專利名稱：力學量測定裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可以對物體的力學量進行計測的裝置以及使用該裝置的系統。
背景技術：
作為測定測定對象的變形(應變)的技術，已知的是使用利用了金屬箔的電阻值隨著應變而發生變化這一點的金屬箔應變儀的技術。這是一種如下所述的技術通過將該應變儀粘接在測定對象上，使金屬箔的長度追隨測定對象的應變而發生變化，通過檢測出結果發生了變化的金屬箔的電阻值，可以進行測定對象的應變測定。
另外，由于金屬箔的電阻值不僅對應變具有靈敏度，而且對溫度也具有靈敏度，因此作為抵消由于溫度變化引起的測定誤差的技術，如特開平07-270109號公報所公開的那樣，公開了一種將具有應變靈敏度的金屬箔電阻器和用于進行溫度補償的惠斯登電橋電路形成在同一基板上的應變儀。以下將惠斯登電橋稱為電橋。
另外，如果要用電池驅動它們，則存在消耗電力大、電池很快就會耗完的問題。因此，如特開2005-114443號公報所示，還開發了如下技術使用半導體制造技術，在半導體基板上形成高電阻的擴散電阻，根據其電阻值的變化來測定應變。
特開平07-270109號公報[專利文獻2]特開2005-114443號公報發明內容發明所要解決的技術問題在同時測定旋轉軸的轉矩和軸向力時，通過貼附2個特開2005-114443號公報等中描述的應變測定芯片來進行測定在理論上也是可行的。但是，如果要通過分別將2個應變測定芯片貼在一起來測定剪切應變和垂直應變，則受到在貼附2個芯片時的偏差的影響，因此存在不適合精度高的測定的問題。
另外，同樣，如果要通過分別將2個應變測定芯片貼在一起來測定剪切應變和垂直應變，則實際上容易產生貼附角度的誤差，從而存在不適合精度高的測定的問題。
另外，同樣，在以進行產生多軸應變的被測定物的各軸方向的應變計測為目的而貼附多個應變測定芯片的情況下，也產生同樣的問題。
另外，如果為上述目的而貼附多個該應變測定芯片，則需要某種程度的較大面積，并且測定各應變分量的位置相互遠離，因此無法為測定應力集中場的應變狀態的目的而使用。
因此，本發明的目的在于提供一種傳感器的靈敏度偏差小、可以高精度地測定特定方向的應變的力學量測定裝置以及使用該裝置的系統。
另外，本發明的另一目的在于提供一種可以測定應力集中場中的垂直應變的面內兩方向和剪切應變、并且可以進行多軸應變場的計測的力學量測定裝置以及使用該裝置的系統。
另外，本發明的另一目的在于提供一種在外部噪聲多的場所也可以得到背景噪聲小的計測結果的力學量測定裝置以及使用該裝置的系統。
解決技術問題的技術手段上述目的通過在一個由半導體單晶構成的半導體芯片內形成至少兩組以上的電橋電路來實現。并且由于具有以下特長而解決了上述的各問題點。
(1)<實施例1、轉矩與軸向力測定芯片>為了高精度地測定旋轉軸的轉矩和軸向力，最好是其特征在于，上述電橋電路中的至少一個電橋電路由該半導體單晶基板上的<100>方向與電流的流動方向平行的n型擴散電阻構成，并且其它電橋電路由<110>方向與電流的流動方向平行的p型擴散電阻構成。由此，例如在使<110>方向與旋轉軸方向一致地貼附該力學量測定裝置時，可以使想要取得的應變方向與傳感器靈敏度的最大方向一致，因此可以高靈敏度地對轉矩和軸向力進行計測。
此時，由于在同一硅基板上形成2個傳感器，因此設置與構成傳感器的電橋電路的擴散層不同的擴散層，以便不相互干擾。即，若以半導體單晶基板為p型的情況為例，為了提高計測精度，最好在由p型擴散電阻構成的電橋電路的附近，以包圍p型擴散層的方式形成n型擴散層。由此，可以防止傳感器設置偏差或粘接時的偏差，從而可以進行高精度的計測。
(2)<實施例2、2軸分離芯片>為了高精度地測定多軸應變場，電橋電路最好由2個應變靈敏度高的擴散電阻和2個應變靈敏度低的擴散電阻的組合構成。這里，應變靈敏度高的擴散電阻(雜質擴散層)例如是電流流動的方向與<100>方向平行的n型擴散電阻或電流流動的方向與<110>方向平行的p型擴散電阻，應變靈敏度低的擴散電阻(雜質擴散層)例如是電流流動的方向與<100>方向平行的p型擴散電阻或電流流動的方向與<110>方向平行的n型擴散電阻。另外，最好使電流流動的方向為擴散電阻的長邊方向。
<100>方向為長邊的p型擴散電阻對于各方向的應變沒有靈敏度，而<100>方向為長邊的n型擴散電阻在<100>方向上具有較大的靈敏度，從而在電流流動的方向的〔100〕和與其成直角的〔010〕上，其靈敏度可以大大不同。結果，在2軸應變場中，使n型電阻的長邊方向為〔100〕還是為〔010〕，所取得的電阻值增量不同，因此可以分離檢測出2軸應變場。最好是，利用該半導體單晶基板上的電流流動的方向與<100>方向平行的2個n型擴散電阻和電流流動的方向與<100>方向平行的2個p型擴散電阻的組合構成電橋電路。
從而其特征在于，采取使所述第一電橋電路的應變靈敏度高的n型擴散電阻的長邊方向與所述第二電橋電路的應變靈敏度高的n型擴散電阻的長邊方向幾乎正交的配置。另外，各電橋電路的n型擴散電阻的長邊方向最好統一為同一方向。
另外，上述進行了電流流動的方向與雜質擴散層的圖案(pattern)的長邊方向大體一致的說明，但只要電流流動的朝向與上述方向一致，就可以得到同樣的效果。但是，在使電流流動的朝向與雜質擴散層的圖案的長邊方向大體一致的情況下，可以提高該擴散層的電阻值，因此可以實現更低的電力消耗。因而以下說明使電流流動的朝向為擴散層的圖案的長邊方向的情況。
另外，最好是，構成第一電橋電路的n型雜質擴散層的配置與構成第二電橋電路的n型雜質擴散層的配置為軸對稱。通過為軸對稱，可以以完全相同的配置條件僅沿擴散層的長邊方向直行，因此在分離檢測2軸應變場時也可以進行精度良好的計測。
另外，最好是，將構成一個惠斯登電橋的n型雜質擴散層配置在比構成該惠斯登電橋的p型雜質擴散層更靠近芯片中心點的距離上。芯片的中心點附近最不容易受到芯片端部的應變釋放的影響，因此通過將具有應變靈敏度的n型雜質擴散層配置在該中心點附近，可以進行精度良好的計測。
另外，最好是，追加設置與構成傳感器的擴散層不同的擴散層。即，若以半導體單晶基板為p型的情況為例進行說明，則以由n型雜質擴散層包圍的方式形成構成惠斯登電橋的p型雜質擴散層，并將該n型擴散層與惠斯登電橋的正極側連接。由此，可以防止p型與n型雜質擴散層產生電氣干擾，從而可以進行高精度的計測。
(3)<實施例3、調整用電阻>另外，最好是，將電阻值調整用的電阻比較低的p型擴散電阻與電橋電路中的p型擴散層串聯連接。即，使從p型雜質擴散電阻的端部向電橋電路外部引出的引出布線的條數比從n型雜質擴散電阻的端部向電橋電路外部引出的引出布線的條數多，通過測定p型雜質擴散電阻、n型雜質擴散電阻的實際電阻值，來決定在測定時使用的引出布線。通過這樣形成調整用電阻，可以修正由于p型擴散層與n型擴散層的形成工序不同而產生的各擴散層電阻值的制造上的誤差。結果，具有可以減小電橋電路的輸出偏移和可以將溫度依賴性抑制在較小程度的優點。
(4)<實施例4、多晶硅電阻電橋>同樣，為了高精度地測定多軸應變場，在同一半導體基板上至少設置兩組以上的由雜質擴散電阻構成的惠斯登電橋電路，上述兩組惠斯登電橋電路由流有電流且測定電阻值變動的方向與該半導體單晶基板的<100>方向平行的p型雜質擴散電阻和多晶硅布線電阻構成。
<100>方向為長邊的p型擴散電阻對于各方向的應變沒有靈敏度，而多晶硅電阻僅在長邊方向上具有較大的靈敏度。因而，使構成第一惠斯登電橋的多晶硅布線電阻的、流有電流且測定電阻值變動的方向與構成第二惠斯登電橋的多晶硅布線電阻的、流有電流且測定電阻值變動的方向正交。這樣，通過配置多晶硅布線電阻，可以進行面內2軸的垂直應變的測定。
另外，最好是，將電阻值調整用的電阻比較低的p型擴散電阻與電橋電路中的p型擴散層串聯連接。由于p型擴散層與多晶硅布線電阻的形成工序不同，因此在電路設計上即使設計為同一電阻，在實際制造時各擴散層電阻值也常常不同。因此，可以這樣向p型擴散層引入調整用電阻，利用連接其連接端子的哪一個來進行電阻值的微調。結果，具有可以減小電橋電路的輸出偏移和可以將溫度依賴性抑制在較小程度的優點。
(5)<實施例5、圖17、3軸分離芯片>進而，為了還包含剪切應變在內測定面內的所有應變狀態，在同一半導體基板上設置至少三組以上由雜質擴散電阻構成的惠斯登電橋電路，其中一組惠斯登電橋電路由流有電流且測定電阻值變動的方向與該半導體單晶基板的<110>方向平行的p型雜質擴散電阻構成。另外，其它兩組惠斯登電橋電路由流有電流且測定電阻值變動的方向與該半導體單晶基板的<100>方向平行的p型雜質擴散電阻和流有電流且測定電阻值變動的方向與該半導體單晶基板的<100>方向平行的n型雜質擴散電阻的組合構成。由此，除了面內2軸的垂直應變，還可以測定剪切應變，因此可以把握貼附了力學量測定裝置的面內的所有應變狀態。
<實施例5、圖17、帶溫度傳感器的芯片>進而，為了在溫度發生變化的情況下也可以精度良好地對應變進行計測，在上述(1)至(4)所示的力學量測定裝置中，在與應變傳感器的同一個半導體基板內設置由pn結形成的溫度傳感器。由此，在應變傳感器的電橋電路的溫度校正功能的基礎上，可以進行更嚴格的溫度校正。
(6)<實施例6、圖20、帶脫離傳感器的芯片>為了提高計測的可靠性，在應變傳感器之外，還在同一半導體基板內的四個角上設置擴散層。貼附在被測定物上的力學量測定裝置有時會從其芯片邊緣發生脫離。因而，根據本發明，可以利用四個角的擴散層檢測到該脫離的發生，從而可以進行高可靠性的計測。
