JPS60100475A - 半導体圧力センサ - Google Patents

半導体圧力センサ

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JPS60100475A
JPS60100475A JP20723383A JP20723383A JPS60100475A JP S60100475 A JPS60100475 A JP S60100475A JP 20723383 A JP20723383 A JP 20723383A JP 20723383 A JP20723383 A JP 20723383A JP S60100475 A JPS60100475 A JP S60100475A
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JP
Japan
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resistance
elements
circuit
sides
pressure sensor
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Application number
JP20723383A
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JPH0259635B2 (ja
Inventor
Akimitsu Kawaguchi
川口 晃充
Minoru Hirai
実 平井
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体のピエゾ効果により、被検側圧力を電気
量に変換して測定する半導体用カセンサ、特にそのダイ
ヤフラム部とこ5に形成されるヒJlゾ抵抗素子群の設
置位置ずれにもとづく測定1J(差の除去に関するもの
である。
半導体圧力センサの代表的なものとして、第1図と第2
図に示す形式のものが挙げられる。第1図の例は圧力検
出部の平面図を示す(a)図と、そのA−A部矢視断面
図を示す(b1図のように、半導体基板(1)例えばN
型S□単結晶基板の一血に、マスクを用いる写真処理法
により円形品(]a)を設けて形成したダイヤフラム部
(起歪部)(2)の形成r/+iの反対面にマスクを用
いる写真処理法により、ダイヤフラム部(2)の中心と
同軸である対称な十字状であって長手方向が同一方向に
位置する、同−抵抗値の4箇の短冊状ピエゾ抵抗素子(
3□) (32)(33) <34>をP型拡散により
を設け、これを第3図ia)のようにブリッジ回路(4
)となるように接続して形成されたものである。また第
2図の例はその(a)(b1図のように、半導体基板(
1)の−面に円環状の溝(1a)を設けて形成したダイ
ヤフラム部(2)の形成面の反対面の溝(1a)の中心
を通って横切る同一直線上の2つの溝対応部内に、同一
間隔をおいて設けた2箇宛対向する計4箇の同一抵抗値
をもつピエゾ抵抗素子(3□) (32) (33) 
(3,)を、その長手方向が同一方向となるように設け
、これらを第3図(b)のようなブリッジ回路(4)を
形成するように接続したものである。
そして第1図(b)、第2図(1))のように被検測圧
力Pを印加し、このとき生ずる抵抗素子(3□) (3
4)による辺と、(32) (33)による辺との異な
る抵抗値の変化により、ブリッジ回路(4)を不平衡と
してその出力端子(5a) (5b)に圧力Pに比例し
た出力を得るものである。なお第1図(b)、第2図(
b)において(7)はケース、(7a)は被圧力検測気
体の導入口、また第3図において(6a) (6b)は
直流電源端子である。
このような圧力センサでは、各抵抗素子(3□)〜(3
4)の長手方向を半導体基板(1)の結晶方向と一致さ
せることにより、最大のピエゾ効果を発揮させうるので
感度は最大となる。また第1図の例では第4図(a)の
J:うにタイヤフラム部(2)の中心が圧力Pによって
圧縮となり、固定端において引張りとなるに対し、第2
図の例で目ダイヤフラム部(2)の応力分布は第4図(
b)のようになる。従って第2図のものは第1図のもの
に比べ、同一圧力においてダイヤフラム部(2)の変形
が小さい割に大きな応力を生ずるため、感度の」:い圧
力センサを得ることができる利点がある。しかしこのよ
うな従来の圧力センサでは、ダイヤフラム部(2)と抵
抗素子群(3)の設置位置ずれにもとづき生ずるブリッ
ジ回路(4)の不平衡により、圧力Pの検出誤差を回避
し得ない共通する欠点があり、その除去が測定粘度の向
上(=とって不−り欠の要素となっている。
即ち製造に当り−Cは一般に抵抗パターンを備えたマス
クにより、先づ抵抗素子群(3)を形成したのち渦パタ
ーンを備えたマスクにより、ダイヤフラム部(2)を形
成するが、この場合向マスクの慎重な位置合せを行って
位置ずれしないように配慮する。
しかし実際上完全に位置ずれを防ぐことは14J難であ
って、例えは第5図(a)(b)(c)(d)に示す如
くダイヤフラム部(2)に対して抵抗素子群(3)の左
右および」二下方向への位置ずれを招くのを防ぐことが
できない。その結果各抵抗素子(3,)〜(34)のそ
れぞれにおいて力感応領域の変化をもたらす。このため
被検測圧力Pが加えられたとき、この感応領域の相異に
もとづくブリッジ回路(4)の不平衡を生じさせ、これ
にもとづく出力が圧力Pによって生ずるブリッジ回路(
4)の不平衡出力に加えられることになって誤差を生ず
