JP2570712B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JP2570712B2 JP2570712B2 JP61302299A JP30229986A JP2570712B2 JP 2570712 B2 JP2570712 B2 JP 2570712B2 JP 61302299 A JP61302299 A JP 61302299A JP 30229986 A JP30229986 A JP 30229986A JP 2570712 B2 JP2570712 B2 JP 2570712B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体圧力センサに関し、高温においても好
適なものに関する。
適なものに関する。
機械的応力を加える事によってピエゾ抵抗効果により
その抵抗値が変化する事を利用して、単結晶シリコン基
板の一部の肉厚を薄くしダイヤフラムを形成し、そのダ
イヤフラムに形成されたエピタキシャル層内に歪ゲージ
を拡散層等で形成して、ダイヤフラムに加わる圧力によ
り歪ゲージを変形させ、ピエゾ抵抗効果による抵抗値の
変化を検出して圧力を測定する半導体圧力センサが用い
られている。
その抵抗値が変化する事を利用して、単結晶シリコン基
板の一部の肉厚を薄くしダイヤフラムを形成し、そのダ
イヤフラムに形成されたエピタキシャル層内に歪ゲージ
を拡散層等で形成して、ダイヤフラムに加わる圧力によ
り歪ゲージを変形させ、ピエゾ抵抗効果による抵抗値の
変化を検出して圧力を測定する半導体圧力センサが用い
られている。
しかしながら、上記の半導体圧力センサによると、単
結晶シリコン基板と歪ゲージとの電気的分離は単結晶シ
リコン基板内に形成されるPN接合にて行っており、この
様なセンサを高温において使用する場合、PN接合部にお
いてリーク電流が増加してしまい安定した測定が困難に
なるという問題があった。
結晶シリコン基板と歪ゲージとの電気的分離は単結晶シ
リコン基板内に形成されるPN接合にて行っており、この
様なセンサを高温において使用する場合、PN接合部にお
いてリーク電流が増加してしまい安定した測定が困難に
なるという問題があった。
上記の問題を解決し、しかも小型な圧力センサとして
第６図に示すようなマイクロダイヤフラム圧力センサが
提案されている。図において、100は（100）面の単結晶
シリコン基板であり、その凹部である空洞100aは後述の
エッチングにより形成される。101は単結晶シリコン基
板101の主表面上の所定領域に形成されたシリコン酸化
膜、102はシリコン酸化膜101の形成されない部分（空洞
100aが形成される部分）及びその周辺のシリコン酸化膜
101上の所定領域に形成される多結晶シリコン層であ
り、後述のエッチングにより除去される。103は多結晶
シリコン層102及びシリコン酸化膜101上に形成される第
１のシリコン窒化膜であり、エッチング孔106部分は除
去される。この第１のシリコン窒化膜103上には所定の
パターンの多結晶シリコンより成る歪ゲージ104と第２
のシリコン窒化膜105が形成される。そして、エッチン
グ孔106よりアンダーカットエッチングを行い、多結晶
シリコンのエッチング速度が比較的速い事を利用して所
望の位置に空洞100aを形成し、この空洞100a上部のシリ
コン窒化膜をダイヤフラムとしている。そして最後にCV
D（Chemical Vapor Deposition）により形成される第３
のシリコン窒化膜107によりエッチング孔106を封止する
事により圧力センサを構成するものである。
第６図に示すようなマイクロダイヤフラム圧力センサが
提案されている。図において、100は（100）面の単結晶
シリコン基板であり、その凹部である空洞100aは後述の
エッチングにより形成される。101は単結晶シリコン基
板101の主表面上の所定領域に形成されたシリコン酸化
膜、102はシリコン酸化膜101の形成されない部分（空洞
100aが形成される部分）及びその周辺のシリコン酸化膜
101上の所定領域に形成される多結晶シリコン層であ
り、後述のエッチングにより除去される。103は多結晶
シリコン層102及びシリコン酸化膜101上に形成される第
１のシリコン窒化膜であり、エッチング孔106部分は除
去される。この第１のシリコン窒化膜103上には所定の
パターンの多結晶シリコンより成る歪ゲージ104と第２
のシリコン窒化膜105が形成される。そして、エッチン
グ孔106よりアンダーカットエッチングを行い、多結晶
シリコンのエッチング速度が比較的速い事を利用して所
望の位置に空洞100aを形成し、この空洞100a上部のシリ
コン窒化膜をダイヤフラムとしている。そして最後にCV
D（Chemical Vapor Deposition）により形成される第３
のシリコン窒化膜107によりエッチング孔106を封止する
