JP2859982B2 - Semiconductor pressure sensor - Google Patents
Semiconductor pressure sensorInfo
- Publication number
- JP2859982B2 JP2859982B2 JP23503991A JP23503991A JP2859982B2 JP 2859982 B2 JP2859982 B2 JP 2859982B2 JP 23503991 A JP23503991 A JP 23503991A JP 23503991 A JP23503991 A JP 23503991A JP 2859982 B2 JP2859982 B2 JP 2859982B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure sensor
- differential pressure
- semiconductor substrate
- semiconductor
- static pressure
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は圧力を検出する半導体圧
力センサに係わり、特に静圧下ならびに差圧下で生じる
信号を補償するとともに、センサ自身の傾斜による誤差
を補償する傾斜センサを備え、静圧および差圧を極めて
精度よく検出し得るようにした半導体圧力センサに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure sensor for detecting pressure, and more particularly to a semiconductor pressure sensor having a tilt sensor for compensating for a signal generated under a static pressure and a differential pressure and for compensating an error due to a tilt of the sensor itself. And a semiconductor pressure sensor capable of detecting a differential pressure with extremely high accuracy.
【0002】[0002]
【従来の技術】圧力の検出を行なうためのセンサの1つ
として、従来、半導体圧力センサが知られている。2. Description of the Related Art A semiconductor pressure sensor is conventionally known as one of sensors for detecting pressure.
【0003】この半導体圧力センサは単結晶半導体(例
えば、シリコン等)の優れた弾性を利用し、薄膜シリコ
ンダイヤフラムの両端にかかる圧力差に応答する応力を
検出してこの応力の大きさに応じた値の圧力検出信号を
出力する。This semiconductor pressure sensor utilizes the excellent elasticity of a single crystal semiconductor (for example, silicon) to detect a stress responsive to a pressure difference between both ends of a thin-film silicon diaphragm and to respond to the magnitude of the stress. Output pressure detection signal of value.
【0004】図3はこのような半導体圧力センサの一例
を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing an example of such a semiconductor pressure sensor.
【0005】この図に示す半導体圧力センサ100はn
形面からなるシリコン単結晶基板101の一面に凹部1
02を形成して薄肉部のダイヤフラム部103とし、前
記凹部103側の面と反対側の表面にp形不純物を拡散
して図4に示す如く複数の差圧センサ(ストレインゲー
ジ抵抗)104〜106を形成した後、これら差圧セン
サ104〜106を形成した単結晶基板101の表面に
酸化膜107を形成して前記各差圧センサ104〜10
6を被膜し、さらにこの酸化膜107を貫通するように
設けられた孔108を介して前記各差圧センサ104〜
106の両端に各々電極層109を接続して形成したも
のであり、円筒状に形成された台座管112に固定され
るとともに、金線等によって構成されるワイヤ110に
よって前記電極層109と外部端子(図示は省略する)
とが接続されて使用される。The semiconductor pressure sensor 100 shown in FIG.
A concave portion 1 on one surface of a silicon single crystal substrate
02 is formed into a thin diaphragm portion 103, and a p-type impurity is diffused on the surface opposite to the surface on the side of the concave portion 103 to form a plurality of differential pressure sensors (strain gauge resistors) 104 to 106 as shown in FIG. Then, an oxide film 107 is formed on the surface of the single crystal substrate 101 on which the differential pressure sensors 104 to 106 are formed, and
6 and through each of the differential pressure sensors 104 to 104 through holes 108 provided through the oxide film 107.
An electrode layer 109 is formed by connecting the electrode layer 109 to both ends of the electrode layer 106. The electrode layer 109 is fixed to a pedestal tube 112 formed in a cylindrical shape. (Not shown)
Is used by being connected.
【0006】なお、図4においては、右側の差圧センサ
104〜106部分にのみに電極層109を接続してい
るが、実際には各差圧センサ104〜106毎に各々電
極層109が設けられている。In FIG. 4, although the electrode layer 109 is connected only to the differential pressure sensors 104 to 106 on the right side, the electrode layer 109 is actually provided for each of the differential pressure sensors 104 to 106. Have been.
【0007】そして、このように構成された半導体圧力
センサ100においては、ダイヤフラム部103が圧力
によって応力を受けると、ダイヤフラム部103の表面
に形成された差圧センサ104〜106のうち、予め決
められた結晶軸方向に配置されたものの抵抗値が増加す
るとともに、他の決められた結晶軸方向に配置されたも
のの抵抗値が減少して、これら各差圧センサ104〜1
06によって構成されているホィートストンブリッジ回
路(図示は省略する)の出力電圧が変化し、この変化分
に対応した検出信号が出力される。In the semiconductor pressure sensor 100 configured as described above, when the diaphragm 103 is subjected to stress by pressure, a predetermined one of the differential pressure sensors 104 to 106 formed on the surface of the diaphragm 103 is determined. The resistance value of one of the differential pressure sensors 104 to 1 is increased while the resistance value of another of the differential pressure sensors 104 to 1 is decreased while the resistance value of the other one is decreased.
