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    公开号:WO1990003664A1
    申请号:PCT/JP1989/000923
    申请日:1989-09-07
    公开日:1990-04-05
    发明作者:Aki Tabata；Jun Tajika；Hiroshi Inagaki；Yukio Kobayashi；Noritake Suzuki
    申请人:Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho；
    IPC主号:H01L29-00
    专利说明:
    [0001] 明 圧 力 セ ン サ 技 術 分 野
    [0002] 本 発 明 は 、 歪 ゲ ー ジ を 用 い た 圧 力 セ ン サ に 係 り 、 特 に ス テ ン レ ス な ど の 金 属 で ダ イ ャ フ ラ ム を 構 成 し 、 ：: の ダ ィ ャ フ ラ ム 上 に 絶 縁 膜 を 介 0し て シ リ コ ン 薄膜 等 の 導 体 m か ら な る 歪 ゲ ー ジ を 形 成 し た 薄 膜 圧 力 セ ン サ に る 。 景 技 術
    [0003] ^ 導 体 に 歪 み を 加 ；^ る と 大 き な 抵 抗 変 化 を 示 す と い う ピ ェ ゾ 効 果 •a: iJ fh し た 導 体 歪 ゲ ー ジ を 用 い て 、 各 種 の セ ン サ が 開 発 さ れ て い る 。 そ の 1 つ と し て 、 ス テ ン レ ス な ど の 金 属 で ダ ィ ャ フ ラ ム を 構 成 し 、 こ の タ イ ヤ フ ラ ム 上 に 絶 緣膜 を 介 し て シ リ コ ン 薄 膜 等 の 半 導 体 薄 膜 か ら な る 歪 ゲ 一 ジ を 形 成 し た 薄 膜圧 力 セ ン サ が あ る 。
    [0004] 薄膜圧 力 セ ン サ 、 ¾ 1 図 （ a ) に 示 し た 断 面 図 の よ う に 、 ス テ ン レ ス 製 の ダ ィ ャ フ ラ ム 1 の 表 面 に 、 絶 緣 膜 と し て の 酸 化 シ リ コ ン （ S i 0 z ) 膜 2 を 介 し て セ ン サ 部 5 を 設 け た 構 造 ¾: な し て い る 。 セ ン サ 部 5 は 、 S i 0 2 H
    [0005] 2 膜 上 に 形成 し た 多 結 HH シ リ コ ン 層 ノ、。 タ ー ン 力、 ら な る 歪 ゲ一 ジ 3 と 、 歪 ゲ一 ジ 3 に 給 電 す る た め の ァ ノレ ミ ニ ゥ ム .1 ノ タ ー ン 力、 ら な る 電極 4 と 力、 ら な り -. 窒化 シ リ コ ン 層 か ら な る パ ッ シ ベ 一 シ ョ ン 膜 6 に よ っ て 被膜保護 さ れ て い る „ そ し て -、 セ ン サ 部 5 は 、 第 1 ϋ ( b ) に 示 し た よ う に 、 4 つ の歪ゲー ジ 3 の パ タ ー ン R ！ 〜 R 4 と 、 こ れ ら に 給電す る た め の 6 つ の 電極 4 の 配線 パ タ ー ン E , 〜 E 6 と 力、 ら 構成 さ れて い る 。 こ の セ ン サ 部 5 は 、 等偭 回路 で 示 す と 、 第 1 図 ( c ) に 示 す よ う に ブ ッ リ ジ 面 路 を 構成 し て お り .、 圧力 に 起因 し た 歪み に よ る 歪ゲ一 ジ 3 の 抵抗値 の 変化 に よ つ て 生 る 電極配線パ タ 一 ン E , と E 5 と の 間 の 電圧変化 を 検出 す る こ と に よ り 、 圧力 を 涎 定 す る よ う に な っ て い る 。
    [0006] と こ ろ で 、 導体素子 に は 、 特 ^ 0 温度依存 ¾ が大 き い と い う 欠点があ る 。 し か し 、 導体素子 は 、 温度 に 対 す る 繰 り 返 し 再現性が優れ て お り -、 温度褚償後 こ 性が逆 に素子 の 信頼性 を 高 め る 結果 と な っ て い る
    [0007] 半導体薄膜圧力 セ ン サ の 場合 、 歪ゲー ジ の 抵抗値 は 、 該歪ゲー ジ の 固有 の 抵抗値 と 、 圧力 に よ る 抵抗 の 変化 と と も に 、 温度 に よ っ て 変化 す る 。 従 っ て 、 歪ゲー ジ を 組 み合わせ た ブ ッ リ ジ 画 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 た め 、 圧力 セ ン サ の 精度 は、 温度補償 を い か に 上手 に 行 う か に よ つ て 決 ま る た め 、 従来か ら 種 々 様 々 な 温度補償方法 が試み ら れ. て き た 。
    [0008] 第 2 図 ば、 定電圧駆動 す る 圧力 セ ン サ に お い て 、 ト ラ ン'
    [0009] ジ ス タ と 抵 抗 と を 組 み 合 わ せ た 温度 補 償 用 叵 路 に よ つ て ヽ 正償納膜力、上れたゲよさ 1 ― ジ の 感 度 の 温 度 変動 を 相 殺 す る 方 法 の 等 価 を 示 た も の で あ る 。
    [0010] 日
