CN101068032B - 半导体变形测量仪及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供半导体变形测量仪及其制造方法。该半导体变形测量仪防止半导体的变形测量仪的沟道的产生，在扩散电阻区域的周围附着了杂质或电荷的情况下，或在半导体基板的杂质浓度低的情况下，防止在电极焊盘之间容易产生的沟道的产生，使输出的电阻值稳定。该半导体变形测量仪具备扩散电阻区域，该扩散电阻区域形成在规定的导电性的半导体基板的表面、且与该半导体基板的导电性相反，在该扩散电阻区域的两端具备电极，其中，在扩散电阻区域的周围具备与该半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，上述电极中的一方延伸形成至该高浓度杂质扩散层、连接了该扩散电阻区域和该高浓度杂质扩散层。

Description

半导体变形测量仪及其制造方法
技术领域
本发明涉及使用扩散电阻的半导体变形测量仪的结构及其制造方法，本发明能够利用在各种加速度传感器、压力传感器等中。
背景技术
作为以往的技术，将变形测量仪作为对加速度、压力进行检测的传感器来使用，该变形测量仪有各种类型。其中，多使用应用了半导体单晶的变形测量仪，这些变形测量仪利用半导体的压电电阻效应，将所施加的力的变化作为电阻的变化进行检测。在利用了这样的压电电阻效应的半导体变形测量仪中，存在体积(bulk)型测量仪和扩散型测量仪，任意一种测量仪中，因为半导体基板本身成为测量仪，所以需要对该半导体基板施加加工。
图7是示出以往以来被普遍使用的扩散型测量仪的结构的图，(a)是垂直剖面图，(b)是从(a)的向视A-A线方向观察到的俯视图。在N型单晶硅基板1的表面，使P型杂质扩散而形成了导电性相反的扩散电阻体2。使用绝缘膜即SiO2等的氧化膜3来保护该扩散电阻体2的表面，对该氧化膜3的一部分进行蚀刻，使用铝等的金属膜形成正(+)电极4以及负(-)电极5。像这样在作为半导体基板的N型单晶硅基板1上，通过扩散来形成电阻层时，无需对半导体基板进行机械加工。
[专利文献1]美国专利第6635910号
[专利文献2]日本特开2001-264188号公报
[专利文献3]日本特表2004-531699号公报
但是，在所述的以往技术的扩散型测量仪的结构中，仅是在N型半导体基板、即N型单晶硅基板1的表面上通过扩散形成了P型电阻体2而已，由于周围的杂质或电荷，并且，在该N型半导体基板的杂质浓度低的情况下，处于在氧化膜(绝缘膜)3下方容易产生沟道的状态。因此，在上述P型扩散电阻体2的部分之外，也存在电流流过的路径，从而出现扩散型测量仪的电阻值变得不稳定的问题。
发明内容
本发明的半导体变形测量仪及其制造方法用于防止扩散型的变形测量仪的沟道产生，在上述P型扩散电阻体2的周围附着了杂质或电荷的情况下，或在半导体基板、即N型单晶硅基板1的杂质浓度低的情况下，防止在电极焊盘之间容易产生的沟道的产生，使扩散型测量仪的输出的电阻值稳定，例如，在P型扩散电阻体的周围形成高浓度的相反导电性的杂质扩散层，从而解决上述的课题。即，本发明的半导体变形测量仪具备：规定的导电性的半导体基板；扩散电阻区域，其形成在该半导体基板的表面且与该半导体基板的导电性相反；以及电极，其设置在该扩散电阻区域的两端部，其特征在于，在所述扩散电阻区域的周围，具备与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，所述电极中的一方延伸形成至该高浓度杂质扩散层、连接了所述扩散电阻区域和该高浓度杂质扩散层，在所述电极上施加不会发生从该扩散电阻区域到该高浓度杂质扩散层的漏泄的电压。
