものが考えられ
る。即ち、図８に示すように、多結晶シリコン薄膜ｒ1
〜ｒ3 を長方形ダイアフラム５２の短辺ａ方向の中心線
に沿って縦方向に配置すれば、長方形ダイアフラム５２
の中心Ｃと端部Ｄとの差の大きな応力σx を効率良く検
出でき、半導体圧力センサの感度を向上できる。
配置位置および配置方向に多結晶シリコン薄膜を配置し
た半導体圧力センサとして図８に示すものが考えられ
る。即ち、図８に示すように、多結晶シリコン薄膜ｒ1
〜ｒ3 を長方形ダイアフラム５２の短辺ａ方向の中心線
に沿って縦方向に配置すれば、長方形ダイアフラム５２
の中心Ｃと端部Ｄとの差の大きな応力σx を効率良く検
出でき、半導体圧力センサの感度を向上できる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チップ
サイズが４ｍｍ角程度で抵抗値が３０００〜４０００Ω
のセンサチップを作成するためには、図８において、多
結晶シリコン薄膜抵抗の最大長さが１５０μｍ程度であ
るので（図８に示す如く長さが制限される）、多結晶シ
リコン薄膜抵抗は幅を１０μｍ、厚さを０．３μｍ程度
と小さくして（即ち、断面積を小さくして）抵抗値を高
める必要がある。そして、フルブリッジの印加電圧が５
Ｖの場合には、多結晶シリコン薄膜抵抗に流れる電流は
０．７５ｍＡ程度であるため、電流密度は３×１０4 Ａ
／ｃｍ2 程度と大きい値となる。この電流密度値は、前
述の拡散型圧力センサの拡散層の電流密度の３倍程度で
あり、多結晶シリコン薄膜抵抗の安定性が劣り、経時変
化が大きくなる。なお、多結晶シリコン薄膜抵抗の電流
密度を下げるために、印加電圧を低下させると、多結晶
シリコン薄膜抵抗を歪検出素子に利用したＳＯＩ構造の
圧力センサの出力が著しく低下する。
サイズが４ｍｍ角程度で抵抗値が３０００〜４０００Ω
のセンサチップを作成するためには、図８において、多
結晶シリコン薄膜抵抗の最大長さが１５０μｍ程度であ
るので（図８に示す如く長さが制限される）、多結晶シ
リコン薄膜抵抗は幅を１０μｍ、厚さを０．３μｍ程度
と小さくして（即ち、断面積を小さくして）抵抗値を高
める必要がある。そして、フルブリッジの印加電圧が５
Ｖの場合には、多結晶シリコン薄膜抵抗に流れる電流は
０．７５ｍＡ程度であるため、電流密度は３×１０4 Ａ
／ｃｍ2 程度と大きい値となる。この電流密度値は、前
述の拡散型圧力センサの拡散層の電流密度の３倍程度で
あり、多結晶シリコン薄膜抵抗の安定性が劣り、経時変
化が大きくなる。なお、多結晶シリコン薄膜抵抗の電流
密度を下げるために、印加電圧を低下させると、多結晶
シリコン薄膜抵抗を歪検出素子に利用したＳＯＩ構造の
圧力センサの出力が著しく低下する。
【００１６】そこで、本発明は上記問題点を解決するた
めになされたものであり、ＳＯＩ構造に多結晶シリコン
薄膜抵抗を歪検出素子として使用して圧力センサを構成
した場合において、前記多結晶シリコン薄膜の直線長さ
が制約を受けるときに、半導体圧力センサの感度を低下
させずに長時間使用しても多結晶シリコン薄膜が劣化す
ることが無く、経時変化が殆ど無い半導体圧力センサを
提供することを目的とする。
めになされたものであり、ＳＯＩ構造に多結晶シリコン
薄膜抵抗を歪検出素子として使用して圧力センサを構成
した場合において、前記多結晶シリコン薄膜の直線長さ
が制約を受けるときに、半導体圧力センサの感度を低下
させずに長時間使用しても多結晶シリコン薄膜が劣化す
ることが無く、経時変化が殆ど無い半導体圧力センサを
提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、単結晶シリコン基板からなる受圧面に長方
形ダイアフラムが形成され、前記受圧面と反対面上に絶
縁膜を介して配置された多結晶シリコン薄膜を備えた半
導体圧力センサにおいて、前記多結晶シリコン薄膜は、
並列配置直列接続された複数の多結晶シリコン薄膜片か
らなる。
するために、単結晶シリコン基板からなる受圧面に長方
形ダイアフラムが形成され、前記受圧面と反対面上に絶
縁膜を介して配置された多結晶シリコン薄膜を備えた半
導体圧力センサにおいて、前記多結晶シリコン薄膜は、
並列配置直列接続された複数の多結晶シリコン薄膜片か
らなる。