    [0011] 償 . 回 路 7 は 、 N P X 型 ラ ン ジ ス タ T r と 、 の ト フ ン ジ ス タ T r の ェ ッ ミ タ ー ベ ス 間 お よ び コ レ ク タ 一 ベ ス 間 に 接 続 し た 抵 抗 R 5 、 R 6 と か ら な っ て い る そ し て 、 ト ラ ン ジ ス タ 丁 r の ェ ッ タ は 、 電 極配 線 ノヽ。 タ ン Ε , 、 E 6 の 接 点 に 、 ト ラ ン ジ ス タ T r の コ レ ク タ 、 第 1 図 に 図 示 し な い 配 線 ハ0 タ ン E ε を 介 し て 印 加 圧 源 V i n の プ ラ ス 側 に 接 続 さ れ る
    [0012] こ の う な 温 度 補 償 用 画 路 7 は 、 第 3 図 に 示 し た よ う 、 薄 圧 力 セ ン サ の 外 部 に 組 み 込 ま れ る 。 す な わ ち 、 膜 圧 セ ン サ 1 0 0 は 、 ケ ー ス 1 0 1 に 組 み 込 ま れ 、 の ケ ス 1 0 1 と 共 に ^ 部 ϋ 路 周 の ケ 一 ス 1 0 2 に 組
    [0013] Τ
    [0014] み JA ま 0 inj ケ ー ス 1 0 2 は 、 内 部 に ァ ン フ ° 1 0 5 と 度 補 用 回 路 7 を 構 成 し て い る 温 度 補 償 甩 素 子 6 と を m, レ プ リ ン ト 基 板 1 0 4 が あ り 、 プ リ ン ト 基 板 1 0
    [0015] 4 を 収 し た 収納 部 が 蓋 1 0 3 に よ 閉 じ ら れ て い る そ し て 薄膜 圧 力 セ ン サ 1 0 0 の ¾ 力 は 、 プ リ ン ト 基板 1 0 4 の f又 補 償 用 素 子 1 0 6 に よ っ て 温 度 補 償 さ れ
    [0016] T ン プ 0 5 に よ っ て 増 幅 さ れ て 外 部 回 路 ( 図 示 せ ず ） 出 力 れ る
    [0017] 薄膜 力 セ ン サ 1 0 0 の 感 度 は 、 第 4 図 ( a ) の 線 £
    [0018] -ί·,
    [0019] TJN レ う に 、 温 度 が高 く な る に つ れ て 直 線 的 に 低 下 し て し ま う 。 こ こ に 感度 と は 、 圧力 セ ン サ が受 け る 力 の 大 き さ と 、 そ れ に よ つ て 生 じ る 抵抗値 の 変化率 で あ る つ ま り 、
    [0020] Δ ( 抵抗値 ）
    [0021] 感度 =
    [0022] △ ( 圧 力 ） - と な り 感度が高 い 方 が精度が向上 す る 。
    [0023] ―方 温度捕償 に'用 い ら れ る ト ラ ン ジ ス タ T r の 電圧 降下 温度が高 く な る に つ れて 小 さ く な る 。 従 っ て -、 卜 ラ ン ス タ T r を 介 し て セ ン サ 都 5 に 印加 さ れ る 電圧 は 、 入力電圧 を 一定 に し て お け ば、 第 4 図 ( ) の線 m に 示 し た よ う に 、 温度が高 く な る に 従 っ て 高 く な つ て い く - こ の た め 、 上記 の 温度補償用 回 路 7 を 設 け た 圧力 セ ン サ は 、 温度 の 上舁 に よ る セ ン サ 部 5 の 感度 の 低下分が セ ン サ 部 5 に 印加 さ れ る 電圧が高 く な る こ と に よ っ て 相 殺 さ れ、 結局温度が上昇 し て も 、 第 4 図 （ a の 線 n に 示す よ う に 、 一定 の 感度 に 保 た れ る 。 こ の よ う に 、 温度 補償用 の 素子 1 0 6 を 組 み込 ん だ薄膜圧力 セ ン サ 1 0 0 は、 温度 に よ っ て 感度が変化 し な い 信頼性 の 高 い も の と な る 。
    [0024] し か し .、 上記 の よ う な 温度補償用 回 路 7 を 設 け た 圧力 セ ン サ は、 使用 し て い る ト ラ ン ジ ス タ T r の 温度 に よ る 電圧降下 の 変化率 と 、 歪ゲー ジ 3 の 温度 に よ る 感度低 τ の 変化率 と が必ず し も 一致 し な い 。 そ こ で 、 ト ラ ン ジ ス タ T r の 電圧降下 の 温度依存性 の 値 、 ト ラ ン ジ ス タ T r に 接 続 し た 2 個 の 抵 抗素 子 R 5 、 R 6 の 抵 抗比 を 変 え る こ と に よ り 、 自 由 に 変 え る こ と が で き る の で 、 抵 抗 素 子 R 5 、 R 6 の 抵 抗 比 を 変 え 、 ト ラ ン ジ ス タ T r の 電圧 降 下 の 変 化 率 と 歪 ゲ ー ジ 3 の 感度 低 下 の 変 化 率 と を 一 致 さ せ て 、 薄 膜 圧 力 セ ン サ 1 0 0 の 温 度 変 化 に 対 す る 感 度 補 正 を 精 度 良 く 行 っ て い る 。