并且，本发明的半导体变形测量仪具备：规定的导电性的半导体基板；扩散电阻区域，其形成在该半导体基板的表面且与该半导体基板的导电性相反；以及电极，其设置在该扩散电阻区域的两端部以及中间部以便构成为半桥(halfbridge)结构，其特征在于，在所述扩散电阻区域的周围，具备与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，所述电极中的任一方延伸形成至该高浓度杂质扩散层、连接了所述扩散电阻区域和该高浓度杂质扩散层，在所述电极上施加不会发生从该扩散电阻区域到该高浓度杂质扩散层的漏泄的电压。
并且，本发明的半导体变形测量仪具备：规定的导电性的半导体基板；扩散电阻区域，其形成在该半导体基板的表面且与该半导体基板的导电性相反；以及电极，其设置在该扩散电阻区域的四个部位上以便构成为全桥结构，其特征在于，在所述扩散电阻区域的周围，具备与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，所述电极中的任一方延伸形成至该高浓度杂质扩散层、连接了所述扩散电阻区域和该高浓度杂质扩散层，在所述电极上施加不会发生从该扩散电阻区域到该高浓度杂质扩散层的漏泄的电压。
并且，本发明的半导体变形测量仪的特征在于，在所述扩散电阻区域的一部分上形成有与所述半导体基板电极性相反的高浓度杂质扩散层，并且与所述电极连接。
并且，本发明的半导体变形测量仪的特征在于，所述扩散电阻区域和所述高浓度杂质扩散层之间的间隔为5μm以上。
并且，本发明的半导体变形测量仪的制造方法的特征在于，在规定的导电性的半导体基板的表面上形成与该半导体基板的导电性相反的扩散电阻区域，在所述扩散电阻区域的周围形成与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，在所述半导体基板的表面形成保护膜，除去所述扩散电阻区域的两个部位的一部分以及所述高浓度杂质扩散层的一部分的上表面上的所述保护膜部分，形成两个电极膜，所述两个电极膜中的一方连接到所述扩散电阻区域的一个部位，另一方连接到所述高浓度杂质扩散层以及该扩散电阻区域的另一个部位。
并且，本发明的半导体变形测量仪的制造方法的特征在于，在规定的导电性的半导体基板的表面上形成与该半导体基板的导电性相反且为半桥结构的扩散电阻区域，在所述扩散电阻区域的周围形成与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，在所述半导体基板的表面形成保护膜，除去所述扩散电阻区域的三个部位的一部分以及所述高浓度杂质扩散层的一部分的上表面上的所述保护膜部分，形成三个电极膜，所述三个电极膜中的任一方与所述高浓度杂质扩散层连接。
进而，本发明的半导体变形测量仪的制造方法的特征在于，在规定的导电性的半导体基板的表面上形成与该半导体基板的导电性相反且为全桥结构的扩散电阻区域，在所述扩散电阻区域的周围形成与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的高浓度杂质扩散层，在所述半导体基板的表面形成保护膜，除去所述扩散电阻区域的四个部位的一部分以及所述高浓度杂质扩散层的两个部位的一部分的上表面上的所述保护膜部分，形成四个电极膜，所述四个电极膜中的任一方与所述高浓度杂质层连接。
本发明的半导体变形测量仪及其制造方法具有上述的结构、作用，所以存在如下的效果。
根据第一至第八方面所述的本发明，通过在扩散电阻体的外周部形成高浓度的相反导电性的杂质扩散层，从而具有如下的效果：能够防止沟道的产生，防止作为输出的扩散型测量仪的电阻值变得不稳定。
附图说明
图1是示出本发明的半导体变形测量仪的实施例1的图，(a)是垂直剖面图，(b)是从(a)的向视B-B线方向观察到的俯视图。
图2是示出本发明的半导体变形测量仪的实施例2的图，(a)是垂直剖面图，(b)是从(a)的向视C-C线方向观察到的俯视图。
图3是示出本发明的半导体变形测量仪的实施例3的图，(a)是垂直剖面图，(b)是从(a)的向视D-D线方向观察到的俯视图。
