JPH09133595A - 集積化センサ - Google Patents

集積化センサ

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JPH09133595A
JPH09133595A JP29017495A JP29017495A JPH09133595A JP H09133595 A JPH09133595 A JP H09133595A JP 29017495 A JP29017495 A JP 29017495A JP 29017495 A JP29017495 A JP 29017495A JP H09133595 A JPH09133595 A JP H09133595A
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祐宏 荒谷
Toshio Ikuta
敏雄 生田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】集積化に優れた集積化センサを提供する。 【解決手段】集積化圧力センサにおけるシリコン基板1
の中央部に薄肉のダイヤフラム部2が形成され、ダイヤ
フラム部2には感圧用歪みゲージ5,6,7,8が配置
されている。シリコン基板1でのテーパ部3には、Cr
Si薄膜よりなる抵抗10,11,12,13が配置さ
れている。抵抗10,11,12,13は、それぞれテ
ーパ部3における同じ歪みが作用する箇所に配置されて
いる。抵抗10,11,12,13にて周辺回路として
の温度補償回路が構成されている。抵抗10と抵抗11
とが対となるとともに、抵抗12と抵抗13とが対とな
り、各対における相対的な抵抗値により所定の温度補償
特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は集積化センサに係
り、例えば、ダイヤフラム部を有するとともにダイヤフ
ラム部の周辺に回路を有する圧力センサに適用すると好
適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、集積化圧力センサにおいてはシリ
コン基板の一部にダイヤフラム部(薄肉部)が形成さ
れ、ダイヤフラム部に歪みゲージが配置されるととも
に、ダイヤフラム部以外の箇所において周辺回路を構成
する抵抗が配置されている。つまり、集積化圧力センサ
における周辺回路を構成する抵抗は、ダイヤフラム部を
避けて厚肉部に配置し、応力の影響を回避していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、集積化
が進み、応力による影響を受けず、かつ、面積も増加さ
せない構造が要求されている。
【0004】そこで、この発明の目的は、集積化に優れ
た集積化センサを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、相対的な抵抗値により所定の特性を得るための各抵
抗を、テーパ部における同じ歪みが作用する箇所に配置
したことを特徴としている。それにより、センシングの
際には薄肉部に加わる歪みが歪みゲージによって検出さ
れるが、このとき、テーパ部も歪みが加わり、周辺回路
における各抵抗の抵抗値が変化するが、相対的であり特
性は維持される。よって、応力による影響を受けず、か
つ、面積も増加させない構造とすることができ、集積化
に優れたものとなる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。本実施の形態においては圧力セン
サに具体化している。
【0007】図1には本実施の形態における集積化圧力
センサの平面図を示し、図2には、図1のA−A断面を
示す。図1において、半導体基板としてのシリコン基板
(チップ)1の中央部には四角形状のダイヤフラム部
(薄肉部)2が形成され、その周辺部はテーパ部3とな
っている。つまり、表面が(100)面のシリコン基板
1の所定領域をシリコン窒化膜4にてマスクした状態で
KOH等の異方性エッチング液によりシリコンのエッチ
ングを行うことにより、薄肉のダイヤフラム部2が形成
されるとともに、その外周部に肉厚が徐々に変化するテ
ーパ部3が形成される。テーパ部3は、四角形状のダイ
ヤフラム部2に周囲に、四角環状に形成されている。
【0008】ダイヤフラム部2には4つの感圧用歪みゲ
ージ5,6,7,8が配置されている。この歪みゲージ
5,6,7,8はシリコン基板1とは逆導電型の不純物
拡散層よりなり、イオン注入等により形成されたもので
ある。又、シリコン基板1の上面にはシリコン酸化膜9
が形成され、シリコン基板1のテーパ部3におけるシリ
コン酸化膜9上には、4つの温度補償用の抵抗10,1
