JPS60258972A - 半導体圧力センサの温度補償方法 - Google Patents
半導体圧力センサの温度補償方法Info
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- JPS60258972A JPS60258972A JP11521084A JP11521084A JPS60258972A JP S60258972 A JPS60258972 A JP S60258972A JP 11521084 A JP11521084 A JP 11521084A JP 11521084 A JP11521084 A JP 11521084A JP S60258972 A JPS60258972 A JP S60258972A
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- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 23
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、工業計測、家庭電気、自動車等各種の分野
において用いられる半導体圧力センサの温度補償方法に
関する。
において用いられる半導体圧力センサの温度補償方法に
関する。
半導体圧力センサの設計においては、温度特性をいかに
良くするかが重要な問題となる。この温度特性としては
１次の各種のものが知られている。
良くするかが重要な問題となる。この温度特性としては
１次の各種のものが知られている。
（１） ダイヤフラム上に形成されたゲージ抵抗の温度
係数のばらつきに基づく温度特性。
係数のばらつきに基づく温度特性。
（２）Ｓｔ（シリコン）基板と５ｉ０２ｔＳｉ３Ｎ４等
の保護膜の熱膨張係数の違いに基づく温度特性。
の保護膜の熱膨張係数の違いに基づく温度特性。
（３）Ｓｔ基板と台座および接着剤の熱膨張係数の違い
に基づく温度特性。
に基づく温度特性。
（４）周囲温度に基づく検出感度の変化特性、すなわち
感度温度特性（スパンドリフト）。なお、この感度温度
特性は、ピエゾ抵抗係数（検出圧力の変化とゲージ抵抗
値の変化との関係を定める係数）の温度特性と、ゲージ
抵抗値の温度特性の違いに基づいて生じる。
感度温度特性（スパンドリフト）。なお、この感度温度
特性は、ピエゾ抵抗係数（検出圧力の変化とゲージ抵抗
値の変化との関係を定める係数）の温度特性と、ゲージ
抵抗値の温度特性の違いに基づいて生じる。
そして、この発明は上記（４）の感度温度特性を改善す
る温度補償方法に関する。
る温度補償方法に関する。
従来、この感度温度特性を良くする温度補償方法として
、ゲージ抵抗の不純物濃度を調整する方法が知られてい
る。以下、この方法を説明する。
、ゲージ抵抗の不純物濃度を調整する方法が知られてい
る。以下、この方法を説明する。
第５図はＰ型シリコンの場合のピエゾ抵抗係数π４４の
温度特性を示す図であり、この図において横軸は周囲温
度Ｔ、たて軸はピエゾ抵抗係数π４４である。そして１
曲線ｔｌ、ｔ２．ｔ３が各々、不細物濃度Ｎ（ｉ”）が
３Ｘ１０１８．５Ｘ１０１９゜３×１０ の場合の温度
特性を示している。また、第６図はピエゾ抵抗係数π４
４と不純物濃度Ｎとの関係を示す図である。第５図に示
すように、ピエゾ係数π４４は負の温度係数を有し、ま
たその大きさは第６図に示すように、不純物濃度Ｎに依
存する。一方、ゲージ抵抗値の温度係数は常温で正の値
をとる。したがって、ゲージ抵抗の不純物濃度を調整す
ることに工りピエゾ係数π４４の温度係数を適切な値に
設定すれば、感度温度特性をほぼ零とすることが可能に
なる。
温度特性を示す図であり、この図において横軸は周囲温
度Ｔ、たて軸はピエゾ抵抗係数π４４である。そして１
曲線ｔｌ、ｔ２．ｔ３が各々、不細物濃度Ｎ（ｉ”）が
３Ｘ１０１８．５Ｘ１０１９゜３×１０ の場合の温度
特性を示している。また、第６図はピエゾ抵抗係数π４
４と不純物濃度Ｎとの関係を示す図である。第５図に示
すように、ピエゾ係数π４４は負の温度係数を有し、ま
たその大きさは第６図に示すように、不純物濃度Ｎに依
