JPS62204580A - 半導体圧力センサの直線性改善方法 - Google Patents
半導体圧力センサの直線性改善方法Info
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- JPS62204580A JPS62204580A JP4776686A JP4776686A JPS62204580A JP S62204580 A JPS62204580 A JP S62204580A JP 4776686 A JP4776686 A JP 4776686A JP 4776686 A JP4776686 A JP 4776686A JP S62204580 A JPS62204580 A JP S62204580A
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- pressure sensor
- pressure
- semiconductor pressure
- gauge resistors
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- Pending
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (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】
「産業上の利用分野」
この発明は工業計測、自動車、医療機器等の分野におい
て用いられる半導体圧力センサに係り、特に、直線性の
改善方法に関する。
て用いられる半導体圧力センサに係り、特に、直線性の
改善方法に関する。
「従来の技術」
近年、工業計測、医療機器等の分野においては、半導体
圧力センサに対する仕様が益々厳しくなってきており、
その出力特性については、高い直線性が要求されている
。この半導体圧力センサの直線性は、ダイヤフラムの厚
さ、形状、半径、ゲージ抵抗の位置によって変化するこ
とが知られている。
圧力センサに対する仕様が益々厳しくなってきており、
その出力特性については、高い直線性が要求されている
。この半導体圧力センサの直線性は、ダイヤフラムの厚
さ、形状、半径、ゲージ抵抗の位置によって変化するこ
とが知られている。
他方、ゲージ抵抗に流れるｆｆｌ流の方向の歪応力に対
する縦ピエゾ抵抗係数の直線性と、直交方向の縦ピエゾ
抵抗係数の直線性は各々、符号、値とも異なっており、
縦ピエゾ抵抗係数の直線性の方がより良好である。そこ
で、従来は、縦方向芯ツノが最大となるような方向に抵
抗ブリッジを配列するようにして、縦ピエゾ抵抗係数を
主に利用していた。すなわち、第５図に示すように、ゲ
ージ抵抗Ｒ１−Ｒ４の方位をく１〒０〉の方向としてい
た。なお、第５図の圧力センサは、ｎ型半導体ダイヤフ
ラムの（１１０）面にゲージ抵抗Ｒ１〜Ｒ４を形成した
しのである。
する縦ピエゾ抵抗係数の直線性と、直交方向の縦ピエゾ
抵抗係数の直線性は各々、符号、値とも異なっており、
縦ピエゾ抵抗係数の直線性の方がより良好である。そこ
で、従来は、縦方向芯ツノが最大となるような方向に抵
抗ブリッジを配列するようにして、縦ピエゾ抵抗係数を
主に利用していた。すなわち、第５図に示すように、ゲ
ージ抵抗Ｒ１−Ｒ４の方位をく１〒０〉の方向としてい
た。なお、第５図の圧力センサは、ｎ型半導体ダイヤフ
ラムの（１１０）面にゲージ抵抗Ｒ１〜Ｒ４を形成した
しのである。
「発明が解決しようとする問題点」
しかしながら、縦ピエゾ抵抗係数の直線性も完全ではな
く、このため、従来の半導体圧力センサにおいては、特
に、高精度の圧カセンザを製造する場合に、充分な直線
性を得ろことができなかった。
く、このため、従来の半導体圧力センサにおいては、特
に、高精度の圧カセンザを製造する場合に、充分な直線
性を得ろことができなかった。
この発明はＪ−述した事情に鑑みてなされた乙のて、そ
の目的は、従来のらの以上に高い直線性を得ることがで
きる半導体圧力センサの直線性改善方法を提供すること
にある。
の目的は、従来のらの以上に高い直線性を得ることがで
きる半導体圧力センサの直線性改善方法を提供すること
にある。
「問題点を解決するための手段Ｊ
この発明は、ゲージ抵抗の方位を、直線性誤差が最小と
なる方位に選択することを特徴とする。
