Semiconducteur thin-film pressure sensor and method of producing the same

专利摘要:

公开号:WO1989003592A1
申请号:PCT/JP1988/000486
申请日:1988-05-23
公开日:1989-04-20
发明作者:Makoto Kamachi；Jun Tajika；Aki Tabata；Noritake Suzuki；Hiroshi Inagaki
申请人:Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho；
IPC主号:G01L9-00

专利说明:
[0001] m ^ ' 半導 ^薄膜圧力 セ ン サお よ びその製造方法 技術分野
[0002] 本発明 は ， 導体薄膜パ タ ー ン の ピエ ゾ抵抗効果を 利用 し た半導体薄膜圧力 セ ンサお よ びその製造方法 に 関する 。 技 ¾
[0003] 近年 、 シ リ コ ンゃゲルマ ニ ウ ム等の半導钵の もつ ピ ェゾ抵抗効粜を利用 し た 半導体圧力 セ ン サが注目 さ れ て いる。
[0004] 例えば本発明者 ら は 、 プラ ズマ C V D 法に よ り 形成 し た π 型のマ イ ク ロ ク リ ス タ ルシ リ コ ン （ ^ c 一 S ！ ) 層を感圧抵抗層 と賭 し て形成 し た薄膜圧力 セ ン サを提 案 し ている ( 特願眧 6 1 — 1 1 1 3 7 7 号 ） 。
[0005] し か し 、 かかる ¾造の薄膜 ΙΪ力 セ ン サは ダ ャ フ ラ ム と ゲー ジ mの お よ ぴ绝籙層 と惑圧抵抗層の間 に お ける密着性はいずれち良好であるが 、 惑 S抵抗層の温 度特性 に 問題が あ っ た
[0006] ま た 、 感圧抵抗層 に 型の多結晶 シ リ コ ン を用 い すこ 搆造ち提案さ れて い る ( セ ンサ技 ¾ : 935 ^ 2月 号 V 0 1
[0007] . 5 0 . 1 3 30〜 34 )
[0008] し か し 、 P 型多結晶 シ リ コ ン 層をプラ ズマ C V D 法 によ り 形成する場合 、 高阁 ¾パワ ー （ R F パワ ー ） が 0 0 W以下ではアモルフ ァ ス状態 と なるため、 P 型 多锫晶シ リ コ ン履を得るためには高パワ ー 必要であ る。 ま た、 これはガス比を変えて も同様で依然と し て 高パワ ー 必要であ っ た。 しか しな ら 、 ー設に 、 高 ノ ヮ ー頜域ではァラズマ均一 が惡い こ とが ¾ ら れて いる。
[0009] したが っ て 、 惑圧抵抗 11 と して上記 Ρ型多結晶シ リ コ ン層を ®いて薄膜圧力センサを し た場合 、 惑圧 £ 5 B自体の温度特性は良好 となるが 、 ^抗 ϋのばら つき 大きいため、 ブリ ッ ジ回路を形成する際に熠 な抵抗 iS福置が必要となる という 問 11があ っ た。 発明の開示
[0010] そこで本穽明では、 感圧抵抗層 と して n 型多結晶シ リ コ ン層を甩いた半導体薄膜圧力セ ンサを提供する。
[0011] すなわち 、 本発明者らは、 電気伝導度が低く かつ均 一化が難し く 、 惑圧抵抗曆 と し ての実 1¾化は函難であ る とされていた π 型多桔晶曆について mを gねた 果、 通常 Ί S Q〜 3 G Q ^: である とされていたプラズ マ C V D 工程の温度条件を大幅に高めた とき、 均一で 特性の良好な感圧抵抗層を得るこ とができる という 事 実を発見 し 、 本発明はこの結栗に づき成されたちの である。 本発明では、 基板温度を 5 0 0〜 6 5 0 Ό と するこ と に よ り感圧抵抗雇 と し ての π 型多結 _B¾シ リ コ ン 層 を开さ成する よ う に し て い る 。
[0012] - ま た本発明で は 、 ^膜 力 t ンサの製造 に ¾ し 、 圧返抗 s と 同 一 t才 ^て ¾点 ϋ螫 の 調パ タ ー ン と ¾ 讕パ タ ー ン とを形成 し て お き 、 セ ン サ形成後 、 ま ず粗 mパタ ー ン を取捨還択 し て粗調整を行い 、 続いて 、 徽 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 。
[0013] 望ま し く は 、 雾点調整 ¾ の各パ タ ー ンを く の字状又 は コ の字拔等に 湾曲せ し めて 形成する こ と に よ り 実質 昀鎳 Sを大き く する 。
[0014] この方法に よれば組調パ タ ー ン と 徴調バ 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 ポ ン デ イ ン グ位置 （ 電極 ） を選択すればよ い 。
[0015] 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 。
[0016] 従 っ て 、 外付 け回路等を用 い る こ と な く 、 容易 に 才 フ セ ッ 卜 電圧を大 ^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 能 と なる 。
[0017] さ ら に 望ま し く は この ¾点補攛用抵抗パタ ー ン を ダ ィ ャ フ ラ ム の同心円状 に沿 っ て 配置す るのが望ま し い <= 上記溝成に よ り 、 膜厚分 ¾ の影響を通少 isに押 さ え る こ と がで き る た め ¾点 ¾§ (1用抵抗バ タ ー ン R C の小 抵抗 の各 々 の抵抗 Sを平均 ^ と ほぽ等 し い ^ と する こ と ができ _t 等ピ ッ チでの調整が可能 となる _n
[0018] さ ら に 本 ϋ明で は 、 薄膜圧力 セ ンサの墨 ¾ ¾置）¾ 抵 ^を、 歪ゲージ を ¾成す る と同一 ¾嵙で： ー 基板上に ¾成する よ う に し て いる 。
[0019] つ ま り 、 温度捕燈 raの抵抗の形成を歪ゲ一ジ と ¾一 工程で行う もので 、 測えば、 多結晶シ リ コ ン薄膜を或 膜 し 、 歪ゲー ジ のパタ ーニン グを行う 際に 、 同時に 、 抵抗もパタ ーニングする よ う に する。 そ し て 、 七ンサ 部 と抵抗 と の配篛も 、 tzンサ部の ¾ s a镜バ ク ー ン と !¾材； で周蒔に形成する 。
[0020] 抵抗 ^を锾成する多锆晶 シ リ コ ン篛膜等のパ タ ー ン は 、 彤状を任意に変える こ と に よ り 、 所望の抵抗儘を 得る こ と ができ 、 外付けの抵抗素子を用 いる こ とな く ， ト ラ ンジスタ の電圧降下の温度依存 ¾の瘟を歪ゲージ の惑度低下の変化率 と一致させる こ とができる 。
[0021] 更に ま た本発明の圧力 セ ンサ装置は、 受圧面の裏側 に圧力 セ ンサを配設 し てなる ダイ ヤ フ ラ ム部 と 、 こ の 受圧面に渤定すべき気体ま た は液体を導入する圧 j-j 入部 とがー体的に形成さ れたセンサ本 ¾ と 、 ¾ D定 に符台するよ う に このセ ンサ本体に ¾成さ れたね じ部 とか ら構成さ れている 。
[0022] 上記搆成に よ り 、 装置の大福な小形化を はかる こ と がで き 、 ま た接着剤等を使 ¾する こ とな く 、 前記ね じ 部 に符合するね じ を形成 し たもので あればいかなる ¾ 11定体に対 し ても容易 に装着できる 。 ま た本発明で は 、 ダイ フ ラ ム の受 if 靣の ¾ Mこ 歪 みゲ - ジ を S設 し て なる圧力 セ ン に J いて 温度 ¾ IS用素子を 、 ダイ フ ラ ムの歪みゲ ― ジ形成 2iを ifflむ よ う に裝着さ れる シールキ ャ ッ プ上 に 設ける よ う に し て いる 。
[0023] 上記搆成に よ り 、 セ ンサ部 と 、 温度補慣 ¾ 素子が近 接 し て設け ら れて いる た め 、 その温度は 、 ほ とん ど等 し く な つ て お り 、 正 ¾な温度補 ^を行う こ と ができる 図面の 簡単な 説明
