JPH08162645A - Sensor for mechanical quantity - Google Patents
Sensor for mechanical quantityInfo
- Publication number
- JPH08162645A JPH08162645A JP32387694A JP32387694A JPH08162645A JP H08162645 A JPH08162645 A JP H08162645A JP 32387694 A JP32387694 A JP 32387694A JP 32387694 A JP32387694 A JP 32387694A JP H08162645 A JPH08162645 A JP H08162645A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- junction diode
- strain
- resistance
- junction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体層によるゲージ
抵抗を用いて、圧力検出,加速度検出等の各センサとし
て利用できる力学量センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical quantity sensor that can be used as a sensor for pressure detection, acceleration detection or the like by using a gauge resistance formed by a semiconductor layer.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、特開平6-102118号,同160218
号,同207871号の各公報において、力学量センサを用い
た圧力センサが開示されている。この種圧力センサは、
圧力の導入によって感歪部に形成したゲージ抵抗に歪を
発生させ、感歪部の歪状態に起因して生じる、所謂ピエ
ゾ抵抗効果によるゲージ抵抗の抵抗変化を電気信号に変
換して圧力の値を測定するものである。2. Description of the Related Art For example, JP-A-6-102118 and JP-A-160218.
Nos. 207871 and 207871 disclose a pressure sensor using a mechanical quantity sensor. This kind of pressure sensor
Pressure is generated by converting the resistance change of the gauge resistance due to the so-called piezoresistive effect, which is caused by the strain state of the strain sensitive part, to the strain generated in the strain sensitive part by the introduction of pressure. Is measured.
【0003】図7は、基本構造を示しており、固定部と
なる周辺の肉厚状の額縁部2及び中央の薄肉状のダイア
フラム部(感歪部)3を有するn型シリコン基板(半導
体基板)1のダイアフラム部3に、p型半導体層からな
るピエゾ抵抗効果を有する4個のゲージ抵抗4を形成
し、これらゲージ抵抗4(4a〜4d)を、図8で示す
ように、ブリッジ回路5に組み、これに電源電圧(直
流)Vccを印加することにより、ダイアフラム部3の表
裏の圧力の差によるダイアフラム部3の歪状態によるゲ
ージ抵抗4の変化で、そのブリッジ回路5から圧力に応
じた出力電圧Voを取り出すことができる。FIG. 7 shows a basic structure, which is an n-type silicon substrate (semiconductor substrate) having a peripheral thick-walled frame portion 2 serving as a fixed portion and a thin-walled diaphragm portion (strain sensitive portion) 3 in the center. 4), four gauge resistors 4 having a piezoresistive effect made of a p-type semiconductor layer are formed in the diaphragm portion 3 and the gauge resistors 4 (4a to 4d) are connected to the bridge circuit 5 as shown in FIG. By applying a power supply voltage (direct current) Vcc to this, the bridge circuit 5 responds to the pressure by changing the gauge resistance 4 due to the distorted state of the diaphragm portion 3 due to the difference in pressure between the front and back sides of the diaphragm portion 3. The output voltage Vo can be taken out.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】かかる圧力センサで
は、周囲の温度が高くなるとゲージ抵抗4の抵抗値が上
昇する、正の抵抗温度係数TCR(Temperature Coeffi
cient of Resistance )を持つことが知られており、そ
の値は一般に2000ppm/℃程度である。このため、定電圧
駆動の場合には、周囲の温度が高くなるにつれて感度が
低下してしまうという問題があった。In such a pressure sensor, the positive resistance temperature coefficient TCR (Temperature Coeffi
cient of resistance), and its value is generally about 2000 ppm / ° C. Therefore, in the case of constant voltage driving, there is a problem that the sensitivity decreases as the ambient temperature increases.
【0005】一方、正のTCRを有する抵抗回路を補償
するため、負のTCRを有するダイオードを接続するこ
とが知られているが(例えば、特開平3-228364号,同22
8365号公報参照)、本発明は、そのダイオードをpn接
合ダイオードで構成する際の具体的な技術に関するもの
である。On the other hand, it is known to connect a diode having a negative TCR in order to compensate for a resistance circuit having a positive TCR (see, for example, JP-A-3-228364 and JP-A-22-228364).