ることになる。
本発明は上記の如き位置ずれがあっても、これによる誤
差を感度を殆ど損うことなく圧力センサ自体により自動
的に消去できるようにした半導体圧力センサを提供し、
各種工業計測などにおける圧力測定の精度の向上に寄与
しうるようにしたものである。次に図面を用いてその詳
細を説明する。
第6図は本発明の一実施例を示す平面図、第7図はその
電気回路図であって、本発明の特徴とするところは次の
点にある。その第1は角環状の溝(la)により、ダイ
ヤフラム部(2)を角環状にした点にある。fg2には
中央の2品(1a)の内壁側即ち丘を挾んで同一抵抗値
の4個の(4F抗素子(31)(3,)(33) (3
4)よりなる第]の抵抗素+H¥(3)と、これと同等
の4個の抵抗素子(3□′)(δd)(3K)(34′
)よりなる第2の抵抗素子lj1.(,11<)とを図
示のように配設した点にある。即ち抵抗素子泪(3)は
(31) (34) ij+と(32) (33)組の
2.li+はりな0、(3□) (34)和を溝(1a
)の左右外壁側に、またこれと間1il”・烏を置いて
溝(1a)の内壁側にその長手方向が対向する2つの溝
を直角に横切る直線」−にあるように(32)(33)
−組を対向して配設し、また抵抗素子J!l’、(3+
も(3)と同様に(31) (3;)絹と(3’2 )
 (’s )組の2糸IIよ++す++、素子(3]’
) (3,’)を1k(la)の左右外壁側に、素子(
心) (3,、’)を左右内壁側に配設し、この画素子
群(3)(3)は図示のようにl:ll(la )を横
19Jる中央線に対して対称的に配設される。また第3
には第7図のよう(=、抵抗素子(31)と(34)、
(32)と(33)、(3□′)と(34′)、(3z
)と(バ)とをそれぞれ直列に接続すると同時に、その
各抵抗素子ICYにそれぞれ属する第1の直列回路同志
(3□) (34)の辺と、(3□’)<v4>の辺が
対辺となり、また第2の直列回路(32) (33)の
辺と、(3,;) (心)の辺が対辺となるようにブリ
ッジ回路(4)を形成した点にある。
即ち1)i」記したように、ダイヤフラム部(2)と抵
抗素子群(3)(3+のマスクとの位置合せは慎重に行
われ、その位置ずれは一般に大きな量ではない。従って
ダイヤフラム部(2)を角環状とすれば、第8図(a)
(blのように両者が上下方向にずれても抵抗素子群(
3)(3)は同一ダイヤフラム部形成溝の対応面内を左
右方向に対する正規の関係位置を保ちながら上下方向に
ずれるのみであって、各抵抗素子群(3)(3+の各抵
抗素子の力感応領域は位置ずれを生じない場合と全く同
一である。従って被検測圧力Pが加えられたとき、第7
図のブリッジ回路(4)の対向辺を形成する抵抗素子(
3□) (34)からなる辺と、(31′)(3,’)
からなる辺は、引張により同量宛抵抗値を変化し、また
他の対向辺を形成する抵抗素子(32)(33)からな
る辺と、(3;) (3;)からなる辺は、圧縮により
同量宛抵抗値を変化し、しかもその変化量は圧力感度の
差により(3□) (34)と(3□’) (34’)
のそれとは異なる。従って出力端子(5a) (5b)
からは圧力Pに比例した出力な冑ることができる。
即ちダイヤフラム部(2)を角環状にすることによって
、上下方向の位置ずれにもとづく誤差の発生を防ぐこと
ができる。
次に第8図(c)(d)のようにダイヤフラム部(2)
に対して、各抵抗素子ノ!工(31(31が左または右
方向に位置ずれした場合にも、これにもとづく誤差の発
生を確実に防ぐことができる。即ち第2図に示した従来
の圧力センザにおいて、例えは第5図(alのように左
)j向への位置ずれを生じたときには、前記したように
各抵抗素子における力感応領域の変化により、第3図の
ブリッジ回路(4)の各辺を形成する抵抗素子(3□)
〜(34)は、圧力Pに対してはらはらな抵抗変化を行
う。これに対し本発明では、8箇の抵抗素子から/j:
る第l、Q−s2の群f3+(3+を用い第6図のよう
にダイヤフラム部(2)の一方の猫の外壁側に位置する
抵抗素−r−(3□)と、他方の1111°、の外壁側
に位置する抵抗素子(34)によって−辺を形成し、ま
た同様に位置する抵抗素子(3□′)と(3,’)によ
り対向辺を形成すると同時に、ダイヤフラム部(2)の
溝の内壁側に位置する抵抗素子(32)と(33)、(
心)と(33′)とにより、対向する辺を形成してブ9
 、yジ回路(4)を形成しているので、位置ずれを生
じても抵抗素子(3□) (34)と(3□’) (3
,;)の加算された力感応領域は同一となり、抵抗素子
(32)(33)と(心) (3,、’)の加算された
力感応領域も同一となる。このため圧ノjPが加えら・
九たとき、辺(3]+3.)と(3□l +3;)は引
張力によって同一の抵抗変化を行い、辺(32+33)
と(曜+3d)も圧縮力によって辺(3□+34)、(
3□++3;、とは変化量は異なるが同一の抵抗変化を
行う。従って前記した従来の圧力センサのように各辺を
形成する抵抗素子がばらばらな抵抗変化を行うもののよ
うに、圧力Pに比例する出力以外の出力を生ずることが
なく、位置ずれによる誤差の発生は防止される。
これは第8図(d)のように右方向への位置ずれがあっ
た場合にも同様である。また本来位置ずれ量は小さく、
しかもブリッジ回路(4)の各辺をそれぞれ2箇の抵抗
素子によって形成することから、位置ずれにより力感応
領域の減少の影響は小さい。従って従来のものと殆ど感
度の変ることのない圧力センサを提供しうる。その結果
本発明によれは、ダイヤフラム部のパターン成形用マス
クと抵抗パターン形成用マスクの、止むを得ない位置ず
れを許すことができるので、製造コストを低下しながら
性能のよい圧力センサを提供できる。
なお第9図のように抵抗素子(31)〜(34)おJ:
び(3□)〜(34)を、それぞれ同一線上に配設する
こともできる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば製造容
易にして感度の高く、しかも検出>+!i度の高い半導
体圧力センサを提供しうるもので、実用」二の効果は犬
である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)(b)、第2図(a)(b)はそれぞれ従
来センサを示す平面図およびそのA −A部における矢
視IU+面図、第3図はその電気回路図、第4図(a)
(blは応力分布図、第5図(al (b)(c)(d
)はダイヤフラム部と抵抗素子の位置ずれの説明図、第
6図は本発明の一実施例を示す平面図、第7図はその電
気回路図、第8図は位置ずれを示す図、第9図は本発明
の変形例を示す平面図である。 (11・・・・半導体基板、 (la)・・・・ダイヤフラム部形成溝、(2)・・・
・ダイヤフラム部、 (3□)(3,バ3.)(3,)および(3□’) (
32′> (3,’) (34’)・・・・・・抵抗素
子、 (4)・・・・ブ9 クジ回路、(5a)(5b
)・・・・出力端子、 (6a)(6b)・・・・直流電源端子、(7)・・・
・ケース、(7a)・・・・被圧力検測気体導入口。 特許出願人 新電元工業株式会社 代理人弁理士犬 塚 学 外1名 ;樫) 帖■ 茅5図 た6図 第8閃 L−−−−m−−−−−」 手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 特願昭58−207233号 2 発明の名称 半導体圧力センサ 3、補正をする者 事件との関係 出願人 新電元工業株式会社 4、代理人 東京都新宿区西新宿1−23−1 昭和59年1月31日 (発送) 粥2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板に角環状ダイヤフラム部を形成し、その時形
    成された周環溝の対向する二つの溝を直角に横切る方向
    に長手方向を揃えて、同一抵抗値の4箇のピエゾ抵抗素
    子からそれぞれなる第1゜第2抵抗素子群を上記ダイヤ
    フラム部に上下に対称的に配設すると共に、その各群の
    抵抗素子の内左右の周環溝の外壁側にそれぞれ位置する
    抵抗素子の第一の直列接続回路および内壁側に位置する
    抵抗素子の第二の直列接続回路を各抵抗素子群毎に形成
    し、その第一直列接続回路同志および第二直列接続回路
    同志をそれぞれ対向辺とするブリッジ回路を形成したこ
    とを特徴とする半導体圧力センサ。
JP20723383A 1983-11-04 1983-11-04 半導体圧力センサ Granted JPS60100475A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20723383A JPS60100475A (ja) 1983-11-04 1983-11-04 半導体圧力センサ

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JP20723383A JPS60100475A (ja) 1983-11-04 1983-11-04 半導体圧力センサ

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JPS60100475A true JPS60100475A (ja) 1985-06-04
JPH0259635B2 JPH0259635B2 (ja) 1990-12-13

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JP20723383A Granted JPS60100475A (ja) 1983-11-04 1983-11-04 半導体圧力センサ

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4990986A (en) * 1988-09-02 1991-02-05 Nissan Motor Co., Ltd. Semiconductor acceleration sensor
CN104949697A (zh) * 2014-03-25 2015-09-30 精工爱普生株式会社 物理量传感器、高度计、电子设备以及移动体
JP2015184046A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4990986A (en) * 1988-09-02 1991-02-05 Nissan Motor Co., Ltd. Semiconductor acceleration sensor
JP2015184046A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体
CN104949697A (zh) * 2014-03-25 2015-09-30 精工爱普生株式会社 物理量传感器、高度计、电子设备以及移动体

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