JP2638824B2 - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents
半導体圧力センサ及びその製造方法Info
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- JP2638824B2 JP2638824B2 JP62195665A JP19566587A JP2638824B2 JP 2638824 B2 JP2638824 B2 JP 2638824B2 JP 62195665 A JP62195665 A JP 62195665A JP 19566587 A JP19566587 A JP 19566587A JP 2638824 B2 JP2638824 B2 JP 2638824B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサ
及びその製造方法に関する。
及びその製造方法に関する。
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ピエゾ抵
抗層を拡散等で形成して、ダイヤフラムに加わる圧力に
よりピエゾ抵抗層を変形させ、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ピエゾ抵
抗層を拡散等で形成して、ダイヤフラムに加わる圧力に
よりピエゾ抵抗層を変形させ、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、このような半導体圧力センサにおいて
は、一般にそのダイヤフラムの形成を単結晶シリコン基
板の裏面、即ち、ピエゾ抵抗層が形成されている側の面
とは反対の面より例えばKOH等の異方性エッチング液を
用いてエッチングを行っており、この場合、ダイヤフラ
ム部の大きさを小さくするのが困難であった。
は、一般にそのダイヤフラムの形成を単結晶シリコン基
板の裏面、即ち、ピエゾ抵抗層が形成されている側の面
とは反対の面より例えばKOH等の異方性エッチング液を
用いてエッチングを行っており、この場合、ダイヤフラ
ム部の大きさを小さくするのが困難であった。
従来、このような問題を解決した小型の圧力センサと
して第４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CVD（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。
して第４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CVD（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４図に示すマイクロダイヤフラム圧力センサ
によると、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て空洞100a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、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て空洞100a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４図に示す圧力センサにおいても、
ピエゾ抵抗層に相当する歪ゲージ104が多結晶シリコン
を用いて形成されており、単結晶シリコンを用いて形成
された歪ゲージと比較すると、単結晶の歪ゲージの方が
感度が高く、出力特性のばらつきを小さくできるので望
ましい。そこで、従来では多結晶シリコンを再結晶化す
る事により、単結晶のピエゾ抵抗層を形成するという技
術も提案されているが、そのような技術にいたっても、
依然、特性のばらつきを小さくする事は困難であり、
又、再結晶化するにはコストが高くなるという問題が生
じてくる。
ピエゾ抵抗層に相当する歪ゲージ104が多結晶シリコン
を用いて形成されており、単結晶シリコンを用いて形成
された歪ゲージと比較すると、単結晶の歪ゲージの方が
感度が高く、出力特性のばらつきを小さくできるので望
ましい。そこで、従来では多結晶シリコンを再結晶化す
る事により、単結晶のピエゾ抵抗層を形成するという技
術も提案されているが、そのような技術にいたっても、
依然、特性のばらつきを小さくする事は困難であり、
又、再結晶化するにはコストが高くなるという問題が生
じてくる。
そこで本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので
あって、小型で、しかも感度が高く出力特性のばらつき
が小さい単結晶のピエゾ抵抗層を有する半導体圧力セン
サと、そのセンサを比較的低コストにて形成可能な製造
方法を提供する事を目的としている。
あって、小型で、しかも感度が高く出力特性のばらつき
が小さい単結晶のピエゾ抵抗層を有する半導体圧力セン
サと、そのセンサを比較的低コストにて形成可能な製造
方法を提供する事を目的としている。
上記の目的を達成するために、本願の第１発明である