(7)<實施例7、帶放大器的芯片>為了在外部噪聲大的情況下也可以進行計測，在與形成應變傳感器的半導體基板相同的半導體基板上設置用于放大從應變檢測部輸出的信號的放大器電路。來自電橋電路的輸出可以輸入到在硅基板上配置在極近距離處的放大器中，因此可以提供一種對外部噪聲的耐噪性強的力學量測定裝置。即，使用了雜質擴散層的應變傳感器可以利用半導體制造工藝制造，因此具有可以將作為該雜質擴散層的組合的電橋電路和放大器電路形成在同一半導體芯片上的優點。因而，可以在半導體基板上直接放大電橋電路的輸出，因此可以提供一種外部噪聲難以進入、具有耐噪性能、可以進行高精度測定的力學量測定裝置。而且，由于可以利用半導體工藝形成，因此可以將電橋電路本身小型化至微米大小，因此磁通難以穿過電橋內部，從而可以提供一種具有對外部噪聲的耐噪性強的優點、具有耐噪性能、可以進行高精度計測的力學量測定裝置。
最好是，在同一半導體基板上設置至少兩組以上由雜質擴散電阻構成的應變檢測部和用于放大從應變檢測部輸出的信號的放大器。
另外，最好是，構成放大器的反饋電阻的長邊方向朝向與連接在同一電橋電路上的電阻的長邊方向相同的方向。由此，具有如下特征放大器的反饋電阻具有應變依賴性，在對2軸復雜應變場進行計測的情況下，也難以受到其影響。
另外，最好是，構成放大器的反饋電阻的長邊方向都統一成與構成應變檢測部的雜質擴散層的長邊方向平行或垂直中的任意一種。由此具有的特征是，應變計測方向的應變也負載在放大器的反饋電阻上，因此在對2軸的復雜應變場進行計測的情況下，在分離成2軸分量時也難以受到其影響。
另外，最好是，構成放大器的反饋電阻都朝向相同方向，并且，離反饋電阻群的長邊方向的端部與芯片端部的距離相等。由此，所有反饋電阻都同等地受到芯片端部的應變的釋放的影響，因此具有可以進行高精度的計測的優點。
另外，最好是，構成兩組放大器的反饋電阻都朝向相同的方向，并且，構成兩組放大器的反饋電阻群成線對稱地配置。由此，通過將與電橋電路連接的2個差動放大器的、由多晶硅電阻構成的反饋電阻大致線對稱地配置，可以使應變對2個多晶硅的影響相同，從而可以抵消放大器電路中的應變的影響，可以進行高精度的測定。
另外，最好是，構成兩組放大器的反饋電阻都朝向相同的方向，并且，構成兩組放大器的反饋電阻群以芯片的中央為旋轉軸，旋轉對稱地配置。這種情況下，電橋電路5和放大器21形成與將電橋電路4和放大器20旋轉90度后的結構完全等價的結構，因此具有設計容易的效果。
(8)<實施例12、傳感器的配置位置>在上述(1)至(6)的力學量測定裝置中，上述應變檢測部配置成離芯片端部的距離至少為49×(芯片厚度)0.5μm以上的內側。由此，在將由半導體芯片構成的力學量測定裝置1貼附在被測定物上的情況下，也可以不受芯片端部影響地抑制測定偏差，從而可以進行再現性非常好的高精度的測定。
發明效果利用本發明，可以提供一種可有助于上述任意技術問題的解決的力學量測定裝置。即，根據本發明，具有在被測定物應力集中的情況下，也可以把握微小區域的應變狀態的優點。另外，根據本發明，還可以進行多軸應變場的高精度的應變計測。另外，根據本發明，可以使在貼附力學量測定裝置時產生的誤差最小。另外，在外部噪聲大的場所，也可以使背景噪聲小地對應變進行計測。
另外，這些力學量測定裝置形成在半導體芯片上，因此可以利用半導體工藝制造，因此可以與其它CPU等數字電路或存儲電路、通信電路等混載。另外，還具有可以使用半導體制造設備來進行高精度且低價格、大量供給的效果。
圖1是表示本發明第1實施方式的力學量測定裝置的概要的示意圖。
圖2是表示本發明第1實施方式的使用例的圖。
圖3是表示構成本發明第1實施方式的力學量測定裝置的電橋電路的擴散電阻的連接狀態的圖。
圖4是表示本發明第1實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖5是表示本發明第1實施方式的力學量測定裝置的斷面構造的示意圖。
圖6是表示本發明第1實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖7是表示本發明第2實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖8是表示本發明第2實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖9是表示本發明第2實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖10是表示本發明第2實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖11是表示本發明第2實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖12是表示本發明第3實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖13是表示構成本發明第3實施方式的力學量測定裝置的電橋電路的擴散電阻的連接狀態的14是表示本發明第3實施方式的力學量測定裝置的結構示例的框圖。
圖15是表示本發明第4實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖16是表示本發明第4實施方式的力學量測定裝置的結構示例的框圖。
圖17是表示本發明第5實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖18是表示本發明第5實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖19是表示本發明第5實施方式的力學量測定裝置的動作流程的圖。
圖20是表示本發明第6實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖21是表示本發明第7實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖22是表示本發明第7實施方式的放大電路的例子的示意圖。
圖23是表示本發明第8實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖24是表示本發明第9實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖25是表示本發明第10實施方式的力學量測定裝置的詳細情況的示意圖。
圖26是表示本發明的力學量測定裝置的安裝狀態的示意圖。
圖27是表示本發明第11實施方式的力學量測定裝置的最佳形狀的示意圖。
符號說明1力學量測定裝置、2硅基板、2a主面、3應變檢測部、4、5、6電橋電路、4a～4d、5a～5d擴散電阻、6a、6cn型雜質擴散電阻、6b、6dp型雜質擴散電阻、8粘接面、14方向顯示標記、15溫度傳感器、16、17、18、19脫離監視用傳感器、L1～L6離芯片端部的距離、L7～L14脫離監視用傳感器離芯片端部的距離、20、20a、20b、21、21a、21b放大器、22、22a、22b、23、23a、23b電阻、25晶體管、102折疊電阻、306槽、405b、405d、505b、505d多晶硅布線電阻。
具體實施例方式
以下參照
本發明的實施方式。
在本發明中，作為應變感應電阻器，設置了雜質擴散電阻或多晶硅電阻，考慮硅單晶的結晶方位與壓電電阻系數的關系，并考慮雜質擴散電阻的電流方向與對應變進行計測的方向之間的關系，以得到期望的特性。以下在單晶硅基板2的結晶面或結晶方位的表述中使用密勒指數。
在密勒指數的表述中，在指定負方向的情況下，在數字上添加一橫，在本說明書中為了方便起見，加了一橫的數字用“-”，象〔-110〕這樣表述。另外，在表示特定的面或方向的情況下，分別使用( )和〔 〕，在表示在單晶硅基板內等價的面或方向的情況下，分別使用{}和<>來表述。而且，在本說明書中，在雜質擴散層的長邊方向上流有電流，并對電流流動方向的電阻值的變動進行計測。電阻的長邊方向一表述是指流有電流并且對電阻值變動進行計測的方向。
<轉矩與軸向力測定芯片>
使用圖1至圖8來說明本發明的第1實施方式。圖1中示出本實施方式的力學量測定裝置的主要部分。
在圖1所示的本實施方式的力學量測定裝置1中，在表面為{001}的、由同一單晶半導體基板構成的硅基板2的主面2a上設置應變檢測部3，在所述應變檢測部3上設置至少2個惠斯登電橋電路(以下稱為電橋電路)304、305。
另外，雖然沒有圖示，但根據需要形成用于從電橋電路304、305取出電信號的布線、焊接點、用于使它們絕緣的絕緣材料等。在本實施例中，將硅基板2和形成在硅基板2上的薄膜群總稱為力學量測定裝置1。該力學量測定裝置1如圖2所示，通過安裝在作為被測定物的旋轉體的旋轉軸201上，可以測定轉矩和軸向力。這種情況下，如圖2所示，可以安裝成硅基板2的結晶軸方向的<110>與旋轉軸201的軸心平行，也可以安裝成硅基板2的結晶軸方向的<100>與旋轉軸的軸心平行。另外，可以貼附在被測定物的表面上，也可以設計成埋入被測定物。另外，硅基板2最好根據其特性在表面具有{001}。
上述電橋電路304如圖3的布線圖所示，通過將4個雜質擴散電阻304a、304b、304c、304d按此順序連接而形成，作為轉矩傳感器，主要用于測定軸向力。在雜質擴散層304a與304d之間或者304b與304c之間施加電壓，并從雜質擴散層304a與304b之間或者304c與304d之間取出信號。電橋電路305也同樣，通過將4個雜質擴散電阻305a、305b、305c、305d按此順序連接而形成，主要用于測定轉矩。
