WO2015072189A1 - 圧力センサー、圧力センシングシステム、および圧力センサーの製造方法 - Google Patents

圧力センサー、圧力センシングシステム、および圧力センサーの製造方法 Download PDF

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WO2015072189A1
WO2015072189A1 PCT/JP2014/071066 JP2014071066W WO2015072189A1 WO 2015072189 A1 WO2015072189 A1 WO 2015072189A1 JP 2014071066 W JP2014071066 W JP 2014071066W WO 2015072189 A1 WO2015072189 A1 WO 2015072189A1
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WO
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pressure sensor
resistance value
change
piezoresistor
resistance
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PCT/JP2014/071066
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English (en)
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Inventor
直樹 福永
夏秋　和弘
好郎 武田
青山　浩二
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シャープ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
    • G01L9/065—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices with temperature compensating means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor including a piezoresistor, a pressure sensing system including the pressure sensor, and a method for manufacturing the pressure sensor.
  • Some pressure sensors utilize piezoresistors, and examples include semiconductor pressure sensors described in Patent Documents 1 and 2.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor pressure sensor 100 described in Patent Document 1 according to the prior art.
  • the semiconductor pressure sensor 100 uses a silicon on insulator (SOI) wafer in which a silicon layer 103 is formed on a silicon substrate 101 via a silicon oxide film 102. Then, anisotropic etching is performed from the back surface of the silicon substrate 101 to process the thin diaphragm portion 104 while leaving a substrate having a predetermined thickness as a stopper 106 under the silicon oxide film 102. Next, an opening 107 is formed in a part of the stopper 106 by etching, and the silicon oxide film 102 is removed by etching through the opening 107 in a lateral direction to a distance that determines the diameter of the thin diaphragm. Thereafter, a diffusion resistance layer 105 is formed on the silicon layer 103.
  • SOI silicon on insulator
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the semiconductor pressure sensor 200 described in Patent Document 2 according to the related art, (a) is a cross-sectional view, and (b) is a plan view of the main part of (a).
  • the semiconductor pressure sensor 200 uses polycrystalline silicon (polysilicon) as the resistance layer 218.
  • the cavity 223 is provided by removing a part of the insulator layer 211, and the resistance layer 218 functions as a diaphragm in the semiconductor pressure sensor 200. .
  • the pressure sensors described above generate stress in the piezoresistor when subjected to pressure, and measure the pressure by outputting a voltage corresponding to the stress.
  • the pressure sensor is strongly required by the market to output an accurate voltage corresponding to the received pressure.
  • the above-described conventional pressure sensor has a problem that the voltage to be output varies depending on the environmental temperature, so that an accurate voltage corresponding to the received pressure cannot be output and the pressure cannot be measured accurately.
  • the output voltage of the pressure sensor rises when the environmental temperature rises (shifts).
  • the increase in output voltage when the environmental temperature is shifted by 1 ° C. is equivalent to a shift of 2.6 mbar in terms of atmospheric pressure.
  • Patent Documents 1 and 2 do not disclose or suggest the problem or a configuration that solves the problem.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a pressure sensor, a pressure sensing system, and a pressure sensor manufacturing method capable of accurately measuring pressure regardless of the environmental temperature.
  • a pressure sensor is a pressure sensor including a piezoresistor, and the environmental temperature when the piezoresistor receives stress due to a change in environmental temperature.
  • a change in the resistance value of the piezoresistor with respect to a change in the piezoresistor is obtained, and a compensation value for reducing the change in the resistance value is obtained.
  • the resistance value of the piezoresistor Based on the correspondence relationship, the resistance value corresponding to the same temperature coefficient as the compensation value is set.
  • a pressure sensing system includes the pressure sensor and a signal processing circuit that processes a voltage signal output from the pressure sensor, and the resistance value is a temperature coefficient of the signal processing circuit. It is further set to cancel.
  • a method for manufacturing a pressure sensor is a method for manufacturing a pressure sensor having a piezoresistor, the change in the environmental temperature when the piezoresistor is stressed by a change in the environmental temperature. Determining a change in the resistance value of the piezoresistor, a step of determining a compensation value for reducing the change in the resistance value, a resistance value of the piezoresistor, and a temperature coefficient and a resistance value of the piezoresistor. And setting to a resistance value corresponding to the same temperature coefficient as the compensation value based on the correspondence relationship.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a pressure sensor according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows typically the structure of the diaphragm part which the pressure sensor shown by FIG. 1 has, (a) is a top view, (b) is sectional drawing, (c) is a graph of the stress corresponding to (b). Show.
  • It is a circuit diagram which shows the structure of the measurement circuit which measures the change of the pressure which the pressure sensor shown by FIG. 1 receives by the change of a voltage.
  • FIG. 2 is a correlation diagram showing a relationship between a resistance value of a resistance layer and a temperature coefficient of the resistance layer in the pressure sensor shown in FIG. 1. It is a flowchart which shows the manufacturing method of the pressure sensor shown by FIG.
  • Embodiment 1 The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the pressure sensor 1 of the present embodiment.
  • the XYZ axes shown in FIG. 1 correspond to the XYZ axes shown in the drawings other than FIG.
  • the pressure sensor 1 is formed on a silicon semiconductor substrate 11, an oxide film 12 formed on the top of the silicon semiconductor substrate 11 (on the positive direction side of the Z axis), and on the top of the oxide film 12.
  • the silicon layer 13, the oxide film 14 formed on the silicon layer 13, the polysilicon layer 15 formed on the entire upper surface of the oxide film 14, and the polysilicon layer 15 are formed by a method such as ion implantation.
  • a resistance layer 16 (piezoresistor, polysilicon resistor) serving as a piezoresistor is provided.
  • a hollow portion A is formed in the silicon semiconductor substrate 11 under the resistance layer 16 (on the negative side of the Z axis) by wet or dry etching.
  • the inside of the hollow part A is a vacuum.
  • the pressure sensor 1 further includes, for example, a glass 17 bonded to the back surface (the negative direction side of the Z axis) of the silicon semiconductor substrate 11 in which the hollow portion A is formed, but is not limited to this configuration. Absent.
  • the pressure sensor 1 may include a member other than the glass 17 bonded to the back surface of the silicon semiconductor substrate 11 as long as the inside of the hollow portion A can be evacuated.
  • the pressure sensor 1 has a diaphragm portion D (a portion that bends under pressure) above the hollow portion A (on the positive side of the Z axis).
  • the diaphragm portion D includes a part of the silicon layer 13, a part of the oxide film 14, a part of the polysilicon layer 15, and a part of the resistance layer 16.
  • FIG. 2A and 2B are diagrams schematically showing a configuration of the diaphragm portion D included in the pressure sensor 1 shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view, and FIG. The corresponding stress graph is shown.
  • the diaphragm portion D is provided with four resistors Ra to Rd (piezoresistors, polysilicon resistors) on the surface on the positive side of the Z axis.
  • the resistors Ra to Rd are the same as the resistor layer 16, and are illustrated as four resistors for the sake of explanation.
  • the stress ⁇ x ⁇ ⁇ y is negative at the center of the diaphragm portion D and positive at the end of the diaphragm portion D.
  • the stress ⁇ x ⁇ ⁇ y also acts on the resistors Ra to Rd provided in the diaphragm portion D. Further, the resistance values of the resistors Ra to Rd (resistance values of the resistance layer 16) change in proportion to the stresses ⁇ x and ⁇ y.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a measurement circuit 2 (signal processing circuit) that measures a change in pressure received by the pressure sensor 1 shown in FIG. 1 by a change in voltage.
  • the measurement circuit 2 includes resistors Ra to Rd constituting a Wheatstone bridge and a constant current source S that supplies a current i to the Wheatstone bridge.
  • the relationship among the output voltage Vo, the current i, and the resistance values of the resistors Ra to Rd is expressed by the following equation (1).