半導体圧力センサは、基板と、 該基板の主表面側に一体的に形成され、所定領域に開
口部を有する中間絶縁層と、 前記開口部を含む前記中間絶縁層上に平滑に形成さ
れ、前記基板の主表面と前記中間絶縁層の開口部ととも
に密閉された基準圧室を形成するダイヤフラムと、 前記開口部に対応して前記ダイヤフラム中又はその上
に配置し、単結晶半導体より形成されたピエゾ抵抗層
と、 を備えることを特徴としている。
半導体圧力センサは、基板と、 該基板の主表面側に一体的に形成され、所定領域に開
口部を有する中間絶縁層と、 前記開口部を含む前記中間絶縁層上に平滑に形成さ
れ、前記基板の主表面と前記中間絶縁層の開口部ととも
に密閉された基準圧室を形成するダイヤフラムと、 前記開口部に対応して前記ダイヤフラム中又はその上
に配置し、単結晶半導体より形成されたピエゾ抵抗層
と、 を備えることを特徴としている。
又、第２発明である半導体圧力センサの製造方法は、 単結晶半導体より成る第２の基板の主表面側より不純
物を導入する事によりピエゾ抵抗層を形成する工程と、 前記第２の基板の主表面側と、第１の基板の主表面側
とをその両者の間に前記ピエゾ抵抗層に対応した開口部
を有する中間層を介して前記第２の基板の主表面と前記
第１の基板の主表面と前記中間層の開口部との間で密閉
された基準圧室を形成しつつ接合する工程と、 前記第２の基板の他主面側よりエッチングする事によ
り、前記第１の基板の主表面側にダイヤフラム及び前記
ピエゾ抵抗層を残す工程と、 を備えることを特徴としている。
物を導入する事によりピエゾ抵抗層を形成する工程と、 前記第２の基板の主表面側と、第１の基板の主表面側
とをその両者の間に前記ピエゾ抵抗層に対応した開口部
を有する中間層を介して前記第２の基板の主表面と前記
第１の基板の主表面と前記中間層の開口部との間で密閉
された基準圧室を形成しつつ接合する工程と、 前記第２の基板の他主面側よりエッチングする事によ
り、前記第１の基板の主表面側にダイヤフラム及び前記
ピエゾ抵抗層を残す工程と、 を備えることを特徴としている。
又、第３発明である半導体圧力センサの製造方法は、 単結晶半導体より成る第２の基板の主表面側の所定領
域に開口部を有する中間層を形成する工程と、 前記第２の基板の前記中間層を形成した主表面側と第
１の基板の主表面側とを対向させて、前記第２の基板の
主表面と前記第１の基板の主表面と前記中間層の開口部
との間で密閉された基準圧室を形成しつつ前記中間層を
挟んで両基板を接合する工程と、 前記第２の基板の他主面側よりエッチングする事によ
り、前記第１の基板の主表面側にダイヤフラムとなる所
定厚さの半導体単結晶層を残す工程と、 前記開口部に対応して前記半導体単結晶層内に不純物
を導入する事によりピエゾ抵抗層を形成する工程と、 を備えることを特徴としている。
域に開口部を有する中間層を形成する工程と、 前記第２の基板の前記中間層を形成した主表面側と第
１の基板の主表面側とを対向させて、前記第２の基板の
主表面と前記第１の基板の主表面と前記中間層の開口部
との間で密閉された基準圧室を形成しつつ前記中間層を
挟んで両基板を接合する工程と、 前記第２の基板の他主面側よりエッチングする事によ
り、前記第１の基板の主表面側にダイヤフラムとなる所
定厚さの半導体単結晶層を残す工程と、 前記開口部に対応して前記半導体単結晶層内に不純物
を導入する事によりピエゾ抵抗層を形成する工程と、 を備えることを特徴としている。
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（ｉ）は本発明の第１実施例を説明
するための断面図である。まず第１図（ａ）乃至（ｆ）
を用いて本実施例を製造工程順に説明する。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、本発明の言う第１の基板に相当する。そ
して、CVD法あるいは熱酸化法等によりその第１の単結
晶シリコン基板１の主表面上にシリコン酸化膜２を形成
し、その所定領域をフォトエッチング技術を用いてエッ
チング除去し開口2aを形成する。尚、ここで用いる基板
としてはその結晶面は（110）でもよくパイレックスガ
ラス，サファイア等から成っていてもよい。
するための断面図である。まず第１図（ａ）乃至（ｆ）
を用いて本実施例を製造工程順に説明する。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、本発明の言う第１の基板に相当する。そ
して、CVD法あるいは熱酸化法等によりその第１の単結
晶シリコン基板１の主表面上にシリコン酸化膜２を形成
し、その所定領域をフォトエッチング技術を用いてエッ
チング除去し開口2aを形成する。尚、ここで用いる基板
としてはその結晶面は（110）でもよくパイレックスガ
ラス，サファイア等から成っていてもよい。
一方、同図（ｂ）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（11
0）の第２の単結晶シリコン基板４（本発明の言う第２
の基板に相当する。）の主表面上の所定領域に、シリコ