[0024] 第 1 図 ) , ( b ) は本発明の 一 ' 鹿例 に 係わ る半導体 薄膜圧力 セ ン サの平面図 お よびその A— A断面図 、 第 2図 （a ) 乃至 ) は周実施例の半導估薄膜圧力 セ ンサ の製造工程図 、 第 3 図 は周実施例の等 ffi回路図 、 第 4 図 は周実施倒の動作原理を示す説明図 、 第 5 図 は同 ^: 施 ί の半導馎薄膜圧力 セ ン サの圧カ ー 出力電圧特 i生を 示す 図 、 第 6 図 は 、 周荬施例 に おける スパ ¾圧 と ^ 度 との 係を示す ， 第 7 図 は n 型多結！：シ リ コ ン層 の 成膜温度 と電気伝導度お よ び成 ^ ¾度 と の閱係を示す , 第 8 ϋは π型多結晶シ リ コ ン膜の 氮伝導度の ガ ス比 S i H 4 / H 2 お よ び' R F パ ワ ー （ 縦軸 ） 依存性 を示 す！ 、 16 9 H ( a ) , ( b ) は本 ¾明の他の実施例 に 係 わ る半導 -薄膜圧力 セ ンサの平面図お よ ひ'その A— A 断面 ^ 、 第 Ί 0図 は同実旌倒 に お ける 配 ^の一 ^を示 す図、 第 1 1 図 は同実施例の勁作を説明 する 図 、 第 1 2； aは :¾ n ¾ の要 s拡大 ]、 第 ι 3図は本発明の に泡の ^飽倒に ¾わる T導 ^薄膜圧力 t ン ¾早 ¾、 1 4 図は ¾突 δ! ϋの S H5 ^大図、 ¾ 1 5 gは本 ¾明 の更に の実施倒に係わる半導 ¾篛 圧力センサの平 面図、 第 Ί S 図は同実旌 i¾の動作を説？§するためのグ ラ フ 、 第 1 7 図 ）， 〖b) は本発 ^の更に の ¾ 5S剖に ¾わる半導体薄膜圧力センサの ^面 ϋおよびその A— A Hi面図、 第 1 3 図 ) 乃至（ e〉 は同実施例の半導 薄膜圧力 センサの製造工程図 、 第 Ί 9 図 （ a ) , ( b ) は本 明の更に他の実施倒に係わる半導体薄膜圧力セ ンサ の平面図およひ'その A— A断面図、 第 2 Q 図は同卖施 例の等衝回路図、 第 2 Ί HIは周半導钵薄膜圧力センサ を本律の組込んだ拔態を示す図、 第 2 2図および第 2 3 図は周実施例の動作を説明するためのグラフ 、 第 2 4 図は本発明の更に池の実施例に係わる半導体薄膜圧 力セ ンサの断面図、 第 2 5 H (a) , (b) および第 2 6 図 fa), (b) は {¾荬旌 ϋの s部拡大図 、 ¾ 2 7 1！は： ί: 明 の更に ¾の！:施涎に ¾わる半導 ¾ 膜圧力 七ン の斷 面図、 第 28 図は同実 Mの半導体薄膜圧力セ ンサ ' 取付け拔態 示す図、 第 2 9 図 （ a ) 乃至（ e ) は周実施 Mの半導体薄膜圧力 センサの製造工程図である。 発明を実施するための最良の形態
[0025] 第 Ί 図 （ a ) ( b ) は本発明の一実施剁に ι わる薄 濃圧力セ ン を示し たもので 、 第 1 図 ( a ) はその平 ； ΐ;第図 ( ) の A— A iSi面；！！を示 し い の ^ ϋの半 ¾ ¾ ϋ膜 ン サ 1 0 0 はス テ ン レ ス製の ダィ ャ フ ラ ム 1 の う え に絶緣 S 2を 成 の铯豫履 2の上に π型多結晶 シ リ コ ン §か ら な る感圧抵抗屬ノ タ ン R 1 . R 2 , R 3 . R 4お よ び アルミ ニ ゥ 厶層か ら なる ¾S配籙バ タ ー ン Ε Ί . E 2 .
[0026] 3 E 4 E 5 , E 6を形成 し て 溝成さ れる 。
[0027] なお 、 惑圧抵抗層パタ ー ン R 1 R 4 お よ ア ルミ ニ ゥ ム層か ら る 極配篛パ タ ー ン E 1 E 6の上に は こ ら の バ タ ー ン を保 ¾ する た め のバ ッ シ ベ シ ョ ン膜が ¾成さ れ て いるが 、 iH l ll ( a ) ( b ) に お
[0028] の / ッ シ ぺ シ ョ ン膜は図示の 便宜上省略 さ れ て いる
[0029] 次に 、 こ の半'導体 M膜圧力 セ ンサ 1 0 0の製造方法 につ い て説 する 。
[0030] ま ず 、 ス テ ン レ ス製の ダイ ヤ フ ラ ム 1 の表 fi にプラ ズマ C V D法に よ 約 Ί Q ππの酸化シ リ コ ン讀か ら なる ¾ 2を 成する （ 第 2 ¾ ( a ) }
[0031] 次い で 、 プラ ズマ C V D法に よ り 感圧抵抗曆パ タ ン R 1 R 4 を形成す る た め の膜厚約 Ί ^ mの π型多 結晶シ リ コ ン曆 3 ' を堆 ffiす る （ 第 2図 （ b ) ) 。 こ の と き の進 ¾条件は 、 基板温度 ： 5 4 、 ガス圧 ： ' 1 . 0 Torr, 反応ガス ： シラ ン （ S i H 4 ) 水素 （ H 2 ) 一 フ ォ ス フ ィ ン （ P H c ) , S i H ,-· H 2 = 1 / 3 0 S ί Η 4 ノ' P H = . 0 % , R Fノ ヮ 5 〇 W この後 、 ¾常 フ 3 卜 リ ソ &に よ り ノ ー ニン グ し 、 ひずみゲー ジ と し て の感圧抵抗 ) 1パタ ー ン 3 ( 惑圧 ¾ ¾層パ タ ー ン R 1 〜 R 4 に 応 ） を形成する （ 第 2 ϋ] 続い て 、 エ レ ク ト ロ ン ビー ム （ E B ) 蒸莕法に よ つ て電極配篛パタ ー ン E 1 〜 E 6を形成す る ためのアル ミ ニ ゥ ム震を彭瘐 し 、 メ タ ルマ ス ク ま た は フ ォ 卜 リ ソ 法に よ り パタ ーニ ング し電極32篛パ タ ー ン 4 ( 雷 配 菊パ タ ー ン Ε Ί 〜 Ε 6に 対応 ） を形成する （ 第 21Ud
[0032] ) ) C
[0033] そ し て最後に 、 （ 第 2図 （e) ) プラズマ C V D法に よ り センサ表面を襖覆保證するパ ッ シベー シ ョ ン膜 と し て窒化シ リ コ ン層 5を形成する 。
[0034] こ のよ う に して彤成さ れた半導估篛膜圧力 セ ンサ 1 0 0の電 S配鎳パタ ー ン E 2お よび E 3は、 出力 子 T out に接読さ れ、 極配線パタ ー ン E Ί と E 3 は.ヮ ィ ャ ポ ンデ イ ングで ¾い に接続さ れる と と も に iH^ V のマイ ナス端子に接続され、 雷極配篛パ タ ー ン Ε 4 と Ε 6はワ イ ヤ ボンディ ングで互い に接続される と とも に電源 Vのプ ラ ス端子 に接铳さ れる 。
[0035] 惑圧抵抗層パタ ー ン R 1 ， R 2 , R 3 , R 4 はプ リ ッ ジ回路を溝成 し て お り 、 これを等衝回路で示す と第 3図の よ になる 。
[0036] 無負荷蒔 （ 圧力が加え ら れて いない に おいて ） 、 各感 if ®バ タ ー ン R 〜 S 4 で ^ は ^ べ て 等 し く R と な っ て いる 。
[0037] 今 、 第 4 11に示 す く 圧力 Pが ダイ ヤ フ ラ ム Ί に ¾ し た と する と 、 感圧 iii抗層ノ タ ー ン R 1 と R 3 が タ' ィ ャ フ ラ ム Ί の周辺部 に 、 そ し て惑圧抵抗曆バ タ ー ン R 2 と R 4 と が 中央部 に 配さ れる 欝造 とな っ て いるた め 、 ： 圧抵抗層パ タ ー ン R 1 と R 3 は圧縮応力 を受け 、 そ の抵抗値は R 丁 と なる一方 、 感圧 ^抗 ISパ ク一 ン R 2 と R 4 は引 っ 張 り I 力 を受け て そ の抵抗 直は R 一 Δ R と なる „
[0038] と こ ろ で 、 電極配篛バ タ ー ン Ε と Ε 3 の接 点 と Ε 4 と [： 6 の接続点 と の間 に電源 V か ら J± V i nを印 加 するも の と する と 、 無負荷時 に は 4 つ の感 !±抵抗 m パタ ー ン R Ί , R 2 . R 3 . R 4 の抵抗値 は す べて等 し い故 、 電極配篛パ タ ー ン E 2 ， E 5 Eiの電位 は等 し く 、 出力端子 T out に生 じ る電圧 V out は V out = 0 とな .つ て いる 。
[0039] ¾ つ て 、 え ¾ 2 Siに示す よ う に圧力 P の 負荷が かか り 、 感圧抵抗層パ タ ー ン R Ί . R 3 の抵抗 iSは R + Δ R 、 感圧抵抗層パ タ ー ン R 2 . R 4 の抵抗値は R — Δ R と な っ た と する と 、 出力電 .圧 V 0 u t は
[0040] V ou t = 2 ( Δ R R ) - V in
[0041] と なる 。
[0042] こ の よ う に 、 ダイ ヤ フ ラ ム 1 に圧力 Pが加わ る と こ の圧力 P に対応する電圧が出力 端 子 T out か ら 出力 さ れる c こ の雷圧は ア ァ部 ( S示せ f ；. で ¾等の
[0043] ^がなさ れ 、 H 回路 に出ガ さ れる 。
[0044] 第 5 図 は 、 こ の篛膜圧力 セ ン ^の圧力 ー 岀カ ¾圧 ¾を示 し た ものである 。 第 5 図 に示 す ご と く こ の場合 のオフ t ッ 卜 電圧は 2 m V と極め て低 く な つ ているた め 、 オフ セ ッ ト 電圧補儻办 '不用である _c ま た 、 この特 性曲篛の非直篛性 と 、 粱り 返 し 使 ¾ に よる劣化を考慮 し ても誤差は 0 . 5 5 % フルスパン （ F S ) の範 H内 にな っ て いる - 第 6 図 に スパン電圧 と溫度 と の闐係曲镖を ^す - こ の gに示されるよ う に、 謖羑は 0 ， 0 4 1 % F S V, と極め て 小さ く 、 良好な特性を示 し て いる こ と わか る 。 .