  • the resistance values of the resistors Ra to Rd are simply described as Ra to Rd, respectively.
  • Vo ⁇ (Ra ⁇ Rc ⁇ Rb ⁇ Rd) / (Ra + Rb + Rc + Rd) ⁇ ⁇ i (1)
  • the pressure received by the pressure sensor 1 is output as an output voltage Vo proportional to the pressure.
  • the resistance value of the resistance layer 16 (resistances Ra to Rd) is determined by the amount of ions implanted into the polysilicon layer 15. In the pressure sensor 1, the ion implantation amount is determined so that the pressure can be accurately measured regardless of the environmental temperature.
  • FIG. 4 is a correlation diagram showing the relationship (correspondence) between the resistance value of the resistance layer 16 and the temperature coefficient of the resistance layer 16 in the pressure sensor 1 shown in FIG.
  • the temperature coefficient means the rate of change of the resistance value with respect to the temperature change of the resistance layer 16, and the unit is “ppm / ° C.”.
  • the resistance value of the resistance layer 16 increases by about 10 ⁇ 400 ⁇ 10 ⁇ 6 k ⁇ when the environmental temperature changes by 1 ° C.
  • the resistance value of the resistance layer 16 is set to have a desired temperature coefficient using the correlation diagram of FIG. In other words, the above-described ion implantation amount is set so that the temperature coefficient of the resistance layer 16 becomes a desired temperature coefficient.
  • the resistance value of the resistance layer 16 is set by the following procedures (1) to (4). (1) In the resistance layer 16, the stress generated by the change in the temperature of the environment in which the pressure sensor 1 is used (hereinafter, environmental temperature) is obtained.
  • the stress is generated between the glass 17 and the silicon semiconductor substrate 11. This is because the thermal expansion coefficient of the glass 17 and the thermal expansion coefficient of the silicon semiconductor substrate 11 are different. And this stress is calculated
  • the rate of change is obtained from the piezoresistance effect.
  • the rate of change is determined to be +300 ppm / ° C., for example, in the pressure sensor 1 having the configuration shown in FIG. (3)
  • a compensation value is obtained such that the sum of the rate of change obtained in (2) above is approximately zero.
  • a compensation value for reducing a change in the resistance value of the resistance layer 16 with respect to the change in the environmental temperature when the resistance layer 16 receives stress due to the change in the environmental temperature is obtained.
  • the compensation value is determined to be ⁇ 300 ppm / ° C.
  • the temperature when the resistance value of the resistance layer 16 is the compensation value obtained in (3) above in the correlation diagram between the resistance value of the polysilicon resistor and the temperature coefficient shown in FIG. Set the resistance value corresponding to the coefficient.
  • the resistance value of the resistance layer 16 is set to a resistance value corresponding to the same temperature coefficient as the compensation value based on the correspondence relationship between the temperature coefficient of the resistance layer 16 and the resistance value.
  • the compensation value is determined to be ⁇ 300 ppm / ° C., it corresponds to the temperature coefficient when the vertical axis temperature coefficient is ⁇ 300 ppm / ° C. in the correlation diagram of FIG.
  • the resistance value 50 k ⁇ on the horizontal axis is set as the resistance value of the resistance layer 16. For example, if the compensation value is found to be approximately 0 in (3) (that is, the rate of change is approximately 0 in (2) above), the resistance value of the resistance layer 16 is set to 30 k ⁇ . Is done.
  • the resistance value of the resistance layer 16 changes according to the following changes (a) to (b).
  • the change in the resistance value of the resistance layer 16 due to the change in the above (a) to (b) is due to the resistance layer 16 when the pressure sensor 1 receives pressure. Therefore, it is preferable that the change is small in order to accurately measure the pressure received by the pressure sensor 1.
  • the pressure sensor 1 having the above-described configuration operates so that the sum of the following (A) and the following (B) becomes approximately zero.
  • ⁇ Change in resistance value of resistance layer 16 due to change in stress caused by change in environmental temperature Therefore, the resistance value of resistance layer 16 is the environmental temperature It does not change with changes.
  • the resistance value of the piezoresistor and the temperature coefficient have a positive correlation. Therefore, in the piezoresistor, when the temperature coefficient decreases, the resistance value of the piezoresistor also decreases. For this reason, when the piezoresistor is reduced, the voltage output from the piezoresistor is also reduced, so that the pressure sensitivity of the pressure sensor is lowered.
  • the resistance value of the piezoresistor of a conventional pressure sensor is about 30 k ⁇ , and the temperature coefficient of the piezoresistor is about 2500 ppm / ° C. If the resistance value is 10 k ⁇ , the temperature coefficient decreases to about 900 ppm / ° C. and the temperature drift decreases, but the pressure sensitivity also decreases. That is, in the conventional pressure sensor, pressure sensitivity and temperature drift are in a trade-off relationship.
  • the resistance value and the temperature coefficient of the resistance layer 16 have a negative correlation (correspondence) as shown in FIG. Therefore, even if the temperature coefficient of the resistance layer 16 is reduced, the resistance value of the resistance layer 16 is not reduced. Therefore, there is room for setting the resistance value of the resistance layer 16 in (4) above without lowering the pressure sensitivity of the pressure sensor.
  • polysilicon has a boundary between crystals, unlike a silicon single crystal, and therefore has a different tendency of change in crystal structure with respect to temperature.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a manufacturing method of the pressure sensor 1 shown in FIG.
  • a silicon semiconductor substrate 11, an oxide film 12, a silicon layer 13, an oxide film 14, and a polysilicon layer 15 are stacked (step S101).
  • step S 102 the position where the resistance layer 16 to be piezoresistive is formed is determined.
  • the stress generated by the change of the environmental temperature is specified by experiment or calculation (step S103).
  • step S104 the change rate of the resistance value of the resistance layer 16 when subjected to the specified stress is specified from the piezoresistance effect (step S104).
  • step S105 a compensation value that compensates for the change rate specified in step S104 (a sum of the change rate and the change rate becomes approximately 0) is specified (step S105).
  • the resistance value of the resistance layer 16 is the resistance value on the horizontal axis corresponding to the temperature coefficient on the vertical axis when the temperature coefficient on the vertical axis is the compensation value obtained in step S105 in the correlation diagram of FIG. (Step S106).
  • a resistance layer 16 having a resistance value set in the polysilicon layer 15 is formed by a method such as ion implantation (step S107).
  • the silicon semiconductor substrate 11 under the piezoresistor (the negative direction side of the Z axis) is etched from the back surface (the negative direction side of the Z axis) of the pressure sensor 1 using a wet or dry etching method.
  • A is formed (step S108).
  • the oxide film 12 functions as an etching stop layer of silicon.
  • step S109 a part of the oxide film 12 is removed using a wet or dry etching method.
  • the glass 17 is bonded in a vacuum state from the back surface (surface on the negative direction side of the Z-axis) of the silicon semiconductor substrate 11 (step S110).
  • the pressure sensor 1 is completed by the above step S110.
  • Step S104 Step of obtaining a change in resistance value
  • Step S105 Step of obtaining a compensation value
  • Step S106 Step of setting a resistance value ⁇ Effect of the pressure sensor 1> According to the present embodiment, the pressure can be accurately measured regardless of the environmental temperature.
  • the above-described silicon semiconductor substrate 11, the oxide film 12, and the silicon layer 13 constitute an SOI (Silicon On Insulator) substrate. That is, it can be said that the oxide film 14 is formed on the SOI substrate.
  • SOI Silicon On Insulator
  • the thickness of the silicon layer 13 is about 10 ⁇ m.
  • the above-described polysilicon layer 15 is left on the entire surface of the pressure sensor 1 (on the positive side of the Z axis). With this configuration, the mechanical strength of the pressure sensor 1 is increased.
  • resistance layer 16 may be connected by metal wiring (not shown).
