力学量测定装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种力学量测定装置，可以高精度地测定特定方向的应变分量。该力学量测定装置在半导体单晶基板、半导体芯片内至少形成两组以上的电桥电路，在上述电桥电路中，一个电桥电路形成流有电流并测定电阻值变动的方向（长边方向）与该半导体单晶基板的（１００）方向平行的ｎ型扩散电阻，另一个电桥电路组合形成与（１１０）方向平行的ｐ型扩散电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以对物体的力学量进行计测的装置以及使用该装置的系统。
技术介绍
作为测定测定对象的变形(应变)的技术，已知的是使用利用了金属箔的电阻值随着应变而发生变化这一点的金属箔应变仪的技术。这是一种如下所述的技术通过将该应变仪粘接在测定对象上，使金属箔的长度追随测定对象的应变而发生变化，通过检测出结果发生了变化的金属箔的电阻值，可以进行测定对象的应变测定。另外，由于金属箔的电阻值不仅对应变具有灵敏度，而且对温度也具有灵敏度，因此作为抵消由于温度变化引起的测定误差的技术，如特开平07-270109号公报所公开的那样，公开了一种将具有应变灵敏度的金属箔电阻器和用于进行温度补偿的惠斯登电桥电路形成在同一基板上的应变仪。以下将惠斯登电桥称为电桥。另外，如果要用电池驱动它们，则存在消耗电力大、电池很快就会耗完的问题。因此，如特开2005-114443号公报所示，还开发了如下技术使用半导体制造技术，在半导体基板上形成高电阻的扩散电阻，根据其电阻值的变化来测定应变。特开平07-270109号公报特开2005-114443号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题在同时测定旋转轴的转矩和轴向力时，通过贴附2个特开2005-114443号公报等中描述的应变测定芯片来进行测定在理论上也是可行的。但是，如果要通过分别将2个应变测定芯片贴在一起来测定剪切应变和垂直应变，则受到在贴附2个芯片时的偏差的影响，因此存在不适合精度高的测定的问题。另外，同样，如果要通过分别将2个应变测定芯片贴在一起来测定剪切应变和垂直应变，则实际上容易产生贴附角度的误差，从而存在不适合精度高的测定的问题。另外，同样，在以进行产生多轴应变的被测定物的各轴方向的应变计测为目的而贴附多个应变测定芯片的情况下，也产生同样的问题。另外，如果为上述目的而贴附多个该应变测定芯片，则需要某种程度的较大面积，并且测定各应变分量的位置相互远离，因此无法为测定应力集中场的应变状态的目的而使用。因此，本专利技术的目的在于提供一种传感器的灵敏度偏差小、可以高精度地测定特定方向的应变的力学量测定装置以及使用该装置的系统。另外，本专利技术的另一目的在于提供一种可以测定应力集中场中的垂直应变的面内两方向和剪切应变、并且可以进行多轴应变场的计测的力学量测定装置以及使用该装置的系统。另外，本专利技术的另一目的在于提供一种在外部噪声多的场所也可以得到背景噪声小的计测结果的力学量测定装置以及使用该装置的系统。解决技术问题的技术手段上述目的通过在一个由半导体单晶构成的半导体芯片内形成至少两组以上的电桥电路来实现。并且由于具有以下特长而解决了上述的各问题点。(1)<实施例1、转矩与轴向力测定芯片>为了高精度地测定旋转轴的转矩和轴向力，最好是其特征在于，上述电桥电路中的至少一个电桥电路由该半导体单晶基板上的<100>方向与电流的流动方向平行的n型扩散电阻构成，并且其它电桥电路由<110>方向与电流的流动方向平行的p型扩散电阻构成。由此，例如在使<110>方向与旋转轴方向一致地贴附该力学量测定装置时，可以使想要取得的应变方向与传感器灵敏度的最大方向一致，因此可以高灵敏度地对转矩和轴向力进行计测。此时，由于在同一硅基板上形成2个传感器，因此设置与构成传感器的电桥电路的扩散层不同的扩散层，以便不相互干扰。即，若以半导体单晶基板为p型的情况为例，为了提高计测精度，最好在由p型扩散电阻构成的电桥电路的附近，以包围p型扩散层的方式形成n型扩散层。由此，可以防止传感器设置偏差或粘接时的偏差，从而可以进行高精度的计测。(2)<实施例2、2轴分离芯片>为了高精度地测定多轴应变场，电桥电路最好由2个应变灵敏度高的扩散电阻和2个应变灵敏度低的扩散电阻的组合构成。这里，应变灵敏度高的扩散电阻(杂质扩散层)例如是电流流动的方向与<100>方向平行的n型扩散电阻或电流流动的方向与<110>方向平行的p型扩散电阻，应变灵敏度低的扩散电阻(杂质扩散层)例如是电流流动的方向与<100>方向平行的p型扩散电阻或电流流动的方向与<110>方向平行的n型扩散电阻。另外，最好使电流流动的方向为扩散电阻的长边方向。<100>方向为长边的p型扩散电阻对于各方向的应变没有灵敏度，而<100>方向为长边的n型扩散电阻在<100>方向上具有较大的灵敏度，从而在电流流动的方向的〔100〕和与其成直角的〔010〕上，其灵敏度可以大大不同。结果，在2轴应变场中，使n型电阻的长边方向为〔100〕还是为〔010〕，所取得的电阻值增量不同，因此可以分离检测出2轴应变场。最好是，利用该半导体单晶基板上的电流流动的方向与<100>方向平行的2个n型扩散电阻和电流流动的方向与<100>方向平行的2个p型扩散电阻的组合构成电桥电路。从而其特征在于，采取使所述第一电桥电路的应变灵敏度高的n型扩散电阻的长边方向与所述第二电桥电路的应变灵敏度高的n型扩散电阻的长边方向几乎正交的配置。另外，各电桥电路的n型扩散电阻的长边方向最好统一为同一方向。另外，上述进行了电流流动的方向与杂质扩散层的图案(pattern)的长边方向大体一致的说明，但只要电流流动的朝向与上述方向一致，就可以得到同样的效果。但是，在使电流流动的朝向与杂质扩散层的图案的长边方向大体一致的情况下，可以提高该扩散层的电阻值，因此可以实现更低的电力消耗。因而以下说明使电流流动的朝向为扩散层的图案的长边方向的情况。另外，最好是，构成第一电桥电路的n型杂质扩散层的配置与构成第二电桥电路的n型杂质扩散层的配置为轴对称。通过为轴对称，可以以完全相同的配置条件仅沿扩散层的长边方向直行，因此在分离检测2轴应变场时也可以进行精度良好的计测。另外，最好是，将构成一个惠斯登电桥的n型杂质扩散层配置在比构成该惠斯登电桥的p型杂质扩散层更靠近芯片中心点的距离上。芯片的中心点附近最不容易受到芯片端部的应变释放的影响，因此通过将具有应变灵敏度的n型杂质扩散层配置在该中心点附近，可以进行精度良好的计测。另外，最好是，追加设置与构成传感器的扩散层不同的扩散层。即，若以半导体单晶基板为p型的情况为例进行说明，则以由n型杂质扩散层包围的方式形成构成惠斯登电桥的p型杂质扩散层，并将该n型扩散层与惠斯登电桥的正极侧连接。由此，可以防止p型与n型杂质扩散层产生电气干扰，从而可以进行高精度的计测。(3)<实施例3、调整用电阻>另外，最好是，将电阻值调整用的电阻比较低的p型扩散电阻与电桥电路中的p型扩散层串联连接。即，使从p型杂质扩散电阻的端部向电桥电路外部引出的引出布线的条数比从n型杂质扩散电阻的端部向电桥电路外部引出的引出布线的条数多，通过测定p型杂质扩散电阻、n型杂质扩散电阻的实际电阻值，来决定在测定时使用的引出布线。通过这样形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力学量测定装置，在半导体基板表面上具备应变检测部，并且通过安装在被测定物上来测定应变，其特征在于，具备：　　　　分别利用扩散电阻形成惠斯登电桥的第一传感器和第二传感器，　　　　其中，构成所述第一传感器的所述扩散电阻的相互距离小于其长边方向的长度，　　　　构成所述第二传感器的所述扩散电阻的相互距离小于其长边方向的长度，　　　　所述第一传感器与第二传感器的距离小于所述扩散电阻的长边方向的长度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：岛津浩美，太田裕之，丹野洋平，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]