存する。一方、ゲージ抵抗値の温度係数は常温で正の値
をとる。したがって、ゲージ抵抗の不純物濃度を調整す
ることに工りピエゾ係数π４４の温度係数を適切な値に
設定すれば、感度温度特性をほぼ零とすることが可能に
なる。
いま、ダイヤフラム上に形成された９個のゲージ抵抗に
よってブリッジ回路を構成し、そのブリッジ回路を定電
ｔ＆ Ｉ Ｋ工って駆動した時、被検出圧力の変化に基
づくブリッジ回路の出力の変化ΔＶは、ゲージ抵抗値の
変化をΔＲとすると（簡略のため、ブリッジ回路生瓦い
の対辺の抵抗値変化を＋ΔＲ９−ΔＲとする）、 ΔＶ＝ΔＲ１・・・・・・・・・・・・（１）なる式に
エリ近似される。この（１）式において、ΔＲは、ウェ
ハの結晶面方位ｔ−（１１０）、ゲージ抵抗の方向を（
１１０）とすると。
よってブリッジ回路を構成し、そのブリッジ回路を定電
ｔ＆ Ｉ Ｋ工って駆動した時、被検出圧力の変化に基
づくブリッジ回路の出力の変化ΔＶは、ゲージ抵抗値の
変化をΔＲとすると（簡略のため、ブリッジ回路生瓦い
の対辺の抵抗値変化を＋ΔＲ９−ΔＲとする）、 ΔＶ＝ΔＲ１・・・・・・・・・・・・（１）なる式に
エリ近似される。この（１）式において、ΔＲは、ウェ
ハの結晶面方位ｔ−（１１０）、ゲージ抵抗の方向を（
１１０）とすると。
但し、σｒ ＝応力（単位面積尚りの被検出圧力）
Ｒ：ゲージ抵抗値
なる式により表わされ、また、この（２）式におけるπ
４４．Ｒは各々１次の温度係数のみを考えると。
４４．Ｒは各々１次の温度係数のみを考えると。
πローπ’４４（１−αＴ） ・・・・・・・・・・・
・（３）Ｒ＝Ｒ’（１＋βＴ） ・・・・・・・・・・
・・（４）なる式により表わされる。ここで、α、βは
各々ゲージ抵抗の不純物濃度Ｎに依存する係数である。
・（３）Ｒ＝Ｒ’（１＋βＴ） ・・・・・・・・・・
・・（４）なる式により表わされる。ここで、α、βは
各々ゲージ抵抗の不純物濃度Ｎに依存する係数である。
この（３）、 （４）式を（２）式に代入し１次いで（
２）式を（１）式に代入すれば、 １ 、 。
２）式を（１）式に代入すれば、 １ 、 。
Δ■中ｉσ、π４４ＲＩ （１＋（β−α）Ｔ）・・・
・・・（５）なる式が得られる。すなわち、β＝αとな
るように不純物濃度Ｎを設定すれば、ΔＶは周囲温度Ｔ
に無関係となり、感度温度特性を零とすることができる
。
・・・（５）なる式が得られる。すなわち、β＝αとな
るように不純物濃度Ｎを設定すれば、ΔＶは周囲温度Ｔ
に無関係となり、感度温度特性を零とすることができる
。
ところで、第５図から明らかなＬうにゲージ抵抗の不純
物濃度Ｎの大小はピエゾ係数π４４に大きな影響を与え
、言い換えれば、センサの検出感度に大きな影響を与え
る。したがって、センサの設計時においては、不純物濃
度Ｎを検出感度との関連において定めたいという要望が
ある。しかしながら、上述した従来の方法にあっては、
不純物濃度Ｎが感度温度特性との関連において定められ
てしまい、この結果、設計の自由度が大きく制限される
。
物濃度Ｎの大小はピエゾ係数π４４に大きな影響を与え
、言い換えれば、センサの検出感度に大きな影響を与え
る。したがって、センサの設計時においては、不純物濃
度Ｎを検出感度との関連において定めたいという要望が
ある。しかしながら、上述した従来の方法にあっては、
不純物濃度Ｎが感度温度特性との関連において定められ
てしまい、この結果、設計の自由度が大きく制限される
。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
はゲージ抵抗の不純物濃度の調整によらないで感度温度
特性をほぼ零とすることができ、したがって、設計の自
由度を大幅に向上させることができる半導体圧力センサ
の温度補償方法を提供することにある。
はゲージ抵抗の不純物濃度の調整によらないで感度温度
特性をほぼ零とすることができ、したがって、設計の自
由度を大幅に向上させることができる半導体圧力センサ
の温度補償方法を提供することにある。
この発明の発明者は、ピエゾ抵抗係数π４４の温度係数
Ａｔがゲージ抵抗の方向に工９変化することを見出した
。ここで、ゲージ抵抗の方向とは。
Ａｔがゲージ抵抗の方向に工９変化することを見出した