【００１８】また、前記複数の多結晶シリコン薄膜片
は、前記長方形ダイアフラムの短辺に平行に配置されて
いる。また、前記複数の多結晶シリコン薄膜片は、その
端部が金属薄膜で接続されている。
は、前記長方形ダイアフラムの短辺に平行に配置されて
いる。また、前記複数の多結晶シリコン薄膜片は、その
端部が金属薄膜で接続されている。
【００１９】
【作用】図１，図３（Ｂ）に示すように、第１〜第４多
結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄは、長方形ダイアフラ
ム５２の短辺ａに平行な中心線Ａ−Ｂに沿って配置され
ているので、図６に示す長方形ダイアフラム５２の中心
Ｃと端部Ｄとの差Ｆが大きな応力σx を効率良く検出で
き、半導体圧力センサの感度を高めることができる。
結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄは、長方形ダイアフラ
ム５２の短辺ａに平行な中心線Ａ−Ｂに沿って配置され
ているので、図６に示す長方形ダイアフラム５２の中心
Ｃと端部Ｄとの差Ｆが大きな応力σx を効率良く検出で
き、半導体圧力センサの感度を高めることができる。
【００２０】また、第１〜第４多結晶シリコン薄膜１１
ａ〜１１ｄは、平行配置で直列に接続され、第１と第２
多結晶シリコン薄膜１１ａと１１ｂ、第２と第３多結晶
シリコン薄膜１１ｂと１１ｃ、第３と第４多結晶シリコ
ン薄膜１１ｃと１１ｄとは、それぞれ金属薄膜（アルミ
ニューム薄膜）１３ａ〜１３ｃで接続されている。即
ち、第１〜第４多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄが並
列配置直列接続（折り返し）されているので、４本分の
抵抗値（例えば、４０００Ω）を確保することができ、
１本の抵抗値を低く設定できるので（例えば、１０００
Ω）、各多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄの「幅
ｈ3 」と「厚みｈ4 」を大きくすることができる。従っ
て、多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄに十分な出力を
確保するに必要な大きな電流を流しても、多結晶シリコ
ン薄膜は劣化することが無く、経時変化を起すことがな
い。
ａ〜１１ｄは、平行配置で直列に接続され、第１と第２
多結晶シリコン薄膜１１ａと１１ｂ、第２と第３多結晶
シリコン薄膜１１ｂと１１ｃ、第３と第４多結晶シリコ
ン薄膜１１ｃと１１ｄとは、それぞれ金属薄膜（アルミ
ニューム薄膜）１３ａ〜１３ｃで接続されている。即
ち、第１〜第４多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄが並
列配置直列接続（折り返し）されているので、４本分の
抵抗値（例えば、４０００Ω）を確保することができ、
１本の抵抗値を低く設定できるので（例えば、１０００
Ω）、各多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄの「幅
ｈ3 」と「厚みｈ4 」を大きくすることができる。従っ
て、多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄに十分な出力を
確保するに必要な大きな電流を流しても、多結晶シリコ
ン薄膜は劣化することが無く、経時変化を起すことがな
い。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の半導体圧力センサを図示の実
施例に基づいて説明する。なお、既に説明した部分には
同一符号を付し、重複記載を省略する。
施例に基づいて説明する。なお、既に説明した部分には
同一符号を付し、重複記載を省略する。
【００２２】図１（Ａ）は本実施例の半導体圧力センサ
Ｓにおける単結晶シリコン基板上の歪検出素子の配置説
明図であり、図１（Ｂ）は前記半導体圧力センサＳの概
略断面図であり、図２（Ａ）は前記歪検出素子の拡大平
面図であり、図２（Ｂ）は前記歪検出素子の拡大断面図
である。
Ｓにおける単結晶シリコン基板上の歪検出素子の配置説
明図であり、図１（Ｂ）は前記半導体圧力センサＳの概
