JPS63229862A

JPS63229862A - 薄膜圧力センサの製造方法

Info

Publication number: JPS63229862A
Application number: JP6492187A
Authority: JP
Inventors: Aki Tabata; 亜紀田畑; Atsushi Tachika; 田近　淳; Makoto Kamaike; 蒲池　誠; Asatake Suzuki; 朝岳鈴木; Hiroshi Inagaki; 宏稲垣
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1988-09-26

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、薄膜圧力センサの製造方法に係り、特に零点
補償方法に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

半導体技術の進歩に伴い、シリコンやゲルマニウム等の
半導体のもつピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力セン
サが近年注目されている。

その１つとして、ステンレスでダイヤフラムを構成し、
このダイヤフラム上に絶縁層を介して感圧抵抗層として
アモルファスシリコン薄膜等の半導体薄膜を形成した薄
膜型圧力はンサが提案されている。

例えば、本発明者らの提案（特ｖＡ６１−１１１３７７
号）による薄膜型圧力センサ（以下″ａ膜圧力センサ）
は、第３図（ａ）および（ｂ）に示す如く、ステンレス
製のダイヤフラム１と、該ダイヤフラム１の表面に形成
された絶縁層としての酸化シリコン（ＳｉＯ２）層２と
、この上層にバインダ層としてのｐ型のアモルファスシ
リコンカーバイド（ａ−３ｉ　Ｃ）層３を介して形成さ
れたｎ型のマイクロクリスタルシリコン（μｃ−３ｉ）
層４からなる感圧抵抗層と、該感圧抵抗層に給電するた
めのアルミニウム層からなる電極配線パターン５とから
なるゲージ都立と、ゲージ都立を被覆保護するための酸
化シリコン層７からなるバッジベージコン膜とから構成
されている。

そして、ゲージ都立の感圧抵抗層４は４つの感圧抵抗層
パターンＲ１〜Ｒ４から構成されており、これらに給電
するための６つの電極配線パターンＥ１〜Ｅ６を有して
いる。このゲージ部を等価回路で示すと第４図に示す如
く、ブリッジ回路を構成しており、圧力に起因した歪に
よる感圧抵抗層の抵抗値変化によって生じる電極配線パ
ターンＥ２とＲ５との間の電圧変化を検出でることによ
り圧力を測定するようになっている。

すなわち、無負荷Ｒ（歪のない時）、各感圧抵抗層パタ
ーンＲ１〜Ｒ４の抵抗値はすべて等しくＲとしておく。

仮に、第５図に示す如く圧力Ｐがダイヤフラム１に作用
したとすると感圧抵抗層パターンＲ１とＲ３がダイヤフ
ラムの周辺部に、そして感圧抵抗層パターンＲ２とＲ４
とが中央部に配されるＭ４造となっているため、感圧抵
抗層パターンＲ１とＲ３は圧縮応力を受け、Ｒ十へＲと
なる一方、感圧抵抗層パターンＲ２とＲ４は引っ張り応
力を受けてＲ−ΔＲとなる。

電極配線パターンＥ１．Ｅ６間にＶｉｎを印加するもの
とすると、無負荷時には４つの感圧抵抗層パターンＲ１
，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はすべて等しい故、電極配線パター
ンＥ２．Ｅ５間の電位は等しくこれらの間の電圧はＶ＝
○である。

従って第５図に示す圧力Ｐの如き負荷がかかったとき、
感圧抵抗層パターンＲ１，Ｒ３はＲ＋ΔＲ１感圧抵抗層
パターンＲ２，Ｒ４はＲ−ΔＲとなり、電極配線パター
ンＥ２．Ｅ５間の電圧Ｖ＝２（ΔＲ／Ｒ）−Ｖｉｎとな
る。

このようにして負荷に応じた電圧が出力され、アンプ部
（図示せず）で増幅等の処理がなされ、外部回路に出力
せしめられる。

このようなセンサでは、感圧抵抗層パターンＲ１〜Ｒ４
のもつ抵抗値は全て一定でなければならないが、製造工
程においてわずかなばらつきが生じることがある。

そこで、このようなセンサでは、検出精度を高めるため
に、零点調整がなされるが、通常は、電源とセンサのゲ
ージ部との間に外付は抵抗を付加することによってなさ
れている。

しかしながら、ゲージ部と外付は抵抗との温度係数が違
う場合には、更に温度補償用抵抗が必要となり、装置が
複雑でかつ大型化するという問題があり、本発明者らは
薄膜圧力センサの製造に際し、第６図に示す如く感圧抵
抗層Ｒ１・・・Ｒ４と同一材料で零点調整用の抵抗ＲＭ
１・・・ＲＭ７を形成しておき、センサ形成後に、これ
らの抵抗を取捨選択あるいはトリミング（修正）するこ
とにより、零点調整を行うという方法を提案している（
特願昭６１−２４９３１６号）。