图4是示出本发明的半导体变形测量仪的实施例4的俯视图。
图5是示出本发明的半导体变形测量仪的实施例5的俯视图。
图6是示出本发明的半导体变形测量仪的实施例6的俯视图。
图7是示出以往技术的扩散型测量仪的结构的图，(a)是垂直剖面图，(b)是从(a)的向视A-A线方向观察到的俯视图。
标号说明
6：N型单晶硅基板(半导体基板)；7：P型扩散电阻区域(P型扩散电阻体)；8：保护膜；9a：正(+)侧电极；9b：负(-)侧电极；9c：中间电极；10：高浓度N型杂质扩散层；11：高浓度P型杂质扩散层；12：P型单晶硅基板(半导体基板)；13：N型扩散电阻区域(N型扩散电阻体)；14：高浓度N型杂质扩散层；15：高浓度P型杂质扩散层；16：P型扩散电阻区域(P型扩散电阻体)；17：高浓度N型杂质扩散层；18：高浓度N型杂质扩散层；19：P型扩散电阻区域(P型扩散电阻体)；20a：高浓度N型杂质扩散层(外侧)；20b：高浓度N型杂质扩散层(内侧)。
具体实施方式
下面，说明本发明的半导体变形测量仪的实施方式。
在规定的导电性的半导体基板上表面或表面上，使杂质扩散而形成相反导电性的扩散电阻区域或扩散电阻体。在该扩散电阻体的周围，形成用于防止沟道的产生的与半导体基板导电性相同的高浓度杂质扩散层。使用保护膜覆盖该半导体基板上表面或表面，进行蚀刻而除去上述扩散电阻区域的一部分以及高浓度杂质扩散层的一部分的上表面上的保护膜部分、即与上述电极连接的部分中的保护膜。
然后，使用铝等的导体膜来形成电极，从而能够与外部电路连接。
例如，当N型硅基板的电位比P型扩散电阻体或扩散电阻区域的电位低时，会产生漏泄，所以利用正(+)侧电极将高浓度N型杂质扩散层和P型扩散电阻区域或扩散电阻体进行连接而使成为相同电位。并且，为了获得该扩散电阻体和电极的欧姆接触(ohmic contact)，优选在该电极的下部设置与扩散电阻体导电性相同的高浓度扩散层。
(实施例1)
接下来，基于图1至图6说明本发明的半导体变形测量仪的具体实施例。
以下，参照附图，说明本发明的实施例1。图1为示出基本结构体的图，示出了适用于单一元件的本发明的实施例1。(a)为垂直剖面图，(b)为从(a)的向视B-B线方向观察到的俯视图。在作为半导体基板的N型单晶硅基板6的表面上，使杂质扩散而形成相反导电性的P型扩散电阻区域(扩散电阻体)7。在该P型扩散电阻区域7的表面上，使用SiO2等的氧化膜等形成了保护膜8，进行蚀刻而除去该保护膜8的一部分，在该部位使用铝等的金属膜来形成电极9a、9b。本发明的特征在于：形成高浓度N型杂质扩散层10以包围P型扩散电阻区域7的周围。并且，在该实施例1中将正(+)侧的电极9a连接到高浓度N型杂质扩散层10。
(实施例2)
接下来，说明本发明的实施例2。图2是具备与图1示出的本发明的实施例1大概相同的结构的半导体变形测量仪。(a)为垂直剖面图，(b)为从(a)的向视C-C线方向观察到的俯视图。与该实施例1之间的区别点为，采用了如下的结构：在上述实施例1中示出的电极9a、9b的下表面上，形成高浓度P型杂质扩散层11，从而将该电极9a、9b和所述P型扩散电阻区域7进行了欧姆连接。
其他的结构要素与所述的实施例1相同，赋予相同编号和相同标号，省略其说明。
(实施例3)
接下来，说明本发明的实施例3。图3示出适用于单一元件的本发明的实施例3。(a)为垂直剖面图，(b)为从(a)的向视D-D线方向观察到的俯视图。
在作为半导体基板的P型单晶硅基板12的表面上，使杂质扩散而形成相反导电性的N型扩散电阻区域(N型扩散电阻体)13。在该N型扩散电阻区域13的表面上，使用SiO2等的氧化膜等形成保护膜8，对该保护膜8的一部分进行蚀刻，使用铝等的金属膜形成电极9a、9b。在该电极9a、9b的下表面上，形成高浓度N型杂质扩散层14。本发明的特征在于：形成高浓度P型杂质扩散层15以便包围所述N型扩散电阻区域13的周围。在该实施例3中，将负(-)侧的电极9b连接到高浓度P型杂质扩散层15。