  • the temperature coefficient of the resistance layer 16 is preferably set to ⁇ 500 ppm / ° C. or more and +500 ppm / ° C. or less.
  • the temperature coefficient of ⁇ 500 ppm / ° C. corresponds to the pressure sensor 1 receiving a pressure of ⁇ 5 Pascal. Further, the fact that the pressure sensor 1 receives a pressure of ⁇ 5 Pascals corresponds to the movement of the pressure sensor 1 by ⁇ 50 cm in the vertical direction.
  • the pressure sensor 1 can measure the altitude at which the pressure sensor 1 is placed with an accuracy of at least 50 cm. With this accuracy, when the user of the pressure sensor 1 wants to detect the floor of the building, the user can obtain an appropriate detection result.
  • the measurement circuit 2 described above has temperature characteristics as with the resistance layer 16. That is, the output voltage Vo (voltage signal) of the measurement circuit 2 changes when the environmental temperature changes.
  • the resistance value of the resistance layer 16 is determined so as to cancel the change in the resistance value when the stress generated by the change in the environmental temperature is received and to cancel the temperature coefficient of the measurement circuit 2. Also good. Thereby, temperature drift can be suppressed as the whole pressure sensing system which combined pressure sensor 1 and measuring circuit 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the pressure sensor 1a of the present embodiment.
  • the polysilicon layer 15 is removed leaving a portion where the resistance layer 16a (piezoresistor, polysilicon resistor) is formed. Is different.
  • the pressure sensor 1a can be manufactured by a manufacturing method in which an etching process of the polysilicon layer 15 is added to the manufacturing method of the pressure sensor 1a shown in FIG.
  • the resistance layer 16a is formed in all parts of the polysilicon layer 15 remaining after being removed, and the polysilicon layer 15 is bonded to a part of the surface of the diaphragm portion D.
  • the deflection of the diaphragm portion D is larger than that of the pressure sensor 1 even when receiving the same pressure.
  • the pressure sensitivity of the pressure sensor 1 a is also greater than that of the pressure sensor 1.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the pressure sensor 1b of the present embodiment.
  • the resistance layer 18 (piezoresistance, silicon resistance) is formed in the silicon layer 13 of the diaphragm portion D.
  • the resistance layer 16b (piezoresistor, polysilicon resistor) is formed on the polysilicon layer 15 other than the diaphragm portion D.
  • the resistance layer 18 and the resistance layer 16b are connected in series. The above points are different from the pressure sensors 1 and 1a.
  • the resistance layer 18 and the resistance layer 16b are connected through the oxide film 14, but may be electrically connected and are not limited to the connection through the oxide film 14. .
  • the polysilicon layer 15 is removed leaving a portion where the resistance layer 16b is formed, but is not limited to this configuration. For example, when it is desired to increase the mechanical strength, the polysilicon layer 15 may not be removed.
  • the stress caused by the pressure received by the pressure sensor 1b acts on the resistance layer 18, but does not act on the resistance layer 16b.
  • the linearity of the change in voltage output from the resistance (hereinafter referred to as coupling resistance) connecting the resistance layer 18 and the resistance layer 16b in accordance with the change in pressure received by the pressure sensor 1b is also the linearity in the resistance layer 18. Similarly to the above, the linearity in the resistance layer 16b is higher.
  • the coupling resistance is a resistance in which the resistance layer 18 and the resistance layer 16b are connected in series
  • the correspondence between the resistance value of the coupling resistance and the temperature characteristic is the relationship between the resistance value of the resistance layer 18 and the temperature characteristic. Compared with the correspondence relationship, it becomes closer to the correspondence relationship between the resistance value of the resistance layer 16b and the temperature characteristic.
  • the temperature characteristic in the resistance layer 18 is complemented by the temperature characteristic in the resistance layer 16b.
  • the pressure sensors 1, 1 a, 1 b are pressure sensors having piezoresistors (resistance layers 16, 16 a, 16 b, 18, resistors Ra to Rd), and the above piezos are detected by changes in environmental temperature.
  • a change in the resistance value of the piezoresistor with respect to a change in the environmental temperature is obtained, a compensation value for reducing the change in the resistance value is obtained, and the resistance value of the piezoresistor is The resistance value corresponding to the same temperature coefficient as the compensation value is set based on the correspondence (correlation) between the temperature coefficient of the piezoresistor and the resistance value.
  • the pressure sensor when the pressure sensor receives a pressure, a stress corresponding to the pressure acts on the piezoresistance.
  • the piezoresistor outputs a voltage corresponding to the stress.
  • the pressure sensor measures the pressure received based on the voltage output from the piezoresistor.
  • the resistance value of the piezoresistor changes with changes in the environmental temperature.
  • the resistance value of the piezoresistor changes due to a change in stress generated by a change in environmental temperature. This change in stress is caused by the occurrence of stress between the joined members having different thermal expansion coefficients of the pressure sensor when the environmental temperature changes.
  • the resistance value of the piezoresistor varies with the following changes (a) to (b).
  • the change in the resistance value of the piezoresistor due to the change in (a) to (b) above is the piezoresistance when the pressure sensor receives pressure.
  • the change is preferably small for accurate measurement of the pressure received by the pressure sensor.
  • the resistance value of the piezoresistor is set by the following procedures (1) to (3).
  • (1) In a piezoresistor, a stress generated by a change in environmental temperature is obtained. The stress is obtained by experiment or calculation.
  • (2) The rate of change in the resistance value of the piezoresistor with respect to the change in environmental temperature when the stress obtained in (1) is applied is obtained. The rate of change is obtained from the piezoresistance effect.
  • (3) A compensation value for reducing the change in the resistance value (a value at which the sum with the change rate becomes approximately 0) is obtained.
  • the resistance value of the piezoresistor is set to a resistance value corresponding to the same temperature coefficient as the compensation value obtained in (3) above, based on the correspondence relationship between the temperature coefficient of the piezoresistor and the resistance value.
  • the “temperature coefficient” means the rate of change of the resistance value of the piezoresistor due to the change of the environmental temperature when no stress acts on the piezoresistor.
  • the pressure can be accurately measured regardless of the environmental temperature by using the above-described pressure sensor or the manufacturing method of the pressure sensor that sets the resistance value of the piezoresistor as described above.
  • the pressure sensor according to aspect 2 of the present invention further includes the polysilicon layer 15 containing polysilicon in the above aspect 1, and the piezoresistor is a polysilicon resistor (resistive layer 16. 16a, 16b, resistors Ra to Rd).
  • the resistance value of the piezoresistor and the temperature coefficient have a positive correlation. Therefore, in the piezoresistor, when the temperature coefficient decreases, the resistance value of the piezoresistor also decreases. For this reason, when the piezoresistor is reduced, the voltage output from the piezoresistor is also reduced, so that the pressure sensitivity of the pressure sensor is lowered.
  • a piezoresistor formed on a substrate containing polysilicon the resistance value of the piezoresistor and the temperature coefficient have a negative correlation. Therefore, in the piezoresistor, even if the temperature coefficient is reduced, the resistance value of the piezoresistor is not necessarily reduced.
  • a polysilicon resistor is a piezoresistor formed in the polysilicon layer containing a polysilicon. Therefore, there is room for setting the resistance value of the piezoresistor in the above (4) without lowering the pressure sensitivity of the pressure sensor.
  • the polysilicon resistor is formed in all parts of the polysilicon layer, and the polysilicon layer receives the pressure of the pressure sensor. You may join to a part of surface of the bending
  • the polysilicon layer is bonded to a part of the surface of the portion (hereinafter referred to as the diaphragm portion) that bends under the pressure of the pressure sensor, the polysilicon layer is formed on the entire surface of the diaphragm portion. Compared with the strong diaphragm part made, it bends greatly.
  • the pressure sensor according to aspect 4 of the present invention is the pressure sensor according to aspect 2, wherein the pressure sensor is formed in the silicon layer 13 containing silicon and the portion (diaphragm portion D) that is bent under the pressure of the silicon layer, and the polysilicon resistance
  • a silicon resistor (resistive layer 18) which is a piezoresistor connected in series, and the polysilicon resistor may be formed in a portion other than a portion (diaphragm portion D) which is bent under the pressure of the polysilicon layer. Good.
  • the stress caused by the pressure received by the pressure sensor acts on the silicon resistance, but does not act on the polysilicon resistance.
  • the linearity of the change in the voltage output from the resistor (hereinafter referred to as the coupling resistor) connecting the silicon resistor and the polysilicon resistor according to the change in pressure received by the pressure sensor is the same as the linearity in the silicon resistor. It becomes higher than the linearity in the polysilicon resistance.
  • the coupling resistance is a resistance in which a silicon resistance and a polysilicon resistance are connected in series
  • the correspondence between the resistance value of the coupling resistance and the temperature characteristic is the correspondence between the resistance value of the silicon resistance and the temperature characteristic.
  • the correspondence between the resistance value of the polysilicon resistor and the temperature characteristic is close.
  • the temperature characteristic of the silicon resistor is complemented by the temperature characteristic of the polysilicon resistor.
  • a pressure sensing system includes the pressure sensor according to any one of aspects 1 to 4, and a signal processing circuit (measurement circuit 2) that processes a voltage signal output from the pressure sensor, The resistance value is further set so as to cancel the temperature coefficient of the signal processing circuit.
  • the signal processing circuit that processes the voltage signal output from the pressure sensor also has a temperature characteristic similar to the piezoresistor. That is, the output voltage of the signal processing circuit changes as the environmental temperature changes.
  • temperature drift can be suppressed as a whole pressure sensing system including the pressure sensor and the signal processing circuit.
  • a manufacturing method of a pressure sensor is a manufacturing method of pressure sensors 1, 1 a, 1 b having piezoresistors (resistance layers 16, 16 a, 16 b, 18, resistors Ra to Rd)
  • Step S104 for determining a change in the resistance value of the piezoresistor with respect to a change in the environmental temperature when the piezoresistor is stressed by a change in temperature, and a step for obtaining a compensation value for reducing the change in the resistance value.
  • S105 and setting the resistance value of the piezoresistor to a resistance value corresponding to the same temperature coefficient as the compensation value based on the correspondence (correlation) between the temperature coefficient of the piezoresistor and the resistance value; including.
  • the present invention can be widely used for pressure sensors having piezoelectric elements.

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Abstract

　環境温度によらず正確に圧力を測定可能な圧力センサーなどを提供するために、圧力センサー（１）では、環境温度の変化によって抵抗層（１６）が応力を受けたときの、環境温度の変化に対する抵抗層（１６）の抵抗値の変化と、抵抗値の変化を低減させるための補償値とが求められ、抵抗層（１６）の抵抗値は、抵抗層（１６）の温度係数と抵抗値との対応関係に基づいて、補償値と同じ温度係数に対応する抵抗値に設定されている。

Description

圧力センサー、圧力センシングシステム、および圧力センサーの製造方法
　本発明は、ピエゾ抵抗を備えた圧力センサー、該圧力センサーを備えた圧力センシングシステム、および該圧力センサーの製造方法に関する。
　圧力センサーにはピエゾ抵抗を利用したものがあり、例として特許文献１、２に記載された半導体圧力センサーが挙げられる。
　図８は、従来技術に係る特許文献１に記載された半導体圧力センサー１００の構成を示す断面図である。
　図８に示されるように、半導体圧力センサー１００では、シリコン基板１０１にシリコン酸化膜１０２を介してシリコン層１０３が形成されたエスオーアイ（ＳＯＩ；Silicon On Insulator）ウェハを用いている。そして、シリコン基板１０１の裏面から異方性エッチングし、シリコン酸化膜１０２の下に所定厚みの基板を、ストッパ１０６として残して薄肉ダイヤフラム部１０４を加工している。次に、ストッパ１０６の一部に開口１０７をエッチング形成し、この開口１０７を介し、シリコン酸化膜１０２を薄肉ダイヤフラム径を決定する距離まで横方向にエッチング除去している。その後、シリコン層１０３に、拡散抵抗層１０５を形成している。
　図９は、従来技術に係る特許文献２に記載された半導体圧力センサー２００の構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の要部の平面図である。
　図９の（ａ）に示されるように、半導体圧力センサー２００では、抵抗層２１８として多結晶珪素（ポリシリコン）を使用している。また、図９の（ｂ）に示されるように、空洞部２２３が、絶縁物層２１１の一部を除去して設けられており、抵抗層２１８は、半導体圧力センサー２００において、ダイヤフラムとして機能する。
　以上の圧力センサーは、圧力を受けるとピエゾ抵抗に応力が生じ、該応力に応じた電圧を出力することで圧力を測定する。そして、該圧力センサーは、受けた圧力に応じた正確な電圧を出力できることを、市場から強く求められている。
日本国公開特許公報「特開平６－２２１９４５号公報（１９９４年８月１２日公開）」 日本国公開特許公報「特開平６－２５２４１９号公報（１９９４年９月９日公開）」
　しかしながら、上述した従来の圧力センサーでは、出力する電圧が環境温度によって変化するので、受けた圧力に応じた正確な電圧を出力できず、正確に圧力を測定できないという問題がある。
　例えば、気圧が一定な環境下でも、環境温度が上昇（シフト）すると、圧力センサーの出力電圧は上昇する。そして、環境温度が１℃シフトしたときの出力電圧の上昇は、気圧に換算して２．６ミリバールのシフトと同等である。
　特許文献１、２は、該問題や該問題を解決する構成について開示も示唆もしていない。
　本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、環境温度によらず正確に圧力を測定可能な圧力センサー、圧力センシングシステム、および圧力センサーの製造方法を提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る圧力センサーは、ピエゾ抵抗を備えた圧力センサーであって、環境温度の変化によって上記ピエゾ抵抗が応力を受けたときの、上記環境温度の変化に対する上記ピエゾ抵抗の抵抗値の変化が求められ、上記抵抗値の変化を低減させるための補償値が求められ、上記ピエゾ抵抗の抵抗値は、上記ピエゾ抵抗の温度係数と抵抗値との対応関係に基づいて、上記補償値と同じ温度係数に対応する抵抗値に設定されている。
　また、本発明の他の態様に係る圧力センシングシステムは、上記圧力センサーと、上記圧力センサーが出力する電圧信号を処理する信号処理回路とを備え、上記抵抗値は、上記信号処理回路の温度係数を打ち消すようにさらに設定されている。
　本発明の他の態様に係る圧力センサーの製造方法は、ピエゾ抵抗を備えた圧力センサーの製造方法であって、環境温度の変化によって上記ピエゾ抵抗が応力を受けたときの、上記環境温度の変化に対する上記ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を求めるステップと、上記抵抗値の変化を低減させるための補償値を求めるステップと、上記ピエゾ抵抗の抵抗値を、上記ピエゾ抵抗の温度係数と抵抗値との対応関係に基づいて、上記補償値と同じ温度係数に対応する抵抗値に設定するステップとを含む。
　本発明の一態様によれば、環境温度によらず正確に圧力を測定することができるという効果を奏する。
実施形態１の圧力センサーの構成を示す断面図である。 図１に示される圧力センサーが有するダイアフラム部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ｂ）に対応した応力のグラフを示す。 図１に示される圧力センサーが受ける圧力の変化を電圧の変化によって計測する計測回路の構成を示す回路図である。 図１に示される圧力センサーにおける、抵抗層の抵抗値と、抵抗層の温度係数との関係を示す相関図である。 図１に示される圧力センサーの製造方法を示すフローチャートである。 実施形態２の圧力センサーの構成を示す断面図である。 実施形態３の圧力センサーの構成を示す断面図である。 従来技術に係る特許文献１に記載された半導体圧力センサーの構成を示す断面図である。 従来技術に係る特許文献２に記載された半導体圧力センサーの構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の要部の平面図である。
　〔実施形態１〕
　本発明の第一実施形態について、図１～図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
　＜圧力センサー１の構成＞
　（概要構成）
　図１は、本実施形態の圧力センサー１の構成を示す断面図である。なお、図１に示されるＸＹＺ軸は、図１以外の図に示されるＸＹＺ軸に対応する。
　図１に示されるように、圧力センサー１は、シリコン半導体基板１１と、シリコン半導体基板１１の上部（Ｚ軸の正方向側）に形成された酸化膜１２と、酸化膜１２の上部に形成されたシリコン層１３と、シリコン層１３の上部に形成された酸化膜１４と、酸化膜１４の上部全面に形成されたポリシリコン層１５と、ポリシリコン層１５にイオン注入などの方法によって形成されたピエゾ抵抗となる抵抗層１６（ピエゾ抵抗、ポリシリコン抵抗）とを備える。
　ここで、シリコン半導体基板１１には、抵抗層１６の下部（Ｚ軸の負方向側）に、ウエットまたはドライエッチによって中空部Ａが形成されている。中空部Ａの内部は、真空である。
　なお、圧力センサー１は、例えば、中空部Ａが形成されたシリコン半導体基板１１の裏面（Ｚ軸の負方向側）に貼り合せられたガラス１７をさらに備えるが、この構成に限定されるわけではない。圧力センサー１は、中空部Ａの内部を真空にできるのであれば、シリコン半導体基板１１の裏面に貼り合せられたガラス１７以外の部材を備えてもよい。
　（ダイアフラム部）
　圧力センサー１は、中空部Ａの上部（Ｚ軸の正方向側）にダイアフラム部Ｄ（圧力を受けてたわむ部位）を有する。ここで、ダイアフラム部Ｄは、シリコン層１３の一部と、酸化膜１４の一部と、ポリシリコン層１５の一部と、抵抗層１６の一部とを含む。
　図２は、図１に示される圧力センサー１が有するダイアフラム部Ｄの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ｂ）に対応した応力のグラフを示す。
　図２の（ａ）に示されるように、ダイアフラム部Ｄには、Ｚ軸の正方向側の面に４個の抵抗Ｒａ～Ｒｄ（ピエゾ抵抗、ポリシリコン抵抗）が設けられている。抵抗Ｒａ～Ｒｄは、抵抗層１６と同じものであり、説明のために４個の抵抗として図示している。
　図２の（ｂ）に示されるように、圧力センサー１が圧力Ｐを受けると、ダイアフラム部Ｄは、Ｚ軸の負方向側にたわむ。このとき、Ｘ軸の正方向の応力σｘと、Ｙ軸の正方向の応力σｙとが、ダイアフラム部Ｄの各部に作用する。
　図２の（ｃ）に示されるように、応力σｘ・σｙは、ダイアフラム部Ｄの中央において負に、ダイアフラム部Ｄの端部において正になる。そして、応力σｘ・σｙは、ダイアフラム部Ｄに設けられた抵抗Ｒａ～Ｒｄにも作用する。また、抵抗Ｒａ～Ｒｄの抵抗値（抵抗層１６の抵抗値）は、応力σｘ・σｙに比例して変化する。
　（計測回路）
　図３は、図１に示される圧力センサー１が受ける圧力の変化を電圧の変化によって計測する計測回路２（信号処理回路）の構成を示す回路図である。
　図３に示されるように、計測回路２は、ホイートストンブリッジを構成する抵抗Ｒａ～Ｒｄと、該ホイートストンブリッジに電流ｉを供給する定電流源Ｓとを備える。
　ここで、出力電圧Ｖｏと、電流ｉと、抵抗Ｒａ～Ｒｄの抵抗値との関係は、以下の式（１）で表される。なお、式（１）では、抵抗Ｒａ～Ｒｄの抵抗値を、単にそれぞれＲａ～Ｒｄと記載している。
Ｖｏ＝｛（Ｒａ・Ｒｃ－Ｒｂ・Ｒｄ）／（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｒｄ）｝・ｉ　　…（１）
　そして、圧力センサー１が受ける圧力は、該圧力に比例した出力電圧Ｖｏとして出力される。
　（ポリシリコン抵抗の抵抗値）
　抵抗層１６（抵抗Ｒａ～Ｒｄ）の抵抗値は、ポリシリコン層１５へのイオン注入量によって決定される。そして、圧力センサー１では、環境温度によらず正確に圧力を測定可能となるように、該イオン注入量が定められている。
　図４は、図１に示される圧力センサー１における、抵抗層１６の抵抗値と、抵抗層１６の温度係数との関係（対応関係）を示す相関図である。
　ここで、温度係数とは、抵抗層１６の温度変化に対する抵抗値の変化率を意味し、その単位は「ｐｐｍ／℃」である。例えば、抵抗値が１０ｋΩである抵抗層１６の温度係数は、＋４００ｐｐｍ／℃程度なので、該抵抗層１６の抵抗値は、環境温度が１℃変化すると１０×４００×１０－６ｋΩ程度増える。
　抵抗層１６の抵抗値は、図４の相関図を利用して所望の温度係数となるように設定されている。換言するならば、抵抗層１６の温度係数が所望の温度係数となるように、上述のイオン注入量が設定されている。
　（抵抗値の設定方法）
　抵抗層１６の抵抗値は、下記（１）～（４）の手順により設定される。
（１）抵抗層１６において、圧力センサー１が利用される環境の温度（以下、環境温度）の変化によって発生する応力を求める。
　例えば、該応力は、ガラス１７と、シリコン半導体基板１１との間において発生する。これは、ガラス１７の熱膨張係数と、シリコン半導体基板１１の熱膨張係数とが異なることに起因する。そして、該応力は、実験や計算によって求まる。
（２）上記（１）で求めた応力を受けたときの、環境温度の変化に対する抵抗層１６の抵抗値の変化率を求める。
　なお、該変化率は、ピエゾ抵抗効果から求まる。該変化率は、例えば、図１に示される構成の圧力センサー１において、＋３００ｐｐｍ／℃と求められる。
（３）上記（２）で求めた変化率との和が概ね０となる補償値を求める。
　換言するならば、環境温度の変化によって抵抗層１６が応力を受けたときの、環境温度の変化に対する抵抗層１６の抵抗値の変化を低減させるための補償値を求める。
　例えば、上記（２）において、変化率が＋３００ｐｐｍ／℃と求められたのならば、補償値は、－３００ｐｐｍ／℃と求められる。
（４）抵抗層１６の抵抗値を、図４に示されるポリシリコン抵抗の抵抗値と温度係数との相関図において、温度係数を上記（３）で求めた補償値としたときの、該温度係数に対応する抵抗値に設定する。
　換言するならば、抵抗層１６の抵抗値は、抵抗層１６の温度係数と抵抗値との対応関係に基づいて、上記補償値と同じ温度係数に対応する抵抗値に設定される。
　例えば、上記（３）において、補償値が－３００ｐｐｍ／℃と求められたのならば、図４の相関図において、縦軸の温度係数を－３００ｐｐｍ／℃としたときの、該温度係数に対応する横軸の抵抗値５０ｋΩが、抵抗層１６の抵抗値として設定される。また、例えば、上記（３）において、補償値が概ね０（つまり、上記（２）においても、変化率が概ね０）と求められたのならば、抵抗層１６の抵抗値は、３０ｋΩと設定される。
　＜圧力センサー１の動作＞
　ここで、抵抗層１６の抵抗値は、下記（ａ）～（ｂ）の変化によって変化する。
（ａ）環境温度
（ｂ）環境温度の変化によって発生する応力
　上記（ａ）～（ｂ）の変化による抵抗層１６の抵抗値の変化は、圧力センサー１が圧力を受けたときの抵抗層１６の抵抗値の変化に重畳するため、圧力センサー１が受けた圧力の正確な測定のためには、該変化は、小さいことが好ましい。
　そして、上述の構成を備えた圧力センサー１は、下記（Ａ）と、下記（Ｂ）との和が概ね０になるように動作する。
（Ａ）抵抗層１６の温度係数（上記（３）で求めた補償値）
（Ｂ）環境温度の変化によって発生する応力の変化による、環境温度の変化に対する抵抗層１６の抵抗値の変化率（上記（２）で求めた変化率）
　よって、下記（α）と、下記（β）とは、概ね、互いに打ち消し合う。
（α）環境温度の変化による抵抗層１６の抵抗値の変化
（β）環境温度の変化によって発生する応力の変化による抵抗層１６の抵抗値の変化
　したがって、抵抗層１６の抵抗値は、環境温度の変化によって変化しない。
　ところで、シリコンを含む基板に形成されたピエゾ抵抗では、ピエゾ抵抗の抵抗値と温度係数とは、正の相関関係を有する。よって、該ピエゾ抵抗では、温度係数が小さくなると、ピエゾ抵抗の抵抗値も小さくなる。このため、ピエゾ抵抗が小さくなると、ピエゾ抵抗が出力する電圧も小さくなるので、圧力センサーの圧力感度が下がる。
　例えば、従来の圧力センサーのピエゾ抵抗の抵抗値は、３０ｋΩ程度であり、該ピエゾ抵抗の温度係数は２５００ｐｐｍ／℃程度である。該抵抗値を１０ｋΩにすれば、該温度係数は、９００ｐｐｍ／℃程度まで小さくなり、温度ドリフトも小さくなるが、圧力感度も低下する。すなわち、従来の圧力センサーでは、圧力感度と温度ドリフトとは、トレードオフの関係である。
　一方、ポリシリコンを含むポリシリコン層１５に形成された抵抗層１６では、抵抗層１６の抵抗値と温度係数とは、図４に示されるように、負の相関関係（対応関係）を有する。よって、抵抗層１６では、温度係数が小さくなっても、抵抗層１６の抵抗値が小さくなるわけではない。したがって、圧力センサーの圧力感度を下げずに、上記（４）において、抵抗層１６の抵抗値を設定する余地が生まれる。
　これは、ポリシリコンでは、シリコン単結晶とは異なって、結晶と結晶との間に境界が存在するので、温度に対する結晶構造の変化の傾向が異なることに起因する。
　＜圧力センサー１の製造方法＞
　図５は、図１に示される圧力センサー１の製造方法を示すフローチャートである。
　図５に示されるように、まず、シリコン半導体基板１１と、酸化膜１２と、シリコン層１３と、酸化膜１４と、ポリシリコン層１５とを積層する（ステップＳ１０１）。
　次に、ポリシリコン層１５において、ピエゾ抵抗となる抵抗層１６を形成する位置を決定する（ステップＳ１０２）。
　次に、決定された位置に形成される抵抗層１６において、環境温度の変化によって発生する応力を、実験や計算によって特定する（ステップＳ１０３）。
　次に、特定された応力を受けたときの、抵抗層１６の抵抗値の変化率を、ピエゾ抵抗効果から特定する（ステップＳ１０４）。
　次に、上記抵抗値の変化を低減させるために、ステップＳ１０４で特定された変化率を補償する（該変化率との和が概ね０となる）補償値を特定する（ステップＳ１０５）。
　次に、抵抗層１６の抵抗値を、図４の相関図において、縦軸の温度係数をステップＳ１０５で求めた補償値としたときの、該縦軸の温度係数に対応する横軸の抵抗値に設定する（ステップＳ１０６）。
　次に、ポリシリコン層１５に設定された抵抗値を有する抵抗層１６をイオン注入などの方法によって形成する（ステップＳ１０７）。
　次に、圧力センサー１の裏面（Ｚ軸の負方向側）から、ウエットまたはドライエッチの方法を用いてピエゾ抵抗の下部（Ｚ軸の負方向側）のシリコン半導体基板１１をエッチングし、中空部Ａを形成する（ステップＳ１０８）。ここで、酸化膜１２はシリコンのエッチングストップ層として機能する。
　次に、酸化膜１２の一部をウエットまたはドライエッチの方法を用いて除去する（ステップＳ１０９）。
　以上のステップＳ１０８およびステップＳ１０９により、圧力によって反応する（たわむ）ダイアフラム部Ｄが形成される。
　次に、シリコン半導体基板１１の裏面（Ｚ軸の負方向側の面）より、真空の状態で、ガラス１７を貼り合わせる（ステップＳ１１０）。
　以上のステップＳ１１０により、圧力センサー１が完成する。
　なお、下記ステップは、特許請求の範囲に記載のステップと以下に列挙するように対応する。
　　ステップＳ１０４：抵抗値の変化を求めるステップ
　　ステップＳ１０５：補償値を求めるステップ
　　ステップＳ１０６：抵抗値を設定するステップ
　＜圧力センサー１の効果＞
　本実施形態によれば、環境温度によらず正確に圧力を測定することができる。
　換言するならば、温度依存性の少ない圧力センサーや該圧力センサーの製造方法を提供することができる。