    [0025] 一 方 、 各 歪 ゲ ー ジ 3 間 の バ ラ ツ キ に よ る 零 点 に つ い て の 補 償 を 行 う た め に 、 ブ ッ リ ジ 回 路 の い ず れ か一 辺 、 す な わ ち 歪 ゲ ー ジ 3 の パ タ ー ン R ！ 〜 R 4 の い ず れ か と 直 列 に 抵 抗 を 挿 入 す る こ と が行 わ れ て い る 。 そ し て 、 特 開 昭 5 3 - 2 2 3 8 5 号 公 報 に は 、 ダ イ ヤ フ ラ ム 形 シ リ コ ン 単 結 晶 の 圧 力 に よ っ て 変形 し 、 歪 み を 生 ず る 部 分 に 不 純 物 を 拡 散 し て 半 導 体 ゲ ー ジ 抵 抗 を 形 成 す る と と も に 、 シ リ コ ン 里 結 晶 の 圧 力 に よ っ て 変形 を 生 じ な い 部 分 に -、 導体 ゲ ー ジ 抵 抗 と 同 一 濃度 の 不 純 物 を 拡 散 し て 零 点 補 償 導 体 抵 抗 を 形 成 し 、 ゲ ー ジ 抵抗 と 零 点 辅 償 導 体 抵 抗 と を ア ル ミ ニ ゥ ム 電 極 で 接 続 す る 旨 が 開 示 し て あ る 。
    [0026] し か し 、 こ の よ う に 零 点補 償 用 抵抗 を 半 導体 に よ り 形 成 し た と し て も 、 感 度 に 対 す る 温度 補 償 用 回 路 7 の 抵 抗 R 5 -. R 6 は 、 抵抗素子 を ト ラ ン ジ ス タ 丁 r と と も に プ リ ン ト 基 板 1 0 4 に ハ ン ダ 付 け す る 必 要 力く あ る 。 す な わ ち 、 従 来 は 、 プ リ ン ト 基板 1 0 4 に ト ラ ン ジ ス タ T r と 2 個 の 抵 抗素 子 と を ハ ン ダ 付 け し た り 、 圧 力 セ ン サ の 電 極 を 接続 し た り し て お り 、 こ れ ら は 大 変 に 小 さ い た め に 接繞 が if 難 で あ っ た 。 特 に 、 徒 来 の 蔼膜圧力 セ ン サ は 、
    [0027] 2 極 の 抵抗素子を 八 ン ダ付 け に よ り フ。 リ ン ト 基板 1 0 接続す る た め 、 部品点数 と 工程 と が増 え 、 工程上 の 歩' 留 ま り 低下 の要因、 部品不良や部品 o 接触不良等 に よ.る 歩留 ま り 低下 の 要図が大 き く 増 え る 欠点が あ っ た 。
    [0028] ま た 、 従夹 は、 ダ イ ヤ フ ラ ム 1 と セ ン サ 部 5 と か ら な る セ ン サ モ ジ ュ ー ル を 圧力 変換器や 他 O 被滟定 & に 組 み 込 む 場合、 セ ン サ モ ジ ュ ー ルを 拘束 す る 拘束面 1 a ( 拘 束位置 Q ) が受圧面 1 b と ほ ぼ 同 一面上 に あ つ た （ 第 5 図参照 ） 。 こ' の た め 、 従来 の 薄膜圧力 セ ン サ 1 0 0 は 、 受圧面 1 b に 圧力 が作用 す る と 拘束面 2 が変形 し て 拘束 位置がずれ、 受圧部 に 悪影響 を 与 え る 。 す な わ ち 、 従来 の 薄膜圧 力 セ ン サ 1 0 0 は、 拘束面 1 a に お け る 拘束位 置が 、 第 5 図 に 示す よ う に q t 、 q z , q ,. , q , と 径方 ^ に 変 化す る と 、 第 5 1； の 上都 に 示 し た ^ 、： ダ ィ ャ フ ラ ム 上 の 応力 r の 分布が大 き く 変化す る つ て 、 徒来 の 蘀膜圧力 セ ン サ 1 0 0 は、 圧力 の 作用 し て い な い と き に 第 6 図 （ a ) で あ っ た 拘束位置が、 圧力 が作 し て ダ イ ヤ フ ラ ム 1 と 拘束部材 1 1 0 と が変形 し 、 第 6 11 ( ) の よ う に 周緣側 に ず れ る と 、 ダ イ ヤ フ ラ ム 1 の 受 圧部 に お け る 応力 分布が変化 し て し ま い 、 圧力 セ ン サ の 圧力 に対す る 出 力特性 の 直線性 に 悪影響を 及 ぼ し 、 精度 を低下 さ せ る と い う 問題が あ っ た 。 の 開
    [0029] 太 U
    [0030] 発 明 vc-. †月 鑑 み て な さ れ た も の で 第 1 的 は 、 ΠΠ 点 数 と ハ ン ダ 付 け 等 の 工 程 数 と を 缄 少 さ せ -. 歩留 ま り を 向 上 で き る 圧 力 セ ン サ を 提 供 す る こ と に め る 十， 、 太 発 明 の 第 2 の 目 的 は 、 零 点 補 償 用 の 発の
    [0031] 抵 抗 回 路 の 抵 抗 を 複 数 形 成 し た 場 合 に 、 各 抵 抗 の 抵 抗 値 の バ ラ ッ キ バ、 さ く で 明きう る 圧 力 セ ン サ を 提 供 す る こ と に な
    [0032] あ る 、 太 発 明 の 他 の 目 的 は 、 ダ ィ ャ フ ラ ム 都 0 応 力 分 布 の 変 化 を な く し 、 出 力 特 性 の 直 線 l i _n " る 圧 力 セ ン サ を 提 供 す る こ と に あ る 。