图4至图6为分别示出本发明的其他的实施例、即实施例4至实施例6的俯视图。另外，各俯视图示出了保护膜下方的半导体基板的上表面。为便于说明，在各图中使用单点虚线来示出了存在于半导体基板上方的电极的俯视形状和位置。
图4为将P型扩散电阻区域16设为半桥结构(halfbridge)的图，因为使用了P型电阻体，所以将正(+)侧电极9a和高浓度N型杂质扩散层17进行了连接。在扩散电阻区域使用了N型电阻体的情况下，只要将负(-)侧电极9b和P型高浓度杂质扩散层(未图示)连接即可。并且，也可以将位于中间的中间电极9c设为正(+)电极9a，与高浓度N型杂质扩散层17连接来实施。
图5示出与图4导电性相同的半导体基板，但是高浓度N型杂质扩散层的形状不同的实施例。与P型扩散电阻区域16的形状相配合地将高浓度N型杂质扩散层18折曲而形成。
在图6中示出将P型扩散电阻区域19设为全桥(full bridge)结构，在P型扩散电阻区域19的外侧和内侧分别形成高浓度N型杂质扩散层20a、20b，将该形成的外侧和内侧的各自的高浓度N型杂质扩散层20a、20b和正(+)侧电极9a连接。
另外，图4至图6示出的实施例的其他结构要素与所述的实施例1相同，所以此处省略其说明。
接下来，说明本发明的半导体变形测量仪的制造方法，从而使本发明变得明确。
本发明的半导体变形测量仪的制造方法的步骤如下。
(1)在规定的导电性的半导体基板、即N型或P型单晶硅基板6、12的表面上，形成成为与该半导体基板的导电性相反的P型或N型的扩散电阻区域7、13的杂质扩散层。
(2)在该P型或N型扩散电阻区域7、13的周围，形成与该一个半导体基板的导电性相同且与该半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的高浓度N型或P型杂质扩散层10、15。可以以与P型或N型扩散电阻区域7、13相隔5μm左右的间隔来形成该高浓度N型或P型杂质扩散层10、15。如果高浓度N型或P型杂质扩散层10、15和P型或N型扩散电阻区域7、13的间隔扩大，则使半导体变形测量仪的输出的电阻值稳定的效果将会消失，所以可以将上述间隔设为3mm左右以下的范围。
(3)在该半导体基板的表面上形成保护膜8。
(4)除去上述P型或N型扩散电阻区域7、13这两个部位的一部分和上述高浓度N型或P型杂质扩散层10、15的一部分的上表面上的所述保护膜8。
(5)形成两个电极9a、9b，所述电极9a、9b中的一方与除去了保护膜8的P型或N型扩散电阻区域7、13的一个部位连接，另一方与除去了保护膜8的高浓度N型或P型杂质扩散层10、15以及P型或N型扩散电阻区域7、13的另一个部位连接。
接下来，说明试作例。在N型半导体基板上，通过使P型电阻体扩散而形成为使电阻值为3.5kΩ。分别在正(+)侧电极的下部形成高浓度N型杂质扩散层，在负(-)侧电极的下部形成高浓度N型杂质扩散层。在N型半导体基板的表面，形成1μm的SiO2绝缘保护膜，在通过蚀刻形成了窗之后，形成1μm厚的铝电极。研磨该N型半导体基板的背面而加工到25μm的厚度，进行切割(dice)而得到元件。
当设电阻率为0.03Ω·cm时，将试作品的电阻体的尺寸中的剖面面积设为60μm2(宽30μm、深2μm)、长度设为750μm。可以使元件的大小为0.36mm×2.73mm×0.025mm。试作品的测量率G为G＝(ΔR/R)·(1/ε)(其中，ε：变形，ΔR/R：电阻变化率)，为约100。

Claims (8)

