JPH11304617A - 半導体センサ - Google Patents
半導体センサInfo
- Publication number
- JPH11304617A JPH11304617A JP10113755A JP11375598A JPH11304617A JP H11304617 A JPH11304617 A JP H11304617A JP 10113755 A JP10113755 A JP 10113755A JP 11375598 A JP11375598 A JP 11375598A JP H11304617 A JPH11304617 A JP H11304617A
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- JP
- Japan
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- semiconductor sensor
- diaphragm
- signal processing
- processing circuit
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Abstract
(57)【要約】
【課題】小型の半導体センサを提供する。
【解決手段】単結晶シリコン基板１のダイアフラム部２
の主表面側に、４つのピエゾ抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4よ
りなる歪検出部Ａが形成された半導体センサチップ１０
を備えている。ダイアフラム部２の主表面側では、中央
部２ａと周辺部２ｃとの間に、ダイアフラム部２の変形
時における応力が引っ張り応力から圧縮応力に変化する
境界領域に当たり応力がほとんどかからない遷移領域が
存在する。ダイアフラム部２のうち、上記中央部２ａと
上記周辺部２ｂとの間に介在し上記遷移領域が形成され
る低歪部２ｂの主表面側に、歪検出部Ａの出力を取り出
す信号処理回路Ｂを形成してある。
の主表面側に、４つのピエゾ抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4よ
りなる歪検出部Ａが形成された半導体センサチップ１０
を備えている。ダイアフラム部２の主表面側では、中央
部２ａと周辺部２ｃとの間に、ダイアフラム部２の変形
時における応力が引っ張り応力から圧縮応力に変化する
境界領域に当たり応力がほとんどかからない遷移領域が
存在する。ダイアフラム部２のうち、上記中央部２ａと
上記周辺部２ｂとの間に介在し上記遷移領域が形成され
る低歪部２ｂの主表面側に、歪検出部Ａの出力を取り出
す信号処理回路Ｂを形成してある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板のダイ
アフラム部の主表面側に歪検出部が形成された半導体セ
ンサチップを備えた半導体センサに関するものである。
アフラム部の主表面側に歪検出部が形成された半導体セ
ンサチップを備えた半導体センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体センサとして、図５に
示すように、単結晶シリコン基板１のダイアフラム部２
の主表面側に、４つのピエゾ抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4よ
りなる歪検出部Ａが形成された半導体センサチップ１０
を備えた半導体圧力センサが知られている。ここに、歪
検出部Ａを構成する４つのピエゾ抵抗Ｒ1〜Ｒ4は、ブリ
ッジ接続されている。
示すように、単結晶シリコン基板１のダイアフラム部２
の主表面側に、４つのピエゾ抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4よ
りなる歪検出部Ａが形成された半導体センサチップ１０
を備えた半導体圧力センサが知られている。ここに、歪
検出部Ａを構成する４つのピエゾ抵抗Ｒ1〜Ｒ4は、ブリ
ッジ接続されている。
【０００３】この種の半導体圧力センサでは、歪検出部
Ａの出力を増幅する増幅部を構成する素子や温度補償部
を構成する素子は、ダイアフラム部２の変形による歪の
影響を受けないように（つまり、特性変動を避けるため
に）、単結晶シリコン基板１の主表面側におけるダイア
フラム部２以外の領域５，６，７に配設されている。
Ａの出力を増幅する増幅部を構成する素子や温度補償部
を構成する素子は、ダイアフラム部２の変形による歪の
影響を受けないように（つまり、特性変動を避けるため