なる方位に選択することを特徴とする。
「作用」
この発明は、縦ピエゾ抵抗係数の直線性と横ピエゾ抵抗
係数の直線性が、上述したように、符号。
係数の直線性が、上述したように、符号。
値とも異なる点に着目してなされたものである。
すなわち、この出願の発明者は、縦ピエゾ抵抗係数と横
ピエゾ抵抗係数とを組み合わせれば、より良好な直線性
が得られるであろうと考え、そのためには、ゲージ抵抗
の方位を傾ければよいことに着目してこの発明を行った
らのである。
ピエゾ抵抗係数とを組み合わせれば、より良好な直線性
が得られるであろうと考え、そのためには、ゲージ抵抗
の方位を傾ければよいことに着目してこの発明を行った
らのである。
「実施例」
第１図（Ａ）は、この発明を適用した半導体圧ノノセン
ザの構成例を示す平面図および断面図である。
ザの構成例を示す平面図および断面図である。
この図において、Ｉはｎ型シリコン基板、２はこのシリ
コン基板Ｉの（＋１０）面に形成されたダイヤフラムで
あり、このタイヤフラム２の厚さおよび長径は各々２５
μｍ、１．５ｍｍである。Ｒ１−Ｒ４はダイヤフラム２
に拡散によって形成されたケージ抵抗であり、向かい合
ったＲ２とＲ３およびＲ１とＲ４が直径方向に一列に配
置されている。
コン基板Ｉの（＋１０）面に形成されたダイヤフラムで
あり、このタイヤフラム２の厚さおよび長径は各々２５
μｍ、１．５ｍｍである。Ｒ１−Ｒ４はダイヤフラム２
に拡散によって形成されたケージ抵抗であり、向かい合
ったＲ２とＲ３およびＲ１とＲ４が直径方向に一列に配
置されている。
各ゲージ抵抗Ｒ１−Ｒ４の表面不純物濃度は２×１０１
＠ａｔｏｍ／ ａｍ３、抵抗値は３にΩである。また、
これらのゲージ抵抗Ｒ１−Ｒ４の中心線Ｘは、〈１１０
〉軸に対し、θ°の角度を乙って形成されている。そし
て、これらのゲージ抵抗Ｒ１−Ｒ４がブリッジ接続され
、定電圧源または、定電流源によって駆動される。
＠ａｔｏｍ／ ａｍ３、抵抗値は３にΩである。また、
これらのゲージ抵抗Ｒ１−Ｒ４の中心線Ｘは、〈１１０
〉軸に対し、θ°の角度を乙って形成されている。そし
て、これらのゲージ抵抗Ｒ１−Ｒ４がブリッジ接続され
、定電圧源または、定電流源によって駆動される。
第２図は、上述した圧力センサを定電圧源によって駆動
した場合における、圧力−直線性誤差率特性を示す図で
ある。この図において、溝軸は圧力Ｐ１縦軸は直線性誤
差率りであり、また、圧力Ｐは、±Ｉｋｇの範囲内で変
化させている。ここで、正圧力とは、第１図（Ａ）の矢
印Ｙ１方向から圧力を印加した場合をいい、負圧力とは
同図の矢印Ｙ２方向からの圧力を印加した場合をいう。
した場合における、圧力−直線性誤差率特性を示す図で
ある。この図において、溝軸は圧力Ｐ１縦軸は直線性誤
差率りであり、また、圧力Ｐは、±Ｉｋｇの範囲内で変
化させている。ここで、正圧力とは、第１図（Ａ）の矢
印Ｙ１方向から圧力を印加した場合をいい、負圧力とは
同図の矢印Ｙ２方向からの圧力を印加した場合をいう。
また、直線性誤差率りは次のようにして求められる。い
ま、第３図に示すように、刈草圧力ＰＯの時の、ケージ
抵抗ｒ（Ｉ−Ｒ４によるブリッジ回路の出力電圧をＶ（
Ｐｏ）、圧力Ｐｍの時の同ブリッジ回路の出力電圧をＶ
（Ｐｍ）とすると、直線Ｌｌが理想的な出力特性を示し
ている。これに対し、実際の圧力センサの特性が曲線Ｌ
２であったとする。この場合、圧力Ｐｘにおける直線性
誤差率りは、Ｄ＝δ／ （Ｖ （Ｐ ｍ） −Ｖ （Ｐ
ｏ））なる式によって求められろ。
ま、第３図に示すように、刈草圧力ＰＯの時の、ケージ
抵抗ｒ（Ｉ−Ｒ４によるブリッジ回路の出力電圧をＶ（
Ｐｏ）、圧力Ｐｍの時の同ブリッジ回路の出力電圧をＶ
（Ｐｍ）とすると、直線Ｌｌが理想的な出力特性を示し
ている。これに対し、実際の圧力センサの特性が曲線Ｌ
２であったとする。この場合、圧力Ｐｘにおける直線性
誤差率りは、Ｄ＝δ／ （Ｖ （Ｐ ｍ） −Ｖ （Ｐ
ｏ））なる式によって求められろ。
しかして、この第２図は、第１図（Ａ）における角度θ
が０°、１５°、３０°、４５°、６０°の場合の圧力
−直線性誤差率特性を示しており、この図から明らかな
ように、圧力が正の場合は、角度θが１５°〜３０°の
場合に直線性誤差率りがほぼ０となり、また、圧力が負
の場合は、角度θが６０°の場合に、直線性誤差率りが
ほぼ０となる。
が０°、１５°、３０°、４５°、６０°の場合の圧力
−直線性誤差率特性を示しており、この図から明らかな
ように、圧力が正の場合は、角度θが１５°〜３０°の
場合に直線性誤差率りがほぼ０となり、また、圧力が負
の場合は、角度θが６０°の場合に、直線性誤差率りが
ほぼ０となる。
第４図は、第１図（Ａ）に示す圧力センナを定電流源に
よって駆動した場合における、圧力−直線性誤差率特性
を示す図であり、この図において、横軸は圧力Ｐ、縦軸
は直線性誤差率りである。この図も、第１図（Ａ）にお
ける角度θが０°、１５°、３０°、４５°、６０°の
場合の圧力−直線性誤差率特性を示しており、この図か
ら明らかなように、圧力が正の場合は、角度θが１５°
〜３０°の場合に直線性誤差率りがほぼ０となり、また
、圧力が負の場合は、角度θが４５°の場合に、直線性
誤差率りがほぼ０となる。
よって駆動した場合における、圧力−直線性誤差率特性
を示す図であり、この図において、横軸は圧力Ｐ、縦軸
は直線性誤差率りである。この図も、第１図（Ａ）にお
ける角度θが０°、１５°、３０°、４５°、６０°の
場合の圧力−直線性誤差率特性を示しており、この図か
ら明らかなように、圧力が正の場合は、角度θが１５°
〜３０°の場合に直線性誤差率りがほぼ０となり、また
、圧力が負の場合は、角度θが４５°の場合に、直線性
誤差率りがほぼ０となる。
このように、半導体圧力センサの圧力−直線性誤差率特
性は、使用条件および第１図（Ａ）に示す角度θに応じ
て変化し、使用条件に応じて角度θを適切に選択すれば
、直線性誤差をほぼ０とすることができる。例えば、電
圧駆動の場合であって、被測定圧力が正方向（矢印Ｙ１
方向）から印加される圧力センサの場合は、角度θを１
５°〜３０゜とすればよく、また、例えば電流駆動の場
合であって、被測定圧力が負方向（矢印Ｙ２方向）から
印加される圧力センサの場合は、角度０を４５°とすれ
ばよい。
性は、使用条件および第１図（Ａ）に示す角度θに応じ
て変化し、使用条件に応じて角度θを適切に選択すれば
、直線性誤差をほぼ０とすることができる。例えば、電
圧駆動の場合であって、被測定圧力が正方向（矢印Ｙ１
方向）から印加される圧力センサの場合は、角度θを１
５°〜３０゜とすればよく、また、例えば電流駆動の場
合であって、被測定圧力が負方向（矢印Ｙ２方向）から
印加される圧力センサの場合は、角度０を４５°とすれ
ばよい。
次に、第１図（Ｂ）は、この発明の他の実施例であり、
６ゲ一ン抵抗自体を各低抗体を桔ふ中心線より傾けたし
のである。この場合には、横方向応力を面記実施例より
大きく受けるため、横ピエゾ抵抗係数を利用できる割合
が大きい。
６ゲ一ン抵抗自体を各低抗体を桔ふ中心線より傾けたし
のである。この場合には、横方向応力を面記実施例より
大きく受けるため、横ピエゾ抵抗係数を利用できる割合
が大きい。
「発明の効果」
以上説明したように、この発明は、ダイヤスラムの結晶
軸に対するゲージ抵抗の方位を、直線性誤差が最小とな
る方位に選択することを特徴とする。そして、ゲージ抵
抗の方位をこのように選択することにより、圧力センサ
の直線性を極めて良くすることができる。また、この発
明の方法は、ゲージ抵抗の方位を変えるだけでよいので
、従来の製造工程を特に変更する必要がなく、センサチ
ップら小型化することができ、この結果、生産性も増し
、低価格化が可能となる。
軸に対するゲージ抵抗の方位を、直線性誤差が最小とな
る方位に選択することを特徴とする。そして、ゲージ抵
抗の方位をこのように選択することにより、圧力センサ
の直線性を極めて良くすることができる。また、この発
明の方法は、ゲージ抵抗の方位を変えるだけでよいので
、従来の製造工程を特に変更する必要がなく、センサチ
ップら小型化することができ、この結果、生産性も増し
、低価格化が可能となる。
第１図（Ａ）はこの発明の方法を適用した半導体圧カセ
ンザの突進例を示す平面図および断面図、第１図（Ｂ）
はこの発明の方法を適用した半導体圧カセンザの池の実
施例を示す平面図、第２図は同圧カセ／ザを＋ｕ１．Ｆ
Ｅ ！ｌｌ’ｉ動した場合に、１５けろ圧カー直線性誤
差率特Ｖ１を；ｉ：： を図、第３図は直線性誤差率の
測定方法を説明するｌこめの図、第４図は同圧力センサ
を電流鳴動した場合におけろ圧力−直線性誤差率特性を