ところでこのようなセンサでは、感圧抵抗層パターンと
補償用抵抗を同一ダイヤフラム面内に同時に形成するた
め、温度補償抵抗が不用となり、また、修正が容易であ
る等の特徴を有している反面、補償用抵抗を配置するこ
とのできる面積は限られており、補償用抵抗パターンを
第７図に示す如く線幅Ｗを大きくするのは不可能である
し、また、補償抵抗の数を増やすことも困難である。従
って、従来の補償用パターンでは、ピッチが大きく微調
が不可能でありオフセットの値に対応しきれず、外付は
抵抗や外部回路によって補償し直さねばならないという
問題があった。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、零点調整が
容易で、測定精度の優れた薄膜圧力センサを提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では、薄膜圧力センサの製造に際し、感圧
抵抗層と同一材料で零点調整用の粗調パターンと微調パ
ターンとを形成しておき、セン１ノ形成後、該ず粗調パ
ターンを取捨選択して粗調整を行い、続いて、微調パタ
ーンを取捨選択して微調整を行うようにしている。

望ましくは、零点調整用の各パターンをくの字状又はコ
の字状等に湾曲せしめて形成−リ゛ることにより実質的
線幅を大きくする。

〔作用〕

づなりも、この方法によれば粗調パターンと微調パター
ンとを用いることにより、限られた領域の中で、調整ピ
ッチを小刻みにすることができ容易に高精度の抵抗値調
整ができる。調整に際しても、必要に応じて配線のボン
デイ−ング位置（電極）を選択すればよい。

また、更に微調整が必要な場合には、レーザ等を用い調
整用の抵抗パターンを削る等の修正を行えばよい。

従って、外付は回路等を用いることなく、容易にオフセ
ット電圧を大幅に低減することができ、センサ特性の向
上をはかることが可能となる。

〔実施例］以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

まず、通常の工程に従って、ステンレスダイヤフラム上
に粗調用抵抗パターンと微調用抵抗パターンとを含む薄
膜圧力センサを作成する。

この薄膜圧力センサは、第１図（ａ）および（ｂ）に示
す如く、ステンレスダイヤフラム１上に絶縁１俗２とし
ての酸化シリコン層を介して、ゲージ層としてｎ型多結
晶シリコンからなる感圧抵抗層パターンＲ１〜Ｒ４およ
びアルミニウム層・からなる電極配線パターンＥ１〜Ｅ
７を形成すると同時に、電極配線パターンＥ４とＥ６と
の間にこれと同一材料からなるくの字状の調整用電極パ
ターンＥＭ１〜ＥＭ７と、各調整用電極の間に配置され
た感圧抵抗層パターンと同一材料からなるくの字状の粗
調用（抵抗）パターンＴＭ１・・・ＴＭ８と、電極配線
パターンＥ１とＥ３との間に配置された微調用（抵抗）
パターンＳＲとを形成しゲージ部を構成する。電極配線
パターンＥ７はブリッジ解放用電極であり、各パターン
の抵抗値測定後、ワイヤボンディングにより電極配線パ
ターンＥ５と短絡される。

これら粗調用抵抗パターンと微調用抵抗パターンは感圧
抵抗層パターンの形成と同時に形成され、調整用電極パ
ターンも電極配線パターンの形成と同一工程で形成され
る。

なお、粗調用抵抗パターンは、第２図に拡大図を示すよ
うに夫々調整用電極パターンの間に位置し、パターン幅
がくの字の長さずなわちＷ１＋Ｗ２であり長さは調整用
電極パターンの間隙１０に相当する。

これは、同一スペース内に形成されていた従来の長さＷ
Ｏの直線状パターンである調整用抵抗パターン第７図を
参照すると明らかなように、パターン幅がＷ　１　＋　
Ｗ２　＞　Ｗｏでパターン長Ｊｌｏが同Ｏじであるため１個当りの抵抗値は□倍ｗｌ　＋ｗ２となり、調整ピッチを小さくすることができる。

ここで感圧抵抗層パターン（ゲージ）のパターン幅をａ
パターン長をＪｌｏとし、抵抗１＋ａをＲとすると、こ
の調整用抵抗パターンの抵抗値はＲｘａ中Ｊｌ。

了Ｔｗ丁であったのがこの粗調用パターンでもＲｏ　ａ
−１゜ −ＩＡＮ＋Ｗ２と小さくなっている。

また、微調用抵抗パターンは２つの電株配線パターンを
くし状に変形し、その間に形成されているため、パター
ン幅が更に大きくなっており、極めて小さな抵抗値をも
つ。このくし歯をさらに細いものにし数を増大せしめる
ことにより、実質的パターン幅を増大せしめるようにす
れば、更に抵抗値は小さくなる。

このような粗調用パターンと微調用パターンとをもつ薄
膜圧力センサを形成した後、４つの感圧抵抗層パターン
（ゲージ）Ｒ１〜Ｒ及び粗調用抵抗パターン（Ｅ４−Ｅ
６間）と微調用抵抗パターンの抵抗値を測定する。

そして、Ｒ１〜Ｒ４の値からオフセットを零にするのに
必要な補償抵抗値を算出し、その値に合うように調整用
電極を選択し微調用抵抗パターンを使用するか否かも決
める。

このようにして、第１図（０に示す如く、ワイヤボンデ
ィングで電滲間を短絡する。ここではＲ２に′ｇ調田川
抵抗パターンＴＭ＞を５ヶ加え、Ｒ４に微調用１１Ｌ抗
パターンを加えて補償を行っている。

第１図ｆｄ）はこのようにして形成された薄膜圧力はン
１すのオフセット電圧Ａと補正前の薄膜圧力レンツのオ
フセット電圧Ｂとの比較図であるが、この図からも、本
フチ明によればオフセット電圧が大幅に低減されている
ことがわかる。

このように、２段階で調整しているため極めて容易に高
精度の零点補償が可能となり、楊めて測定精度の高い薄
膜圧力センサを容易に得ることができる。

なお、実施例では、粗調用抵抗パターンをくの字状に湾
曲せしめたが、直線でもよく、また湾曲さける場合にも
必ずしもこの形状に限定されるものではなく、くの字状
を複数個連結したジグザグ状とづる等、湾曲により全長
（実際上はパターン幅となる）を限られた面積の中で長
くＪ−るような形状であれば適宜変形可能である。

また、実施例では、電漫間をワイヤボンディングで短絡
し電極に直接リード線を半田付づる方法を用いたが、リ
ード線取出し用のパッドを有する端子台をダイヤフラム
上に貼り付け、選択した電極とパッドをワイヤボンディ
ングで短絡げるようにしてもよい。尚、配線用の端子台
位置はダイヤフラム上である必要はなく外部にあっても
構わない。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、粗調用パタ
ーンと微調用パターンとを感圧抵抗層のパターンと同一
工程で形成しておき、薄膜圧力センサ形成後に、粗調用
パターンを取捨選択して粗ｗ４整を行った後、更に、微
調用パターンを取捨選択して微調整を行うようにしてい
るため、容易に高精度の薄膜圧力センサを得ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は、本発明実施例の薄膜圧力
センサの零点補償前の状態を示す図（第１図［ｂ）は第
１図ｆａ）のＡ−ＡＦＪｉ而図）面第１図（Ｃ）は同薄
膜圧力センサの零点補償後の状態を示１ｙ図、第１図ｆ
ｄ）は、第１図ｆｃ）に示した薄膜圧力はンサと補正前
の薄膜圧力センサのオフセット電圧の比較図、第２図は
、同センサの粗調用パターンを示１゛図、第３図（ａ）
および（ｂ）は従来の薄膜圧力センサを示す図、第４図
は同センサの等価回路図、第５図は、負荷がかかった時
の状態を示す図で、第６図は零点調整用の抵抗を設けた
従来の薄膜圧力センサを示す図、第７図は同センサの零
点調整用パターンを示す図である。１・・・ダイヤフラム、２・・・絶縁層、３・・・バイ
ンダ層、４・・・感圧抵抗層、５・・・電極配線パター
ン、旦・・・ゲージ部、７・・・酸化シリコン層、Ｒ１
−Ｒ４・・・感圧抵抗層パターン、Ｅ１〜Ｅ６゜Ｅ７・
・・電極配線パターン、ＲＭ１〜ＲＭ７・・・零点調整
用の抵抗、ＥＭ１〜ＥＭ７・・・調整用電極、ＴＭ１〜
ＴＭ８・・・粗調用（抵抗）パターン、ＳＲ・・・微調
用パターン。第１図（ｂ）第１図（Ｃ）第１図（ｄ）第２図第３図（ａ）第３図（ｂ）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ダイヤフラム上に半導体薄膜からなる感圧抵抗層
のパターンを配設し、センサ部を構成するようにした薄
膜圧力センサの製造方法において、感圧抵抗層の形成材
料と同一材料を用いてダイヤフラム上に形成される粗調
用パターンと微調用パターンとからなる調整用抵抗パタ
ーンを具えたセンサ部を形成する工程と、感圧抵抗層のパターンの抵抗値を測定し、この測定値に
応じて粗調用パターンを取捨選択し、零点調整を行う粗
調整工程と、更に、微調用パターンを取捨選択し零点調整を行う微調
整工程とを含むことを特徴とする薄膜圧力センサの製造
方法。
（２）前記粗調用パターンは、湾曲部を有するようにわ
ずかな間隙を有して並行する２つの電極間に配設された
実質的幅広のパターンであることを特徴とする特許請求
の範囲第（１）項記載の薄膜圧力センサの製造方法。
（３）前記微調用パターンは、互いにかみ合うように配
設された２つのくし形電極の間に配設された実質的幅広
のパターンであることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の薄膜圧力センサの製造方法。