[0045] 第 7 図は 、 感圧抵抗層パタ ー ン と し て の π 型多結晶 シ リ コ ン層の形成に際 し 、 他は周一条件で基钣温度の みを変化さ せて 、 電気伝導度お よび成膜速度の温度特 性を 1定 し た結栗を示 し た もので る。 この図 に示さ ήる よ う に ょ う に基板温度を 5 0 〇 ^上に する と電 気伝導度が大 ίΐに向上 し 、 ひずみゲー ジ と し て の使 ί¾ に極めて適 し たちの と なる こ とが分かる 。 ま た 、 6 5 0 で以上 となる と 、 下地の 緣曆の劣 ί匕等の不都合が 生 じ る。
[0046] 更に 、 π 型多結晶 シ リ コ ン謨の ^気伝導度の S i H / H 2 の ガス比 （ 璜軸 ） および R F パワ ー W ( 翰 ） への 依存性を第 8 図に示す _c 図中 ！ヽ ッ チン グで 示す ^域 は プ ラ ズマ不 域であ り 、 ¾ は均 一 ¾域 ある 。 こ こ で 、 フ' ラズマ ^域 に お け る大小の円 C . C 2 , C 3 . C 4 は夫 々 、 雷気伝導度 2 0 , b 0 , 1 0 0 , 1 5 0 ( 3 3 ) の 領域を示す もの と す る
[0047] な お 、 感圧抵抗層の成膜条件は 、 ¾施 m に g £ さ れ るも ので はな く 、 S i H 4 , ( H 2 - P H 3 ) = Ί ノ
[0048] 2 0 〜 1 . ' 8 0 , S i H ,.. P H = 0 . 2 〜 3 . 0 、 ガ ス 圧 0 . 3 〜 2 . 0 丁 0 r r 、 R F パ ワ ー 3 0 〜 Ί 5
[0049] G Wの 11 の 中か ら 適宜選択 し て設定 る よ う に すれ it 'よ 。
[0050] ま た 、 実施例 に おいて は 、 惑圧抵抗 ISの形成に フ ォ ス フ イ ン （ P H 3 〉. を ド ーパン 卜 と し て S いた が 、 フ ォ ス フ ィ ン に 限定さ れる こ と な く 、 π 曆を形成する よ う な ドーゾ ン 卜 であ ればよ い 。
[0051] 更 に ま た 、 惑圧抵抗 IS以外の部分の S成 につ いて は ¾施例 に 定 される こ と な く 適宜変 ϋ可能である 。
[0052] と こ ろで ， 上述 し た の も つ 抵抗値 は全 て 一定でなけ ればな ら ないが , 製造ェ程に お い て わずかなは'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 。 こ の 場 合 、 外付け抵抗を付加する こ と に よ っ て雰点認 を 行 う よ う に し て も よ いが 、 こ の よ う に する と感压抵抗 層パ タ ー ン R Ί 〜 R 4 と 外付け抵抗 と の温度係数 違 う 場合 に は 、 更 に温度把僕） ¾抵抗が必要 と な り ¾ E お複錐でかつ大型化する という 間題 生 じ る 。
[0053] 第 9 H ( a 〗 （ b ) この様な間題を ^決 し た isの ¾ 涎飼を示 し た も のである 。
[0054] 第 9 図 （ a ) お よび （ b ) において 、 ステ ン レ スダ ィ ャ フ ラ ム Ί 上に酸化シ リ コ ン層からなる筢緣層 2 が 形成され、 このゲ一 卜 層の上に n 型多結晶シ リ コ ンね、 らなる惑圧抵抗層パタ ー ン R 1 〜 R 4 およびア ルミ 二 ゥ ム層か ら なる電極配線パタ ー ン E 〜 E 7 が形瑛さ れる と と ちに 、. 電極配線パタ ー ン E 4 と E 5 と の閻 に , 電極配篛パ タ 一 ン E 〜 E 7 と周一 Uか ら なる く の 字状の調螫 ; ¾電極パ タ ーン E iVl Ί 〜 E 7 が形成され、 各調整甩電極の問 に 、 感圧抵抗曆パタ ー ン R Ί 〜 R 4 と ί司ー材钭か ら なる く の字状の粗調 ¾ ( 抵抗 〉 パ タ ー ン Τ Μ 1 〜丁 Μ 8 が形成され、 さ ら に 、 電極 1£篛パ ク ー ン Ε Ί と Ε 3 との閻 に 、 徴調用 （ 抵抗 ） ノ、' タ ー ン S R が形成される 。 こ こで雷極配鎳パタ ー ン Ε 7 はプ リ ッ ジ解故用 の電極であ り 、 こ の電極配篛パ タ ー ン Ε 7 は各パ タ ー ン の抵抗値測定後、 ワ イ ヤポンデ ィ ン グに よ り 電極配線パタ ー ン Ε 5 と短絡される 。
[0055] これ ら組調用抵抗パタ ーン Τ Μ 1 〜丁 Μ 8 と徴調用 抵抗パタ ー ン S R は感圧抵抗層パ タ ー ン R 〜 R 4 の 形成 と同時に形成され、 調整用電極パタ ー ン Τ Μ Ί 〜 Τ Μ 8 も電極配線パタ ー ン Ε 1 〜 Ε 7 の形成 と同一ェ gで开 成さ れる =
[0056] なお 、 組調 ffi抵抗パ タ ー ン T M 〜 T M 8 は 、 第 1 2 Hl に ^大図を示す よ う に夬 々 U整 ^ 匿極パ タ ー ン E .VI 1 E M 7 の間 に E し 、 パ タ ー ン の 効 、 すな わ ち く の字の長さ は W ： ― W 2 で あ り 良さ は調整用電 極パ タ ー ンの間隙 G に祀当 する 。
[0057] 上述 し た搆成を 、 第 1 3 図 に 全体構成 、 第 Ί 4 図 に 要部拡大図で示す よ う な直籙状パ タ一ン： の調整用抵 抗パ タ ー ン を用 い た欝成 と 比較する と 、 パ タ ー ン篛が W 1 - W 2 > w n でノ ° タ ー ン長 . ：} 7 同 じ場合 、， バ タ ー ン当 り の祗抗値は W O ノ w - w S と な り 、 調 整 ピ ッ チ 小さ く する こ と がで きる こ と が 分る 。 ^え ば 、 惑圧抵抗： 1ノ タ ー ン （ ゲー ジ ） のノ; タ ー ン ！！を s 、 パタ ー ン長を と し 、 単位囿積当 た り の抵抗値を R と し た と き 、 第 3 図およ び第 Ί 4 図の構成に おいて は調 整用抵抗パタ ー ン の抵抗碹は R x ( a ， ノ b * wコ ） であ っ たのが 、 上述 し た構成の） 51調用 パ タ ー ンの場合 R X { a · i c /■' b ( w 1 + w 2 〉 } と小さ く なる 。
[0058] ま た 、 微調用抵抗パ タ ー ン S R は 2 つ の電極配篛バ 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 つ て お り 、 極め て小さ な抵抗値をもつ 。 こ の く し ϋをさ ら に ^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 。
[0059] こ の よ う な粗調用パ タ ー ン と 徽調用パ タ ー ン と をも つ薄膜圧力 セ ンサを形成 し た 後 、 4 つ の感圧抵钪曆パ タ ー ン 〈 ゲー ジ ） R 1 〜 R 及び粗調 ¾抵抗パ ー ン 《 E 4 ·- E 6 間 ） と鍛調用抵抗パ タ ー ン の抵抗 を ϋ 定する c
[0060] そ し て 、 R 1 〜 R 4 の USか ら 才 フ ύ ッ を ¾に する の に必要な補償抵抗铤を算出 し 、 その に 合 う よ う に 謌整用電極を選択 し 調用抵抗パ タ ー ンを便 す るか 否か も ^める 。
[0061] 第 Ί Q 図 （ c ) はこ の ^施例の結篛の一 翻を示すもの である 。 この場 ¾ 、 ワ イ ヤ ポンデ イ ングによ り P、 3 に S調 S抵抗パ タ ー ン （ 丁： I ) を 2 ケ加え 、 R 1 に徴調 抵抗バタ ー ン を加え て IS燈を行 っ て いる 。
