JP2696894B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JP2696894B2 JP2696894B2 JP63066934A JP6693488A JP2696894B2 JP 2696894 B2 JP2696894 B2 JP 2696894B2 JP 63066934 A JP63066934 A JP 63066934A JP 6693488 A JP6693488 A JP 6693488A JP 2696894 B2 JP2696894 B2 JP 2696894B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体圧力センサに関するものである。
［従来の技術及び課題］ 機械的応力を加えることによりピエゾ抵抗効果により
その抵抗値が変化することを利用して、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ことを利用して、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。
そして、この種のセンサを背景として本出願人は特願
昭62−072078号にて、第４図に示す装置を提案してい
る。これは、基板１に形成された凹部２に対し絶縁性を
有し平滑なダイヤフラム３を配置するとともに同タイヤ
フラム３上にピエゾ抵抗素子４を形成することにより小
形化可能なセンサとしたものである。
昭62−072078号にて、第４図に示す装置を提案してい
る。これは、基板１に形成された凹部２に対し絶縁性を
有し平滑なダイヤフラム３を配置するとともに同タイヤ
フラム３上にピエゾ抵抗素子４を形成することにより小
形化可能なセンサとしたものである。
このダイヤフラム３上にピエゾ抵抗素子４を形成した
装置においては、ダイヤフラム３のピエゾ抵抗素子４の
周辺等に応力が集中し余分な抵抗変化が発生する虞があ
り、その場合には抵抗変化量と検出圧力との関係におい
て直線性が得られず直線性を得るために補正等が必要と
なるという課題があった。
装置においては、ダイヤフラム３のピエゾ抵抗素子４の
周辺等に応力が集中し余分な抵抗変化が発生する虞があ
り、その場合には抵抗変化量と検出圧力との関係におい
て直線性が得られず直線性を得るために補正等が必要と
なるという課題があった。
この発明の目的は、圧力に応じた直線出力を得ること
ができ正確な圧力検出を行なうことができる半導体圧力
センサを提供することにある。
ができ正確な圧力検出を行なうことができる半導体圧力
センサを提供することにある。
［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成するため、ダイヤフラム設
置側の面より形成された凹部を有する基板と、前記凹部
上及び該凹部の周辺全域にわたって一体的にほぼ平滑に
形成され絶縁性を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフ
ラム内に形成される感圧素子部とを備えることを特徴と
する半導体圧力センサをその要旨とする。
置側の面より形成された凹部を有する基板と、前記凹部
上及び該凹部の周辺全域にわたって一体的にほぼ平滑に
形成され絶縁性を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフ
ラム内に形成される感圧素子部とを備えることを特徴と
する半導体圧力センサをその要旨とする。
［作用］ 上記の構成により、基板にダイヤフラム設置側の面よ
りフォトリソグラフィの方法により凹部を形成できるた
め、ダイヤフラムの径に対してこの凹部の深さを短く
（浅く）することができ、又、感圧のための凹部として
凹部の深さはこの短い値で十分である。又、凹部の深さ
は短くて（浅くて）良く、しかもエッチング時の生成物
の排出も簡単に行うことができ、凹部形成のためのエッ
チング形成時間を短くすることができる。又、ダイヤフ
ラムの径の精度は、ほぼフォトリングラフィで決定され
るため、高精度のものとなる。
りフォトリソグラフィの方法により凹部を形成できるた
め、ダイヤフラムの径に対してこの凹部の深さを短く
（浅く）することができ、又、感圧のための凹部として
凹部の深さはこの短い値で十分である。又、凹部の深さ
は短くて（浅くて）良く、しかもエッチング時の生成物
の排出も簡単に行うことができ、凹部形成のためのエッ
チング形成時間を短くすることができる。又、ダイヤフ
ラムの径の精度は、ほぼフォトリングラフィで決定され
るため、高精度のものとなる。
又、圧力に応じてダイヤフラムが変形するが、本願発
明では、ダイヤフラムは、凹部上及び該凹部の周辺全域
にわたって一体的にほぼ平滑に形成されているため、応