略断面図であり、図２（Ａ）は前記歪検出素子の拡大平
面図であり、図２（Ｂ）は前記歪検出素子の拡大断面図
である。
【００２３】先ず、図１（Ａ），（Ｂ）に基づいて半導
体圧力センサＳの概略構成を説明する。図１（Ａ），
（Ｂ）に示すように、格子面（１００）の単結晶シリコ
ン基板５１の下面（受圧面５２ａ）の中央部には、シリ
コン異方性エッチングにより長辺ｂおよび短辺ａの矩形
凹部が形成され、長方形ダイアフラム５２が形成されて
いる。そして、前記受圧面５２ａには、圧力導入口（図
示せず）を介して被測定体の圧力Ｐが加えられる。
体圧力センサＳの概略構成を説明する。図１（Ａ），
（Ｂ）に示すように、格子面（１００）の単結晶シリコ
ン基板５１の下面（受圧面５２ａ）の中央部には、シリ
コン異方性エッチングにより長辺ｂおよび短辺ａの矩形
凹部が形成され、長方形ダイアフラム５２が形成されて
いる。そして、前記受圧面５２ａには、圧力導入口（図
示せず）を介して被測定体の圧力Ｐが加えられる。
【００２４】単結晶シリコン基板５１の上面には絶縁膜
であるシリコン酸化膜１が形成され、該シリコン酸化膜
１上には抵抗体をなす多結晶シリコン薄膜を含む同一構
成の第１〜第４歪検出素子Ｒ1 〜Ｒ4 が配設されてい
る。
であるシリコン酸化膜１が形成され、該シリコン酸化膜
１上には抵抗体をなす多結晶シリコン薄膜を含む同一構
成の第１〜第４歪検出素子Ｒ1 〜Ｒ4 が配設されてい
る。
【００２５】ここで、図２（Ａ），（Ｂ）に基づいて前
記第１歪検出素子Ｒ1 の構成を説明する。なお、第２〜
第４歪検出素子Ｒ2 〜Ｒ4 の構成は第１歪検出素子Ｒ1
と同一であるので、説明を省略する。
記第１歪検出素子Ｒ1 の構成を説明する。なお、第２〜
第４歪検出素子Ｒ2 〜Ｒ4 の構成は第１歪検出素子Ｒ1
と同一であるので、説明を省略する。
【００２６】図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１歪
検出素子Ｒ1 は、４本の細長い第１〜第４多結晶シリコ
ン薄膜１１ａ〜１１ｄが長方形ダイアフラム５２の短辺
ａに平行に（図１（Ａ）参照）等間隔で配置されてい
る。前記第１多結晶シリコン薄膜１１ａおよび第４多結
晶シリコン薄膜１１ｄのそれぞれの上端部にはフルブリ
ッジ接続用のリード線を引き出すための電極となる矩形
のアルミニューム薄膜１２ａ，１２ｂが接続されてい
る。前記第１多結晶シリコン薄膜１１ａと第２多結晶シ
リコン薄膜１１ｂのそれぞれの下端部には該多結晶シリ
コン薄膜１１ａと１１ｂとを電気的に接続するための矩
形の第１アルミニューム薄膜１３ａが接続され、同様に
第２多結晶シリコン薄膜１１ｂと第３多結晶シリコン薄
膜１１ｃの上端部には第２アルミニューム薄膜１３ｂが
接続され、第３多結晶シリコン薄膜１１ｃと第４多結晶
シリコン薄膜１１ｄの下端部には第３アルミニューム薄
膜１３ｃが接続されている。なお、符号２は、保護層と
してのシリコン窒化膜である。上述の如く多結晶シリコ
ン薄膜の接続部分（折り返し部分）に第１〜第３アルミ
ニューム薄膜１３ａ〜１３ｃを使用しているので、該接
続部分の抵抗値を低くすることができ、半導体圧力セン
サの出力の低下を低く押えることができる。
検出素子Ｒ1 は、４本の細長い第１〜第４多結晶シリコ
ン薄膜１１ａ〜１１ｄが長方形ダイアフラム５２の短辺
ａに平行に（図１（Ａ）参照）等間隔で配置されてい
る。前記第１多結晶シリコン薄膜１１ａおよび第４多結
晶シリコン薄膜１１ｄのそれぞれの上端部にはフルブリ
ッジ接続用のリード線を引き出すための電極となる矩形
のアルミニューム薄膜１２ａ，１２ｂが接続されてい
る。前記第１多結晶シリコン薄膜１１ａと第２多結晶シ
リコン薄膜１１ｂのそれぞれの下端部には該多結晶シリ
コン薄膜１１ａと１１ｂとを電気的に接続するための矩
形の第１アルミニューム薄膜１３ａが接続され、同様に
第２多結晶シリコン薄膜１１ｂと第３多結晶シリコン薄
膜１１ｃの上端部には第２アルミニューム薄膜１３ｂが
接続され、第３多結晶シリコン薄膜１１ｃと第４多結晶
シリコン薄膜１１ｄの下端部には第３アルミニューム薄
膜１３ｃが接続されている。なお、符号２は、保護層と
してのシリコン窒化膜である。上述の如く多結晶シリコ
ン薄膜の接続部分（折り返し部分）に第１〜第３アルミ