に）、単結晶シリコン基板１の主表面側におけるダイア
フラム部２以外の領域５，６，７に配設されている。
【０００４】なお、単結晶シリコン基板１上における配
線（図示せず）としては、アルミニウムが用いられてい
る。
線（図示せず）としては、アルミニウムが用いられてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
半導体センサでは、半導体センサチップ１０において歪
検出部Ａの出力を取り出す回路（増幅部や温度補償部）
がダイアフラム部２以外の領域５，６，７に形成されて
いるので、半導体センサチップ１０の小型化が難しく、
結果としてセンサ全体の小型化が難しいという不具合が
あった。
半導体センサでは、半導体センサチップ１０において歪
検出部Ａの出力を取り出す回路（増幅部や温度補償部）
がダイアフラム部２以外の領域５，６，７に形成されて
いるので、半導体センサチップ１０の小型化が難しく、
結果としてセンサ全体の小型化が難しいという不具合が
あった。
【０００６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、小型の半導体センサを提供すること
にある。
あり、その目的は、小型の半導体センサを提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、半導体基板のダイアフラム部の
主表面側に歪検出部が形成された半導体センサチップを
備え、上記ダイアフラム部のうち、上記ダイアフラム部
の変形による歪の少ない領域に、検出部の出力を取り出
す信号処理回路を構成する素子を配設して成ることを特
徴とするものであり、ダイアフラム部に信号処理回路を
構成する素子が配設されていることにより、半導体セン
サチップの小型化を図ることができ、センサ全体のサイ
ズを小型化することができる。
目的を達成するために、半導体基板のダイアフラム部の
主表面側に歪検出部が形成された半導体センサチップを
備え、上記ダイアフラム部のうち、上記ダイアフラム部
の変形による歪の少ない領域に、検出部の出力を取り出
す信号処理回路を構成する素子を配設して成ることを特
徴とするものであり、ダイアフラム部に信号処理回路を
構成する素子が配設されていることにより、半導体セン
サチップの小型化を図ることができ、センサ全体のサイ
ズを小型化することができる。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記素子の一部が、上記信号処理回路に含まれる抵
抗であることを特徴とする。
て、上記素子の一部が、上記信号処理回路に含まれる抵
抗であることを特徴とする。
【０００９】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、上記素子の一部が、上記信号処理回路に含まれるＭ
ＯＳＦＥＴであることを特徴とする。
て、上記素子の一部が、上記信号処理回路に含まれるＭ
ＯＳＦＥＴであることを特徴とする。
【００１０】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、上記半導体基板として単結晶シリコ
ン基板を用い、配線に多結晶シリコンを用いるので、半
導体基板と配線との熱膨張係数がほぼ等しくなるから、
温度変化により半導体基板と配線との間に発生する応力
を低減することができる。
３の発明において、上記半導体基板として単結晶シリコ
ン基板を用い、配線に多結晶シリコンを用いるので、半
導体基板と配線との熱膨張係数がほぼ等しくなるから、
温度変化により半導体基板と配線との間に発生する応力
を低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本実施形態の半導体センサは半導
体圧力センサであって、図１に示すように単結晶シリコ
ン基板１のダイアフラム部２の主表面側に、４つのピエ
ゾ抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4よりなる歪検出部Ａが形成さ
れた半導体センサチップ１０を備えている。なお、ダイ
アフラム部２は、異方性エッチング技術などによって単
結晶シリコン基板１の裏面側に凹所１ａを設けることに
より形成されている。
体圧力センサであって、図１に示すように単結晶シリコ
ン基板１のダイアフラム部２の主表面側に、４つのピエ
ゾ抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4よりなる歪検出部Ａが形成さ
れた半導体センサチップ１０を備えている。なお、ダイ
アフラム部２は、異方性エッチング技術などによって単
