JPS63128770A

JPS63128770A - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JPS63128770A
Application number: JP27414086A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ohata; 覚大畠
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-19
Filing date: 1986-11-19
Publication date: 1988-06-01

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、ピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出する半
導体圧力センサに係り、特にピエゾ抵抗係数値の制御に
より感度制御および電気信号の安定化を図った半導体圧
力センサに関する。

（従来の技術）半導体圧力センサは、シリコン等の半導体で構成された
ダイアフラムの表面側に拡散抵抗による感圧抵抗部が形
成され、この拡散抵抗の歪による抵抗変化、すなわちピ
エゾ抵抗効果を利用して圧力を電気信号に変換して出力
するものである。

従来は、ｎ形シリコン層の内部にＰ影領域が形成され、
ダイアフラム構造中のこの抵抗に応力が加えられる。こ
のＰ影領域に２点で電気的に接触し、応力が加えられて
いる間にピエゾ抵抗効果に基くそれらの接触点の間の抵
抗値を測定することにより、加えられた圧力の大きさを
測定できる。

しかしながら、このピエゾ抵抗は、表面保護膜や汚染等
により経時変化しやすい。そこで、このピエゾ抵抗の表
面不純物濃度の安定化のために表面から分離した構造、
すなわち埋め込み形抵抗にしている。ところが、このよ
うな埋め込み形ピエゾ抵抗は、抵抗値の制御が難かしく
、電気的にも逆耐圧が低下し、４８頼性に欠ける。また
、低抵抗のピエゾ抵抗を形成することが極めて難かしい
等の問題がある。

（発明が解決しようとする問題点）上記のように従来の半導体圧力センサでは、ピエゾ抵抗
の表面不純物濃度の安定化のため埋め込み形抵抗にして
いるが、この場合抵抗値の制御が難しい、逆耐圧が低下
する、低抵抗のピエゾ抵抗を形成することが難しい等の
問題があった。そこで本発明は、このような問題点を解
消した半導体圧力センサを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明の半導体圧力センサは、ピエゾ抵抗の上部表面を
導電体膜で覆ってゲート電極を形成し、ピエゾ抵抗内部
のキャリア濃度を制御できるように構成される。

（作　用）本発明の半導体圧力センサにおいては、ゲート電極に基
板に対して負の電位を印加すると、ピエゾ抵抗表面のキ
ャリア濃度は増大し、ピエゾ抵抗係数が減少し、感度が
低下する。逆に正の電位を印加すると、ピエゾ抵抗表面
のキャリア濃度は減少し、ピエゾ抵抗係数が増大し、感
度が向上する。

また、ゲート電極は、汚染などによる電界を電気的にシ
ールドし、経時的な抵抗変化を防止することができ、安
定な出力信号を保証する。

（実施例）以下、図面に示した実施例に基いて本発明の詳細な説明
する。第１図に本発明一実施例の半導体圧力センサを示
す。■はｎ形で且つ（ｉｏｏ）面を持つ単結晶シリコン
基板の中央部を薄肉に形成したダイアフラム部である。

このダイアフラム部の上側周辺部にはＰ形拡散感圧抵抗
■が設けられ、また、このＰ形拡散感圧抵抗■の両側に
接触して電気信号を取り出すための高濃度の低抵抗部（
３ａ）が形成され、それぞれ電極■、（０が接続されて
いる。

さらに、前記感圧抵抗■を覆うように導電体膜■を形成
し、電位を与えられるようにする。この導電体膜■は、
感圧抵抗■を覆う酸化膜に）の上部に、ポリシリコン等
のシリコンあるいは酸化膜と熱膨張係数のほぼ等しい膜
で形成される。ポリシリコンの場合、インプラ等によっ
て導電性にし、感圧抵抗■の上部に電位を印加できるよ
うにする。電位の極性は、ダイアフラム部■のｎ形シリ
コン基板に対して正負両方向可能とする。そして、導電
体膜■はＪＦＥＴのゲートと類似しているのでゲート電
極と呼ぶ。■は圧力センサを保持する台である。

感圧抵抗の表面不純物濃度によりその抵抗係数は大きく
変化する。したがって、上記のように構成された本発明
の半導体圧力センサでは、ゲート電極■によって感圧抵
抗■の表面キャリア濃度を制御し、ピエゾ抵抗係数を制
御することが可能となる。すなわち、ゲート電極■に基
板に対して負の電位を印加すれば、感圧抵抗（３）の表
面キャリア濃度は増大し、ピエゾ抵抗係数が減少して感
度が低下する。逆に正の電位を印加すると、感圧抵抗■
の表面キャリア濃度は減少し、ピエゾ抵抗係数が増大し
て感度が向上する。このゲート電極■の電位によって感
圧抵抗■の表面キャリア濃度を変化させることは、ゲー
ト電極■に印加する電圧を連続的に変えることによって
可能である。そして、この可変範囲は、感度で数倍から
１０倍程度可能である。また、感圧抵抗０表面を覆うゲ
ート電極■は、従来、汚染やセンサに印加される電位に
よる出力信号の長期ドリフトをも抑制可能である。すな
ねち、汚染などから発生する電界をシールドすることが
でき、安定な出力信号を保証する。

次に、ゲート電極を具備した感圧抵抗をダイアフラム部
の周辺部に４つ形成した本発明の半導体圧力センサの実
施例を第２図（ａ）、（ｂ）に示す。

第２図（ａ）において、（１１）はシリコン基板、（１
２）はダイアフラム部、（１３）、　（１４）、　（１
５）、　（１６）は感圧抵抗、（１７）、　（１８）、
　（１９）、　（２０）は電極、　（２１）。

（２２）、　（２３）、　（２４）はゲート電極で、第
２図（ｂ）に示すように感圧抵抗（１３）、　（１４）
、　（１５）、　（１６）でブリッジ回路を形成し、４
つのゲート電極（２１）。

（２２）、　（２３）、　（２４）はそれぞれ独立にシ
リコン基板（１１）に対してバイアスできるようにする
。

このように構成された本発明の半導体圧力センサにおい
ては、ゲート電極（２１）、　（２２）、　（２３）。

（２４）にそれぞれ独立に電圧を印加することにより。

感圧抵抗（１３）、　（１４）、　（１５）、　（１６
）それぞれの表面キャリア濃度を制御し、ピエゾ抵抗係
数を制御することができる。この結果、圧力センサの感
度を制御することができ、高出力高精度な測定を可能に
する。また１、４つの感圧抵抗をブリッジに組んだとき
発生するオフセット電圧をゲート電極によって極めて小
さく調整したり、あるいは任意の値に設定できるので、
ゼロ点遷移も連続的に容易に制御できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、半導体圧力センサ
において、感圧抵抗の上部表面を導電体膜で覆ってゲー
ト電極を形成するようにしたことにより、ゲート電極に
印加する電位によって感圧抵抗の表面不純物濃度を制御
し、感圧抵抗のピエゾ抵抗係数を制御することが可能と
なる。すなわち、基板に対して負の電位をゲート電極に
印加すれば感圧抵抗表面のキャリア濃度が増大し、ピエ
ゾ抵抗係数が減少して感度が低下し、逆に正の電位をゲ
ート電極に印加すれば感圧抵抗表面のキャリア濃度が減
少し、ピエゾ抵抗係数が増大して感度が上昇する。また
、感圧抵抗表面を覆うゲート電極は、汚染などによる電
界を電気的にシールドし、経時的な抵抗変化を防止する
ことができ、感圧抵抗が長期間にわたって安定に動作し
得る半導体圧力センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の半導体圧力センサを示す断面
図、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の半導体圧力センサ
の他の実施例を示し、第２図（ａ）は平面図、第２図（
ｂ）は第２図（ａ）の感圧抵抗によるブリッジ回路を示
す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリコン基板の中央部が薄肉のダイアフラム部に
形成されこのダイアフラム部に感圧抵抗が設けられた半
導体圧力センサにおいて、前記感圧抵抗を覆って形成さ
れ感圧抵抗の表面キャリア濃度を制御し得るゲート電極
を具備したことを特徴とする半導体圧力センサ。
（２）ゲート電極の材料としてシリコンおよび酸化膜と
熱膨張係数のほぼ等しい材料を用いたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の半導体圧力センサ。
（３）ゲート電極を具備した感圧抵抗がダイアフラム部
の周辺位置に４個形成され、これらを４辺とするブリッ
ジ回路を組み且つ４つのゲート電極はそれぞれ独立に基
板に対してバイアスできるようにしたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の半導体圧力センサ。