(57)【要約】【課題】オフセットドリフトが少ない圧力センサを提供する。【解決手段】ｐ型半導体からなり、下面をエッチングされることにより形成された矩形のダイヤフラム３１を有する半導体基板３と、ｎ型半導体からなり、半導体基板３の上面の、ダイヤフラム３１の４辺のそれぞれの中点近傍に形成された４つの拡散領域１０ａ〜１０ｄと、ｐ型半導体からなり、４つの拡散領域１０ａ〜１０ｄの上部にそれぞれ形成され、半導体基板３の上面にホイートストンブリッジを構成する４つのゲージ抵抗４ａ〜４ｄとを備え、４つの拡散領域１０ａ〜１０ｄが、４つの拡散領域１０ａ〜１０ｄと４つのゲージ抵抗４ａ〜４ｄとのそれぞれの間の逆バイアス電圧が、互いに等しくなるような電位にそれぞれ接続する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型半導体からなり、下面をエッチングされることにより形成された矩形のダイヤフラムを有する半導体基板と、
ｎ型半導体からなり、前記半導体基板の上面の、前記ダイヤフラムの４辺のそれぞれの中点近傍に形成された４つの拡散領域と、
ｐ型半導体からなり、前記４つの拡散領域の上部にそれぞれ形成され、前記半導体基板の上面にホイートストンブリッジを構成する４つのゲージ抵抗と
を備え、
前記４つの拡散領域が、前記４つの拡散領域と前記４つのゲージ抵抗とのそれぞれの間の逆バイアス電圧が、互いに等しくなるような電位にそれぞれ接続されることを特徴とする半導体センサ。
【請求項２】
前記４つの拡散領域が、それぞれの上部に形成された前記４つのゲージ抵抗の高電位側の一端にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体センサ。
【請求項３】
前記ホイートストンブリッジの電源側の２つの拡散領域が、それぞれ電源電位に接続され、前記ホイートストンブリッジの接地側の２つの拡散領域が、それぞれ電源電位の１／２の電位に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフセットドリフトが少ない圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤフラムを有する半導体基板の表面に形成された４つのゲージ抵抗からホイートストンブリッジを構成し、ゲージ抵抗のピエゾ効果を用いて圧力を検出する圧力センサが知られている。
【０００３】
このような圧力センサにおいて、それぞれ上部にｐ型のゲージ抵抗が設けられた４つのｎ型のアイランド（拡散領域）に電源電位Ｖｃｃをそれぞれ接続して逆バイアスとすることにより、各ゲージ抵抗とアイランドを絶縁し、各ゲージ抵抗とアイランドの境界に発生する空乏層の延びを均一にして、オフセットドリフトを減少させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２０２０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の技術は、図８に示すように、逆バイアスの電圧が電源電位Ｖｃｃの電源端子２１側の２つのゲージ抵抗ではＶｓｓ（接地電位：０）〜Ｖｃｃ／２、接地電位Ｖｓｓの接地端子２２側の２つのゲージ抵抗ではＶｃｃ／２〜Ｖｃｃとなっており、空乏層の延びが不均一であり、オフセットドリフトが大きい。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑み、オフセットドリフトが少ない圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、ｐ型半導体からなり、下面をエッチングされることにより形成された矩形のダイヤフラムを有する半導体基板と、ｎ型半導体からなり、半導体基板の上面の、ダイヤフラムの４辺のそれぞれの中点近傍に形成された４つの拡散領域と、ｐ型半導体からなり、４つの拡散領域の上部にそれぞれ形成され、半導体基板の上面にホイートストンブリッジを構成する４つのゲージ抵抗とを備える圧力センサであることを要旨とし、４つの拡散領域が、４つの拡散領域と４つのゲージ抵抗とのそれぞれの間の逆バイアス電圧が、互いに等しくなるような電位にそれぞれ接続されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第１の態様に係る圧力センサにおいては、４つの拡散領域が、それぞれの上部に形成された４つのゲージ抵抗の高電位側の一端にそれぞれ接続されている。
【０００９】