事により圧力センサを構成するものである。
上記の第６図に示すマイクロダイヤフラム圧力センサ
によると、歪ゲージ104が絶縁層である第１のシリコン
窒化膜103上に形成されているので、高温においても歪
ゲージ104を単結晶シリコン基板100と電気的に完全に分
離する事ができ、又、ダイヤフラムの形成を単結晶シリ
コン基板の歪ゲージが形成される側とは反対の表面より
エッチングして形成している従来の半導体圧力センサに
対して、この圧力センサは単結晶シリコン基板100の歪
ゲージ104が形成される側の表面よりエッチングし空洞1
00aを形成し、その上部のシリコン窒化膜をダイヤフラ
ムとしているので、エッチングされる単結晶シリコン基
板100の体積を比較的小さくする事ができ、さらに、ダ
イヤフラムの厚さを薄く形成する事ができるので小型の
半導体圧力センサを提供できるという効果がある。
によると、歪ゲージ104が絶縁層である第１のシリコン
窒化膜103上に形成されているので、高温においても歪
ゲージ104を単結晶シリコン基板100と電気的に完全に分
離する事ができ、又、ダイヤフラムの形成を単結晶シリ
コン基板の歪ゲージが形成される側とは反対の表面より
エッチングして形成している従来の半導体圧力センサに
対して、この圧力センサは単結晶シリコン基板100の歪
ゲージ104が形成される側の表面よりエッチングし空洞1
00aを形成し、その上部のシリコン窒化膜をダイヤフラ
ムとしているので、エッチングされる単結晶シリコン基
板100の体積を比較的小さくする事ができ、さらに、ダ
イヤフラムの厚さを薄く形成する事ができるので小型の
半導体圧力センサを提供できるという効果がある。
しかしながら、第６図に示す圧力センサにおいても、
エッチング孔106部分においてダイヤフラムが平滑でな
いがために、その部分が機械的応力に対して弱くなって
おり、又、エッチング孔106を封止する際に第３のシリ
コン窒化膜107がエッチング孔106へ埋まる状態にばらつ
きが生じ易く、このばらつきの為に圧力センサの出力特
性が不安定になる。又、エッチング孔106が空洞100aの
周辺の単結晶シリコン基板100上に形成される構成で
は、そのエッチング孔106の面積の分だけ圧力センサの
小型化に不利であるという問題がある。
エッチング孔106部分においてダイヤフラムが平滑でな
いがために、その部分が機械的応力に対して弱くなって
おり、又、エッチング孔106を封止する際に第３のシリ
コン窒化膜107がエッチング孔106へ埋まる状態にばらつ
きが生じ易く、このばらつきの為に圧力センサの出力特
性が不安定になる。又、エッチング孔106が空洞100aの
周辺の単結晶シリコン基板100上に形成される構成で
は、そのエッチング孔106の面積の分だけ圧力センサの
小型化に不利であるという問題がある。
そこで本発明は上記の点に鑑みなされたものであっ
て、高温においても歪ゲージと基板とを電気的に完全に
分離でき、小型に形成可能で、しかも、その出力特性が
安定である半導体圧力センサを提供する事を目的として
いる。
て、高温においても歪ゲージと基板とを電気的に完全に
分離でき、小型に形成可能で、しかも、その出力特性が
安定である半導体圧力センサを提供する事を目的として
いる。
上記の目的を達成する為に、本発明は、凹部をその一
部に有する基板と、 前記凹部上及び該凹部の周辺にほぼ平滑に形成され、
その少なくとも一部に絶縁性を有する部分を形成したダ
イヤフラムと、 前記絶縁性を有する部分上の所定領域に形成される感
圧素子部と、 該感圧素子部上に形成された絶縁性を有する絶縁部材
と、 を備えることを特徴とする半導体圧力センサを採用して
いる。
部に有する基板と、 前記凹部上及び該凹部の周辺にほぼ平滑に形成され、
その少なくとも一部に絶縁性を有する部分を形成したダ
イヤフラムと、 前記絶縁性を有する部分上の所定領域に形成される感
圧素子部と、 該感圧素子部上に形成された絶縁性を有する絶縁部材
と、 を備えることを特徴とする半導体圧力センサを採用して
いる。
以下、図面に示す実施例により本発明を詳細に説明す
る。
る。
第１図（ａ）乃至（ｊ）は本発明の第１実施例を示す
断面図である。まず第１図（ａ）乃至（ｇ）を用いて本
実施例の半導体圧力センサの製造工程を順に説明する。
第１図（ａ）において、１は（100）面の第１の単結晶
シリコン基板であり、２は第１の単結晶シリコン基板１
の主表面上の所定領域に形成するシリコン酸化膜（Si
O2）である。このシリコン酸化膜２をマスクとして水酸
化カリウム（KOH）等による異方性のエッチング液を用
いてエッチングし、同図（ｂ）に示すような凹部３を形
成する。尚、ここで用いる基板としてはその結晶面が
（110）でもよく、又、パイレックスガラス、サファイ
ア等に凹部を形成したものであってもよい。
断面図である。まず第１図（ａ）乃至（ｇ）を用いて本