    [0033] 上 記 目 的 を 達 成 す る た め に 、 太 究 明' の 第 i に 係 る 圧 力 セ ン サ は 、 ダ ィ ャ フ ラ ム 受 圧面 の 裏 側 に 、 铯 緣 膜 を 介 し て 歪 ゲ一 ジ を 設 け て い る 薄膜 圧 力 セ ン サ に お い て 、 前 記 歪 ゲ一 ジ 形 成 面 に 歪 ー ジ と 同 材 ^ で 形 成 さ れ て い る 温 度 、 零 占" 等 の 補償 の 抵 抗 回 路 を 設 け た 構 成 と ^ こ レ、 c t な わ ち 、 ·#膜 圧 力 セ ン サ の 温 度 -. 零 点 を 補 償 の た め の 抵 抗 は 、 抵抗 素 子 を 用 い て 構 成 す る の で な く 、 該 薄膜 圧 力 セ ン ザ の 歪 ケ ー シ 成 し て い る ネオ 料 を 用 い る 。 つ ま り ' 膜圧 力 セ ン サ は 、 ダ ィ ャ フ ラ ム の 受 圧 都 に 、 多 曰
    [0034] HH シ リ コ ン 薄膜 等 の 導 体 薄膜 を 積 層 し 、 こ の 薄 膜 を パ タ ン グ し て 歪 ゲ 一 ジ を 形 成 す る の で 、 こ の 歪 ゲ ー ジ の 形 成 と 同 時 に 抵 抗 も パ タ 一 ニ ン グ し て 設 け る c そ し て ゲ一 ジ の セ ン サ 都 と 抵 抗 と の'配 線 は 、 セ ン サ 都 の 電 極配 線 バ タ ー ン と IS 材 料 で 時 に 形 成 9 o こ の よ う に 形 成 し た 多結晶 シ リ コ ン 薄膜等 に よ る ？ £抗 部 は 、 形祅 を 任意 に 変え る こ と に よ り 所望 の 抵抗値 を 得 る こ と がで き る c 従 っ て 、 太発 明 の 圧 力 セ ン サ に お い て は、 従夹 の 抵抗素子 に 代え て 多結晶 シ リ コ ン 薄膜等 に よ る 抵抗を 用 い る こ と に よ り ， ト ラ ン ジ ス タ の 電圧降 の 温度依存性 の 値を 歪 ゲー ジ の 感度低下 の 変化率 と 一致 さ せ 、 部品点数 の 減少 'と ハ ン ダ付 け等 の 工程数 の 减少が ϋ れ、 工程数が増え る こ と に よ る 工程上 の 歩留 ま り 低 下 の 要 Ε、 部品 の 不良 や部品 の 接触不良等 に よ る 歩留 ま 低 下 の 要因を 少 な く で き 、 歩留 ま り が向 上す る 。
    [0035] さ ら に 、 太発明 の 圧力 セ ン サ に お い て は 、 零点補償甩 の 抵抗を 歪ゲー ジ と 同 じ 多 結晶 シ リ コ ン 薄膜等 に よ っ て 感度褚償用 の 抵抗 と と も に 、 歪ゲー ジ と 同時 に パ タ ー ニ ン グ し て 形成 す れ ば、 零点褙償 ^ 回 路 の 形成 を 容易 行 え る 。 そ し て 、 零点褙償用 の 抵沆 は 、 補償範匪 を 広 く す る た め に 複数形成 す る こ と がで き る 。 零点補償用 の 抗 を 複数形成 し た 場 合 に は、 各抵抗を ダ イ ヤ フ ラ ム の 心 に 対 し て ほ ぼ同一円周 上 に 配置 し て 、 各抵抗間 の 感圧層 成膜時 の 膜厚分布 の 影響を 無視で き る よ う に し 、 各抵抗 の 抵抗値 の バ ラ ツ キ を 低減 し て 、 精度 の 良 い 補償を 可能 に す る と よ い 。
    [0036] 歪ゲ一 ジ は、 蛇行 し た パ タ ー ン に 形成 し て 高抵抗化 す る こ と がで き る 。 歪 ゲー ジ が高抵抗化す る と 、 こ れ に 伴 い 零点補償用 の 抵抗 の 抵抗値 を 大 き く で き 、 ^钛 の 純 化 と 小型 化 が図 れ る 。
    [0037] ； i: 発 明 の 第 2 に 係 る 圧力 セ ン サ は 、 ダ ィ ャ フ ラ ム 受圧面 の 裏側 に 、 絶緣膜 を 介 し て 歪 ゲ ジ を 設 け て い る 篛膜圧力 セ ン サ に お い て 、 ダ イ ヤ フ ラ ム の 拘 束面 と ダ ィ ャ フ ラ ム 受圧面 と に 段差 を 設 け た 構成 と し て い る 。 す な わ ち 、 第 2 の 発 明 に 係 る 圧力 セ ン サ に お い て は 、 拘束 面 と 受圧面 と の 位置 を 異 な ら せ て 拘束面 を 受圧面 か ら 違 る と に よ り 、 圧力 セ ン サ に 圧力 が作用 し た と き の 拘克 k置 の 変化 に よ り 、 受圧部 の 応 力 分 布 に 化 が生 じ な い よ う に し て 、 出 力 特性 の 直線性 を 向 上 で き る よ う に レ し い る 図面 の 簡単 な 説 明
    [0038] 箅 1 図 （ a ) は 挞来 の 薄膜圧力 セ ン サ の 断面 図 で あ つ て ·、 第 1 図 （ b ) の I a 一 I a 線 に 沿 う 断面 図 、 第 1 H