在圖4中示出304、305這2個電橋電路中的雜質擴散電阻的配置圖。上述電橋電路304由形成為使流有電流的方向成為與<110>方向平行的方向的4個p型雜質擴散層構成。在圖4中，作為一個例子，利用配置在與〔110〕方向平行的方向上的p型擴散電阻304a、304c和配置在與〔-110〕方向平行的方向上的p型擴散電阻304b、304d的組合，來形成電橋電路304。即，p型擴散電阻304a、304c和304b、304d被配置成其長邊方向正交。另外，使各擴散電阻的電阻值盡可能正確地一致。
這里，例如使用的是配置在使流有電流的方向與〔110〕方向平行的方向(也包含作為反方向的〔-1-10〕方向。以下相同)上的p型擴散電阻304a、304c這樣的表述，但在偏離〔110〕方向的情況下，只要是在±10度的角度范圍的偏差內，就可以期待幾乎同樣的效果，因此，在本發明中，設與〔110〕方向平行。其它方向也同樣。在進一步偏離該角度的情況下，應變靈敏度急速降低，因此最好形成以離〔110〕方向±10度的角度范圍作為長邊的雜質擴散層。另外，在雜質擴散層形成為長方形等簡單形狀的區域的情況下，流有電流的方向是連接了在雜質擴散層上連接有輸入電流的線的位置和連接有輸出電流的線的位置的方向。
另一方面，電橋電路305由形成為使流有電流的方向成為與<100>方向平行的方向的4個n型雜質擴散層構成。在圖4中，利用配置在與〔100〕方向平行的方向上的n型擴散電阻305a、305c和配置在與〔010〕方向平行的方向上的n型擴散電阻305b、305d的組合，形成電橋電路305。即，n型擴散電阻305a、305c和305b、305d被配置成其長邊方向正交。
另外，在電橋電路304的周邊構成槽(well)306，雖然沒有圖示，但以與槽306電氣連接的方式引出布線。
另外，此時構成電橋電路的n型擴散電阻305a、305c和305b、305d以及p型擴散電阻304a、304c和304b、304d各自的電阻值最好嚴格相等，因此為了使離子注入濃度的偏差盡可能地均勻，最好使其密集地配置。即，最好使各擴散電阻間的距離比擴散電阻的長度短。
象電橋電路304那樣，通過利用配置在與〔110〕方向平行的方向上的p型擴散電阻304a、304c和配置在與〔-110〕方向平行的方向上的p型擴散電阻304b、304d的組合來形成電橋電路，在環境溫度發生變化的情況下，也可以進行溫度校正，從而可以進行高精度的計測。另外，在該情況下，對于與<110>方向平行·垂直的XY方向、即〔110〕方向和〔-110〕方向的應變，得到較大的靈敏度。從而如圖2所示，通過安裝成旋轉軸201的軸心與硅基板2的結晶軸方向的<110>平行，可以測定旋轉軸的軸向力。
同樣，通過利用配置在與〔100〕方向平行的方向上的n型擴散電阻305a、305c和配置在與〔010〕方向平行的方向上的n型擴散電阻305b、305d的組合來形成電橋電路，電橋電路305同樣可以對溫度變化進行校正。另外，在這種情況下，由于僅對針對XY方向的剪切應變具有靈敏度，而對垂直應變不具有靈敏度，因此可以進行高精度的計測。另外，在這種情況下，對于與<100>方向平行·垂直的XY方向、即〔100〕方向和〔010〕方向的應變，得到較大的靈敏度。從而如圖2所示，通過安裝成旋轉軸201的軸心與硅基板2的結晶軸方向的<110>平行，可以進行轉矩的計測。
圖5中示出該力學量測定裝置1的斷面構造。在本實施例中，如果為了高精度地測定轉矩和軸向力而簡單地配置2個傳感器，則會產生問題。即，硅基板2為p型，并且將p型擴散層和n型擴散層形成在一個硅基板2中，因此形成二極管，從而在電橋電路304和電橋電路305之間流有電流。
因此，本實施例在電橋電路304的附近形成作為不形成電橋電路的雜質擴散層的n型槽306，并在其內側形成p型擴散電阻304a、304c、304b、304d，由此解決了本問題。這種情況下，n型槽306與電源的正極側連接，p型硅基板2與電源的接地側連接。即，在該半導體芯片內部，將電橋電路304的電源的正極側與槽306連線，并將電橋電路304的接地側與硅基板2連線。由此，在電橋電路間沒有電流流動，從而可以進行精度高的測定。另外，也可以在作為該力學量測定裝置1的半導體芯片的外部連線，但在內部連線的方法由于電位都一致，因此可以進行精度更高的測定，而且具有測定者進行連接的手續少等優點，因此是優選使用的。在硅基板2中也可以使用n型硅基板，這種情況下，需要在電橋電路305的附近形成p型槽306。
另外，如圖6所示，為了通過提高擴散電阻305a、305b、305c、305d的電阻值來降低消耗電力的目的，可以加長擴散電阻的長度。這種情況下，無需使傳感器的面積增加很多就可提高電阻值，因此具有可以減少傳感器的消耗電力的優點。擴散電阻305a、305c、305b、305d通過分別使用接觸孔來連接并折疊，使電阻值變大。另外，在本發明中，在這樣為了連接擴散電阻的目的而折疊形成、并且不從折疊點向電橋外部引出布線的情況下，解釋為1個長的擴散電阻。
從特開平6-229853號公報的轉矩檢測裝置可知，在測定轉矩時，一般傾斜貼附應變傳感器，以使相對旋轉軸的軸心傾斜45度的方向為應變計測方向。但是，按照這樣的思路，如果想要在硅基板2上一邊測定與軸心相同方向的軸向力、一邊通過傾斜配置電橋電路304來測定轉矩，則會由于硅基板2由單晶形成而產生問題。即，如果要原樣傾斜地配置電橋電路304，則電流流動方向的結晶軸改變，因此產生其特性發生變化、應變靈敏度幾乎沒有的問題。因此，通過象電橋電路305那樣在傾斜方向上設置n型擴散電阻305a、305c和305b、305d，可以使該方向的應變靈敏度最大。即，在本發明中，可以使電橋電路304在傾斜方向上幾乎不具有靈敏度，而在圖4的xy方向上具有最大靈敏度，并且使電橋電路305在圖4的xy方向上不具有靈敏度，而在傾斜方向上具有最大靈敏度。本發明可以選擇結晶面、結晶軸和雜質擴散層的種類，以便可以得到垂直應變和剪切應變，因此可以用一個芯片來測定轉矩和軸向力，例如在使用了其它結晶軸的情況下，產生具有復雜的多軸應變靈敏度等問題，從而使測定變得困難。
這樣，通過在一個硅基板2上形成2個電橋電路，可以在小芯片中對垂直應變和剪切應變進行計測，因此其計測部位不會離開，從而在應力集中處的測定中也可進行精度高的測定。而且，在同一芯片中存在對垂直應變和剪切應變進行計測的部位，因此與分別貼附2個芯片的情況相比，可以減小由于貼附引起的靈敏度偏差的影響。而且，由于電橋電路304在xy方向上具有最大靈敏度，電橋電路305在傾斜方向上具有最大靈敏度，因此測定方向的差形成45度，從而具有可以進行高精度測定的優點。另外，通過這樣在一個硅基板2上形成2個電橋電路，還具有貼附手續可以一次完成的優點。
但是，本實施例的電橋電路304的構造雖然在xy方向上具有最大靈敏度，但等價地受到x方向和y方向的應變這兩方的影響。因此，雖然在單軸應變場的計測中非常有效，但存在復雜應變場的測定困難的問題。因此，以下的實施例2示出在復雜應變場中也可以進行測定的力學量測定裝置1。
另外，在本實施方式中限定于硅基板2示出例子，但其它半導體基板也可以具有同樣的效果。在將硅等的半導體基板制造成力學量測定裝置1的基板的情況下，具有可以利用半導體制造工藝將電子電路并設在上述基板內的優點。
這種情況下，應變檢測部3的輸出不必直接向力學量測定裝置1外輸出，可以在半導體基板內搭載放大電路、模擬-數字轉換器、整流·檢波電路、天線電路等電路，在將應變檢測部3的輸出放大后或進行數字轉換后向力學量測定裝置的外部輸出，或者以無線通信形式向外部輸出。
這種情況下，可以將應變檢測部3的輸出在力學量測定裝置1內放大或者進行數字轉換，因此在向力學量測定裝置1的外部進行數據輸出的情況下，也可以將外部噪聲對輸出數據的影響限制在最小限度，從而可以進行高精度的應變測定。另外，在以無線形式向外部發送應變檢測部3的輸出時，力學量測定裝置1不需要在與外部的連線中使用的露出端子，因此在焊接點等中不會產生腐蝕等，從而可以提供可靠性高的力學量測定裝置。
<2軸分離芯片>
使用圖7至圖11說明本發明第2實施方式。如圖7所示，在本實施方式中，為了高精度地測定2軸應變場，設置電橋電路4和電橋電路5。電橋電路4的特征在于，由設置成電流流動的方向與該硅基板2的<100>方向平行的n型擴散電阻4a、4c和設置成電流流動的方向與該硅基板2的<100>方向平行的p型擴散電阻4b、4d的組合構成，并且按照擴散電阻4a、4b、4c、4d的順序連接。另外，電橋電路5也與電橋電路4同樣，n型擴散層和p型擴散層都被設置成電流流動的方向與<100>方向平行，但配置成電橋電路5的n型擴散層的長邊方向、即電流流動的方向與電橋電路4的n型擴散層的長邊方向正交。即，如圖8詳細所示，上述電橋電路4由配置在與〔010〕方向平行的方向上的n型擴散電阻4a、4c和配置在與〔010〕方向平行的方向上的p型擴散電阻4b、4d構成，并且按照擴散電阻5a、5b、5c、5d的順序連接。
在p型擴散電阻4b、4d的周邊形成使n型雜質擴散后形成的槽306。槽最好以包含p型擴散電阻4b、4d的方式在各電橋中設置一個，在這種情況下，由于形成擴散層時的離子注入條件簡單，因此可以使擴散電阻4b和4d的電阻值高精度地一致。另外，從空間效率的方面看也是優選的。該n型槽306與電源的正極側連接，p型硅基板2與電源的接地側連接。在本實施例中雖然以使用p型硅基板為前提，但在使用n型硅基板的情況下，必須在n型擴散電阻4a、4c的周邊形成p型槽。同樣，上述電橋電路5由配置在與〔100〕方向平行的方向上的n型擴散電阻5a、5c和配置在與〔100〕方向平行的方向上的p型擴散電阻5b、5d形成。在本實施例的情況下，與實施例1同樣，即使在偏離表述方向的情況下，只要在±10度的角度范圍的偏差內，則可以期待幾乎同樣的效果。