結晶シリコン基板１の裏面側に凹所１ａを設けることに
より形成されている。
【００１２】ここに、歪検出部Ａは、図３に示すように
４つのピエゾ抵抗Ｒ1〜Ｒ4のブリッジ回路により構成さ
れている。歪検出部Ａの出力電圧Ｖｓは、信号処理回路
Ｂにより増幅される。信号処理回路Ｂは、歪検出部Ａの
出力端の一方、つまりピエゾ抵抗Ｒ3とピエゾ抵抗Ｒ4と
の接続点が非反転入力端子に接続されるオペアンプＯＰ
1と、歪検出部Ａの出力端の他方、つまりピエゾ抵抗Ｒ1
とピエゾ抵抗Ｒ2と接続点が反転入力端子に接続される
オペアンプＯＰ2とを備えており、両オペアンプの出力
はオペアンプＯＰ3により差動増幅される。信号処理回
路Ｂは、上述のオペアンプＯＰ1〜ＯＰ3と、抵抗Ｒ11〜
Ｒ14と、抵抗Ｒ12’〜Ｒ14’とで構成される。ここにお
いて、抵抗Ｒ12とＲ12’とは同じ抵抗値になるように設
計され、同様に、抵抗Ｒ13と抵抗Ｒ13’とは同じ抵抗値
になるように設計され、抵抗Ｒ14と抵抗Ｒ14’とは同じ
抵抗値になるように設計されている。なお、歪検出部Ａ
には、単結晶シリコン基板１の主表面側に形成された図
示しないパッド電極などを介して電源ＶＤＤが接続され
る。
４つのピエゾ抵抗Ｒ1〜Ｒ4のブリッジ回路により構成さ
れている。歪検出部Ａの出力電圧Ｖｓは、信号処理回路
Ｂにより増幅される。信号処理回路Ｂは、歪検出部Ａの
出力端の一方、つまりピエゾ抵抗Ｒ3とピエゾ抵抗Ｒ4と
の接続点が非反転入力端子に接続されるオペアンプＯＰ
1と、歪検出部Ａの出力端の他方、つまりピエゾ抵抗Ｒ1
とピエゾ抵抗Ｒ2と接続点が反転入力端子に接続される
オペアンプＯＰ2とを備えており、両オペアンプの出力
はオペアンプＯＰ3により差動増幅される。信号処理回
路Ｂは、上述のオペアンプＯＰ1〜ＯＰ3と、抵抗Ｒ11〜
Ｒ14と、抵抗Ｒ12’〜Ｒ14’とで構成される。ここにお
いて、抵抗Ｒ12とＲ12’とは同じ抵抗値になるように設
計され、同様に、抵抗Ｒ13と抵抗Ｒ13’とは同じ抵抗値
になるように設計され、抵抗Ｒ14と抵抗Ｒ14’とは同じ
抵抗値になるように設計されている。なお、歪検出部Ａ
には、単結晶シリコン基板１の主表面側に形成された図
示しないパッド電極などを介して電源ＶＤＤが接続され
る。
【００１３】したがって、図３に示す信号処理回路Ｂの
出力電圧Ｖoutは、Ｖout＝Ｖｓ（１＋２Ｒ12／Ｒ11）
（Ｒ14／Ｒ13）となる。また、信号処理回路Ｂは、抵抗
Ｒ11および抵抗Ｒ12の抵抗温度係数を所望のセンサ特性
に応じて数百ｐｐｍないし数千ｐｐｍの範囲でそれぞれ
適宜設定することにより（要するに、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ
12とで抵抗温度係数を異ならせることにより）、抵抗Ｒ
11と抵抗Ｒ12とで温度補償回路を構成している。同様
に、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12’とで温度補償回路を構成して
いる。すなわち、信号処理回路Ｂは、歪検出部Ａの出力
を増幅する機能と温度補償する機能とを備えている。
出力電圧Ｖoutは、Ｖout＝Ｖｓ（１＋２Ｒ12／Ｒ11）
（Ｒ14／Ｒ13）となる。また、信号処理回路Ｂは、抵抗
Ｒ11および抵抗Ｒ12の抵抗温度係数を所望のセンサ特性
に応じて数百ｐｐｍないし数千ｐｐｍの範囲でそれぞれ
適宜設定することにより（要するに、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ
12とで抵抗温度係数を異ならせることにより）、抵抗Ｒ
11と抵抗Ｒ12とで温度補償回路を構成している。同様
に、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12’とで温度補償回路を構成して
いる。すなわち、信号処理回路Ｂは、歪検出部Ａの出力
を増幅する機能と温度補償する機能とを備えている。
【００１４】上記信号処理回路Ｂの抵抗Ｒ11〜Ｒ14、抵
抗Ｒ12’〜Ｒ14’は拡散抵抗により構成される。また、
上述の各オペアンプＯＰ1〜ＯＰ3はそれぞれＭＯＳＦＥ
Ｔなどにより構成される。また、上記信号処理回路Ｂを
構成する素子間の配線には単結晶シリコン基板１とほぼ
同じ熱膨張係数を有する多結晶シリコンを用いており、
温度変化により単結晶シリコン基板１と配線との間に発
生する応力を、従来のように配線にアルミニウムを用い
ている場合に比べて低減することができる。例えばオペ
アンプＯＰ1は、図４に示すようにＭＯＳＦＥＴ２１，
２２を備えており、ＭＯＳＦＥＴ２１，２２のソース
Ｓ，Ｓ同士を多結晶シリコンからなる配線３０により接