ニューム薄膜１３ａ〜１３ｃを使用しているので、該接
続部分の抵抗値を低くすることができ、半導体圧力セン
サの出力の低下を低く押えることができる。
【００２７】そして、以上の如き構成の第１〜第４歪検
出素子Ｒ1 〜Ｒ4 が、図１（Ａ）に示すように、配置さ
れている。即ち、第１と第４歪検出素子Ｒ1 ，Ｒ4 は、
その構成部材である多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄ
の一端がダイアフラム５２の長辺ｂに接し、他端が該ダ
イアフラム５２の内側に向い、ダイアフラム５２の上下
方向の中心線Ａ−Ｂに関して平行且つ対象に配置される
と共に、上下方向が互いに逆になるように配置されてい
る。また、第２歪検出素子Ｒ2 は、アルミニューム薄膜
１２ａが中心線Ａ−Ｂ上であって、該アルミニューム薄
膜１２ａとアルミニューム薄膜１２ｂとが上側に、第１
アルミニューム薄膜１３ａと第３アルミニューム薄膜１
３ｃとが下側に位置するように配置され、各多結晶シリ
コン薄膜１１ａ〜１１ｄは短辺ａに平行に配置されてい
る。また、第３歪検出素子Ｒ3 は、ダイアフラム５２の
中心を通ると共に前記中心線Ａ−Ｂに対して４５°をな
す直線Ｅ−Ｆ上において、前記第２歪検出素子Ｒ2 と中
心に関して上下方向が互いに逆になるように対象配置さ
れている。また、各多結晶シリコン薄膜の配置において
は、電流は各検出素子（多結晶シリコン薄膜）の長手方
向に流れるので、応力σx による抵抗をより効率的に検
出できる。
出素子Ｒ1 〜Ｒ4 が、図１（Ａ）に示すように、配置さ
れている。即ち、第１と第４歪検出素子Ｒ1 ，Ｒ4 は、
その構成部材である多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１ｄ
の一端がダイアフラム５２の長辺ｂに接し、他端が該ダ
イアフラム５２の内側に向い、ダイアフラム５２の上下
方向の中心線Ａ−Ｂに関して平行且つ対象に配置される
と共に、上下方向が互いに逆になるように配置されてい
る。また、第２歪検出素子Ｒ2 は、アルミニューム薄膜
１２ａが中心線Ａ−Ｂ上であって、該アルミニューム薄
膜１２ａとアルミニューム薄膜１２ｂとが上側に、第１
アルミニューム薄膜１３ａと第３アルミニューム薄膜１
３ｃとが下側に位置するように配置され、各多結晶シリ
コン薄膜１１ａ〜１１ｄは短辺ａに平行に配置されてい
る。また、第３歪検出素子Ｒ3 は、ダイアフラム５２の
中心を通ると共に前記中心線Ａ−Ｂに対して４５°をな
す直線Ｅ−Ｆ上において、前記第２歪検出素子Ｒ2 と中
心に関して上下方向が互いに逆になるように対象配置さ
れている。また、各多結晶シリコン薄膜の配置において
は、電流は各検出素子（多結晶シリコン薄膜）の長手方
向に流れるので、応力σx による抵抗をより効率的に検
出できる。
【００２８】前記図２（Ａ）に示すように多結晶シリコ
ン薄膜を構成する理由は、４個の第１〜第４多結晶シリ
コン薄膜１１ａ〜１１ｄを直列接続することにより、多
結晶シリコン薄膜の抵抗値を大きくでき、且つ幅と厚み
を大きくして電流密度を下げることができるからであ
る。
ン薄膜を構成する理由は、４個の第１〜第４多結晶シリ
コン薄膜１１ａ〜１１ｄを直列接続することにより、多
結晶シリコン薄膜の抵抗値を大きくでき、且つ幅と厚み
を大きくして電流密度を下げることができるからであ
る。
【００２９】即ち、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、
従来（図８参照）の場合の多結晶シリコン薄膜ｒは、３
０００〜４０００Ωの抵抗値を確保するためには、長さ
の制限があるために、多結晶シリコン薄膜ｒの幅ｈ1 を
狭くし、且つ、厚みｈ2 を薄くする必要があった。しか
し、本発明によれば、多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１
ｄを並列配置直列接続（折り返し接続）しているので、
多結晶シリコン薄膜の幅ｈ3 を広くし、且つ、厚みｈ4
を大きくしても前記３０００〜４０００Ωの抵抗値を確
保することが可能となる。従って、電流密度は、例えば
「折り返し無しの場合」の１／４にすることができる。
よって、半導体圧力センサとして必要な大きな出力を得
るために大きな電流を流しても、多結晶シリコン薄膜の
安定性が損なわれることがなく、経時変化を極めて少な
くすることができる。
従来（図８参照）の場合の多結晶シリコン薄膜ｒは、３
０００〜４０００Ωの抵抗値を確保するためには、長さ
の制限があるために、多結晶シリコン薄膜ｒの幅ｈ1 を
狭くし、且つ、厚みｈ2 を薄くする必要があった。しか
し、本発明によれば、多結晶シリコン薄膜１１ａ〜１１
ｄを並列配置直列接続（折り返し接続）しているので、
多結晶シリコン薄膜の幅ｈ3 を広くし、且つ、厚みｈ4
を大きくしても前記３０００〜４０００Ωの抵抗値を確
保することが可能となる。従って、電流密度は、例えば
「折り返し無しの場合」の１／４にすることができる。
よって、半導体圧力センサとして必要な大きな出力を得
るために大きな電流を流しても、多結晶シリコン薄膜の
安定性が損なわれることがなく、経時変化を極めて少な
くすることができる。
【００３０】なお、本実施例では長方形ダイアフラム５
２の短辺ａに平行に多結晶シリコン薄膜が配置されてい
る場合を説明したが、長辺ｂに平行で（図４（Ａ）に示
した配置）、ダイアフラム５２が非常に小さく薄膜の直
線長さに制約を受ける場合にも適用できるのは勿論であ
る。
２の短辺ａに平行に多結晶シリコン薄膜が配置されてい
る場合を説明したが、長辺ｂに平行で（図４（Ａ）に示
した配置）、ダイアフラム５２が非常に小さく薄膜の直
線長さに制約を受ける場合にも適用できるのは勿論であ
る。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、多
結晶シリコン薄膜を並列配置直列接続して抵抗値を増加
させているので、該多結晶シリコン薄膜の幅と厚みを増
加させることができ、大きな電流を流しても多結晶シリ
コン薄膜が劣化することが無く、経時変化を極めて少な
くすることができる。また、多結晶シリコン薄膜を長方
形ダイアフラムの短辺に平行な中心線に沿って配置する
と［１１０］方向の応力σx を効率良く検出できるの
で、歪に対する感度が良好である。
結晶シリコン薄膜を並列配置直列接続して抵抗値を増加
させているので、該多結晶シリコン薄膜の幅と厚みを増
加させることができ、大きな電流を流しても多結晶シリ
コン薄膜が劣化することが無く、経時変化を極めて少な
くすることができる。また、多結晶シリコン薄膜を長方
形ダイアフラムの短辺に平行な中心線に沿って配置する
と［１１０］方向の応力σx を効率良く検出できるの
で、歪に対する感度が良好である。
【図１】本発明の半導体圧力センサの実施例を説明する
ための図であって、（Ａ）は単結晶シリコン基板におけ
る歪検出素子の配置を説明する平面図、（Ｂ）は前記半
導体圧力センサの側面図である。
ための図であって、（Ａ）は単結晶シリコン基板におけ
る歪検出素子の配置を説明する平面図、（Ｂ）は前記半
導体圧力センサの側面図である。
【図２】（Ａ）は前記歪検出素子の拡大平面図、（Ｂ）
は前記歪検出素子のIIB-IIB 線に沿う拡大断面図であ
る。
は前記歪検出素子のIIB-IIB 線に沿う拡大断面図であ
る。
【図３】従来と本発明の多結晶シリコン薄膜の相違を説
明する図であって、（Ａ）は従来の多結晶シリコン薄膜
の平面図および断面図、（Ｂ）は本発明の実施例の多結
晶シリコン薄膜の平面図および断面図である。
明する図であって、（Ａ）は従来の多結晶シリコン薄膜
の平面図および断面図、（Ｂ）は本発明の実施例の多結
晶シリコン薄膜の平面図および断面図である。
【図４】従来の単結晶シリコン基板上に拡散抵抗層を形
成した場合を説明する図であって、（Ａ）は単結晶シリ
コン基板の平面図、（Ｂ）は単結晶シリコン基板の側面
図である。
成した場合を説明する図であって、（Ａ）は単結晶シリ
コン基板の平面図、（Ｂ）は単結晶シリコン基板の側面
図である。
【図５】半導体圧力センサにおけるフルブリッジの構成
を示す電気回路図である。
を示す電気回路図である。
【図６】従来の長方形ダイアフラムにおける中心から端
部までの応力線図である。
部までの応力線図である。
【図７】従来の拡散抵抗層の単結晶シリコン基板の面の
ピエゾ抵抗効果説明線図である。
ピエゾ抵抗効果説明線図である。
【図８】単結晶シリコン基板上に多結晶シリコン薄膜を
配置した例を示す平面図である。
配置した例を示す平面図である。
Ａ−Ｂ…長方形ダイアフラムの中心線 Ｒ…歪検出素子 Ｓ…半導体圧力センサ １…シリコン酸化膜 ２…シリコン窒化膜 １１ａ〜１１ｄ…多結晶シリコン薄膜抵抗 １２ａ，１２ｂ…電極用のアルミニューム薄膜 １３ａ〜１３ｃ…折り返し部用のアルミニューム薄膜
（金属薄膜） ５１…単結晶シリコン基板 ５２…長方形ダイアフラム ５２ａ…受圧面
（金属薄膜） ５１…単結晶シリコン基板 ５２…長方形ダイアフラム ５２ａ…受圧面
Claims (3)
- 【請求項１】 単結晶シリコン基板からなる受圧面に長
方形ダイアフラムが形成され、前記受圧面と反対面上に
絶縁膜を介して配置された多結晶シリコン薄膜を備えた
半導体圧力センサにおいて、 前記多結晶シリコン薄膜は、並列配置直列接続された複
数の多結晶シリコン薄膜片からなることを特徴とする半
導体圧力センサ。 - 【請求項２】 前記複数の多結晶シリコン薄膜片は、前
記長方形ダイアフラムの短辺に平行に配置されているこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項３】 前記複数の多結晶シリコン薄膜片は、そ
の端部が金属薄膜で接続されていることを特徴とする請
求項１および請求項２記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22759193A JPH0786618A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22759193A JPH0786618A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786618A true JPH0786618A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=16863325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22759193A Pending JPH0786618A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786618A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010504528A (ja) * | 2006-09-19 | 2010-02-12 | ローズマウント エアロスペイス インコーポレイテッド | 耐熱式ソリッド・ステート圧力センサ |
| WO2010079662A1 (ja) * | 2009-01-06 | 2010-07-15 | アルプス電気株式会社 | ピエゾ抵抗型圧力センサ |
| US8643577B2 (en) | 2007-03-12 | 2014-02-04 | E Ink Holdings Inc. | Repairing method and structure of display electrode |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP22759193A patent/JPH0786618A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010504528A (ja) * | 2006-09-19 | 2010-02-12 | ローズマウント エアロスペイス インコーポレイテッド | 耐熱式ソリッド・ステート圧力センサ |
| US8643577B2 (en) | 2007-03-12 | 2014-02-04 | E Ink Holdings Inc. | Repairing method and structure of display electrode |
| WO2010079662A1 (ja) * | 2009-01-06 | 2010-07-15 | アルプス電気株式会社 | ピエゾ抵抗型圧力センサ |
| 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 |
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