JP2001153742A - 半導体圧力センサとその製造方法 - Google Patents
半導体圧力センサとその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体圧力センサのチップ面積を大きくする
ことなく、感度を向上させることのできる半導体圧力セ
ンサを提供すること。 【解決手段】 圧力により変位するダイヤフラム２と、
ダイヤフラム２にダイヤフラム２の変位により抵抗値の
変化するピエゾ抵抗３を有して、ピエゾ抵抗３の抵抗値
変化をもとに圧力を検知する半導体圧力センサにおい
て、ダイヤフラム２面のピエゾ抵抗３形成部位もしくは
ピエゾ抵抗３形成部位の裏面部の少なくともいずれかに
溝構造６を形成したことを特徴とする。
ことなく、感度を向上させることのできる半導体圧力セ
ンサを提供すること。 【解決手段】 圧力により変位するダイヤフラム２と、
ダイヤフラム２にダイヤフラム２の変位により抵抗値の
変化するピエゾ抵抗３を有して、ピエゾ抵抗３の抵抗値
変化をもとに圧力を検知する半導体圧力センサにおい
て、ダイヤフラム２面のピエゾ抵抗３形成部位もしくは
ピエゾ抵抗３形成部位の裏面部の少なくともいずれかに
溝構造６を形成したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力によるダイヤ
フラムの変位をピエゾ抵抗の抵抗値変化として検出し
て、圧力検知を行う半導体圧力センサに関するものであ
る。
フラムの変位をピエゾ抵抗の抵抗値変化として検出し
て、圧力検知を行う半導体圧力センサに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体圧力センサの従来例にもとづき説
明する。尚、説明上、図に合せて、半導体基板（シリコ
ン基板）及び半導体圧力センサのダイヤフラム主表面の
一方の面を、上面、他方の面を下面と称することとす
る。
明する。尚、説明上、図に合せて、半導体基板（シリコ
ン基板）及び半導体圧力センサのダイヤフラム主表面の
一方の面を、上面、他方の面を下面と称することとす
る。
【０００３】図８（ａ）は半導体圧力センサの断面図で
ある。半導体圧力センサ（チップ部）１は、半導体基板
下面のエッチングにより肉薄構造に形成されたダイヤフ
ラム２及び、このダイヤフラム２上に形成されたピエゾ
抵抗３を有している。また、半導体圧力センサ１はガラ
ス台座４上に実装され、ガラス台座４中央部には、外部
の圧力を半導体圧力センサ１のダイヤフラム２に導くた
めの圧力導入孔５が設けられている。ここで、外部の圧
力は圧力導入孔５を通りダイヤフラム２に導かれる。こ
れによりダイヤフラム２が応力を受け、ダイヤフラム２
上に形成されたピエゾ抵抗３が応力を受けることで、そ
の抵抗値が変化する。この抵抗値変化による電気信号が
圧力信号として出力される。
ある。半導体圧力センサ（チップ部）１は、半導体基板
下面のエッチングにより肉薄構造に形成されたダイヤフ
ラム２及び、このダイヤフラム２上に形成されたピエゾ
抵抗３を有している。また、半導体圧力センサ１はガラ
ス台座４上に実装され、ガラス台座４中央部には、外部
の圧力を半導体圧力センサ１のダイヤフラム２に導くた
めの圧力導入孔５が設けられている。ここで、外部の圧
力は圧力導入孔５を通りダイヤフラム２に導かれる。こ
れによりダイヤフラム２が応力を受け、ダイヤフラム２
上に形成されたピエゾ抵抗３が応力を受けることで、そ
の抵抗値が変化する。この抵抗値変化による電気信号が
圧力信号として出力される。
【０００４】図８（ｂ）は、圧力印加時のダイヤフラム
２の応力分布を示す。ダイヤフラム２中央部の応力は、
低く広範囲に分布している。
２の応力分布を示す。ダイヤフラム２中央部の応力は、
低く広範囲に分布している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
半導体圧力センサ１の感度はピエゾ抵抗３が配置された
箇所の応力差に比例することから、このような応力分布
では、応力ロスが大きく、半導体圧力センサ１の感度の
点で不利な要因となる。ここで、半導体圧力センサ１の
感度（出力スパン電圧）はダイヤフラム２の面積（肉薄
部面積）にほぼ比例することがわかっている。よって半
導体圧力センサ１の感度を向上させるためには、ダイヤ
フラム２の面積の拡大が有効な手段であるが、半導体圧
力センサ１のチップ面積拡大となり、これはコストの増
大につながる。
半導体圧力センサ１の感度はピエゾ抵抗３が配置された
箇所の応力差に比例することから、このような応力分布
では、応力ロスが大きく、半導体圧力センサ１の感度の
点で不利な要因となる。ここで、半導体圧力センサ１の
感度（出力スパン電圧）はダイヤフラム２の面積（肉薄
部面積）にほぼ比例することがわかっている。よって半
導体圧力センサ１の感度を向上させるためには、ダイヤ
フラム２の面積の拡大が有効な手段であるが、半導体圧
力センサ１のチップ面積拡大となり、これはコストの増
大につながる。
【０００６】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、半導体圧力センサのチッ
プ面積を大きくすることなく、感度を向上させることの
できる半導体圧力センサを提供することにある。
で、その目的とするところは、半導体圧力センサのチッ
プ面積を大きくすることなく、感度を向上させることの
できる半導体圧力センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、圧力により変位するダイヤ
フラムと、該ダイヤフラムにダイヤフラムの変位により
抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の
抵抗値変化をもとに圧力を検知する半導体圧力センサに
おいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵抗形成部位もしくは
該ピエゾ抵抗形成部位の裏面部の少なくともいずれかに
溝構造を形成したことを特徴とするものである。
に、請求項１記載の発明は、圧力により変位するダイヤ
フラムと、該ダイヤフラムにダイヤフラムの変位により
抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の
抵抗値変化をもとに圧力を検知する半導体圧力センサに
おいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵抗形成部位もしくは
該ピエゾ抵抗形成部位の裏面部の少なくともいずれかに
溝構造を形成したことを特徴とするものである。
【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体圧力センサにおいて、前記ピエゾ抵抗形成部位及び
前記溝構造形成部位がダイヤフラムの中央部もしくは端
部の少なくともいずれかであることを特徴とするもので
ある。
導体圧力センサにおいて、前記ピエゾ抵抗形成部位及び
前記溝構造形成部位がダイヤフラムの中央部もしくは端
部の少なくともいずれかであることを特徴とするもので
ある。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の半導体圧力センサの製造方法に関し、基板の
一方の面の所望の領域にピエゾ抵抗を形成する工程と、
前記基板の他方の面をエッチングしてダイヤフラムを形
成する工程を有する半導体圧力センサの製造方法におい
て、前記ダイヤフラムを形成する工程で、第１のエッチ
ングで溝構造を形成し、第２のエッチングでダイヤフラ
ムを形成するようにしたことを特徴とするものである。
項２記載の半導体圧力センサの製造方法に関し、基板の
一方の面の所望の領域にピエゾ抵抗を形成する工程と、
前記基板の他方の面をエッチングしてダイヤフラムを形
成する工程を有する半導体圧力センサの製造方法におい
て、前記ダイヤフラムを形成する工程で、第１のエッチ
ングで溝構造を形成し、第２のエッチングでダイヤフラ
ムを形成するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の半導体圧力センサの製造方法に関し、基板の
一方の面の所望の領域にピエゾ抵抗を形成する工程と、
前記基板の他方の面をエッチングしてダイヤフラムを形
成する工程を有する半導体圧力センサの製造方法におい
て、前記ピエゾ抵抗を形成する工程で、ピエゾ抵抗形成
前にエッチングで溝構造を形成し、次に該溝構造にピエ
ゾ抵抗を形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。
項２記載の半導体圧力センサの製造方法に関し、基板の
一方の面の所望の領域にピエゾ抵抗を形成する工程と、
前記基板の他方の面をエッチングしてダイヤフラムを形
成する工程を有する半導体圧力センサの製造方法におい
て、前記ピエゾ抵抗を形成する工程で、ピエゾ抵抗形成
前にエッチングで溝構造を形成し、次に該溝構造にピエ
ゾ抵抗を形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。
【００１１】請求項５記載の発明は、圧力により変位す
るダイヤフラムと、該ダイヤフラムにダイヤフラムの変
位により抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有して、該ピエ
ゾ抵抗の抵抗値変化をもとに圧力を検知する半導体圧力
センサにおいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵抗形成部位
を除く領域に、弾性を有する薄膜を形成することを特徴
とするものである。
るダイヤフラムと、該ダイヤフラムにダイヤフラムの変
位により抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有して、該ピエ
ゾ抵抗の抵抗値変化をもとに圧力を検知する半導体圧力
センサにおいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵抗形成部位
を除く領域に、弾性を有する薄膜を形成することを特徴
とするものである。
【００１２】請求項６記載の発明は、圧力により変位す
るダイヤフラムと、該ダイヤフラムにダイヤフラムの変
位により抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有して、該ピエ
ゾ抵抗の抵抗値変化をもとに圧力を検知する半導体圧力
センサにおいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵抗形成部位
もしくは該ピエゾ抵抗形成部位の裏面部の少なくともい
ずれかに溝構造を形成し、さらにピエゾ抵抗形成部位及
び溝構造形成部位を除く領域に、弾性を有する薄膜を形
成することを特徴とするものである。
るダイヤフラムと、該ダイヤフラムにダイヤフラムの変
位により抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有して、該ピエ
ゾ抵抗の抵抗値変化をもとに圧力を検知する半導体圧力
センサにおいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵抗形成部位
もしくは該ピエゾ抵抗形成部位の裏面部の少なくともい
ずれかに溝構造を形成し、さらにピエゾ抵抗形成部位及
び溝構造形成部位を除く領域に、弾性を有する薄膜を形
成することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
半導体圧力センサについて図１乃至図７にもとづき説明
する。尚、説明上、図に合せて、半導体基板（シリコン
基板）及び半導体圧力センサのダイヤフラム主表面の一
方の面を、上面、他方の面を下面と称することとする。
半導体圧力センサについて図１乃至図７にもとづき説明
する。尚、説明上、図に合せて、半導体基板（シリコン
基板）及び半導体圧力センサのダイヤフラム主表面の一
方の面を、上面、他方の面を下面と称することとする。
【００１４】図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態の
半導体圧力センサを示す断面図である。基本構成は従来
例と同様で、半導体圧力センサ１は、半導体基板下面の
エッチングにより肉薄構造に形成されたダイヤフラム２
及び、このダイヤフラム２上に形成されたピエゾ抵抗３
を有している。また、半導体圧力センサ１はガラス台座
４上に実装され、ガラス台座４中央部には、外部の圧力
を半導体圧力センサ１のダイヤフラム２に導くための圧
力導入孔５が設けられている。ここで、外部の圧力は圧
力導入孔５を通りダイヤフラム２に導かれる。これによ