[0062] 第 Ί Ί 図 は この よう に し て 形成された羅膜 Sカ セン サのオ フ セ ッ 卜 圧 A と篛正前の惡膜圧力セ ンサの 才 フ セ ッ 卜 電圧 B との比鼓図であるが 、 この図か ら 朗 ら かなよ う に 、 本実施.例 によ ればオフ セ ッ 卜 電圧お大 ¾ に低減される 。
[0063] この よ う に 、 こ の実施例で は粗調 ¾パタ ー ン と ¾調 用パ タ ー ン との 2 段階で調整 し ているため極めて容易 に高霜度の零点捕徵が可能 となる 。
[0064] なお 、 実施例で は 、 ： s調 m抵抗パタ ー ンを く の字状 に湾曲せ し めたが 、 直線で 'ちょ く 、 ま た湾 Ξさ iiる場 合 に も必ず し もこ の形扰に ^定さ れるちので はな く 、 く の字 ¾を複数 ! ϋ薆結 し たジグザグ状 と する等、. 曲 に よ り 全長 （ 実際上はパタ ー ン幅 となる 》 を陧 られた 面積の中で長 く する よ う な形状であれば適宜変 ¾可能 で ある.。 ま た 、 芙施例で は 、 電極間を ワ イ ヤ ボ ン デ ィ ン グで 絡 し 電極 に； 接 リ 一 ド镲を半田付 する方法を用 い た が 、 リ ー ド篛取出 し 用 のバ ッ ドを有 す る端子台を ダイ ア フ ラ ム上に 貼 り 付 け 、 選択 し た雷極 と バ ッ ドを ワ イ ャ ポン デ イ ン グで短絡 する よ う に し て も よ い 。 尚 、 镲甩 の：！子台位置はダイ ヤ フ ラ ム上で あ る必要はな く 外部に あ つ て も構わない 。
[0065] と こ ろ で上 し た よ う な構成を と る と 、 、 ：！圧抵抗 Sパ タ ー ン と 铺攛 ¾抵抗を同 一 ダイ ヤ フ ラ lEi内 に ^ mに .成す る た め 、 ¾度補但抵抗が不 と り 、 ま た 、 ϋ ϊ雇 お よ び のパ タ ー ニ ン グ に際 し て 用 い ら れる フ ォ 卜 マ ス ク をわずかに変更する のみで 、 17 ら ェ 3を 付加する こ とな く 、· 点調整 ¾ の抵抗を形成する こ と がで き る う え 、 調整に際 し て も 、 必要に； じ て id篛の ポ ンデ イ ン グ位置 （ 電極 〉 を選択すればよ く 、 g正が 容易で あ る と い う 利点がある 。
[0066] し か し なが ら 、 上記 s成の篛 ≡力 t ン サ に あ っ て は 、 荬際上 、 点補儻 抵抗パ タ一ン R V！ の小抵抗体 の各々 の抵抗値似はその膜厚の ば ら つ き に基 するば らつ き があ り 、. 所望の ピ ッ チ （ 精度 ） て の補俊はでき ない と い う 問題があ っ た 。
[0067] すなわ ち 、 铺遛に用 いる抵抗 ¾の個数を平均値を基に 計算に よ っ て 決定 し た よ う な：！合 、 結鎳後の出力霜圧 が計算 ffi と著 し く 異な り 所望の零点補 できない こ と が多 い 。 こ の原因 につ い て 、 考察 し た結果 、 ^の こ とがわかっ た。 ダイ ヤフ ラ ム上の位置 （ 中心からの距 m ) と膜厚の正規化値 （ 最大値を Ί とする ） との関係 を測定 し た結果第 1 6 図に示す如 く 、 感圧抵抗層はダ ィ ャフラ ム上で周心円状に中心から外周に向か つ て ί く なるよう に分布 している。 そのため、 長いバタ ー ンを広範囲に配匿する と 、 外側の抵抗你は内側の抵抗 惊と比べて約 1 0 %も膜厚が薄いこ とにな り 、 その結 果、 その抵抗値は平均値か ら著し く 異な っ て し ま う の である。 ここでは補償に いる抵抗^の u数は、 平均 ϋを基に計箅 しているため、 所望の値と大幅に異な つ て し ま い捕遛の不足ま たは過剰 とな っ て しま う 。 この よう に高精度で零点補償をおこなう ためには、 小抵抗 体の抵抗値のばらつきをよ り 少な く しなければな らな い。
[0068] 第 1 5 図は上述 したよ うな点を考慮 した更に他の実 施例を示したものである。 第 Ί 5 図において 、 ステン レス製のダイ ヤフラ ム Ί 上に 、 酸化シ リ コ ン （ S i 0 2 ) 膜からなる絶緣曆 2 を介 し て、 π 型多結晶シ リ コ ン 3 か らなる 4 つの惑圧抵抗パタ ーン R_ 1 〜 R 4 と、 周じ く π 型多秸晶シ リ コ ン 3 か らな り略同心円状に配 置されるよう に折り 曲げた零点補還 抵抗パタ ーン R Cを配設する と共に、 アルミ ニウム層か らなる雷極配 篛パターン 4 が形成される。
[0069] 製造に際 し ては、 以下に示すよう な方法が と られる。 まず、 ステン レス製のダイ ヤフラ ム 1 上に 、 G V D 法に よ り 铯緣圜 と し て 酸化 シ リ コ ン （ S i 0ン： 〉 膜 2 を 5 — 1 0 ^ m堆積する 。
[0070] 次いで 、 こ の酸化 シ リ コ ン膜 2上に 、 惑圧抵抗層 と し て π型多結晶 シ リ コ ン 3 sをプラズマ C V D法 に よ り 約 0. 7 i nn¾積 する 。
[0071] そ し て フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ に よ り こ の n型多結晶シ リ コ ン 3 aをパ タ ーニ ングする 。 こ の時セ ンサ部を篛 成す る 4つ の歪ゲージパタ ー ン R Ί — R 4 と 共 に , ¾ 周心円 扰に配置さ れる よ う に 折 り ^げ： t 点 燈屈抵 抗パタ ー ン R Cを Ώ するパ タ ー ン形 ^を と る 。
[0072] 次に 、 歪ゲー ジ に給 し 、 '圧を ¾定する た め電極 配鎳パ タ ー ン 4 と し て 、 電子 ビー ム蒸着法等に よ り ァ ルミ ニ ゥ ム （ A i ) を積層する 。 こ の時零点す 攛甩抵 抗パ タ ーン R C上の電極 E M 1 — E M 8 は 、 各方面に 等間隔に 配置され 、 周零点補償用抵抗パ タ ーン R Cを 9つ の小抵抗体に分割する 。
[0073] 最後に結鎳する た め のスペースを電極上に 残 し て シ リ コ ン窆化 ( S i N ) 膜等の保！^膜 5 を ffi麗 し て 完成 する 。 完成後歪ゲージパタ ー ン R 1 — R 4 の抵抗値を 測定 し て よ り 近い値 と なる よ う に小抵抗俥の個数を決 定 し 、 電極を取捨還択 し て 、 ワ イ ヤ ボンデン グで結篛 する 。 本実施例では電極 E 4 と小抵抗 ¾ E .VI 5 と を短 格さ せる こ と に よ り 歪ゲージパタ ー ン R 3 に 5つ の小 抵抗体を加えた こ と に なる 。
[0074] こ の結梁、 髓々 の小抵抗体の抵抗 ί§のパラ ッ ± がな 一 1 s — く な り 、 零点補償を高精度に成 し得るこ とができた。
[0075] このよ う に、 本実旌倒は、 零点補燈 ^抵抗パタ ーン をダイ ヤフ ラ ムの同心円犹に添っ て配置 し た構成であ るため 、 点補償用抵抗パターン部をほぽ均 -の膜厚 で ¾成するこ とができる。 その結果、 ϋ々の小抵抗 ¾ の抵抗 ϋのパラツギがなく なるため 点襦燈を高 m度 に成し 得る。 さ ら には、 これによ り 、 薄膜圧力センサ の製造上において、 歩留ま り を向上させるこ とが可能 となる。
