JPS59217374A - Semiconductor strain converter - Google Patents
Semiconductor strain converterInfo
- Publication number
- JPS59217374A JPS59217374A JP58091442A JP9144283A JPS59217374A JP S59217374 A JPS59217374 A JP S59217374A JP 58091442 A JP58091442 A JP 58091442A JP 9144283 A JP9144283 A JP 9144283A JP S59217374 A JPS59217374 A JP S59217374A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strain
- diffused
- integrated circuit
- plane
- sensitivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ひずみ量や圧力等の機械量を電気信号に変換
する半導体ひずみ変換器の改良に関し、特にピエゾ抵抗
効果を応用した拡散ひずみゲージと増幅や信号変換を行
う集積回路を同一シリコン基板上に形成した、いわゆる
集積化半導体ひずみ変換器の改良に関する。[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to the improvement of semiconductor strain transducers that convert mechanical quantities such as strain and pressure into electrical signals, and in particular performs amplification and signal conversion with diffusion strain gauges that apply piezoresistive effects. This invention relates to improvements in so-called integrated semiconductor strain transducers in which integrated circuits are formed on the same silicon substrate.
まず、従来技術とその問題点について図面にょシ説明す
る。First, the prior art and its problems will be explained with reference to the drawings.
第1図は従来技術の第一例であって、圧カ変換器に用い
られているシリコン基板1の上面および断面概念図を示
すもので、結晶面は(100)面となっている。起歪部
4は円形薄肉ダイヤフラムを形成し、5が固定部となっ
ている。拡散ひずみゲージ21.22および23.24
は、ダイヤフラムの大きな応力が作用する周縁部に配置
され、ホイートストンブリッジを構成している。固定部
5にはホイートストンブリッジから発生する電圧出力を
増幅する演算増幅器や温度補償回路を組み込んだ集積回
路3が形成されている。電源や出力は基板固定部周辺の
電極バッド7まり入・出力される。また集積回路3の中
には、電圧、電流のバイアス量を決定する回路定数とし
て用いられる複数個の抵抗素子6a+ 6b+・・・・
・・・・61が設けられている。ひずみゲージによって
構成されたホイートストンブリッジの出力は集積回路3
で補償、調整増幅され圧力に比例したボルトオーダの電
圧出力として取り出される。拡散ひずみゲージ21.
22および23.24はp型の拡散層で作られ、ひずみ
感度の大きい(110:]軸に?6って配置されている
。また、集積回路3の中に設けられている抵抗素子6a
+ 6b+・・・・・・・・・61はひずみゲージと同
様にp型の拡散層で作られておシ、経験的に矩形状シリ
コン基板1の辺に沿って平行に作られている。そのため
第1図のごとくその長手方向がひずみゲージと同様に(
110)軸方向に沿っており、ひずみに対する抵抗変化
がひずみゲージと全く変わらず発生する。一般に、集積
回路の中に用いられる抵抗素子は数にΩ以上の値が多く
そのため、拡散ひずみゲージと同程度あるいはそれ以下
の表面不純物濃度が選ばれ前記高抵抗を得ている。ピエ
ゾ抵抗効果による拡散ひずみゲージの感度は、不純物濃
度が低い方が高い。FIG. 1 is a first example of the prior art, showing a top surface and a conceptual cross-sectional view of a silicon substrate 1 used in a pressure transducer, in which the crystal plane is a (100) plane. The strain-generating portion 4 forms a circular thin-walled diaphragm, and 5 is a fixed portion. Diffusion strain gauges 21.22 and 23.24
is located at the periphery of the diaphragm where large stresses act, forming a Wheatstone bridge. An integrated circuit 3 incorporating an operational amplifier and a temperature compensation circuit for amplifying the voltage output generated from the Wheatstone bridge is formed in the fixed part 5. Power and output are input and output through the electrode pads 7 around the board fixing part. Also, in the integrated circuit 3, there are a plurality of resistance elements 6a+ 6b+, which are used as circuit constants to determine the bias amount of voltage and current.
...61 is provided. The output of the Wheatstone bridge composed of strain gauges is output from the integrated circuit 3.
It is compensated, adjusted and amplified by the pressure and output as a voltage on the order of volts which is proportional to the pressure. Diffusion strain gauge 21.