ン酸化膜５を形成し、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。引続き、シリコ
ン酸化膜５を除去した後、同図（ｃ）に示すように第２
の単結晶シリコン基板４の主表面上の前面にLPCVD法又
はプラスマ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。
３〜５Ωcm,N型導電型，結晶面が（100）あるいは（11
0）の第２の単結晶シリコン基板４（本発明の言う第２
の基板に相当する。）の主表面上の所定領域に、シリコ
ン酸化膜５を形成し、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。引続き、シリコ
ン酸化膜５を除去した後、同図（ｃ）に示すように第２
の単結晶シリコン基板４の主表面上の前面にLPCVD法又
はプラスマ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（ｄ）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、即ち、開口部2aに対応してピエゾ抵抗層６
が配置するように例えば赤外顕微鏡で位置合せを行ない
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なう。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
を行なう。この際、両者の接着は真空中で行なわれるの
で基準圧室３内は真空となる。叉、本実施例においては
接着が完全に行なわれるように基板上に重しを乗せて行
っている。尚、両者の接着を行なう為の接着（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上のシリコン酸化膜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、仮止めを行な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上の前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、即ち、開口部2aに対応してピエゾ抵抗層６
が配置するように例えば赤外顕微鏡で位置合せを行ない
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なう。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
を行なう。この際、両者の接着は真空中で行なわれるの
で基準圧室３内は真空となる。叉、本実施例においては
接着が完全に行なわれるように基板上に重しを乗せて行
っている。尚、両者の接着を行なう為の接着（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上のシリコン酸化膜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、仮止めを行な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上の前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（ｅ）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
チング除去する。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。このようにしてダイヤフラムとな
るシリコン窒化膜７及びBPSG膜８上に単結晶のピエゾ抵
抗層６が形成される。そして、同図（ｆ）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
チング除去する。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。このようにしてダイヤフラムとな
るシリコン窒化膜７及びBPSG膜８上に単結晶のピエゾ抵
抗層６が形成される。そして、同図（ｆ）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
て半導体圧力センサを構成する。
そこで本実施例によると、シリコン窒化膜７とBPSG膜
８により構成するダイヤフラムの変位、延いてはピエゾ
抵抗層６の変形を許容し、基準圧力を設定する基準圧室
３を、第１の単結晶シリコン基板１の主表面上に形成し
ているので、何ら第１の単結晶シリコン基板１をエッチ
ングする事がなく、又、基準圧室３を形成するのにエッ
チングする体積を従来と比較して小さくする事ができる
ので、小型の半導体圧力センサを形成する事ができる。
そして、シリコン窒化膜７上に何ら再結晶化する事な
く、もともと単結晶のピエゾ抵抗層６を形成できるので
多結晶のピエゾ抵抗層と比較して感度を高くする事がで
き、しかも特性のばらつきを小さく、製造コストを低く
できるという効果がある。
８により構成するダイヤフラムの変位、延いてはピエゾ