力集中は生じにくく、安定性の高いダイヤフラム構造と
することができる。又、合わせて、圧力に応じたダイヤ
フラムの変形時には、そのときダイヤフラム内の感圧素
子部も一体的に変形し、同ダイヤフラムの変形部に余分
な応力の集中がなくなり感圧素子もこの変形に応じた直
線的な出力をすることができる。
明では、ダイヤフラムは、凹部上及び該凹部の周辺全域
にわたって一体的にほぼ平滑に形成されているため、応
力集中は生じにくく、安定性の高いダイヤフラム構造と
することができる。又、合わせて、圧力に応じたダイヤ
フラムの変形時には、そのときダイヤフラム内の感圧素
子部も一体的に変形し、同ダイヤフラムの変形部に余分
な応力の集中がなくなり感圧素子もこの変形に応じた直
線的な出力をすることができる。
［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って
説明する。
説明する。
第２図（ａ）〜（ｅ）は本実施例の断面図であって、
その製造工程を順に説明する。
その製造工程を順に説明する。
まず、第２図（ａ）に示すように、（100）面の第１
の単結晶シリコン基板11の主表面上にシリコン酸化膜12
を形成し、さらに、そのシリコン酸化膜12上にCVD法等
により所定の厚みの多結晶シリコン膜13を堆積する。こ
の多結晶シリコン膜13の膜厚によって後記するダイヤフ
ラムの厚みが決定される。
の単結晶シリコン基板11の主表面上にシリコン酸化膜12
を形成し、さらに、そのシリコン酸化膜12上にCVD法等
により所定の厚みの多結晶シリコン膜13を堆積する。こ
の多結晶シリコン膜13の膜厚によって後記するダイヤフ
ラムの厚みが決定される。
そして、多結晶シリコン膜13の上にCVD法でシリコン
酸化膜14を形成する。その後、研磨にてそのシリコン酸
化膜14の表面を鏡面加工する。尚、このシリコン酸化膜
14は熱酸化膜で形成してもよく、又、シリコン酸化膜14
の代りにシリコン窒化膜を使用してもよい。この場合、
後記する接合面膜をシリコン窒化膜にすることによって
ダイヤフラムに張力を持たせることができる。
酸化膜14を形成する。その後、研磨にてそのシリコン酸
化膜14の表面を鏡面加工する。尚、このシリコン酸化膜
14は熱酸化膜で形成してもよく、又、シリコン酸化膜14
の代りにシリコン窒化膜を使用してもよい。この場合、
後記する接合面膜をシリコン窒化膜にすることによって
ダイヤフラムに張力を持たせることができる。
一方、第２図（ｂ）に示すように、結晶面が（100）
の第２の単結晶シリコン基板15の主表面上の所定領域に
シリコン酸化膜（図示しない）を形成するとともに、こ
のシリコン酸化膜をマスクとして水酸化カリウム（KO
H）等による異方性のエッチング液を用いてエッチング
し、凹部16を形成する。その後、シリコン酸化膜を除去
した後、研磨にて第２の単結晶シリコン基板15の主表面
を鏡面加工する。尚、ここで用いる基板としてはその結
晶面は（110）でもよく、又、パイレックスガラス、サ
ファイア等に凹部を形成してもよい。
の第２の単結晶シリコン基板15の主表面上の所定領域に
シリコン酸化膜（図示しない）を形成するとともに、こ
のシリコン酸化膜をマスクとして水酸化カリウム（KO
H）等による異方性のエッチング液を用いてエッチング
し、凹部16を形成する。その後、シリコン酸化膜を除去
した後、研磨にて第２の単結晶シリコン基板15の主表面
を鏡面加工する。尚、ここで用いる基板としてはその結
晶面は（110）でもよく、又、パイレックスガラス、サ
ファイア等に凹部を形成してもよい。
そして、第２図（ｃ）に示すように、第２の単結晶シ
リコン基板15の主表面上に、第１の単結晶シリコン基板
11に形成されたシリコン酸化膜14を配置する。その後、
高温炉内で直接接合させることにより第１と第２の単結
晶シリコン基板11,15を接着させる。
リコン基板15の主表面上に、第１の単結晶シリコン基板
11に形成されたシリコン酸化膜14を配置する。その後、
高温炉内で直接接合させることにより第１と第２の単結
晶シリコン基板11,15を接着させる。
次に、第２図（ｄ）に示すように、第１の単結晶シリ
コン基板11の他主面（裏面）側より、同基板11をKOH等
のエッチング液で除去する。その結果、第２の単結晶シ
リコン基板15の主表面上にダイヤフラムとなる多結晶シ
リコン膜13が残る。
コン基板11の他主面（裏面）側より、同基板11をKOH等
のエッチング液で除去する。その結果、第２の単結晶シ
リコン基板15の主表面上にダイヤフラムとなる多結晶シ
リコン膜13が残る。
引続き、第２図（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜
12でパターンを形成し同シリコン酸化膜12をマスクとし
Ｐ又はＮ型不純物を多結晶シリコン膜13に拡散させ、ピ
エゾ抵抗層（感圧素子）17を形成する。このピエゾ抵抗
層17は多結晶シリコン膜13内に形成されることにより電
気的に分離されている。尚、この不純物の拡散は、前記
シリコン酸化膜12上に多結晶シリコン膜13を堆積させた
後のシリコン酸化膜14を形成させる前に行なってもよ
い。
12でパターンを形成し同シリコン酸化膜12をマスクとし
Ｐ又はＮ型不純物を多結晶シリコン膜13に拡散させ、ピ
エゾ抵抗層（感圧素子）17を形成する。このピエゾ抵抗
層17は多結晶シリコン膜13内に形成されることにより電
気的に分離されている。尚、この不純物の拡散は、前記
シリコン酸化膜12上に多結晶シリコン膜13を堆積させた
後のシリコン酸化膜14を形成させる前に行なってもよ
い。
その後、第１図に示すように、マスクとしたシリコン
酸化膜12を除去し、再びシリコン酸化膜（又はシリコン
窒化膜）18を形成するとともに、ダイヤフラムの変形領
域外においてアルミ19の配線を施す。さらに、レーザビ
ーム等により第２の単結晶シリコン基板15に凹部16に至
る穴20を形成することにより相対圧を測定可能なセンサ
とすることができる。
酸化膜12を除去し、再びシリコン酸化膜（又はシリコン
窒化膜）18を形成するとともに、ダイヤフラムの変形領
域外においてアルミ19の配線を施す。さらに、レーザビ
ーム等により第２の単結晶シリコン基板15に凹部16に至
る穴20を形成することにより相対圧を測定可能なセンサ
とすることができる。
このように製造した半導体圧力センサにおいては、従
来の装置のようにダイヤフラムにピエゾ抵抗素子となる
部分が形成されるのではなく、ダイヤフラムは、凹部16
上及び該凹部16の周辺である第２の単結晶基板15上にわ
たってほぼ平滑に形成され、ピエゾ抵抗体17がそのダイ
ヤフラム（多結晶シリコン膜13）の中に形成されるため
圧力によって変形するダイヤフラム全体が平滑になって
いる。よって、ピエゾ抵抗素子がダイヤフラムの上に形
成されている場合にはピエゾ抵抗素子４の周辺等に応力
が集中し余分な抵抗変化が発生し、抵抗変化量と検出圧
力との関係において直線性が得られず直線性を得るため
に補正等が必要となることがあったが、本実施例の半導
体圧力センサにおいては、圧力に応じてダイヤフラムが
応力の偏在することなく変形し、そのときダイヤフラム
内のピエゾ抵抗層（感圧素子部）17も一体的に変形し、
同ダイヤフラムの変形部に余分な応力の集中がなくなり
ピエゾ抵抗層17もこの変形に応じた直線的な抵抗変化量
を出力することができる。従って、正確な圧力検出を行
なうことができることとなる。
来の装置のようにダイヤフラムにピエゾ抵抗素子となる
部分が形成されるのではなく、ダイヤフラムは、凹部16
上及び該凹部16の周辺である第２の単結晶基板15上にわ
たってほぼ平滑に形成され、ピエゾ抵抗体17がそのダイ
ヤフラム（多結晶シリコン膜13）の中に形成されるため
圧力によって変形するダイヤフラム全体が平滑になって
いる。よって、ピエゾ抵抗素子がダイヤフラムの上に形
成されている場合にはピエゾ抵抗素子４の周辺等に応力
が集中し余分な抵抗変化が発生し、抵抗変化量と検出圧
力との関係において直線性が得られず直線性を得るため
に補正等が必要となることがあったが、本実施例の半導
体圧力センサにおいては、圧力に応じてダイヤフラムが
応力の偏在することなく変形し、そのときダイヤフラム
内のピエゾ抵抗層（感圧素子部）17も一体的に変形し、
同ダイヤフラムの変形部に余分な応力の集中がなくなり
ピエゾ抵抗層17もこの変形に応じた直線的な抵抗変化量
を出力することができる。従って、正確な圧力検出を行
なうことができることとなる。
さらに、本実施例の装置はダイヤフラムが多結晶シリ
コン膜13で形成されているので、ダイヤフラムの膜厚の
精密な調整が可能となる。又、アルミ19配線はダイヤフ
ラムの変形領域外に取付けられるので、応力変形の影響
によるアルミの接触抵抗の変化を防止できることとな
る。
コン膜13で形成されているので、ダイヤフラムの膜厚の
精密な調整が可能となる。又、アルミ19配線はダイヤフ
ラムの変形領域外に取付けられるので、応力変形の影響
によるアルミの接触抵抗の変化を防止できることとな
る。
尚、この発明は上記実施例に限定されるものでなく、
例えば、上記実施例ではピエゾ抵抗層17（ピエゾ抵抗素
子）はその底面が多結晶シリコン膜13と接するようにし
たが、第３図に示すように、多結晶シリコン膜13に対し
てピエゾ抵抗層17をシリコン酸化膜14に至るまで拡散す
ることによりピエゾ抵抗層17の底面を絶縁膜としてのシ
リコン酸化膜14に接触させてもよい。このようにするこ
とにより、ピエゾ抵抗層17と多結晶シリコン膜13との接
合面積を小さくして両者17,13間の抵抗を高くすること
により高出力が得られることとなる。
例えば、上記実施例ではピエゾ抵抗層17（ピエゾ抵抗素
子）はその底面が多結晶シリコン膜13と接するようにし
たが、第３図に示すように、多結晶シリコン膜13に対し
てピエゾ抵抗層17をシリコン酸化膜14に至るまで拡散す
ることによりピエゾ抵抗層17の底面を絶縁膜としてのシ
リコン酸化膜14に接触させてもよい。このようにするこ
とにより、ピエゾ抵抗層17と多結晶シリコン膜13との接
合面積を小さくして両者17,13間の抵抗を高くすること
により高出力が得られることとなる。
この第３図に示したようにピエゾ抵抗層17（ピエゾ抵
抗素子）の底面を絶縁膜としてのシリコン酸化膜14に接
触させる場合には、シリコン酸化膜14,18の膜厚を異な
らせることにより（第３図ではシリコン酸化膜14の膜厚
＞シリコン酸化膜18の膜厚）、ダイヤフラム内において
ダイヤフラムの中央部よりピエゾ抵抗層17を上下にズラ
して配置でき、ダイヤフラムの変形に伴うピエゾ抵抗層
17の内部の張力による抵抗変化量とピエゾ抵抗層17の内
部の圧縮力による抵抗変化量とが相殺されず、高出力が
得られる。
抗素子）の底面を絶縁膜としてのシリコン酸化膜14に接
触させる場合には、シリコン酸化膜14,18の膜厚を異な
らせることにより（第３図ではシリコン酸化膜14の膜厚
＞シリコン酸化膜18の膜厚）、ダイヤフラム内において
ダイヤフラムの中央部よりピエゾ抵抗層17を上下にズラ
して配置でき、ダイヤフラムの変形に伴うピエゾ抵抗層
17の内部の張力による抵抗変化量とピエゾ抵抗層17の内
部の圧縮力による抵抗変化量とが相殺されず、高出力が
得られる。
［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、基板にダイ
ヤフラム設置側の面より凹部を形成しているため、ダイ
ヤフラムの径に対してこの凹部の深さを短く（浅く）す
ることができ、又、感圧のための凹部として凹部の深さ
はこの短い値で十分である。又、凹部の深さは短くて
（浅くて）良く、しかもエッチング時の生成物の排出も
簡単に行うことができ、凹部形成のためのエッチング形
成時間を短くすることができる。又、ダイヤフラムの径
の精度は、ほぼフォトリソグラフィで決定されるため、
高精度のものとなる。
ヤフラム設置側の面より凹部を形成しているため、ダイ
ヤフラムの径に対してこの凹部の深さを短く（浅く）す
ることができ、又、感圧のための凹部として凹部の深さ
はこの短い値で十分である。又、凹部の深さは短くて
（浅くて）良く、しかもエッチング時の生成物の排出も
簡単に行うことができ、凹部形成のためのエッチング形
成時間を短くすることができる。又、ダイヤフラムの径
の精度は、ほぼフォトリソグラフィで決定されるため、
高精度のものとなる。
又、圧力に応じてダイヤフラムが変形するが、本願発
明では、ダイヤフラムは、凹部上及び該凹部の周辺全域
にわたって一体的にほぼ平滑に形成されているため、応
力集中は生じにくく、安定性の高いダイヤフラム構造と
することができる。又、合わせて、圧力に応じたダイヤ
フラムの変形時には、そのときダイヤフラム内の感圧素
子部も一体的に変形し、同ダイヤフラムの変形部に余分
な応力の集中がなくなり感圧素子もこの変形に応じた直
線的な出力をすることができる。
明では、ダイヤフラムは、凹部上及び該凹部の周辺全域
にわたって一体的にほぼ平滑に形成されているため、応
力集中は生じにくく、安定性の高いダイヤフラム構造と
することができる。又、合わせて、圧力に応じたダイヤ
フラムの変形時には、そのときダイヤフラム内の感圧素
子部も一体的に変形し、同ダイヤフラムの変形部に余分
な応力の集中がなくなり感圧素子もこの変形に応じた直
線的な出力をすることができる。
第１図はこの発明を具体化した半導体圧力センサの断面
図、第２図（ａ）〜（ｅ）はこの半導体圧力センサの製
造工程を説明するための断面図、第３図は別例の半導体
圧力センサの断面図、第４図は従来の半導体圧力センサ
の断面図である。 15は第２の単結晶シリコン基板、13はダイヤフラムとな
る多結晶シリコン膜、14はシリコン酸化膜、16は凹部、
17は感圧素子としてのピエゾ抵抗層。
図、第２図（ａ）〜（ｅ）はこの半導体圧力センサの製
造工程を説明するための断面図、第３図は別例の半導体
圧力センサの断面図、第４図は従来の半導体圧力センサ
の断面図である。 15は第２の単結晶シリコン基板、13はダイヤフラムとな
る多結晶シリコン膜、14はシリコン酸化膜、16は凹部、
17は感圧素子としてのピエゾ抵抗層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−103684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−76783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−76484（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ダイヤフラム設置側の面より形成された凹
部を有する基板と、 前記凹部上及び該凹部の周辺全域にわたって一体的にほ
ぼ平滑に形成され絶縁性を有するダイヤフラムと、 前記ダイヤフラム内に形成される感圧素子部とを備える
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 |
|---|---|---|---|
| JP63066934A JP2696894B2 (ja) | 1988-03-19 | 1988-03-19 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63066934A JP2696894B2 (ja) | 1988-03-19 | 1988-03-19 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01239882A JPH01239882A (ja) | 1989-09-25 |
| JP2696894B2 true JP2696894B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=13330321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63066934A Expired - Lifetime JP2696894B2 (ja) | 1988-03-19 | 1988-03-19 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2696894B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5283459A (en) * | 1989-11-15 | 1994-02-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor sensor including an aperture having a funnel shaped section intersecting a second section |
| DE69512544T2 (de) * | 1994-03-18 | 2000-05-25 | Foxboro Co | Halbleiter-Druckwandler mit Einkristall-Silizium-Membran und Einkristall-Dehnungsmessstreifen und Herstellungsverfahren dazu |
| JP3482028B2 (ja) * | 1995-03-01 | 2003-12-22 | 株式会社リコー | マイクロセンサ |
| JP2013515949A (ja) * | 2009-12-23 | 2013-05-09 | エプコス アーゲー | 圧力センサおよび圧力センサの製造方法 |
| US7998777B1 (en) * | 2010-12-15 | 2011-08-16 | General Electric Company | Method for fabricating a sensor |
Family Cites Families (3)
| 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 |
| JPS6276783A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-08 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
| JP2631463B2 (ja) * | 1986-09-19 | 1997-07-16 | 株式会社小松製作所 | 半導体圧力センサおよびその製造方法 |
-
1988
- 1988-03-19 JP JP63066934A patent/JP2696894B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01239882A (ja) | 1989-09-25 |
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| JPS633468A (ja) | 半導体圧力センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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