22, 23, and 24 are made of p-type diffusion layers, and are arranged at ?6 on the (110:] axis with high strain sensitivity. Also, the resistive element 6a provided in the integrated circuit 3
+6b+...61 is made of a p-type diffusion layer like the strain gauge, and is made parallel to the sides of the rectangular silicon substrate 1 based on experience. Therefore, as shown in Figure 1, its longitudinal direction is similar to that of a strain gauge (
110) It is along the axial direction, and the resistance change against strain occurs in the same way as a strain gauge. In general, many of the resistance elements used in integrated circuits have values of Ω or more, and therefore, a surface impurity concentration of the same level or lower than that of a diffusion strain gauge is selected to obtain the above-mentioned high resistance. The sensitivity of a diffusion strain gauge due to the piezoresistive effect is higher when the impurity concentration is lower.
よって集積回路の中の抵抗素子は、拡散ひずみゲージの
感度と同程度以上の感度を有することとなる。このため
、第1図に示すごとく、集積回路部は、応力作用の及ば
ないダイヤフラムの外側の固定部に形成されている。Therefore, the resistance element in the integrated circuit has a sensitivity comparable to or higher than that of the diffusion strain gauge. For this reason, as shown in FIG. 1, the integrated circuit portion is formed in a fixed portion outside the diaphragm where stress does not apply.
第2図に従来技術の第二例を示す。第2図はひずみ変換
器として用いられているシリコン基板1の上面および断
面概念図を示すもので、結晶面は(Zoo)面となって
いる。起歪部4は片持ちばりを形成し、5が固定部とな
っている。拡散ひずみゲージ21.22および23.
24は大きな応力の作用する固定端近傍に配置され、ホ
イートストンブリッジを構成している。ひずみゲージの
結晶方位は前記第−例と同様〔110〕軸に沿って配置
されている。固定部5には、前記従来技術第一例と同様
の理由によって集積回路3が設けられており、ひずみ量
に比例したボルトオーダの電圧出力を取り出すことがで
きる。FIG. 2 shows a second example of the prior art. FIG. 2 shows a top surface and a conceptual cross-sectional view of a silicon substrate 1 used as a strain transducer, and the crystal plane is a (Zoo) plane. The strain-generating portion 4 forms a cantilever beam, and 5 serves as a fixed portion. Diffusion strain gauges 21, 22 and 23.
24 is arranged near the fixed end where large stress acts, and constitutes a Wheatstone bridge. The crystal orientation of the strain gauge is arranged along the [110] axis as in the first example. The fixed part 5 is provided with the integrated circuit 3 for the same reason as in the first example of the prior art, and it is possible to extract a voltage output on the order of volts that is proportional to the amount of strain.
以上述べた二つの従来技術例において性能向上を計る上
での問題点を挙げると以下の通りである。Problems in improving performance in the two prior art examples described above are as follows.
(1) シリコン基板の形状・寸法に関して、固定部
の形状寸法は集積回路を搭載できる面積以上必要となり
、小型化を計る上で一つの制限を与えている。(1) Regarding the shape and dimensions of the silicon substrate, the shape and dimensions of the fixing part must be larger than the area on which the integrated circuit can be mounted, which poses a limitation in achieving miniaturization.
(2)起歪部と固定部を分離する必要があり、複雑な応
力解析における計測には適さない。(2) It is necessary to separate the strain-generating part and the fixed part, making it unsuitable for measurement in complex stress analysis.
(3) 起歪部と固定部はシリコン基板の肉厚で分け
ているが、大きなひずみや圧力に関しては、固定部にも
応力の作用が及び、集積回路の中の抵抗素子の値が変化
し、非直線性やヒステリシス等の誤差の要因となp高精
度の測定は期待できない。(3) The strain-generating part and the fixed part are separated by the thickness of the silicon substrate, but when large strains or pressures are applied, stress also affects the fixed part, causing changes in the values of the resistance elements in the integrated circuit. , p which causes errors such as non-linearity and hysteresis, and highly accurate measurement cannot be expected.
(4) シリコン基板を他の部材に固着する場合に発
生する残留熱応力を受け、集積回路中の抵抗素子の値が
温度変化に伴い変化し、熱ヒステリシス特性が表われた
り、経時変化が発生する。(4) Due to the residual thermal stress that occurs when a silicon substrate is fixed to other components, the values of resistance elements in integrated circuits change with temperature changes, resulting in thermal hysteresis characteristics and changes over time. do.
本発明はこれらの従来技術における問題点、を解決する
ことを目的とするものである。The present invention aims to solve these problems in the prior art.