りダイヤフラム２が応力を受け、ダイヤフラム２上に形
成されたピエゾ抵抗３が応力を受けることで、その抵抗
値が変化する。この抵抗値変化による電気信号が圧力信
号として出力される。
半導体圧力センサを示す断面図である。基本構成は従来
例と同様で、半導体圧力センサ１は、半導体基板下面の
エッチングにより肉薄構造に形成されたダイヤフラム２
及び、このダイヤフラム２上に形成されたピエゾ抵抗３
を有している。また、半導体圧力センサ１はガラス台座
４上に実装され、ガラス台座４中央部には、外部の圧力
を半導体圧力センサ１のダイヤフラム２に導くための圧
力導入孔５が設けられている。ここで、外部の圧力は圧
力導入孔５を通りダイヤフラム２に導かれる。これによ
りダイヤフラム２が応力を受け、ダイヤフラム２上に形
成されたピエゾ抵抗３が応力を受けることで、その抵抗
値が変化する。この抵抗値変化による電気信号が圧力信
号として出力される。
【００１５】本実施の形態では、ダイヤフラム２の中央
部のピエゾ抵抗３の部位の裏面に溝構造６を形成してい
る。この構成において圧力が印加されるとダイヤフラム
２の中央部が局所的に撓むようになる。この圧力印加時
のダイヤフラム２の応力分布を図１（ｂ）に示す。また
従来例の応力分布を破線で示す。従来例では、ダイヤフ
ラム２中央部の応力は、低く広範囲に分布していたが
（破線）、本実施の形態では下方（引張り方向）に応力
集中が見られる。前述のとおり一般に半導体圧力センサ
１の感度はピエゾ抵抗３が配置された箇所の応力差に比
例することから、中央に位置するピエゾ抵抗３の感度を
向上させることができる。すなわち半導体圧力センサ１
の感度を向上させることができる。
部のピエゾ抵抗３の部位の裏面に溝構造６を形成してい
る。この構成において圧力が印加されるとダイヤフラム
２の中央部が局所的に撓むようになる。この圧力印加時
のダイヤフラム２の応力分布を図１（ｂ）に示す。また
従来例の応力分布を破線で示す。従来例では、ダイヤフ
ラム２中央部の応力は、低く広範囲に分布していたが
（破線）、本実施の形態では下方（引張り方向）に応力
集中が見られる。前述のとおり一般に半導体圧力センサ
１の感度はピエゾ抵抗３が配置された箇所の応力差に比
例することから、中央に位置するピエゾ抵抗３の感度を
向上させることができる。すなわち半導体圧力センサ１
の感度を向上させることができる。
【００１６】このように本実施の形態では、ダイヤフラ
ム２の中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面に溝構造を形
成するようにしたので、ダイヤフラム２の中央部のピエ
ゾ抵抗３の部位に応力が集中して半導体圧力センサ１の
感度を向上させることができるという効果を奏する。
ム２の中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面に溝構造を形
成するようにしたので、ダイヤフラム２の中央部のピエ
ゾ抵抗３の部位に応力が集中して半導体圧力センサ１の
感度を向上させることができるという効果を奏する。
【００１７】図２（ａ）は本発明の第２の実施の形態の
半導体圧力センサを示す断面図である。基本構成は第１
の実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、ダイ
ヤフラム２の中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面に加え
端部のピエゾ抵抗３の部位の裏面にも溝構造６ａを形成
している。この構成において圧力が印加されるとダイヤ
フラム２の中央部及び端部が局所的に撓むようになる。
この圧力印加時のダイヤフラム２の応力分布を図２
（ｂ）に示す。また従来例の応力分布を破線で示す。第
１の実施の形態と同様に、ダイヤフラム２の中央部にお
いて、下方（引張り方向）への応力集中が見られる。さ
らに両端部の溝構造６ａにより、両端部の従来の応力集
中のピークがさらに上方（圧縮方向）に高められる。よ
って、中央に位置するピエゾ抵抗３の感度を向上させる
ことができるとともに、ダイヤフラム２両端部のピエゾ
抵抗３の感度をさらに向上させることができる。すなわ
ち半導体圧力センサ１の感度を大きく向上させることが
できる。
半導体圧力センサを示す断面図である。基本構成は第１
の実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、ダイ
ヤフラム２の中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面に加え
端部のピエゾ抵抗３の部位の裏面にも溝構造６ａを形成
している。この構成において圧力が印加されるとダイヤ
フラム２の中央部及び端部が局所的に撓むようになる。
この圧力印加時のダイヤフラム２の応力分布を図２
（ｂ）に示す。また従来例の応力分布を破線で示す。第
１の実施の形態と同様に、ダイヤフラム２の中央部にお
いて、下方（引張り方向）への応力集中が見られる。さ
らに両端部の溝構造６ａにより、両端部の従来の応力集
中のピークがさらに上方（圧縮方向）に高められる。よ
って、中央に位置するピエゾ抵抗３の感度を向上させる
ことができるとともに、ダイヤフラム２両端部のピエゾ
抵抗３の感度をさらに向上させることができる。すなわ
ち半導体圧力センサ１の感度を大きく向上させることが
できる。
【００１８】このように本実施の形態では、ダイヤフラ
ム２の中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面及び端部のピ
エゾ抵抗３の部位の裏面に溝構造を形成するようにした
ので、ダイヤフラム２の中央部のピエゾ抵抗３の部位及
び、端部のピエゾ抵抗３の部位に応力が集中して半導体
圧力センサ１の感度をさらに向上させることができると
いう効果を奏する。
ム２の中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面及び端部のピ
エゾ抵抗３の部位の裏面に溝構造を形成するようにした
ので、ダイヤフラム２の中央部のピエゾ抵抗３の部位及
び、端部のピエゾ抵抗３の部位に応力が集中して半導体
圧力センサ１の感度をさらに向上させることができると
いう効果を奏する。
【００１９】図３（ａ）は本発明の第３の実施の形態の
半導体圧力センサを示す断面図である。基本構成は第１