The output voltage of a Wheatstone bridge circuit (not shown) constituted by the reference numeral 06 changes, and a detection signal corresponding to the change is output.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな半導体圧力センサ100においては、静圧(ダイヤ
フラムの両面にかかる共通な圧力)下でも、ゼロシフト
と呼ばれる誤信号を生じる。However, in such a semiconductor pressure sensor 100, an erroneous signal called zero shift is generated even under a static pressure (a common pressure applied to both surfaces of the diaphragm).
【0009】そこで、このような問題を解決する方法と
てして、半導体圧力センサ100と別個の圧力センサを
用いて静圧を検出し、この検出値に基づいて差圧センサ
104〜106の出力を補正する方法が実用化されてい
る。Therefore, as a method for solving such a problem, a static pressure is detected by using a pressure sensor separate from the semiconductor pressure sensor 100, and the output of the differential pressure sensors 104 to 106 is determined based on the detected value. Has been put to practical use.
【0010】しかしながら、このような方法では、2つ
の素子を使用しなければならないため、なるべくなら
ば、シングルタイプの素子を用い、かつ2つの信号に対
して単純な補正を行なうだけで2つの信号を得るように
することが望ましい。However, in such a method, since two elements must be used, it is preferable to use a single type element and perform two signal corrections only by performing simple correction on the two signals. It is desirable to obtain
【0011】そこで、このような要求を満たす方法とし
て、シリコン単結晶基板101の表面(前記台座管11
2と接合される面と反対側の面)に、差圧センサ104
〜106と同様な配置で静圧によって生じる歪みを検出
するセンサ(静圧センサ)を設け、この静圧センサの出
力に基づいて前記差圧センサ104〜106の出力を補
正することも行われている。Therefore, as a method for satisfying such a demand, the surface of the silicon single crystal substrate 101 (the pedestal tube 11) is used.
2), the differential pressure sensor 104
A sensor (static pressure sensor) for detecting a distortion caused by a static pressure is provided in the same arrangement as that of the differential pressure sensors 104 to 106, and the outputs of the differential pressure sensors 104 to 106 are corrected based on the output of the static pressure sensor. I have.
【0012】しかしながら、このような半導体圧力セン
サ100では温度に対する影響を共通化するために、差
圧センサ104〜106と同一基板上で、かつ同じ配置
位置関係となるように静圧センサを配置しているので、
静圧センサにも差圧歪みの影響が出てしまい、その応答
特性が一義的な信号にならないことが多いばかりか、こ
のような静圧センサに対しても、差圧センサ104〜1
06の出力に基づいて補正を行なう必要があるため、極
めて厄介補正関係が必要であった。However, in such a semiconductor pressure sensor 100, in order to make the influence on the temperature common, the static pressure sensors are arranged on the same substrate as the differential pressure sensors 104 to 106 and in the same arrangement positional relationship. So
The effect of the differential pressure distortion is exerted on the static pressure sensor, and the response characteristic of the static pressure sensor often does not become a unique signal.
Since it is necessary to perform correction based on the output of No. 06, an extremely troublesome correction relationship was required.
【0013】このため、このような静圧センサによって
差圧センサ104〜106の信号を補正する方法では、
極めて大きな誤差が発生する恐れがあった。Therefore, in such a method of correcting the signals of the differential pressure sensors 104 to 106 using such a static pressure sensor,
An extremely large error may occur.
【0014】また、このような半導体圧力センサ100
においては、この半導体圧力センサ100をケースに入
れたとき、センサ自身の傾斜によりダイヤフラム部10
3の差圧センサ104〜106を取り囲むように充填さ
れている圧力媒体(例えば、シリコンオイルなど)の重
さが差圧センサ104〜106に加えられて、これら差
圧センサ104〜106から出力される信号中に前記セ
ンサ自身の傾斜に起因する誤差成分が重畳されてしまう
ため、各差圧センサ104〜106の補正がかなり難し
くなってしまうことがあった。Further, such a semiconductor pressure sensor 100
In this case, when the semiconductor pressure sensor 100 is put in a case, the diaphragm 10
The weight of the pressure medium (for example, silicone oil) filled so as to surround the third differential pressure sensors 104 to 106 is applied to the differential pressure sensors 104 to 106 and output from the differential pressure sensors 104 to 106. Since the error component due to the inclination of the sensor itself is superimposed on the signal, the correction of each of the differential pressure sensors 104 to 106 may become considerably difficult.