    [0039] ( b ) 従来 の 薄膜圧力 セ ン サ の 平面図 、 第 1 図 （ c ) は 同 圧力 セ ン サ の 等価回 路図、 第 2 図 は感度 に 対す る 温度 補償用 回 路 を 設 け た 圧 力 セ ン サ の 等価 回 路 図、 第 3 図 は 従来 の 薄膜圧力 セ ン サ と ¾a Est補償用 回 路等 を ケ ー ス に 組 み 込 ん だ 状態を 示 す断面図、 第 4 図 ( a ) は 従来 の 薄膜 圧力 セ ン サ の 感度 と 温度 と の 関係 を 示 す 図、 第 4 図 （ b ) は ¾m. &. ¾ 償用 素 子 を 介 し て セ ン サ 部 に 印加 さ れ る 電 i と ¾m度 と の 関係 を 示 す 図、 第 5 図 は 従来 の 薄膜圧力 セ ン サ の ダ ィ ャ フ ラ ム の 応力 分布 の 拘束 位 依存性 を 示 す ϋ 、 第 6 図 （ a ) は従来 の 薄膜圧力 セ ン サ の 圧力 が诈 ffi し て い な い と き の 拘束位置 を 示 す図、 第 6 図 （ b ) は従 夹 の 瀵膜圧力 セ ン サ の 圧力 が ¾用 し た と き の 拘東位置 の ずれ を 示す図、 第 7 図 （ a ) は本発明 の 第 1 実施例 に 係 る 薄膜圧力 セ ン サ の平面図、 第 7 図 （ b ) は第 7 図 C a ) の VI b — b 線 に 沿 う 断面図、 第 8 H は第 1 実施例 に 係 る 圧力 セ ン サ を 得 る た め の 工程図 、 第 9 図 （ a ) は 本発 明 の 第 2 実施例 に 係 る 薄膜圧力 セ ン サ の 平面医 、 第 9 図 （ b ) は第 9 M! ( a ) の b — IX b 線 に 沿 う 断面医 第 9 図 （ c ) は第 2 実施例 の 等価回路 H、 第 ί 0 図 （ a ) は：^発明 の 第 3 実施例 に 係 る 薄膜圧力 セ ン サ の 平面 區、 第 1 0 図 （ b ) は 同 実施例 の 断面図、 第 1 1 図 は第 3 実施例 の ダ イ ャ フ ラ ム の 応力 分布 の 拘束位置依存†生 を 示す ！： 、 第 I 2 図 は第 3 実施例 と 従来 の 薄膜圧力 セ ン サ と の 圧力 一 出力特性 の 非直線性 の 比較図 で あ る 。 発明 を 実施す る た め の 最良の 形態 以下、 本癸明 の 実施例 を 図面 に 従 っ て 説 明 す る 。
    [0040] 第 1 実施例
    [0041] 第 7 図 （ a ) は本発明 の 第 1 実施例 の 平面図 、 第 7 藍
    [0042] ( b ) は 同実施例 の 断面図 で あ る 。 第 7 図 （ b ) に 示す よ う に 、 感度 に 対す る 温度補償用 の 抵抗 R 5 、 R 6 は 、 ダ イ ヤ フ ラ ム 1 の 歪 ゲ ー ジ 3 ( ノヽ。 タ ー ン R ！ 〜 R 4 ) の 彤成面 に形成 さ れて い る 。 第 7 図 ( a ) に 示 す よ う に 、 一 1 ί 一
    [0043] 抵 抗 R 、 電 極 配 線 パ タ ン E 4 、 E の 接 点 と 配 線 ノヾ タ ——結ン E と の 間 ex b れ 、 抵抗 R レ I] 加 電 圧 晶
    [0044] 源 V i η ( 示 せ ず ） の フ° ラ ス 側 が接 続 さ れ る 己 線 ノヾ タ ン と 配 線 パ タ ン E と の 間 に 設 け ら れ て い る 。
    [0045] こ の 実旌 例 の 薄膜 圧 力 セ ン サ は 、 第 7 図 （ b ) に 示 す よ う に 、 ス テ ン レ ス 力なさはンッ e、 ら な る ダ イ ヤ フ ラ ム 1 の 受 圧 部 、 す な わ ち ダ ィ ャ フ ラ ム ,れいタ Ε 1 の 圧 面 1 b の 裏 側 に 、 絶 緣 膜 温第がるは
    [0046] と し て の S i 0 2 膜 2 が 積 し て あ り .、 S i 0 膜 2 の に
    [0047] 上 に 多 シ リ コ ン 薄 膜 か 'ひ る 歪 ケ 一 ジ 3 の パ タ ー ン
    [0048] R , R と 抵 抗 R R と が 形 成 さ れ 、 そ の 極 4 の i己 線 パ タ ー ン Ε E を 形 成 し た 構 成 と な っ て い る 。 太 図 に 図 示 し 補 償 用 の N P N 型 の ト ラ ン ジ ス タ T r ¾ 線 パ タ ー ン E E 間 に ベ 一 ス が 己 線 パ タ 、 コ レ ク タ が 配 線 パ タ ン タ H け で 接 1Jt つ —し 、 二 の 薄 膜 圧 力 セ ン サ 1 0 0 の 等 価 回 路 図 と 同 様 で め
    [0049] 第 8 図 （ a ) （ 太 発 明 の 第 1 実 施 例 を 得 る た め の ェ 程 図 で あ る
    [0050] ( 1 ) 第 8 図 （ a ) に 示 よ う に 、 ス テ ン レ ス の ダ イ ャ フ ラ ム 1 上 に 、 絶 緣 膜 と て の S i 〇 z 膜 2 を プ ラ ズ マ C V D 法 に よ り 約 7 / m 層 す る 。
    [0051] ( 2 ) 第 8 図 （ b ノ S i 0 膜 2 の 上 に 多 to シ リ コ ン 薄膜 1 を ブ ラ ズ マ C V D 法 に よ つ て シ ラ ン ガ ス を 原 料 に 用 て 約 0 . 5 μ m 積 層 す る - ( 3 ) 第 8 図 （ c ) に 示 す よ う に 、 積層 し た 多 結 晶 シ リ コ ン 薄膜 1 0 を 、 フ ォ ト リ ソ グ ラ フ イ エ 程 に よ り 、 歪 ゲ ー ジ 3 の ノ、 ' タ ー ン R , 〜 R と 抵抗 R 5 ' 、 R b の ノ、： ター ン に 形成 す る 。 こ の 時 、 抵抗 R 5 、 R 6 は 、 ノ、。 タ ーク © 形 を 変 え る こ と に よ り 、 所望 の 抵抗値 が 得 ら れ の で 、 補償用 回 路 の ト ラ ン ジ ス タ T r の 温 度依存 倥 の 値 を 変 え る こ と が で き る 。 ，
