JPS62200237A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPS62200237A JPS62200237A JP4286786A JP4286786A JPS62200237A JP S62200237 A JPS62200237 A JP S62200237A JP 4286786 A JP4286786 A JP 4286786A JP 4286786 A JP4286786 A JP 4286786A JP S62200237 A JPS62200237 A JP S62200237A
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- bridge circuit
- polysilicon
- resistor
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- pressure sensor
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Links
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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】
本発明は半導体のピエゾ効果を利用して、被検測圧力を
電気量に変換して測定する半導体圧力センサの出力特性
の改善に関する。半導体圧力センサとして例えば次のよ
うな構成をもつものがよく知られている。これは第１図
（ａ） （ｂ）に示す平面図およびその人−入部矢視断
面図のように、半導体基板（１）例えばＳｔ単結晶板（
１）に円形溝（１ａ）を設けて形成されたダイヤフラム
部（起歪部）（２）に、大きいピエゾ効果を得られるよ
うに円形溝（１ａ）の十字状の位置に、その半径方向に
対して直角な方向にＰｆｆｌ拡散により同一抵抗値の４
箇のピエゾ抵抗素子（３＋）（３１）（３８）（３，）
を設けて、圧力検出部を形成すると同時に、各抵抗素子
を第１図（Ｃ）の回路図のようにブリッジ回路（４）を
形成するように接続して、図示しないケース内に収容し
たものである。そして第１図（ｂ）に示すように、ダイ
ヤフラム部（２）に被検測圧力Ｐを加えることにより生
ずる、各抵抗素子（３１）（ａｍ ）（３ｍ）（３４）
の抵抗値の変化により、ブリッジ回路（４）に不平衡を
生じさせ、圧力Ｐに比例した出力を端子（６ａ）（６ｂ
）から得るものである。
電気量に変換して測定する半導体圧力センサの出力特性
の改善に関する。半導体圧力センサとして例えば次のよ
うな構成をもつものがよく知られている。これは第１図
（ａ） （ｂ）に示す平面図およびその人−入部矢視断
面図のように、半導体基板（１）例えばＳｔ単結晶板（
１）に円形溝（１ａ）を設けて形成されたダイヤフラム
部（起歪部）（２）に、大きいピエゾ効果を得られるよ
うに円形溝（１ａ）の十字状の位置に、その半径方向に
対して直角な方向にＰｆｆｌ拡散により同一抵抗値の４
箇のピエゾ抵抗素子（３＋）（３１）（３８）（３，）
を設けて、圧力検出部を形成すると同時に、各抵抗素子
を第１図（Ｃ）の回路図のようにブリッジ回路（４）を
形成するように接続して、図示しないケース内に収容し
たものである。そして第１図（ｂ）に示すように、ダイ
ヤフラム部（２）に被検測圧力Ｐを加えることにより生
ずる、各抵抗素子（３１）（ａｍ ）（３ｍ）（３４）
の抵抗値の変化により、ブリッジ回路（４）に不平衡を
生じさせ、圧力Ｐに比例した出力を端子（６ａ）（６ｂ
）から得るものである。
なお、第１図（ｃ）において（７ａ）（７ｂ）は直流電
源端子である。ところでこの圧力センサにおいては各ピ
エゾ抵抗素子（３）は同一抵抗値をもつことが望ましい
が、実際には製造上のバラツキが生じ、夫々完全に一致
せしめることは困難である。そこで従来第１図（Ｃ）に
示すように一例として外部抵抗ＲＸ（例えば金属厚膜抵
抗）を別に設けてブリッジ回路４の出力端子６ａ（又は
６ｂ）の一端間に接続して、これをレーザトリミング又
はサンドブラストトリミングを行って、出力端子６ａ、