【0015】さらに、半導体圧力センサ100の設置条
件によっては、低周波の信号を伴う環境下で差圧を測定
するとき、振動によるノイズによって差圧センサ104
〜106の出力に誤差が発生してしまうことがあり、こ
のようなノイズを除去できることができる半導体圧力セ
ンサの開発が強く望まれている。Further, depending on the installation conditions of the semiconductor pressure sensor 100, when measuring the differential pressure in an environment accompanied by a low-frequency signal, noise caused by vibration causes the differential pressure sensor 104 to measure.
In some cases, an error occurs in the outputs of to 106, and the development of a semiconductor pressure sensor that can remove such noise is strongly desired.
【0016】本発明は上記の事情に鑑み、静圧下ならび
に差圧下で生じる信号を補償することができるととも
に、静圧および差圧を同一半導体基板上で、しかも極め
て精度良く、かつ高い信頼性で検出することができる半
導体圧力センサを提供することを目的としている。In view of the above circumstances, the present invention can compensate for signals generated under static pressure and differential pressure, and can perform static pressure and differential pressure on the same semiconductor substrate with extremely high accuracy and high reliability. It is an object of the present invention to provide a semiconductor pressure sensor capable of detecting the pressure.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による半導体圧力センサは、第1面および第
2面を有し、前記第1面の中央部分に空洞が形成され、
かつ前記空洞を取り囲む周辺に第2面から第1面まで貫
通する複数の孔が形成されて前記中央部分と周辺部分と
を接続する梁が形成された単結晶半導体材料からなる所
定形状の半導体基板と、一端が前記半導体基板の前記第
1面に形成された前記空洞を取り囲むように接合されて
内側に形成された導圧路によって前記空洞に検出対象と
なる圧力媒体を導く所定形状の台座管と、前記半導体基
板と異なる材料からなり、一端が前記半導体基板の最外
周辺の第1面に接合される浮遊台座管と、前記半導体基
板の前記第2面で前記空洞の反対側に形成される少なく
とも1つ以上の垂直方向差圧センサおよび少なくとも1
つ以上の平行方向差圧センサと、前記半導体基板の前記
第2面で前記浮遊台座管に接合された部分に形成される
少なくとも1つ以上の垂直方向静圧センサおよび少なく
とも1つ以上の平行方向静圧センサと、前記梁の第2面
に形成される少なくとも1つ以上の傾斜センサとを備え
たことを特徴としている。In order to achieve the above object, a semiconductor pressure sensor according to the present invention has a first surface and a second surface, and a cavity is formed in a central portion of the first surface.
A semiconductor substrate of a predetermined shape made of a single crystal semiconductor material having a plurality of holes formed in a periphery surrounding the cavity from a second surface to a first surface and a beam connecting the central portion and the peripheral portion formed; A pedestal tube having a predetermined shape, one end of which is joined so as to surround the cavity formed on the first surface of the semiconductor substrate and guides a pressure medium to be detected to the cavity by a pressure guiding path formed inside; A floating pedestal tube made of a material different from that of the semiconductor substrate, one end of which is joined to a first surface on the outermost periphery of the semiconductor substrate; and a floating pedestal tube formed on the second surface of the semiconductor substrate on the opposite side of the cavity. At least one or more vertical differential pressure sensors and at least one
One or more parallel direction differential pressure sensors, at least one or more vertical static pressure sensors formed at a portion of the semiconductor substrate joined to the floating pedestal tube, and at least one or more parallel direction static pressure sensors It is characterized by comprising a static pressure sensor and at least one or more inclination sensors formed on the second surface of the beam.
【0018】[0018]
【作用】上記の構成において、半導体基板の中央部分下
面に台座管を接続してこの部分を差圧センサ部として使
用し、前記半導体基板の周辺部に前記台座管と分離され
た浮遊台座管を接続して前記半導体基板の周辺部分を静
圧センサ部として使用し、これら差圧センサ部と、静圧
センサ部とを梁によって接続して前記半導体基板の中心
部分と周辺部分との間を傾斜センサ部として使用するこ
とにより、静圧下ならびに差圧下で生じる信号を補償す
るとともに、静圧および差圧を同一半導体基板上で、し
かも極めて精度良く、かつ高い信頼性で検出する。In the above construction, a pedestal tube is connected to the lower surface of the central portion of the semiconductor substrate, and this portion is used as a differential pressure sensor. A floating pedestal tube separated from the pedestal tube is provided around the semiconductor substrate. The peripheral portion of the semiconductor substrate is connected and used as a static pressure sensor portion, and the differential pressure sensor portion and the static pressure sensor portion are connected by a beam to incline between the central portion and the peripheral portion of the semiconductor substrate. When used as a sensor section, signals generated under static pressure and differential pressure are compensated, and static pressure and differential pressure are detected on the same semiconductor substrate with extremely high accuracy and high reliability.