の実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、ダイ
ヤフラム２の上面の中央部に溝構造６ｃを形成するとと
もにピエゾ抵抗３をこの溝構造６ｃに形成する。この構
成において圧力が印加されるとダイヤフラム２の中央部
が局所的に撓むようになる。この圧力印加時のダイヤフ
ラム２の応力分布を図３（ｂ）に示す。また従来例の応
力分布を破線で示す。第１の実施の形態と同様に、ダイ
ヤフラム２の中央部において、下方（引張り方向）への
応力集中が見られる。よって、中央に位置するピエゾ抵
抗３の感度を向上させることができる。すなわち半導体
圧力センサ１の感度を向上させることができる。
半導体圧力センサを示す断面図である。基本構成は第１
の実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、ダイ
ヤフラム２の上面の中央部に溝構造６ｃを形成するとと
もにピエゾ抵抗３をこの溝構造６ｃに形成する。この構
成において圧力が印加されるとダイヤフラム２の中央部
が局所的に撓むようになる。この圧力印加時のダイヤフ
ラム２の応力分布を図３（ｂ）に示す。また従来例の応
力分布を破線で示す。第１の実施の形態と同様に、ダイ
ヤフラム２の中央部において、下方（引張り方向）への
応力集中が見られる。よって、中央に位置するピエゾ抵
抗３の感度を向上させることができる。すなわち半導体
圧力センサ１の感度を向上させることができる。
【００２０】このように本実施の形態では、ダイヤフラ
ム２の上面の中央部のピエゾ抵抗３の部位に溝構造を形
成するようにしたので、ダイヤフラム２の中央部のピエ
ゾ抵抗３の部位に応力が集中して半導体圧力センサ１の
感度を向上させることができるという効果を奏する。ま
た、溝構造６ｃに直接中央のピエゾ抵抗３を形成するの
で、両者の位置合せ精度が上がるという効果を奏する。
ム２の上面の中央部のピエゾ抵抗３の部位に溝構造を形
成するようにしたので、ダイヤフラム２の中央部のピエ
ゾ抵抗３の部位に応力が集中して半導体圧力センサ１の
感度を向上させることができるという効果を奏する。ま
た、溝構造６ｃに直接中央のピエゾ抵抗３を形成するの
で、両者の位置合せ精度が上がるという効果を奏する。
【００２１】図４は本発明の第４の実施の形態として、
半導体圧力センサの第１の製造方法を示す工程図であ
る。ｎ型（面方位１１０）のシリコン基板１ａの所望の
領域にｐ型不純物を注入することにより、ピエゾ抵抗３
を形成する。このとき、ピエゾ抵抗３は、後工程で形成
するダイヤフラム２の中央部及び端部に位置するように
形成する（ａ）。次にシリコン基板１ａを熱酸化して、
シリコン基板１ａの上面及び下面に酸化膜７を形成する
（ｂ）。次に、さらにシリコン基板１ａの上面及び下面
にＣＶＤ法（化学気相成長法）等を用いて窒化膜８を形
成する（ｃ）。次にシリコン基板１ａ下面において次工
程でダイヤフラム２の中央部となる領域の酸化膜７及び
窒化膜８をエッチング除去する。このときのエッチング
除去された開口の幅は、次工程で行われる異方性エッチ
ングにより逆Ｖ字（図面上）のエッチング形状を形成し
たとき、頂点部（最肉薄部）が所望の厚さとなるように
設計する（ｄ）。次に、前工程で形成した開口部より異
方性エッチングを行い逆Ｖ字形状のエッチング形状を形
成する。尚、この逆Ｖ字の頂点部が溝構造６となる
（ｅ）。次に、シリコン基板１ａ下面において次工程で
ダイヤフラム２となる領域の酸化膜７及び窒化膜８をエ
ッチング除去して開口部を広げる（ｆ）。次に、前工程
で形成した開口部より異方性エッチングを行いダイヤフ
ラム２を形成する（ｇ）。
半導体圧力センサの第１の製造方法を示す工程図であ
る。ｎ型（面方位１１０）のシリコン基板１ａの所望の
領域にｐ型不純物を注入することにより、ピエゾ抵抗３
を形成する。このとき、ピエゾ抵抗３は、後工程で形成
するダイヤフラム２の中央部及び端部に位置するように
形成する（ａ）。次にシリコン基板１ａを熱酸化して、
シリコン基板１ａの上面及び下面に酸化膜７を形成する
（ｂ）。次に、さらにシリコン基板１ａの上面及び下面
にＣＶＤ法（化学気相成長法）等を用いて窒化膜８を形
成する（ｃ）。次にシリコン基板１ａ下面において次工
程でダイヤフラム２の中央部となる領域の酸化膜７及び
窒化膜８をエッチング除去する。このときのエッチング
除去された開口の幅は、次工程で行われる異方性エッチ
ングにより逆Ｖ字（図面上）のエッチング形状を形成し
たとき、頂点部（最肉薄部）が所望の厚さとなるように
設計する（ｄ）。次に、前工程で形成した開口部より異
方性エッチングを行い逆Ｖ字形状のエッチング形状を形
成する。尚、この逆Ｖ字の頂点部が溝構造６となる
（ｅ）。次に、シリコン基板１ａ下面において次工程で
ダイヤフラム２となる領域の酸化膜７及び窒化膜８をエ
ッチング除去して開口部を広げる（ｆ）。次に、前工程
で形成した開口部より異方性エッチングを行いダイヤフ
ラム２を形成する（ｇ）。
【００２２】以上の製造方法によれば、ダイヤフラム２
中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面に溝構造６が形成さ
れることになり、第１の実施の形態（図１）を実現する
ことができる。
中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面に溝構造６が形成さ
れることになり、第１の実施の形態（図１）を実現する
ことができる。
【００２３】このように第１の製造方法では、異方性エ
ッチングを２回行うことで溝構造６を形成するので、容
易に安価な工程により本発明の半導体圧力センサ１の構
造を実現することができるいう効果を奏する。
ッチングを２回行うことで溝構造６を形成するので、容
易に安価な工程により本発明の半導体圧力センサ１の構
造を実現することができるいう効果を奏する。
【００２４】図５は本発明の第５の実施の形態として、
半導体圧力センサの第２の製造方法を示す工程図であ
る。ｎ型（面方位１１０）シリコン基板１ａを熱酸化し
て、シリコン基板１ａの上面及び下面に酸化膜７を形成
する（ａ）。次に、さらにシリコン基板１ａの上面及び
下面にＣＶＤ法等を用いて窒化膜８を形成する。次にシ
リコン基板１ａ上面において後工程で形成するダイヤフ
ラム２の中央部となる領域の酸化膜７及び窒化膜８をエ
ッチング除去する（ｃ）。次に、前工程で形成した開口
部より異方性エッチングを行い溝構造６ｃを形成する。
このときのエッチング量（溝構造６ｃの深さ）は、後工
程で形成するダイヤフラム２に対して所望の厚さとなる
ように決定する（ｄ）。次に、シリコン基板１ａの上面
及び下面の酸化膜７及び窒化膜８を全てエッチング除去
する（ｅ）。次に、シリコン基板１ａ上面を別途酸化膜
７のパターンを形成し、その酸化膜７をマスクとして、
所望の領域にｐ型不純物を注入することにより、ピエゾ
抵抗３を形成する。ピエゾ抵抗３は、後工程で形成する
ダイヤフラム２の中央部及び端部に位置するように形成
する。特に中央部のピエゾ抵抗３は前工程で形成された
溝構造６内に形成する（ｆ）。シリコン基板１ａを再度
熱酸化して、シリコン基板上面及び下面に酸化膜７を形
成する（ｇ）。次に、さらにシリコン基板１ａ上面及び
下面にＣＶＤ法等を用いて窒化膜８を形成する（ｈ）。
次にシリコン基板１ａ下面において次工程でダイヤフラ
ム２となる領域の酸化膜７及び窒化膜８をエッチング除
去して開口部を形成する（ｉ）。次に、前工程で形成し
た開口部より異方性エッチングを行いダイヤフラム２を
形成する（ｊ）。
半導体圧力センサの第２の製造方法を示す工程図であ
る。ｎ型（面方位１１０）シリコン基板１ａを熱酸化し
て、シリコン基板１ａの上面及び下面に酸化膜７を形成
する（ａ）。次に、さらにシリコン基板１ａの上面及び
下面にＣＶＤ法等を用いて窒化膜８を形成する。次にシ
リコン基板１ａ上面において後工程で形成するダイヤフ
ラム２の中央部となる領域の酸化膜７及び窒化膜８をエ
ッチング除去する（ｃ）。次に、前工程で形成した開口
部より異方性エッチングを行い溝構造６ｃを形成する。
このときのエッチング量（溝構造６ｃの深さ）は、後工
程で形成するダイヤフラム２に対して所望の厚さとなる
ように決定する（ｄ）。次に、シリコン基板１ａの上面
及び下面の酸化膜７及び窒化膜８を全てエッチング除去
する（ｅ）。次に、シリコン基板１ａ上面を別途酸化膜
７のパターンを形成し、その酸化膜７をマスクとして、
所望の領域にｐ型不純物を注入することにより、ピエゾ
抵抗３を形成する。ピエゾ抵抗３は、後工程で形成する
ダイヤフラム２の中央部及び端部に位置するように形成
する。特に中央部のピエゾ抵抗３は前工程で形成された
溝構造６内に形成する（ｆ）。シリコン基板１ａを再度
熱酸化して、シリコン基板上面及び下面に酸化膜７を形
成する（ｇ）。次に、さらにシリコン基板１ａ上面及び
下面にＣＶＤ法等を用いて窒化膜８を形成する（ｈ）。
次にシリコン基板１ａ下面において次工程でダイヤフラ
ム２となる領域の酸化膜７及び窒化膜８をエッチング除
去して開口部を形成する（ｉ）。次に、前工程で形成し
た開口部より異方性エッチングを行いダイヤフラム２を
形成する（ｊ）。
【００２５】以上の製造方法によれば、ダイヤフラム２
の上面の中央部のピエゾ抵抗３の部位に溝構造６が形成
されることになり、第３の実施の形態（図３）を実現す
ることができる。
の上面の中央部のピエゾ抵抗３の部位に溝構造６が形成
されることになり、第３の実施の形態（図３）を実現す
ることができる。
【００２６】このように第２の製造方法では、シリコン
基板１ａ上面に異方性エッチングを行うことで溝構造６
ｃを形成するので、容易に安価な工程により本発明の半
導体圧力センサ１の構造を実現することができるいう効
果を奏する。また溝構造６ｃ内にピエゾ抵抗３を形成す
るので、溝構造６ｃと中央のピエゾ抵抗３が同一箇所と
なり、感度特性のばらつきを抑えることができるという
効果を奏する。
基板１ａ上面に異方性エッチングを行うことで溝構造６
ｃを形成するので、容易に安価な工程により本発明の半
導体圧力センサ１の構造を実現することができるいう効
果を奏する。また溝構造６ｃ内にピエゾ抵抗３を形成す
るので、溝構造６ｃと中央のピエゾ抵抗３が同一箇所と
なり、感度特性のばらつきを抑えることができるという
効果を奏する。
【００２７】図６は本発明の第６の実施の形態の半導体
圧力センサを示す断面図である。本実施の形態では、ダ
イヤフラム２の上面の中央部及び端部のピエゾ抵抗３の
部位を除くダイヤフラム２表面上に弾性を有する薄膜と
して窒化膜９を形成する。尚、ダイヤフラム２の上面
に、窒化膜９が形成されている場合は、該当領域の厚み
が他の領域よりも厚くなるように窒化膜９を形成するこ
とになる。この構成において圧力が印加されると、窒化
膜９が形成されている箇所は、窒化膜９の弾性によりダ
イヤフラム２が撓み難く、窒化膜９が形成されていない
箇所すなわちピエゾ抵抗３の部位においてダイヤフラム
２が局所的に撓むようになる。つまりダイヤフラム２に
発生する応力をピエゾ抵抗３の部位に集中させ、その応
力値を向上させることができる。
圧力センサを示す断面図である。本実施の形態では、ダ
イヤフラム２の上面の中央部及び端部のピエゾ抵抗３の
部位を除くダイヤフラム２表面上に弾性を有する薄膜と
して窒化膜９を形成する。尚、ダイヤフラム２の上面
に、窒化膜９が形成されている場合は、該当領域の厚み
が他の領域よりも厚くなるように窒化膜９を形成するこ
とになる。この構成において圧力が印加されると、窒化
膜９が形成されている箇所は、窒化膜９の弾性によりダ
イヤフラム２が撓み難く、窒化膜９が形成されていない
箇所すなわちピエゾ抵抗３の部位においてダイヤフラム
２が局所的に撓むようになる。つまりダイヤフラム２に
発生する応力をピエゾ抵抗３の部位に集中させ、その応
力値を向上させることができる。
【００２８】このように、ピエゾ抵抗３の部位を除くダ
イヤフラム２表面上に弾性を有する薄膜として窒化膜９
を形成するようにしたので、ピエゾ抵抗３の部位に応力
が集中して、半導体圧力センサ１の感度を向上させるこ
とができるという効果を奏する。
イヤフラム２表面上に弾性を有する薄膜として窒化膜９
を形成するようにしたので、ピエゾ抵抗３の部位に応力
が集中して、半導体圧力センサ１の感度を向上させるこ
とができるという効果を奏する。
【００２９】図７は本発明の第７の実施の形態の半導体
圧力センサを示す断面図である。本実施の形態では、ダ
イヤフラム２の上面の中央部及び端部のピエゾ抵抗３の
部位を除くダイヤフラム２表面上に弾性を有する薄膜と
して窒化膜９を形成する。さらに中央のピエゾ抵抗３部
位の裏面部に溝構造６を形成したものである。すなわち
第１の実施の形態と第６の実施の形態を複合した構成と
なる。この構成において圧力が印加されると、窒化膜９
が形成されている箇所は、窒化膜９の弾性によりダイヤ
フラム２が撓み難く、窒化膜９が形成されていない箇所
すなわちピエゾ抵抗３の部位においてダイヤフラム２が
局所的に撓むようになる。さらに中央部のピエゾ抵抗３
の部位の裏面部は溝構造６が形成されているため、より
応力が集中されることになる。つまりダイヤフラム２に
発生する応力をピエゾ抵抗３の部位に集中させ、さらに
中央部のピエゾ抵抗３にはより高い応力を集中させるこ
とができる。
圧力センサを示す断面図である。本実施の形態では、ダ
イヤフラム２の上面の中央部及び端部のピエゾ抵抗３の
部位を除くダイヤフラム２表面上に弾性を有する薄膜と
して窒化膜９を形成する。さらに中央のピエゾ抵抗３部
位の裏面部に溝構造６を形成したものである。すなわち
第１の実施の形態と第６の実施の形態を複合した構成と
なる。この構成において圧力が印加されると、窒化膜９
が形成されている箇所は、窒化膜９の弾性によりダイヤ
フラム２が撓み難く、窒化膜９が形成されていない箇所
すなわちピエゾ抵抗３の部位においてダイヤフラム２が
局所的に撓むようになる。さらに中央部のピエゾ抵抗３
の部位の裏面部は溝構造６が形成されているため、より
応力が集中されることになる。つまりダイヤフラム２に
発生する応力をピエゾ抵抗３の部位に集中させ、さらに
中央部のピエゾ抵抗３にはより高い応力を集中させるこ
とができる。
【００３０】このように、ピエゾ抵抗３の部位を除くダ
イヤフラム２表面上に窒化膜９を形成するようにし、さ
らに中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面部に溝構造６を
形成するようにしたので、ピエゾ抵抗３の部位に応力が
集中するとともに、中央部のピエゾ抵抗３により高い応
力が集中し、半導体圧力センサ１の感度をさらに向上さ
せることができるという効果を奏する。尚、溝構造６は
中央部のピエゾ抵抗３の裏面に限定されるものではな
く、他の両端のピエゾ抵抗３の裏面でもよく、また、ダ
イヤフラム２上面のピエゾ抵抗３形成部位に設けるよう
にしてもよい。
イヤフラム２表面上に窒化膜９を形成するようにし、さ
らに中央部のピエゾ抵抗３の部位の裏面部に溝構造６を
形成するようにしたので、ピエゾ抵抗３の部位に応力が
集中するとともに、中央部のピエゾ抵抗３により高い応
力が集中し、半導体圧力センサ１の感度をさらに向上さ
せることができるという効果を奏する。尚、溝構造６は
中央部のピエゾ抵抗３の裏面に限定されるものではな
く、他の両端のピエゾ抵抗３の裏面でもよく、また、ダ
イヤフラム２上面のピエゾ抵抗３形成部位に設けるよう
にしてもよい。
【００３１】なお、以上の実施の形態においては、面方
位が（１１０）のシリコン基板をもとに半導体圧力セン
サ１の構成について記したが、面方位が（１００）のシ
リコン基板に適用することも考えられ、面方位を限定す
るものではない。また、溝構造６をピエゾ抵抗３の部位
とその裏面の両方に設けてもよく、製造方法において、
第４の実施の形態（第１の製造方法）と第５の実施の形
態（第２の製造方法）とを組み合わせて、ダイヤフラム
２の両面に溝構造６を形成するようにしてもよい。
位が（１１０）のシリコン基板をもとに半導体圧力セン
サ１の構成について記したが、面方位が（１００）のシ
リコン基板に適用することも考えられ、面方位を限定す
るものではない。また、溝構造６をピエゾ抵抗３の部位
とその裏面の両方に設けてもよく、製造方法において、
第４の実施の形態（第１の製造方法）と第５の実施の形
態（第２の製造方法）とを組み合わせて、ダイヤフラム
２の両面に溝構造６を形成するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１記載の発
明によれば、圧力により変位するダイヤフラムと、該ダ
イヤフラムにダイヤフラムの変位により抵抗値の変化す
るピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化をも
とに圧力を検知する半導体圧力センサにおいて、ダイヤ
フラム面のピエゾ抵抗形成部位もしくは該ピエゾ抵抗形
成部位の裏面部の少なくともいずれかに溝構造を形成す
るようにしたので、ダイヤフラム面のピエゾ抵抗形成部
位もしくは該ピエゾ抵抗形成部位の裏面部に応力が集中
し、高い感度の半導体圧力センサが提供できた。
明によれば、圧力により変位するダイヤフラムと、該ダ
イヤフラムにダイヤフラムの変位により抵抗値の変化す
るピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化をも
とに圧力を検知する半導体圧力センサにおいて、ダイヤ
フラム面のピエゾ抵抗形成部位もしくは該ピエゾ抵抗形
成部位の裏面部の少なくともいずれかに溝構造を形成す
るようにしたので、ダイヤフラム面のピエゾ抵抗形成部
位もしくは該ピエゾ抵抗形成部位の裏面部に応力が集中
し、高い感度の半導体圧力センサが提供できた。
【００３３】請求項２記載の発明においては、前記ピエ
ゾ抵抗形成部位及び前記溝構造形成部位がダイヤフラム
の中央部もしくは端部の少なくともいずれかであるよう
にしたので、さらに感度を向上させることができるとと
もに、ピエゾ抵抗の配置に自在に適用することができる
いう効果を奏する。
ゾ抵抗形成部位及び前記溝構造形成部位がダイヤフラム
の中央部もしくは端部の少なくともいずれかであるよう
にしたので、さらに感度を向上させることができるとと
もに、ピエゾ抵抗の配置に自在に適用することができる
いう効果を奏する。
【００３４】請求項３記載の発明においては、基板の一
方の面の所望の領域にピエゾ抵抗を形成する工程と、前
記基板の他方の面をエッチングしてダイヤフラムを形成
する工程を有する半導体圧力センサの製造方法におい
て、前記ダイヤフラムを形成する工程で、第１のエッチ
ングで溝構造を形成し、第２のエッチングでダイヤフラ
ムを形成するようにしたので、容易に安価な工程により
本発明の半導体圧力センサの構造を実現することができ
るいう効果を奏する。
方の面の所望の領域にピエゾ抵抗を形成する工程と、前
記基板の他方の面をエッチングしてダイヤフラムを形成
する工程を有する半導体圧力センサの製造方法におい
て、前記ダイヤフラムを形成する工程で、第１のエッチ
ングで溝構造を形成し、第２のエッチングでダイヤフラ
ムを形成するようにしたので、容易に安価な工程により
本発明の半導体圧力センサの構造を実現することができ
るいう効果を奏する。
【００３５】請求項４記載の発明においては、基板の一
方の面の所望の領域にピエゾ抵抗を形成する工程と、前
記基板の他方の面をエッチングしてダイヤフラムを形成
する工程を有する半導体圧力センサの製造方法におい
て、前記ピエゾ抵抗を形成する工程で、ピエゾ抵抗形成
前にエッチングで溝構造を形成し、次に該溝構造にピエ
ゾ抵抗を形成するようにしたので、容易に安価な工程に
より本発明の半導体圧力センサの別の構造を実現するこ
とができるいう効果を奏する。
方の面の所望の領域にピエゾ抵抗を形成する工程と、前
記基板の他方の面をエッチングしてダイヤフラムを形成
する工程を有する半導体圧力センサの製造方法におい
て、前記ピエゾ抵抗を形成する工程で、ピエゾ抵抗形成
前にエッチングで溝構造を形成し、次に該溝構造にピエ
ゾ抵抗を形成するようにしたので、容易に安価な工程に
より本発明の半導体圧力センサの別の構造を実現するこ
とができるいう効果を奏する。
【００３６】請求項５記載の発明においては、圧力によ
り変位するダイヤフラムと、該ダイヤフラムにダイヤフ
ラムの変位により抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有し
て、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化をもとに圧力を検知する
半導体圧力センサにおいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵
抗形成部位を除く領域に、弾性を有する薄膜を形成する
ようにしたので、ピエゾ抵抗３の部位に応力が集中し
て、半導体圧力センサの感度を向上させることができる
という効果を奏する。
り変位するダイヤフラムと、該ダイヤフラムにダイヤフ
ラムの変位により抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有し
て、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化をもとに圧力を検知する
半導体圧力センサにおいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵
抗形成部位を除く領域に、弾性を有する薄膜を形成する
ようにしたので、ピエゾ抵抗３の部位に応力が集中し
て、半導体圧力センサの感度を向上させることができる
という効果を奏する。
【００３７】請求項６記載の発明においては、圧力によ
り変位するダイヤフラムと、該ダイヤフラムにダイヤフ
ラムの変位により抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有し
て、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化をもとに圧力を検知する
半導体圧力センサにおいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵
抗形成部位もしくは該ピエゾ抵抗形成部位の裏面部の少
なくともいずれかに溝構造を形成し、さらにピエゾ抵抗
形成部位及び溝構造形成部位を除く領域に、弾性を有す
る薄膜を形成するようにしたので、半導体圧力センサの
感度をさらに向上させることができるという効果を奏す
る。
り変位するダイヤフラムと、該ダイヤフラムにダイヤフ
ラムの変位により抵抗値の変化するピエゾ抵抗を有し
て、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化をもとに圧力を検知する
半導体圧力センサにおいて、ダイヤフラム面のピエゾ抵
抗形成部位もしくは該ピエゾ抵抗形成部位の裏面部の少
なくともいずれかに溝構造を形成し、さらにピエゾ抵抗
形成部位及び溝構造形成部位を除く領域に、弾性を有す
る薄膜を形成するようにしたので、半導体圧力センサの
感度をさらに向上させることができるという効果を奏す
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体圧力センサ
を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は圧力印加時
のダイヤフラムの応力分布を示す図である。
を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は圧力印加時
のダイヤフラムの応力分布を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の半導体圧力センサ
を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は圧力印加時
のダイヤフラムの応力分布を示す図である。
を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は圧力印加時
のダイヤフラムの応力分布を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の半導体圧力センサ
を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は圧力印加時
のダイヤフラムの応力分布を示す図である。
を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は圧力印加時
のダイヤフラムの応力分布を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態として、半導体圧力
センサの第１の製造方法を示す工程図である。
センサの第１の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態として、半導体圧力
センサの第２の製造方法を示す工程図である。
センサの第２の製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態の半導体圧力センサ
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図７】本発明の第７の実施の形態の半導体圧力センサ
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図８】従来の半導体圧力センサを示す図であり、