実施例の半導体圧力センサの製造工程を順に説明する。
第１図（ａ）において、１は（100）面の第１の単結晶
シリコン基板であり、２は第１の単結晶シリコン基板１
の主表面上の所定領域に形成するシリコン酸化膜（Si
O2）である。このシリコン酸化膜２をマスクとして水酸
化カリウム（KOH）等による異方性のエッチング液を用
いてエッチングし、同図（ｂ）に示すような凹部３を形
成する。尚、ここで用いる基板としてはその結晶面が
（110）でもよく、又、パイレックスガラス、サファイ
ア等に凹部を形成したものであってもよい。
一方、同図（ｃ）に示すように、例えば、その比抵抗
が３〜５Ωcm、Ｎ型導電型、結晶面が（100）あるいは
（110）の第２の単結晶シリコン基板４の主表面上の所
定領域に、シリコン酸化膜５を形成し、同図（ｄ）に示
すように、そのシリコン酸化膜５をマスクとしてボロン
（Ｂ）等のＰ型不純物を高濃度に拡散しピエゾ抵抗層６
を＜110＞方向に形成する。引き続き、シリコン酸化膜
５を除去した後に第２の単結晶シリコン基板４の主表面
上の全面にLPCVD法又はプラズマCVD法により膜厚が0.1
〜2.0μｍのシリコン窒化膜（Si3N4）７を形成し、さら
にこのシリコン窒化膜７上にBPSG膜８を形成する。尚、
この時、BPSG膜８の表面はほぼ平滑な状態となってい
る。
が３〜５Ωcm、Ｎ型導電型、結晶面が（100）あるいは
（110）の第２の単結晶シリコン基板４の主表面上の所
定領域に、シリコン酸化膜５を形成し、同図（ｄ）に示
すように、そのシリコン酸化膜５をマスクとしてボロン
（Ｂ）等のＰ型不純物を高濃度に拡散しピエゾ抵抗層６
を＜110＞方向に形成する。引き続き、シリコン酸化膜
５を除去した後に第２の単結晶シリコン基板４の主表面
上の全面にLPCVD法又はプラズマCVD法により膜厚が0.1
〜2.0μｍのシリコン窒化膜（Si3N4）７を形成し、さら
にこのシリコン窒化膜７上にBPSG膜８を形成する。尚、
この時、BPSG膜８の表面はほぼ平滑な状態となってい
る。
そして、同図（ｅ）に示すように、第１の単結晶シリ
コン基板１の主表面上に、上下のパターンが設定通り重
なるように例えば赤外顕微鏡で位置合せを行い第２の単
結晶シリコン基板４に形成されたBPSG膜８を配置する。
ここで本実施例においては第１、第２の単結晶シリコン
基板1,4（あるいはそれらのウェハ）の周辺部を真空中
でレーザにより溶融接着して仮止めを行う。しかる後に
真空炉内に入れ約1000℃に加熱し、BPSG膜８を溶融し第
１、第２の単結晶シリコン基板1,4の両者の接着を行
う。この際、両者の接着は真空中で行われるので基準圧
室となる凹部３内は真空となる。又、接着が完全に行わ
れるように基板上に重しを乗せて行っている。尚、両者
の接着を行う為の接着（接合）層としてBPSG膜８を用い
ているが、他の低融点ガラス等を用いてもよく、又、そ
の両者の接合は低融点ガラスの溶融接着に限定される事
なく、例えば第１の単結晶シリコン基板１上にシリコン
酸化膜２を除去して、いわゆる陽極接合（アノーディッ
クボンディング）により接合してもよく、又、仮止めを
行わずに真空中高温炉内で直接接合してもよい。又、接
着用のBPSG膜８はシリコン窒化膜７上の全面に形成する
事なく接着部分のみに部分的に形成してもよい。又、絶
縁膜としてのシリコン窒化膜７はシリコン酸化膜等の他
の絶縁膜であってもよい。
コン基板１の主表面上に、上下のパターンが設定通り重
なるように例えば赤外顕微鏡で位置合せを行い第２の単
結晶シリコン基板４に形成されたBPSG膜８を配置する。
ここで本実施例においては第１、第２の単結晶シリコン
基板1,4（あるいはそれらのウェハ）の周辺部を真空中
でレーザにより溶融接着して仮止めを行う。しかる後に
真空炉内に入れ約1000℃に加熱し、BPSG膜８を溶融し第
１、第２の単結晶シリコン基板1,4の両者の接着を行
う。この際、両者の接着は真空中で行われるので基準圧
室となる凹部３内は真空となる。又、接着が完全に行わ
れるように基板上に重しを乗せて行っている。尚、両者
の接着を行う為の接着（接合）層としてBPSG膜８を用い
ているが、他の低融点ガラス等を用いてもよく、又、そ
の両者の接合は低融点ガラスの溶融接着に限定される事
なく、例えば第１の単結晶シリコン基板１上にシリコン
酸化膜２を除去して、いわゆる陽極接合（アノーディッ
クボンディング）により接合してもよく、又、仮止めを
行わずに真空中高温炉内で直接接合してもよい。又、接
着用のBPSG膜８はシリコン窒化膜７上の全面に形成する
事なく接着部分のみに部分的に形成してもよい。又、絶
縁膜としてのシリコン窒化膜７はシリコン酸化膜等の他
の絶縁膜であってもよい。
そして、同図（ｆ）に示すように、第１の単結晶シリ
コン基板１の他主面（裏面）をワックス等で覆い（図示
はしない）、第２の単結晶シリコン基板４の他主面（裏
面）側より、例えばエチレンジアミン（260ml）、ピロ