1,12,13が配置されている。この抵抗10,1
1,12,13はCrSi薄膜よりなる。より詳しく
は、図3,4に示すように、シリコン酸化膜9上には四
角形状のCrSi薄膜14が配置され、その対向する辺
の上面からは帯状のアルミ薄膜15,16が延びてい
る。そして、そのCrSi薄膜14の一部にレーザービ
ームの照射による溝(切り欠き)17が形成され、この
溝17の深さd1によりCrSi薄膜14の抵抗値が所
定の値となるように調整されている。
【0009】図1に示すように、抵抗10〜13は同じ
電歪特性を有し、かつ、同じ歪みが作用する箇所(図1
においては同じ歪みが作用する等歪線L3上)に配置さ
れている。より詳しくは、抵抗10,11は、図1にお
いて四角環状のテーパ部3での右辺に配置され、かつ、
線L1に対して線対称となっている。線L1は、ダイヤ
フラム部2の中心を通り、かつ四角形状のダイヤフラム
部2の辺を二等分する線である。又、抵抗12,13
は、図1において四角環状のテーパ部3での下辺に配置
され、かつ、線L2に対して線対称となっている。線L
2は、ダイヤフラム部2の中心を通り、かつ、前述の線
L1に対し直交する(四角形状のダイヤフラム部2の辺
を二等分する)線である。
【0010】図5には、回路構成を示す。4つの歪みゲ
ージ5,6,7,8がフルブリッジ接続され、歪みゲー
ジ5と8との間の接続点aには定電圧端子Vc が接続さ
れ、定電圧が印加されるようになっている。歪みゲージ
7には抵抗10が直列接続され、他端がアースされてい
る。歪みゲージ6には抵抗11が直列接続され、他端が
アースされている。この二つの抵抗10,11が対をな
し、各抵抗10,11の相対的な抵抗値によりブリッジ
回路のアース側抵抗値が決定される。
【0011】又、歪みゲージ8と7との間の接続点bに
は抵抗13を介して定電圧端子Vcが接続されている。
歪みゲージ5と6との間の接続点cには抵抗12を介し
て定電圧端子Vc が接続されている。この二つの抵抗1
2,13が対をなし、接続点b,c間に抵抗12,13
の抵抗値により決まる電圧が印加される。つまり、各抵
抗12,13の相対的な抵抗値によりb,c間の印加電
圧が決定される。
【0012】この4つの温度補償用の抵抗10,11,
12,13にて周辺回路としての温度補償回路が形成さ
れ、前述したようにレーザーにより抵抗値を調整するこ
とにより所望の温度補償特性を得ることができる。
【0013】さらに、接続点bとcとの間には電圧計1
8が接続され、この電圧計18によりb,c間の電圧が
測定される。そして、ダイヤフラム部2に圧力が加わ
り、ダイヤフラム部2に歪みが発生すると、感圧用歪み
ゲージ5,6,7,8の抵抗値が変化し、この抵抗値変
化によりブリッジ回路の出力が変化し圧力が検出され
る。このように、歪みゲージ5,6,7,8によりダイ
ヤフラム部2に加わる歪みが検出される。
【0014】又、センサの圧力測定温度(雰囲気温度)
が変化すると、各抵抗10,11,12,13の抵抗値
も変化し、センサ出力(電圧計18の測定値)が一定値
に保たれるようになっている。
【0015】ここで、抵抗10,11,12,13とし
て用いているCrSi薄膜は歪みにより抵抗値が変化す
るが、対をなす各抵抗10と11、および抵抗12と1
3とは、テーパ部3における同じ歪みが作用する箇所に
配置されているので、各対の抵抗値も相対的に変化し、
温度補償特性には影響を与えず、応力の影響を受けるこ
とがない。
【0016】図6には応力と抵抗変化率との測定結果を
示す。図6の縦軸の抵抗変化率は500kg/cm2
基準としている。図6に示すように、薄膜抵抗10〜1
3への応力と抵抗変化率とは比例関係にあり、応力が大
きいほど抵抗変化率も大きくなる。各抵抗10〜13が
図6に示す特性を有しているので、高圧が印加される圧
力センサにおいては、応力による抵抗変化が大きくなる
が対をなす抵抗(10と11、12と13)の抵抗値の
比は一定値を保持する。よって、高圧センサにおいても
温度補償特性が維持できる。又、高精度な圧力センサの
仕様に対しても応力に対し抵抗変化の誤差を実用上支障
のない範囲内にすることができる。
【0017】つまり、圧力応力のFEM解析により、圧
力応力はダイヤフラム部2のエッジ部では800kg/
cm2 の応力を受けることが分かっており、特に高圧セ
ンサではその応力が緩和されるのにテーパ部3の端まで
を要する。そこで、圧力センサの精度を確保しつつセン
サチップの面積をアップすることなく、応力の影響を避
けるため、応力発生源のダイヤフラム部に対し薄膜抵抗
10〜13をテーパ部3に配置することで対をなす抵抗
(10と11、12と13)の抵抗変化が同程度となり
温度補償特性を保つことができる。
【0018】このように本実施の形態では、温度補償回