1.一种半导体变形测量仪，所述半导体变形测量仪具备：规定的导电性的半导体基板；扩散电阻区域，其形成在该半导体基板的表面且与该半导体基板的导电性相反；以及电极，其设置在该扩散电阻区域的两端部，其特征在于，在所述扩散电阻区域的周围，具备与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，所述电极中的一方延伸形成至该高浓度杂质扩散层、连接了所述扩散电阻区域和该高浓度杂质扩散层，在所述电极上施加不会发生从该扩散电阻区域到该高浓度杂质扩散层的漏泄的电压。
2.一种半导体变形测量仪，所述半导体变形测量仪具备：规定的导电性的半导体基板；扩散电阻区域，其形成在该半导体基板的表面且与该半导体基板的导电性相反；以及电极，其设置在该扩散电阻区域的两端部以及中间部以便构成半桥结构，其特征在于，在所述扩散电阻区域的周围，具备与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，所述电极中的任一方延伸形成至该高浓度杂质扩散层、连接了所述扩散电阻区域和该高浓度杂质扩散层，在所述电极上施加不会发生从该扩散电阻区域到该高浓度杂质扩散层的漏泄的电压。
3.一种半导体变形测量仪，所述半导体变形测量仪具备：规定的导电性的半导体基板；扩散电阻区域，其形成在该半导体基板的表面且与该半导体基板的导电性相反；以及电极，其设置在该扩散电阻区域的四个部位上以便构成全桥结构，其特征在于，在所述扩散电阻区域的周围，具备与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，所述电极中的任一方延伸形成至该高浓度杂质扩散层、连接了所述扩散电阻区域和该高浓度杂质扩散层，在所述电极上施加不会发生从该扩散电阻区域到该高浓度杂质扩散层的漏泄的电压。
4.根据权利要求1、或2或3所述的半导体变形测量仪，其特征在于，在所述扩散电阻区域的一部分上形成有与所述半导体基板的导电性相反的高浓度杂质扩散层，并且与所述电极连接。
5.根据权利要求1、或2或3所述的半导体变形测量仪，其特征在于，所述扩散电阻区域和所述高浓度杂质扩散层的间隔为5μm以上。
6.一种半导体变形测量仪的制造方法，其特征在于，在规定的导电性的半导体基板的表面上形成与该半导体基板的导电性相反的扩散电阻区域，在所述扩散电阻区域的周围形成与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，在所述半导体基板的表面形成保护膜，除去所述扩散电阻区域的两个部位的一部分以及所述高浓度杂质扩散层的一部分的上表面上的所述保护膜部分，形成两个电极膜，所述两个电极膜中的一方连接到所述扩散电阻区域的一个部位，另一方连接到所述高浓度杂质扩散层以及该扩散电阻区域的另一个部位。
7.一种半导体变形测量仪的制造方法，其特征在于，在规定的导电性的半导体基板的表面上形成与该半导体基板的导电性相反且为半桥结构的扩散电阻区域，在所述扩散电阻区域的周围形成与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的、与所述半导体基板的导电性相同的高浓度杂质扩散层，在所述半导体基板的表面形成保护膜，除去所述扩散电阻区域的三个部位的一部分以及所述高浓度杂质扩散层的一部分的上表面上的所述保护膜部分，形成三个电极膜，所述三个电极膜中的任一方与所述高浓度杂质扩散层连接。
8.一种半导体变形测量仪的制造方法，其特征在于，在规定的导电性的半导体基板的表面上形成与该半导体基板的导电性相反且为全桥结构的扩散电阻区域，在所述扩散电阻区域的周围形成与所述半导体基板相比掺杂了高浓度的杂质的高浓度杂质扩散层，在所述半导体基板的表面形成保护膜，除去所述扩散电阻区域的四个部位的一部分以及所述高浓度杂质扩散层的两个部位的一部分的上表面上的所述保护膜部分，形成四个电极膜，所述四个电极膜中的任一方与所述高浓度杂质扩散层连接。
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