６ｂのオフセット（圧力零の時の出力端子６ａ、６ｂ間
の電圧）を零になるように調整していた。しかし乍らこ
れでは、外部抵抗体とセンサが一体化されず、個別調整
が必要となり、しかも信頼度の低下を招く恐れがあった
。しかもピエゾ抵抗素子は圧力特性が温度により変化し
、上記のオフセットを零に調整できたとしても更に温度
補償回路等を別個に設けることが必要であった。本発明
は外部抵抗を用いることなく半導体基板上に３分割され
たトリミング可能なポリシリコン抵抗体を集積化して設
けて、オフセット調整を可能にし、しかも温度補償回路
を不要とした圧力センサを提供するもので半導体基板の
ダイヤフラム部に４つのピエゾ抵抗素子を設けてブリッ
ジ回路を形成し、電気的出力を検出するようにした半導
体圧力センサにおいて、前記半導体基板上に３分割され
たポリシリコン抵抗体を設け、これを前記ブリッジ回路
の一端間に直列に配設し、且つ、前記ポリシリコン抵抗
体の分劉点に出力端子を設けたことを特徴とするもので
ある。第２図（ａ）（ｂ） （Ｃ）は本発明の一実施例
を示す平面図、同（ａ）囚人−人断面図及び電気的等価
回路図で図中従来例と同一符号は同等部分を示す。図中
Ｒ＋、Ｒｔ及びＲ８は３分割された調整用のポリシリコ
ン抵抗体、６ｃ、６ｄは出力端子、（イ）（ロ）は測定
用端子５Ｍは配線導体である。因みにこのセンサは半導
体’／−ｄｘコン基板１に３−１〜３−４の歪す 抵抗をＰ型拡散にて作り、この歪抵抗の下部を１板とし
圧力に感するダイヤフラム１ａとする。
源端子である。ところでこの圧力センサにおいては各ピ
エゾ抵抗素子（３）は同一抵抗値をもつことが望ましい
が、実際には製造上のバラツキが生じ、夫々完全に一致
せしめることは困難である。そこで従来第１図（Ｃ）に
示すように一例として外部抵抗ＲＸ（例えば金属厚膜抵
抗）を別に設けてブリッジ回路４の出力端子６ａ（又は
６ｂ）の一端間に接続して、これをレーザトリミング又
はサンドブラストトリミングを行って、出力端子６ａ、
６ｂのオフセット（圧力零の時の出力端子６ａ、６ｂ間
の電圧）を零になるように調整していた。しかし乍らこ
れでは、外部抵抗体とセンサが一体化されず、個別調整
が必要となり、しかも信頼度の低下を招く恐れがあった
。しかもピエゾ抵抗素子は圧力特性が温度により変化し
、上記のオフセットを零に調整できたとしても更に温度
補償回路等を別個に設けることが必要であった。本発明
は外部抵抗を用いることなく半導体基板上に３分割され
たトリミング可能なポリシリコン抵抗体を集積化して設
けて、オフセット調整を可能にし、しかも温度補償回路
を不要とした圧力センサを提供するもので半導体基板の
ダイヤフラム部に４つのピエゾ抵抗素子を設けてブリッ
ジ回路を形成し、電気的出力を検出するようにした半導
体圧力センサにおいて、前記半導体基板上に３分割され
たポリシリコン抵抗体を設け、これを前記ブリッジ回路
の一端間に直列に配設し、且つ、前記ポリシリコン抵抗
体の分劉点に出力端子を設けたことを特徴とするもので
ある。第２図（ａ）（ｂ） （Ｃ）は本発明の一実施例
を示す平面図、同（ａ）囚人−人断面図及び電気的等価
回路図で図中従来例と同一符号は同等部分を示す。図中
Ｒ＋、Ｒｔ及びＲ８は３分割された調整用のポリシリコ
ン抵抗体、６ｃ、６ｄは出力端子、（イ）（ロ）は測定
用端子５Ｍは配線導体である。因みにこのセンサは半導
体’／−ｄｘコン基板１に３−１〜３−４の歪す 抵抗をＰ型拡散にて作り、この歪抵抗の下部を１板とし
圧力に感するダイヤフラム１ａとする。
結晶面を（１００）とすれば第２図（ｂ）のように異方
性エッチが行なわれて、３−１〜３−４の抵抗がダイヤ
フラムの圧力感度の一番いいところに来る。このように
してゲーン抵抗を配置し、できあがった抵抗の各端部を
電極Ｍ配線し、ブリッジ回路を構成するが、その一端に
ポリシリコンを付着させ、Ｒ＋ Ｒｔ 、Ｒｓのように
直列につないだ構造に配線する。なお、抵抗Ｒ０〜Ｒ１
はポリシリコンを一体に形成してタップを設けて分割し
てもよく又、図示のように３つのポリシリコンを付着し
、夫々電極配線により接続してもよい。以下第３図（ａ
） Ｔｂ） （ｅ）を参照して説明する。説明を簡単に
するために第２図（ｃ）において測定端子（イ）（０）
を短絡（Ｓ）シ、測定の結果出力端子６ ａ −ｓ間の
オフセットが零であるものとする。この状態で上記抵抗
Ｒ１〜Ｒ８を設けてケースに組立てると出力端子６ ａ
−６ｅと６ａ−６ｄ間の電位は不平衡状態となる。一
方抵抗Ｒ１％Ｒｔ、Ｒｓはポリシリコンであり、トリミ
ングを行なうとトリミング量に応じて第３図（ｂ）の如
く温度係数が上昇することが知られている。一方、歪抵
抗のブリッジ特性は、オフセットを零に調整しても温度
に対しては係数が存在し、第３図（ａ）の如く特性１ｒ
又は７！、に示すようにオフセット温度係数が正又は負
が個々に存在する。（即ち第２図（Ｃ）において６８の
電位が上る時を正とする）したがってこれをできるだけ
小さくすることが必要である。そこでオフセット電圧が
温度に対し正の係数を持った場合（特性／Ｉの場合）の
作用を説明する。この場合温度が上昇すると、出力端子
６ａが電位上昇（Ｖｏ）を起す。本発明の３分割のポリ
シリコン抵抗を第２図（Ｃ）のようにして端子６ ａ
−６ｃ間の電位差と６ ａ −６ｄ間の電位差が異るよ
うに作る。因みに抵抗Ｒ＋ 、Ｒ，を１００Ω、Ｒ１を
１０Ωに設定して入力端子７ａ、７ｂより１ｍ人の電流
を流す希と抵抗Ｒ２の両端即ち出力端子６ｃ、６ｄ間に
は１０ｍｖの電位差が生じる。そして該抵抗ＲＩ−Ｂ
ｓは正の温度係数（１、）を示すので、出力端子６ ｇ
−６ｃ間を選び、温度変化によるオフセットを零にす
る場合、抵抗Ｒ１，Ｒｔをトリミング（特許第１１７１
６６０号で知られた所謂電気量トリミング）すればよい
。即ち前述のポリシリコンの特性（第３図（ｂ））に示
す如くトリミング量が大の方が温度係数が高いことより
Ｒ＠ −ＲＩＩ Ｒ＠にするため、ＲＩ＋４ｔ、のトリ
ミングによって抵抗Ｒ１、Ｒｓ間（端子（ｏ）−６ｃ間
）の温度係数差は抵抗Ｒ８の両端（（イ）−６Ｃ間）よ
り犬となる。したがって温度があがると出力端子６ｃの
電位上昇が見込める。従って温度変化によるオフセット
即ち前述の端子（イ）−（０１間短絡（８のとき温度が
あがると端子６ａの電位上昇があったものが端子６Ｃの
電位が上昇することにより、端子６ ａ −６ｃ間の電
位差は前記の短絡時よりも小さくなる。因みにブリッジ
の出力端即ち端子（イ）−知）間を短絡（ｓ）シて端子
６ａ−（ｓｌの電位差が零の状態（オフセット零）で前
記の抵抗Ｒ＋（１００Ω）Ｒ。
性エッチが行なわれて、３−１〜３−４の抵抗がダイヤ
フラムの圧力感度の一番いいところに来る。このように
してゲーン抵抗を配置し、できあがった抵抗の各端部を
電極Ｍ配線し、ブリッジ回路を構成するが、その一端に
ポリシリコンを付着させ、Ｒ＋ Ｒｔ 、Ｒｓのように
直列につないだ構造に配線する。なお、抵抗Ｒ０〜Ｒ１
はポリシリコンを一体に形成してタップを設けて分割し
てもよく又、図示のように３つのポリシリコンを付着し
、夫々電極配線により接続してもよい。以下第３図（ａ
） Ｔｂ） （ｅ）を参照して説明する。説明を簡単に
するために第２図（ｃ）において測定端子（イ）（０）
を短絡（Ｓ）シ、測定の結果出力端子６ ａ −ｓ間の
オフセットが零であるものとする。この状態で上記抵抗
Ｒ１〜Ｒ８を設けてケースに組立てると出力端子６ ａ
−６ｅと６ａ−６ｄ間の電位は不平衡状態となる。一
方抵抗Ｒ１％Ｒｔ、Ｒｓはポリシリコンであり、トリミ
ングを行なうとトリミング量に応じて第３図（ｂ）の如
く温度係数が上昇することが知られている。一方、歪抵
抗のブリッジ特性は、オフセットを零に調整しても温度
に対しては係数が存在し、第３図（ａ）の如く特性１ｒ
又は７！、に示すようにオフセット温度係数が正又は負
が個々に存在する。（即ち第２図（Ｃ）において６８の
電位が上る時を正とする）したがってこれをできるだけ
小さくすることが必要である。そこでオフセット電圧が
温度に対し正の係数を持った場合（特性／Ｉの場合）の
作用を説明する。この場合温度が上昇すると、出力端子
６ａが電位上昇（Ｖｏ）を起す。本発明の３分割のポリ
シリコン抵抗を第２図（Ｃ）のようにして端子６ ａ
−６ｃ間の電位差と６ ａ −６ｄ間の電位差が異るよ
うに作る。因みに抵抗Ｒ＋ 、Ｒ，を１００Ω、Ｒ１を
１０Ωに設定して入力端子７ａ、７ｂより１ｍ人の電流
を流す希と抵抗Ｒ２の両端即ち出力端子６ｃ、６ｄ間に
は１０ｍｖの電位差が生じる。そして該抵抗ＲＩ−Ｂ
ｓは正の温度係数（１、）を示すので、出力端子６ ｇ
−６ｃ間を選び、温度変化によるオフセットを零にす
る場合、抵抗Ｒ１，Ｒｔをトリミング（特許第１１７１
６６０号で知られた所謂電気量トリミング）すればよい
。即ち前述のポリシリコンの特性（第３図（ｂ））に示
す如くトリミング量が大の方が温度係数が高いことより
Ｒ＠ −ＲＩＩ Ｒ＠にするため、ＲＩ＋４ｔ、のトリ
ミングによって抵抗Ｒ１、Ｒｓ間（端子（ｏ）−６ｃ間
）の温度係数差は抵抗Ｒ８の両端（（イ）−６Ｃ間）よ
り犬となる。したがって温度があがると出力端子６ｃの
電位上昇が見込める。従って温度変化によるオフセット
即ち前述の端子（イ）−（０１間短絡（８のとき温度が
あがると端子６ａの電位上昇があったものが端子６Ｃの
電位が上昇することにより、端子６ ａ −６ｃ間の電
位差は前記の短絡時よりも小さくなる。因みにブリッジ
の出力端即ち端子（イ）−知）間を短絡（ｓ）シて端子
６ａ−（ｓｌの電位差が零の状態（オフセット零）で前
記の抵抗Ｒ＋（１００Ω）Ｒ。
（１０Ω）、Ｒｓ（１００Ω）を設けると該抵抗Ｒ１〜
Ｒ１の分割による端子６Ｃの分電圧を等しくするために
は几＋＋’Ｒ２＝１１０Ωの値を抵抗Ｒ３の値即ち１０
０Ωになるよう１０Ωトリミングすることが必要である
。この場合のトリミングぢ・は約９％（１０／１１０）
となる。
Ｒ１の分割による端子６Ｃの分電圧を等しくするために
は几＋＋’Ｒ２＝１１０Ωの値を抵抗Ｒ３の値即ち１０
０Ωになるよう１０Ωトリミングすることが必要である
。この場合のトリミングぢ・は約９％（１０／１１０）
となる。
一方、第３図（ｂ）に示す如くトリミング量と温度係数
の関係からトリミング全零の時の係数は７００ＰＰＨ／
”Ｃ又９％トリミングした時の係数は１１０２０ＰＰ／
’Ｃとなる。従って出力端子６ｃでは上記の差即ち３２
０ＰＰＭの抵抗外上昇による電位上昇が得られる。この
結果、温度によるオフセット特性は、第３図（Ｃ）のＩ
Ｉからｊｌ に減少でき、全体のオフセット温度係数は
見かけ上非常に小さくすることが可能である。
の関係からトリミング全零の時の係数は７００ＰＰＨ／
”Ｃ又９％トリミングした時の係数は１１０２０ＰＰ／
’Ｃとなる。従って出力端子６ｃでは上記の差即ち３２
０ＰＰＭの抵抗外上昇による電位上昇が得られる。この
結果、温度によるオフセット特性は、第３図（Ｃ）のＩ
Ｉからｊｌ に減少でき、全体のオフセット温度係数は
見かけ上非常に小さくすることが可能である。
以上第２図（ａ）に示す温度係数が正の時（ｊ、）の例
について説明したが負の場合即ち！、の場合は端子６ｄ
にバランス点を持っていき、抵抗Ｙｔｓ、ｎｔをトリミ
ングしてＲｔ、Ｒｓの温度係数大なることを利用してブ
リッジのオフセラ（イ）（ロ）間が短絡のときの最初の
オフセット調整範囲は、１０Ωでコントロールしている
が、この値はトリミング量の最大値によってきめること
が必要である。以上要するに本発明によればポリシリコ
ン抵抗を３分割し、その分割部に出力端子６ｃ、６ｄを
設けて他の出力端子６ａとの間で６ ａ −６ｃ又は６
ａ −６ｄを使用することにより外部の温度補償回路
等を使用することがなく、容易にオフセットを小さくす
ることが可能である。又、ブリッジ出力にオフセットが
零でない時（（イ）−口短絡）に従来装置の如く外部抵
抗を用いることなく、該ポリシリコン抵抗のる。ただ、
この場合には温度オフセットを勘案してトリミング調整
を行うことが必要である。
について説明したが負の場合即ち！、の場合は端子６ｄ
にバランス点を持っていき、抵抗Ｙｔｓ、ｎｔをトリミ
ングしてＲｔ、Ｒｓの温度係数大なることを利用してブ
リッジのオフセラ（イ）（ロ）間が短絡のときの最初の
オフセット調整範囲は、１０Ωでコントロールしている
が、この値はトリミング量の最大値によってきめること
が必要である。以上要するに本発明によればポリシリコ
ン抵抗を３分割し、その分割部に出力端子６ｃ、６ｄを
設けて他の出力端子６ａとの間で６ ａ −６ｃ又は６
ａ −６ｄを使用することにより外部の温度補償回路
等を使用することがなく、容易にオフセットを小さくす
ることが可能である。又、ブリッジ出力にオフセットが
零でない時（（イ）−口短絡）に従来装置の如く外部抵
抗を用いることなく、該ポリシリコン抵抗のる。ただ、
この場合には温度オフセットを勘案してトリミング調整
を行うことが必要である。
以上の説明から明らかなように本発明によれば外部抵抗
或は温度補償回路を使用することなく集積化されたセン
サ素子のみでオフセットを低減できるので装置の小型化
と相俟って実用上の効果は大きい。
或は温度補償回路を使用することなく集積化されたセン
サ素子のみでオフセットを低減できるので装置の小型化
と相俟って実用上の効果は大きい。
第１図（ａ） （ｂ） （ｃ）は従来例を示す平面図、
断面図及び回路図、第２図（ａ） （ｂ） （ｃ）は本
発明の一実施例を示す平面図、断面図及び回路図、第３
図（ａ） （ｂ）（Ｃ）は夫々本発明を説明する特性図
である。図において１は半導体基板、２はダイヤフラム
部３−１〜３−４はピエヅ抵抗素子、４はブリッジ回路
、Ｒ１、Ｒ１、Ｒ３はポリシリコン抵抗体６ａ、６ｂ、
６ｃ、６ｄは出力端子、７ａ、７ｂは直流電源端子であ
る。 特許出願人 新電元工業株式会社 菫２日 第？鳳 Ｃ−Ｃ） 人！ 甲 ３ 図
断面図及び回路図、第２図（ａ） （ｂ） （ｃ）は本
発明の一実施例を示す平面図、断面図及び回路図、第３
図（ａ） （ｂ）（Ｃ）は夫々本発明を説明する特性図
である。図において１は半導体基板、２はダイヤフラム
部３−１〜３−４はピエヅ抵抗素子、４はブリッジ回路
、Ｒ１、Ｒ１、Ｒ３はポリシリコン抵抗体６ａ、６ｂ、
６ｃ、６ｄは出力端子、７ａ、７ｂは直流電源端子であ
る。 特許出願人 新電元工業株式会社 菫２日 第？鳳 Ｃ−Ｃ） 人！ 甲 ３ 図
Claims (1)
- 半導体基板のダイヤフラム部に４つのピエゾ抵抗素子を
設けてブリッジ回路を形成し、電気的出力を検出するよ
うにした半導体圧力センサにおいて、前記半導体基板上
に３分割されたポリシリコン抵抗体を設け、これを前記
ブリッジ回路の一端間に直列に配設し、且つ、前記ポリ
シリコン抵抗体の分割点に端子を設けたことを特徴とす
る半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4286786A JPS62200237A (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4286786A JPS62200237A (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62200237A true JPS62200237A (ja) | 1987-09-03 |
Family
ID=12647984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4286786A Pending JPS62200237A (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62200237A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63304671A (ja) * | 1987-06-04 | 1988-12-12 | Kayaba Ind Co Ltd | 半導体ブリッジ回路 |
| JPH01244325A (ja) * | 1988-03-26 | 1989-09-28 | Citizen Watch Co Ltd | 圧力センサユニット |
-
1986
- 1986-02-28 JP JP4286786A patent/JPS62200237A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63304671A (ja) * | 1987-06-04 | 1988-12-12 | Kayaba Ind Co Ltd | 半導体ブリッジ回路 |
| JPH01244325A (ja) * | 1988-03-26 | 1989-09-28 | Citizen Watch Co Ltd | 圧力センサユニット |
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