JPS6310575A - 半導体歪検出器 - Google Patents

半導体歪検出器

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JPS6310575A
JPS6310575A JP15574286A JP15574286A JPS6310575A JP S6310575 A JPS6310575 A JP S6310575A JP 15574286 A JP15574286 A JP 15574286A JP 15574286 A JP15574286 A JP 15574286A JP S6310575 A JPS6310575 A JP S6310575A
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JP
Japan
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semiconductor strain
strain
substrate
semiconductor
gauge
Prior art date
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Pending
Application number
JP15574286A
Other languages
English (en)
Inventor
Masato Mizukoshi
正人 水越
Shoki Asai
昭喜 浅井
Takeshi Fukazawa
剛 深沢
Kunihiko Hara
邦彦 原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は略等方的な歪感度をもつ半導体歪ゲージを使用
した半導体歪検出器に関する。
〔従来の技術〕
通常シリコン、ゲルマニウム等の半導体歪検出素子にお
いては機械的応力を加える事によってピエゾ抵抗効果に
よりその抵抗値が大きく変化する。
そのような物理的現象を利用した半導体歪検出器の一例
を第2図(a)の上面図及びその[3−I3線断面図で
ある同図(b)に示す。図において、11は起歪領域を
形成すべくその主表面側に凹部を形成し受圧薄板部12
を有する基板であり、台座16に接合され、又その他主
面には絶I!JFJ14が形成されている。そして、絶
縁層14上の起歪領域に相当する部分で、例えば図中基
板11の下方より圧力が加わった際に最大引張応力の働
く中心部に2個の半導体歪ゲージ17aを、又、最大圧
縮応力の働く周辺部に2個の半導体歪ゲージ17bを配
置し、半導体歪ゲージ17a、17bにてブリッジを構
成して出力をブツシュ・プルで取り出してい〔発明が解
決しようとする問題点〕 しかしながら、この4藺の半4体歪ゲージ17a、17
bの抵抗変化率の絶対値の間に大きな差があると、最大
出力の低下、圧力に対する出力の直線性の悪化を招くこ
とになり、仮に、半導体歪ゲージ17a、17bとして
単結晶シリコンのようにその歪感度に異方性を持つもの
を使用する場合には、例えば、基板面方位を(110)
 、歪ゲージの長手方向を410>とするように、特定
の方位に半導体歪ゲージを配置する事でその抵抗変化率
を符号が反対で絶対値が等しくなるようにしてそれらの
問題を解決する事が可能であるが、半導体歪ゲージ17
a、17bとしてランダムな配向を持つ多結晶シリコン
等の略等方向な歪感度を有するものを使用した場合、方
位によらず、常にある一定の横方向歪感度を有する。そ
れゆえ、上記のように半導体歪ゲージを起歪領域の中心
部に配室すると、その半4体歪ゲージには縦方向(半導
体歪ゲージの長手方向であり、第2図中2方向)歪感度
に横方向(半導体歪ゲージの長手方向に直交する方向で
あり、第2図中り方向)歪感度の影響が加わり、その出
力に大きな損失を与えており、又、直線性も悪化すると
いった問題が生じている。
更に換言して説明すると、平面応力状態の主軸方向に半
導体歪ゲージを配置した場合、その抵抗変化率(ΔR/
R)は、 (ΔR/R)=π、σ、+π、σ、    ・・・・・
・(1)で表される事が知られている。ここでπい h
はそれぞれ縦、横方向ピエゾ抵抗係数、σい σ、はそ
れぞれ縦、横方向法線応力である。
コノ式(1)において、例えば多結晶シリコンのピエゾ
抵抗係数にはπ、=−1/3π、〜−1/2π、の関係