[0076] ところでま た、 半導体素子には、 性の温度依存性 が大きい という欠点がある。 しか し素子特性の温度銮 化に対する再現性は優れてお り 、 温度変化の繰り返 し に対 しても、 再現性よ く 特性変化が繰 り 返される。 こ のため補償後は、 この再現性によ り 、 信頼性の高い素 子を得るこ とができる。 半導体薄膜圧力センサの場合、 温度変化を受ける と、 歪ゲージの固有の抵抗値と、 圧 力による抵抗の変化 とによ っ て、 歪ゲージの抵抗値は、 温度で変化する - したが っ て歪ゲージを |]み合わせ た ブ リ ッ ジ回路では、 圧力感度と零点とが、 ともに温度 によ っ て変化 して しま う 。 このよ う に、 温度 ¾燈をい かに精度良く 行う かで圧力センサの精度が浇ま るため に、 定電圧駆動する圧力センサにおいて、 卜 ラ ンジス タ と抵抗を耝み合わせて歪ゲージの感度の温度変動を 祖殺するよう に したものがある。
[0077] 第 2 Q 図は、 その一例 と してに温度補徤用回路 7 を 組み込ん だ圧力センサの等涵回路図を示すもので 、 霜 極配線パ タ ーン E 4 , E 6 の接点 と E 8 と の ^ に 、 卜 ラ ン ジス タ T 「 と抵抗 R 5 ， R 6 と が接続されて いる 。
[0078] 薄膜圧力 セ ンサの感度 ^ 、 第 2 2 図 に直線 a で示す よ う に 、 温度が & く なる に つ れて直篛的 に低下 し て し ま う 。 こ こで感度 と は、 圧力 セ ンサが受ける圧力 の大 きさ と 、 それに よ つ て生 じ る抵抗鰛 と の変化率の比で ある 。 つ ま り 、 感度 - Δ ( 抵抗値 ） ノ Δ ( 圧 力 ） で 表さ れる 。
[0079] —方、 温度補遛に用 い ら れて い る ト ラ ンジス タ の雷 圧降下は 、 温度が高 く なる につ れて低 く な り 、 つ ま り 第 2 3 図 に直線 b で示す よ う に 、 ト ラ ンジス タ を介 し てセ ンサ部に印加さ れる電圧が高 く な つ て い く 。 ま た 、 第 2 2 図 に直線 c で示すよ う に セ ンサ部に印加される 電圧が高 く なる と感度は向上する ので 、 温度が上昇 し て も感度は低下せず に一定な感度を保つ こ とができる 。
[0080] と こ ろで 、. ϋ度補燈用 の ト ラ ン ジス タ と抵抗を 、 7 リ ン 卜 基板上すなわち セ ンサ部の外部に設ける と 、 セ ンサ部の温度 と 、 温度捕 用 の素子の温度に差が生 じ て し ま い 、 温度補燈が正確に行われない とい う 問題が ある 。
[0081] ま た 、 温度補償用 の回路 に お いて 、 使用 し て いる 卜 ラ ン ジス タ の温度に よる電圧降下の変化率 と 、 歪ゲー ジの温度に よ る感度低下の変化率 と は必ず し も一致 し ない 。 そ こで 、 抵抗素子 R 5 , R 6 を 2 個用 い 、 その 抵抗素子の 2腿の抵抗の比を変えるこ とによ り 、 前記 電圧降下の温度依存牲の値を 由 に変えるこ と でき るよう に し、 センサの感度低下の変化率と一致させて 、 惑度補正を行う よう するこ とができる。
[0082] この場合 、 温度補攛用の抵抗素子を、 薄膜圧力セン ザの外部のプ リ ン 卜 g板に接続する と、 薄膜圧力セン サ自体が小さいもので ¾るため、 プリ ン ト基投への ト ランジス タ および抵抗素子の接続は、 部品点数や工数 が増大する結果、 歩留ま り低下を招 く こ とが多 く 、 ま た部品の不良や 3品の接触不良等も歩留ま り低下の要 因 となる。
[0083] 第 1 7図 （ a ) および第- 1 7図 （ b ) は上述 したよ う な点に鑑みた更に他の実施例を示したものである。 第 Ί 7図 （ a ) および第 1 7図 （ b 〉 に、 平面図およ び断面図を示すよう に、 この薄膜圧力亡ンサ裝置では、. ステン レスダイ ヤフ ラ ム 1. 上に酸化シ リ コ ン膜か らな る絶緣膜 2を介 して 、 多結晶シ リ コ ン薄膜 3か らなる 感圧抵抗パタ ー ン R 1 〜 R 4 と抵抗 R 5 , R 6 开 成 され、 その上に ^極配籙パタ ーン 4 ( E Ί 〜 E 6 ) が 形成されている。 ト ラ ンジスタ T 「 は、 E 4 — 已 5間 と、 E 7 — E 8 P とに外付けで接続される。 この抵抗 R 5 . R 6 はダイ ヤフ ラ ム 1 の感圧抵抗パタ ー ン 3 ( R 1 〜 R 4 ) の形成面上で、 雷極配鎳 E 4 . E 6の 接点と電源 （ 図示せず 〉 との閻に位置するよう に形成 され、 温度捕翳用 と して作甩するものである。 第 Ί 8 図 （ a ) 乃至第 1 8 図 ( e ) に 、 本実施例の 薄膜圧力 セ ンサ裝 Eの製造工程図を示す 。
[0084] ま ず 、 第 Ί 8 図 （ a 〉 に示す よ う に 、 ス テ ン レ スの ダイ ヤ フ ラ ム Ί 上に 、 絶縁膜 2 と し て S ！ 0 2 ^をプ ラズマ C V D 法で約 7 ^ m積層する 。
[0085] 次いで、 ¾ Ί 8 図 （ b ) に示す よ う に 、 該 S i 0 2 膜上に多結晶シ リ コ ン薄膜をシラ ンガスを原料 と する プラズマ C V D 法に よ り 約 0 . 5 x m積層す る 。
[0086] さ ら に 、 第 Ί 8 図 （ c 〉 に示す よ う に 、 積層 し た多 結晶シ リ コ ン薄膜を 、 フ ォ 卜 リ ソ グラ フ イ エ を用 い てパタ ー ニン グ し 、 感圧抵抗パタ ー ン （ R 1 〜 R 4 ) と抵抗パタ ーン （ R 5 , R 6 ) と を形成する 。 こ の時 、 抵抗パタ ーンの形を変える こ と に よ り 、 所望の抵抗値 が得 ら れ、 補償用回路の ト ラ ン ジス タ の温度伎存性の 値を変える こ とができる 。 なお 、 この抵抗パタ ー ン ( R 5 , R 6 ) は 、 歪を生 じ る と抵抗髗が変化 し て し ま う ので、 一定の値を ^っ た め 、 圧力 に よ っ て歪を生 じないダイ ヤ フ ラ ムの） a Sの 位置に形成 し な く て はな ら ない _c
[0087] こ ののち 、 第 ^] 8 図 （ d ) に示すよ う に 、 感圧抵抗 ノ タ ー ン （ R 1 〜 R 4 ) と抵抗 （ R 5 , R 6 ) を形成 し た上に、 アルミ ニ ウ ム （ A i ) 層 4 を蒸着 し 、 フ ォ 卜 リ ソ グラ フ イ エ程に よ り 配鎳パタ ー ン （ E 1 〜 E 8 ) を形成 し 、 配線する。
[0088] さ ら に 、 第 Ί 8 図 （ e ) に示す よ う に 、 感圧抵抗パ タ ー ン、 抵抗、 籙パタ ーンを俣 Sするために 、 ゾ ッ シベーシ ヨ ン膜と して S i N X 膜をプラズマ G V 0 法 で 5 0 0 0 A程度積層する。
[0089] 以上で、 薄膜圧.力 センサは完成する。 そ し て 、 この 薄膜圧力センサは第 2 1 図に示すよう にに、 ケース 1 0 に耝み込ま れ、 そのケース Ί 0 と ともに外部回 路用のケース Ί 0 2 に組み込ま れる。 周ケース 1 0 2 の内部にはア ンプ 1 Q 5 と温度補償用の ト ランジ ス タ が接読されたプ リ ン 卜基板 1 0 4 があ り 、. 同ケー ス Ί 0 2 は蓋 Ί Q 3 によ っ て閉 じ られる。 プ リ ン 卜 基板 1 0 4 上の ト ランジスタ と、 薄膜圧力センサの雷極 E 4 一 E 6 間、 E 7 . E 8 はボンディ ングワイ ヤ （ 図示せ ず ） 等で接続され、 · 温度補傺甩回路は完成し 、 圧力セ ンサの出力 はアンプ 1 0 5 によ っ て増幅され、 外部回 路 （ 図示せず ） に出力される。 - このよう な構成の篛膜圧力センサにするこ とによ り 、 温度補燈 回路を溝成する場合 、 部品、 工程を ϋやす こ とな く 、 抵抗が ^或できる。