【0019】[0019]
【実施例】図1は本発明による半導体圧力センサの一実
施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention.
【0020】この図に示す半導体圧力センサは薄い方形
の半導体基板1と、前記半導体基板1の一面に接続され
台座管2と、この台座管2の周囲に配置され前記半導体
基板1の前記一面に接合される浮遊台座管3とによって
構成されている。The semiconductor pressure sensor shown in FIG. 1 has a thin rectangular semiconductor substrate 1, a pedestal tube 2 connected to one surface of the semiconductor substrate 1, and a pedestal tube 2 disposed around the pedestal tube 2. Floating pedestal tube 3 to be joined.
【0021】半導体基板1はシリコンのような単結晶材
料によって構成される矩形状の基板4によって構成され
ており、差圧センサ部5と、傾斜センサ部6と、静圧セ
ンサ部7とに区分されている。The semiconductor substrate 1 is constituted by a rectangular substrate 4 made of a single crystal material such as silicon, and is divided into a differential pressure sensor section 5, an inclination sensor section 6, and a static pressure sensor section 7. Have been.
【0022】差圧センサ部5は前記半導体基板1の中央
部分下側(図1において下側)に矩形状の凹部8を形成
して作った薄肉のダイヤフラム部9と、図2に示す如く
前記ダイヤフラム部9の上側(図1において上側)にボ
ロン等の不純物を拡散注入して前記半導体基板1と一体
に形成したピエゾ特性を有する所望形状の差圧センサ1
0〜13とを備えている。The differential pressure sensor section 5 has a thin diaphragm section 9 formed by forming a rectangular recess 8 below the central portion of the semiconductor substrate 1 (the lower side in FIG. 1), and as shown in FIG. An impurity such as boron is diffused and injected into the upper side of the diaphragm section 9 (upper side in FIG. 1), and the differential pressure sensor 1 having a desired shape and having piezo characteristics is formed integrally with the semiconductor substrate 1.
0 to 13 are provided.
【0023】この場合、これら差圧センサ10〜13は
差圧センサ10、11が予め設定されている結晶軸方向
と一致するように形成され、他方の差圧センサ12、1
3が前記結晶軸と直交するように形成される。In this case, the differential pressure sensors 10 to 13 are formed so that the differential pressure sensors 10 and 11 coincide with a predetermined crystal axis direction.
3 are formed so as to be orthogonal to the crystal axis.
【0024】そして、前記ダイヤフラム部9の上面側
と、下面側との差圧によって前記ダイヤフラム部9が歪
んだとき、この歪みに応じて前記各差圧センサ10〜1
3の抵抗値が変化してこれが差圧検出信号として外部に
出力される。When the diaphragm 9 is distorted by the pressure difference between the upper surface and the lower surface of the diaphragm 9, the differential pressure sensors 10-1
The resistance value of No. 3 changes and is output to the outside as a differential pressure detection signal.
【0025】また、傾斜センサ部6は前記半導体基板1
の前記差圧センサ部5の周囲下面側(図において下側)
に枠状の長溝14を形成して作った薄肉部15の所要部
分に複数の孔16を形成して作成した複数の梁部17
と、これらの各梁部17の上側(図1において上側)に
ボロン等の不純物を拡散注入して前記半導体基板1と一
体に形成したピエゾ特性を有する所望形状の傾斜センサ
18〜21とを備えている。The tilt sensor section 6 is provided on the semiconductor substrate 1.
Of the differential pressure sensor section 5 (the lower side in the figure)
A plurality of beam portions 17 formed by forming a plurality of holes 16 in required portions of a thin portion 15 formed by forming a frame-shaped long groove 14
And an inclination sensor 18 to 21 having a desired shape and having piezo characteristics formed integrally with the semiconductor substrate 1 by diffusing and implanting an impurity such as boron above each of the beam portions 17 (upper side in FIG. 1). ing.
【0026】この場合、傾斜センサ18〜21はこの半
導体圧力センサがケースに収められたとき、傾斜センサ
18、19が上下関係となり、傾斜センサ20、21が
上下関係となるように前記各梁部17に形成される。In this case, the inclination sensors 18 to 21 are arranged such that when the semiconductor pressure sensor is housed in a case, the inclination sensors 18 and 19 are in an up-down relationship and the inclination sensors 20 and 21 are in an up-down relationship. 17 is formed.
