JPH08166304A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 抵抗素子に対するトリミングを施す必要がな
く、また半導体チップ毎にワイヤボンディングを行う端
子を変更しなくても、容易にオフセット電圧を最小とす
る補正ができる半導体圧力センサを提供する。 【構成】 ４個の感歪素子が配置されたブリッジ回路
（ピエゾ抵抗素子３ａ〜３ｄ）に対し、このブリッジ回
路の１端と出力端子又は電源端子１０ａ及び１０ｂとの
間に、夫々補正用抵抗８ａ〜８ｄと補正用抵抗９ａ〜９
ｄを直列に接続する。また、各補正用抵抗に並列にツェ
ナーダイオード６ａ〜６ｄ、７ａ〜７ｄを接続する。そ
して、特定のツェナーダイオードを選択して、それに過
電流を流し、ショートさせる。これにより、補正回路の
抵抗値を調整してオフセット電圧を０とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車、家電機器、工業
計測等に使用される半導体圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、拡散型の半導体圧力センサにおい
ては、シリコンウェハに、熱拡散、イオンインプランテ
ーション等により、抵抗体からなる４つの感歪素子が形
成され、これらがブリッジ構造となるように配線されて
いる。このようなブリッジ回路がダイヤフラム上に形成
され、圧力が印加されると前記感歪素子が歪むことによ
り、その抵抗値が変化し、圧力に対応する電気信号を取
り出すことができる。

【０００３】図４は従来の半導体圧力センサを示す回路
図である。半導体圧力センサの回路においては、４個の
ピエゾ抵抗素子（感歪素子）１３ａ〜１３ｄによりホイ
ートストンブリッジ回路が構成されている。抵抗素子１
３ｄと抵抗素子１３ｃとの間及び抵抗素子１３ａと抵抗
素子１３ｂとの間には、夫々電源端子１２ｃ及び１２ｂ
が接続されており、抵抗素子１３ａと抵抗素子１３ｄと
の間には出力端子１２ａが接続されている。そして、他
方の出力端子１８ａ及び１８ｂと夫々抵抗素子１３ｃ及
び１３ｂとの間には、オフセット補正回路として、夫々
抵抗１６ａ〜１６ｄと抵抗１７ａ〜１７ｄの直列接続体
が接続されている。また、補正抵抗１６ａ、１６ｂ、１
６ｃ及び１６ｄの各両側には端子１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ、１４ｄ及び１４ｅが接続されており、補正抵抗１７
ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄの各両側には端子１５
ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ及び１５ｅが接続されてい
る。

【０００４】抵抗素子１３ａ〜１３ｄの抵抗値が全て等
しければオフセット電圧は０となるが、一般に抵抗素子
の特性はその形成時の不純物濃度等の微少なばらつき又
はパターン幅のばらつきがあるため、抵抗素子に対し何
等圧力を印加しない状態であっても、出力は０となら
ず、オフセット電圧が生じてしまう。このオフセット電
圧は圧力を印加しない状態における温度特性（センサの
零点温度特性）と相関関係がある。即ち、オフセット電
圧が小さいほど温度特性も小さくなり、安定した半導体
圧力センサとなる。

【０００５】一般に、上述のようなオフセット電圧を０
又は極めて小さくするため半導体圧力センサに対し種々
の処理又は回路設計が行われている。図５は金属薄膜の
抵抗に対しレーザーによるトリミング工程を示す上面図
である。図５に示すように、配線ライン４２の内側に形
成された金属薄膜抵抗４３に対してレーザーにより、金
属薄膜抵抗４３の中心部を矢印で示すトリミング方向４
５ａ及び４５ｂの方向に従ってトリミング処理を施す。
この調整は粗調整であるが、微調整を行う場合は金属薄
膜抵抗４３が接続している配線ライン４１の近傍を矢印
で示すトリミング方向４４の方向に従ってトリミング処
理を施す。このようなトリミング処理により、金属薄膜
抵抗の抵抗値を調整し、オフセット電圧の発生を防止す
ることができる。

【０００６】しかし、レーザートリミング装置は高価で
あるため、このようなレーザートリミング装置を使用せ
ずに、完成したブリッジ構造の回路に対して後から補正
することが行われる。この補正は以下のようにして行わ
れる。

【０００７】先ず、図４に示すように構成された半導体
圧力センサの回路において、端子１４ａ〜１４ｅのうち
から１端子を選び、また端子１５ａ〜１５ｅのうちから
１端子を選んで、夫々の端子を接続する。この場合、選
択する端子はオフセット電圧が最小となる端子を選択す
る。そして、電源端子１２ｂと１２ｃとの間に定電流を
供給し、端子１２ａと端子１８ａ又は１８ｂとの間に現
れる電圧を測定する。

【０００８】このようにして、端子１４ａ〜１４ｅと端
子１５ａ〜１５ｅとの間の接続の組み合わせを種々変え
ることにより、抵抗素子１３ａ〜１３ｄに圧力を印加し
ない状態のオフセット電圧が０又は極めて小さいものに
なる組み合わせを探す。