The present invention relates to a specific technique for forming the diode with a pn junction diode.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、半導体基板に形成された薄肉状の感歪部
と、この感歪部に半導体層により形成されて前記感歪部
の歪状態に応じて抵抗値が変化する正の抵抗温度係数を
有するゲージ抵抗と、前記感歪部に半導体層により形成
された負の抵抗温度係数を有するpn接合ダイオード
と、前記半導体基板の表面に形成された絶縁膜上に形成
されて前記ゲージ抵抗と前記pn接合ダイオードとを接
続する配線用導体と、を有し、前記pn接合ダイオード
の前記半導体層又はこの半導体層と同一の半導体層によ
り前記感歪部がアイソレーションされているものであ
る。In order to solve the above problems, the present invention provides a thin-walled strain-sensitive portion formed on a semiconductor substrate, and a strain-sensitive portion formed by a semiconductor layer on the strain-sensitive portion. A gauge resistance having a positive resistance temperature coefficient whose resistance value changes according to a strain state, a pn junction diode having a negative resistance temperature coefficient formed of a semiconductor layer in the strain sensitive portion, and a surface of the semiconductor substrate. A wiring conductor formed on the formed insulating film to connect the gauge resistor and the pn junction diode, and the semiconductor layer of the pn junction diode or the same semiconductor layer as the semiconductor layer. The strain sensitive portion is isolated.
【0007】また、前記pn接合ダイオードは、その電
流が多く流れる方向が、前記半導体基板の感度の小さい
結晶方向に沿って形成されているものである。In the pn junction diode, a direction in which a large amount of current flows is formed along a crystallographic direction in which the sensitivity of the semiconductor substrate is low.
【0008】また、前記pn接合ダイオードは、複数個
で電気的直列接続され、かつ、全体として前記歪状態に
対する感度を打ち消す方向に形成されているものであ
る。A plurality of the pn junction diodes are electrically connected in series, and are formed so as to cancel out the sensitivity to the strain state as a whole.
【0009】[0009]
【作用】pn接合ダイオードは、周囲の温度が上昇する
と立上り電圧(電流が流れ出す電圧)は低下し、一定電
流の条件では等価的に負のTCRを有する抵抗として作
用し、ピエゾ抵抗効果を有するゲージ抵抗からなるブリ
ッジ回路は正のTCRを有することから、これらを組み
合わせることにより、TCRの小さいすなわち周囲の温
度に影響を受けにくい力学量センサを実現できる。特
に、pn接合ダイオードを構成する半導体層又はこの半
導体層と同一の半導体層により前記感歪部がアイソレー
ションされていることにより、素子分離工程を必要とせ
ず、簡単に製造することがきる。The pn junction diode has a rising voltage (a voltage at which a current flows) decreases when the ambient temperature rises, and acts as a resistance having a negative TCR equivalently under a constant current condition, and has a piezoresistive effect. Since the bridge circuit made up of resistors has a positive TCR, by combining these, it is possible to realize a mechanical quantity sensor having a small TCR, that is, less susceptible to the ambient temperature. In particular, since the strain sensitive portion is isolated by the semiconductor layer forming the pn junction diode or the same semiconductor layer as this semiconductor layer, the element isolation step is not required and the manufacturing can be easily performed.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明の力学量センサを、圧力センサ
に適用した図1〜図5に記載の実施例に基づき説明する
が、前記従来技術と同一もしくは相当個所には同一符号
を付している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The mechanical quantity sensor of the present invention will be described below with reference to the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 applied to a pressure sensor. ing.
【0011】図1〜図4は、一実施例を示しており、ブ
リッジ回路5と入力電圧(直流)Vccとの間にpn接合
ダイオード6を直列に接続している。このpn接合ダイ
オード6は、1個に限らず2個以上を直列接続したもの
でも良い。そして、ダイアフラム部3の表裏の圧力の差
によるダイアフラム部3の歪状態によるゲージ抵抗4の
変化で、そのブリッジ回路5から圧力に応じた出力電圧
Voを取り出すことができることは前記従来技術と同様
である。1 to 4 show an embodiment, in which a pn junction diode 6 is connected in series between a bridge circuit 5 and an input voltage (DC) Vcc. The pn junction diode 6 is not limited to one and may be two or more connected in series. The output voltage Vo corresponding to the pressure can be taken out from the bridge circuit 5 by the change of the gauge resistance 4 due to the strained state of the diaphragm portion 3 due to the difference in pressure between the front and back sides of the diaphragm portion 3 as in the above-mentioned conventional technique. is there.