がある事が理論的、実験的に調べられており、一般的に
いってπ1の符号はπ、と反対符号である。
ここで、起歪領域の中心部においてはσ1=σ、である
ので、例えばπL = −1/2π、とした場合その抵
抗変化率(ΔR/R)は、 (ΔR/R)=π、σL−1/2π、σ、=1/2π、
σ。
となり歪感度が172になり、実効的感度が減少してい
る事がわかる。
そこで本発明は、上記の点に窓みて創案されたもので、
半導体歪ゲージとして略等方的な歪感度を有するものを
使用した場合に、その半導体歪ゲージに一軸性の応力が
加わるようにして、実効的感度の減少する事がない半導
体歪検出器を提供する事を目的としている。尚、本発明
の言う一軸性の応力とは、半導体歪ゲージの長手方向に
加わる法線応力の大きさが、他の法線応力及び接線応力
の大きさに対して十分大きいときを言うものであり、例
えば(1)弐においてσ、〉〉びわの関係を満たすもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕
そして上記の目的を達成ずろために本発明の半導体歪検
出器は、薄肉の起歪7.B域をその一部に有する基板と
、略等方的な歪感度を有する半導体歪ゲージとを備えた
半導体歪検出器において、前記半導体歪ゲージに一軸性
の応力が加わるように、該半導体歪ゲージを前記起歪領
域の薄肉である部分の周辺部に配置する事を特徴として
いる。
〔作用〕
上記の手段によると、薄肉である部分の周辺部、すなわ
ち基板の薄肉部と厚肉部との境界付近においては、境界
線に平行な方向の変形が拘束されているため、その境界
線に対して直交する方向がらの応力は大きく、境界線と
平行な方向からの応力は略零となっているので応力は一
軸性となる。したがって、その周辺部に形成された半導
体歪ゲージは例えば縦方向歪感度が横方向歪感度の影響
を受ける事がなく、したがって実効的感度の減少はなく
なる。
〔実施例〕
以下、本発明を図に示す実施例を用いて説明する、第1
図(alは本発明の一実施例の上面図であり、同図(b
lはそのA−A線断面図である。図において、■は例え
ば単結晶シリコンからなる基板であり、その主表面側よ
りエツチング等によって口字型に凹部を形成し、基板1
の肉厚を薄くして起歪領域となる受圧薄板部2を形成し
ている。又、基板1の他主面には絶縁層4が形成されて
いる。尚、絶縁層4は例えばCVD法あるいは熱酸化法
により形成されるシリコン酸化膜(SiO□)等でよい
そして、絶縁層4上で、受圧薄板部2に相当する部分の
周辺部、すなわち受圧薄板部2と基板1の周辺部及び中
心部で凹部の形成されない肉厚剛体部3a、3bとの境
界部分のその境界線す、、b2に沿って多結晶シリコン
等よりなる略等方向な歪感度を有する半導体歪ゲージ5
を形成する。本例では半導体歪ゲージ5は、基板1の周
辺部の肉厚剛体部3aと受圧薄板部2との境界線b1よ
りその長手方向を受圧薄板部2側に向けて2個の半導体
歪ゲージ5が、又、基板1の中心部の肉厚剛体部3bと
受圧薄板部2との境界k”Rb zよりその長手方向を
受圧薄板部2側に向けて2個の半導体歪ゲージ5が形成
されており、この4個の半導体歪ゲージ5は互いに電気
的に接続されており、ブリッジ回路を構成している。尚
、図中6ははうけい酸ガラス(例えば商品名パイレック
スガラス)、シリコン等より成る台座であり、基板1と
陽極接合等により接合されている。
そこで上記構成によると、受圧薄板部2の周辺部におい
ては前述の(11式における応力の関係が、σ、=シσ
、となる事がわかっており、ここでポアソン比νの値は
例えばM+ff1lとして単結晶シリコンを用いた場合
、ν= 0.06〜0.39であるので、縦方向法線応
力σ、と比較して横方向法線応力σ。
は無視してよい程度の値であり、半導体歪ゲージ5には
一軸性の応力が加わっている事になる。すなわち、半導
体歪ゲージ5には受圧薄板部2と肉厚剛体部3a、3b
との境界線す、、b、に直交する方向にのみ、大きな応
力が加わっているので、その方向に対する歪感度は境界
線す、、b、に平行な方向に対する歪感度の影響をほと
んど受ける事がなくなり、打消し合いによる歪感度の損
失が減少する。
又、本例の如く受圧薄板部2を口字型に形成する事によ
って基板1の中心部に肉厚剛体部3bが形成され、その
肉厚剛体部3bと受圧薄板部2との境界部分に一軸性の
応力が加わる半導体歪ゲージ5を配置させる事が可能と
なる。したがって本例によると起歪領域の中心に近い所
にほとんど実効的感度の減少のない半導体歪ゲージ5を
配置できるので、例えば図に示すように、基板lの台座
6側より圧力が加わった場合にはそのような所に配置さ
れた半導体歪ゲージ5には最大引張り応力が働き、他の
基板1の周辺部の肉厚剛体部3aと受圧薄板部2との境
界部分に形成された半導体歪ゲージ5には最大圧縮応力
が働くので、このように配置された半導体歪ゲージ5に
てブリッジ回路を形成する事によって温度変化等の影響
を受ける事のない良好な出力をとり出す事ができる。
尚、本発明は上記実施例に限定される事なくその主旨を
逸脱しない限り、例えば以下に示す如く種々変形可能で
ある。
(11上記実施例の如く、基板1の中心部に肉厚剛体部
3bを残して受圧薄板部2を形成する場合、その形状は
口字型ではなく第3図の他の実施例の上面図に示すよう
に円型であってもよい。又、そのようなタイプの半導体
歪検出器において、半導体歪ゲージ5の配置としては、
中心側に2個、周辺側Sこ2個あればよく、例えば第4
図のさらに他の実施例の上面図に示すように、−直線上
にそれらを配置するといったようにしてもよい。
(2)半導体歪ゲージ5としては略等方的な歪感度を有
するものであればよく、多結晶シリコンに限定される事
なく多結晶である他の半導体等であってもよい。尚、本
発明のいう略等方的な歪感度を有するものとは、言うま
でもなく多結晶シリコンのように等方向な歪感度を有す
るものを含め、さらに方位の選択によって横方向歪を度
を縦方向歪感度に対して零と見なせない、あるいは、横
方向歪感度と縦方向歪感度の符号が反対で絶対値が等し
いと見なす事ができないようなものも含むものであり、
例えば、ランダムな配向を有する多結晶シリコンをS 
OI (5ilicon On In5ulator 
)技術等により、若干配向したものであってもよい。
(3)基板1としては、単結晶シリコンの他に金属、セ
ラミックによる基)反等であってもよい。
(4)半導体歪ゲージ5は、例えば多結晶シリコン内に
不純物を導入して形成したものであってもよい。
(5)本発明は必ずしも基板の中心部に肉厚剛体部を残
して受圧薄板部を形成する必要はなく、第5図(a)に
示す池の実施例の上面図、及びそのC−C線断面図であ
る同図(blに示すように、基板21に肉厚剛体部を残
す事なく受圧薄板部22を形成し、その受圧薄板部22
の周辺部に対応する絶縁層24上に、例えば歪感度の絶
対値が等しく符号の異なるP型多結晶シリコン歪ゲージ
25a、N型多結晶シリコン歪ゲージ25bをそれぞれ
2個ずつ配置した構成にしてもよい。
〔発明の効果〕
以上述べた如く本発明の半導体歪検出器に、よると、起
歪領域の薄肉である部分の周辺部に配置した半導体歪ゲ
ージには一軸性の応力が加わり、実効的感度の減少する
事がない出力をとり出せるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(al及び(blは本発明の一実施例の半4体歪
検出器を示す図、第2図+a)及び(blは従来の半導
体歪検出器を示す図、第3図は本発明の他の実施例の半
導体歪検出器を示す図、第4図は本発明のさらに他の実
施例の半導体歪検出器を示す図である。 1・・・基板、2・・・受圧薄板部、3a、3b・・・
肉厚剛体部、4・・・絶縁層、5・・・半導体歪ゲージ
、6・・・台座。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)薄肉の起歪領域をその一部に有する基板と、略等
    方的な歪感度を有する半導体歪ゲージとを備えた半導体
    歪検出器において、 前記半導体歪ゲージに一軸性の応力が加わるように、該
    半導体歪ゲージを前記起歪領域の薄肉である部分の周辺
    部に配置する事を特徴とする半導体歪検出器。
  2. (2)上記半導体歪ゲージは、多結晶シリコンより成る
    ものである特許請求の範囲第1項記載の半導体歪検出器
  3. (3)上記起歪領域は、その中央部に肉厚を増した肉厚
    剛体部を備えたものである特許請求の範囲第1項又は第
    2項のいずれかに記載の半導体歪検出器。
JP15574286A 1986-07-01 1986-07-01 半導体歪検出器 Pending JPS6310575A (ja)

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