圖9中示出改變了電橋電路5的p型擴散層電阻的配置后的例子。在本實施例中，電橋電路4的n型擴散電阻的長邊方向雖然基本與電橋電路5的n型擴散電阻的長邊方向正交，但p型擴散電阻的長邊方向在電橋電路4和電橋電路5中幾乎平行。
另外，圖10中示出改變了電橋電路4和電橋電路5的擴散層的配置后的例子。在本實施例中，長邊方向朝向<100>方向的擴散電阻4a、4b、4c、4d的擴散電阻與<110>平行地排列配置，具有不占圖面橫向空間的優點。因此，可以將放大器等電路收納在圖面橫向的空閑空間中。另外，電橋電路4和電橋電路5最好完全左右對稱，這種情況下，電橋電路4和電橋電路5同等地受到芯片端部的影響，因此具有可以進行誤差小的測定的優點。
另外，圖11中示出由n型擴散層形成的擴散電阻4a和4c被由p型擴散層形成的擴散電阻4b、4d夾著配置的情況。在該情況下，可以將應變靈敏度高的擴散電阻4a和4c配置在芯片中心部，因此具有不受芯片端部的應變釋放區域的影響、可以進行精度更高的測定的優點。另外，在這種情況下，各電橋中的每一個需要2個槽。
以下說明本實施方式的作用和效果。
在將形成在硅基板上的雜質擴散層作為應變感應電阻器、并利用上述雜質擴散層的壓電電阻效應來進行應變計測的情況下，上述雜質擴散層的電阻值變化受到與作為目的的應變計測方位不同方位的應變的影響。因此，在將半導體力學量測定裝置設置在產生多軸應變的被測定物上的情況下，存在難以正確檢測出特定方向的應變量的問題。
在將n型擴散電阻配置成<100>方向為長邊方向的情況下，針對垂直應變的應變靈敏度大，且針對平行于長邊方向(即電流方向)的應變的靈敏度與針對垂直于電流方向的應變的靈敏度大大不同。另一方面，在將p型擴散電阻配置成<100>方向為長邊方向的情況下，針對垂直應變的應變靈敏度非常小。通過將它們組合成電橋電路，在發生溫度變化的情況下，也可減小其影響，并且可以高精度地對特定方向的應變進行計測。
這樣，通過將構成至少一個電橋電路的擴散電阻器以使<100>方向為長邊方向的方式與n型擴散電阻、和以使<100>方向為長邊方向的方式與p型擴散電阻這兩種擴散電阻相組合，在多軸上產生應變的情況下，也可以進行精度高的測定。另外，在本實施例的情況下，可以分離<100>方向和<010>方向的兩個軸的應變。
作為在測定中使用的應變靈敏度高的雜質擴散層，有平行于<100>方向的n型擴散電阻和平行于<110>方向的p型擴散電阻等，作為應變靈敏度小的雜質擴散層，有平行于<100>方向的p型擴散電阻和平行于<110>方向的n型擴散電阻等。
另外，如圖7示出的實施例所示，通過采用使電橋電路4、5中的擴散電阻的結構或圖案相同、并僅使配置正交的結構，可以使來源于電橋電路4和5的制造的偏差或應變靈敏度特性完全相同，因此還可以得到的效果是，在根據兩者的輸出進行各應變分量的分離計算時可使誤差減小。只要雜質擴散層4a、4c和雜質擴散層5a、5c以線2b為中心大致成線對稱，則同等地受到相互的雜質擴散層的存在的影響，因此可以進行高精度的測定。這里的線對稱不必是嚴格的線對稱，只要達到在沿對稱線折疊時形成雜質擴散層的區域的50％以上重疊的程度的對稱性即可。另外，只要將雜質擴散層4a、4c、5a、5c配置成使得與線對稱的對稱有關的線2b通過硅基板2的平面的形心2a，就同等地受到硅基板2的端部的影響，因此具有可以進行誤差小的測定的優點。而且，如果雜質擴散層4b、4d、5b、5d也線對稱地配置，則可進一步提高效果。
另外，在不同的芯片上形成各個電橋、從而形成2個芯片來進行計測在原理上也是可行的，但現實中在貼附2個芯片的情況下常常會產生角度的相對誤差，與考慮將3個電橋沿結晶軸方向形成在一個芯片上的情況相比，測定精度大大降低。另外，在貼附2個芯片的情況下，還存在由于貼附用粘接劑的微小厚度的差異等而容易產生誤差的問題。因此，在本實施例中，可以使半導體基板的結晶軸方向完全一致地利用一個芯片對二個軸的垂直應變和剪切應變進行計測，因此實現了高精度的計測。
另外，根據本實施例，通過使應變靈敏度高的雜質擴散層4a、4c、5a、5c間的距離小于靈敏度低的雜質擴散層4b、4d、5b、5d間的距離，并使應變靈敏度高的雜質擴散層4a、4c、5a、5c比靈敏度低的雜質擴散層4b、4d、5b、5d更靠近形心2a，可以在數百微米這樣的微小部位上形成這2個電橋，因此還具有可以高精度地求出應力集中場的應變狀態的優點。
另外，通過在芯片表面上設置至少一個方向顯示標記14，容易識別傳感器的方向，從而容易進行處理。例如具有如下優點在計測者將傳感器芯片粘接在被測定物上的情況下，可以一邊識別傳感器芯片的方向一邊進行粘接，從而具有可以以該方向為基礎來識別主應力方向的優點。
<2軸分離芯片的調整用電阻>
象實施例2的情況那樣，在1個電橋電路中混合存在n型擴散電阻和p型擴散電阻的情況下，至少需要進行用于形成n型擴散電阻的離子注入處理、用于形成p型擴散電阻的離子注入處理這2個離子注入處理。在這2個離子注入處理中，如果擴散電阻值產生偏差，則在各電橋電路中產生偏移。
圖12是解決了上述問題的本發明的實施例。在本實施例中，在p型擴散電阻4b、4d上分別設置電阻調整用擴散電阻101。電阻調整用擴散電阻101由p型擴散電阻構成。電阻調整用擴散電阻101串聯連接，從電阻調整用電阻之間引出布線，例如分別與焊接點107連接。
為了使電橋電路的偏移值在0附近，必須使n型擴散電阻4a、4c以及上述p型擴散電阻4b、4d的值為相同程度。但是，在控制n型擴散電阻和p型擴散電阻的值時，僅利用導入單晶基板的雜質濃度或其后的雜質擴散熱處理的溫度或時間來進行控制有時是不夠的。因此，通過設置用于對電阻值進行微調的電阻調整用擴散電阻101，可以使p型擴散電阻的實際電阻值發生變化，從而可以將偏移值調整到0附近。即使在產生起源于離子注入處理的薄膜電阻偏差的情況下，在從圖13所示的調整用電阻引出的焊接點中，也存在哪里的偏移小的焊接點的組合。因此，找出該偏移小的焊接點的組合并用作電橋。此時，通過使電阻調整用擴散電阻的長度短于構成電橋電路的p型擴散電阻本體的長度，可以進行電阻的微調，從而可使偏移更小。調整用電阻設置在構成惠斯登電橋的擴散電阻中、位于對邊位置上的2個擴散電阻上。然后，通過在惠斯登電橋上設置成相對各自的本體電阻的位置為對角側，可以用于4個擴散電阻的電阻值的微調。
這樣，通過從1個電橋電路中引出數量多于4個的布線，并選擇使用其中取得電壓平衡的焊接點，可以在實質上大致消除由來源于離子注入的薄膜電阻偏差導致的偏移的發生。另外，在從該電橋電路引出的布線中選擇哪一個可以使用帶有放大器和A/D轉換器的CPU來自動地進行。圖14中示出其電路框圖。利用來自CPU301的信號切換開關302，決定選擇從電橋電路引出的引出布線中的哪一個，以使偏移較小，并向擴散電阻通電。然后，反映了所制造的擴散電阻的電阻值誤差的、電橋電路的輸出經由A/D轉換器作為電壓值被輸入到CPU301中，從而判斷偏移的大小。然后，由CPU301自動地決定用哪個引出布線101連接來進行應變測定以使偏移最小。沒有使用的引出布線可以原樣留下也可以去掉。另外，該擴散電阻的電阻值的測定以及要使用的引出布線的決定可以在力學量測定裝置的制造工序中進行，也可以在將力學量測定裝置實際安裝到進行應變測定的被測定物上后、在開始測定之前進行。
通過將電阻調整用電阻101至少設置在n型擴散電阻或者上述p型擴散電阻中的任意一個上，可以得到同樣的效果，但最好在p型擴散電阻上設置由與<100>方向平行的p型擴散電阻構成的電阻調整用擴散電阻101。通過將應變靈敏度低的、與<100>方向平行的p型擴散電阻作為電阻調整用電阻，電阻調整用電阻對應變不具有靈敏度，因此具有在進行了電阻調整的情況下也可以高精度地檢測應變的優點。另外，如圖13所示，調整用電阻101設置在4b、4d之中，但其位置最好不在靠近4a、4c的一側，而是配置在傳感器的外側。由此，具有容易向焊接點107引出布線的優點。
對于圖7至圖11的實施例，可以應用調整用電阻101，并且可以期待同樣的效果。
圖12是為了說明而將本實施例的雜質擴散層4a、4b、4c、4d放大后的圖。具有調整用電阻101的雜質擴散層4b、4d是應變靈敏度低的、與<100>方向平行的p型擴散電阻，不具有調整用電阻101的雜質擴散層4a、4c是應變靈敏度高的、與<100>方向平行的n型擴散電阻。調整用電阻101比形成擴散電阻本體的折疊電阻102短，即，電阻值較低地形成。通過具備多個小的調整用電阻101，并且用布線50從其引出并與焊接點107連接，可以進行極為細致的電阻值調整。另外，通過使擴散電阻4b、4d具有調整用電阻101，即，通過使位于惠斯登電橋對邊上的擴散電阻4b、4d中存在調整用電阻101，可以應對4個擴散電阻層4a、4b、4c、4d的電阻值的調整。另外，如圖12所示，通過使調整用電阻101配置在擴散電阻層4a、4b、4c、4d的配置的兩端部、即配置在最外側，容易向存在多個的焊接點107引出。另外，通過使包含調整用電阻101的雜質擴散層4b、4d的電阻值略大于雜質擴散層4a、4c的值，可以容易地進行電阻值增減的調整，從而可以容易地實現電橋電阻的平衡狀態。
<多晶硅的2軸分離芯片>
使用圖15和圖16說明本發明的第2實施方式。如圖15所示，在本實施方式中，為了高精度地測定2軸應變場，設置電橋電路4和電橋電路5，各電橋電路分別由多晶硅的布線電阻和擴散層電阻構成。電橋電路4的特征在于，由設置成電流流動的方向與該硅基板2的<100>方向平行的p型擴散電阻4b、4d和設置成電流流動的方向與該硅基板2的<110>方向平行的多晶硅布線電阻405b、405d的組合構成。另外，電橋電路5也同樣，由設置成電流流動的方向與該硅基板2的<100>方向平行的p型擴散電阻5b、5d和設置成電流流動的方向與該硅基板2的<110>方向平行的多晶硅布線電阻505b、505d的組合構成，但配置成電橋電路5的多晶硅布線電阻505b、505d的長邊方向、即電流流動的方向與電橋電路4的多晶硅布線電阻405b、405d的長邊方向正交。在本實施例的情況下，與實施例1同樣，在從表述的方向偏離的情況下，只要在±10度的角度范圍的偏差內，就可以期待幾乎同樣的效果。
