JPS6323371A - 半導体歪検出器 - Google Patents
半導体歪検出器Info
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- JPS6323371A JPS6323371A JP16717786A JP16717786A JPS6323371A JP S6323371 A JPS6323371 A JP S6323371A JP 16717786 A JP16717786 A JP 16717786A JP 16717786 A JP16717786 A JP 16717786A JP S6323371 A JPS6323371 A JP S6323371A
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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。
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、多結晶シリコンを半導体歪ゲージとして用い
た半導体歪検出器に関する。
た半導体歪検出器に関する。
単結晶シリコンを半導体歪ゲージとして用いた半導体歪
検出器においては、その歪感度は温度に依存して大きく
変化する。そして歪感度の温度係数は半導体歪ゲージ中
のドーパント濃度に大きく依存しており、ドーバン）？
Ｗ度が高い程その温度係数は小さくなる。又、歪感度の
温度変化による影響を低減するためにドーバンＩ−Ｗ度
を高くすると、歪感度が小さくなるという問題があった
。そこで、従来では半導体歪ゲージを定電流駆動する事
によって温度補償を行っている。以下、第３図（ａ）に
示す回路図を用いてその原理を説明する。４つの半導体
歪ゲージＲｌ”” Ｒａにてブリッジ回路を構成し、そ
の回路に定電流■を印加しており、その出力電圧■。。
検出器においては、その歪感度は温度に依存して大きく
変化する。そして歪感度の温度係数は半導体歪ゲージ中
のドーパント濃度に大きく依存しており、ドーバン）？
Ｗ度が高い程その温度係数は小さくなる。又、歪感度の
温度変化による影響を低減するためにドーバンＩ−Ｗ度
を高くすると、歪感度が小さくなるという問題があった
。そこで、従来では半導体歪ゲージを定電流駆動する事
によって温度補償を行っている。以下、第３図（ａ）に
示す回路図を用いてその原理を説明する。４つの半導体
歪ゲージＲｌ”” Ｒａにてブリッジ回路を構成し、そ
の回路に定電流■を印加しており、その出力電圧■。。
、は次式のように表される。
Ｖ、、Ｌ＝Ｋ・Ｐ−１−Ｒ
ここで、Ｋ：圧力感度、Ｐ；印加圧力、Ｒ：半導体歪ゲ
ージの抵抗値。
ージの抵抗値。
そして、温度Ｔにおける出力電圧Ｖ６゜、は、抵抗温度
係数をα、歪感度温度係数をβとすると次式のようにな
る。
係数をα、歪感度温度係数をβとすると次式のようにな
る。
ＶｔＩＩＩＬ ＝Ｋ （Ｔｏ） （１＋β（Ｔ−Ｔｏ
））ＸＲ（Ｔｏ）（１＋α（Ｔ−Ｔｏ） ・Ｉ・Ｐ＝
Ｋ （Ｔｏ）Ｒ（Ｔｏ）（１＋ （α＋β）×（Ｔ−Ｔ
ｏ） ・Ｉ −Ｐ ・・−・・・（１）（１）
弐からα＋β＝０であれば出力電圧■。ｕ２が温度変化
の影響を受ける事がなくなり、第３図（ｂ）に示すドー
パント濃度に対する抵抗温度係数α及び歪感度温度係数
βの特性図において、α＋β＝０の関係をみたす、言い
換えると抵抗温度係数αと歪感度温度係数βの符号が反
対で、その絶対値が等しくなるようなドーパント濃度Ａ
、Ｂが存在するために、そのようなドーパント濃度Ａ度
を有する半導体歪ゲージを使用する事によって温度補償
を行っている。
））ＸＲ（Ｔｏ）（１＋α（Ｔ−Ｔｏ） ・Ｉ・Ｐ＝
Ｋ （Ｔｏ）Ｒ（Ｔｏ）（１＋ （α＋β）×（Ｔ−Ｔ
ｏ） ・Ｉ −Ｐ ・・−・・・（１）（１）
弐からα＋β＝０であれば出力電圧■。ｕ２が温度変化
の影響を受ける事がなくなり、第３図（ｂ）に示すドー
パント濃度に対する抵抗温度係数α及び歪感度温度係数
βの特性図において、α＋β＝０の関係をみたす、言い
換えると抵抗温度係数αと歪感度温度係数βの符号が反
対で、その絶対値が等しくなるようなドーパント濃度Ａ
、Ｂが存在するために、そのようなドーパント濃度Ａ度
を有する半導体歪ゲージを使用する事によって温度補償
を行っている。
しかしながら、多結晶シリコンを半導体歪ゲージとして
用いた半導体歪検出器においては、抵抗温度係数αと歪
感度温度係数βとの関係がα＋β＝Ｏを満たすようなド
ーパント濃度が存在せず、上記のように定電流駆動する
事によって温度補償するという手法が適用できないとい
う問題がある。
用いた半導体歪検出器においては、抵抗温度係数αと歪
感度温度係数βとの関係がα＋β＝Ｏを満たすようなド
ーパント濃度が存在せず、上記のように定電流駆動する
事によって温度補償するという手法が適用できないとい
う問題がある。
そこで本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、その
出力電圧が温度補償可能な半導体歪検出器を提供する事
を目的としている。
出力電圧が温度補償可能な半導体歪検出器を提供する事
を目的としている。
ｃ問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、本発明の半導体歪検出器
は、多結晶シリコンより成りブリフジ回路を構成する複
数の半導体歪ゲージと、前記ブリッジ回路の出力を増幅
する増幅回路とを備えており、前記増幅回路の利得決定
抵抗である入力抵抗の抵抗温度係数αが、前記半導体歪
ゲージの感度温度係数βに実質的に等しい事を特徴とし
ている。
は、多結晶シリコンより成りブリフジ回路を構成する複
数の半導体歪ゲージと、前記ブリッジ回路の出力を増幅
する増幅回路とを備えており、前記増幅回路の利得決定
抵抗である入力抵抗の抵抗温度係数αが、前記半導体歪
ゲージの感度温度係数βに実質的に等しい事を特徴とし
ている。
（作用）
そして、ブリッジ回路の出力電圧は半導体歪ゲージの感
度に比例し、温度の上昇と共に減少するが、上記の手段
によると、その温度変化に応じて増幅回路の利得が変化
するので、その出力電圧を温度に対して安定化する事が
できる。
度に比例し、温度の上昇と共に減少するが、上記の手段
によると、その温度変化に応じて増幅回路の利得が変化
するので、その出力電圧を温度に対して安定化する事が
できる。
以下、本発明を図面に示す実施例を用いて詳細に説明す
る。第１図は本発明の一実施例である半導体歪検出器の
電気回路図であり、引続き第２図は第１図中の点線で囲
んだ部分であるセンサチップｌＯＯで、同図（ａｌにそ
の上面図、同図（ｂ）にそのＡ−Ａ線断面図を示す。第
２図において、４は単結晶シリコン基板であり、例えば
ＣＺ法等によって製造されたインゴットをスライス、研
磨した後、エツチングによって起歪領域となる薄肉部を
形成したものである。３は単結晶シリコン基板４の主表
面に熱酸化法、ＣＶＤ法等によって形成された酸化シリ
コンよりなる絶縁層であり、その絶縁層３の表面上で起
歪領域に相当する部分には所定の位置に多結晶シリコン
歪ゲージ１が４つ形成されており、拡散リード５によっ
て配線され第１図に示すようにブリッジ回路を構成して
いる。尚、多結晶シリコン歪ゲージ１はＣＶＤ法、蒸着
法等によって形成された多結晶シリコンにボロン等の不
純物を所定の濃度導入する事によって形成されている。
る。第１図は本発明の一実施例である半導体歪検出器の
電気回路図であり、引続き第２図は第１図中の点線で囲
んだ部分であるセンサチップｌＯＯで、同図（ａｌにそ
の上面図、同図（ｂ）にそのＡ−Ａ線断面図を示す。第
２図において、４は単結晶シリコン基板であり、例えば
ＣＺ法等によって製造されたインゴットをスライス、研
磨した後、エツチングによって起歪領域となる薄肉部を
形成したものである。３は単結晶シリコン基板４の主表
面に熱酸化法、ＣＶＤ法等によって形成された酸化シリ
コンよりなる絶縁層であり、その絶縁層３の表面上で起
歪領域に相当する部分には所定の位置に多結晶シリコン
歪ゲージ１が４つ形成されており、拡散リード５によっ
て配線され第１図に示すようにブリッジ回路を構成して
いる。尚、多結晶シリコン歪ゲージ１はＣＶＤ法、蒸着
法等によって形成された多結晶シリコンにボロン等の不
純物を所定の濃度導入する事によって形成されている。
又、拡散リード５は絶縁層３上に形成された多結晶シリ
コンをパターン・エッチして製造したものであり、配線
抵抗を下げるためにその線幅を多結晶シリコン歪ゲージ
１の線幅より広くしてあり、又、そのドーパント濃度も
、多結晶シリコン歪ゲージ１の濃度より高くしである。
コンをパターン・エッチして製造したものであり、配線
抵抗を下げるためにその線幅を多結晶シリコン歪ゲージ
１の線幅より広くしてあり、又、そのドーパント濃度も
、多結晶シリコン歪ゲージ１の濃度より高くしである。
７ａ、７ｂは多結晶シリコンよりなる感温抵抗であり、
多結晶シリコン歪ゲージｌと同様の方法にて単結晶シリ
コン基板４の厚肉部上部の絶縁層３上に形成されており
、そのドーパント濃度はその抵抗温度係数αが、多結晶
シリコン歪ゲージ１の感度温度係数βに実質的に等しく
なるように調整されている。
多結晶シリコン歪ゲージｌと同様の方法にて単結晶シリ
コン基板４の厚肉部上部の絶縁層３上に形成されており
、そのドーパント濃度はその抵抗温度係数αが、多結晶
シリコン歪ゲージ１の感度温度係数βに実質的に等しく
なるように調整されている。
そして、多結晶シリコン歪ゲージ１、拡散り一ド５及び
感温抵抗７ａ、７ｂの表面上には熱酸化法、ＣＶＤ法、
スパッタ法等によって酸化シリコンよりなる保護膜２が
形成されている。６はアルミニウム電極であり、拡散リ
ード５上の所定の保護膜２にエツチングにより部分的に
コンタクトホールを形成し、露出した拡散リード５の表
面上にアルミニウムを蒸着したものである。又、第１図
において９は演算増幅器であり、上記した感温抵抗７ａ
、７ｂを入力抵抗、抵抗８ａを帰還抵抗、抵抗８ｂを分
圧抵抗として増幅回路を構成している。尚、抵抗８ａ、
８ｂは例えば金属皮膜抵抗等から成り、その温度係数が
無視できる程小さな値であるものとする。
感温抵抗７ａ、７ｂの表面上には熱酸化法、ＣＶＤ法、
スパッタ法等によって酸化シリコンよりなる保護膜２が
形成されている。６はアルミニウム電極であり、拡散リ
ード５上の所定の保護膜２にエツチングにより部分的に
コンタクトホールを形成し、露出した拡散リード５の表
面上にアルミニウムを蒸着したものである。又、第１図
において９は演算増幅器であり、上記した感温抵抗７ａ
、７ｂを入力抵抗、抵抗８ａを帰還抵抗、抵抗８ｂを分
圧抵抗として増幅回路を構成している。尚、抵抗８ａ、
８ｂは例えば金属皮膜抵抗等から成り、その温度係数が
無視できる程小さな値であるものとする。
ここで、感温抵抗７ａ、７ｂ、抵抗８ａ、８ｂの抵抗値
をそれぞれＲａ、Ｒｂとし、ブリフジ回路に印加する電
圧を■とした場合、増幅回路の出力電圧Ｖ ｏｕｔｚは
、 Ｒａ であり、多結晶シリコン歪ゲージ１と感温抵抗７ａ、７
ｂにおいては、その温度が略等しいと考え、温度Ｔの関
係としてＲａ、Ｋを表わすと、Ｒａ （Ｔ） −Ｒ（
Ｔｏ）（１＋ｃｒ （Ｔ−Ｔｏ））・・・・・・（３） Ｋ （Ｔ）＝Ｋ （Ｔｏ）（１＋β（Ｔ−Ｔｏ））・・
・・・・（４） となる。そこで、本例では感温抵抗７ａ、７ｂの抵抗温
度係数αと多結晶シリコン歪ゲージ１の感度温度係数β
の値がそのビー８フ１度を調整する事によってα−βと
なるように調整されているので、（２）乃至（４）式か
ら明らかなように、出力電圧■。ｕＬ□が温度変化の影
響を受ける事がなくなる。
をそれぞれＲａ、Ｒｂとし、ブリフジ回路に印加する電
圧を■とした場合、増幅回路の出力電圧Ｖ ｏｕｔｚは
、 Ｒａ であり、多結晶シリコン歪ゲージ１と感温抵抗７ａ、７
ｂにおいては、その温度が略等しいと考え、温度Ｔの関
係としてＲａ、Ｋを表わすと、Ｒａ （Ｔ） −Ｒ（
Ｔｏ）（１＋ｃｒ （Ｔ−Ｔｏ））・・・・・・（３） Ｋ （Ｔ）＝Ｋ （Ｔｏ）（１＋β（Ｔ−Ｔｏ））・・
・・・・（４） となる。そこで、本例では感温抵抗７ａ、７ｂの抵抗温
度係数αと多結晶シリコン歪ゲージ１の感度温度係数β
の値がそのビー８フ１度を調整する事によってα−βと
なるように調整されているので、（２）乃至（４）式か
ら明らかなように、出力電圧■。ｕＬ□が温度変化の影
響を受ける事がなくなる。
本発明らの実験によって測定された多結晶シリコンの抵
抗温度係数α及び感度温度係数βのドーパントｌ農度に
対する値を第４図に示す。本発明を採用するにあたって
、例えば多結晶シリコン歪ゲージ１のドーパント濃度を
Ｉ Ｘ １０ ”ｃｍ−’としてその感度温度係数βの
値を一２ｘｌＯ−”ａ□−７とした場合、感温抵抗７の
ドーパント濃度を約６×１０Ｉ８ｃｆｆＩ弓とすればよ
い事がわかる。
抗温度係数α及び感度温度係数βのドーパントｌ農度に
対する値を第４図に示す。本発明を採用するにあたって
、例えば多結晶シリコン歪ゲージ１のドーパント濃度を
Ｉ Ｘ １０ ”ｃｍ−’としてその感度温度係数βの
値を一２ｘｌＯ−”ａ□−７とした場合、感温抵抗７の
ドーパント濃度を約６×１０Ｉ８ｃｆｆＩ弓とすればよ
い事がわかる。
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。
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。
（１）基板としては、単結晶シリコン基板４でなくとも
他の材質、例えば多結晶シリコン、ステンレス、モリブ
デン等であってもよい。
他の材質、例えば多結晶シリコン、ステンレス、モリブ
デン等であってもよい。
（２）拡散リード５はアルミニウム配線であってもよい
。
。
（３）上記実施例は、絶縁層３上に島状に形成された多
結晶シリコン歪ゲージ１を備えた半導体歪検出器に本発
明を適用しているが、多結晶シリコン内にボロン等の不
純物をイオン注入法、あるいは拡散法により導入して形
成された半導体歪ゲージにも適用可能である。
結晶シリコン歪ゲージ１を備えた半導体歪検出器に本発
明を適用しているが、多結晶シリコン内にボロン等の不
純物をイオン注入法、あるいは拡散法により導入して形
成された半導体歪ゲージにも適用可能である。
（４）上記実施例においては多結晶シリコン歪ゲージ１
及び感温抵抗７ａ、７ｂとしてその感電型がＰ型のもの
を使用しているが、Ｎ型であってもよい。
及び感温抵抗７ａ、７ｂとしてその感電型がＰ型のもの
を使用しているが、Ｎ型であってもよい。
（５）上記実施例において多結晶シリコン歪ゲージ１及
び感温抵抗７ａ、７ｂを同一基板上に形成しているが、
言うまでもなく、抵抗８ａ、８ｂ、演算増幅器９も同一
基板上に形成してもよい。
び感温抵抗７ａ、７ｂを同一基板上に形成しているが、
言うまでもなく、抵抗８ａ、８ｂ、演算増幅器９も同一
基板上に形成してもよい。
以上述べた如く、本発明によれば、通常、ブリッジ回路
の出力電圧を増幅回路によって増幅している事に着目し
、その増幅回路の入力抵抗の抵抗温度係数を半導体歪ゲ
ージの感度温度係数に実質的に等しくする事によって、
温度変化に応じて増幅回路の利得を変化させており、出
力電圧を温度に対して安定化する事ができるという効果
がある。
の出力電圧を増幅回路によって増幅している事に着目し
、その増幅回路の入力抵抗の抵抗温度係数を半導体歪ゲ
ージの感度温度係数に実質的に等しくする事によって、
温度変化に応じて増幅回路の利得を変化させており、出
力電圧を温度に対して安定化する事ができるという効果
がある。
第１図は本発明の一実施例である半導体歪検出器の電気
回路図、第２図（ａｌは第１図中のセンサチップの上面
図、第２図（ｂｌは第２図（ａｌにおけるＡ−Ａ線断面
図、第３図（ａｌは従来技術の温度補償用の電気回路図
、第３図ｆｂｌは単結晶シリコンのドーパント濃度と温
度係数の関係図、第４図は多結晶シリコンのドーパント
濃度と温度係数の関係図である。 １・・・多結晶シリコン歪ゲージ、７・・・感温抵抗。 ８・・・抵抗、９・・・演算増幅器。 代理人弁理士 岡 部 隆 １００ルン゛す′千１つ１ 第１図 （ｂｌ 第２図 （ａ）（ｂｌ 第３図 ｙ −ｔｙ；ｌ−１−１ｆＬ（’） 第４図
回路図、第２図（ａｌは第１図中のセンサチップの上面
図、第２図（ｂｌは第２図（ａｌにおけるＡ−Ａ線断面
図、第３図（ａｌは従来技術の温度補償用の電気回路図
、第３図ｆｂｌは単結晶シリコンのドーパント濃度と温
度係数の関係図、第４図は多結晶シリコンのドーパント
濃度と温度係数の関係図である。 １・・・多結晶シリコン歪ゲージ、７・・・感温抵抗。 ８・・・抵抗、９・・・演算増幅器。 代理人弁理士 岡 部 隆 １００ルン゛す′千１つ１ 第１図 （ｂｌ 第２図 （ａ）（ｂｌ 第３図 ｙ −ｔｙ；ｌ−１−１ｆＬ（’） 第４図
Claims (2)
- （１）多結晶シリコンより成りブリッジ回路を構成する
複数の半導体歪ゲージと、前記ブリッジ回路の出力を増
幅する増幅回路とを備えており、前記増幅回路の利得決
定抵抗である入力抵抗の抵抗温度係数が、前記半導体歪
ゲージの感度温度係数に実質的に等しい事を特徴とする
半導体歪検出器。 - （２）上記半導体歪ゲージと、上記入力抵抗が同一基板
上に形成されている特許請求の範囲第１項記載の半導体
歪検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16717786A JPS6323371A (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | 半導体歪検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16717786A JPS6323371A (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | 半導体歪検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6323371A true JPS6323371A (ja) | 1988-01-30 |
Family
ID=15844847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16717786A Pending JPS6323371A (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | 半導体歪検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6323371A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02218171A (ja) * | 1989-02-17 | 1990-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサ |
| JPH0417374A (ja) * | 1990-05-10 | 1992-01-22 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体感圧素子 |
| US5622901A (en) * | 1990-02-08 | 1997-04-22 | Nippondenso Co., Ltd. | Method of forming a semiconductor strain sensor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53109488A (en) * | 1977-03-05 | 1978-09-25 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Mechanicalltooelectric converter |
| JPS59217375A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-07 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体機械−電気変換装置 |
-
1986
- 1986-07-16 JP JP16717786A patent/JPS6323371A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS53109488A (en) * | 1977-03-05 | 1978-09-25 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Mechanicalltooelectric converter |
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| JPH02218171A (ja) * | 1989-02-17 | 1990-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサ |
| US5622901A (en) * | 1990-02-08 | 1997-04-22 | Nippondenso Co., Ltd. | Method of forming a semiconductor strain sensor |
| JPH0417374A (ja) * | 1990-05-10 | 1992-01-22 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体感圧素子 |
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