[0090] 本実施例は、 感度に対する温度補僂 ¾の回路につい て説明 したが、 これに限ることな く 、 例えば雾点に対 する温度補遛用の回 ^、 各感圧抵抗パタ ーンの抵抗値 圊のパラツキによる雾点補償用の回路等にも適用可能 である。
[0091] 例えば第 1 9 図に 、 惑度に対する温度補償甩の回路 の抵抗 R 7 と、 各感圧抵抗パタ ーンの抵抗値 I のパラ ツ キ に よ る零点補 '還用抵抗 R 8 を 、 薄膜圧力 セ ンサの ダイ ヤ フ ラ ム上に形成 し た実施例の （ a 〉 平面図 と
[0092] { b ) 断面図を示す 。 ダイ ヤ フ ラ ム 1 Ί 上 に 、 絶緣膜 を積層 し （ 図示せず ） 、 その上に感圧抵抗パタ ー ン
[0093] ( R 1 〜 R 4 ) と 、 感度に対する温度補償 ^ の抵抗 R 5 . R 6 と各感圧抵抗パタ ー ン の抵抗値 のパラ ツ キ に よる零点補償用回路の抵抗 R 8 と し て 、 多結晶シ リ コ ンを積層 し 、 パタ ーニングする 。 そ し て A などの 金属を積層 しパタ ーニ ン グ し て 、 電極配線 （ E 1 〜 E 3 ) を形成 し 、 ゾ ッ シベーシ ヨ ン膜 （ 図示せず 〉 を積 層する 。
[0094] こ の よ う に 、 本実施例の薄膜圧力 セ ンサは 、 補遛 ¾ 回路の抵抗をダイ ヤフ ラ ム上に感圧抵抗パタ ー ン と同 材料で形成 し て いるので 、 抵抗素子の部品点数を増や すこ と な く 、 ま た 、 ハ ンダ付等の工程数を増やすこ と な く 、 補償用 回路の抵抗を構成する こ とができる'。 そ のた め 、 ハ ンダ付等の工程中 に お こ る不良、 接触不良 等に よる歩留 ま り 低下な どの要因がな く なる ため 、 歩 留 ま り は向上する 。 さ ら に 、 抵抗は感圧抵抗パ タ ー ン と周材料で 、 周工程で形成されるので 、 薄膜圧力 セ ン サの工程を変える こ とな く 、 抵抗を形成する こ と で きるので 、 抵抗を形成する こ と に よ っ て の 、 工程の時 間数は全 く 増加 し ない 。
[0095] と こ ろで 、 実際に圧力測定を行う 場合 、 圧力セ ンサ は樹脂ケー スや金属ケー ス等に よ っ て封止さ れた状態 で 劉定 t!偉 に装 さ れる 。
[0096] 2 4 図 は この ^態を す宽旌 ^ を ^: し た て フ、 第 2 4 図 に示すよ う に 、 ステ ン レス製の ダイ ヤ フ ラ ム 1 の上に 、 铯緣膜 2 と し て 酸化シ リ コ ン ^を ¾扇 し 、 }kに 、 多結晶シ リ コ ン層 3 ' をプラズマ C V ΰ 法で稷 層 し 、 フ ォ 卜 リ ソ グラ フ ·ィ でパ タ ーニ ング し 、 歪ゲー ジ 3 を形成 し 、 読いて 、 電極 4 と し て アルミ ニウ ム膜 を蒸着 し 、 フ ォ ト リ ソ グラ フ ィ でパ タ ーニン グ し 、 最 後に 、 セ ンサ部 5 を傣 SIするた め にパ ッ シ ベ一 シ ン 6 と し て窒化シ リ コ ンを積曆 し た薄膜圧力 セ
[0097] ンサ Ί 0 0 のセ ンサ部を外気か ら封止するた め に 、 シ ールキ ャ ッ プ Ί Q を歪ゲージを覆う よ う に 、 そ し て周 辺固定部分 1 ' に接着剤等を . いて接着する。
[0098] 第 2 5 図 に前記シールキ ャ ッ プ 1 0 の詳 を示す。 第 2 5 ϋ ( a ) は、 温度補償 ¾ の回路素子をダイ ォー ドで搆成 し た場合 に おける シールギ ャ ッ プ Ί 0 の平面 面である ¾ 2 5 図 （ b 》 の B— 3 靳面 ϋΐである 。 ま た 、 第 2 6 図 （ a ) は温度補置用 の回路素子が 卜 ラ ンジス タ と抵抗の場合 におけるシールキ ャ ッ プ Ί 0 の 面図 である第 2 6 図 （ b 〉 の A— A斷面図である 。 内側 に 凹部 1 1. を設けたシールキ ャ ッ プ 1 Q の上面に 、. 外部 接続用配篛 Ί 2 と 、 素子接続用配鎳 Ί 3 を形成 し てい る 。 それぞれ、 ボンデ ィ ングパ ッ ド 1 2 ' , . 3 ' と 、 端子甩パ ッ ド 2 " ， 3 " 、 素子 1¾ ハ ッ ド Ί 3 と ら さ れて いる _c
[0099] そ し て ， 外部接 M] S Ί 2 の 子 ¾パ ジ ド 1 2 ' と 、 素子 ¾続 配篛 1 3 の ^子パ ッ ド 3 " に は 、 子 1 4 がろ う 付さ れ T いて 、 外部回路 に 接続 で- き る よ う に な つ て いる 。
[0100] ま た 、 素子接铙用 配篛 1 3 の素子 ί¾ バ ッ ド Ί 3 "' に は 、 温度误障用素子 、 例えば第 2 5 図 （ b ) に示す よ う に ダイ オ ー ド 1 5 ( D ) が 、 ま た第 2 6 図 （ b ) に 示す よ う に ト ラ ン ンジ ス タ 1 5 ( 丁 r 〉 と ] 賴抵抗 Ί 5 ( R ) が接続さ れて い る 。 こ の薄膜 S セ ンサの回 路図 は 、. 第 2 0 図で ア ロ ッ ク 7 を ダィ 才一 ドで置換 し た ものお よ び'第 2 0 図 に示すもの と と周様であ る 。
[0101] シ ー ル'キ ャ ッ プを接着後 、 第 2 4 図 に示す よ う に 、 薄膜圧力 セ ンサの電極 4 と 、 シ ールキ ャ ッ プ 1 ◦ 上の 配篛 Ί 2 、 1 3 の ポ ンデ ィ ン グパ ッ ド 1 2 ' 、 3 ' とを 、 各 々 ボ ンデ ィ ン グワ イ ヤ " I 6 で接続する 。 こ の ¾読は 、 ¾音波 ボ ンヂン グ に よ り 極め て容 に 行 こ と がで き る
[0102] 先に 、 端子 Ί 4 と素子 Ί 5 が あ ら か じ め接続さ れて いるシールキ ヤ ッ プ 1 0 を Ε¾明 し たが 、. ポ ンデ ィ ン グ ワ イ ヤ 6 で接続後 、 子 Ί 4 と素子 1 5 を シ ール キ ャ ッ プ 1 〇 に接続 して も よ い 。
[0103] 最後に 、 ダイ ヤ フ ラ ム 1 上の外周 に リ ング 1 7 を接 着 し 、 その内部に l脂 ポ ツ テ ィ ン グ Ί 8 を充墳す る 。 前記ポ ッ テ ィ ン グに よ り 、 セ ン サ部 5 の ^気か ら の気 密性は 、 さ ら に 完全な もの となる。
[0104] 以上説明 し た馐成の ^ SS圧力 亡 ンサ は温度 ¾攛 の 素子がセ ンサ部 5 に近接 し て設け る こ とがで きる 。
[0105] この よ う に本実施例 に よ れば、 温度铺煖） ¾素子を 、 シールキ ャ ッ プ上に設けた こ と によ り 、 同素子は薄膜 圧力セ ンサのセ ンサ部に近接 して いる 。 よ っ て ， セン サ部 と周素子の温度は 、 ほぼ等 し く な り 、 センサ部の 感度の温度変動は、 温度補償用素子の電圧降下に よ り 、 まぽ完全 に ¾殺される _c こ れに よ り 薄膜 S力 セ ン サの 信頼 Sは大裎に向上さ れる 。