    [0052] な お 、 こ の 抵抗パ タ ー ン R 5 , R 6 は 、 歪 み を 生 ず る と 抵 抗 値 が 変 化 し て し ま う の で 、 一 定 の 抵 沆値 に 保 つ た め 、 圧 力 に よ' つ て 歪 み を 生 じ な い ダ イ ヤ フ ラ ム ί の I 辺 の 位 置 に 形成 し な け れ ば な ら な い 。
    [0053] ( ) 第 8 図 （ d ) に 示 す よ う に 、 歪 ゲ ー ジ 3 ( パ タ ー ン R , 〜 R 4 ) と 抵 抗 R 5 、 R 6 と を 形 成 し た 上 に 、 ア ル- ミ ニ ゥ ム ( A £ ) 等 の 金 属 電 極 4 を 蒸 着 し 、 フ ナ - リ ソ グ ラ フ イ エ程 に よ り 電極 4 の 己線 パ タ ー ン E , 〜 E 8 を 形成 し て 配線 す る 。
    [0054] ( 5 ) 第 8 図 （ e ) に 示 す よ う に 、 歪 ゲ ー ジ 3 、 抵抗 R 5 、 R 6 、 配 線 ノ、' タ ー ン E ！ 〜 E B を 保護 す る た め に こ れ ら の 上 に パ ッ シ ベ 一 シ ョ ン 膜 6 と し て S i N X 膜 を プ ラ ズ マ C V D 法 に よ っ て 5 0 0 O A 程度 積層 す る 。
    [0055] 以上 の 工程 に よ っ て 、 薄膜圧 力 セ ン サ は 完成 す る 。 そ し て 、 こ の 薄膜圧力 セ ン サ 1 0 0 は 、 第 3 MI に 示 し た と 同 様 に 、 ケ ー ス 1 0 1 に 組 み 込 ま れ 、 そ の ケ ー ス 1 0 1 と 共 に ^部 画 路 用 ケ ー ス i 0 2 に 組 み 込 ま れ る 。 同 ケ 一 ス 1 0 2 は 、 内 部 に ア ン プ 1 0 5 と 温 度 補 償 用 の ト ラ ン ジ ス タ T r と を 接 続 し た プ リ ン ト 基 板 1 0 4 が あ り 、 プ リ ン ト 基 板 1 ϋ 4 の 収 納 部 が蓋 1 0 3 に よ っ て 閉 じ ら れ る c プ リ ン ト 基 板 1 0 4 上 の ト ラ ン ジ ス タ T r は 、 エ ミ ッ タ ナ 薄 g¾ 圧 カ セ ン サ の 電極 Ε 4 E 6 間 に 、 ベ ー ス が E 7 に 、 コ レ ク タ 力く Ε Β に ボ ン デ イ ン グ ワ イ ヤ 等 で 接続 さ れ て 、 感 度 の 温 度 補 償 用 回 路 が 完 成 す る 。 ま た 、 ΕΠ 加 電 圧 源 V i n は 、 マ イ ナ ス 側 が 電 極 配 線 ノ、。 タ ー ン E 〜 E
    [0056] 3 間 に 、 ブ ラ ス 側 が配 線 パ タ ー ン E 8 に 接 続 さ れ る 。 そ し て 、 圧 力 セ ン サ の 出 力 は ァ ン プ 1 0 5 に よ っ て 増 幅 さ れ 、 配 線 パ タ ン Ε 2 、 Ε 5 力、 ら 外 部 回 路 （ 図 示 せ ず ） に 出 力 さ れ る
    [0057] こ の よ う に 構 成 し た 薄 膜圧 力 セ ン サ は 、 感 J又 の ί皿 度 補 償 ^ 回 路 を 構 成 す る 部 品 、 工 程 を 増 や す 二 と な く 温度 補 償 用 の 抵 抗 を 形 成 で き る 。 す な わ ち 、 }m ¾ fF3 用 の 抵 抗 R 5 、 R 6 は 、 歪 ゲ - ジ 3 と 同 材 料 で あ っ て
    [0058] 1 の _ ¾ ^ ¾ い て ダ ィ ャ フ ラ ム 1 上 に 形 成 さ れ る た め 、 薄 膜圧 力 セ ン サ の 製 作 工 程 を 変 え る 必 要 が な く 抵 抗 R
    [0059] 5 、 R 6 を 形 成 す る こ と に よ る ェ 程 の 時 間 数 !4- た く 増 加 し な い 。 し か も 、 実施 例 の 圧 カ セ ン サ に お い て プ リ ン ト 基 板 1 0 4 jm 補 償 用 の 抵 抗 素 子 を 接続 3 必要 が な く 、 部 品 点 % ^ と ハ ン ダ 付 け 等 の ェ 程 と が 少 し て 部品 点 数 の 増 加 に 伴 う 部ロロ 不 良 の 発 生 の 増 大 、 ハ ン ダ 付 け 工 程 中 に け ^) 不 良 の 発 生 、 接触 不 良 等 歩 留 ま り 低 下 の 要因がな く な り 、 歩留 ま り が 向上 す る 。
    [0060] 本実施例 は、 感度 に 対す る 温度補償用 の 回路 に つ い て 說 明 し た が、 こ れ に 限 る こ と な く 、 例 え ば零点 に 対す る 温度補償用 の 回路、 各歪ゲー ジ 間 の バ ラ ツ キ に よ る 零点 補償用 の 回路等 に も 適用 可能 で あ る 。
    [0061] 第 2 実施例
    [0062] 第 9 図 （ a ) 、 感度 に対 す る 温度補償用 の 回 路抵抗 と 、 各歪 ゲー ジ間 の バ ラ ツ キ に よ る 零点補償 抵抗 と を 薄膜圧力 セ ン サ の ダ イ ヤ フ ラ ム 上 に 形成 し た に 第 2 実旋 例 の 面図 で あ り 、 第 9 図 （ b ) は 、 同 実施例 の 靳面図 で あ る 。