【0027】そして、前記差圧センサ部5に対して静圧
センサ部7の相対位置が変化して各梁部17が歪んだと
き、この歪みに応じて前記各傾斜センサ18〜21の抵
抗値が変化してこれが傾斜検出信号として外部に出力さ
れる。When the relative position of the static pressure sensor section 7 with respect to the differential pressure sensor section 5 changes and each beam section 17 is distorted, the resistance value of each of the tilt sensors 18 to 21 changes in accordance with the distortion. And this is output to the outside as an inclination detection signal.
【0028】また、静圧センサ部7は前記半導体基板1
上の前記傾斜センサ部6の周囲に形成された口形の枠部
22と、図2に示す如く前記枠部22の上側(図1にお
いて上側)にボロン等の不純物を拡散注入して前記半導
体基板1と一体に形成したピエゾ特性を有する所望形状
の静圧センサ23〜26とを備えている。The static pressure sensor 7 is provided on the semiconductor substrate 1.
An opening-shaped frame portion 22 formed around the upper tilt sensor portion 6 and an impurity such as boron are diffused and implanted into the upper side (the upper side in FIG. 1) of the frame portion 22 as shown in FIG. 1 and static pressure sensors 23 to 26 having a desired shape and having piezo characteristics formed integrally therewith.
【0029】この場合、これら静圧センサ23〜26は
静圧センサ23、24が予め設定されている結晶軸方向
と一致するように形成され、他方の静圧センサ25、2
6が前記結晶軸と直交するように形成される。In this case, the static pressure sensors 23 to 26 are formed so that the static pressure sensors 23 and 24 coincide with a preset crystal axis direction, and the other static pressure sensors 25 and
6 are formed so as to be orthogonal to the crystal axis.
【0030】そして、この半導体圧力センサが収められ
ているケース内の静圧によって前記各枠部22が歪んだ
とき、この歪みに応じて前記静圧センサ23〜26の抵
抗値が変化してこれが静圧検出信号として外部に出力さ
れる。When each of the frame portions 22 is distorted by the static pressure in the case in which the semiconductor pressure sensor is housed, the resistance value of each of the static pressure sensors 23 to 26 changes according to the distortion. It is output to the outside as a static pressure detection signal.
【0031】また、台座管2はパイレックガラス等によ
って構成され、その外径が前記差圧センサ部5を構成す
る凹部8の一辺の長さよりも長く、かつその内径が前記
凹部8の一辺の長さよりもかなり短くなるように形成さ
せた四角筒部材27によって構成されており、その上端
(図において上端)が前記差圧センサ部5を構成する半
導体基板1の下面に接合され、その内部に形成された断
面円形の導圧路28によって前記差圧センサ部5の前記
凹部8に検出対象となる圧力媒体を導く。The pedestal tube 2 is made of Pyrex glass or the like. The outer diameter of the pedestal tube 2 is longer than the length of one side of the concave portion 8 constituting the differential pressure sensor section 5 and the inner diameter thereof is one side of the concave portion 8. It is constituted by a rectangular tube member 27 formed so as to be much shorter than the length, and the upper end (the upper end in the figure) is joined to the lower surface of the semiconductor substrate 1 constituting the differential pressure sensor section 5 and the inside thereof is formed. The pressure medium to be detected is guided to the concave portion 8 of the differential pressure sensor section 5 by the formed pressure guiding path 28 having a circular cross section.
【0032】また、浮遊台座管3はパイレックガラス等
によって構成され、その外径が前記静圧センサ部7の外
縁を構成する一辺の長さとほぼ同じ長さに形成され、か
つその内径が前記静圧センサ部7の内縁を構成する一辺
の長さとほぼ同じ長さに形成される四角筒部材29によ
って構成されており、その上端(図において上端)が前
記静圧センサ部7を構成する半導体基板1の下面に接合
されている。The floating pedestal tube 3 is made of Pyrek glass or the like, the outer diameter of which is formed to be substantially the same as the length of one side constituting the outer edge of the static pressure sensor section 7, and the inner diameter of which is the same as the above. The static pressure sensor 7 is constituted by a square tubular member 29 having substantially the same length as one side constituting the inner edge of the static pressure sensor 7, and the upper end (the upper end in the figure) of the semiconductor constituting the static pressure sensor 7 It is joined to the lower surface of the substrate 1.
【0033】次に、図1および図2を参照しながらこの
実施例の構造と効果との関係を説明する。Next, the relationship between the structure and the effect of this embodiment will be described with reference to FIGS.
【0034】まず、前記半導体基板1の下面周囲にこの
半導体基板1に対して異種材料となるパイレックガラス
等の浮遊台座3を接合し、圧縮率の大きい浮遊台座3側
から圧縮率の小さい半導体基板1により大きな歪みが伝
わり易くしているため、ダイヤフラム部9にかかる差圧
がゼロで、静圧のみが加えられたときには、半導体基板
1と浮遊台座管3との接合面直上の半導体基板1の上面
(図1において上面)側に誘起される歪みはダイヤフラ
ム部9に誘起される歪みよりもかなり大きい。First, a floating pedestal 3 made of a different material, such as Pyrex glass, is bonded to the semiconductor substrate 1 around the lower surface of the semiconductor substrate 1. Since a large strain is easily transmitted to the substrate 1, when the pressure difference applied to the diaphragm portion 9 is zero and only the static pressure is applied, the semiconductor substrate 1 just above the bonding surface between the semiconductor substrate 1 and the floating pedestal tube 3 is formed. 1 is considerably larger than the strain induced in the diaphragm portion 9.
【0035】一方、傾斜センサ部6の下面側(図1にお
いて下面側)に設けられた長溝14と、複数の孔16と
によって差圧センサ部5のダイヤフラム部9に生じた歪
みがその外側の半導体基板1に形成された静圧センサ部
7側に極めて伝わり難くなっているので、ダイヤフラム
部9の両面にかかる差圧によってダイヤフラム面に歪み
が誘起されても、各静圧センサ23〜26の出力はほと
んど変化しない。On the other hand, the strain generated in the diaphragm portion 9 of the differential pressure sensor portion 5 due to the long groove 14 provided on the lower surface side (the lower surface side in FIG. 1) of the inclination sensor portion 6 and the plurality of holes 16 causes Since the transmission to the static pressure sensor portion 7 formed on the semiconductor substrate 1 is extremely difficult, even if a strain is induced on the diaphragm surface by the differential pressure applied to both surfaces of the diaphragm portion 9, the static pressure sensors 23 to 26 The output hardly changes.
【0036】したがって、静圧を主として検出する各静
圧センサ23〜26は差圧による誤差が小さくなり、か
つ差圧の測定範囲内では一義的な誤差特性を表わす。Therefore, each of the static pressure sensors 23 to 26 for mainly detecting the static pressure has a small error due to the differential pressure, and exhibits a unique error characteristic within the differential pressure measurement range.
【0037】これによって、1つの組になった4個の差
圧センサ10〜13は主としダイヤフラム部9にかかる
差圧を検出し、別の組にった4個の静圧センサ23〜2
6は半導体基板1と浮遊台座管3とにかかる静圧変化に
よってのみ生じる信号を出力するので、静圧センサ23
〜26から出力される信号によって差圧センサ10〜1
3から出力される信号を補正することにより、前記差圧
センサ10〜13の出力に含まれる静圧誤差信号成分を
除去することができる。As a result, one set of four differential pressure sensors 10 to 13 mainly detects the differential pressure applied to the diaphragm section 9 and the other set of four static pressure sensors 23 to 2.
6 outputs a signal generated only by a change in the static pressure applied to the semiconductor substrate 1 and the floating pedestal tube 3, so that the static pressure sensor 23
Pressure sensors 10-1 by signals output from
The static pressure error signal component included in the outputs of the differential pressure sensors 10 to 13 can be removed by correcting the signal output from the third pressure sensor 3.
【0038】また、台座管2に半導体基板1が固定され
ているときにおいて、半導体基板1に傾斜による力や振
動による力が加われば、これによってダイヤフラム部9
に歪みが発生して4個の差圧センサ10〜13から出力
される信号が変化するが、このとき差圧センサ部5に対
する静圧センサ部7の相対位置が変化してこれらを接続
している傾斜センサ部6の各梁部17が歪んでこれら各
梁部17に設けられている4個の傾斜センサ18〜21
から出力される信号が変化するので、これら傾斜センサ
18〜21から出力される信号によって差圧センサ10
〜13から出力される信号を補正することにより、前記
差圧センサ10〜13の出力に含まれる傾斜誤差信号成
分や振動誤差信号成分を除去することができる。Further, when the semiconductor substrate 1 is fixed to the pedestal tube 2 and a force due to inclination or a force due to vibration is applied to the semiconductor substrate 1, the diaphragm portion 9 is thereby formed.
And the signals output from the four differential pressure sensors 10 to 13 change. At this time, the relative position of the static pressure sensor unit 7 with respect to the differential pressure sensor unit 5 changes, and these are connected. Each of the beam sections 17 of the tilt sensor section 6 is distorted, and the four tilt sensors 18 to 21 provided on each of the beam sections 17 are distorted.
Changes from the signals output from the inclination sensors 18 to 21, the signals output from the inclination sensors 18 to 21 change.
By correcting the signals output from the differential pressure sensors 10 to 13, the tilt error signal component and the vibration error signal component included in the outputs of the differential pressure sensors 10 to 13 can be removed.
【0039】このようにこの実施例においては、半導体
基板1の中央部分下面に台座管2を接続してこの部分を
差圧センサ部5として使用するとともに、前記半導体基
板1の周辺部に前記台座管2と分離した浮遊台座管3を
接合して静圧センサ部7として使用し、さらにこれら差
圧センサ部5と、静圧センサ部7とを複数の梁部17に
よって接続してこの部分を傾斜センサ部6として使用す
るようにしたので、静圧下ならびに差圧下で生じる信号
を補償することができるとともに、静圧および差圧を同
一半導体基板上で、しかも極めて精度良く、かつ高い信
頼性で検出することができる。As described above, in this embodiment, the pedestal tube 2 is connected to the lower surface of the central portion of the semiconductor substrate 1 and this portion is used as the differential pressure sensor portion 5, and the pedestal tube 2 is attached to the peripheral portion of the semiconductor substrate 1. The floating pedestal pipe 3 separated from the pipe 2 is used as a static pressure sensor 7 by connecting the differential pressure sensor 5 and the static pressure sensor 7 by a plurality of beams 17 to connect this part. Since it is used as the tilt sensor unit 6, it is possible to compensate for signals generated under static pressure and differential pressure, and to perform static pressure and differential pressure on the same semiconductor substrate with extremely high accuracy and high reliability. Can be detected.
【0040】また、上述した実施例においては、半導体
基板1および台座管2、浮遊台座管3の横断面を方形状
にしているが、これらを円形にしても、また多角形状に
しても良く、また傾斜センサ部6に形成される孔16の
形状を他の形状にしても良い。In the above embodiment, the cross sections of the semiconductor substrate 1, the pedestal tube 2, and the floating pedestal tube 3 are square, but they may be circular or polygonal. Further, the shape of the hole 16 formed in the inclination sensor unit 6 may be changed to another shape.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、静
圧下ならびに差圧下で生じる信号を補償することができ
るとともに、静圧および差圧を同一半導体基板上で、し
かも極めて精度良く、かつ高い信頼性で検出することが
できる。As described above, according to the present invention, signals generated under static pressure and differential pressure can be compensated, and the static pressure and differential pressure can be controlled on the same semiconductor substrate with very high accuracy. It can be detected with high reliability.
【図1】本発明による半導体圧力センサの一実施例を示
す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention.
【図2】図1に示す半導体圧力センサの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the semiconductor pressure sensor shown in FIG.
【図3】従来から知られている半導体圧力センサの一例
を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a conventionally known semiconductor pressure sensor.
【図4】図3に示す半導体圧力センサの平面図である。FIG. 4 is a plan view of the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 3;
1 半導体基板 2 台座管 3 浮遊台座管 5 差圧センサ部 6 傾斜センサ部 7 静圧センサ部 8 凹部(空洞) 10、11 差圧センサ(垂直方向差圧センサ) 12、13 差圧センサ(平行方向差圧センサ) 16 孔 17 梁 18〜21 傾斜センサ 23、24 静圧センサ(垂直方向静圧センサ) 25、26 静圧センサ(平行方向静圧センサ) 28 導圧路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Pedestal pipe 3 Floating pedestal pipe 5 Differential pressure sensor part 6 Inclination sensor part 7 Static pressure sensor part 8 Recess (cavity) 10, 11 Differential pressure sensor (vertical direction differential pressure sensor) 12, 13 Differential pressure sensor (parallel) Directional pressure difference sensor) 16 holes 17 beams 18-21 Inclination sensor 23, 24 Static pressure sensor (vertical static pressure sensor) 25, 26 Static pressure sensor (parallel static pressure sensor) 28 Pressure guiding path
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 忠広 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東 芝 府中工場内 (72)発明者 渡辺 太一 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東 芝 府中工場内 (72)発明者 石井 明 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東 芝 府中工場内 (56)参考文献 特開 平2−64430(JP,A) 特開 平4−113239(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 9/04 101 G01L 13/06──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Tadahiro Hayashi 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Inside the Toshiba Fuchu Plant Co., Ltd. (72) Inventor Taichi Watanabe 1-Toshiba-cho, Fuchu-shi Tokyo (72) Inventor Akira Ishii 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Inside the Fuchu Plant, Toshiba Corporation (56) References JP-A-2-64430 (JP, A) JP-A-4-113239 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01L 9/04 101 G01L 13/06
Claims (1)
の中央部分に空洞が形成され、かつ前記空洞を取り囲む
周辺に第2面から第1面まで貫通する複数の孔が形成さ
れて前記中央部分と周辺部分とを接続する梁が形成され
た単結晶半導体材料からなる所定形状の半導体基板と、 一端が前記半導体基板の前記第1面に形成された前記空
洞を取り囲むように接合されて内側に形成された導圧路
によって前記空洞に検出対象となる圧力媒体を導く所定
形状の台座管と、 前記半導体基板と異なる材料からなり、一端が前記半導
体基板の最外周辺の第1面に接合される浮遊台座管と、 前記半導体基板の前記第2面で前記空洞の反対側に形成