また、本発明の第１の態様に係る圧力センサにおいては、ホイートストンブリッジの電源側の２つの拡散領域が、それぞれ電源電位に接続され、ホイートストンブリッジの接地側の２つの拡散領域が、それぞれ電源電位の１／２の電位に接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、オフセットドリフトが少ない圧力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサの基本的な構成を説明する模式的な上面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す圧力センサの模式的な断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ方向から見た本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサの模式的な拡大断面図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ方向から見た本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサの模式的な拡大断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサの回路図である。
【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ図２（ａ）、図２（ｂ）に対応する本発明の第２の実施の形態に係る圧力センサの模式的な拡大断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る圧力センサの回路図である。
【図６】図６（ａ）、図６（ｂ）は、それぞれ図２（ａ）、図２（ｂ）に対応する本発明の第３の実施の形態に係る圧力センサの模式的な拡大断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る圧力センサの回路図である。
【図８】従来の圧力センサを説明する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、断面図と平面寸法の関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでなく、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、矩形平板状のｐ型半導体からなり、下面を選択的にエッチングされることにより他所より薄く形成され、平面パターンが矩形のダイヤフラム（隔膜）３１を有する半導体基板３と、ｐ型半導体からなり、ダイヤフラム３１の上面にホイートストンブリッジを構成する４つのゲージ抵抗４ａ〜４ｄとを備える。
【００１５】
４つのゲージ抵抗４ａ〜４ｄは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体基板３の上面にｎ型不純物を拡散させることにより形成される４つの拡散領域１０ａ〜１０ｄの上部に、それぞれ形成され、拡散領域１０ａ〜１０ｄとそれぞれｐｎ接合をなしている。４つの拡散領域１０ａ〜１０ｄは、半導体基板３の上面の、ダイヤフラム３１の４辺のそれぞれの中点近傍に形成される。４つのゲージ抵抗４ａ〜４ｄは、ダイヤフラム３１に応力が加わっていない場合、それぞれ互いに等しい抵抗値となっている。
【００１６】
図１及び図３に示すように、ゲージ抵抗４ａの一端は電源端子２１に、他端は出力端子２３に接続されている。ゲージ抵抗４ｂの一端は出力端子２３に、他端は接地端子２２に接続されている。ゲージ抵抗４ｃの一端は接地端子２２に、他端は出力端子２４に接続されている。ゲージ抵抗４ｄの一端は出力端子２４に、他端は電源端子２１に接続されている。
【００１７】
ゲージ抵抗４ａ〜４ｄ、電源端子２１、接地端子２２、出力端子２３，２４の相互間は、例えば、半導体基板３の表面に高濃度のｐ型不純物を拡散させることにより形成された拡散配線や、金属薄膜等からなる金属配線等により電気的に接続される。
【００１８】
電源端子２１の電位は電源電位Ｖｃｃ、接地端子２２の電位は接地電位Ｖｓｓとなっている。出力端子２３の電位Ｖｏｕｔ−、出力端子２４の電位Ｖｏｕｔ＋は、ダイヤフラム３１に応力が加わっていない場合、それぞれＶｃｃ／２となっている。
【００１９】
ｎ型半導体である拡散領域１０ａ〜１０ｄの電位は、ゲージ抵抗４ａ〜４ｄと拡散領域１０ａ〜１０ｄとのそれぞれの間の電圧が、それぞれ互いに等しい逆バイアス電圧となるように、それぞれ電位Ｖａ〜Ｖｄとされている。
【００２０】
すなわち、ゲージ抵抗４ａと拡散領域１０ａとの間の逆バイアス電圧（Ｖａ−Ｖｃｃ）〜（Ｖａ−Ｖｏｕｔ−）、ゲージ抵抗４ｂと拡散領域１０ｂとの間の逆バイアス電圧（Ｖｂ−Ｖｏｕｔ−）〜（Ｖｂ−Ｖｓｓ）、ゲージ抵抗４ｃと拡散領域１０ｃとの間の逆バイアス電圧（Ｖｃ−Ｖｃｃ）〜（Ｖｃ−Ｖｏｕｔ＋）、ゲージ抵抗４ｄと拡散領域１０ｄとの間の逆バイアス電圧（Ｖｄ−Ｖｏｕｔ＋）〜（Ｖｄ−Ｖｓｓ）は、理論上それぞれ互いに等しい範囲となっている。