【０００９】このように、オフセット電圧が０又は極め
て小さいものに調整された半導体圧力センサに対して圧
力が印加されると、抵抗素子１３ａ〜１３ｄが歪むこと
によりその抵抗値が変化する。これにより出力端子１２
ａと端子１８ａ又は１８ｂとの間の出力電圧が変化し、
この出力電圧により、印加された圧力の値を検出するこ
とができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、オフ
セット電圧を最小にするために補正抵抗１６ａ〜１６ｄ
及び１７ａ〜１７ｄの抵抗値を考慮して、端子１４ａ〜
１４ｅ及び端子１５ａ〜１５ｅを選択して接続させる
が、この接続はワイヤボンディング時において行われる
ため、予め個々の補正抵抗の特性について情報を得てお
く必要があり、また一旦ワイヤボンディングした後は、
他の補正抵抗を選択できない等、管理上及び製造工程上
種々の問題があった。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、抵抗素子に対しレーザー等によるトリミン
グを施す必要がなく、また半導体チップ毎にワイヤボン
ディングを行う端子を変更しなくても、容易にオフセッ
ト電圧を最小とする補正ができる半導体圧力センサを提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体圧力
センサは、４個の感歪素子が配置されたブリッジ回路
と、このブリッジ回路の隣接する１対の感歪素子間が開
放されてその各感歪素子に接続されたオフセット補正回
路とを有し、前記オフセット補正回路は夫々補正用抵抗
とツェナーダイオードとの並列接続体が複数個直列に接
続されて構成されていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】ツェナーダイオードの逆方向及び補正用抵抗の
電流−電圧特性は、夫々図２（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うな特性となる。即ち、ツェナーダイオードは所定の電
圧となるまで、流れる電流は小さいが、特定の電圧を超
えると、電流が流れて抵抗が０の状態になる。一方、補
正用抵抗については、電圧と電流は比例関係にあり、電
圧が増加すればそれに伴い電流も増加する。

【００１４】このような電流−電圧特性を有するツェナ
ーダイオード及び補正用抵抗を並列に接続して過電圧を
印加すると、ツェナーダイオードが導通し、このツェナ
ーダイオードに並列接続された補正用抵抗がショートす
ることができ、この並列接続体の抵抗値が０となる。こ
のため、過電流を流した後のツェナーダイオードと補正
用抵抗との並列接続体の電流−電圧特性は図２（ｃ）の
ようになる。従って、一旦過電流を流した後は、この並
列接続体においては、抵抗値は０になる。

【００１５】このように、特定のツェナーダイオードに
過電流を流すことにより、オフセット補正回路の抵抗値
を任意に変えることができ、オフセット電圧を容易に０
又は極めて小さいものにすることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の実施例に係
る半導体圧力センサを示す回路図である。半導体圧力セ
ンサ回路１は４個のピエゾ抵抗素子３ａ〜３ｄによりホ
イートストンブリッジ回路が構成されている。抵抗素子
３ｄと抵抗素子３ｃとの間及び抵抗素子３ａと抵抗素子
３ｂとの間には夫々電源端子２ｃ及び２ｂが接続されて
おり、抵抗素子３ａと抵抗素子３ｄとの間には出力端子
２ａが接続されている。また、抵抗素子３ｂにおける電
源端子２ｂの反対側の端は出力端子１０ｂに接続されて
おり、同様に抵抗素子３ｃにおける電源端子２ｃの反対
側の端は出力端子１０ａに接続されている。

【００１７】この抵抗素子３ｂと出力端子１０ｂとの間
には補正用抵抗９ａ〜９ｄの直列接続体が接続されてお
り、各補正用抵抗９ａ〜９ｄには、夫々ツェナーダイオ
ード７ａ〜７ｄが並列接続されている。同様に抵抗素子
３ｃと出力端子１０ａとの間には、補正用抵抗８ａ〜８
ｄの直列接続体が接続されており、各補正用抵抗８ａ〜
８ｄには、夫々ツェナーダイオード６ａ〜６ｄが並列接
続されている。また、各並列接続体の両端には、端子５
ａ〜５ｅ及び４ａ〜４ｅが設けられている。

【００１８】次に、本実施例の動作について説明する。
先ず、端子１０ａ及び１０ｂを相互に接続して端子２ａ
と、端子１０ａ又は１０ｂとを電圧検出器に接続し、端
子２ｃ及び２ｂに電源電圧を印加して定電流を供給す
る。このとき抵抗素子３ａ〜３ｄに圧力を印加しない状
態で、出力端子２ａと出力端子１０ａ又は１０ｂとの間
のオフセット電圧を測定する。このオフセット電圧が大
きい場合は、特定のツェナーダイオード及び補正用抵
抗、例えばツェナーダイオード７ｄと補正用抵抗９ｄと
の並列接続体を選択した場合、その両端の端子５ｄと５
ｅとの間に、ツェナーダイオードに対して過電流となる
電圧を印加し、図２（ｃ）に示す電流−電圧特性となる
ように、この並列接続体における抵抗値を０にする。