在本實施例的情況下，與實施例2同樣，可以對特定方向的應變場進行計測。多晶硅布線電阻對于其長邊方向的垂直應變的應變靈敏度大、其它方向的應變靈敏度極小。另一方面，由于將p型擴散電阻配置成<110>方向為長邊方向，因此對于各應變分量的應變靈敏度非常小。因此，通過將它們連接為電橋電路，可以僅對一個方向的應變進行高精度計測。而且，通過在1個芯片上設置2個電橋電路，并使其多晶硅布線電阻的長邊方向正交，可以對面內2軸的應變狀態進行計測。
另外，在本實施例中，使電橋電路4和電橋電路5各自的多晶硅布線電阻的長邊方向為<110>，但如果在電橋電路4的多晶硅布線電阻的長邊方向與電橋電路5的多晶硅布線電阻的長邊方向幾乎正交的狀態下配置，則原理上可以得到同樣的效果。但是，為了容易進行安裝和其后的芯片安裝和識別，最好象本實施例這樣與<110>方向大致成平行直角。
另外，在本實施例中同樣，由于離子注入條件或多晶硅布線電阻的寬度的偏差等，構成電橋的各電阻值容易產生偏差，因此容易產生偏移。因此，最好與實施例3同樣，如圖16所示設置調整用電阻101。此時從精度的角度考慮，最好在p型擴散層上設置調整用電阻。
<3軸分離芯片>
如圖17所示，不僅是垂直應變分量，利用第三電橋電路24，還可以分離剪切應變分量。即，第三電橋電路24與第一實施例的電橋電路304相同。另外，通過利用n型雜質擴散，也可以與第一實施例的電橋電路305相同。在本實施例中，如果如圖所示規定應變計測坐標系，則可以對〔100〕方向和〔010〕方向的垂直應變和芯片貼附面內的剪切應變進行計測。即，可以用這一個芯片來對面內的垂直應變兩個方向和剪切應變一個方向進行計測。即，可以按照方向顯示標記14來粘接被測定構件的特定方向，并對與該半導體芯片的<100>方向成平行直角的兩個垂直應變分量和一個剪切應變分量進行計測，并且，通過使用該3個分量，可以求出被測定構件的主應變方向等應變狀態。另外，也可以如圖18所示配置。在圖17中，將長邊方向朝向<100>方向的擴散電阻5a～5d在與長邊方向正交的<100>方向上排列配置，但在圖18中，在<110>方向上排列配置擴散電阻5a～5d。另外，測定剪切應變的第三電橋電路24在排列了第一電橋電路4和第二電橋電路5的擴散電阻的方向(圖面下側)的區域中，與第一以及第二電橋電路4、5相鄰地設置。相鄰是指傳感器或擴散電阻間的距離小于擴散電阻的長邊方向的長度。在圖18的情況下，通過緊密地配置擴散電阻4a～4d和5a～5d等，可以設計成使傳感器對硅基板面的面積占有率低，因此可以使芯片變小，從而可以低價地制造。另外，雖然第三電橋電路24在圖17、圖18中設置在排列了第一電橋電路4和第二電橋電路5的擴散電阻的方向(圖面下側)的區域內，但也可以排列配置在圖面的橫向上。
根據本實施例，將3個電橋電路配置在同一個半導體芯片內，因此上述3個電橋電路都幾乎同樣地受到在貼附時由于粘接劑的厚度產生的靈敏度降低的影響，因此在分離檢測各應變分量的情況下，可以減小誤差，從而可以進行高精度的計測。
另外，根據本實施例，將3個電橋電路配置在同一個半導體芯片內，因此也可以進行應力集中場的計測等微小部分的應變計測。
而且，根據本實施例，將3個電橋電路配置在同一個半導體芯片內，因此，由于硅的熱傳導率高，3個電橋電路為相同溫度。因此，3個電橋電路同樣地受到由溫度引起的特性變動，因此可以進行高精度的計測。
另外，在本實施例中，可以在實施例2的基礎上追加測定剪切應變，但也可以在實施例4的基礎上向其追加第三電橋電路24，從而可以測定剪切應變。
<帶溫度傳感器的芯片>
進而形成在力學量測定裝置的同一芯片上設置溫度傳感器15的結構。其他為相同結構，可以得到與第1實施方式相同的效果。上述溫度傳感器15最好是由PN結形成的二極管。由此，可使溫度傳感器在不受到應變變化的影響的情況下，正確地測定應變檢測部3附近的溫度變化。
特別是，在通過組合實施例2、3、4所示的p型擴散層與n型擴散層、或者p型擴散型與多晶硅布線電阻來構成電橋的情況下，各自的電阻值的溫度依賴性不同，因此容易由于溫度變化而使偏移變大。因此，在同一芯片內設置溫度傳感器，來進行計測值的校正。
利用圖20的流程圖說明將應變檢測部3和溫度傳感器15設置在同一芯片上的效果。利用溫度傳感器15測定在應變測定中的溫度變化ΔT，計算出由于溫度變動引起的熱應變。由此，在根據傳感器4和傳感器5的輸出來分離計算各應變分量時，可以去掉熱應變部分來進行計算。
<帶脫離傳感器的芯片>
以下，利用圖20說明本發明第6實施方式。圖20表示第6實施方式的力學量測定裝置的主要部分，與第2實施方式共同的部分標注相同的符號。
在圖20所示的本實施方式的力學量測定裝置中，采用在力學量測定裝置的芯片上設置脫離監視傳感器16、17、18、19的結構。其他方面屬于同樣的概念，可以得到與第2實施方式同樣的效果。脫離監視用傳感器例如可以由雜質擴散電阻形成。另外，脫離監視用傳感器在由雜質擴散電阻形成的情況下，利用四個角的擴散電阻形成惠斯登電橋電路，通過監視輸出變動，可以知道力學量測定裝置1是否從被測定物脫離。連接了脫離監視用傳感器16、17、18、19的區域最好作為包圍應變測定用傳感器4、5的位置而配置在四個角上。而且，上述脫離監視傳感器離芯片端部的距離L3～L10最好分別相同。
本發明的力學量測定裝置為了省電而在半導體基板上設置了應變檢測部，可以通過安裝在被測定物上來遠程地檢測應變。由于是遠程測定，因此即使力學量測定裝置的一部分脫離，進行遠程監視的使用者也覺察不到，從而從力學量測定裝置發送來錯誤的測定數據。因此，本實施方式通過設置脫離傳感器，可以使使用者知道發生了脫離，從而促使進行測定裝置的再次安裝，來進行正確的應變測定。
在將上述力學量測定裝置1貼附在被測定物201上來進行應變測定的情況下，在上述硅基板2的周邊部附近區域，應變對被測定物的跟蹤性能變差，但通過使上述脫離監視傳感器離芯片端部的距離相同，可以使上述脫離監視傳感器受到的端部的影響相同。脫離監視用傳感器16、17、18、19設置在芯片端部附近，因此配置在容易發生脫離、可以迅速地檢測出脫離的位置上。另外，通過利用這些脫離監視用傳感器16、17、18、19形成惠斯登電橋電路，沒有發生脫離的情況下的輸出為0附近，在某處發生脫離時，該部分的脫離監視用傳感器的電阻發生變動，電橋電路的輸出增加。這樣，通過形成惠斯登電橋電路，還可以得到減少輸出端子的效果。另外，通過使脫離監視用傳感器為雜質擴散電阻，在制造傳感器的制造工序以外無需增加制造工序，因此容易制造，從而還可以得到沒有成本上升的效果。另外，在本實施例中，具有2個應變測定用傳感器4、5，但也可以是一個。
<帶放大器的芯片>
以下，利用圖21說明本發明第7實施方式。圖21表示第7實施方式的力學量測定裝置的主要部分，與第2實施方式共同的部分標注相同的符號。
在圖21所示的本實施方式的力學量測定裝置中，采用在力學量測定裝置的同一芯片上與傳感器一起設置與傳感器相同數量的放大器的結構。這里將2個放大器電路與2個傳感器連接。其他方面與上述實施例屬于相同概念。這樣，通過在一個芯片上設置2個以上的傳感器和與其相同數量的放大器，可以使它們分別獨立地動作，因此無需通過開關動作進行切換，從而具有可以進行高速計測的優點。另外，在由于用途的不同而存在不使用的傳感器的情況下，可以切斷該傳感器與放大器的電源，因此具有省電的優點。在連接使用一般的傳感器和放大器的通常的用途中，到處可見在一個電路內將多個傳感器和放大器作為一個芯片的做法，但其優點是低價。但是，在本實施例中可以產生更多的優點。即，通過在一個芯片內設置多個檢測應變的傳感器和放大器的組，使得各傳感器的貼附角度準確，從而可以進行高精度的計測。另外，通過形成一個芯片，可以將各傳感器集中配置在較小的部分上，因此具有可以高精度地對狹隘部分的應力集中場的多軸應變分量進行計測的優點。
在上述放大器20、21內分別形成電阻22、23，例如由導入了雜質的多晶硅形成。另外，還形成晶體管25，利用其與電阻22、23的組合形成放大器。這里，電阻22、23的長邊方向都配置為相同方向，并且，配置成與構成應變檢測部3的擴散電阻4a、4b、4c、4d的長邊方向平行、并與擴散電阻5a、5b、5c、5d的長邊方向垂直。
如本實施方式所示，通過在同一半導體芯片上形成電橋電路4、5和放大器20、21，噪聲不容易進入，從而提供了一種可以進行高精度測定的力學量測定裝置。另外，由于可以在芯片上在極近的距離內放大電橋電路的輸出，從而進一步提高了耐噪性能。而且，由于電橋電路小，因而磁通難以穿過，因此力學量測定裝置本身也對外部噪聲具有很強的耐噪性能。
如圖22所示，放大器電路最好將來自傳感器的2個輸出分別輸入到不同的差動放大器。這種情況下，通過將與該2個差動放大器20a、20b連接的多晶硅電阻制成的電阻22a、22b分別大致成線對稱地配置，可以使應變對2個多晶硅22a和22b的影響相同，從而可以在某種程度上抵消放大器電路中的應變的影響，因此提供了一種可以進行高精度測定的力學量測定裝置。即，大致線對稱地配置與傳感器的兩個輸出相連的2個放大器20a、20b的電阻22a、22b，并且在雖然沒有圖示但具有非對稱配置的放大器電阻的情況下，也使其長邊方向統一為相同方向來配置。這樣，通過使用2個差動放大器20a、20b并且大致線對稱地配置與其連接的電阻，在放大器電阻的多晶硅部分上負載了應變的情況下，針對大致線對稱地配置的成對電阻22a和22b的應變的變化量相等，因此具有誤差小的優點。即，通過使22a和22b大致線對稱，相同方向的相同大小的應變負載在該電阻22a、22b上，因此，由2個放大器的放大率的應變產生的影響也相等。從而，不會出現僅單側的放大器由于其它方向的應變而使倍率發生變化的情況，從而使其校正也變得容易。
通常，在傳感電路中進行利用差動放大器的放大，但由于其具有同相除去效果，即在與傳感器連接的信號線中混入了噪聲的情況下、由于在兩極的信號線上產生相同的噪聲因而可以除去，因此用作降噪對策。但是，在本發明中，除了該效果，還具有降低對這樣的應變的影響的效果。
更好是，芯片的線對稱軸和電阻22a、22b的線對稱軸最好一致。在安裝芯片、并在芯片上負載了大的應變的情況下，其變形以中心線為對稱軸成線對稱，因此電阻22a、22b也相對芯片的線對稱軸對稱地配置，從而具有的優點是，即使在芯片發生了較大變形的情況下，也可以使應變對電阻22a、22b的影響相同。
另外，作為放大器電路，即使在沒有將來自傳感器的輸出輸入到2個差動放大器的情況下，通過使用多晶硅作為與上述放大器電路連接的電阻，并將該多晶硅電阻的長邊方向全部統一為相同方向，與使用了多個差動放大器的情況相比效果降低，但其效果是足夠的。即，多晶硅電阻可以僅在該方向上具有應變靈敏度，并且在通過計算來分離2軸應變場中的各應變時也變得容易，因此可以提供一種可以比較高精度地進行測定的力學量測定裝置。
另外，在使用了與半導體芯片上的電橋電路連接的放大器的放大電路中，通過設置用于使與該放大器連接的多晶硅制成的電阻的長度改變的功能、或使該電阻的連接數量改變的功能，可以提供一種可以使上述放大器電路的倍率改變的力學量測定裝置。
這種情況下，低倍率用的電阻最好比高倍率用的電阻配置在更靠近芯片內側。這樣，可以將靈敏度偏差對低倍率放大器使用時的多晶硅的影響抑制在最小限度。
另外，在本實施例以及下述實施例中說明了2個傳感器和2個放大器，但同樣可以適用于2個以上的情況。另外，在同一芯片內具有多個傳感器和1個放大器的情況下，通過仿照本實施例來配置該放大器的電阻的配置或電路，同樣具有可以進行高精度計測的優點。
另外，在本實施例中，與放大器連接的多晶硅制成的電阻的長邊方向的朝向最好都一致，但有時由于放大器電路的不同，一部分可以不同，從而破壞對稱。但是，在這種情況下，雖然效果小，但也具有本實施例中所述的效果。另外，在本實施例中假定與放大器電路連接的電阻為多晶硅制成來進行了說明，但也可以是半導體基板的擴散電阻，具有同樣的效果。
另外，如圖21所示，電橋電路4和電橋電路5盡可能地設置成接近芯片的中心，放大器的晶體管25可以靠近芯片端部。即，通過將對應變比較不敏感的晶體管25設置在芯片端部，可以實現高精度的計測。即，通過配置成使得電橋電路4與電橋電路5的擴散層之間的距離小于與電橋電路4連接的放大器的晶體管和與電橋電路5連接的晶體管之間的距離，可以進行高精度的計測。
<帶放大器的芯片>
以下，利用圖23說明本發明第8實施方式。圖23示出第8實施方式的力學量測定裝置的主要部分，與其它實施方式共同的部分標注相同的符號。
在圖23所示的本實施方式的力學量測定裝置中，在同一芯片上形成放大器20、21，這一點與圖22所示的第7實施方式的力學量測定裝置相同，可以得到同樣的效果。
在本實施方式中，構成放大器20、21的電阻群22a和22b、23a和23b以芯片的中央為旋轉軸，旋轉對稱地配置。這種情況下，電橋電路5和放大器21是與將電橋電路4和放大器20旋轉90度后完全等價的結構，因此具有設計容易的效果。另外，與電橋電路4連接的電阻22a、22b朝向相同方向，因此可以使電阻22a、22b對應變的影響相同，通過利用差動放大器相互抵消，可以減小應變的影響。
<帶放大器的芯片>
以下，利用圖24說明本發明第9實施方式。圖24表示第9實施方式的力學量測定裝置的主要部分，與其它實施方式共同的部分標注相同的符號。
在第7實施方式的圖21的力學量測定裝置中，形成各邊與<100>方向平行的四角形形狀，而在圖24所示的本實施方式的力學量測定裝置中，形成各邊與<110>方向平行的四角形形狀。其它方面為相同結構，通過將放大器與力學量測定裝置配置在同一芯片上，可以得到與第7實施方式相同的效果。
在放大器20、21內分別形成電阻22a和22b、23a和23b，例如由導入了雜質的多晶硅形成。這里，配置成使電阻22a和22b、23a和23b的長邊方向都為相同方向，并且配置成與構成電橋電路4的擴散電阻4a～4d的長邊方向垂直、與構成電橋電路5的擴散電阻5a～5d的長邊方向平行。
通過將放大器20、21配置成與電橋電路4、5的配置平行、即與對角線平行，應變測定方向與放大器的反饋電阻的配置方向相同，因此具有容易知道應變測定方向的優點。另外，通過相鄰設置電橋電路4、5，并在兩側設置放大器的電阻22a、22b和電阻23a、23b，使它們分別與電橋電路4、5相鄰，從而可以減小電橋電路4、5和放大器的電阻22a、22b、23a、23b的設置面積。
<帶放大器的芯片>
以下，利用圖25說明本發明第10實施方式。圖25表示第10實施方式的力學量測定裝置的主要部分。
本實施方式的圖25的力學量測定裝置是使圖24所示的第9實施方式的電橋電路4、5和放大器20、21的配置變形后的結構。其它方面為相同結構，可以得到與上述實施方式相同的效果。
在圖24所示的第10實施方式中，電橋電路4、5沿芯片的對角線配置在一列上，而在圖25所示的本實施方式中，采用的是電橋電路4、5沿芯片的中央線201配置的結構。另外，采用構成電橋電路4、5的擴散電阻4a～4d、5a～5d的中心沿芯片的中央線201配置在一列上的結構。形成電橋電路4的擴散電阻4a～4d的長邊方向朝向作為電橋電路4的測定方向的〔100〕方向，形成電橋電路5的擴散電阻5a～5d的長邊方向朝向作為電橋電路5的測定方向的〔010〕方向，并且分別正交。另外，任意一個擴散電阻都朝向與朝向<110>的芯片的邊以及中央線成45°的方向。而且，擴散電阻4a～4d的各自的中心沿與擴散電阻4a～4d的長邊方向成45°的方向排列，擴散電阻5a～5d的各自的中心沿與擴散電阻5a～5d的長邊方向成45°的方向排列，擴散電阻4a～4d和擴散電阻5a～5d的中心排列在一列上，由此使電橋電路4、5所占的區域在縱長上緊湊。
另外，形成在放大器20、21內的電阻22a和22b、23a和23b的長邊方向都設置成與芯片的中央線201平行，即與<110>方向平行。在電橋電路4、5的一側設置放大器的電阻22a和22b，在相對于電橋電路4、5的相反側設置放大器電阻23a和23b。
在本實施方式中，可以將電橋電路緊湊地集中在縱長上，因此在配置放大器的情況下，也可以增大放大器的占有面積。因此，除了可形成更小的芯片面積、降低成本外，還可以搭載占有面積容易很大的高倍率的放大器。另外，通過這樣配置傳感器和放大器，具有容易進行傳感器和放大器之間的布線的引出的優點。
<應變檢測部的位置>
如圖26所示，在將上述力學量測定裝置1貼附到被測定物115上、或者經由其它板連接來進行應變測定的情況下，硅基板2的側面為自由表面，因此，對于與硅基板2和被測定物11的界面平行的方向的約束弱。即，在硅基板2的周邊部附近區域，可能產生應變對被測定物的跟蹤性差的問題。因此，本發明的發明人通過利用有限要素法解析來限定在芯片內配置傳感器的場所，發現可以抑制靈敏度偏差。
圖27中示出對影響應變靈敏度的芯片厚度和離芯片端部的距離進行研究的結果。結果是，為了使應變靈敏度穩定，必須將應變檢測部3配置在芯片中央部分，隨著力學量測定裝置1的芯片厚度變厚，必須使離芯片端部的距離變長。從對靈敏度穩定的區域進行研究的結果可知，通過將應變檢測部3配置在離芯片端部的距離至少為49×(芯片厚度)0.5μm以上的內側，可以抑制靈敏度的變動。
由此，在將由半導體芯片構成的力學量測定裝置1貼附在被測定物上的情況下，也可以不受芯片端部影響地抑制測定偏差，從而可以進行再現性非常好的高精度的測定。
權利要求
1.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來測定應變，其特征在于，具備分別利用擴散電阻形成惠斯登電橋的第一傳感器和第二傳感器，其中，構成所述第一傳感器的所述擴散電阻的相互距離小于其長邊方向的長度，構成所述第二傳感器的所述擴散電阻的相互距離小于其長邊方向的長度，所述第一傳感器與第二傳感器的距離小于所述擴散電阻的長邊方向的長度。
2.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來測定應變，其特征在于，具備第一傳感器和第二傳感器，其中，所述第一傳感器具備長邊方向朝向<110>方向的4個p型雜質擴散電阻，所述第二傳感器具備長邊方向朝向<100>方向的4個n型雜質擴散電阻。
3.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來進行測定，其特征在于，具備形成在由單晶硅構成的半導體基板的{100}面上的第一傳感器和第二傳感器，其中，所述第一傳感器具備惠斯登電橋，該惠斯登電橋具有電流在<110>方向上流動、相互平行設置從而形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個p型雜質擴散電阻；和電流在與所述p型雜質擴散電阻的朝向正交的<110>方向上流動、相互平行設置從而形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個p型雜質擴散電阻，所述第二傳感器具備惠斯登電橋，該惠斯登電橋具有電流在<100>方向上流動、相互平行設置從而形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個n型雜質擴散電阻；和電流在與所述n型雜質擴散電阻的朝向正交的<100>方向上流動、相互平行設置從而形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個n型雜質擴散電阻。