路(周辺回路)における相対的な抵抗値により所定の特
性を得るための各抵抗(10と11、12と13)を、
テーパ部3における同じ歪みが作用する箇所に配置した
ので、テーパ部3も歪みが加わり、温度補償回路(周辺
回路)における対となっている各抵抗(10と11、1
2と13)の抵抗値が変化するが、相対的であり温度補
償特性は維持できる。よって、歪み(応力)による影響
を受けず、かつ、面積も増加させない構造とすることが
でき、集積化に優れたものとなる。
【0019】これまでに説明してきた例の他にも次のよ
うに実施してもよい。図7に示すように、周辺回路にお
いて抵抗19と抵抗20とからなる直列回路の一端に定
電圧端子Vc を接続し他端をアースし、その抵抗19,
20間から出力端子を接続する場合に抵抗19と抵抗2
0とをテーパ部3に配置してもよい。
【0020】又、図8,9に示すように、テーパ部3に
おいて抵抗21,22をダイヤフラム部2の中心点P1
に対し点対称となるように配置してもよい。又、ダイヤ
フラム部2に配置される歪みゲージを4つ設けフルブリ
ッジ回路とする以外にも、歪みゲージを2つ設けハーフ
ブリッジ回路としてもよい。
【0021】又、圧力センサの他にも、図10,11に
示すように、加速度センサに具体化してもよい。つま
り、台座23の上にシリコン基板24が接合され、シリ
コン基板24の外周部には四角枠部25が形成されると
ともに、シリコン基板24には上下に貫通する溝26が
形成され、この溝26により基板24の中央部に四角形
状の重り部27が区画形成されている。重り部27は四
角枠部25に対し梁部(薄肉部)28,29により連結
支持されている。溝26の周辺部にはテーパ部30a,
30bが形成されている。梁部28,29に歪みゲージ
31,32が配置され、図11においてXにて示す方向
に加速度が加わった際の加速度による歪みの大きさが検
出される。重り部27でのテーパ部30bにおけるシリ
コン酸化膜35上には2つの抵抗33,34が配置さ
れ、この抵抗33,34は同じ歪みが作用する等歪線
(図10中、L4で示す)上に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 発明の実施の形態における集積化圧力センサ
の平面図。
【図2】 図1のA−A断面図。
【図3】 集積化圧力センサの一部拡大平面図。
【図4】 図3のB−B断面図。
【図5】 電気的構成を示す電気回路図。
【図6】 応力と抵抗変化率との関係を示す特性図。
【図7】 別例における電気的構成を示す電気回路図。
【図8】 別例における集積化圧力センサの平面図。
【図9】 図8のC−C断面図。
【図10】 集積化加速度センサの平面図。
【図11】 図10のD−D断面図。
【符号の説明】
1…半導体基板としてのシリコン基板、2…薄肉部とし
てのダイヤフラム部、3…テーパ部、5…歪みゲージ、
6…歪みゲージ、7…歪みゲージ、8…歪みゲージ、1
0…抵抗、11…抵抗、12…抵抗、13…抵抗、19
…抵抗、20…抵抗、21…抵抗、22…抵抗、24…
半導体基板としてのシリコン基板、28…薄肉部として
の梁部、29…薄肉部としての梁部、30a…テーパ
部、31…歪みゲージ、32…歪みゲージ、33…抵
抗、34…抵抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の一部に形成された薄肉部
    と、 前記薄肉部に配置され、薄肉部に加わる歪みを検出する
    歪みゲージと、 前記半導体基板における薄肉部以外の箇所に配置された
    周辺回路とを備えた集積化センサであって、 相対的な抵抗値により所定の特性を得るための各抵抗
    を、半導体基板において薄肉部の周辺での肉厚が徐々に
    変化するテーパ部における同じ歪みが作用する箇所に配
    置したことを特徴とする集積化センサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108253877A (zh) * 2016-12-29 2018-07-06 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 带cmos温度传感器的温度补偿型半导体应变计

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108253877A (zh) * 2016-12-29 2018-07-06 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 带cmos温度传感器的温度补偿型半导体应变计

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