抵抗層６の変形を許容し、基準圧力を設定する基準圧室
３を、第１の単結晶シリコン基板１の主表面上に形成し
ているので、何ら第１の単結晶シリコン基板１をエッチ
ングする事がなく、又、基準圧室３を形成するのにエッ
チングする体積を従来と比較して小さくする事ができる
ので、小型の半導体圧力センサを形成する事ができる。
そして、シリコン窒化膜７上に何ら再結晶化する事な
く、もともと単結晶のピエゾ抵抗層６を形成できるので
多結晶のピエゾ抵抗層と比較して感度を高くする事がで
き、しかも特性のばらつきを小さく、製造コストを低く
できるという効果がある。
又、本実施例により形成される半導体圧力センサは、
そのピエゾ抵抗層６をシリコン窒化膜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。尚、シリコ
ン酸化膜２の膜厚を所定の厚みに制御すれば、被測定圧
力が過大である場合にも、ダイヤフラムが第１の単結晶
シリコン基板１の主表面に接触する事により、過度の変
位が避けられるのでダイヤフラムの破壊が防止できる。
又、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（ｇ）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こ
の多結晶シリコン層11の厚さにより任意に調整してもよ
い。又、ピエゾ抵抗層６のパターンを予め形成している
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。
そのピエゾ抵抗層６をシリコン窒化膜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。尚、シリコ
ン酸化膜２の膜厚を所定の厚みに制御すれば、被測定圧
力が過大である場合にも、ダイヤフラムが第１の単結晶
シリコン基板１の主表面に接触する事により、過度の変
位が避けられるのでダイヤフラムの破壊が防止できる。
又、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（ｇ）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こ
の多結晶シリコン層11の厚さにより任意に調整してもよ
い。又、ピエゾ抵抗層６のパターンを予め形成している
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（ｈ）は出力処
理回路の構成要素として、例えばMOSFETを表わす断面図
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。
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（ｈ）は出力処
理回路の構成要素として、例えばMOSFETを表わす断面図
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（ｄ）
の断面図を用いて説明する。ここで、上記第１実施例の
構成要素と同様のものは同一符号を付してある。まず、
第２図（ａ）に示すように、上記第１実施例の第１図
（ａ）を用いて説明した工程と同様にして第１の単結晶
シリコン基板１の主表面上に開口部2aを有するシリコン
酸化膜２を形成する。
の断面図を用いて説明する。ここで、上記第１実施例の
構成要素と同様のものは同一符号を付してある。まず、
第２図（ａ）に示すように、上記第１実施例の第１図
（ａ）を用いて説明した工程と同様にして第１の単結晶
シリコン基板１の主表面上に開口部2aを有するシリコン
酸化膜２を形成する。
そして、同図（ｂ）に示すように、第１の単結晶シリ
コン基板１の主表面と、第２の単結晶シリコン基板４の
主表面とをシリコン酸化膜２を介して設定通り重ね合
せ、約1000℃の真空炉内に入れ、シリコン酸化膜２と第
２の単結晶シリコン基板４とを直接接合する。
コン基板１の主表面と、第２の単結晶シリコン基板４の
主表面とをシリコン酸化膜２を介して設定通り重ね合
せ、約1000℃の真空炉内に入れ、シリコン酸化膜２と第
２の単結晶シリコン基板４とを直接接合する。
そして、同図（ｃ）に示すように、第２の単結晶シリ
コン基板４の他主面側より、例えば水酸化カリウム（KO
H）等のエッチング液を用いてエッチングを行ない、所
定厚さの第２の単結晶シリコン基板４を残す。引続き、
この第２の単結晶シリコン基板４内で基準圧室３に対応
する領域にボロン等のＰ型不純物を高濃度にイオン注入
（又は拡散）してピエゾ抵抗層6aを形成する。そして、
同図（ｄ）に示すように、表面保護膜９、及びAl等から
成る配線層10を形成して半導体圧力センサを構成する。
コン基板４の他主面側より、例えば水酸化カリウム（KO
H）等のエッチング液を用いてエッチングを行ない、所
定厚さの第２の単結晶シリコン基板４を残す。引続き、
この第２の単結晶シリコン基板４内で基準圧室３に対応
する領域にボロン等のＰ型不純物を高濃度にイオン注入
（又は拡散）してピエゾ抵抗層6aを形成する。そして、