本発明者はこの目的を達成するためシリコン基板内の拡
散層のピエゾ抵抗感度について検討を行ない、以下に述
べる性質のあることを見い出した。In order to achieve this objective, the present inventor investigated the piezoresistance sensitivity of the diffusion layer in the silicon substrate and found the following properties.
ピエゾ抵抗効果によるひずみゲージの抵抗変化ΔR/R
は(1)式として表わすことができる。ここでπr+、
πf2+ 7Z’+3はそれぞれ電流方向と平行な方向
の応力成分01′、直角方向の応力成分σり、結晶面方
向の応力成分σfの各々に関するピエゾ抵抗係数であり
・πr4.π15.鳴はせん断応力成分で、σ5′、σ
Jの各々に関するピエゾ抵抗係数である。Resistance change ΔR/R of strain gauge due to piezoresistance effect
can be expressed as equation (1). Here πr+,
πf2+7Z'+3 is the piezoresistance coefficient for each of the stress component 01' in the direction parallel to the current direction, the stress component σ in the perpendicular direction, and the stress component σf in the crystal plane direction, and πr4. π15. The sound is a shear stress component, σ5′, σ
is the piezoresistance coefficient for each of J.
「−呵、σr+何、σ;+πf3σ≦+π;4 中−π
15 ”l ”呵。σト・・・・・・・ (])拡散ひ
ずみゲージは(1)式のうち、特にπr+が大きな方向
に選びゲージの長手方向の応力σ(に対する感度を最大
にしている。そして、起歪部に作用している応力を検出
し、ひずみおよび圧力等機械量を電気信号に変換してい
る。"-呵, σr+What, σ;+πf3σ≦+π;4 Medium-π
15 “l” 呵. σt... (]) The diffusion strain gauge is selected in the direction where πr+ is especially large in equation (1) to maximize the sensitivity to the stress σ(in the longitudinal direction of the gauge). It detects the stress acting on the part and converts mechanical quantities such as strain and pressure into electrical signals.
ところで、集積回路の中に作られている抵抗素子は、前
記従来技術例で述べたごとく、ひずみに対する感度を有
することは望ましくない。すなわち・(1)式の各ピエ
ゾ抵抗係数が零であることが理想的である。そこで加工
容易なシリコンの結晶面を選び同一面上で拡散ひずみゲ
ージに適した大きな感度を有する結晶方位と、集積回路
の中に用いる抵抗素子に適した感度の小さな結晶方位が
存在する結晶面を種々検討した。その結果p型拡散層の
場合、(100)面および(110)面において存在1
することを見い出した。第1表は、結晶面、結晶
方位およびピエゾ抵抗の関係を示す表であって、上記検
討結果を典型的に示すデータ例である。但し、第1表の
データを得るのに、ゲージの比抵抗はp型7.8Ω儂、
ヒエゾ抵抗係数の基本定数は、π、、 = 6.6 X
10−12cm′//dyn +π1゜=−1,I
X 10−’ 2c?dyn、π44−138、I X
10 ”’ cJ/dynを用いた。By the way, as described in the prior art example, it is not desirable for the resistive element fabricated in the integrated circuit to have sensitivity to distortion. That is, it is ideal that each piezoresistance coefficient in equation (1) is zero. Therefore, we selected a silicon crystal plane that is easy to process, and selected a crystal plane that has a crystal orientation with a high sensitivity suitable for a diffusion strain gauge and a crystal orientation with a low sensitivity suitable for a resistance element used in an integrated circuit on the same plane. Various considerations were made. As a result, in the case of a p-type diffused layer, 1 exists in the (100) and (110) planes.
I found something to do. Table 1 is a table showing the relationship between crystal planes, crystal orientations, and piezoresistance, and is an example of data that typically shows the results of the above study. However, to obtain the data in Table 1, the specific resistance of the gauge is p-type 7.8Ω,
The basic constant of the hiezoresistive coefficient is π,, = 6.6
10-12cm'//dyn +π1゜=-1,I
X 10-' 2c? dyn, π44-138, IX
10'' cJ/dyn was used.