4.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來進行測定，其特征在于，具備形成在由單晶硅構成的半導體基板的{100}面上的第一傳感器和第二傳感器，其中，所述第一傳感器具備惠斯登電橋，該惠斯登電橋通過將電流與〔110〕方向平行地流動的第一p型雜質擴散電阻、電流與〔-110〕方向平行地流動的第二p型雜質擴散電阻、電流與〔110〕方向平行地流動的第三p型雜質擴散電阻和電流與〔-110〕方向平行地流動的第四p型雜質擴散電阻按此順序連接而形成，所述第二傳感器具備惠斯登電橋，該惠斯登電橋通過將電流與〔100〕方向平行地流動的第一n型雜質擴散電阻、電流與〔010〕方向平行地流動的第二n型雜質擴散電阻、電流與〔100〕方向平行地流動的第三n型雜質擴散電阻和電流與〔010〕方向平行地流動的第四n型雜質擴散電阻按此順序連接而形成。
5.如權利要求3所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的4個p型雜質擴散電阻間的距離小于所述雜質擴散電阻的長邊方向的長度，所述第二傳感器的4個p型雜質擴散電阻間的距離小于所述雜質擴散電阻的長邊方向的長度，所述第一傳感器與所述第二傳感器的距離小于所述雜質擴散電阻的長邊方向的長度。
6.如權利要求3所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述半導體基板為p型，在所述第一傳感器的p型擴散電阻的周圍具備包圍所述p型擴散電阻的n型雜質擴散層。
7.如權利要求3所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述半導體基板為n型，在所述第二傳感器的n型擴散電阻的周圍具備包圍所述n型擴散電阻的p型雜質擴散層。
8.一種旋轉體，具備如權利要求3所述的力學量測定裝置，并且使所述力學量測定裝置的所述半導體基板面上的<100>方向或<110>方向與其旋轉軸方向一致。
9.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來進行測定，其特征在于，具備第一傳感器和第二傳感器，其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器分別具備電流在<100>方向上流動、相互平行設置從而形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個n型雜質擴散電阻；和電流在<100>方向上流動、形成惠斯登電橋的電阻的2個p型雜質擴散電阻。
10.如權利要求9所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的2個n型雜質擴散電阻的電流流動的方向與所述第二傳感器的2個n型雜質擴散電阻的電流流動的方向正交。
11.如權利要求10所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的2個n型雜質擴散電阻與所述第二傳感器的2個n型雜質擴散電阻大致線對稱地形成。
12.一種力學量測定裝置，在半導體基板上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來測定應變，其特征在于，具備第一傳感器和第二傳感器，所述第一傳感器和所述第二傳感器分別具備2個平行設置的應變靈敏度高的擴散電阻和2個應變靈敏度低的擴散電阻，所述第一傳感器的2個應變靈敏度高的擴散電阻的長邊方向與所述第二傳感器的2個應變靈敏度高的擴散電阻的長邊方向正交，并且，所述第一傳感器的2個應變靈敏度高的擴散電阻與所述第二傳感器的2個應變靈敏度高的擴散電阻大致線對稱地形成。
13.如權利要求11所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述大致線對稱的對稱線通過所述半導體基板的主面的中心點。
14.如權利要求10所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的2個p型雜質擴散電阻的長邊方向與所述第二傳感器的2個p型雜質擴散電阻的長邊方向正交，并且，大致線對稱地形成。
15.如權利要求10所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的2個p型雜質擴散電阻與所述第二傳感器的2個p型雜質擴散電阻大致平行。
16.如權利要求9所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的n型雜質擴散電阻配置在比所述第一傳感器的p型雜質擴散層更靠近半導體基板主面的形心的位置上。
17.如權利要求9所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的n型雜質擴散電阻與所述第二傳感器的n型雜質擴散電阻之間的距離小于所述第一傳感器的p型雜質擴散電阻與所述第二傳感器的p型雜質擴散電阻之間的距離。
18.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來測定應變，其特征在于，具備第一傳感器和第二傳感器，所述第一傳感器和所述第二傳感器分別具備2個應變靈敏度高的擴散電阻和2個應變靈敏度低的擴散電阻，所述第一傳感器的應變靈敏度高的擴散電阻配置在比所述第一傳感器的應變靈敏度低的擴散電阻更靠近所述半導體基板的形心的位置上。
19.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來進行測定，其特征在于，具備形成惠斯登電橋的多個p型雜質擴散電阻和n型雜質擴散電阻，其中，所述半導體基板為p型，在所述p型擴散電阻的周圍具備沒有形成惠斯登電橋的n型雜質擴散層。
20.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來測定應變，其特征在于，具備形成惠斯登電橋的多個p型雜質擴散電阻和n型雜質擴散電阻，其中，所述半導體基板為n型，在所述n型擴散電阻的周圍具備沒有形成惠斯登電橋的p型雜質擴散層。
21.如權利要求19或20所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述雜質擴散電阻的相互距離小于其長邊方向的長度。
22.如權利要求12或18所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的2個n型雜質擴散電阻和2個p型雜質擴散電阻其長邊方向相互平行，并且沿<110>方向并列設置，所述第二傳感器的2個n型雜質擴散電阻和2個p型雜質擴散電阻其長邊方向朝向與所述第一傳感器的雜質擴散電阻的長邊方向正交的方向，并且與所述<110>方向同方向地并列設置。
23.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備由擴散電阻形成的惠斯登電橋，其特征在于，通過將第一擴散電阻、第二擴散電阻、第三擴散電阻和第四擴散電阻按此順序相互連接起來構成惠斯登電橋，所述力學量測定裝置至少具備將上述擴散電阻相互連接的4條布線和與位于上述惠斯登電橋的外部的外部電路連接的引出布線，并且具備5條以上的所述引出布線。
24.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備由擴散電阻形成的惠斯登電橋，其特征在于，通過將第一擴散電阻、第二擴散電阻、第三擴散電阻和第四擴散電阻按此順序相互連接起來構成惠斯登電橋，所述力學量測定裝置具備將上述擴散電阻相互連接的4條布線和與位于上述惠斯登電橋的外部的外部電路連接的引出布線，第一擴散電阻具備串聯連接的第一本體電阻和電阻值小于所述第一本體電阻的第一調整用電阻，所述引出布線被連接在所述4條布線和所述第一本體電阻與所述第一調整用電阻之間。
25.如權利要求24所述的力學量測定裝置，其特征在于，第一擴散電阻將所述第一本體電阻、所述第一調整用電阻和第二調整用電阻按此順序連接，在所述第一調整用電阻和所述第二調整用電阻之間連接了所述引出布線。
26.如權利要求24所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第三擴散電阻具備第三本體電阻和第三調整用電阻，所述引出布線被連接在所述第三本體電阻和所述第三調整用電阻之間，在惠斯登電橋上，所述第一調整用電阻和所述第三調整用電阻相對于各自的本體電阻的位置為對角側。
27.如權利要求24所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一擴散電阻是應變靈敏度低的擴散電阻。
28.如權利要求24所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一擴散電阻和第三擴散電阻是電流在平行于<100>方向的方向上流動的p型雜質擴散電阻，所述第二擴散電阻和第四擴散電阻是電流在平行于<100>方向的方向上流動的n型雜質擴散電阻。