される少なくとも1つ以上の垂直方向差圧センサおよび
少なくとも1つ以上の平行方向差圧センサと、 前記半導体基板の前記第2面で前記浮遊台座管に接合さ
れた部分に形成される少なくとも1つ以上の垂直方向静
圧センサおよび少なくとも1つ以上の平行方向静圧セン
サと、 前記梁の第2面に形成される少なくとも1つ以上の傾斜
センサと、 を備えたことを特徴とする半導体圧力センサ。A first surface having a first surface and a second surface, a cavity formed in a central portion of the first surface, and a plurality of holes penetrating from the second surface to the first surface around the cavity. A semiconductor substrate of a predetermined shape formed of a single crystal semiconductor material and formed with a beam connecting the central portion and the peripheral portion, one end of which surrounds the cavity formed in the first surface of the semiconductor substrate; A pedestal tube of a predetermined shape for guiding a pressure medium to be detected into the cavity by a pressure guiding path formed inside by being joined to, a material different from the semiconductor substrate, and one end of the pedestal tube at the outermost periphery of the semiconductor substrate A floating pedestal tube joined to a first surface, at least one or more vertical differential pressure sensors and at least one or more parallel differential pressure formed on the second surface of the semiconductor substrate on the opposite side of the cavity. A sensor and the half At least one or more vertical static pressure sensors and at least one or more parallel static pressure sensors formed on a portion of the body substrate joined to the floating pedestal tube on the second surface, and a second surface of the beam And at least one or more inclination sensors formed in the semiconductor pressure sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23503991A JP2859982B2 (en) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | Semiconductor pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23503991A JP2859982B2 (en) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | Semiconductor pressure sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572068A JPH0572068A (en) | 1993-03-23 |
| JP2859982B2 true JP2859982B2 (en) | 1999-02-24 |
Family
ID=16980181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23503991A Expired - Fee Related JP2859982B2 (en) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | Semiconductor pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2859982B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6041659A (en) * | 1998-07-09 | 2000-03-28 | Honeywell Inc. | Methods and apparatus for sensing differential and gauge static pressure in a fluid flow line |
| CN109003964A (en) * | 2018-07-05 | 2018-12-14 | 上海洛丁森工业自动化设备有限公司 | A kind of integrated form multi-parameter sensing chip, circuit board and electronic device |
-
1991
- 1991-09-13 JP JP23503991A patent/JP2859982B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0572068A (en) | 1993-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0616688B1 (en) | Piezoresistive silicon pressure sensor design | |
| US5012677A (en) | Differential pressure transmitter | |
| JP2544435B2 (en) | Multi-function sensor | |
| US5537882A (en) | Semiconductor sensor for detecting physical amount without thermal hypsteresis where output wiring is disposed in a stress insensitive direction | |
| US5291788A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| US8881596B2 (en) | Semiconductor sensing device to minimize thermal noise | |
| JPH029704B2 (en) | ||
| US8561471B2 (en) | Capacitive pressure sensor with improved electrode structure | |
| US5432372A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| US4439752A (en) | Semiconductor pressure transducer | |
| JPH01197621A (en) | Dual side type pressure sensor | |
| JPH09329516A (en) | Semiconductor pressure sensor and composite transmitter using the same | |
| JP2859982B2 (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| JP2895262B2 (en) | Composite sensor | |
| JP3071932B2 (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| US20070152679A1 (en) | Apparatus and methods for linearizing piezoresistive wheatstone bridges | |
| JPH0579937A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| JPH0419495B2 (en) | ||
| JP2694593B2 (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| JPH0579938A (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| JPS6222272B2 (en) | ||
| JPS5845533A (en) | pressure detector | |
| JP2980440B2 (en) | Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing the same | |
| JPH10142086A (en) | Semiconductor pressure sensor, method of manufacturing the same, and differential pressure transmitter using the same | |
| JP2756067B2 (en) | Wiring pattern of diaphragm type strain sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |