JP2009049026A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成、ダイヤフラム部の厚さの制御等も容易で、高歩留まり、低コスト、かつ温度依存性が低く、高感度の半導体圧力センサを提供する。
【解決手段】複数のショットキーバリアダイオードが半導体基板１７に、分散して形成されている。各ショットキーバリアダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、バリア膜、電極、半導体基板で構成されている。バリア膜１、３、５、７と半導体基板１７とを接触させることで、半導体基板１７側の接触面に空乏層が生じ、ショットキー障壁が発生する。このショットキー接合部分が、半導体基板１７におけるダイヤフラム領域１８に含まれており、圧力を感知する領域となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧力を感知するために用いられる半導体圧力センサに関する。

近年、半導体集積回路の製作に用いられる半導体微細加工技術を生かして、物理的な動きをする超小型の機械（マイクロマシン）を製作する、マイクロマシニングと呼ばれる技術が脚光を浴びており、このマイクロマシニングを生かして半導体圧力センサ等の半導体センサの開発が進んでいる。半導体圧力センサは、自動車、家庭電化製品、工業計測機器等に広範囲に使用されている。

半導体圧力センサでは、主にシリコンダイヤフラム型圧力センサが用いられている。この圧力センサでは、シリコンにホウ素を選択的に拡散させ、拡散抵抗体を形成し、拡散抵抗体のピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出している。図１６は、従来のピエゾ抵抗効果型の半導体圧力センサの構造を示すものであり、（ａ）は縦断面構造、（ｂ）は平面構造を示す。

図１６の半導体チップ５０は、シリコン（Ｓｉ）からなり、略平板状の形状を有する。半導体チップ５０は、台座５２を残して、テーパー部５３が形成されるように中央部に円錐台形状の開口穴が作成され、半導体チップ５０の中央部分には、薄肉化した直径Ｗのダイヤフラム部（弾性部）５４が形成されている。ダイヤフラム部５４の上面には、ピエゾ効果を有する拡散抵抗体５１が形成されている。

この半導体圧力センサで圧力を検出する際には、半導体チップ５０の下部からダイヤフラム部５４に向けて圧力を導入する。この圧力により、ダイヤフラム部５４に凹凸変形が生じ、この凹凸変形により拡散抵抗体５１が伸縮し（歪み）、シリコン結晶の原子間距離が変化して拡散抵抗体５１の抵抗値が変わるという、いわゆるピエゾ効果を利用して抵抗値の変化から圧力を検出している。
特開平６−１６３９４１号公報 特開平５−３４０８２８号公報

上記従来の半導体圧力センサでは、ピエゾ抵抗効果は微小であるのに対し、シリコンは温度変化による抵抗変化も大きいため、４つの拡散抵抗体５１をブリッジ結合して信号を取り出す方式を用いている。また、ダイヤフラム部５４の厚さｔは、上下の圧力差により敏感に凹凸変形するように、通常約２０μｍ以下の薄膜としており、このダイヤフラム部５４を形成するためにアルカリエッチング等を行うが、一定の精度に制御することが難しいので、歩留まりが悪く、コストもかかっていた。

さらに、温度変化による零点のずれ補償や出力感知のずれ補償、ダイヤフラム部の厚さのバラツキから生ずる出力感度の差異調整を行うために、外付け抵抗を設ける必要があった。以上の理由により、製造工程数が増え、リードタイムやコストが増大していた。

ところで、半導体圧力センサの感度Ｓは、Ｓ＝Ａ×（Ｗ／ｔ）^２と表される。ここで、Ａは比例定数である。したがって、感度Ｓを向上させるためには、ダイヤフラム部５４の厚さｔはできるだけ薄く、ダイヤフラム部５４の直径Ｗは、できるだけ大きくする必要がある。

しかし、ダイヤフラム部５４の厚さｔを一層薄くする場合には、上述したように、一定の精度に制御することがより困難になり、薄くするのにも限界が発生する。また、近年、半導体圧力センサへの小型化の要請は強く、直径Ｗを大きくすることは実質的に不可能である。以上のように半導体圧力センサの感度を向上させることが容易ではなかった。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、簡単な構成、ダイヤフラム部の厚さの制御等も容易で、高歩留まり、低コスト、かつ温度依存性が低く、高感度の半導体圧力センサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ダイヤフラムの歪みにより圧力を検出する半導体圧力センサであって、前記ダイヤフラムにはショットキー接合部が複数分散配置されていることを特徴とする半導体圧力センサである。

また、請求項２記載の発明は、前記ショットキー接合部が、半導体にバリア膜を接触させて形成していることを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサである。

また、請求項３記載の発明は、前記ショットキー接合部が、ホイートストンブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の半導体圧力センサである。

また、請求項４記載の発明は、前記半導体に形成された電極と、前記バリア膜と、前記半導体とでショットキーバリアダイオードを構成していることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の半導体圧力センサである。

また、請求項５記載の発明は、前記ショットキーバリアダイオードに順方向電流を流し、ショットキー接合部の抵抗値の変化により圧力を検出することを特徴とする請求項４記載の半導体圧力センサである。

また、請求項６記載の発明は、前記ショットキーバリアダイオードのアノード側又はカソード側と接続されるパッド電極を備えたことを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれか１項に記載の半導体圧力センサである。

本発明によれば、圧力の感知部分にショットキー接合を用いることで高感度にすることができる。また、複数のショットキー接合部がダイヤフラムに分散して形成されているので、ダイヤフラムのたわみのムラによって発生する応力分布の非対称性の影響を低減することができる。また、圧力の検出にショットキーバリアダイオードの順方向特性を用いているため、温度依存性が低いセンサとすることができる。さらに、ショットキー接合部を複数用いることで、１つのショットキー接合部を用いるよりも感度を向上させることができ、ダイヤフラムの厚さを厚くしても高感度を保つことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による半導体圧力センサの構造を示し、図１は平面図を、図２は側面図を示す。

本発明の半導体圧力センサは、複数のショットキーバリアダイオードがｎ型又はｐ型の半導体基板１７に、分散して形成されている。Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４はショットキーバリアダイオードを示し、各ショットキーバリアダイオードは、バリア膜、電極、半導体基板で構成されている。

ショットキーバリアダイオードＤ１は、バリア膜１と電極２と半導体基板１７とで、ショットキーバリアダイオードＤ２は、バリア膜３と電極４と半導体基板１７とで、ショットキーバリアダイオードＤ３は、バリア膜５と電極６と半導体基板１７とで、ショットキーバリアダイオードＤ４は、バリア膜７と電極８と半導体基板１７とで構成されている。図からわかるように、各電極２、４、６、８は、バリア膜を囲むようにして、半円形状に形成されている。各ショットキーバリアダイオードにおいて、金属で構成されるバリア膜１、３、５、７と半導体基板１７とを接触させることで、半導体基板１７側の接触面に空乏層が生じ、ショットキー障壁が発生する。

上記のように各バリア膜１、３、５、７と半導体基板１７とが接触して形成されている各ショットキー接合部分が、半導体基板１７におけるダイヤフラム領域１８（図の点線で囲まれた領域）に含まれており、圧力を感知する領域となる。ダイヤフラム領域１８以外の部分は、後述するように、例えば図１２のように台座部を設けるようにしても良い。また、図１５のように台座部を形成せずに、ダイヤフラム領域１８に適合する内径を有する圧力導入管に直接接合するようにしても良い。

ショットキー接合を生じさせるためには、半導体基板１７にｎ型半導体基板を用いる場合には、各バリア膜１、３、５、７の仕事関数がｎ型の半導体基板１７の仕事関数よりも大きくなるように、各バリア膜とｎ型の半導体基板１７の材料を選ぶようにする必要がある。例えば、バリア膜は、Ｐｔ等のバリアメタルとＡｌ等の金属の複合膜が用いられ、ｎ型の半導体基板１７にはｎ型不純物がドープされたシリコン基板等が用いられる。なお、バリアメタルとなる材料としては、Ｐｔ以外に、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｐｄ、Ａｕ等がある。この場合、各バリア膜はアノード（正電極）側になり、電極２、４、６、８の各電極はカソード（負電極）側となる。

一方、半導体基板１７としてｎ型半導体基板の替りにｐ型半導体基板を用いても良く、この場合にはｐ型半導体基板の仕事関数がバリア膜の仕事関数よりも大きくなるように材料を選んでショットキー接合を形成するようにする。この場合は、各バリア膜はカソード（負電極）側となり、各電極はアノード（正電極）側となる。

各電極２、４、６、８は、半導体基板１７に不純物濃度を非常に高めたｎ＋拡散層又はｐ＋拡散層を形成することにより作製される。ｎ型の半導体基板１７を用いる場合には、電極２、４、６、８は、ｎ＋拡散層で構成される。

本実施例では、ｎ型の半導体基板１７とし、電極２、４、６、８は、ｎ＋拡散層で構成されたものとして説明する。この場合、カソード電極としての電極２、４、６、８と、対応するアノード電極としてのバリア膜１、３、５、７との間を導通させて順方向電流を流す。

Ｄ１〜Ｄ４の各ショットキーバリアダイオードに順方向電流を流すために、定電流源等を接続する入力端子としてパッド電極１３、１５が設けられている。パッド電極１３は配線９によってバリア膜１、５と接続されている。パッド電極１５は配線１１によって電極４、８と接続されている。また、各ショットキーバリアダイオードに順方向電流を流したときに、順方向電圧変化を取り出せるように、出力端子としてパッド電極１４、１６が設けられている。パッド電極１４は配線１０によって電極２とバリア膜３に接続されている。パッド電極１６は配線１２によって電極６とバリア膜７とに接続されている。なお、配線９、１０、１１、１２とパッド電極１３、１４、１５、１６は各々Ａｌ（アルミニウム）で形成されている。

以上のように構成された半導体圧力センサの大きさは、例えば、長さＬが１．５ｍｍの正方形状とすることができ、比較的小さい圧力センサに形成することができる。

ダイヤフラム領域１８に圧力が導入されると、ダイヤフラム領域１８に歪みが生じるが、この歪みは、各バリア膜１、３、５、７とｎ型半導体基板１７との各ショットキー接合部に歪みを生じさせるので、各ショットキー接合部の抵抗が変化して順方向電圧が変化し、導入された圧力と順方向電圧の変化との関係から圧力を検知することができる。

ところで、本発明の半導体圧力センサは、ダイヤフラム領域１８にショットキー接合部を１つだけではなく、複数分散配置させた構成となっている。このようにすることで、後述するように、１つのショットキー接合部を備えた半導体圧力センサよりも感度を大きくすることができる。

例えば、図５は、図１の構成に対応させてショットキーバリアダイオードが４つ形成されている状態を模式的に示したものであるが、圧力が導入されてダイヤフラムに歪みが発生すると、ダイヤフラムの中央部付近に形成されているショットキーバリアダイオードＤ２、Ｄ３に対応するショットキー接合部には引張応力が働き、ダイヤフラムの周辺部に形成されているショットキーバリアダイオードＤ１、Ｄ４に対応するショットキー接合部には圧縮応力が働く。

ショットキーバリアダイオードの順方向電流ＩＦと順方向出力電圧ＶＦとの間には図６に示すような関係が存在する。ここで、圧縮応力と引張応力の力の大きさはほぼ同じであるとする。圧力がかからずに、ショットキー接合部に歪みが生じていない時点では、実線で記載された初期特性（イニシャル）を示すが、ショットキー接合部が圧縮応力の作用で縮んだ場合には、破線で表す特性を示し、所定の順方向電流で比較すると、ＶＦはイニシャル時の値よりもΔＶＦだけ小さくなる。

一方、ショットキー接合部が引張応力の作用で伸びた場合には、一点鎖線で表す特性を示し、圧縮応力の場合と同じ順方向電流で比較すると、ＶＦはイニシャル時の値よりもΔＶＦだけ大きくなる。そして、この２つのショットキーバリアダイオードを順方向に直列に接続すれば、その接続点では２ΔＶの変動幅を得ることができる。

したがって、２つのショットキーバリアダイオードをダイヤフラムに形成した場合、一方を引張応力が働く範囲に、他方を圧縮応力が働く範囲に分散配置することにより、感度を最大２倍にすることができる。また、ダイヤフラムの撓みは一様ではなく、ムラが発生するが、ショットキー接合部を分散配置することにより、そのムラの影響を小さくすることができ、安定した出力特性を得ることができる。以上の原理を応用して、分散配置するショットキー接合部の数を増やしていけば、さらに感度を高め、応力のムラの影響を少なくすることができる。

一方、ショットキーバリアダイオードを用いた半導体圧力センサでは、ウエハ（半導体基板１７）の厚さを通常のダイオード素子よりも薄く研削するために、半導体基板１７に割れや欠けが発生する確率が高い。例えば、半導体圧力センサの搬送中や設置時に半導体基板１７で構成されるダイヤフラムが割れたり、圧力の測定回数が多いとダイヤフラムに疲労破壊が生じたりする。

ところが、ダイヤフラムの割れや欠けを防ぐために、半導体基板１７の厚さを厚くすると感度が低下してしまうという問題があった。しかし、本発明のように、ショットキー接合部をダイヤフラムに分散配置することで、１つのショットキー接合部を備えた半導体圧力センサよりも感度を２倍以上に高めることが可能になるので、半導体基板１７の厚さを厚くしても、感度を高く維持することができ、ダイヤフラムの割れや欠けの発生を抑制することができる。

図１に示す半導体圧力センサは、分散配置するショットキー接合部の数を増やして、４個のショットキー接合部をダイヤフラムに分散配置したものである。

図１ではショットキー接合部を有する４個の各ショットキーバリアダイオードをＤ１〜Ｄ４で表しているが、これを電気回路として表せば、図３の回路と等価になる。入力端子であるパッド電極１３を正極、パッド電極１５を負極にして、電源電圧（動作電流）を入力し、出力端子であるパッド電極１４とパッド電極１６との間から出力電圧を取り出す。

図３に示されるように、Ｄ１〜Ｄ４はホイートストンブリッジ回路を形成しており、ショットキーバリアダイオードＤ１〜Ｄ４の各内部抵抗をＲ１〜Ｒ４で表せば、図４の回路と等価になる。入力端子ＩＮ１（パッド電極１３）とＩＮ２（パッド電極１５）との間に
順方向の動作電流が加えられている場合、ショットキーバリアダイオードのショットキー接合部に歪みが生じると、Ｒ１〜Ｒ４が変化するが、このＲ１〜Ｒ４の変化によって発生する電圧差を出力端子、すなわちＯＵＴ２（パッド電極１４）とＯＵＴ１（パッド電極１６）との間から取り出す。

例えば、ショットキーバリアダイオードＤ１〜Ｄ４に、同じ構成のものを用いて、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒとすべての内部抵抗を等しくしておく。ショットキー接合部に歪みが発生していない状態、すなわち初期状態では、ホイートストンブリッジ回路のＯＵＴ１とＯＵＴ２との間の電圧差は０で平衡状態となる。次に、半導体基板１７のダイヤフラム領域１８に圧力が加わり撓みが生じると、Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は変化する。

図５に示したように、ダイヤフラム領域１８の中央部に形成されているＤ２、Ｄ３には引張応力が、ダイヤフラム領域１７の周辺部に形成されているＤ１、Ｄ４には圧縮応力が作用するので、圧縮応力による歪みと引張応力による歪みとが同じ程度であれば、図６に示すように２つのショットキーバリアダイオードでの接続点で２ΔＶＦの電圧差が生じる。したがって、図４のＯＵＴ１では最大−２ΔＶＦの電圧変動となり、一方ＯＵＴ２では、最大＋２ΔＶＦの電圧変動となるので、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間の電圧差は最大で４ΔＶＦとなり、１つのショットキーバリアダイオードによって圧力を感知する場合と比較して最大で４倍の感度となる。

図７は、本発明の半導体圧力センサにおける１つのショットキーバリアダイオードの順方向電流密度（１０^５Ａ／ｍ^２）と順方向出力電圧（ｍＶ）の特性を示す。バリア膜としては、ショットキーのバリアメタルとしてＰｔを用い、この上にＡｌの膜を形成した複合金属膜を用いた。半導体圧力センサの素子温度が−２５℃の場合、２５℃の場合、７５℃の場合の各曲線が示されている。順方向電流ｉＦを増加させていくと、出力電圧ＶＦも増加していき、最初の立ち上がり部分では、特性は異なっているが、順方向電流密度ｉＦが１．３５〜１．４（１０^５Ａ／ｍ^２）の中間点付近で、曲線はほぼ一致し、素子温度が異なっていてもほぼ一致した軌跡を描く。素子温度を変化させた場合に、ＶＦ−ｉＦ曲線が交わり、一致する領域をゼロクロスポイントと呼ぶ。

ゼロクロスポイントは、温度依存性が非常に小さい高電流密度域であることがわかる。高電流密度域で半導体圧力センサを動作させることで、温度の変化にかかわらず、精度の良い測定を行うことができる。ゼロクロスポイント付近を動作点として動作電流を決定し、定電流源により動作電流を流すようにすれば、温度変化の影響を受けることなく、センサとして正確に動作する。

図８は、従来の拡散抵抗型の半導体圧力センサと、ショットキー接合型の半導体圧力センサとの温度変化による出力電圧変動の比較を示す。図７のグラフにおける素子温度２５℃の出力電圧ＶＦを基準として、１℃当たりの出力電圧の変動を示している。従来の拡散抵抗型であると、動作電流をどこに変化させても、１℃当たりの出力電圧のバラツキは平均して０．２５％程度あるのに対して、ショットキー接合型であると、動作電流を図に示すゼロクロスポイント近辺に設定すると、１℃当たりの出力電圧のバラツキは０．０３％以下に抑えることができ、非常に温度依存性の小さい半導体圧力センサを形成することができる。したがって、従来のように温度補正用の回路等を付加する必要がない。

図１０は、半導体圧力センサのダイヤフラム厚（μｍ）と出力電圧の大きさとの関係を示す。図１のように、４つのショットキーバリアダイオードでホイートストンブリッジ回路を構成した半導体圧力センサをＸ２で表し、図９のように１つのショットキーバリアダイオードで構成された比較用半導体圧力センサをＸ１で表す。図９の比較用半導体圧力センサは、図１と同じ材料を用いて、ショットキーバリアダイオード２０を１つだけ形成して台座部３０を形成した。図１０からもわかるように、Ｘ２とＸ１との感度差は、ダイヤフラム厚によって異なるが、ダイヤフラム厚が約５０μｍ以下になれば、Ｘ２の感度は、Ｘ１の感度の約４倍になっていることが読み取れる。

図１１は、実際に圧力を導入したときの圧力の変化に対する出力電圧の変化を示す。大気圧下における出力電圧を基準とした場合の加圧下における出力電圧変化量ΔＶを縦軸に示す。ショットキー接合型の半導体圧力センサでは、上記ゼロクロスポイントにおける順方向電流を動作電流とし、定電流源でこの順方向電流を一定にし、バリア膜として、ショットキーのバリアメタルとしてＰｔを用い、この上にＡｌの膜を形成した複合金属膜を用いた。本発明の４つのショットキーバリアダイオードを用いた半導体圧力センサをＹ３の曲線で、１つのショットキーバリアダイオードを用いた比較用半導体圧力センサをＹ２の曲線で、従来の拡散抵抗型の半導体圧力センサをＹ３の曲線で示す。Ｙ３はダイヤフラム厚５０μｍ、Ｙ２はダイヤフラム厚５０μｍ、Ｙ１はダイヤフラム厚２０μｍのものが用いられている。また、直線性はＹ３が±０．３５％ＦＳ、Ｙ２が±０．５９％ＦＳ、Ｙ３が±０．６％ＦＳとなった。このように、ダイヤフラム厚を５０μｍとしても、本発明のＹ３の半導体圧力センサが最も高い感度を示し、直線性も最も良いものとなっている。

次に、本発明の半導体圧力センサのダイヤフラムに圧力を加える場合に、図１２のように台座部３１を設けることが多いが、図１３のように台座部を設けずに、半導体圧力センサを圧力導入管上に取り付けた構造とすることができる。台座部を設けた場合よりも素子の高さを低くすることができる。

通常、台座部３１はシリコン基板等を用いて、テーパ−状にくり貫かれた開口部を形成しており、台座部３１と半導体圧力センサとは熱硬化樹脂等からなる接合層３２で接合されている。しかしながら、台座部３１を有する構造であると、台座部を形成した後、半導体圧力センサに接合層３２を介して貼り合せを行う必要があるために、チップコスト上昇、リードタイムが増加するという欠点があった。しかし、図１３のように、台座部を設けず、図１５のように、圧力導入管４１上に直接接合すると、以上の問題が解消される。

また、ダイヤフラム領域、すなわち半導体圧力センサを形成している半導体基板１７の厚さが薄いほど感度が向上するが、台座部３１を形成しないでおくことで、圧力導入側の半導体基板１７の面が接合層３２で覆われることを避けることができ、少しでも感度が劣化することを防止することができる。

図１５は、台座部を設けていない半導体圧力センサを圧力導入管４１上に設けた例を示す。圧力が導入される圧力導入管４１の上端の上に本発明の半導体圧力センサが取り付けられている。圧力導入管４１に形成された圧力導入孔４２から圧力が導入されると、半導体基板が撓み、出力電圧が変化するので、その電圧変化をリード線４６を介してリードピン４７から取り出す。

また、半導体圧力センサは中空部４４を除いて樹脂モールド４３で覆われており、リードピン４７により基台や基板に固定される。中空部４６を設けているのは、仮にセンサ内部がすべて樹脂モールド４３で充填されているとすると、半導体圧力センサのダイヤフラム領域の弾性変形が発生しなくなり、圧力測定ができなくなってしまうからである。

ところで、台座部を有する半導体圧力センサの感度と、台座部を備えていない半導体圧力センサの感度を比較したのが図１４である。図１５のように台座無しの場合は、圧力導入管４１上に直接半導体圧力センサを配置した構造とし、台座有りの場合は、図１５の構成で、半導体圧力センサに図１２の構造のものを用い、圧力が加わるダイヤフラム領域の面積は等しくなるように構成した。その結果、図１４に示すように、台座無しの場合の方が、台座有りの場合と同等ないしは、それ以上の感度特性を得ることができた。

次に、本発明の図１に示された半導体圧力センサの製造方法を以下に説明する。まず、半導体圧力センサにおけるショットキーバリアダイオードＤ１〜Ｄ４の形成方法を説明すると、例えば、ｎ型の半導体基板（第１導電型半導体基板）１７上に厚さ３．３３〜４．０７μｍ、抵抗率０．６３〜０．７７Ω・ｃｍのエピタキシャル層を成長させ、熱酸化膜を９５００Å成長させる。フォトレジスト技術とフッ酸によるエッチングにより選択的に熱酸化膜を除去し、ＰｏＣｌ拡散を１０５０℃で１２０分行い、カソード領域としての各電極２、４、６、８を半導体基板１７の内部に形成する。リンの供給はＰｏＣｌ以外にリンイオン注入で行ってもよい。

次に可動イオンをゲッタリングするのに適度なリンを含むＣＶＤ膜を堆積させ、１０００℃、３０分熱処理して平坦化させる。もちろんリンを含まなくても良い。再びフォトレジスト技術とフッ酸によるエッチングにより選択的にＣＶＤ及び、熱酸化膜を除去する。ショットキーのバリアメタルとなる、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｐｄ、Ａｕ等をスパッタまたは蒸着により堆積させ適当な温度で熱処理し、シリサイドを形成する。バリアメタルの上に互いの拡散バリアとなる適当なメタル層を何層か設け、最上部厚さ２４〜２６ｋÅのＡｌの層を設けてアノード電極となるバリア膜１、３、５、７を形成する。