。ここで、ゲージ抵抗の方向とは。
ゲージ抵抗の長手方向（共通中心軸の方向）であり、第
１図における符号１をダイヤフラム、２をゲージ抵抗と
すれば、同図に示す矢印Ｙ方向をゲージ抵抗の方向とい
う。
１図における符号１をダイヤフラム、２をゲージ抵抗と
すれば、同図に示す矢印Ｙ方向をゲージ抵抗の方向とい
う。
第２図はゲージ抵抗の方向（横軸）と温度係数Ａｔ（た
て軸）との関係を示す図であり、この図はゲージ抵抗の
方向かく１１０ンの場合ｆ、０°として示している。こ
の図に示すように、ゲージ抵抗の方向を変えると、ピエ
ゾ抵抗係数π４４の温度係数Ａｔが変化し、した°がっ
て、従来の表向不純物濃度を調整する代わりに、ゲージ
抵抗の方向を調整することによって感度温度特性をほぼ
零とすることが可能となる。
て軸）との関係を示す図であり、この図はゲージ抵抗の
方向かく１１０ンの場合ｆ、０°として示している。こ
の図に示すように、ゲージ抵抗の方向を変えると、ピエ
ゾ抵抗係数π４４の温度係数Ａｔが変化し、した°がっ
て、従来の表向不純物濃度を調整する代わりに、ゲージ
抵抗の方向を調整することによって感度温度特性をほぼ
零とすることが可能となる。
第３図はＰ−８ｉ（１１０）面に、（１１０＞方向にゲ
ージ抵抗を配列し、表面濃度を２、５ Ｘ １０１８／
ｅｖｉｌ 、ダイヤフラムの厚さを５０ Ｊｉｍ、ゲー
ジ抵抗値を２にΩとし、これを１ｍＡの定電流で駆動し
た時の３０℃〜０℃の感度温度特性を測定し、グラフ化
した図である。この図において。
ージ抵抗を配列し、表面濃度を２、５ Ｘ １０１８／
ｅｖｉｌ 、ダイヤフラムの厚さを５０ Ｊｉｍ、ゲー
ジ抵抗値を２にΩとし、これを１ｍＡの定電流で駆動し
た時の３０℃〜０℃の感度温度特性を測定し、グラフ化
した図である。この図において。
横軸は方向が（１１０）の場合をＯｏとしたゲージ抵抗
の方向であり、たて軸は周囲温度Ｔが０℃の時と、３０
℃の時との検出感度の差りである。この図から明らかな
ように、ゲージ抵抗の方向がθ。
の方向であり、たて軸は周囲温度Ｔが０℃の時と、３０
℃の時との検出感度の差りである。この図から明らかな
ように、ゲージ抵抗の方向がθ。
の時感度温度特性が零となり、言い換えれば、ゲージ抵
抗の方向をθ°とすることにエリ、圧力センサの感度温
度特性を零とすることができる。
抗の方向をθ°とすることにエリ、圧力センサの感度温
度特性を零とすることができる。
第９図は、上述した各圧力センサのスパン（感度）Ｓを
測定し、グラフ化した図である。この図に示すように、
ゲージ抵抗の方向をθ°とすると。
測定し、グラフ化した図である。この図に示すように、
ゲージ抵抗の方向をθ°とすると。
スパンが幾分低下するが、実用上問題になるほどではな
い。
い。
１メ上説明したように、この発明によればゲージ抵抗の
不純物濃度の調整によらないで感度温度時） 性をほぼ
零とすることができ、この結果、設計の自由度を大幅に
向上させることができる利点が得られる。
不純物濃度の調整によらないで感度温度時） 性をほぼ
零とすることができ、この結果、設計の自由度を大幅に
向上させることができる利点が得られる。
第７図は半導体圧力センサにおけるゲージ抵抗の配置お
よびゲージ抵抗の方向を示す図、第β図はゲージ抵抗の
方向とピエゾ抵抗係数の温度係数Ａｔとの関係を示す図
、第３図はゲージ抵抗の方向と感度温度特性との関係を
示す図、第７図はゲージ抵抗の方向とスパンとの関係を
示す図、第５図は表面濃度による周囲温度Ｔとピエゾ抵
抗係数π４４との関係を示す図、第４図はゲージ抵抗の
不純物濃度Ｎとピエゾ抵抗係数との関係を示す図である
。 １・・・・・・ダイヤフラム、２・・・・・・ゲージ抵
抗、Ｙ・・・・・・ゲージ抵抗の方向。 出願人藤倉電線株式会社 （ａｕＡｐ／、田０）、、ＯＩＸセＦ１■ ψ 〉 の ψ ぐ 〜 ε
よびゲージ抵抗の方向を示す図、第β図はゲージ抵抗の
方向とピエゾ抵抗係数の温度係数Ａｔとの関係を示す図
、第３図はゲージ抵抗の方向と感度温度特性との関係を
示す図、第７図はゲージ抵抗の方向とスパンとの関係を
示す図、第５図は表面濃度による周囲温度Ｔとピエゾ抵
抗係数π４４との関係を示す図、第４図はゲージ抵抗の
不純物濃度Ｎとピエゾ抵抗係数との関係を示す図である