【００２１】
第１の実施の形態に係る圧力センサに圧力が加わると、ダイヤフラム３１が撓み、ゲージ抵抗４ａ〜４ｄがひずむことによりゲージ抵抗４ａ〜４ｄの抵抗値が変化し、電源端子２１、接地端子２２間の入力電圧Ｖｉｎに対する、出力端子２３，２４間の出力電圧Ｖｏｕｔが変化する。また、出力電圧Ｖｏｕｔによって、ダイヤフラム３１に加わる圧力の向きが検出可能である。
【００２２】
第１の実施の形態に係る圧力センサによれば、ゲージ抵抗４ａ〜４ｄと拡散領域１０ａ〜１０ｄとの間の逆バイアス電圧が互いに等しいため、ゲージ抵抗４ａ〜４ｄと拡散領域１０ａ〜１０ｄとの境界における空乏層の延び（厚み）は、それぞれ互いに均一に生成され、温度特性が互いに等しく、オフセットドリフトが少ない。
【００２３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る圧力センサは、図４（ａ）、（ｂ）及び図５に示すように、拡散領域１０ａ〜１０ｄが、それぞれゲージ抵抗４ａ〜４ｄの高電位側の一端とそれぞれ接続されている点で、第１の実施の形態と異なる。
【００２４】
電源電位Ｖｃｃである電源端子２１側の２つのゲージ抵抗４ａ，４ｃ及び２つの拡散領域１０ａ，１０ｃのそれぞれの間の逆バイアス電圧は、Ｖｓｓ（接地電位：０）〜Ｖｃｃ／２である。接地電位Ｖｓｓである接地端子２２側の２つのゲージ抵抗４ｂ，４ｄ及び２つの拡散領域１０ｂ，１０ｄのそれぞれの間の逆バイアス電圧は、Ｖｓｓ〜Ｖｃｃ／２である。
【００２５】
第２の実施の形態に係る圧力センサの他の構成は、第１の実施の形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【００２６】
第２の実施の形態に係る圧力センサによれば、ゲージ抵抗４ａ〜４ｄと拡散領域１０ａ〜１０ｄとの間の逆バイアス電圧が互いに等しいため、ゲージ抵抗４ａ〜４ｄと拡散領域１０ａ〜１０ｄとの境界における空乏層の延び（厚み）は、それぞれ互いに均一に生成され、温度特性が互いに等しく、オフセットドリフトが少ない。
【００２７】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る圧力センサは、図６（ａ）、（ｂ）及び図７に示すように、電源端子２１側の２つの拡散領域１０ａ，１０ｃが、それぞれゲージ抵抗４ａ，４ｃの高電位側の一端とそれぞれ接続され、接地端子２２側の２つの拡散領域１０ｂ，１０ｄが、それぞれ電位Ｖｃｃ／２と接続されている点で、第１の実施の形態と異なる。
【００２８】
第３の実施の形態に係る圧力センサは、電源電位Ｖｃｃである電源端子２１と接地電位Ｖｓｓである接地端子２２との間に、抵抗値が互いに等しい２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されている。電源端子２１側の２つの拡散領域１０ａ，１０ｃは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の、電位Ｖｃｃ／２となる接点Ｎとそれぞれ接続されている。
【００２９】
電源端子２１側の２つのゲージ抵抗４ａ，４ｃ及び２つの拡散領域１０ａ，１０ｃのそれぞれの間の逆バイアス電圧は、Ｖｓｓ（接地電位：０）〜Ｖｃｃ／２である。接地端子２２側の２つのゲージ抵抗４ｂ，４ｄ及び２つの拡散領域１０ｂ，１０ｄのそれぞれの間の逆バイアス電圧は、Ｖｓｓ〜Ｖｃｃ／２である。
【００３０】
第３の実施の形態に係る圧力センサの他の構成は、第１の実施の形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【００３１】
第３の実施の形態に係る圧力センサによれば、ゲージ抵抗４ａ〜４ｄと拡散領域１０ａ〜１０ｄとの間の逆バイアス電圧が互いに等しいため、ゲージ抵抗４ａ〜４ｄと拡散領域１０ａ〜１０ｄとの境界における空乏層の延び（厚み）は、それぞれ互いに均一に生成され、温度特性が互いに等しく、オフセットドリフトが少ない。
【００３２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３３】
既に述べた第１〜第３の実施の形態においては、ｎ型半導体の上面にｐ型の拡散領域を形成し、このｐ型拡散領域の上部に、ｎ型のゲージ抵抗が形成される圧力センサであっても良い。
【００３４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３５】
３…半導体基板
４ａ〜４ｄ…ゲージ抵抗
１０ａ〜１０ｄ…拡散領域
２１…電源端子
２２…接地端子
２３，２４…出力端子
３１…ダイヤフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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