各電極２、４、６、８のカソード領域の上には、Ａｌによる配線９〜１２がパターニングされるが、カソード領域は不純物濃度を非常に高くしたｎ＋拡散層となっているので、配線９〜１２との接合部分にはショットキー障壁は形成されずオーミック接触となる。そして、配線９〜１２の対応する箇所にパッド電極１３〜１６をＡｌにより形成する。

その上に８０００Åの窒化シリコン膜を減圧、常時またはプラズマＣＶＤ機で堆積させ、フォトリソグラフィーとドライエッチャーでバリア膜１、３、５、７及び電極膜２、４、６、８の領域と素子周辺を選択的に除去する。表面を傷つけない様にテープ等で保護しながら裏面から研磨し、厚さ２０〜１２０μｍにする。仕上げは２０００番仕上げとした。

次に台座部３１を有する場合における台座部の形成方法を説明すると、１×１０^１８ｃｍ^−３以下のＢ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のｎ型不純物を含む（１００）面のシリコンウェハーに８０００Åの窒化シリコン膜を堆積し、フォトリソグラフィーとドライエッチングによって開口部の上側面積に相当する領域を選択的に除去する。表面パターンをテープ等で保護し、裏面から研磨して、厚さ２００〜３００μｍにする。２４ｗｔ％ＫＯＨ水溶液に浸し、開孔部が形成されるまでエッチングする。

上記ショットキーバリアダイオードＤ１〜Ｄ４が形成された半導体基板１７と台座部３１を熱硬化性樹脂からなる接合層３２を用い、１８０〜２００℃の熱を加えて接合すると、図１２の半導体圧力センサが完成する。なお、接合層３２は高強度の接着剤や、ＳＯＩ技術を応用した接合層であっても構わない。

本発明の半導体圧力センサの構造を示す平面図である。 本発明の半導体圧力センサの構造を示す側面図である。 半導体圧力センサのショットキーバリアダイオードの接続構成を示す図である。 図３のショットキーバリアダイオードを内部抵抗の値で置き換えた接続構成を示す図である。 半導体圧力センサ上のショットキーバリアダイオードに作用する応力の種類示す図である。 １つのショットキーバリアダイオードの順方向電流−順方向電圧特性を示す図である。 ショットキーバリアダイオードの温度別の順方向電流−順方向電圧特性を示す図である。 半導体圧力センサの順方向電流力―温度バラツキ特性を示す図である。 １つのショットキーバリアダイオードを用いた半導体圧力センサの構造を示す図である。 半導体圧力センサのダイヤフラム厚と出力電圧との特性を示す図である。 半導体圧力センサの圧力−出力電圧変化特性を示す図である。 台座部を有する半導体圧力センサの構造を示す図である。 台座部が無い半導体圧力センサの構造を示す図である。 台座部が無い半導体圧力センサと台座部を有する半導体圧力センサの感度を比較する図である。 台座部が無い半導体圧力センサを用いたモールドタイプ構造の圧力センサを示す図である。 従来の拡散抵抗型の半導体圧力センサを示す図である。

符号の説明

１ バリア膜
２ 電極
３ バリア膜
４ 電極
５ バリア膜
６ 電極
７ バリア膜
８ 電極
９〜１２ 配線
１３〜１６ パッド電極
１７ ｎ型半導体基板
１８ ダイヤフラム領域

Claims (6)

1. ダイヤフラムの歪みにより圧力を検出する半導体圧力センサであって、
   前記ダイヤフラムにはショットキー接合部が複数分散配置されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 前記ショットキー接合部は、半導体にバリア膜を接触させて形成していることを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。
3. 前記ショットキー接合部は、ホイートストンブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
4. 前記半導体に形成された電極と、前記バリア膜と、前記半導体とでショットキーバリアダイオードを構成していることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
5. 前記ショットキーバリアダイオードに順方向電流を流し、ショットキー接合部の抵抗値の変化により圧力を検出することを特徴とする請求項４記載の半導体圧力センサ。
6. 前記ショットキーバリアダイオードのアノード側又はカソード側と接続されるパッド電極を備えたことを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
   

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