カテコール（45g）、水（120ml）を主成分とする異方性
エッチング液により第２の単結晶シリコン基板４をエッ
チング除去している。この際、エッチングはＮ型導電型
である領域を選択的に進行し、高濃度にボロンを拡散し
たピエゾ抵抗層６部分及びシリコン窒化膜７はほとんど
エッチングされずに残る。このようにして絶縁膜として
のシリコン窒化膜７上に単結晶のピエゾ抵抗層６が形成
される。そして、同図（ｇ）に示すように、表面保護膜
９、及びAl等から成る配線層10を形成して本実施例の半
導体圧力センサを構成する。
コン基板１の他主面（裏面）をワックス等で覆い（図示
はしない）、第２の単結晶シリコン基板４の他主面（裏
面）側より、例えばエチレンジアミン（260ml）、ピロ
カテコール（45g）、水（120ml）を主成分とする異方性
エッチング液により第２の単結晶シリコン基板４をエッ
チング除去している。この際、エッチングはＮ型導電型
である領域を選択的に進行し、高濃度にボロンを拡散し
たピエゾ抵抗層６部分及びシリコン窒化膜７はほとんど
エッチングされずに残る。このようにして絶縁膜として
のシリコン窒化膜７上に単結晶のピエゾ抵抗層６が形成
される。そして、同図（ｇ）に示すように、表面保護膜
９、及びAl等から成る配線層10を形成して本実施例の半
導体圧力センサを構成する。
そこで本実施例によると、ピエゾ抵抗層６はシリコン
窒化膜７等により第１の単結晶シリコン基板１と電気的
に完全に分離でき、高温において使用してもその特性は
安定となる。しかも、本実施例においては、シリコン窒
化膜７上に単結晶のピエゾ抵抗層６が形成されるので、
従来の多結晶のピエゾ抵抗層と比較して感度を高く、ば
らつきを小さくできる。又、従来、絶縁膜上に多結晶の
シリコンを形成し、それを再結晶化してピエゾ抵抗層を
形成するものがあるが、そのようなピエゾ抵抗層と比較
しても特性のばらつきを小さくでき、製造コストを低く
できるという点で本実施例の半導体圧力センサは有効で
ある。
窒化膜７等により第１の単結晶シリコン基板１と電気的
に完全に分離でき、高温において使用してもその特性は
安定となる。しかも、本実施例においては、シリコン窒
化膜７上に単結晶のピエゾ抵抗層６が形成されるので、
従来の多結晶のピエゾ抵抗層と比較して感度を高く、ば
らつきを小さくできる。又、従来、絶縁膜上に多結晶の
シリコンを形成し、それを再結晶化してピエゾ抵抗層を
形成するものがあるが、そのようなピエゾ抵抗層と比較
しても特性のばらつきを小さくでき、製造コストを低く
できるという点で本実施例の半導体圧力センサは有効で
ある。
又、本実施例によると、第１の単結晶シリコン基板１
のピエゾ抵抗層６側にあたる表面（主表面）に凹部３が
形成されており、凹部３を形成するのにエッチングされ
る体積は比較的小さくなっており、その分、第１の単結
晶シリコン基板１を有効に使用する事ができ、第１の単
結晶シリコン基板１内に半導体圧力センサからの信号を
処理する回路を形成する場合、全体として小型にする事
ができる。又、本実施例の場合、シリコン窒化膜７とBP
SG膜８とで構成されるダイヤフラムは、凹部３の上部、
及び凹部３の周辺である第１の単結晶シリコン基板１上
にわたってほぼ平滑に形成されており、何ら従来構成の
ようなエッチング孔は存在する事がなく、機械的応力に
対してその分強く、又、出力特性もその分安定である。
のピエゾ抵抗層６側にあたる表面（主表面）に凹部３が
形成されており、凹部３を形成するのにエッチングされ
る体積は比較的小さくなっており、その分、第１の単結
晶シリコン基板１を有効に使用する事ができ、第１の単
結晶シリコン基板１内に半導体圧力センサからの信号を
処理する回路を形成する場合、全体として小型にする事
ができる。又、本実施例の場合、シリコン窒化膜７とBP
SG膜８とで構成されるダイヤフラムは、凹部３の上部、
及び凹部３の周辺である第１の単結晶シリコン基板１上
にわたってほぼ平滑に形成されており、何ら従来構成の
ようなエッチング孔は存在する事がなく、機械的応力に
対してその分強く、又、出力特性もその分安定である。
尚、上記実施例ではダイヤフラムの厚さはシリコン窒
化膜７の膜厚によって調整されるが、接着前の第２の単
結晶シリコン基板４を、同図（ｈ）に示すように、シリ
コン窒化膜７上に適当な熱膨張係数を有する多結晶シリ
コン層11あるいは再結晶化した単結晶シリコン層を形成
し、その上にBPSG膜８を形成する構成とし、ダイヤフラ
ムの厚さを例えば多結晶シリコン層11の厚さにより任意
に調整してもよい。又、上記実施例ではピエゾ抵抗層６
のパターンは予め形成されているが、第２の単結晶シリ
コン基板４内に主表面側より所定の厚みをもって全面に
Ｐ型不純物を拡散し、第２の単結晶シリコン基板４のエ
ッチング後に所定のパターンを形成してもよい。
化膜７の膜厚によって調整されるが、接着前の第２の単