【0012】拡散法,イオン注入法,エピタキシャル法
等の適宜方法により形成された半導体層によるゲージ抵
抗4は、正のTCRを有し、周囲の温度(T1,T2,
T3)に対する電流(I)−電圧(V)特性は、図2で
示すようになる。一方、pn接合ダイオード6では、図
3の電流(I)−電圧(V)特性で示すように、順方向
電流が急激に上昇するアノード・カソード間電位(立上
り電圧)が周囲の温度上昇(T1→T2→T3)に伴っ
て低下し、一定電流を流した場合には、見かけ上で負の
TCRを有する抵抗となっている。The gauge resistor 4 made of a semiconductor layer formed by an appropriate method such as a diffusion method, an ion implantation method, or an epitaxial method has a positive TCR and has an ambient temperature (T1, T2, T2).
The current (I) -voltage (V) characteristic with respect to T3) is as shown in FIG. On the other hand, in the pn junction diode 6, as shown by the current (I) -voltage (V) characteristic of FIG. 3, the anode-cathode potential (rising voltage) at which the forward current sharply rises increases the ambient temperature (T1). → T2 → T3), and when a constant current is applied, the resistance has an apparently negative TCR.
【0013】このため、この負のTCRを有するpn接
合ダイオード6と正のTCRを有するブリッジ回路5と
を組み合わせることにより、等価的に全体としてTCR
の小さな回路を得ることができる。実験によれば、一定
電流を流した場合、pn接合ダイオード6のTCRは、
約−1600〜2000ppm/℃を得られたことから、適宜選択的
に設けることにより、ブリッジ回路5に応じた温度補償
を行うことができる。Therefore, by combining the pn junction diode 6 having the negative TCR and the bridge circuit 5 having the positive TCR, the TCR equivalently as a whole is obtained.
You can get a small circuit of. According to the experiment, when a constant current is applied, the TCR of the pn junction diode 6 is
Since about −1600 to 2000 ppm / ° C. was obtained, temperature compensation according to the bridge circuit 5 can be performed by appropriately providing it.
【0014】かかる構成では、pn接合ダイオード6の
向きが一方向であることから、順方向電流の条件でのみ
しか使用することができないという制限があるものの、
ダイオードの個数により補償可能な電位差の幅を必要程
度に得ることができ、理論的には制限がない。In such a configuration, since the pn junction diode 6 is oriented in one direction, there is a limitation that it can be used only under the condition of forward current.
The width of the potential difference that can be compensated can be obtained to the required extent depending on the number of diodes, and theoretically there is no limitation.
【0015】次に、図4を用いて、pn接合ダイオード
6の製造方法について説明する。前述の通り、pn接合
ダイオード6は、何個でもよいが、pn接合ダイオード
6a,6bの2個を形成する場合について説明する。Next, a method of manufacturing the pn junction diode 6 will be described with reference to FIG. As described above, the number of pn junction diodes 6 may be any, but a case where two pn junction diodes 6a and 6b are formed will be described.
【0016】まず、半導体基板であるn型シリコン基板
1を、固定部となる周辺の肉厚状の額縁部2を残して、
KOH等のアルカリエッチング液によるウエットエッチ
ング等の適宜方法により感歪部となる中央の薄肉状ダイ
アフラム部3を形成し、その後、表裏面に二酸化シリコ
ンや窒化シリコン等からなる絶縁膜7を設ける(図4の
a)。First, the n-type silicon substrate 1, which is a semiconductor substrate, is left with the peripheral thick-walled frame portion 2 to be a fixed portion,
A central thin-walled diaphragm portion 3 serving as a strain sensitive portion is formed by an appropriate method such as wet etching with an alkaline etching solution such as KOH, and then an insulating film 7 made of silicon dioxide, silicon nitride or the like is provided on the front and back surfaces (see FIG. 4 a).
【0017】次に、ダイアフラム部3において、ゲージ
抵抗4の個所(図4ではゲージ抵抗4aの1個所のみ示
している)及びpn接合ダイオード6a,6bのp型領
域の2個所の夫々に対応する表面の絶縁膜7を除去し、
前記適宜方法によりボロン等のp型の半導体材料を用い
て半導体層8(8a,8b,8c)を形成する。このう
ち、半導体層8cは後述するゲージ抵抗4a、半導体層
8a,8bは後述するpn接合ダイオード6a,6bを
構成する。この場合、半導体層8は、ダイアフラム部3
の肉圧方向へ向けて貫通するまで十分深く形成し、少な
くともpn接合ダイオード6a,6bを構成する半導体
層8a,8bでダイアフラム部3がアイソレーションさ
れる(図4のb)。Next, in the diaphragm portion 3, it corresponds to two points of the gauge resistor 4 (only one point of the gauge resistor 4a is shown in FIG. 4) and two points of the p-type regions of the pn junction diodes 6a and 6b. Remove the insulating film 7 on the surface,
The semiconductor layer 8 (8a, 8b, 8c) is formed by using the p-type semiconductor material such as boron by the above-described appropriate method. Among these, the semiconductor layer 8c constitutes a gauge resistor 4a which will be described later, and the semiconductor layers 8a and 8b constitute pn junction diodes 6a and 6b which will be described later. In this case, the semiconductor layer 8 is the diaphragm portion 3
The diaphragm portion 3 is formed sufficiently deep to penetrate in the wall thickness direction, and the diaphragm portion 3 is isolated by at least the semiconductor layers 8a and 8b forming the pn junction diodes 6a and 6b (b in FIG. 4).
【0018】次に、再び表面全体に絶縁膜7を形成した
後、ダイアフラム部3において、pn接合ダイオード6
a,6bのn型領域の2個所に対応する表面の絶縁膜7
を除去し、前記適宜方法によりリン等のn型の半導体材
料を用いて半導体層9(9a,9b)を形成する。この
うち、半導体層9a,9bは後述するpn接合ダイオー
ド6a,6bを構成する(図4のc)。Next, after the insulating film 7 is formed again on the entire surface, the pn junction diode 6 is formed in the diaphragm portion 3.
Insulating film 7 on the surface corresponding to two parts of n-type regions of a and 6b
Are removed, and the semiconductor layer 9 (9a, 9b) is formed using an n-type semiconductor material such as phosphorus by the above-described appropriate method. Of these, the semiconductor layers 9a and 9b constitute pn junction diodes 6a and 6b described later (c in FIG. 4).
【0019】そして、再び表面全体に絶縁膜7を形成し
た後、ゲージ抵抗4a及びpn接合ダイオード6a,6
bを、図1の電気回路構成とするため、絶縁膜7にコン
タクトホール10を設け、その上に所定パターンでパタ
ーニングされたアルミ等からなる配線用導体11を形成
する(図4のd)。After forming the insulating film 7 on the entire surface again, the gauge resistor 4a and the pn junction diodes 6a, 6 are formed.
In order to make b the electric circuit configuration of FIG. 1, a contact hole 10 is provided in the insulating film 7, and a wiring conductor 11 made of aluminum or the like and patterned in a predetermined pattern is formed thereon (d in FIG. 4).
【0020】このように、pn接合ダイオード6を構成
する半導体層8により同一工程においてダイアフラム部
3がアイソレーションされていることにより、別途専用
の素子分離プロセスを必要とせず、簡単に製造すること
がきる。Since the diaphragm portion 3 is isolated in the same step by the semiconductor layer 8 constituting the pn junction diode 6 as described above, it is possible to easily manufacture the element without the need for a separate element isolation process. Wear.
【0021】次に、図5を用いて、pn接合ダイオード
6の他の製造方法について説明する。前述の通り、pn
接合ダイオード6は、何個でもよいが、pn接合ダイオ
ード6aの1個を形成する場合について説明する。そし
て、前記製造方法と同一もしくは相当個所には同一符号
を付している。Next, another method of manufacturing the pn junction diode 6 will be described with reference to FIG. As mentioned above, pn
Although the number of the junction diodes 6 may be any, the case of forming one of the pn junction diodes 6a will be described. The same or corresponding parts as those in the manufacturing method are designated by the same reference numerals.
【0022】まず、半導体基板であるn型シリコン基板
1を、固定部となる周辺の肉厚状の額縁部2を残して、
KOH等のアルカリエッチング液によるウエットエッチ
ング等の適宜方法により感歪部となる中央の薄肉状ダイ
アフラム部3を形成し、その後、表面に二酸化シリコン
や窒化シリコン等からなる絶縁膜7を設ける(図5の
a)。First, the n-type silicon substrate 1, which is a semiconductor substrate, is left with the thick frame portion 2 around the periphery, which serves as a fixing portion,
The central thin-walled diaphragm portion 3 serving as the strain sensitive portion is formed by an appropriate method such as wet etching with an alkaline etching solution such as KOH, and then the insulating film 7 made of silicon dioxide, silicon nitride or the like is provided on the surface (FIG. 5). A).
【0023】次に、ダイアフラム部3において、後述す
るゲージ抵抗4aと後述するpn接合ダイオード6aと
を区分けする個所に対応する表面の絶縁膜7を除去し、
シリコン基板1の表,裏面側より、前記適宜方法により
pn接合ダイオード6aの半導体層8(図4参照)と同
一の半導体層8(8d,8e)を形成する。この場合、
半導体層8d,8eが連結されるまで設けることによ
り、ダイアフラム部3がアイソレーションされる(図5
のb)。Next, in the diaphragm portion 3, the insulating film 7 on the surface corresponding to the portion dividing the gauge resistance 4a described later from the pn junction diode 6a described later is removed,
The same semiconductor layers 8 (8d, 8e) as the semiconductor layer 8 (see FIG. 4) of the pn junction diode 6a are formed from the front and back sides of the silicon substrate 1 by the above-described method. in this case,
By providing until the semiconductor layers 8d and 8e are connected, the diaphragm portion 3 is isolated (see FIG. 5).
B).
【0024】次に、再び表面全体に絶縁膜7を形成した
後、ダイアフラム部3において、ゲージ抵抗4の個所
(図5ではゲージ抵抗4aの1個所のみ示している)及
びpn接合ダイオード6aのp型領域の個所の夫々に対
応する表面の絶縁膜7を除去し、前記適宜方法によりボ
ロン等のp型の半導体材料を用いて半導体層8(8a,
8c)を形成する。このうち、半導体層8cはゲージ抵
抗4a、半導体層8aはpn接合ダイオード6aを構成
する。同様に、pn接合ダイオード6aのn型領域の個
所に対応する表面の絶縁膜7を除去し、前記適宜方法に
よりリン等のn型の半導体材料を用いて半導体層9aを
形成する。こうして、半導体層8a,9aはpn接合ダ
イオード6aを構成する。その後、再び表面全体に絶縁
膜7を形成し、ゲージ抵抗4a及びpn接合ダイオード
6aを、図1の電気回路構成とするため、絶縁膜7にコ
ンタクトホール10を設け、その上に所定パターンでパ
ターニングされたアルミ等からなる配線用導体11を形
成する(図5のc)。Next, after forming the insulating film 7 on the entire surface again, in the diaphragm portion 3, the portion of the gauge resistor 4 (only one portion of the gauge resistor 4a is shown in FIG. 5) and the p of the pn junction diode 6a are formed. The insulating film 7 on the surface corresponding to each of the mold regions is removed, and the semiconductor layer 8 (8a, 8a,
8c) is formed. Of these, the semiconductor layer 8c constitutes the gauge resistor 4a, and the semiconductor layer 8a constitutes the pn junction diode 6a. Similarly, the insulating film 7 on the surface corresponding to the location of the n-type region of the pn junction diode 6a is removed, and the semiconductor layer 9a is formed by the above-described method using an n-type semiconductor material such as phosphorus. Thus, the semiconductor layers 8a and 9a form a pn junction diode 6a. After that, the insulating film 7 is formed on the entire surface again, and the contact hole 10 is formed in the insulating film 7 in order to form the gauge resistor 4a and the pn junction diode 6a into the electric circuit configuration of FIG. The wiring conductor 11 made of aluminum or the like is formed (FIG. 5C).
【0025】そして、シリコン基板1の裏面に絶縁膜7
を形成する(図5のd)。なお、このシリコン基板1の
裏面の絶縁膜7は、前記半導体層8を形成する際に同時
に形成することも可能である。Then, the insulating film 7 is formed on the back surface of the silicon substrate 1.
Are formed (d in FIG. 5). The insulating film 7 on the back surface of the silicon substrate 1 can be formed at the same time when the semiconductor layer 8 is formed.
【0026】この方法によれば、シリコン基板1の裏面
側からも半導体層8eを形成することができるため、比
較的厚い(例えば10ミクロン程度)ダイアフラム3であ
っても短い時間でアイソレーションすることができる。
なお、アイソレーションするための工程が増えるもの
の、pn接合ダイオード6aの半導体層8(8a)と同
一の半導体層8(8d,8e)を用いて行うため、素子
分離プロセスとしての別途専用工程としての準備は必要
なく、次工程であるpn接合ダイオード6aの半導体層
8を形成する工程の一部として用いることができ、工程
負荷を大きく増大させるものではない。According to this method, since the semiconductor layer 8e can be formed from the back surface side of the silicon substrate 1, even a relatively thick (for example, about 10 μm) diaphragm 3 can be isolated in a short time. You can
Although the number of steps for isolation is increased, since it is performed using the same semiconductor layer 8 (8d, 8e) as the semiconductor layer 8 (8a) of the pn junction diode 6a, it is a separate dedicated step as an element isolation process. No preparation is required, and it can be used as part of the next step of forming the semiconductor layer 8 of the pn junction diode 6a, and does not significantly increase the process load.
【0027】なお、pn接合ダイオード6は、ダイアフ
ラム部3での歪状態により抵抗値が影響を受けることが
あるが、その電流が多く流れる方向が、半導体基板1の
感度の小さい結晶方向に沿って形成されることにより、
前記影響を緩和することができる。The resistance value of the pn junction diode 6 may be affected by the strain state in the diaphragm portion 3, but the direction in which a large amount of current flows is along the crystallographic direction in which the semiconductor substrate 1 has low sensitivity. By being formed,
The influence can be mitigated.
【0028】また、pn接合ダイオード6は、複数個で
電気的直列接続され、かつ、全体として歪状態に対する
感度を打ち消す方向に形成されることにより、感歪部3
での歪状態による前記影響を緩和することができる。A plurality of pn junction diodes 6 are electrically connected in series, and are formed in such a direction as to cancel the sensitivity to the strain state as a whole, so that the strain sensitive portion 3 is formed.
It is possible to mitigate the above-mentioned influence due to the strain state in the above.
【0029】図6は、他の実施例の構成を示す概略回路
図であり、前記実施例が直流タイプであったのに対し、
交流タイプである。この場合、pn接合ダイオード6
は、第1,第2のpn接合ダイオード61,62が互い
に逆向きとなるように並列接続され、アース側のブリッ
ジ抵抗4c,4d間に可変抵抗12を接続している。斯
る実施例における動作及び製造工程は、前記実施例と同
様であり、省略する。FIG. 6 is a schematic circuit diagram showing the structure of another embodiment. In contrast to the direct current type of the above embodiment, FIG.
It is an exchange type. In this case, the pn junction diode 6
Are connected in parallel so that the first and second pn junction diodes 61 and 62 are in opposite directions to each other, and connect the variable resistor 12 between the bridge resistors 4c and 4d on the ground side. The operation and manufacturing process in such an embodiment are the same as those in the above embodiment, and will be omitted.
【0030】本発明は、各実施例で示した複数個のゲー
ジ抵抗からなるブリッジ回路を有する力学量センサだけ
でなく、単一のゲージ抵抗による力学量センサにおいて
も適用することができる。また、本発明の力学量センサ
は、圧力センサ以外にも、加速度センサ等の他のセンサ
としても同様に使用することができる。The present invention can be applied not only to the mechanical quantity sensor having the bridge circuit composed of a plurality of gauge resistors shown in each embodiment, but also to the mechanical quantity sensor having a single gauge resistance. In addition to the pressure sensor, the mechanical quantity sensor of the present invention can also be used as other sensors such as an acceleration sensor.
【0031】[0031]
【発明の効果】本発明は、半導体基板に形成された薄肉
状の感歪部と、この感歪部に半導体層により形成されて
前記感歪部の歪状態に応じて抵抗値が変化する正の抵抗
温度係数を有するゲージ抵抗と、前記感歪部に半導体層
により形成された負の抵抗温度係数を有するpn接合ダ
イオードと、前記半導体基板の表面に形成された絶縁膜
上に形成されて前記ゲージ抵抗と前記pn接合ダイオー
ドとを接続する配線用導体と、を有し、前記pn接合ダ
イオードの前記半導体層又はこの半導体層と同一の半導
体層により前記感歪部がアイソレーションされることに
より、pn接合ダイオードは、周囲の温度が上昇すると
立上り電圧は低下し、一定電流の条件では等価的に負の
TCRを有する抵抗として作用し、ピエゾ抵抗効果を有
するゲージ抵抗からなるブリッジ回路は正のTCRを有
することから、これらを組み合わせることにより、TC
Rの小さいすなわち周囲の温度に影響を受けにくい力学
量センサを実現できる。According to the present invention, a thin-walled strain sensitive portion formed on a semiconductor substrate, and a positive electrode whose resistance value changes according to the strain state of the strain sensitive portion formed by a semiconductor layer on the strain sensitive portion. A gauge resistance having a temperature coefficient of resistance, a pn junction diode having a negative temperature coefficient of resistance formed of a semiconductor layer in the strain sensitive portion, and an insulating film formed on a surface of the semiconductor substrate. A wiring conductor that connects the gauge resistor and the pn junction diode, and the strain sensitive portion is isolated by the semiconductor layer of the pn junction diode or the same semiconductor layer as the semiconductor layer, The pn junction diode has a rising voltage that decreases as the ambient temperature rises, and acts equivalently as a resistor having a negative TCR under the condition of a constant current, and is a gauge resistor having a piezoresistive effect. The bridge circuit consists of a positive in TCR, and by combining these, TC
It is possible to realize a mechanical quantity sensor having a small R, that is, less susceptible to the ambient temperature.
【0032】特に、複数個のpn接合ダイオードを別途
専用の素子分離プロセスを用いることなく一連の工程で
得られることから、工程の簡素化と製造コストを低下さ
せることができる。In particular, since a plurality of pn junction diodes can be obtained in a series of steps without using a separate element isolation process, the steps can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
【図1】本発明の一実施例の構成を示す概略回路図。FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention.
【図2】同上実施例に係るゲージ抵抗の温度変化に対す
る電流−電圧特性図。FIG. 2 is a current-voltage characteristic diagram with respect to a temperature change of the gauge resistance according to the embodiment.
【図3】同上実施例に係るダイオード回路の温度変化に
対する電流−電圧特性図。FIG. 3 is a current-voltage characteristic diagram with respect to a temperature change of the diode circuit according to the embodiment.
【図4】a〜dは同上実施例の製造工程を説明する要部
断面図。FIG. 4A to FIG. 4D are cross-sectional views of main parts for explaining the manufacturing process of the embodiment.
【図5】a〜dは同上実施例の他の製造工程を説明する
要部断面図。5A to 5D are cross-sectional views of a main part for explaining another manufacturing process of the embodiment.
【図6】本発明の他の実施例の構成を示す概略回路図。FIG. 6 is a schematic circuit diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention.
【図7】aは従来の圧力センサの構成を示す要部断面
図、bは同じく平面図。FIG. 7A is a cross-sectional view of an essential part showing the configuration of a conventional pressure sensor, and b is a plan view of the same.
【図8】同上の構成を示す概略回路図。FIG. 8 is a schematic circuit diagram showing the configuration of the same.
1 n型シリコン基板(半導体基板) 2 額縁部 3 ダイアフラム部(感歪部) 4(4a,4b,4c,4d) ゲージ抵抗 5 ブリッジ回路 6(6a,6b) pn接合ダイオード 7 絶縁膜 8(8a,8b,8c,8d,8e) p型半導体層 9(9a,9b) n型半導体層 10 コンタクトホール 11 配線用導体 1 n-type silicon substrate (semiconductor substrate) 2 frame part 3 diaphragm part (distortion part) 4 (4a, 4b, 4c, 4d) gauge resistance 5 bridge circuit 6 (6a, 6b) pn junction diode 7 insulating film 8 (8a) , 8b, 8c, 8d, 8e) p-type semiconductor layer 9 (9a, 9b) n-type semiconductor layer 10 contact hole 11 wiring conductor
Claims (3)
と、この感歪部に半導体層により形成されて前記感歪部
の歪状態に応じて抵抗値が変化する正の抵抗温度係数を
有するゲージ抵抗と、前記感歪部に半導体層により形成
された負の抵抗温度係数を有するpn接合ダイオード
と、前記半導体基板の表面に形成された絶縁膜上に形成
されて前記ゲージ抵抗と前記pn接合ダイオードとを接
続する配線用導体と、を有し、前記pn接合ダイオード
の前記半導体層又はこの半導体層と同一の半導体層によ
り前記感歪部がアイソレーションされていることを特徴
とする力学量センサ。1. A thin-walled strain sensitive portion formed on a semiconductor substrate, and a positive resistance temperature coefficient which is formed by a semiconductor layer on the strain sensitive portion and whose resistance value changes according to the strain state of the strain sensitive portion. , A pn junction diode having a negative temperature coefficient of resistance formed of a semiconductor layer in the strain sensitive portion, and the gauge resistor and the pn junction diode formed on an insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate. and a wiring conductor connecting to the pn junction diode, wherein the strain sensitive section is isolated by the semiconductor layer of the pn junction diode or the same semiconductor layer as the semiconductor layer. Quantity sensor.
多く流れる方向が、前記半導体基板の感度の小さい結晶
方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項1
記載の力学量センサ。2. The pn junction diode is characterized in that a direction in which a large amount of current flows is formed along a crystal direction in which the sensitivity of the semiconductor substrate is low.
The mechanical quantity sensor described.
気的直列接続され、かつ、全体として前記歪状態に対す
る感度を打ち消す方向に形成されていることを特徴とす
る請求項1記載の力学量センサ。3. The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein a plurality of the pn junction diodes are electrically connected in series, and are formed so as to cancel the sensitivity to the strain state as a whole. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32387694A JPH08162645A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Sensor for mechanical quantity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32387694A JPH08162645A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Sensor for mechanical quantity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08162645A true JPH08162645A (en) | 1996-06-21 |
Family
ID=18159591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32387694A Pending JPH08162645A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Sensor for mechanical quantity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08162645A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003014572A (en) * | 2001-07-02 | 2003-01-15 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Pressure sensor and pressure sensor system |
JP2007263667A (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Stress measuring apparatus |
-
1994
- 1994-11-30 JP JP32387694A patent/JPH08162645A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003014572A (en) * | 2001-07-02 | 2003-01-15 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Pressure sensor and pressure sensor system |
JP2007263667A (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Stress measuring apparatus |
JP4578427B2 (en) * | 2006-03-28 | 2010-11-10 | 株式会社豊田中央研究所 | Stress temperature measuring device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10775248B2 (en) | MEMS strain gauge sensor and manufacturing method | |
EP0010204B1 (en) | Semiconductor absolute pressure transducer assembly | |
US7626377B2 (en) | Hall-effect device with merged and/or non-merged complementary structure | |
US7278319B2 (en) | Pressure and temperature sensing element | |
US4584552A (en) | Hall element with improved composite substrate | |
JPH03233975A (en) | Semiconductor sensor | |
CN106946211A (en) | A kind of pressure sensor for micro electro-mechanical system chip of Liang Mo mechanisms and preparation method thereof | |
EP0507582B1 (en) | Semiconductor sensor | |
CN206828092U (en) | A kind of pressure sensor for micro electro-mechanical system chip of Liang Mo mechanisms | |
JP4045979B2 (en) | Pressure detection device | |
US6510742B1 (en) | Sensor formed on silicon on insulator structure and having reduced power up drift | |
JPH08162645A (en) | Sensor for mechanical quantity | |
JP2789291B2 (en) | Pressure sensor | |
JP5248439B2 (en) | Semiconductor pressure sensor and manufacturing method thereof | |
JP2568292B2 (en) | Thermo-pile type infrared sensor | |
JPH08181331A (en) | Dynamic quantity sensor | |
JP3116384B2 (en) | Semiconductor strain sensor and manufacturing method thereof | |
KR20050075225A (en) | Mems monolithic multi-functional integrated sensor and methods for fabricating the same | |
JPH02205077A (en) | Power sensor | |
JP2573535Y2 (en) | Pressure sensor | |
CN114577390A (en) | Low-voltage MEMS pressure sensor and preparation method thereof | |
JPS5610954A (en) | Semiconductor device | |
JPH02202066A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
JPH07105504B2 (en) | Semiconductor strain detector | |
JP2014016189A (en) | Semiconductor sensor |