【００１９】なお、このような過電流を印加しない並列
接続体においてはツェナーダイオードに対し、補正用抵
抗の両端に現れる電圧降下分の電圧が印加されるが、こ
のような電圧をツェナーダイオードがブレークダウンし
ないように十分小さなものにしておけば、前記特定のツ
ェナーダイオード以外のツェナーダイオードにおいては
導通せず、抵抗が無限大であるとみることができ、結局
そのツェナーダイオードに並列接続された補正用抵抗の
みがオフセット電圧に寄与することになる。

【００２０】ツェナーダイオード７ｄを導通させただけ
では、オフセット電圧が０とならない場合には、更に他
のツェナーダイオードを選択してこれに過電流を印加
し、これを繰り返してオフセット電圧を０にもってい
く。

【００２１】このように、本実施例によれば、半導体チ
ップ毎にワイヤボンディングを行う端子を変更すること
なく、容易にオフセット電圧を補正することができる。

【００２２】なお、図１に示すように、端子１０ａ及び
１０ｂはチップ上では接続されていないので、ブリッジ
を構成する抵抗素子３ａ〜３ｄの個々の抵抗値を測定す
ることができるため、このような構成の回路は各抵抗素
子３ａ〜３ｄの特性を補償する場合に好適である。

【００２３】図３は、ブリッジ回路が閉じた構造である
半導体圧力センサを示す回路図である。この図３におい
て、図１と同一部には同一符号を付してその詳細な説明
は省略する。図３に示すように、端子４ｅ及び端子５ｅ
は端子３０に共通接続されている。このような閉じた回
路であっても、図１に示す実施例と同様にオフセット補
正回路の抵抗値を調整することができる。また、図１に
示す半導体圧力センサに比べ、図３に示す回路ではワイ
ヤボンディングを行う端子の数が少ないため、このよう
な構成の回路は半導体圧力センサを小型にする必要があ
る場合又はワイヤボンドのスペースの確保が困難な場合
に好適である。

【００２４】なお、補正用抵抗の数については２以上接
続されていればよく、また補正用抵抗の抵抗値について
は用途に応じて自由に変更することができる。

【００２５】また、以上の本実施例において、図１の端
子２ｂ及び２ｃを電源端子とし、端子２ａと端子１０ａ
又は１０ｂを出力端子として説明したが、回路構成は何
等変更せずにこの電源端子と出力端子のみを入れ替えて
構成される半導体圧力センサ、即ち端子２ａと端子１０
ａ又は１０ｂとの端子間に電源電圧を印加し、端子２ｂ
と端子２ｃとの間における出力電圧を検出する半導体圧
力センサであっても、上述した回路構成をなす半導体圧
力センサと同様にオフセット電圧の補正を行うことがで
きる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
補正用抵抗と並列にツェナーダイオードを接続し、過電
流を流して補正用抵抗の抵抗値を０とすることにより、
抵抗素子に対するトリミングを施す必要がなく、また半
導体チップ毎にワイヤボンディングを行う端子を変更し
なくても、容易にオフセット電圧を最小とする補正がで
きる半導体圧力センサを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半導体圧力センサを示す
回路図である。

【図２】（ａ）はツェナーダイオードの電圧及び電流と
の関係の特性を示し、（ｂ）は補正パッドの電圧及び電
流との関係の特性を示し、（ｃ）は過電流を流した後の
ツェナーダイオードの特性を示すグラフ図である。

【図３】ブリッジ回路が閉じた本発明の実施例に係る半
導体圧力センサを示す回路図である。

【図４】従来の半導体圧力センサを示す回路図である。

【図５】レーザートリミング工程を示す上面図である。

【符号の説明】

１，１１；半導体圧力センサ回路 ２ａ〜２ｃ，４ａ〜４ｅ，５ａ〜５ｅ，１０ａ，１０
ｂ，１２ａ〜１２ｃ，１４ａ〜１４ｅ，１５ａ〜１５
ｅ，１８ａ，１８ｂ，３０；端子 ３ａ〜３ｄ，１３ａ〜１３ｄ；ピエゾ抵抗素子 ６ａ〜６ｄ，７ａ〜７ｄ，１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１
７ｄ；ツェナーダイオード ８ａ〜８ｄ，９ａ〜９ｄ，１６ａ〜１６ｄ，１７ａ〜１
７ｄ；補正用抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４個の感歪素子が配置されたブリッジ回
   路と、このブリッジ回路の隣接する１対の感歪素子間が
   開放されてその各感歪素子に接続されたオフセット補正
   回路とを有し、前記オフセット補正回路は夫々補正用抵
   抗とツェナーダイオードとの並列接続体が複数個直列に
   接続されて構成されていることを特徴とする半導体圧力
   センサ。