（ａ）は断面図、（ｂ）は圧力印加時のダイヤフラムの
応力分布を示す図である。
（ａ）は断面図、（ｂ）は圧力印加時のダイヤフラムの
応力分布を示す図である。
１ 半導体圧力センサ（チップ部） １ａ シリコン基板 ２ ダイヤフラム ３ ピエゾ抵抗 ４ ガラス台座 ５ 圧力導入孔 ６ 溝構造 ７ 酸化膜 ８ 窒化膜 ９ 弾性薄膜（窒化膜）
フロントページの続き (72)発明者 青木 亮 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14 FF11 GG01 GG15 4M112 AA01 BA01 CA03 CA05 CA16 DA02 DA06 DA10 DA11 EA03 EA06 EA07 FA01
Claims (6)
- 【請求項１】 圧力により変位するダイヤフラムと、該
ダイヤフラムにダイヤフラムの変位により抵抗値の変化
するピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化を
もとに圧力を検知する半導体圧力センサにおいて、ダイ
ヤフラム面のピエゾ抵抗形成部位もしくは該ピエゾ抵抗
形成部位の裏面部の少なくともいずれかに溝構造を形成
したことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項２】 前記ピエゾ抵抗形成部位及び前記溝構造
形成部位がダイヤフラムの中央部もしくは端部の少なく
ともいずれかであることを特徴とする請求項１記載の半
導体圧力センサ。 - 【請求項３】 基板の一方の面の所望の領域にピエゾ抵
抗を形成する工程と、前記基板の他方の面をエッチング
してダイヤフラムを形成する工程を有する半導体圧力セ
ンサの製造方法において、前記ダイヤフラムを形成する
工程で、第１のエッチングで溝構造を形成し、第２のエ
ッチングでダイヤフラムを形成するようにしたことを特
徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサ
の製造方法。 - 【請求項４】 基板の一方の面の所望の領域にピエゾ抵
抗を形成する工程と、前記基板の他方の面をエッチング
してダイヤフラムを形成する工程を有する半導体圧力セ
ンサの製造方法において、前記ピエゾ抵抗を形成する工
程で、ピエゾ抵抗形成前にエッチングで溝構造を形成
し、次に該溝構造にピエゾ抵抗を形成するようにしたこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体圧力
センサの製造方法。 - 【請求項５】 圧力により変位するダイヤフラムと、該
ダイヤフラムにダイヤフラムの変位により抵抗値の変化
するピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化を
もとに圧力を検知する半導体圧力センサにおいて、ダイ
ヤフラム面のピエゾ抵抗形成部位を除く領域に、弾性を
有する薄膜を形成することを特徴とする半導体圧力セン
サ。 - 【請求項６】 圧力により変位するダイヤフラムと、該
ダイヤフラムにダイヤフラムの変位により抵抗値の変化
するピエゾ抵抗を有して、該ピエゾ抵抗の抵抗値変化を
もとに圧力を検知する半導体圧力センサにおいて、ダイ
ヤフラム面のピエゾ抵抗形成部位もしくは該ピエゾ抵抗
形成部位の裏面部の少なくともいずれかに溝構造を形成
し、さらにピエゾ抵抗形成部位及び溝構造形成部位を除
く領域に、弾性を有する薄膜を形成することを特徴とす
る半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33467999A JP2001153742A (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 半導体圧力センサとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33467999A JP2001153742A (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 半導体圧力センサとその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001153742A true JP2001153742A (ja) | 2001-06-08 |
Family
ID=18280036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33467999A Pending JP2001153742A (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 半導体圧力センサとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001153742A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54162985A (en) * | 1978-06-14 | 1979-12-25 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor pressure transducer |
| JPS6255140U (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-06 | ||
| JPH07128363A (ja) * | 1993-11-02 | 1995-05-19 | Hitachi Ltd | 単結晶基板構造体およびその製造方法 |
| JPH1073503A (ja) * | 1996-08-30 | 1998-03-17 | Matsushita Electric Works Ltd | 圧力センサ |
| JPH10209113A (ja) * | 1997-01-27 | 1998-08-07 | Seiko Epson Corp | 単結晶シリコン基板の溝形成方法 |
-
1999
- 1999-11-25 JP JP33467999A patent/JP2001153742A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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