結晶シリコン基板４を、同図（ｈ）に示すように、シリ
コン窒化膜７上に適当な熱膨張係数を有する多結晶シリ
コン層11あるいは再結晶化した単結晶シリコン層を形成
し、その上にBPSG膜８を形成する構成とし、ダイヤフラ
ムの厚さを例えば多結晶シリコン層11の厚さにより任意
に調整してもよい。又、上記実施例ではピエゾ抵抗層６
のパターンは予め形成されているが、第２の単結晶シリ
コン基板４内に主表面側より所定の厚みをもって全面に
Ｐ型不純物を拡散し、第２の単結晶シリコン基板４のエ
ッチング後に所定のパターンを形成してもよい。
又、上記実施例は絶対圧センサであるが、同図（ｉ）
示すように、第１の単結晶シリコン基板１に予め導通孔
12を開けておき、相対圧センサとして使用してもよい。
又、上記実施例の説明では簡単の為に省略したが、半導
体圧力センサの出力を処理する回路を第１の単結晶シリ
コン基板１内に形成してもよい。同図（ｊ）は出力処理
回路の構成要素として、例えばMOSFETを表す断面図であ
り、図において、13は第１の単結晶シリコン基板１内に
形成されるP-ウェル領域、14,15はP-ウェル領域13内に
形成されるそれぞれN+ソース拡散領域、N+ドレイン拡散
領域、16はフィールド絶縁膜、17,18はそれぞれソース
電極、ドレイン電極、19はゲート電極、20は絶縁膜であ
り、その各々は公知の半導体加工技術により形成され
る。
示すように、第１の単結晶シリコン基板１に予め導通孔
12を開けておき、相対圧センサとして使用してもよい。
又、上記実施例の説明では簡単の為に省略したが、半導
体圧力センサの出力を処理する回路を第１の単結晶シリ
コン基板１内に形成してもよい。同図（ｊ）は出力処理
回路の構成要素として、例えばMOSFETを表す断面図であ
り、図において、13は第１の単結晶シリコン基板１内に
形成されるP-ウェル領域、14,15はP-ウェル領域13内に
形成されるそれぞれN+ソース拡散領域、N+ドレイン拡散
領域、16はフィールド絶縁膜、17,18はそれぞれソース
電極、ドレイン電極、19はゲート電極、20は絶縁膜であ
り、その各々は公知の半導体加工技術により形成され
る。
次に、本発明の第２実施例を第２図（ａ）乃至（ｃ）
の断面図を用いて説明する。本実施例は上記第１実施例
でいう第２の単結晶シリコン基板４側に特徴があり、そ
の部分を中心に説明する。同図（ａ）において、4aは第
２の単結晶シリコン基板、21は第２の単結晶シリコン基
板4aの主表面上に形成されるシリコン酸化膜、22はシリ
コン酸化膜21上に形成した各結晶シリコン層を再結晶化
する事により形成したいわゆるSOI層であり、同図
（ｂ）に示すようにこのSOI層22内の所定領域に不純物
を導入する事にピエゾ抵抗層22aを形成し、その後ピエ
ゾ抵抗層22a以外のSOI層をエッチング除去して所定のパ
ターンを形成する。そして、ピエゾ抵抗層22aの周囲は
熱酸化する事により膜厚が1000〜2000Åのシリコン酸化
膜23が形成され、さらにシリコン酸化膜23及びシリコン
酸化膜21上にエッチングバック法等により膜厚が１〜２
μｍでその表面をほぼ平滑にしたプラズマナイトライド
膜24を形成し、引き続き、そのプラズマナイトライド膜
24上にBPSG膜25を形成する。
の断面図を用いて説明する。本実施例は上記第１実施例
でいう第２の単結晶シリコン基板４側に特徴があり、そ
の部分を中心に説明する。同図（ａ）において、4aは第
２の単結晶シリコン基板、21は第２の単結晶シリコン基
板4aの主表面上に形成されるシリコン酸化膜、22はシリ
コン酸化膜21上に形成した各結晶シリコン層を再結晶化
する事により形成したいわゆるSOI層であり、同図
（ｂ）に示すようにこのSOI層22内の所定領域に不純物
を導入する事にピエゾ抵抗層22aを形成し、その後ピエ
ゾ抵抗層22a以外のSOI層をエッチング除去して所定のパ
ターンを形成する。そして、ピエゾ抵抗層22aの周囲は
熱酸化する事により膜厚が1000〜2000Åのシリコン酸化
膜23が形成され、さらにシリコン酸化膜23及びシリコン
酸化膜21上にエッチングバック法等により膜厚が１〜２
μｍでその表面をほぼ平滑にしたプラズマナイトライド
膜24を形成し、引き続き、そのプラズマナイトライド膜
24上にBPSG膜25を形成する。
そして、同図（ｃ）に示すように、上記第１実施例と
同様に形成された第１の単結晶シリコン基板１との接着
を同様に行い、そして、第２の単結晶シリコン基板4aを
シリコン酸化膜21までエッチング除去し、半導体圧力セ
ンサの主要部を構成する。尚、本実施例におけるダイヤ
フラムはBPSG膜25、プラズマナイトライド膜24、シリコ
ン酸化膜23の３層から成っている。
同様に形成された第１の単結晶シリコン基板１との接着
を同様に行い、そして、第２の単結晶シリコン基板4aを
シリコン酸化膜21までエッチング除去し、半導体圧力セ
ンサの主要部を構成する。尚、本実施例におけるダイヤ
フラムはBPSG膜25、プラズマナイトライド膜24、シリコ
ン酸化膜23の３層から成っている。
そこで、本実施例においても第１実施例と同様の効果
が得られるが、プラズマナイトライド膜24内のピエゾ抵
抗層22aの周辺に、図示はしないが、半導体圧力センサ
からの信号を処理する回路を形成し、又、第１の単結晶
シリコン基板１内にも第１図（ｊ）に示すような回路を
形成する事により、いわゆる三次元ICを実現できる。
が得られるが、プラズマナイトライド膜24内のピエゾ抵
抗層22aの周辺に、図示はしないが、半導体圧力センサ
からの信号を処理する回路を形成し、又、第１の単結晶
シリコン基板１内にも第１図（ｊ）に示すような回路を
形成する事により、いわゆる三次元ICを実現できる。
次に、本発明の第３実施例を第３図（ａ）乃至（ｃ）
の断面図を用いて説明する。本実施例は上記第１実施例
でいう第１の単結晶シリコン基板１側に特徴があり、そ
の部分を中心に説明する。同図（ａ）において1bは第１
の単結晶シリコン基板、2bは第１の単結晶シリコン基板
1bの主表面上に形成されるシリコン酸化膜、26はシリコ
ン酸化膜2b上に形成した多結晶シリコン層を再結晶化し
たSOI層であり、SOI層26上の所定領域に形成されるシリ
コン酸化膜27をマスクとしてSOI層26を部分的にシリコ
ン酸化膜2bまでエッチング除去する事により凹部3bを形
成している。そして、上記第１実施例と同様に第２の単
結晶シリコン基板を他主面側より選択的にエッチング除
去する事により、凹部3bの上部、及び凹部3bの周辺であ
るシリコン酸化膜27上にBPSG膜8b、シリコン窒化膜7b、
ピエゾ抵抗層6bを形成する。
の断面図を用いて説明する。本実施例は上記第１実施例
でいう第１の単結晶シリコン基板１側に特徴があり、そ
の部分を中心に説明する。同図（ａ）において1bは第１
の単結晶シリコン基板、2bは第１の単結晶シリコン基板
1bの主表面上に形成されるシリコン酸化膜、26はシリコ
ン酸化膜2b上に形成した多結晶シリコン層を再結晶化し
たSOI層であり、SOI層26上の所定領域に形成されるシリ
コン酸化膜27をマスクとしてSOI層26を部分的にシリコ
ン酸化膜2bまでエッチング除去する事により凹部3bを形
成している。そして、上記第１実施例と同様に第２の単
結晶シリコン基板を他主面側より選択的にエッチング除
去する事により、凹部3bの上部、及び凹部3bの周辺であ
るシリコン酸化膜27上にBPSG膜8b、シリコン窒化膜7b、
ピエゾ抵抗層6bを形成する。
そこで本実施例においても第１実施例と同様の効果が
得られるが、凹部3bの周辺であるSOI層26に半導体圧力
センサからの信号を処理する回路を形成し、又、第１の
単結晶シリコン基板1b内にも第１図（ｊ）の第１の単結
晶シリコン基板１内に形成した処理回路と同様の回路を
形成する事により三次元ICを実現できる。尚、SOI層26
内に処理回路等を形成しない場合には、このSOI層26の
代わりに多結晶シリコン層を形成してもよい。又、第３
図（ｂ）に示す構成は、第１の単結晶シリコン基板1bの
他主面側より、凹部3b側に向けてKOH等のエッチング液
によりエッチングして凹部28を形成したものであり、こ
の状態にて使用すれば絶対圧センサとなり、同図（ｃ）
に示すように凹部3bと凹部28間のシリコン酸化膜29を除
去すれば相対圧センサとなる。
得られるが、凹部3bの周辺であるSOI層26に半導体圧力
センサからの信号を処理する回路を形成し、又、第１の
単結晶シリコン基板1b内にも第１図（ｊ）の第１の単結
晶シリコン基板１内に形成した処理回路と同様の回路を
形成する事により三次元ICを実現できる。尚、SOI層26
内に処理回路等を形成しない場合には、このSOI層26の
代わりに多結晶シリコン層を形成してもよい。又、第３
図（ｂ）に示す構成は、第１の単結晶シリコン基板1bの
他主面側より、凹部3b側に向けてKOH等のエッチング液
によりエッチングして凹部28を形成したものであり、こ
の状態にて使用すれば絶対圧センサとなり、同図（ｃ）
に示すように凹部3bと凹部28間のシリコン酸化膜29を除
去すれば相対圧センサとなる。
次に、本発明の第４実施例を第４図（ａ）乃至（ｅ）
の断面図を用いて説明する。同図（ａ）において、1cは
第１の単結晶シリコン基板であり、上記第１実施例と同
様に凹部3cを形成し、その後、マスクとして用いたシリ
コン酸化膜を除去している。同図（ｂ）において、4cは
第２の単結晶シリコン基板であり、その主表面上の全面
にシリコン酸化膜5cを形成する。尚、このシリン酸化膜
5c内には後述する陽極接合を行う為に、Na,Li等の可動
イオンをイオン注入するのが望ましい。
の断面図を用いて説明する。同図（ａ）において、1cは
第１の単結晶シリコン基板であり、上記第１実施例と同
様に凹部3cを形成し、その後、マスクとして用いたシリ
コン酸化膜を除去している。同図（ｂ）において、4cは
第２の単結晶シリコン基板であり、その主表面上の全面
にシリコン酸化膜5cを形成する。尚、このシリン酸化膜
5c内には後述する陽極接合を行う為に、Na,Li等の可動
イオンをイオン注入するのが望ましい。
そして、同図（ｃ）に示すように第１の単結晶シリコ
ン基板1cの主表面と、第２の単結晶シリコン基板4c上の
シリコン酸化膜5cとを位置合せした後に陽極接合を行
い、同図（ｄ）に示すように、第２の単結晶シリコン基
板4cをKOH等のエッチング液によりエッチング除去し、
ダイヤフラムとなるシリコン酸化膜5cを第１の単結晶シ
リコン基板1cに残す。その後、同図（ｅ）に示すように
シリコン酸化膜5c上の所定領域に、公知の半導体加工技
術を用いて多結晶シリコン層、あるいは再結晶化したシ
リコン層から成るピエゾ抵抗層6cを形成し、半導体圧力
センサの主要部を構成する。
ン基板1cの主表面と、第２の単結晶シリコン基板4c上の
シリコン酸化膜5cとを位置合せした後に陽極接合を行
い、同図（ｄ）に示すように、第２の単結晶シリコン基
板4cをKOH等のエッチング液によりエッチング除去し、
ダイヤフラムとなるシリコン酸化膜5cを第１の単結晶シ
リコン基板1cに残す。その後、同図（ｅ）に示すように
シリコン酸化膜5c上の所定領域に、公知の半導体加工技
術を用いて多結晶シリコン層、あるいは再結晶化したシ
リコン層から成るピエゾ抵抗層6cを形成し、半導体圧力
センサの主要部を構成する。
次に、本発明の第５実施例を第５図（ａ）乃至（ｄ）
の断面図を用いて説明する。同図（ａ）において、上記
第４実施例と同様に1dは第１の単結晶シリコン基板、3d
は凹部であり、同図（ｂ）において、4dは第２の単結晶
シリコン基板、5dはシリコン酸化膜であり、第４実施例
と異なる点は、この状態のシリコン酸化膜5d上に予め多
結晶シリコン層、あるいは再結晶したシリコン層から成
るピエゾ抵抗層6dを形成しておく事であり、このピエゾ
抵抗層6dは同図（ｃ）に示すように第１の単結晶シリコ
ン基板1dの主表面とシリコン酸化膜5dとを陽極接合する
際に、基準圧室となる凹部3dに入り込むように配置して
いる。そして、同図（ｄ）に示すように、第２の単結晶
シリコン基板4dを選択的にエッチング除去する事により
ダイヤフラムとなるシリコン酸化膜5dを残し、ダイヤフ
ラム上に凸部のない半導体圧力センサの主要部を構成す
る。
の断面図を用いて説明する。同図（ａ）において、上記
第４実施例と同様に1dは第１の単結晶シリコン基板、3d
は凹部であり、同図（ｂ）において、4dは第２の単結晶
シリコン基板、5dはシリコン酸化膜であり、第４実施例
と異なる点は、この状態のシリコン酸化膜5d上に予め多
結晶シリコン層、あるいは再結晶したシリコン層から成
るピエゾ抵抗層6dを形成しておく事であり、このピエゾ
抵抗層6dは同図（ｃ）に示すように第１の単結晶シリコ
ン基板1dの主表面とシリコン酸化膜5dとを陽極接合する
際に、基準圧室となる凹部3dに入り込むように配置して
いる。そして、同図（ｄ）に示すように、第２の単結晶
シリコン基板4dを選択的にエッチング除去する事により
ダイヤフラムとなるシリコン酸化膜5dを残し、ダイヤフ
ラム上に凸部のない半導体圧力センサの主要部を構成す
る。
以上述べたように、本発明によると、感圧素子部はダ
イヤフラムの絶縁性を有する部分により高温においても
基板と電気的に完全に分離され、又、ダイヤフラムは基
板の凹部上及び凹部の周辺部にわたってほぼ平滑に形成
されているので、機械的強度が比較的強く、出力特性は
安定となる。又、感圧素子部側の基板より凸部を形成し
ているので、その凹部を小さくする事ができ、又、ダイ
ヤフラムの厚さを薄く形成できるので小型の半導体圧力
センサを提供できるという効果がある。
イヤフラムの絶縁性を有する部分により高温においても
基板と電気的に完全に分離され、又、ダイヤフラムは基
板の凹部上及び凹部の周辺部にわたってほぼ平滑に形成
されているので、機械的強度が比較的強く、出力特性は
安定となる。又、感圧素子部側の基板より凸部を形成し
ているので、その凹部を小さくする事ができ、又、ダイ
ヤフラムの厚さを薄く形成できるので小型の半導体圧力
センサを提供できるという効果がある。
第１図（ａ）乃至（ｊ）は本発明の第１実施例を説明す
るための断面図、第２図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第
２実施例を説明するための断面図、第３図（ａ）乃至
（ｃ）は本発明の第３実施例を説明するための断面図、
第４図（ａ）乃至（ｅ）は本発明の第４実施例を説明す
るための断面図、第５図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第
５実施例を説明するための断面図、第６図は従来技術の
圧力センサを説明するための断面図である。 １……第１の単結晶シリコン基板,3……凹部,4……第２
の単結晶シリコン基板,6……ピエゾ抵抗層,7……シリコ
ン窒化膜,8……BPSG膜。
るための断面図、第２図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第
２実施例を説明するための断面図、第３図（ａ）乃至
（ｃ）は本発明の第３実施例を説明するための断面図、
第４図（ａ）乃至（ｅ）は本発明の第４実施例を説明す
るための断面図、第５図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第
５実施例を説明するための断面図、第６図は従来技術の
圧力センサを説明するための断面図である。 １……第１の単結晶シリコン基板,3……凹部,4……第２
の単結晶シリコン基板,6……ピエゾ抵抗層,7……シリコ
ン窒化膜,8……BPSG膜。
Claims (4)
- 【請求項１】凹部をその一部に有する基板と、 前記凹部上及び該凹部の周辺にほぼ平滑に形成され、そ
の少なくとも一部に絶縁性を有する部分を形成したダイ
ヤフラムと、 前記絶縁性を有する部分上の所定領域に形成される感圧
素子部と、 該感圧素子部上に形成された絶縁性を有する絶縁部材
と、 を備えることを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項２】前記感圧素子は、ピエゾ抵抗効果を有する
ピエゾ抵抗層である特許請求の範囲第１項記載の半導体
圧力センサ。 - 【請求項３】前記ダイヤフラムは、絶縁層である特許請
求の範囲第１項又は第２項に記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項４】前記ダイヤフラムは、絶縁層及び該絶縁層
と前記基板とを接合するための接合層との少なくとも２
層から成るものである特許請求の範囲第１項乃至第３項
のいずれかに記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302299A JP2570712B2 (ja) | 1986-12-18 | 1986-12-18 | 半導体圧力センサ |
| US07/132,573 US4975390A (en) | 1986-12-18 | 1987-12-08 | Method of fabricating a semiconductor pressure sensor |
| DE3743080A DE3743080C2 (de) | 1986-12-18 | 1987-12-18 | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Druckfühlers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302299A JP2570712B2 (ja) | 1986-12-18 | 1986-12-18 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63155675A JPS63155675A (ja) | 1988-06-28 |
| JP2570712B2 true JP2570712B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=17907304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61302299A Expired - Lifetime JP2570712B2 (ja) | 1986-12-18 | 1986-12-18 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2570712B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5978076B2 (ja) * | 2012-09-12 | 2016-08-24 | アズビル株式会社 | 圧力測定器及び圧力測定器の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55162272A (en) * | 1979-06-05 | 1980-12-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor pressure converter |
-
1986
- 1986-12-18 JP JP61302299A patent/JP2570712B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63155675A (ja) | 1988-06-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |