JPS63222464A - 半導体加速度センサ - Google Patents

半導体加速度センサ

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Publication number
JPS63222464A
JPS63222464A JP5603087A JP5603087A JPS63222464A JP S63222464 A JPS63222464 A JP S63222464A JP 5603087 A JP5603087 A JP 5603087A JP 5603087 A JP5603087 A JP 5603087A JP S63222464 A JPS63222464 A JP S63222464A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration sensor
diffused
resistors
weight part
semiconductor acceleration
Prior art date
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Pending
Application number
JP5603087A
Other languages
English (en)
Inventor
Michiko Endou
みち子 遠藤
Yoshiaki Fujiwara
嘉朗 藤原
Yuji Kojima
雄次 小島
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP5603087A priority Critical patent/JPS63222464A/ja
Publication of JPS63222464A publication Critical patent/JPS63222464A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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】 〔概要〕 半導体基板を加工して形成された加速度センサ(以下半
導体加速度センサと呼ぶ)における低出力を改善する目
的で、拡散抵抗を、撓み部における重錘部近傍および枠
部近傍に、かつ、その長手方向が撓み部の伸長方向に平
行なようにして、形成し、かつ、これらをブリッジ接続
する。その結果、撓み部の幅を小さくすることが可能と
なり、高感度を実現した。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体加速度センサの構成に関する。
半導体加速度センサは、圧電素子やサーボ機構を利用し
た従来の加速度センサに比べ小型・軽量化が可能である
が、より高感度・高精度のものが要求されている。
〔従来の技術〕
半導体集積回路の加工技術と、シリコン等の半導体単結
晶基板におけるピエゾ抵抗効果を利用した超小型加速度
センサが提案されている。〔リン・ミンチエル・ロイラ
ンス“バッチ製造されたシリコン加速度計″ (Lyn
n  Michell Roylance  ABat
ch−Fabricated 5ilk−con Ac
celerometer ”) IEEE Trans
action on Electron Device
、  Vol。
ED−26+ No、12. DeceIlber  
1979参照〕本発明者は、上記の半導体加速度センサ
の改良型を提案している。(特願昭61−183742
 )第3図は、本発明者による、この改良型半導体加速
度センサの構成を示す平面図であって、シリコンウェハ
のような半導体基板を、公知の異方性エツチング技術を
用いて加工(具体的には選択的除去)を行い、該基板そ
のままの厚さを有する枠部30、該枠部30から、その
中心部に向かって伸長する、比較的薄い(例えば10μ
m)四つの撓み部31−1.31−2.31−3.31
−4、四つの該撓み部によって、該枠部30の中心部近
傍に位置するように、支持されている、比較的厚い(例
えば0 、3 van )重錘部32が形成される。重
錘部32と枠部30の間の空間S1、S2、S3、S4
では、該基板が完全に除去されている。
撓み部31−1.31−2.31−3.31−4におけ
る枠部30の近傍には、それぞれ、長方形の拡散抵抗R
1、R2、R3、R4が形成されている。拡散抵抗R1
およびR3は、それらの長手方向が、撓み部の伸長方向
に一致するように、一方、拡散抵抗R2およびR4は、
それらの長手方向が撓み部の伸長方向と直角方向に向く
ように、それぞれ形成されている。該拡散抵抗R1、R
2、R3、R4は、長さを大くするために、中央で折り
曲げられた構造とされており、これにより大きな抵抗値
を得ている。
さらに、該拡散抵抗は、R1とR3が、四端子33−1
.33−2.33−3.33−4を有するブリッジ回路
の一組の対辺を、また、R2とR4が、該ブリッジ回路
の他の一組の対辺を、それぞれ構成するように、相互接
続されている。なお、第3図において、各拡散抵抗と、
これらに対応する西端子33−1.33−2.33−3
.33−4との間を接続する配線が、細幅のパターンで
示されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第3図に示す従来の加速度センサにおいては、拡散抵抗
R1、R2、R3、R4は、すべて、それらの長手方向
が同一方向を向くようにして、それぞれの対応する撓み
部における重錘部近傍に形成されている。これは、上記
のように構成されたブリッジ回路から、大きな出力信号
を得るためである。すなわち、重錘部に対して、紙面に
垂直な方向に、加速度に比例した力が加わった場合に、
拡散抵抗が形成されている部分における撓み部の変形は
、すべての撓み部において等しいが、このときの応力の
方向と拡散抵抗を流れる電流の方向との関係は、拡散抵
抗R1とR3の組と拡散抵抗R2とR4との組とでは異
なり、その結果、これらの組の間で、拡散抵抗のピエゾ
抵抗変化の符号が逆になるからである。
しかしながら、第3図において、拡散抵抗R2と1?4
は、それらの長手方向が、撓み部31−2および31−
4の幅方向(これら撓み部の伸長方向に直角な方向おけ
る長さ)に向いている。このために、撓み部の幅は、拡
散抵抗が必要とする長さより小さくすることができない
ところで、抵抗ρを存する拡散抵抗におけるピエゾ抵抗
変化(Δρ)と応力(T)の関係は、次式で示される。
Δρ2ρπT ここで、πはピエゾ抵抗係数である。
上式から、拡散抵抗の抵抗値が大きいほど、また、撓み
部に印加される応力が大きいほど、ピエゾ抵抗変化が大
きい。したがって、拡散抵抗の長さ対幅比を大きくし、
また、撓み部の断面積を小さくするのが有利である。し
かしながら、拡散抵抗については、パターン精度の点か
ら、幅を小さくすることは限度があるために、最低限必
要な長さがきまる。一方、撓み部については、第3図の
構造では、上記の理由から、幅を小さくすることに限度
があり、また、厚さは、可能な最低限界に近い。したが
って、加速度センサとしての感度を、さらに向上するこ
とが困難であるという問題があった。
〔問題点を解決するための手段〕
従来の加速度センサにおける上記の問題点は、シリコン
基板を選択的に除去して形成された重錘部と該重錘部を
囲む枠部と該重錘部と枠部とを接続するように伸長する
少なくとも2個の弾性変形可能な撓み部とから成り、該
撓み部のおのおのに形成された長方形の拡散抵抗を有し
、該拡散抵抗が、それぞれの長手方向を該撓み部の該伸
長方向に一致するようにして、かつ、該重錘部近傍と該
枠部近傍とに形成されており、該重錘部の近傍に形成さ
れている二つの拡散抵抗がブリフジ回路の一組の対辺を
、また、該枠部の近傍に形成されている二つの拡散抵抗
が該ブリッジ回路の他の対辺を、それぞれ形成するよう
に接続されていることを特徴とする、本発明に係る加速
度センサを提供することによって、解決される。
〔作用〕
長方形の拡散抵抗を、その長手方向が撓み部の伸長方向
に平行になるようにして、撓み部における重錘部近傍と
枠部近傍とに形成することによって、ピエゾ抵抗変化の
符号の異なる拡散抵抗を得る。そして、重錘近傍に形成
した二つの拡散抵抗を、ブリッジ回路の一組の対辺に、
また、枠部近傍に形成した二つの拡散抵抗を、このブリ
ッジ回路の他の対辺に配置することにより、検出感度を
大きくした。この構造によれば、撓み部の幅は、拡散抵
抗の長さによる制約を受けることなく、小さくできるの
で、加速度センサの感度を向上できる。
〔実施例〕
第1図および第2図は、それぞれ、本発明の一実施例を
示す平面図および断面図である。第1図において、従来
の加速度センサにおけると同様に、例えば、シリコン基
板を、異方性エツチング技術を用いて、選択的に除去し
、重錘部12、この重錘部12を囲む枠部10、および
重錘部12と枠部10を接続するように伸長する四つの
撓み部11−1.11−2.11−3および11−4を
形成する。図において、重錘部12と枠部lOの間の空
間S1、S2、S3、S4では、該基板が完全に除去さ
れている。さらに、撓み部11−1と11−3のそれぞ
れにおける、重錘部12の近傍には、拡散抵抗R1およ
びR3が形成されており、また、撓み部11−2および
11−4のそれぞれにおける、枠部10の近傍には、拡
散抵抗R2およびR4が形成されている。
拡散抵抗R1、R2、R3およびR4は、いずれも、そ
の長手方向が、対応する撓み部11−1.11−2.1
1−3および11−4の伸長方向と平行に配置されてお
り、また、大きな実効長を得るために、中央部で折り曲
げられた構造とされている。さらに、従来と同様に、こ
れらの拡散抵抗は、R1と日が、西端子13−1.13
−2.13−3および13−4を有するブリフジ回路の
一組の対辺を、また、R2とR4が、このブリッジ回路
の他の一組の対辺を、それぞれ構成するように、相互接
続されている。なお、第1図においても、各拡散抵抗と
、これらに対応する西端子13−1.13−2.13−
3および13−4との間を接続する配置が、細幅のパタ
ーンで示されている。
第1図の構造に押いて、重錘部12に対し、紙面に垂直
方向に、加速度に比例した力が加わった場合、撓み部に
おける重錘部12の近傍と枠部1oの近傍とでは、加わ
る応力の方向が異なる0例えば、重錘部12の近傍にお
いて圧縮応力が働くとすれば、枠部10の近傍では引張
応力が働く。その結果、重錘部12の近傍に形成されて
いる拡散抵抗R1およびR3と、枠部10の近傍に形成
されている拡散抵抗R2およびR4とでは、ピエゾ抵抗
変化の符号が逆となる。したがって、これらの拡散抵抗
から構成されるブリッジ回路から大きな出力信号が得ら
れることは、第3図に示した従来の加速度センサにおけ
るのと同様である。
しかしながら、第1図の実施例による本発明の加速度セ
ンサにおいては、おのおのの撓み部の幅(伸長方向に対
して垂直方向の長さ)は、従来の加速度センサとは異な
って、拡散抵抗の長手方向の長さによる制約を受けない
。この幅は、折り曲げられた拡散抵抗が形成可能な大き
さであれば、実際上は充分である。その結果、重錘部1
2に対して同じ大きさの力が印加された場合に、拡散抵
抗形成部分に加わる応力(T)の値は、第3図の加速度
センサより大きく、したがって、大きな出力信号が得ら