29.一種力學量測定方法，使用力學量測定裝置來測定應變，所述力學量測定裝置在半導體基板表面上具備由擴散電阻形成的惠斯登電橋，其特征在于，所述力學量測定裝置在半導體基板上具備形成惠斯登電橋的擴散電阻、將所述擴散電阻相互連接的布線和將所述擴散電阻與外部電路連接的5條以上的引出布線，所述力學量測定方法包括如下步驟測定所述擴散電阻的電阻值；決定所述5條以上的引出布線之中、在應變測定中使用的4條引出布線；以及使電流在所決定的引出布線中流動并進行應變測定。
30.如權利要求29所述的力學量測定方法，其特征在于，所述引出布線的決定在所述力學量測定裝置的制造階段進行。
31.如權利要求29所述的力學量測定方法，其特征在于，所述擴散電阻的電阻值的測定在已經將所述力學量測定裝置安裝在被測定物上的狀態下進行。
32.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備由擴散電阻形成的惠斯登電橋，其特征在于，所述惠斯登電橋由2個由多晶硅形成的擴散電阻和2個應變靈敏度低的擴散電阻構成。
33.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備由擴散電阻形成的惠斯登電橋，其特征在于，具備第一傳感器，所述第一傳感器具備惠斯登電橋，該惠斯登電橋由形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個多晶硅布線電阻和2個使電流在平行于<100>方向的方向上流動的p型雜質擴散電阻形成。
34.如權利要求33所述的力學量測定裝置，其特征在于，具備第二傳感器，所述第一傳感器具備惠斯登電橋，該惠斯登電橋由形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個多晶硅布線電阻和2個使電流在平行于<100>方向的方向上流動的p型雜質擴散電阻形成，所述第一傳感器的多晶硅布線電阻的長邊方向與第二傳感器的多晶硅布線電阻的長邊方向正交。
35.如權利要求33所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述p型雜質擴散電阻具有本體電阻和電阻值小于所述本體電阻的調整用電阻，將與外部裝置連接的引出布線連接在所述p型雜質擴散電阻與所述多晶硅布線電阻之間以及所述本體電阻與所述調整用電阻之間。
36.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備由雜質擴散電阻形成的惠斯登電橋，其特征在于，具備第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器，其中，所述第一傳感器具備電流在<100>方向上流動、相互平行設置從而形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個n型雜質擴散電阻；和電流在<100>方向上流動、形成惠斯登電橋的電阻的2個p型雜質擴散電阻，所述第二傳感器具備電流在與所述第一傳感器的n型雜質擴散電阻正交的<100>方向上流動、相互平行設置從而形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個n型雜質擴散電阻；和電流在<100>方向上流動、形成惠斯登電橋的對邊電阻的2個p型雜質擴散電阻，所述第三傳感器具備電流在<110>方向上流動、形成惠斯登電橋的電阻的4個p型雜質擴散電阻。
37.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備由雜質擴散電阻形成的惠斯登電橋，其特征在于，具備第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器，其中，所述第一傳感器利用平行地形成的2個應變靈敏度大的擴散電阻和2個應變靈敏度小的擴散電阻形成惠斯登電橋，所述第二傳感器利用長邊方向與所述第一傳感器的應變靈敏度大的擴散電阻正交的2個應變靈敏度大的擴散電阻和2個應變靈敏度小的擴散電阻形成惠斯登電橋，所述第三傳感器利用4個應變靈敏度大的擴散電阻形成惠斯登電橋。
38.如權利要求36所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的2個n型雜質擴散電阻和2個p型雜質擴散電阻其長邊方向相互平行，并且沿<110>方向并列設置，所述第二傳感器的2個n型雜質擴散電阻和2個p型雜質擴散電阻其長邊方向朝向與所述第一傳感器的雜質擴散電阻的長邊方向正交的方向，并且與所述<110>方向同方向地并列設置，所述第三傳感器的雜質擴散電阻被設置在所述第一傳感器的所述<100>方向側的區域和所述第二傳感器的所述<100>方向側的區域中。
39.如權利要求1、3、19、24、33中任意一項所述的力學量測定裝置，其特征在于，在所述半導體基板上具備由pn結形成的溫度傳感器。
40.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來測定應變，其特征在于，具備第一傳感器和第二傳感器，其中，所述第二傳感器是檢測所述半導體基板的脫離的傳感器。
41.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來測定應變，其特征在于，在所述半導體基板上具備形成惠斯登電橋的擴散電阻；和放大從所述惠斯登電橋輸出的信號的差動放大器電路。
42.如權利要求41所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述惠斯登電橋有多個，所述差動放大器的個數與所述惠斯登電橋的個數相同。
43.如權利要求41所述的力學量測定裝置，其特征在于，除了形成惠斯登電橋的電阻以外的、與所述放大器連接的電阻其長邊方向在所述半導體基板上朝向相同的方向。
44.如權利要求43所述的力學量測定裝置，其特征在于，與所述放大器連接的電阻在所述半導體基板上大致線對稱地形成。
45.一種力學量測定裝置，在半導體基板表面上具備應變檢測部，并且通過安裝在被測定物上來測定應變，其特征在于，具備分別具有由擴散電阻形成的惠斯登電橋的第一傳感器和第二傳感器；放大所述第一傳感器輸出的信號的第一放大器；和放大所述第二傳感器輸出的信號的第二放大器，其中，形成所述第一傳感器的惠斯登電橋的雜質擴散電阻與形成所述第二傳感器的惠斯登電橋的雜質擴散電阻之間的距離小于所述第一放大器的晶體管與第二放大器的晶體管之間的距離。
46.如權利要求45所述的力學量測定裝置，其特征在于，與所述第一放大器連接的反饋電阻的長邊方向和與所述第二放大器連接的反饋電阻的電阻的長邊方向朝向相同方向。
47.如權利要求45所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的所述雜質擴散電阻和與所述第一放大器連接的反饋電阻的電阻其長邊方向為相同方向，所述第二傳感器的所述雜質擴散電阻和與所述第二放大器連接的反饋電阻的電阻其長邊方向為相同方向。
48.如權利要求45所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器與所述第二傳感器相鄰，所述第一放大器和所述第二放大器與所述第一和第二傳感器相鄰地配置在所述第一和第二傳感器的兩側。
49.如權利要求45所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的所述雜質擴散電阻和所述第二傳感器的所述雜質擴散電阻其長邊方向正交，并且，所述第一傳感器的所述雜質擴散電阻的中心排列在一列上，所述第二傳感器的所述雜質擴散電阻的中心排列在一列上，將所述第一放大器和所述第二放大器配置在所述第一傳感器和第二傳感器的兩側。
50.如權利要求45所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述放大器具備低倍率用的電阻和高倍率用的電阻，所述低倍率用的電阻配置在比所述高倍率用的電阻更靠近所述雜質擴散電阻的位置上。
51.如權利要求45所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述第一傳感器的2個n型雜質擴散電阻和2個p型雜質擴散電阻其長邊方向相互平行，并且沿<110>方向并列設置，所述第二傳感器的2個n型雜質擴散電阻和2個p型雜質擴散電阻其長邊方向朝向與所述第一傳感器的雜質擴散電阻的長邊方向正交的方向，并且與所述<110>方向同方向地并列設置。
52.如權利要求1、3、19、24、33、45中的任意一項所述的力學量測定裝置，其特征在于，所述應變檢測部離芯片端部的距離為49×(芯片厚度)0.5μm以上。
全文摘要
本發明提供一種力學量測定裝置，可以高精度地測定特定方向的應變分量。該力學量測定裝置在半導體單晶基板、半導體芯片內至少形成兩組以上的電橋電路，在上述電橋電路中，一個電橋電路形成流有電流并測定電阻值變動的方向(長邊方向)與該半導體單晶基板的(100)方向平行的n型擴散電阻，另一個電橋電路組合形成與(110)方向平行的p型擴散電阻。
文檔編號G01L1/22GK101046368SQ20071007895
公開日2007年10月3日 申請日期2007年2月16日 優先權日2006年3月29日
發明者島津浩美, 太田裕之, 丹野洋平 申請人:株式會社日立制作所
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