　＜圧力センサー１のその他の構成＞
　上述のシリコン半導体基板１１と、酸化膜１２と、シリコン層１３とは、エスオーアイ（ＳＯＩ；Silicon On Insulator）基板を構成する。つまり、酸化膜１４は、該ＳＯＩ基板の上部に形成されているともいえる。
　また、上述のシリコン層１３の厚さは、１０μｍ程度である。
　また、上述のポリシリコン層１５は、圧力センサー１の表面（Ｚ軸の正方向側）の全面に残されている。この構成により、圧力センサー１の機械的強度が高まる。
　また、抵抗層１６は、メタル配線（非図示）によって接続されていてもよい。
　また、上述の抵抗層１６の温度係数は、－５００ｐｐｍ／℃以上、＋５００ｐｐｍ／℃以下に設定されることが望ましい。
　ここで、該温度係数が±５００ｐｐｍ／℃であることは、圧力センサー１が±５パスカルの圧力を受けることに相当する。また、圧力センサー１が±５パスカルの圧力を受けるということは、圧力センサー１を、鉛直方向に±５０ｃｍ移動させることに相当する。
　抵抗層１６の温度係数が－５００ｐｐｍ／℃以上、＋５００ｐｐｍ／℃以下に設定されていれば、圧力センサー１は、圧力センサー１が置かれた標高を少なくとも５０ｃｍの精度で測定することができる。この精度であれば、圧力センサー１のユーザーが建物の何階にいるのかを検出したい場合において、該ユーザーは、妥当な検出結果を得ることができる。
　また、上述の計測回路２も、抵抗層１６と同様に温度特性を有する。つまり、計測回路２の出力電圧Ｖｏ（電圧信号）は、環境温度が変化すると変化する。そして、圧力センサー１では、抵抗層１６の抵抗値は、環境温度の変化によって発生する応力を受けたときの抵抗値の変化を打ち消し、かつ、計測回路２の温度係数も打ち消すように決定されてもよい。これにより、圧力センサー１と、計測回路２とをあわせた圧力センシングシステム全体として、温度ドリフトを抑制することができる。
　〔実施形態２〕
　本発明の他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
　＜圧力センサー１ａ＞
　図６は、本実施形態の圧力センサー１ａの構成を示す断面図である。
　図６に示されるように、圧力センサー１ａでは、ポリシリコン層１５は、抵抗層１６ａ（ピエゾ抵抗、ポリシリコン抵抗）が形成された部位を残して除去されており、この点が圧力センサー１とは異なる。
　なお、圧力センサー１ａは、図５に示される圧力センサー１ａの製造方法に、ポリシリコン層１５のエッチング工程を追加した製造方法によって製造することができる。
　換言するならば、抵抗層１６ａは、除去された後に残ったポリシリコン層１５のすべての部位に形成されており、ポリシリコン層１５は、ダイアフラム部Ｄの表面の一部に接合されている。
　上記構成によれば、ダイアフラム部Ｄのたわみは、同じ圧力を受けても、圧力センサー１と比較して大きくなる。これにより、圧力センサー１ａの圧力感度も、圧力センサー１と比較して大きくなる。
　〔実施形態３〕
　本発明の他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
　＜圧力センサー１ｂ＞
　図７は、本実施形態の圧力センサー１ｂの構成を示す断面図である。
　図７に示されるように、圧力センサー１ｂでは、抵抗層１８（ピエゾ抵抗、シリコン抵抗）は、ダイアフラム部Ｄのシリコン層１３に形成されている。また、抵抗層１６ｂ（ピエゾ抵抗、ポリシリコン抵抗）は、ダイアフラム部Ｄ以外のポリシリコン層１５に形成されている。また、抵抗層１８と、抵抗層１６ｂとは、直列に接続されている。以上の点が、圧力センサー１・１ａとは異なる。
　なお、抵抗層１８と、抵抗層１６ｂとは、酸化膜１４を貫通して接続されているが、電気的に接続されていればよく、酸化膜１４を貫通した接続に限定されるわけではない。
　また、圧力センサー１ａと同様に、ポリシリコン層１５は、抵抗層１６ｂが形成された部位を残して除去されているが、この構成に限定されるわけでない。例えば、機械的強度を高めたい場合には、ポリシリコン層１５は、除去されていなくてもよい。
　上記構成によれば、圧力センサー１ｂが受けた圧力に起因した応力は、抵抗層１８に作用するものの、抵抗層１６ｂには作用しない。
　また、シリコンは、ポリシリコンと比較し、結晶性が良いので、発生する応力が均一となるようにたわむ。よって、圧力センサー１ｂが受ける圧力の変化に応じた、抵抗層１８から出力される電圧の変化の線形性（リニアリティー）は、抵抗層１６ｂにおける線形性と比較して高くなる。
　したがって、圧力センサー１ｂが受ける圧力の変化に応じた、抵抗層１８と抵抗層１６ｂとを接続した抵抗（以下、結合抵抗）から出力される電圧の変化の線形性も、抵抗層１８における線形性と同様に、抵抗層１６ｂにおける線形性と比較して高くなる。
　さらに、結合抵抗は、直列に、抵抗層１８と抵抗層１６ｂとを接続した抵抗であるので、結合抵抗の抵抗値と温度特性との対応関係は、抵抗層１８の抵抗値と温度特性との対応関係と比較し、抵抗層１６ｂの抵抗値と温度特性との対応関係に近くなる。
　換言するならば、抵抗層１８における温度特性を、抵抗層１６ｂにおける温度特性によって補完している。
　そして、結合抵抗における温度特性が、抵抗層１６ｂにおける温度特性に近くなることで、環境温度によらず圧力を概ね正確に測定することができる。
　以上により、環境温度によらず圧力を概ね正確に測定しつつ、線形性の高い測定結果を得ることができる。
　〔まとめ〕
　本発明の態様１に係る圧力センサー１・１ａ・１ｂは、ピエゾ抵抗（抵抗層１６・１６ａ・１６ｂ・１８、抵抗Ｒａ～Ｒｄ）を備えた圧力センサーであって、環境温度の変化によって上記ピエゾ抵抗が応力を受けたときの、上記環境温度の変化に対する上記ピエゾ抵抗の抵抗値の変化が求められ、上記抵抗値の変化を低減させるための補償値が求められ、上記ピエゾ抵抗の抵抗値は、上記ピエゾ抵抗の温度係数と抵抗値との対応関係（相関関係）に基づいて、上記補償値と同じ温度係数に対応する抵抗値に設定されている。
　上記構成によれば、圧力センサーが圧力を受けた場合、該圧力に応じた応力がピエゾ抵抗に作用する。そして、ピエゾ抵抗は、該応力に応じた電圧を出力する。圧力センサーは、ピエゾ抵抗から出力された電圧に基づいて受けた圧力を測定する。
　ここで、ピエゾ抵抗の抵抗値は、環境温度の変化によって変化する。
　また、ピエゾ抵抗の抵抗値は、環境温度の変化によって発生した応力の変化によっても変化する。この応力の変化は、環境温度が変化すると、圧力センサーの熱膨張率が異なる互いに接合された部材の間で、応力が発生することに起因する。
　まとめると、ピエゾ抵抗の抵抗値は、下記（ａ）～（ｂ）の変化によって変化する。
（ａ）環境温度
（ｂ）環境温度の変化によって発生する応力
　そして、上記（ａ）～（ｂ）の変化によるピエゾ抵抗の抵抗値の変化は、圧力センサーが圧力を受けたときのピエゾ抵抗の抵抗値の変化に重畳するため、圧力センサーが受けた圧力の正確な測定のためには、該変化は、小さいことが好ましい。
　ここで、ピエゾ抵抗の抵抗値は、下記（１）～（３）の手順により設定される。
（１）ピエゾ抵抗において、環境温度の変化によって発生する応力を求める。なお、該応力は、実験や計算によって求まる。
（２）上記（１）で求めた応力を受けたときの、環境温度の変化に対するピエゾ抵抗の抵抗値の変化率を求める。なお、該変化率は、ピエゾ抵抗効果から求まる。
（３）上記抵抗値の変化を低減させるための補償値（該変化率との和が概ね０となる値）を求める。
（４）ピエゾ抵抗の抵抗値を、ピエゾ抵抗の温度係数と抵抗値との対応関係に基づいて、上記（３）で求めた補償値と同じ温度係数に対応する抵抗値に設定する。
　なお、「温度係数」とは、応力がピエゾ抵抗に作用していないときの、環境温度の変化によるピエゾ抵抗の抵抗値の変化率を意味する。
　そして、上記（４）で抵抗値を設定されたピエゾ抵抗では、下記（Ａ）と、下記（Ｂ）との和が概ね０になる。
（Ａ）上記（３）で求めた補償値である、ピエゾ抵抗の温度係数
（Ｂ）上記（２）で求めた、環境温度の変化によって発生する応力の変化による、環境温度の変化に対するピエゾ抵抗の抵抗値の変化率
　つまり、下記（α）と、下記（β）とは、概ね、互いに打ち消し合う。
（α）環境温度の変化によるピエゾ抵抗の抵抗値の変化
（β）環境温度の変化によって発生する応力の変化によるピエゾ抵抗の抵抗値の変化
　したがって、ピエゾ抵抗の抵抗値は、環境温度の変化によって変化しない。