れる。具体的例を挙げると、第1図の加速度センサと第
3図の加速度センサとでは、撓み部の幅は、それぞれ0
.3+11および1.0龍で、同一抵抗値の拡散抵抗を
形成した場合、第1図の加速度センサの出力信号は第3
図の加速度センサの約3倍であった。
第1図に示した本発明の加速度センサにおいて実施され
ているような、撓み部に対する拡散抵抗との配置態様に
は、さらに次のような利点がある。
すなわち、第3図に示す従来の配置では、応力の方向と
電流の方向が同じである場合と異なる場合とで、ピエゾ
抵抗変化の符号が逆になることを利用しているが、この
ような現象が生じるのは、P型拡散抵抗の場合だけであ
る。一方、第1図に示す本発明の配置では、応力の方向
の違い(圧縮方向と引張り方向)による、ピエゾ抵抗変
化の符号の違いを利用しており、この現象は、P型およ
びN型いずれの拡散抵抗でも生じる。すなわち、本発明
の加速度センサにおいては、シリコン基板はN型および
P型のいずれでも用いることができる。
第2図は、第1図に示す本発明の加速度センサのA−0
断面およびB−0断面である。第2図に示すように、こ
の加速度センサは、上表面に酸化シリコン(Si02)
の保護層21が形成され、下部には枠部10と同じ形状
の枠部22−1を有する蓋部22が設けられ、両枠部1
0と22−1との間が接合層23で接続された構造を有
している。
なお、枠部10は、上記実施例のような四角形に限るこ
とはなく、その他の任意の多角形もしくは円環状でもよ
く、また、撓み部は11−1.11−2.11−3およ
び11−4の四つに限ることはなく、重錘部12を枠部
10に接続することにより支持可能な、少なくとも二つ
あればよい。さらに、拡散抵抗、例えばR1とR2を、
一つの撓み部、例えば11−1における重錘部12の近
傍と枠部10の近傍に、それぞれ設けてもよく、同様に
、拡散抵抗R3とR4を、他の撓み部11−2.11−
3および11−4の任意の一つにおける、重錘部12の
近傍および枠部10の近傍に、それぞれ設けてもよく、
これらの拡散抵抗R1、R2、R3、R4が、上記実施
例と同様のブリッジ回路を構成するように接続されてい
れば、同様の目的を達成することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、半導体加速度センサにおける撓み部の
幅を、ここに形成される拡散抵抗の長さとは無関係に、
小さくできるので、高感度のセンサを提供可能とする効
果がある。また、使用するシリコン基板を、その導電型
に無関係に選ぶことができ、製造プロセスの自由度を大
きくする効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、それぞれ、本発明の半導体加速
度センサの一実施例を示す平面図および断面図、 第3図は、従来の半導体加速度センサの構成を示す平面
図である。 図において、 10は枠部、 11−1と11−2と11−3と11−4は撓み部、1
2は重錘部、 13−1と13−2と13−3と13−4は端子、R1
と1?2とR3とR4は拡散抵抗、21は保護層、 22は蓋部、 22−1は枠部、 23は接合層 である。 第1図 、i項≦明の〃口速序亡ンすめ喚“元図第Z図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン基板を選択的に除去して形成された重錘
    部と該重錘部を囲む枠部と該重錘部と枠部とを接続する
    ように伸長する少なくとも2個の弾性変形可能な撓み部
    とから成り、該撓み部のおのおのに形成された長方形の
    拡散抵抗を有する加速度センサにおいて、 該拡散抵抗が、それぞれの長手方向を該撓み部の該伸長
    方向に一致するようにして、かつ、該重錘部近傍と該枠
    部近傍とに形成されていることを特徴とする半導体加速
    度センサ。
  2. (2)該拡散抵抗(R1・R3)が、それぞれ、該重錘
    部(12)の近傍に形成されている二つの撓み部(11
    −1および11−3)と、 該拡散抵抗(R2・R4)が、それぞれ、該枠部(10
    )の近傍に形成されている二つの撓み部(11−2およ
    び11−4) とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の半導体加速度センサ。
  3. (3)該拡散抵抗R1およびR3がブリッジ回路の一組
    の対辺を、また、該拡散抵抗R2およびR4が該ブリッ
    ジ回路の他の対辺を、それぞれ形成するように接続され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半
    導体加速度センサ。
  4. (4)該拡散抵抗は、長手方向に連結され,かつ、互い
    に平行をなすように、連結部分で180度折り曲げられ
    た、少なくとも2の長方形の構成要素から成ることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体加速度セン
    サ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5115292A (en) * 1988-09-02 1992-05-19 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Semiconductor sensor
JPH0830717B2 (ja) * 1989-02-27 1996-03-27 サンドストランド・コーポレイション 共平面プッシュプル力変換器を有する加速度計

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