    [0063] 歪ゲー ジ 3 の 各パ タ ー ン R i 〜 R は 、 第 9 図 （ a ) に 示 し た 配置で 形成 さ れ、 パ タ ー ン R , が配線ノ タ ー ン E ！ 、 E 2 に 接繞 さ れ、 パ タ ー ン R ：： 力く [ 線パ タ ― ン Ε 1 、 Ε 7 に 接鐃 さ れ、 ノ タ ー ン R 3 が配線ノ タ ー ン Ε -コ
    [0064] 、 Ε 6 に 接鐃 さ ？1 、 ノ タ ー ン R 4 が配線 パ タ 一 ン Ε ,
    [0065] Ε 4 に 接続 さ れ る 。 そ し て 、 配線ノヽ。 タ ー ン Ε 2 、 Ε 3 の に は、 零点補償用 微調抵抗 R 7 が形成 し て あ る 。 さ ら に 、 配線パ タ ー ン E 6 、 E , 間 に は 、 零点補償 粗調抵 抗 R 8 が形成 し て あ る 。 こ の 粗調抵抗 R 8 は 、 裨償範 S を 広 く す る た め に 、 配線パ タ ー ン E 6 ' に よ っ て 複数 に 分割 さ れて い る 。 ま た 、 感度 に 対す る 温度補償周 の 抵抗 R s は配線パ タ ー ン E i と ト ラ ン ジ ス タ T r の べ 一 ス を 接鐃す る 配線パ タ ー ン E 9 と の 間、 抵抗 R fc は配線パ タ 1 δ
    [0066] 上示パ属調図第力パ形の ) E E Rィンリしンし 3
    [0067] ，，接記土抵実成【、てををタタセヤ Eソ Eし 1 ί と 配 線 ノ、。 タ 一 ン E と の ^ に ^ 成 し て あ る 。
    [0068] 点力抗のをの ン R , 〜 R 、 抵 抗
    [0069] ダ フ ラ ふ 1 の 上 に S i 0 z 膜 2 か ら な る 絶 綠 膜 を 積 の 上搆に 多 結晶 シ リ コ ン 薄膜 を 積 層 し た 後 、 っ ナ グ ラ フ ィ ェ 程 に お い て パ タ ー ユ ン グ し て 形 成 す る そ 実施 例 の 蘀 膜 圧 力 セ ン サ は 、 上 記 の ノ、" タ ー ン た な ら ゲ一 ジ と 抵 抗 と の 上 に A £ な ど の 層 し て パ タ 一 二 ン グ し 、 電 極 配 線 パ タ ー ン E ; 开さ 成 し 、 そ の 後 バ ン シ ン 膜 （ 図 示 せ し て 完 成 さ れ る 。
    [0070] 成 し た 薄 膜 圧 カ セ ' ン サ は 、 第 9 図 （ c ) た 等 価 回 路 を 形 成 す る た め に , S己 線 ノ、。 タ ー ン E 4 を て ブ ッ リ ジ 回 路 を 構 成 す る と と も に 、 配 ン E t, と 任 意 の 配 線 パ タ ー ン ' E 6 ' と を 結 線 し と 配 線 パ タ 一 ン E と を 力 電 極 と す る e こ の 德 セ ン サ 、 例 ん に 9 ( a ) の 配 線 ノ、。 タ ― ン E う ち 、 左 カヽ ら 2 番 目 の 電 極 ノ、' タ ー ン と 配 線 ノ、。 タ と を 結 線 し た 、 パ タ ー ン R 2 に 零 点 補 償 埒
    [0071] R を 2 個 、 パ タ 一 ン R 4 に 零 点 補 償 用 徵 調 抵 抗 加 え た '― と な る 。
    [0072] 例
    [0073] 0 ( a ) は 本 発 明 の 第 3 実 施 例 の 平 面 図 、 第 1
    [0074] 0 b ) は 同 実 施例 の 断面 1 で あ る 。 太 実 旅 例 の 薄膜 圧 ,
    [0075] 、 Ί S 償 素 子 ( ト ラ ン ジ ス タ 丁 r ) を ^ 部接繞 し た 場合 の 等価囫路が、 第 2 実 ¾例 の 第 s' ϋ ( c ) に示 し た 等偭 回 路 と 同様で あ る 。
    [0076] た だ し 、 本実施例 に お い て は 、 第 1 0 図 （ a ) に 示 し た よ う に 、 歪ゲー ジ 3 ( ノ、' タ ー ン R i 〜 R 4 ) が蛇行 し た 実質長尺 に 形成 し て あ り 、 抵抗が高 く な つ て い る 。 -こ の た め 、 零点補償用 抵抗 R 7 , R 8 は 、 歪ゲ一 ジ 3 の 抵 抗が高 く さ れて い る 'の に 対応 し て 高抵抗化 し て あ る 。 そ し て 、 零点裙償用 粗調抵抗 R 8 は 、 ダ ィ ャ フ ラ ム ； [ の 由 心 し て ほ ほ ' l — 円周 上 に 配置 し て あ る 。
    [0077] 一方、 ダ イ ヤ フ ラ ム 1 は 、 第 1 0 図 （ b ) に 示 し た よ う に 、 拘裒面 ；！ a がダ イ ヤ フ ラ ム 1 の 軸方 向 由央部 に 形 成 さ れ 、 拘束面 1 a と 受圧面 1 b と の 藺 ：こ 段差 が設 け ら れ、 両者 の 位置が離 れて い る 。
    [0078] こ の よ う に 搆成 し た 本実旌例 に お い て は 、 零点補 ίΐ ^ 抵抗が高抵抗化 さ れ る た め に 、 零点補償用 钽調抵抗 R t を 第 2 実施例 の よ う に く の 字形 な ど G 実質 i i パ タ 一 ン に す る 必要がな く 、 形钛 の 草敏化 と 小型化 と が図 れ、 开さ 成 が容易 と な る 。 ま た 、 本実施例 は 、 *1調抵抗 R ε を ダ ィ ャ フ ラ ム 1 の 中 心 に 対 し て 同一 円周上 に 配置 し た の で 分割 さ れ た 粗調抵抗 R 8 間 の 感圧層 成膜時 の 膜厚分布 ( ダ イ ヤ フ ラ ム φ 心 が最 も 厚 く 外側 に 向 力、 つ て 薄 く な る ） を無視で き る 。 そ の た め 、 複数個 に 区 切 ら れ た 耝諷 抵抗 1 倔 当 た り の 抵抗値 の バ ラ ツ キ を 低減 で き 、 精度 の 良 い 補償がで き る 。 桦拘特圧たじー
    [0079] 、 太 施 例 の m膜圧 力 セ ン サ は 、 拘 束 面 1 a と 受 面 1 b と の 間 に 段 差 が あ る た め 、 拘 束 面 1 a し ·Λ け る' 束 位 記改のし 3 れ て も 受 圧面 1 b へ の 影 響 が少 な く 、 岀 力 性 の 直線 牲 を 改 善 す る こ と が で き る 。 す な わ ち 、 第 1 よ う に 、 拘 束 面 1 a に お け る 拘 束 : 力く q
    [0080] -、 q 6 で あ る 場合 の ダ ィ ャ フ ラ ム 上 部 の 応 力 び r の 分 は 、 同 図 の 上 部 に し た ン な り 、 両 者 間 に 差 を 生 な い 。 従 て 本 実 施 例 の 薄膜 圧 力 セ ン サ は -、 CL 力 が
    [0081] 6 図 に し た つ 拘 束 位 置 に ず れ が 生 と し て も 受 圧 部 に 悪影響 を 及 ぼ す こ と が な く 、 直 線 を 大 善 で き る 。 そ し て 、 本 実 ¾ 例 の ' ヽ 圧 力 岀 力 特 性 非 直 線 性 は 、 第 1 2 図 の D の よ つ に な ¾ 、
    [0082] E と し て 示 た 従 来 の 薄 膜 圧 力 セ ン サ の 非 直 線 性 に 上ヒ χ て ¾ 1 / に 低 減 す る こ と が で § る 。
    [0083] 、 前 各 実施例 に お い て は 、 ダ ィ ャ フ ラ ム 1 の 上 直接 絶 緣 で あ る S i 0 2 膜 2 を 設 け た 場 合 に つ い て 明 し た が ダ ィ ャ フ ラ ム 1 と S i 0 £ 膜 2 と の 間 に 、 両 者 の 線 膨 係数 の 差 を 緩 和 す る た め の バ ッ と し て 者 の 由 間 の 線 膨 張 係数 を 有 す る 膜 （ 例 え ば 、 ノ ン 一 プ 曰
    [0084] 多 結 ΗΗ シ リ コ ン 薄膜 を 0 . 3 m 程 度 ) を 積 し' て も よ い 。 産 業 上 の 利 用 可 能 性
    [0085] 以上 の よ う に 、 本 発 明 の 圧 力 セ ン サ は 、 油 圧 機 器 の 圧
    [0086] ; 、ぅ 1 っ ¾ 涵 © 3
    [0087] ·¾ ΰ¾ 1； ^ ¾ ίι¾ ø 5 ¾ - ^ S 2- a ^ ^ ότ ^
    [0088] 一 3 〖 一
    [0089] £r600/68df/JDd 9£0/06 O
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 匪
    ( 1 ) ダ ィ ャ フ ラ ム 受 圧 面 の 裏 側 に 、 艳 緣 膜 を 介 し て 歪 ゲ一 ジ を 設 け て い る 薄 膜圧 力 セ ン サ
    Y ー ジ 形 成 面 に 歪 ゲ 一 ジ と 同 材 料 で 形 成 さ れ て い る 温 度 零 点 等 の 補 償 の 抵 抗 回 路 を 設 け た こ と を 特 撿 と す る 圧 力 セ ン サ 。
    ( 2 ) 特 許 請 求 の 範 囲 第 1 項 に 記 載 の 圧 力 セ ン サ に お い て 、 前 記 零 点 ¾ 償 の 抵 抗 回 路 の 抵 抗 は 複 数 形 成 さ れ 、 そ れ ぞ れ が 前 記 ダ ィ ャ フ ラ ム の ώ 心 に 対 し て ほ ぽ ^—円
    ^ 上 に 配 置 さ れ て い る こ と .を 特 徵 と す る 圧 力 セ ン サ
    { 3 ) ダ イ ヤ フ ラ ム 受 圧 面 の 裏 側 に 、 絶 緣 膜 を 介 し て 歪 - ジ を 設 け て い る 蔼 膜 圧 力 セ ン サ に お い て 、 タ" ィ ャ フ ラ ム の 拘 束 面 と ダ イ ヤ フ ラ ム 受圧 面 と に 段 差 を 設 け た こ と を 特 と す る 压 カ セ ン サ 。 nコ」
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0407587A4|1992-03-11|
    US5191798A|1993-03-09|
    EP0407587A1|1991-01-16|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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