示す図、第５図は従来の圧ノノセンザの購成例を示す平
面図である。 ２・・・・ダイヤフラム、ＲＩ〜Ｒ４・・・・ケージ抵
抗。
ンザの突進例を示す平面図および断面図、第１図（Ｂ）
はこの発明の方法を適用した半導体圧カセンザの池の実
施例を示す平面図、第２図は同圧カセ／ザを＋ｕ１．Ｆ
Ｅ ！ｌｌ’ｉ動した場合に、１５けろ圧カー直線性誤
差率特Ｖ１を；ｉ：： を図、第３図は直線性誤差率の
測定方法を説明するｌこめの図、第４図は同圧力センサ
を電流鳴動した場合におけろ圧力−直線性誤差率特性を
示す図、第５図は従来の圧ノノセンザの購成例を示す平
面図である。 ２・・・・ダイヤフラム、ＲＩ〜Ｒ４・・・・ケージ抵
抗。
Claims (1)
- 半導体ダイヤフラム上に複数のゲージ抵抗を形成して
なる半導体圧力センサにおいて、前記ゲージ抵抗の方位
を、直線性誤差が最小となる方位に選択することを特徴
とする半導体圧力センサの直線性改善方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4776686A JPS62204580A (ja) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | 半導体圧力センサの直線性改善方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4776686A JPS62204580A (ja) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | 半導体圧力センサの直線性改善方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62204580A true JPS62204580A (ja) | 1987-09-09 |
Family
ID=12784491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4776686A Pending JPS62204580A (ja) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | 半導体圧力センサの直線性改善方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62204580A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01197621A (ja) * | 1987-12-16 | 1989-08-09 | Babcock & Wilcox Co:The | デュアルサイド形圧力センサ |
| EP0833137A2 (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-01 | Motorola, Inc. | Circuit and method of compensating for membrane stress in a sensor |
-
1986
- 1986-03-05 JP JP4776686A patent/JPS62204580A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01197621A (ja) * | 1987-12-16 | 1989-08-09 | Babcock & Wilcox Co:The | デュアルサイド形圧力センサ |
| EP0833137A2 (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-01 | Motorola, Inc. | Circuit and method of compensating for membrane stress in a sensor |
| EP0833137A3 (en) * | 1996-09-30 | 1999-05-19 | Motorola, Inc. | Circuit and method of compensating for membrane stress in a sensor |
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