第1表
単位×10−”’cn”/dyn
第1表から明らかなように、Dlo)面において、最大
感度を有する方位は[111)軸方向および最小感度を
有する方位は〔1oo〕軸方向である。1だ、(1oe
) 、面においては最大感度を有する方位は[:110
)軸方向であシ、最小感度を有する方位は[:100]
軸方向である。Table 1 Unit x 10-”'cn”/dyn As is clear from Table 1, in the Dlo) plane, the direction with the maximum sensitivity is the [111) axis direction, and the direction with the minimum sensitivity is the [1oo] axis direction. It is. It's 1 (1oe
), the direction with maximum sensitivity is [:110
) in the axial direction, the direction with the minimum sensitivity is [:100]
It is axial.
同様にして、n型拡散層についても検討した。Similarly, an n-type diffusion layer was also studied.
その結果(110)面において存在することを見い出し
た。その結果を示すデータ例を第2表に示す。As a result, it was found that it exists in the (110) plane. Table 2 shows example data showing the results.
但し検討に用いたゲージの比抵抗は117ΩG1ピエゾ
抵抗係数の基本定数はπ’n−−102.2 X i
0−12cm2/dyn 。However, the specific resistance of the gauge used in the study is 117ΩG1 The fundamental constant of the piezoresistance coefficient is π'n−102.2X i
0-12cm2/dyn.
π1゜= 53.4 X 10 ’%m’/dyn、π
44 = −13,6X 10 ”2cJ/dynであ
る。すなわち、第2表から明らかなように、(tXO)
第 2 表
単位Xl0−12GIrL′//dyn面において、最
大感度を有する方位は(100’)軸方向であり、最小
感度を有する方位は(111)軸方向である。π1゜= 53.4 X 10 '%m'/dyn, π
44 = -13,6
Table 2 In the unit Xl0-12GIrL'//dyn plane, the direction with the maximum sensitivity is the (100') axis direction, and the direction with the minimum sensitivity is the (111) axis direction.
本発明はこのような検討結果に基いてなされたものであ
って、その特徴はシリコン基板上に拡散ひずみゲージと
、起歪部と、集積回路を形成したいわめる集積化半導体
ひずみ変換器において、拡散ひずみゲージを感度の高い
結晶方位に配置し、集積回路の一部首たけ全部を起歪部
上に形成するとともに集積回路の中に用いられる受動素
子としての拡散抵抗素子を上記ひずみ感度が最低となる
結晶方位に配置したことにある。The present invention has been made based on the results of such studies, and its features include an integrated semiconductor strain transducer in which a diffused strain gauge, a strain generating section, and an integrated circuit are formed on a silicon substrate. , a diffused strain gauge is placed in a crystal orientation with high sensitivity, a part of the entire neck of the integrated circuit is formed on the strain-generating part, and a diffused resistance element as a passive element used in the integrated circuit is placed in a direction with high strain sensitivity. This is because it is placed in the lowest crystal orientation.
以下、図面に示す実施例により、本発明の詳細な説明す
る。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
第3図は本発明第一実施例で圧力変換器として用いられ
た例について示す。約400μmのp型基板にn型エピ
タキシャル層を約10μm成長させたシリコン基板11
の上面および断面概念図を示すもので、結晶面は(11
0)面となっている。起歪部4は円形の40μm厚さの
薄肉ダイヤフラムを形成し、5が固定部となっている。FIG. 3 shows an example used as a pressure transducer in the first embodiment of the present invention. A silicon substrate 11 in which an n-type epitaxial layer is grown to a thickness of about 10 μm on a p-type substrate of about 400 μm.
This shows the top view and cross-sectional conceptual diagram of the crystal plane (11
0) side. The strain-generating portion 4 forms a circular thin diaphragm with a thickness of 40 μm, and 5 is a fixed portion.
拡散ひずみゲージ21、 22および2!3. 24は
p型拡散層でダイヤフラムの中央および周辺に配置され
、その長手方向は全て(1101軸方向に選ばれている
。この結晶面の場合、最大感度方向は[111]軸方向
であるが、電流と直角方向の応力鴫の作用も考慮すると
ひずみゲージ21. 22および2’3. 24をホイ
ートストンブリッジに構成した場合の出力は(1101
軸方向の方が大きい。固定部5にはホイートスト/ブリ
ッジからの電圧出力を増幅、温度補償、出力調整の各回
路を組込んだ集積回路3が形成されている。Diffusion strain gauges 21, 22 and 2!3. 24 is a p-type diffusion layer arranged at the center and periphery of the diaphragm, and its longitudinal direction is all selected to be the (1101) axis direction.In the case of this crystal plane, the maximum sensitivity direction is the [111] axis direction, Considering the effect of stress in the direction perpendicular to the current, the output when strain gauges 21, 22 and 2'3, 24 are configured as a Wheatstone bridge is (1101
It is larger in the axial direction. The fixed part 5 is formed with an integrated circuit 3 incorporating circuits for amplifying the voltage output from the wheat strike/bridge, temperature compensation, and output adjustment.
7は入・出力電極パッドである。集積回路の中の受動素
子としての抵抗素子6a、 6b、・・・・・・・・
・61は、最小感度方向の[100)軸方向に全て長手
方向を配置している。7 is an input/output electrode pad. Resistance elements 6a, 6b, etc. as passive elements in an integrated circuit
- In 61, all longitudinal directions are arranged in the [100) axis direction, which is the direction of minimum sensitivity.
本第三実施例では、上述のように抵抗素子6a+6b、
・・・・・・・・・61の長手方向をすべて最小感度方
向の〔lOO〕軸方向に全て配置しており、また抵抗素
子6cを起歪部に形成できるので、前記従来技術の問題
点(1) 、 (3) 、、 (/I)を解消すること
ができる。In the third embodiment, as described above, the resistance elements 6a+6b,
. . . All the longitudinal directions of 61 are arranged in the [lOO] axis direction of the minimum sensitivity direction, and the resistive element 6c can be formed in the strain-generating portion, so there are problems with the prior art described above. (1) , (3) , , (/I) can be resolved.
なお、集積回路の抵抗素子の一部6cは起歪部4上に、
その長手方向が[100)軸方向となるよう形成されて
いる。この抵抗素子6cはひずみ感度が最小の方向であ
るので起歪部4の余白を利用して形成しても正常の動作
が可能である。Note that a part 6c of the resistive element of the integrated circuit is placed on the strain-generating portion 4,
It is formed so that its longitudinal direction is the [100) axial direction. Since the resistance element 6c has the minimum strain sensitivity, normal operation is possible even if it is formed using the blank space of the strain generating section 4.
第4図は本発明第二実施例で、圧力変換器として用いら
れた他の例について示す。約400μmのp型基板にn
型エピタキシャル層を約10μm成長させたシリコン基
板11の上面および断面概念図を示すもので、結晶面は
(100)面となっている。FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention, which is another example used as a pressure transducer. n on a p-type substrate of about 400 μm
This figure shows a conceptual top view and a cross-sectional view of a silicon substrate 11 on which a type epitaxial layer has been grown to a thickness of about 10 μm, and the crystal plane is a (100) plane.
起歪部4は矩形で20μm厚さの薄肉ダイヤフラムを形
成している。拡散ひずみゲージ21. 22およ(j
23. 24 ld p 型拡散層でダイヤフラムの周
縁近傍に口形に配置され、その長手方向は全て[110
:]軸方向に選ばれている。集積回路3は起歪部4と固
定部5に渡って形成されておりアナログ増幅回路31と
ディジタル変換回路32が組込まれており出力としては
ディジタル出力を取り出すことかで」る。集積回路の中
に作られている抵抗素子6 a +6b、 6b、 6
c、・・・・・・・・・61は(100)軸方向に泪っ
て配置されている。The strain-generating portion 4 is rectangular and forms a thin diaphragm with a thickness of 20 μm. Diffusion strain gauge 21. 22 and (j
23. 24 ld p-type diffusion layer is arranged in the shape of a mouth near the periphery of the diaphragm, and its longitudinal direction is [110
:] Selected in the axial direction. The integrated circuit 3 is formed across a strain generating section 4 and a fixed section 5, and incorporates an analog amplifier circuit 31 and a digital conversion circuit 32, and outputs a digital output. Resistance elements 6a + 6b, 6b, 6 made in the integrated circuit
c, . . . 61 are arranged in the (100) axis direction.
本第二実施例によれば、集積回路の中に作られている抵
抗素子が最小感度方向に配置されていることにより前記
従来技術の問題点(3)、 (4)を解消し得る。また
集積回路の抵抗素子が最小感度方向に配置するため、そ
の一部を起歪部4上にも形成できるため、小型化が可能
となり前記問題点(1)をも解消し得る利点を有する。According to the second embodiment, the problems (3) and (4) of the prior art can be solved by arranging the resistor elements formed in the integrated circuit in the direction of minimum sensitivity. Furthermore, since the resistive elements of the integrated circuit are arranged in the direction of minimum sensitivity, a part of them can be formed also on the strain-generating section 4, which has the advantage of enabling miniaturization and solving the problem (1).
第5図は本発明第三実施例でひずみ変換器として用いら
れた他の例について示す。p型基板にn型エピタキシャ
ル層を約10μm成長させた後約20μmの厚さにエツ
チングしたシリコン基板12の上面および断面概念図を
示すもので、結晶面は(100)面となっている。起歪
部4は基板全体である。拡散ひずみゲージ21. 22
および23.24はp型拡散層でシリコン基板のほぼ中
央に配置されており、長手方向はCll0E軸方向に選
ばれている。FIG. 5 shows another example used as a strain transducer in the third embodiment of the present invention. This figure shows a conceptual top view and cross-sectional view of a silicon substrate 12 in which an n-type epitaxial layer is grown to a thickness of about 10 μm on a p-type substrate and then etched to a thickness of about 20 μm, and the crystal plane is the (100) plane. The strain-generating portion 4 is the entire substrate. Diffusion strain gauge 21. 22
23 and 24 are p-type diffusion layers arranged approximately in the center of the silicon substrate, and the longitudinal direction is selected to be the Cll0E axis direction.
集積回路3の中に作られている抵抗素子6a、 6b
。Resistance elements 6a and 6b formed in the integrated circuit 3
.
・・・・・・・・・61の長手方向はひずみ感度最小の
[:100]軸方1!向1、ニ、招り1゛らτ゛て配置
され、さらによりひずみ効果を低減するために全ての抵
抗素子は同一方向に作られており、わずかに抵抗変化を
発生したとしても、各抵抗素子の変化率を同一として、
各抵抗対どうしで補償するように工夫されている。......61's longitudinal direction is the [:100] axial direction with the minimum strain sensitivity 1! The resistance elements are arranged in the same direction to further reduce the distortion effect, so even if a slight change in resistance occurs, each resistance Assuming that the rate of change of the element is the same,
Each pair of resistors is designed to compensate for each other.
本実施例ひずみ変換器を実際に使用する場合は、第6図
のごとく被測定起歪部材8に直接エポキシ系の有機接着
材や、低融点ガラス等の無機接着剤で貼付は作用してい
る応力成分を精度良く測定することかできる。この使用
法は従来より広く用いられている抵抗線ひずみゲージ、
金属箔ひずみゲージおよび半導体ひずみゲージと同様の
方法である。本第三実施例によれば、前記従来技術の問
題点(1)、 (3)、 (4)を解消できるとともに
、シリコン基板全体を起歪部としているので第6図のよ
うな使用ができ、問題点(2)をも解消し得る。When the strain transducer of this embodiment is actually used, it is attached directly to the strain-generating member 8 to be measured using an organic adhesive such as epoxy or an inorganic adhesive such as low-melting glass. Stress components can be measured with high precision. This method is used for resistance wire strain gauges, which have been widely used in the past.
This method is similar to that used for metal foil strain gauges and semiconductor strain gauges. According to the third embodiment, problems (1), (3), and (4) of the prior art described above can be solved, and since the entire silicon substrate is used as a strain-generating part, it can be used as shown in FIG. , problem (2) can also be solved.
以上に実施例により詳述したように本発明によれば従来
技術の問題点を解消し得るものである。As described above in detail using the embodiments, according to the present invention, the problems of the prior art can be solved.
すなわち、本発明は、シリコン基板上の固定部に従来作
られていた集積回路を、起歪部内にも製作ならしめ、小
型化を一層推し進めることを可能とし、同様に、シリコ
ン基板全体を起歪部として使用可能とし、小型化はもと
より、精度の良い応力計測を可能とし、従来用いられて
いるひずみゲージとして何ら変わることなく使用できさ
らに、ボルトオーダーあるいはデジタル出力を取り出す
ことができるという画期的な効果がある。また、従来の
圧力変換器と同様な応用として、ダイヤフラムの周縁の
固定部上に本発明の集積回路を形成すれば、大応力作用
による固定部の変形や、他の部材との接着に起因する残
留熱応力による集積回路内の受動素子としての拡散抵抗
素子の抵抗値変化がほとんど無視でき、非直線性、ヒス
テリシスおよび熱ヒステリシスや経時変化のない安定性
の高い半導体ひずみ変換器を提供し得るものである。That is, the present invention makes it possible to fabricate an integrated circuit, which was conventionally made in a fixed part on a silicon substrate, also in a strain-generating part, thereby further promoting miniaturization. It is revolutionary in that it can be used as a strain gauge, not only downsized, but also capable of highly accurate stress measurement, and can be used as a conventional strain gauge without any changes, as well as being able to take out bolt-order or digital output. It has a great effect. In addition, if the integrated circuit of the present invention is formed on a fixed part at the periphery of a diaphragm in a similar application to a conventional pressure transducer, the fixed part may be deformed due to large stress or may be caused by adhesion to other parts. A highly stable semiconductor strain transducer can be provided in which the change in resistance value of a diffused resistance element as a passive element in an integrated circuit due to residual thermal stress is almost negligible, and there is no nonlinearity, hysteresis, thermal hysteresis, or change over time. It is.
第1図は従来装置の第−例を示す平面および断面概念図
、第2図は従来装置の第二例を示す平面および断面概念
図、第3図は本発明の第一実施例を示す平面および断面
概念図、第4図は本発明の第二実施例を示す平面および
断面概念図、第5図は本発明の第三実施例を示す平面お
よび断面概念図、第6図は第三実施例の使用状態を示す
概念図である。
1 パ°・・・・・シリコン基板、 21〜24・・・
・・・・・・拡散ひずみゲージ、 3・・・・・・・・
・集積回路、 4・・・・・・・・・起歪部、 5 ・
・・・・・・・・固定部、6a、〜61・・・・・・・
・・抵抗素子、 7・・・・・・・・・電極パッド、
8・・川・・・・被測定起歪部材。
第1図
01o]
第3図
第4図FIG. 1 is a conceptual plan view and cross-sectional view showing a first example of a conventional device, FIG. 2 is a conceptual plan view and cross-sectional view showing a second example of a conventional device, and FIG. 3 is a plan view showing a first embodiment of the present invention. 4 is a conceptual plan view and a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a conceptual plan view and a cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a conceptual view of a third embodiment. It is a conceptual diagram which shows the usage state of an example. 1 Pa°...Silicon substrate, 21-24...
・・・・・・Diffusion strain gauge, 3・・・・・・・・・
・Integrated circuit, 4...... Strain generating part, 5 ・
...Fixed part, 6a, ~61...
...Resistance element, 7... Electrode pad,
8... River... Strain member to be measured. Figure 1 01o] Figure 3 Figure 4
Claims (4)
歪部に設けた拡散ひずみゲージと、その拡散ひずみゲー
ジによって構成するブリッジ回路と、そのブリッジ回路
の電圧出力を処理する集積回路とを構成した半導体ひず
み変換器において、前記集積回路の一部捷たは全部を前
記起歪部上に形成し、かつその集積回路中に作り込む拡
散受動抵抗素子の長手方向をそのピエゾ抵抗感度が最小
となる結晶方位に配列したことを特徴とする半導体ひず
み変換器。(1) A strain generating section, a diffusion strain gauge provided in the strain generating section, a bridge circuit constituted by the diffusion strain gauge, and an integrated circuit that processes the voltage output of the bridge circuit on a silicon single crystal substrate. In the semiconductor strain transducer, a part or all of the integrated circuit is formed on the strain-generating part, and the piezoresistive sensitivity is set in the longitudinal direction of the diffused passive resistance element built into the integrated circuit. A semiconductor strain transducer characterized by being arranged in the minimum crystal orientation.
(Zoo)結晶面とし、拡散受動抵抗素子をp散拡散層
とし、その長手方向を[100]結晶軸方位に配列した
ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の半導
体ひずみ変換器。(2) The surface of the silicon single crystal substrate is a (110) or (Zoo) crystal plane, the diffused passive resistance element is a p-diffused diffusion layer, and the longitudinal direction thereof is arranged in the [100] crystal axis direction. A semiconductor strain transducer according to claim (1).
とし、拡散受動抵抗素子をn型拡散層とし、その長手方
向を(111)結晶軸方位に配列したことを特徴とする
特許請求の範囲第(1)項記載の半導体ひずみ変換器。(3) Claims characterized in that the plane of the silicon single crystal substrate is a (110) crystal plane, the diffused passive resistance element is an n-type diffusion layer, and the longitudinal direction thereof is arranged in the (111) crystal axis direction. The semiconductor strain transducer according to item (1).
とし拡散受動抵抗素子はp散拡散層のものとn型拡散層
のものとが混在し、p散拡散層は[100〕、n型拡散
層は(:] 111結晶軸方位に配列したことを特徴と
する特許請求の範囲第(1)項記載の半導体ひずみ変換
器。(4) The surface of the silicon single crystal substrate is a (110) crystal plane, and the diffused passive resistance element has a p-diffusion layer and an n-type diffusion layer, and the p-diffusion layer has a [100] and an n-type diffusion layer. The semiconductor strain transducer according to claim 1, wherein the diffusion layer is arranged in the (:]111 crystal axis direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58091442A JPS59217374A (en) | 1983-05-26 | 1983-05-26 | Semiconductor strain converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58091442A JPS59217374A (en) | 1983-05-26 | 1983-05-26 | Semiconductor strain converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59217374A true JPS59217374A (en) | 1984-12-07 |
Family
ID=14026480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58091442A Pending JPS59217374A (en) | 1983-05-26 | 1983-05-26 | Semiconductor strain converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59217374A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62174978A (en) * | 1985-10-08 | 1987-07-31 | Nippon Denso Co Ltd | Device for detecting semiconductor vibration and acceleration |
| JPH0221759U (en) * | 1988-07-28 | 1990-02-14 | ||
| WO1990003664A1 (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Pressure sensor |
| WO2004070798A1 (en) * | 2003-02-07 | 2004-08-19 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Silicon semiconductor substrate and its manufacturing method |
| WO2013057689A1 (en) | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | SiC HIGH TEMPERATURE PRESSURE TRANSDUCER |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51120687A (en) * | 1975-04-16 | 1976-10-22 | Hitachi Ltd | Semiconductor pressure converter |
| JPS57128075A (en) * | 1980-12-03 | 1982-08-09 | Honeywell Inc | Detector |
-
1983
- 1983-05-26 JP JP58091442A patent/JPS59217374A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51120687A (en) * | 1975-04-16 | 1976-10-22 | Hitachi Ltd | Semiconductor pressure converter |
| JPS57128075A (en) * | 1980-12-03 | 1982-08-09 | Honeywell Inc | Detector |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62174978A (en) * | 1985-10-08 | 1987-07-31 | Nippon Denso Co Ltd | Device for detecting semiconductor vibration and acceleration |
| JPH0221759U (en) * | 1988-07-28 | 1990-02-14 | ||
| WO1990003664A1 (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Pressure sensor |
| US5191798A (en) * | 1988-09-30 | 1993-03-09 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Pressure sensor |
| WO2004070798A1 (en) * | 2003-02-07 | 2004-08-19 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Silicon semiconductor substrate and its manufacturing method |
| CN100380580C (en) * | 2003-02-07 | 2008-04-09 | 信越半导体株式会社 | Silicon semiconductor substrate and manufacturing method thereof |
| US7411274B2 (en) | 2003-02-07 | 2008-08-12 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Silicon semiconductor substrate and its manufacturing method |
| WO2013057689A1 (en) | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | SiC HIGH TEMPERATURE PRESSURE TRANSDUCER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4777826A (en) | Twin film strain gauge system | |
| US4173900A (en) | Semiconductor pressure transducer | |
| US6700473B2 (en) | Pressure transducer employing on-chip resistor compensation | |
| US4527428A (en) | Semiconductor pressure transducer | |
| US20230184603A1 (en) | Temperature coefficient of offset compensation for force sensor and strain gauge | |
| US3956927A (en) | Strain gauge transducer apparatus | |
| US6308577B1 (en) | Circuit and method of compensating for membrane stress in a sensor | |
| EP0407587A1 (en) | Pressure sensor | |
| US3739644A (en) | Linearization of differential pressure integral silicon transducer | |
| JPS59217374A (en) | Semiconductor strain converter | |
| EP0080186B1 (en) | Semiconductor pressure transducer | |
| JP2895262B2 (en) | Composite sensor | |
| JPH0419495B2 (en) | ||
| JPH01199476A (en) | Pressure sensor | |
| JPH02196938A (en) | Pressure sensor | |
| JP2864700B2 (en) | Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing the same | |
| JPH0455542B2 (en) | ||
| JPS6222272B2 (en) | ||
| JP2512220B2 (en) | Multi-function sensor | |
| JPS5924552B2 (en) | Silicon diaphragm strain gauge | |
| JP2001272203A (en) | Distortion measuring apparatus | |
| JP2590960B2 (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| JPS6124836B2 (en) | ||
| JPH0682844B2 (en) | Semiconductor strain converter | |
| JPH0419494B2 (en) |