同図（ｄ）に示すように、表面保護膜９、及びAl等から
成る配線層10を形成して半導体圧力センサを構成する。
そこで本実施例においても、上記第１実施例と同様に
小型の半導体圧力センサを形成する事ができ、感度が高
く、しかも特性のばらつきを小さく製造コストを低くで
きるという効果がある。尚、本実施例においては、ピエ
ゾ抵抗層6aの形成を両基板1,4の接合の後に行っている
が、ピエゾ抵抗層6aを上記第１実施例のように第２の単
結晶シリコン基板４内に形成した後に接合し、第２の単
結晶シリコン基板４のエッチングを行なうようにしても
よい。その場合、ピエゾ抵抗層6aの表面が完全に露出す
るまでエッチングを行なえば、PN接合面積を小さくする
ことができ、リーク電流を少なくする事ができる。
小型の半導体圧力センサを形成する事ができ、感度が高
く、しかも特性のばらつきを小さく製造コストを低くで
きるという効果がある。尚、本実施例においては、ピエ
ゾ抵抗層6aの形成を両基板1,4の接合の後に行っている
が、ピエゾ抵抗層6aを上記第１実施例のように第２の単
結晶シリコン基板４内に形成した後に接合し、第２の単
結晶シリコン基板４のエッチングを行なうようにしても
よい。その場合、ピエゾ抵抗層6aの表面が完全に露出す
るまでエッチングを行なえば、PN接合面積を小さくする
ことができ、リーク電流を少なくする事ができる。
次に、本発明の第３実施例を第３図（ａ）乃至（ｄ）
の断面図、及び第３図（ｅ）の平面図を用いて説明す
る。ここで、上記第１実施例の構成要素と同様のものは
同一符号を付してある。まず、第３図（ａ）に示すよう
に、上記第１実施例の第１図（ａ）を用いて説明した工
程と同様にして第１の単結晶シリコン基板１の主表面上
に開口部2aを有するシリコン酸化膜２を形成する。
の断面図、及び第３図（ｅ）の平面図を用いて説明す
る。ここで、上記第１実施例の構成要素と同様のものは
同一符号を付してある。まず、第３図（ａ）に示すよう
に、上記第１実施例の第１図（ａ）を用いて説明した工
程と同様にして第１の単結晶シリコン基板１の主表面上
に開口部2aを有するシリコン酸化膜２を形成する。
そして、同図（ｂ）に示すように、第２の単結晶シリ
コン基板１の主表面側よりボロン等のＰ型不純物を高濃
度にイオン注入（又は拡散）してピエゾ抵抗層6bを形成
する。尚、このピエゾ抵抗層6bは開口部2aの開口面積よ
り大面積に形成される。
コン基板１の主表面側よりボロン等のＰ型不純物を高濃
度にイオン注入（又は拡散）してピエゾ抵抗層6bを形成
する。尚、このピエゾ抵抗層6bは開口部2aの開口面積よ
り大面積に形成される。
そして、第１の単結晶シリコン基板１の主表面と第２
の単結晶シリコン基板４の主表面とをシリコン酸化膜２
を介して接合し、第２の単結晶シリコン基板４の他主面
側より上記第１実施例と同様のエッチング液を用いてエ
ッチングを行ない、同図（ｃ）に示すように、開口部2a
を塞ぐようにピエゾ抵抗層6bを配設し、基準圧室３を形
成する。そして、同図（ｄ）に示すように表面保護膜
９、及びAl等から成る配線層10を形成して半導体圧力セ
ンサを構成する。尚、本実施例の半導体圧力センサは、
同図（ｅ）に示すように、ピエゾ抵抗層6b上の４ヶ所に
配線層10a,10b,10c,10dを形成しており、配線層10aと10
c間に電圧を印加し、配線層10bと10d間の電圧を観察す
る事により被測定圧力を検出する事ができる。
の単結晶シリコン基板４の主表面とをシリコン酸化膜２
を介して接合し、第２の単結晶シリコン基板４の他主面
側より上記第１実施例と同様のエッチング液を用いてエ
ッチングを行ない、同図（ｃ）に示すように、開口部2a
を塞ぐようにピエゾ抵抗層6bを配設し、基準圧室３を形
成する。そして、同図（ｄ）に示すように表面保護膜
９、及びAl等から成る配線層10を形成して半導体圧力セ
ンサを構成する。尚、本実施例の半導体圧力センサは、
同図（ｅ）に示すように、ピエゾ抵抗層6b上の４ヶ所に
配線層10a,10b,10c,10dを形成しており、配線層10aと10
c間に電圧を印加し、配線層10bと10d間の電圧を観察す
る事により被測定圧力を検出する事ができる。
そこで本実施例においても、上記第１実施例と同様に
小型の半導体圧力センサを形成する事ができ、感度が高
く、しかも特性のばらつきを小さく製造コストを低くで
きるという効果がある。
小型の半導体圧力センサを形成する事ができ、感度が高
く、しかも特性のばらつきを小さく製造コストを低くで
きるという効果がある。
以上、本発明を上記第1,第2,第３実施例を用いて説明
したが、本発明はそれらに限定される事なく、その主旨
を逸脱しない限り例えば以下に示す如く変形可能であ
る。
したが、本発明はそれらに限定される事なく、その主旨
を逸脱しない限り例えば以下に示す如く変形可能であ
る。
即ち、 本発明の言う中間層は、上記実施例に示すシリコン酸
化膜２の他に例えば多結晶シリコンを堆積したもの、あ
るいはシリコン窒化膜等の他の絶縁膜であってもよい。
化膜２の他に例えば多結晶シリコンを堆積したもの、あ
るいはシリコン窒化膜等の他の絶縁膜であってもよい。
上記実施例ではいずれも第１の単結晶シリコン基板１
側に予じめ中間層であるシリコン酸化膜２を形成した後
に両基板を接合しているが、第２の単結晶シリコン基板
４側に予じめ中間層を形成した後に両基板を接合しても
よい。
側に予じめ中間層であるシリコン酸化膜２を形成した後
に両基板を接合しているが、第２の単結晶シリコン基板
４側に予じめ中間層を形成した後に両基板を接合しても
よい。
以上述べたように、本発明によると基板（第１の基
板）をエッチングすることなく、その基板の主表面側に
形成した中間絶縁層若しくは中間層の開口部によりダイ
ヤフラムの変位を許容した構成であり、しかも基板とダ
イヤフラムと中間（絶縁）層とで密閉された基準圧室を
形成する構成としたので、その開口部を十分に小さくす
ることができ、全体に簡単で小型の絶対圧用の半導体圧
力センサができる。
板）をエッチングすることなく、その基板の主表面側に
形成した中間絶縁層若しくは中間層の開口部によりダイ
ヤフラムの変位を許容した構成であり、しかも基板とダ
イヤフラムと中間（絶縁）層とで密閉された基準圧室を
形成する構成としたので、その開口部を十分に小さくす
ることができ、全体に簡単で小型の絶対圧用の半導体圧
力センサができる。
また、何ら再結晶することなく、もともと単結晶のピ
エゾ抵抗層を形成できるので、感度を高く、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優れ
た効果がある。
エゾ抵抗層を形成できるので、感度を高く、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優れ
た効果がある。
第１図（ａ）乃至（ｈ）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（ｄ）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
（ｄ）は本発明の第３実施例を説明するための断面図、
第３図（ｅ）は第３実施例を説明するための平面図、第
４図は従来技術の半導体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,2……シリコン酸化
膜,2a……開口部,3……基準圧室,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（ｄ）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
（ｄ）は本発明の第３実施例を説明するための断面図、
第３図（ｅ）は第３実施例を説明するための平面図、第
４図は従来技術の半導体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,2……シリコン酸化
膜,2a……開口部,3……基準圧室,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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−42968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−160075（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−178567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−103684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−101837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−117173（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】基板と、 該基板の主表面側に一体的に形成され、所定領域に開口
部を有する中間絶縁層と、 前記開口部を含む前記中間絶縁層上に平滑に形成され、
前記基板の主表面と前記中間絶縁層の開口部とともに密
閉された基準圧室を形成するダイヤフラムと、 前記開口部に対応して前記ダイヤフラム中又はその上に
配置し、単結晶半導体より形成されたピエゾ抵抗層と、 を備えることを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項２】前記ダイヤフラムは絶縁膜から成り、前記
ピエゾ抵抗層は絶縁膜上に形成されたものである特許請
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単結晶半導体から成
り、前記ピエゾ抵抗層は該単結晶半導体基板内に形成さ
れたもの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４】単結晶半導体より成る第２の基板の主表面
側より不純物を導入する事によりピエゾ抵抗層を形成す
る工程と、 前記第２の基板の主表面側と、第１の基板の主表面側と
をその両者の間に前記ピエゾ抵抗層に対応した開口部を
有する中間層を介して前記第２の基板の主表面と前記第
１の基板の主表面と前記中間層の開口部との間で密閉さ
れた基準圧室を形成しつつ接合する工程と、 前記第２の基板の他主面側よりエッチングする事によ
り、前記第１の基板の主表面側にダイヤフラム及び前記
ピエゾ抵抗層を残す工程と、 を備えることを特徴とする半導体圧力センサの製造方
法。 - 【請求項５】前記中間層は、予め前記第１の基板の主表
面上に形成されたものである特許請求の範囲第４項記載
の半導体圧力センサの製造方法。 - 【請求項６】前記中間層は、予め前記第２の基板の主表
面上に形成されたものである特許請求の範囲第４項記載
の半導体圧力センサの製造方法。 - 【請求項７】単結晶半導体より成る第２の基板の主表面
側の所定領域に開口部を有する中間層を形成する工程
と、 前記第２の基板の前記中間層を形成した主表面側と第１
の基板の主表面側とを対向させて、前記第２の基板の主
表面と前記第１の基板の主表面と前記中間層の開口部と
の間で密閉された基準圧室を形成しつつ前記中間層を挟
んで両基板を接合する工程と、 前記第２の基板の他主面側よりエッチングする事によ
り、前記第１の基板の主表面側にダイヤフラムとなる所
定厚さの半導体単結晶層を残す工程と、 前記開口部に対応して前記半導体単結晶層内に不純物を
導入する事によりピエゾ抵抗層を形成する工程と、 を備えることを特徴とする半導体圧力センサの製造方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62195665A JP2638824B2 (ja) | 1987-08-05 | 1987-08-05 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP62195665A JP2638824B2 (ja) | 1987-08-05 | 1987-08-05 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6439075A JPS6439075A (en) | 1989-02-09 |
| JP2638824B2 true JP2638824B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=16344957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62195665A Expired - Lifetime JP2638824B2 (ja) | 1986-12-18 | 1987-08-05 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2638824B2 (ja) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54103684A (en) * | 1978-02-01 | 1979-08-15 | Mitsubishi Electric Corp | Production of semiconductor pressure transducing element |
| DE2903253C2 (de) * | 1979-01-29 | 1981-02-05 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Druck-Meßumformer mit einer Meßmembran, vorzugsweise aus Halbleiterwerkstoff, und einer darauf angebrachten Dehnungsmeßstreifen-Brückenschaltung |
| JPS56160075A (en) * | 1980-05-14 | 1981-12-09 | Nec Corp | Semiconductor pressure sensor |
| JPS59117173A (ja) * | 1982-12-23 | 1984-07-06 | Fujikura Ltd | 半導体圧力センサ |
| JPS6142968A (ja) * | 1984-08-07 | 1986-03-01 | Nippon Denso Co Ltd | 圧力−電気変換装置およびその製造方法 |
| JPS63178567A (ja) * | 1987-01-20 | 1988-07-22 | Yokogawa Electric Corp | 半導体圧力センサの製造方法 |
-
1987
- 1987-08-05 JP JP62195665A patent/JP2638824B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6439075A (en) | 1989-02-09 |
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|---|---|---|---|
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