続し、各ドレインＤ，Ｄをそれぞれ多結晶シリコンから
なる配線３１，３２により他の素子（図示せず）に接続
している。なお、信号処理回路Ｂの構成は図３の構成に
限定されるものではない。
抗Ｒ12’〜Ｒ14’は拡散抵抗により構成される。また、
上述の各オペアンプＯＰ1〜ＯＰ3はそれぞれＭＯＳＦＥ
Ｔなどにより構成される。また、上記信号処理回路Ｂを
構成する素子間の配線には単結晶シリコン基板１とほぼ
同じ熱膨張係数を有する多結晶シリコンを用いており、
温度変化により単結晶シリコン基板１と配線との間に発
生する応力を、従来のように配線にアルミニウムを用い
ている場合に比べて低減することができる。例えばオペ
アンプＯＰ1は、図４に示すようにＭＯＳＦＥＴ２１，
２２を備えており、ＭＯＳＦＥＴ２１，２２のソース
Ｓ，Ｓ同士を多結晶シリコンからなる配線３０により接
続し、各ドレインＤ，Ｄをそれぞれ多結晶シリコンから
なる配線３１，３２により他の素子（図示せず）に接続
している。なお、信号処理回路Ｂの構成は図３の構成に
限定されるものではない。
【００１５】ところで、半導体センサチップ１０におけ
るダイアフラム部２は、図２の矢印Ｐの向き（ダイアフ
ラム部２の下方からダイアフラム部２の裏面側）に圧力
がかかった際には変形し（撓み）、図１および図２に示
す中央部２ａの主表面（図２における上面）には引っ張
り応力がかかり、周辺部２ｃの主表面には圧縮応力がか
かるが、ダイアフラム部２の主表面側では、中央部２ａ
と周辺部２ｃとの間に応力が引っ張り応力から圧縮応力
に変化する境界領域に当たり応力がほとんどかからない
遷移領域が存在することになる。本実施形態では、ダイ
アフラム部２のうち、上記中央部２ａと上記周辺部２ｂ
との間に介在し上記遷移領域が形成される低歪部２ｂの
主表面側に、上記信号処理回路Ｂを形成してある。すな
わち、本実施形態では、ダイアフラム部２のうち、ダイ
アフラム部２の変形による歪の少ない領域に、信号処理
回路Ｂを構成する素子を配設してあるのである。
るダイアフラム部２は、図２の矢印Ｐの向き（ダイアフ
ラム部２の下方からダイアフラム部２の裏面側）に圧力
がかかった際には変形し（撓み）、図１および図２に示
す中央部２ａの主表面（図２における上面）には引っ張
り応力がかかり、周辺部２ｃの主表面には圧縮応力がか
かるが、ダイアフラム部２の主表面側では、中央部２ａ
と周辺部２ｃとの間に応力が引っ張り応力から圧縮応力
に変化する境界領域に当たり応力がほとんどかからない
遷移領域が存在することになる。本実施形態では、ダイ
アフラム部２のうち、上記中央部２ａと上記周辺部２ｂ
との間に介在し上記遷移領域が形成される低歪部２ｂの
主表面側に、上記信号処理回路Ｂを形成してある。すな
わち、本実施形態では、ダイアフラム部２のうち、ダイ
アフラム部２の変形による歪の少ない領域に、信号処理
回路Ｂを構成する素子を配設してあるのである。
【００１６】しかして、本実施形態では、ダイアフラム
部２の変形に伴う歪による信号処理回路Ｂの特性変動を
抑制しつつ半導体センサチップ１０の小型化を図ること
ができ、センサ全体のサイズを小型化することができ
る。
部２の変形に伴う歪による信号処理回路Ｂの特性変動を
抑制しつつ半導体センサチップ１０の小型化を図ること
ができ、センサ全体のサイズを小型化することができ
る。
【００１７】
【発明の効果】請求項１ないし請求項３の発明は、半導
体基板のダイアフラム部の主表面側に歪検出部が形成さ
れた半導体センサチップを備え、上記ダイアフラム部の
うち、上記ダイアフラム部の変形による歪の少ない領域
に、検出部の出力を取り出す信号処理回路を構成する素
子を配設してあるので、半導体センサチップの小型化を
図ることができ、センサ全体のサイズを小型化すること
ができるという効果がある。
体基板のダイアフラム部の主表面側に歪検出部が形成さ
れた半導体センサチップを備え、上記ダイアフラム部の
うち、上記ダイアフラム部の変形による歪の少ない領域
に、検出部の出力を取り出す信号処理回路を構成する素
子を配設してあるので、半導体センサチップの小型化を
図ることができ、センサ全体のサイズを小型化すること
ができるという効果がある。
【００１８】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、上記半導体基板として単結晶シリコ
ン基板を用い、配線に多結晶シリコンを用いるので、半
導体基板と配線との熱膨張係数がほぼ等しくなるから、
温度変化により半導体基板と配線との間に発生する応力
を低減することができるという効果がある。
３の発明において、上記半導体基板として単結晶シリコ
ン基板を用い、配線に多結晶シリコンを用いるので、半
導体基板と配線との熱膨張係数がほぼ等しくなるから、
温度変化により半導体基板と配線との間に発生する応力
を低減することができるという効果がある。
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略断面図、
（ｂ）は概略平面図である。
（ｂ）は概略平面図である。
【図２】同上の要部説明図である。
【図３】同上の概略回路図である。
【図４】同上の他の要部説明図である。
【図５】従来例を示す概略構成図である。
１ 単結晶シリコン基板 ２ ダイアフラム部 ２ａ 中央部 ２ｂ 低歪部 ２ｃ 周辺部 １０ 半導体センサチップ Ｒ1〜Ｒ4 ピエゾ抵抗 Ａ 歪検出部
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板のダイアフラム部の主表面側
に歪検出部が形成された半導体センサチップを備え、上
記ダイアフラム部のうち、上記ダイアフラム部の変形に
よる歪の少ない領域に、歪検出部の出力を取り出す信号
処理回路を構成する素子を配設して成ることを特徴とす
る半導体センサ。 - 【請求項２】 上記素子の一部は、上記信号処理回路に
含まれる抵抗であることを特徴とする請求項１記載の半
導体センサ。 - 【請求項３】 上記素子の一部は、上記信号処理回路に
含まれるＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１
記載の半導体センサ。 - 【請求項４】 上記半導体基板として単結晶シリコン基
板を用い、配線に多結晶シリコンを用いることを特徴と
する請求項１ないし請求項３記載の半導体センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10113755A JPH11304617A (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 半導体センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10113755A JPH11304617A (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 半導体センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11304617A true JPH11304617A (ja) | 1999-11-05 |
Family
ID=14620322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10113755A Withdrawn JPH11304617A (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 半導体センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11304617A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7730785B2 (en) | 2006-04-26 | 2010-06-08 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor and manufacture method of the same |
| US10876916B2 (en) | 2016-12-26 | 2020-12-29 | Hyundai Kefico Corporation | Sensor element |
-
1998
- 1998-04-23 JP JP10113755A patent/JPH11304617A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7730785B2 (en) | 2006-04-26 | 2010-06-08 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor and manufacture method of the same |
| US10876916B2 (en) | 2016-12-26 | 2020-12-29 | Hyundai Kefico Corporation | Sensor element |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050705 |