[0106] 第 2 7 §1 は被 定体への装着 容易な更に に他の荬 施倒を示 したものである 。 こ の実施例では第 2 7 図に 示すよ う に ダイ ヤフ ラ ム部 2 と 、 ね じ頭部 3 と 、 ね じ 部 4 と 、 圧力導入部 5 とが一体に構成され 、 これ ら は 例えばステン レスな どで ¾成されている 。
[0107] 第 2 9 図に この実施例の製造工程を示 し す。
[0108] 始め に篛 2 Q 図 （ s ) に示 r よ う に、 ダイ ヤ フ ラ ム 部 2 の上靣に Hヒシ リ ニ ン ！！を ^いた絶 S謹 Ί Q を ^ して 、 プラズマ G V D 法で 、 多結晶 シ リ コ ン膜を IR S . し 、 フ ォ 卜 リ ソ グラ フ ィ でパ タ ニン グ し 、 歪ゲー ジ " 1 1 を形戚する 。
[0109] 次に第 2 9 図 （ b ) に示すよ う に 、 アルミ ニ ウ ム膜 を蒸着 し 、 配籙 Ί 2 ゾ タ ー ン を形成 し 、 続いて 、 パ ッ シベ一シ ョ ン 1 3 と し て 、. セ ン サ部 Ί を う よ う に し てプラ ズマ G V D 法で窒化シ リ コ ン膜を積層する 。 そ し ！" 、 2 9 m ( c ) に示 す よ う に 、 c ラ ミ ッ ク で作製さ れた シ ー ル キ ャ ッ プ 4 を ノ、 シ べ ー シ コ ン 1 3 を ¾ う よ う に し て 接着剤等を ¾ い て 接着する 。 シ ールキ ッ ァ Ί 4 に は 、 表面 に あ ら か じ め 、 S Ί δ と 、 ^部接読 ¾ ¾j子 Ί 6 が形成さ れ て いる 。
[0110] 更に 第 2 9 図 （ ci 〉 に示す よ う に 、 ボ ン デ ィ ン グヮ ィ ャ Ί 7 を用 い て 、 配篛 1 2 と 配篛 1 !5 と を接続する - 以後に 第 2 9 図 （ c 〉 に 示 すよ う に 、 リ ン グ 1 3 を ダ イ ヤ フ ラ ム部 2 の外周 に接 t剤等で接 ¾ し 、 その 内部に ッ 亍 イ ン グ . I IS 1 9 を充 ¾ し 、 セ ン サ Ί を ^気よ り 保 Eする 。
[0111] 以上の説明 の よ う に し て製造 さ れた迀カ セ ンサの歪 ゲー ジ Ί 0 は配線 2 と 、 ポ ンデ イ ン グワ イ ヤ Ί 7.と 、 配鎳 Ί 5 と 、 外部接続用端子 Ί 6 と を介 し て 、 外部回 路 （ 図示せず ） に接続さ れて い る 。
[0112] 本卖施倒の圧力 セ ンサは 、 第 2 8 図 に示す よ う に ¾ 測定体 9 にね じ部を設けて お く こ と に よ り-、 ' 接容 ¾ に 着 ϋ可能で ¾ り け る こ と がで き ： ^鎖や プ ラ ン 卜 等のプ ロ セス制御 産業機械の ^ Ιί ΠΙ や F A ¾等 i 広い用途がある 。
[0113] 尚 、 ダイ ヤ フ ラ ム部 2 とね じ 頭部 4 は 、 溶接等に よ つ て連繞させ て も よ い 。
[0114] こ の よ う に こ の実施例 に よ れば
[0115] ( a ) セ ンサ部 1 と ダイ ヤ フ ラ ム部 2 と 、 ね じ 頭部 3 と 、 ね じ 部 4 と 、 圧力導入部 ；5 が一 体 と な っ て いて 、 接着蓟を） ¾ いない fcめ 、 久 及び精度を 上さ ·ιί る こ とが で きる。
[0116] b ) †c , 上記の篛威に よ り ， 被測定体にね じ部を 設け て お く こ と に よ り 、 直接、 容易に 着脱可能で奴り 付ける こ と が可能でおる 。
[0117] ( c ) セ ン す部 Ί は薄膜で形成さ れて いる fcめ 、 本発 明の圧力 セ ンサ装置は極めて小型である 。
[0118] ( d ) 歪ゲー ジ 1 Ί は 、 薄膜半導体、 洌えば多結晶シ リ コ ン薄膜を用 いているため 、 ゲ一 率が良 く 、 ま た 度が良い よ っ て 、 タト部回路 に ， コ ス 卜 がかか ら ず 安衝であ り 、 歪ゲー ジ 1 1 0 ¾ ¾小型である。
[0119] したが っ て 、 耐久性があ り 、 小型で 、 靖度が良 く 、 ま た 、 安 ^であ り 、 - さ ら に 、 袪測定体 に取 り つ け、 取 り はず し容易な 、 圧力セ ンサ装置を得る こ とができる 。 産業上の利 J¾可能性
[0120] 本発明 は感圧抵抗履 と して π 型多結晶シ リ コ ン層を 用いて镌成 し たので ， オフ セ ッ ト 電圧が低 く ， ^度袴 Sの優れた半導体薄膜圧力 センサを得る こ とが ¾ 能 と なる 。 ま た 、 零点調整 ¾ の組調パタ ー ンおよ び徴調バ タ ーン お よび温度補償回路 に用 いる抵抗を惑圧抵抗圜 と周一材 ^、 同一工程か ら形成する よ う に し たので、 高精度の半導体薄膜圧力センサを容易に る こ とがで る 。

权利要求:
Claims 請求の範！]
1 . 菽漉定圧力 が一面 に加え ら れる ダイ I⁷ フ ラ ム と 、 こ の ダ イ ヤ フ ラ ムの他面 に形成さ れ、 ΓΊ 型多結 _a¾シ リ コ ン薄膜層か ら なる感压抵抗 ϋパ タ ー ン と 、
こ の感圧抵抗層パタ ー ン と接続さ れる ^極配篛パ タ ー ン と 、
前記 S測定圧力 に対応 し て変化する前記感圧抵抗 S バ タ ー ン の抵抗値に対応 る信 を前記 ^極配 パ タ ー ン を介 し て ¾出す手段 と
を具え た 半導体 ^膜 1Ξ セ ン サ 。
2 . ダイ ヤ フ ラ ム は 、 円形の肉篛部を ¾ する円 ^ ^か ら な り 、 玆 m定 ,「王力 は こ の円 筒の内側か ら 円形の肉薄 部に加え ら れ、
感圧抵抗層パ タ ー ン は 、 こ の円形の肉薄部の ^面 に
¾成さ れ る請 ^項 Ί 記 ¾の 半 ¾体薄膜圧力 セ ンサ。
-
3 . ダ イ ヤ フ ラ ム は 、 ： S 抗眉パ タ ー ン 形成 s を ¾ 凝層で設 ·ϋ し た導電性材料か ら なる請隶項 1 記載の半 導体薄膜圧力 セ ンサ。
4 . κ抵抗層パ タ ー ン は、 ダイ ヤ フ ラ ムの中央部に 形成さ れた第 Ί の感圧抵抗層パタ 一ン お よ び第 2 の感 圧抵抗屬パ タ ー ン と 、 ダイ ヤ フ ラ ムの周緣部 に形成さ れた第 3 の感圧抵抗層パ タ ー ン お よ び の感圧抵抗 霞パ タ ー ン とを含み、 第 Ί か ら 第 4 の 圧抵抗層パタ ー ン は電極配鎳バタ ー ン を介 し てプ リ ッ ジ回路を形成 する譆求項 Ί 記載の半導体薄膜圧力 セ ンサ。
5 , 第 1 の惑圧抵抗屬パタ ー ン と第 2 の感圧抵抗層パ タ ー ンお よび第 3 の惑圧抵抗 ISパ タ一ン と第 4 の惑圧 抵抗層パ タ ー ン はそれぞれダイ ヤ フ ラ ムの中心に閡 し て点お 称に 3B設される請求 i Ί 記載の半導 ¾篛膜圧力 セ ンサ。
6 . 電極配镲パ タ ー ン は 、 第 1 の惑 £ 抗 Sパ タ ー ン の に ¾読さ れる第 1 の電極配線パ タ ー ン と 、 前記 第 Ί の感圧抵抗層パ タ ー ンの他端 と第 2 の感圧抵抗層 パタ ー ン の Ί· 端に接続される第 2 の電極配線パタ ーン と 、 第 3 の惑圧抵抗層バタ ー ンの Ί 端に接続さ れる第 3 の電極配線パタ ー ン と 、 前記第 2 の感圧抵抗層パ タ 一ン の他 に茧読される だい 4 の電極配 パタ ー ン と 、 前記第 3 の ¾ ¾配篛パ タ ー ン の他端都第 4 の感圧抵抗 層パタ一ンの 1 端に接続される第 5 の電極配籙パ タ一 ン と 、 前記第 4 の惑圧抵抗層パ タ ー ン の他端 に接読さ れる第 6 の電極配籙パタ ー ン と を有 し 、 驭出す手段は 、 第 1 と第 3 の電極配篛パタ一ンの接続点 と第 4 と第 6 の電極配篛パ タ ー ンの接読配鎳パタ ー ンの接铙点 との に 源が接読され、 第 2 の ^極 IS籙パタ ー ン と第 5 の電極配镲パ タ ー ン と の ίΙ3か ら 出力信号を取出 す請求 Js 4記載の半 膜圧力 セ ン サ。
7 , 惑圧抵抗 ϋパ タ ー ン の形成面 と 一 面上に 成 さ れ 、 翁記感压抵抗履パ タ ー ン の抵抗 を調整する認整 . バ タ ー ン
を更 に具えた讅求 ¾ 1 記载の ^ セ ン サ。
8 . 調整！ パ タ ー ン 、 所定の ^隔をも っ て ¾設さ れ る複数の調整 極パ タ ー ン と 、 こ の調整 ¾ ^極パ ク 一ン の各 ¾l !¾に形成さ れる 複 ¾の ϋ ^ ¾ £ ハ タ ー ン を 含む S求項 7記載の半導体薄膜圧力 セ ンサ 。
9 . 調整 ¾抵抗パ タ ー ン は直繚状か ら なる請ま項 8記 載の半導体薄膜压力 セ ンサ。
1 Q . 調整用抵抗パ タ ー ン は く の字形 、 コ の字形募の 曲折部を有する形状か ら なる請 ¾¾ 8記載の半導
. S力 セ ンサ。
1 1 . 調整用抵抗パ タ ー ン は 、 ダイ ヤ フ ラ ム の中心 に 関 して同心円上に配設される譆求 518記載の ^ 蘚 膜圧力 セ ン サ。
1 2 . 調整） ¾抵抗パタ ー ン は 、 惑圧抵抗 ISパ タ ー ン と 周ー 材 ¾の 型多結晶 シ リ コ ン薄膜層か ら なる 請求項 3記敦の半導体薄膜圧力 セ ン サ
3 31整！ ¾¾Sパ タ ー ン は 、 ¾極配線パ タ ー ン と同
¾ ¾か ら なる譆 i 項 8記载の ^ ¾ ^ S3膜圧力 ·ϊζン
1 4. 所定の !！をも っ て 12設さ れる複数の ϋ墊搿 ^ パタ ー ンと 、 こ の調整 m電極パ タ ー ンの各 に彩 成される複 &の s調整 ¾抵 ¾パタ ー ン と を含み、 4 の電極配篛バ タ ー ン と m 6の ¾ 12篛パ タ ー ン と の問 に ¾設さ れる 点補遛 組調 ¾用パ タ ー ン と 、
少な く と -ら Ί つ の 認螯 抵 ハ タ ー ンを含み、 第 の電極配篛パタ ー ン と第 3の ^極 is パ タ ー ン との 間 に配設される零点-補翳用微調整 ¾抵抗パ タ ー ン と 、 を更に aえた請求項 6記載の半導 薄膜圧力 セ ンサ b . 卜 ラ ン ジス タ と 、
この 卜 ラ ン ジスタ のバイ ア ス S圧を決定 jる抵 s S 路 と を 含み 湿度特性を補俊する 捕 ϋ回 ¾ と
を更に具えた請隶項 1記載の半導体薄膜圧力センサ
1 6. 抵抗回路 は 、 2つ の抵抗パ タ ー ンを含み、 この 抵抗パ タ ー ン は感圧抵抗曆パタ ー ン の ¾成面 と 一面 上に形痰さ れる請隶項 1 5記載の f導係薄膜压カセ ン サ。 '： 7 , .≤ ク一ン は 、 Ε ^†3ノ、' 夕- ー ン と ¾一 ¾" l ^ ら ¾さ れる證求項 1 ΰ 記戰の半導 膜圧力 亡
1 8 . 惑圧抵抗 ϋパ タ ー ン と雷極配篛パ タ ー ン の一 を内 に a むよ う に 配設さ れる シ ー几.' キ ヤ ジ ブ と 、 こ のシ ー ルキ ャ ッ プ上 に ¾成さ れた 度 子 と を更 に具えた ¾求項 ' 1 記載の半導 ^薄膜 Ε力 セ ン サ。 G . 3形の肉篛 を 《 す る円 状か ら な ¾ 定 圧力 は こ の 円筒の内側か ら前記円 形の 肉 m部に加え ら れ 、 周部に ¾測定部 に镙設する た め のね じ が形成され た ダイ ヤ フ ラ ム と 、.
こ のダイ ヤ フ ラ ムの円形の 肉薄部の外面 に形成さ れ 、 π 型多結晶シ リ コ ン篛膜層か ら なる感圧抵抗屨パ タ ー ン と 、
この.惑圧抵抗履パ タ ー ン と接統さ れる ϋ s配镲バ タ 一 > と
前記 ¾測定压力 に対応 し て変化する前記感圧抵抗層 パタ ー ン の抵抗 ϋ に対 する信号を前記雷極配籙パ タ ー ンを介 し て取出す手段 と ：
を具え た 半導体 I 膜 力 セ ン サ；，
2 〇 . ダイ ヤ フ ラ ムの上面 に 型多 la It, シ リ コ ン ϋを 進積す る工程 と 、 こ の π 型多結晶 シ リ コ ン霞をパ タ ー ーン グ し 、 惑圧 抵抗 Sパ タ ー ンを形成 す る： L と 、
導 E^!Bを ¾成 し 、 これをパ タ ーニ ング し て ¾極配 篛バ ー ン を形成するェ sと ，
を含む半導体 膜圧力 セ ンサの製 £力 法。
2 1 . n 型多結 ¾シ リ コ ン曆 は 7ラズマ C V D 法に よ り 進 ¾する請求 S 2 0 記载の半導体蘇膜圧力 セ ンサの 製造方法。
2 2 . π 型多結晶シ リ コ ン閽をプラズマ C V D法に よ り 堆積する際 し 、 基板温度を 5 0 0〜 6 0 ϋ c に 屎 持する請求項 2 記載の半導钵薄膜圧力セ ンサの製造 方法。
2 3 . ダイ ヤ フ ラ ム上面に铯線層を形成する工程 と こ の绝籙履の上面に π 翌多 ¾ シ リ コ ン靨を するェ と 、
この η 型多結晶シ リ コ ン Sをパタ ー二 ン グ し 、 感圧 抵抗履パ タ一ン を形成するェ S と 、
導電 を形威 し 、 これをパタ ー 一 ン グ し て電 ¾配 篛パ タ ー ン を形成する工程 と 、
を含む半 ^膜圧力 セ ン サの製 方法，，
2 4 . 绝緣歷 はプラ ズマ G V D ¾に よ り 形成する證ま 項 2 3 記载の半導倖 ^ ^圧力 tン サ
2 5 . π型多結晶 シ リ コ ン ϋはプラズマ C V D Sに よ り 堆積する IB求 ¾ 2 4記載の半導 膜圧力 セ ン -の 製造方法。 '
2 6 . ^縁 Sの形成お よ び n型多結晶シ リ コ ン履をプ ラ ズマ C V [〕 法に よ り 進積 する際 し 、 S ¾ s度を 5 0 0〜 6 0 0 ^; c に保持 する請求項 2 5記载の 半導体藓 膜亡 ン サの製造方法。
2 7 . ダイ ヤ フ ラ ム の上面に n型多桔晶シ リ コ ン層を 堆積する工程 と 、 - こ の π型多結晶シ リ コ ン曆をパ タ ー ニ ン グ し 、 惑圧 抵抗層バタ ー ン と と も に調整用抵抗パタ ー ン を ^成す る工程 と
導霉 ¾ を ¾成 し 、 こ れをパ タ ー ニ ン グ し て 配 篛バ タ ー ン と と も に 整用 ^ 2¾バ タ ー ン を ^ "5 るェ 程 と
を含む半導体薄膜圧力 セ ンサの製造方法。
2 8 . n型多桔品シ リ コ ン層 はプラ ズマ G V D法に よ り 堆 ¾す る請求項 2 7記載の半導 ^薛膜 S力 セ ンサの 製造方法 。
2 9 . π型多結 |¾シ リ コ ン @をプラ ズマ G V [：) 法に よ り 堆積する に際 し 、 反温度を 5 0 0〜 6 0 0 · c に ¾持する請 ^: 8記载の 導饬薄膜 E力 セ ンサ ！ ¾
； 、≥ /7 < 。
3 0 . ダイ ヤフ ラ ムの上面に 5縁層を形戒するェ ¾ と 、 この絶緣履の上面に π型多結 _a¾ シ リ コ ン層を ¾する 工程 と 、
こ の π型多結晶シ リ ニ ン層をパ タ ーニ ン グ し 、 惑圧 抵抗靈パ タ "" ン と と ら に 螯用抵抗パ ク ー ン ¾ す る工程 と
導電体層を形成 し 、 これをパ タ ー ニン グ し て電極配 線パタ ー ン と とも に調整 J1電極パ タ ー ンを形成するェ 程 と 、
パ ッ シベ一シ ョ ン膜を形成する工程 と
を含む半 ^ ¾篛膜圧力セ ンサの製造方法。

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