　すなわち、上述の圧力センサーや、上述のようにピエゾ抵抗の抵抗値を設定する圧力センサーの製造方法を利用することにより、環境温度によらず圧力を正確に測定することができる。
　本発明の態様２に係る圧力センサーは、上記態様１において、ポリシリコンを含むポリシリコン層１５をさらに備え、上記ピエゾ抵抗は、上記ポリシリコン層に形成されているポリシリコン抵抗（抵抗層１６・１６ａ・１６ｂ、抵抗Ｒａ～Ｒｄ）であってもよい。
　ここで、シリコンを含む基板に形成されたピエゾ抵抗では、ピエゾ抵抗の抵抗値と温度係数とは、正の相関関係を有する。よって、該ピエゾ抵抗では、温度係数が小さくなると、ピエゾ抵抗の抵抗値も小さくなる。このため、ピエゾ抵抗が小さくなると、ピエゾ抵抗が出力する電圧も小さくなるので、圧力センサーの圧力感度が下がる。
　一方、ポリシリコンを含む基板に形成されたピエゾ抵抗では、ピエゾ抵抗の抵抗値と温度係数とは、負の相関関係を有する。よって、該ピエゾ抵抗では、温度係数が小さくなっても、ピエゾ抵抗の抵抗値が小さくなるわけではない。そして、上記構成によれば、ポリシリコン抵抗は、ポリシリコンを含むポリシリコン層に形成されたピエゾ抵抗である。したがって、圧力センサーの圧力感度を下げずに、上記（４）において、ピエゾ抵抗の抵抗値を設定する余地が生まれる。
　本発明の態様３に係る圧力センサーでは、上記態様２において、上記ポリシリコン抵抗は、上記ポリシリコン層のすべての部位に形成されており、上記ポリシリコン層は、上記圧力センサーの圧力を受けてたわむ部位（ダイアフラム部Ｄ）の表面の一部に接合されていてもよい。
　上記構成によれば、ポリシリコン層が、圧力センサーの圧力を受けてたわむ部位（以下、ダイアフラム部）の表面の一部に接合されているので、該ダイアフラム部は、ポリシリコン層が全面に形成された強固なダイアフラム部と比較して大きくたわむ。
　したがって、ポリシリコン抵抗によって出力される電圧が大きくなるので、圧力センサーの圧力感度が上がる。
　本発明の態様４に係る圧力センサーは、上記態様２において、シリコンを含むシリコン層１３と、上記シリコン層の圧力を受けてたわむ部位（ダイアフラム部Ｄ）に形成され、かつ、上記ポリシリコン抵抗と直列に接続されたピエゾ抵抗であるシリコン抵抗（抵抗層１８）とをさらに備え、上記ポリシリコン抵抗は、上記ポリシリコン層の圧力を受けてたわむ部位（ダイアフラム部Ｄ）以外に形成されていてもよい。
　上記構成によれば、圧力センサーが受けた圧力に起因した応力は、シリコン抵抗に作用するものの、ポリシリコン抵抗には作用しない。
　また、シリコンは、ポリシリコンと比較し、結晶性が良いので、発生する応力が均一となるようにたわむ。よって、圧力センサーが受ける圧力の変化に応じた、シリコン抵抗から出力される電圧の変化の線形性（リニアリティー）は、ポリシリコン抵抗における線形性と比較して高くなる。
　したがって、圧力センサーが受ける圧力の変化に応じた、シリコン抵抗とポリシリコン抵抗とを接続した抵抗（以下、結合抵抗）から出力される電圧の変化の線形性も、シリコン抵抗における線形性と同様に、ポリシリコン抵抗における線形性と比較して高くなる。
　さらに、結合抵抗は、直列に、シリコン抵抗とポリシリコン抵抗とを接続した抵抗であるので、結合抵抗の抵抗値と温度特性との対応関係は、シリコン抵抗の抵抗値と温度特性との対応関係と比較し、ポリシリコン抵抗の抵抗値と温度特性との対応関係に近くなる。
　換言するならば、シリコン抵抗における温度特性を、ポリシリコン抵抗における温度特性によって補完している。
　そして、結合抵抗における温度特性が、ポリシリコン抵抗における温度特性に近くなることで、環境温度によらず圧力を概ね正確に測定することができる。
　以上により、環境温度によらず圧力を概ね正確に測定しつつ、線形性の高い測定結果を得ることができる。
　本発明の態様５に係る圧力センシングシステムは、上記態様１から４のいずれか１態様における圧力センサーと、上記圧力センサーが出力する電圧信号を処理する信号処理回路（計測回路２）とを備え、上記抵抗値は、上記信号処理回路の温度係数を打ち消すようにさらに設定されている。
　ここで、圧力センサーが出力する電圧信号を処理する信号処理回路も、ピエゾ抵抗と同様に温度特性を有する。つまり、信号処理回路の出力電圧は、環境温度が変化すると変化する。
　上記構成によれば、圧力センサーと、信号処理回路とをあわせた圧力センシングシステム全体として、温度ドリフトを抑制することができる。
　本発明の態様６に係る圧力センサーの製造方法は、ピエゾ抵抗（抵抗層１６・１６ａ・１６ｂ・１８、抵抗Ｒａ～Ｒｄ）を備えた圧力センサー１・１ａ・１ｂの製造方法であって、環境温度の変化によって上記ピエゾ抵抗が応力を受けたときの、上記環境温度の変化に対する上記ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を求めるステップＳ１０４と、上記抵抗値の変化を低減させるための補償値を求めるステップＳ１０５と、上記ピエゾ抵抗の抵抗値を、上記ピエゾ抵抗の温度係数と抵抗値との対応関係（相関関係）に基づいて、上記補償値と同じ温度係数に対応する抵抗値に設定するステップＳ１０６とを含む。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
　本発明は、圧電素子を備えた圧力センサーに広く利用することができる。
１　圧力センサー
１ａ　圧力センサー
１ｂ　圧力センサー
２　計測回路（信号処理回路）
１３　シリコン層
１５　ポリシリコン層
１６　抵抗層（ピエゾ抵抗、ポリシリコン抵抗）
１６ａ　抵抗層（ピエゾ抵抗、ポリシリコン抵抗）
１６ｂ　抵抗層（ピエゾ抵抗、ポリシリコン抵抗）
１８　抵抗層（ピエゾ抵抗、シリコン抵抗）
Ｄ　ダイアフラム部（圧力を受けてたわむ部位）
Ｒａ～Ｒｄ　抵抗（ピエゾ抵抗、ポリシリコン抵抗）
Ｓ１０４　抵抗値の変化率の特定（抵抗値の変化を求めるステップ）
Ｓ１０５　補償値の特定（補償値を求めるステップ）
Ｓ１０６　相関図における抵抗値の設定（抵抗値を設定するステップ）

Claims (5)

  1. 　ピエゾ抵抗を備えた圧力センサーであって、
    　環境温度の変化によって上記ピエゾ抵抗が応力を受けたときの、上記環境温度の変化に対する上記ピエゾ抵抗の抵抗値の変化が求められ、
    　上記抵抗値の変化を低減させるための補償値が求められ、
    　上記ピエゾ抵抗の抵抗値は、上記ピエゾ抵抗の温度係数と抵抗値との対応関係に基づいて、上記補償値と同じ温度係数に対応する抵抗値に設定されている、
    ことを特徴とする圧力センサー。
  2. 　ポリシリコンを含むポリシリコン層をさらに備え、
    　上記ピエゾ抵抗は、上記ポリシリコン層に形成されているポリシリコン抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。
  3. 　シリコンを含むシリコン層と、
    　上記シリコン層の圧力を受けてたわむ部位に形成され、かつ、上記ポリシリコン抵抗と直列に接続されたピエゾ抵抗であるシリコン抵抗と、
    をさらに備え、
    　上記ポリシリコン抵抗は、上記ポリシリコン層の圧力を受けてたわむ部位以外に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサー。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の圧力センサーと、
    　上記圧力センサーが出力する電圧信号を処理する信号処理回路とを備え、
    　上記抵抗値は、上記信号処理回路の温度係数を打ち消すようにさらに設定されていることを特徴とする圧力センシングシステム。
  5. 　ピエゾ抵抗を備えた圧力センサーの製造方法であって、
    　環境温度の変化によって上記ピエゾ抵抗が応力を受けたときの、上記環境温度の変化に対する上記ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を求めるステップと、
    　上記抵抗値の変化を低減させるための補償値を求めるステップと、
    　上記ピエゾ抵抗の抵抗値を、上記ピエゾ抵抗の温度係数と抵抗値との対応関係に基づいて、上記補償値と同じ温度係数に対応する抵抗値に設定するステップと、
    を含むことを特徴とする圧力センサーの製造方法。
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