。 １・・・・・・ダイヤフラム、２・・・・・・ゲージ抵
抗、Ｙ・・・・・・ゲージ抵抗の方向。 出願人藤倉電線株式会社 （ａｕＡｐ／、田０）、、ＯＩＸセＦ１■ ψ 〉 の ψ ぐ 〜 ε
Claims (1)
- 周囲温度に基づく感度の変化を補償する半導体圧力セン
サの温度補償方法において、ダイヤフラムに形成するゲ
ージ抵抗の方向を、感度温度特性がほぼ零になる方向と
することを特徴とする半導体圧力センナの温度補償方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11521084A JPS60258972A (ja) | 1984-06-05 | 1984-06-05 | 半導体圧力センサの温度補償方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11521084A JPS60258972A (ja) | 1984-06-05 | 1984-06-05 | 半導体圧力センサの温度補償方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60258972A true JPS60258972A (ja) | 1985-12-20 |
Family
ID=14657085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11521084A Pending JPS60258972A (ja) | 1984-06-05 | 1984-06-05 | 半導体圧力センサの温度補償方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60258972A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61267372A (ja) * | 1985-05-22 | 1986-11-26 | Yokogawa Electric Corp | 半導体圧力センサ及び圧力測定装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5217780A (en) * | 1975-07-04 | 1977-02-09 | Hitachi Ltd | Pressure convertor with semi-conductor elements |
| JPS53126880A (en) * | 1977-04-13 | 1978-11-06 | Hitachi Ltd | Silicon diaphragm type strain gauge |
| JPS5437754A (en) * | 1977-08-30 | 1979-03-20 | Canon Inc | Fixing device |
-
1984
- 1984-06-05 JP JP11521084A patent/JPS60258972A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5217780A (en) * | 1975-07-04 | 1977-02-09 | Hitachi Ltd | Pressure convertor with semi-conductor elements |
| JPS53126880A (en) * | 1977-04-13 | 1978-11-06 | Hitachi Ltd | Silicon diaphragm type strain gauge |
| JPS5437754A (en) * | 1977-08-30 | 1979-03-20 | Canon Inc | Fixing device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61267372A (ja) * | 1985-05-22 | 1986-11-26 | Yokogawa Electric Corp | 半導体圧力センサ及び圧力測定装置 |
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