JP2748077B2 - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JP2748077B2 JP2748077B2 JP1586293A JP1586293A JP2748077B2 JP 2748077 B2 JP2748077 B2 JP 2748077B2 JP 1586293 A JP1586293 A JP 1586293A JP 1586293 A JP1586293 A JP 1586293A JP 2748077 B2 JP2748077 B2 JP 2748077B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン等の半導体のピ
エゾ抵抗効果を利用して圧力を電気信号に変換する圧力
センサに関し、特にそのセンサ素子の表面保護のために
用いるパシベーション膜中に存在するＮａ+ などの可動
イオンの影響を軽減した構造の圧力センサに関するもの
である。
エゾ抵抗効果を利用して圧力を電気信号に変換する圧力
センサに関し、特にそのセンサ素子の表面保護のために
用いるパシベーション膜中に存在するＮａ+ などの可動
イオンの影響を軽減した構造の圧力センサに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の圧力センサは、圧力の
導入によってゲージ抵抗の歪を発生させ、その抵抗のピ
エゾ抵抗効果による抵抗変化を電気信号に変換して圧力
の値を測定するものであり、工業計測をはじめとする種
々の用途に広く用いられている。この圧力センサは、そ
の基本構造を図２(a)及び(b)に示すように、固定部とな
る厚肉部２と薄肉ダイアフラム部３とを備えたチップ状
のｎ形シリコン基板１を用い、その薄肉ダイアフラム部
３内に、ｐ形拡散領域からなるピエゾ抵抗効果を有する
ゲージ抵抗４（４A〜４D）を形成した構成を有してい
る。
導入によってゲージ抵抗の歪を発生させ、その抵抗のピ
エゾ抵抗効果による抵抗変化を電気信号に変換して圧力
の値を測定するものであり、工業計測をはじめとする種
々の用途に広く用いられている。この圧力センサは、そ
の基本構造を図２(a)及び(b)に示すように、固定部とな
る厚肉部２と薄肉ダイアフラム部３とを備えたチップ状
のｎ形シリコン基板１を用い、その薄肉ダイアフラム部
３内に、ｐ形拡散領域からなるピエゾ抵抗効果を有する
ゲージ抵抗４（４A〜４D）を形成した構成を有してい
る。
【０００３】そして、このシリコン基板１は厚肉部２に
おいて圧力導入口１２を備えたガラスチューブ等の支持
部材１１に固定されていて、この導入口１２から圧力が
加えられると、薄肉ダイアフラム部３は歪み、それによ
ってゲージ抵抗４は抵抗値が変化する。そのため、これ
らゲージ抵抗４をブリッジ回路に組み込み、これに電圧
を印加すれば、そのブリッジ回路から圧力、つまり薄肉
ダイヤフラム部３の表裏の圧力ＰHおよびＰLの差に応じ
た出力信号を取り出すことができる。
おいて圧力導入口１２を備えたガラスチューブ等の支持
部材１１に固定されていて、この導入口１２から圧力が
加えられると、薄肉ダイアフラム部３は歪み、それによ
ってゲージ抵抗４は抵抗値が変化する。そのため、これ
らゲージ抵抗４をブリッジ回路に組み込み、これに電圧
を印加すれば、そのブリッジ回路から圧力、つまり薄肉
ダイヤフラム部３の表裏の圧力ＰHおよびＰLの差に応じ
た出力信号を取り出すことができる。
【０００４】ここで、ゲージ抵抗４を形成したシリコン
基板１の表面は、ＳｉＯ2 などからなるパシベーション
膜５によって覆われ、これを開口したコンタクト孔を通
してゲージ抵抗４と電気的に接続するアルミニウム（Ａ
ｌ）等からなる引出し電極６が形成され、外部との接続
は通常ワイヤボンディングにより行われている。
基板１の表面は、ＳｉＯ2 などからなるパシベーション
膜５によって覆われ、これを開口したコンタクト孔を通
してゲージ抵抗４と電気的に接続するアルミニウム（Ａ
ｌ）等からなる引出し電極６が形成され、外部との接続
は通常ワイヤボンディングにより行われている。
【０００５】ところで、かかる構成の圧力センサにおい
て、そのセンサ素子製造中にパシベーション膜５に入り
込むＮａ+ などの可動イオンはセンサ使用中に自由に動
きまわり、したがって、センサ出力のドリフトの原因と
なる。そのため、従来より、パシベーション膜として用
いる例えばＳｉＯ2 やリンガラスによるトラップが行わ
れているが、この方法も十分なものではなかった。
て、そのセンサ素子製造中にパシベーション膜５に入り
込むＮａ+ などの可動イオンはセンサ使用中に自由に動
きまわり、したがって、センサ出力のドリフトの原因と
なる。そのため、従来より、パシベーション膜として用
いる例えばＳｉＯ2 やリンガラスによるトラップが行わ
れているが、この方法も十分なものではなかった。
【０００６】このようなことから、パシベーション膜５
内に存在するＮａ+ などの可動イオンの影響を効果的に
取り除くため、図３に示すように、ｐｎ接合７，ｐ形ゲ
ージ抵抗４の上部に金属あるいはポリシリコンなどの導
電層８を形成し、この導電層８をｐ形ゲージ抵抗４に対
してある電位にクランプすることにより、パシベーショ
ン膜５中の可動イオンの固定化をはかる方法もある。た
だし、図３中符号９は導電層８にクランプ電位を付与す
るための負の電圧源であり、ｎ形シリコン基板１は最低
電位つまりアース電位１０に接続されている。なお、図
３において図２と同一符号は同一または相当のものを示
している。
内に存在するＮａ+ などの可動イオンの影響を効果的に
取り除くため、図３に示すように、ｐｎ接合７，ｐ形ゲ
ージ抵抗４の上部に金属あるいはポリシリコンなどの導
電層８を形成し、この導電層８をｐ形ゲージ抵抗４に対
してある電位にクランプすることにより、パシベーショ
ン膜５中の可動イオンの固定化をはかる方法もある。た
だし、図３中符号９は導電層８にクランプ電位を付与す
るための負の電圧源であり、ｎ形シリコン基板１は最低
電位つまりアース電位１０に接続されている。なお、図
３において図２と同一符号は同一または相当のものを示
している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、金属あるいはポリシリコンなどの
導電層８は機械的性質（弾性特性）が悪いため、この導
電層８とＳｉＯ2 などのパシベーション膜５との間のマ
イクロスリップにより、圧力センサとしてヒステリシ
ス，サーマルヒステリシスが大きくなる欠点がある。ま
た、パシベーション膜５上の導電層８によりその膜中の
可動イオンを固定化すると、ｐ形ゲージ抵抗４の表面濃
度が低いため、その表面に引き寄せられる電子によりパ
シベーション膜５直下のｐ形ゲージ抵抗４の表面がｎ形
に反転するなどして、その抵抗値の変化やリーク電流の
増加をきたして電気的特性が悪くなるという課題があっ
た。
うな従来の方法では、金属あるいはポリシリコンなどの
導電層８は機械的性質（弾性特性）が悪いため、この導
電層８とＳｉＯ2 などのパシベーション膜５との間のマ
イクロスリップにより、圧力センサとしてヒステリシ
ス，サーマルヒステリシスが大きくなる欠点がある。ま
た、パシベーション膜５上の導電層８によりその膜中の
可動イオンを固定化すると、ｐ形ゲージ抵抗４の表面濃
度が低いため、その表面に引き寄せられる電子によりパ
シベーション膜５直下のｐ形ゲージ抵抗４の表面がｎ形
に反転するなどして、その抵抗値の変化やリーク電流の
増加をきたして電気的特性が悪くなるという課題があっ
た。
【０００８】本発明は以上の点に鑑み、上記のような課
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
ヒステリシスが小さく、かつ良好な電気的特性をもつ圧
力センサを提供することにある。
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
ヒステリシスが小さく、かつ良好な電気的特性をもつ圧
力センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、固定部となる厚肉部と薄肉ダイアフラム部
からなる半導体単結晶基板と、この薄肉ダイアフラム部
内の領域に形成されたピエゾ抵抗効果を有するゲージ抵
抗と、半導体単結晶基板上に被覆形成されたパシベーシ
ョン膜と、このパシベーション膜上にゲージ抵抗と電気
的に接続された引出し電極とを備えた圧力センサにおい
て、前記ゲージ抵抗とパシベーション膜との間の前記薄
肉ダイアフラム部内の領域に、そのゲージ抵抗に対して
所定電位にクランプされた導電性の層を設けたことを特
徴とするものである。
め本発明は、固定部となる厚肉部と薄肉ダイアフラム部
からなる半導体単結晶基板と、この薄肉ダイアフラム部
内の領域に形成されたピエゾ抵抗効果を有するゲージ抵
抗と、半導体単結晶基板上に被覆形成されたパシベーシ
ョン膜と、このパシベーション膜上にゲージ抵抗と電気
的に接続された引出し電極とを備えた圧力センサにおい
て、前記ゲージ抵抗とパシベーション膜との間の前記薄
肉ダイアフラム部内の領域に、そのゲージ抵抗に対して
所定電位にクランプされた導電性の層を設けたことを特
徴とするものである。
【００１０】
【作用】したがって本発明においては、半導体単結晶基
板上のゲージ抵抗とパシベーション膜との間に設けた導
電性の層をそのゲージ抵抗に対し所定電位にクランプす
ることにより、この導電性層によってパシベーション膜
に存在するＮａ+ などの可動イオンを固定化できる。
板上のゲージ抵抗とパシベーション膜との間に設けた導
電性の層をそのゲージ抵抗に対し所定電位にクランプす
ることにより、この導電性層によってパシベーション膜
に存在するＮａ+ などの可動イオンを固定化できる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明による圧力センサの一実施例を
説明するための概略図であり、同図(a)はその平面図
を、同図(b)は主要部の拡大断面図をそれぞれ示す。こ
の実施例は、図１に示すように、固定部となる厚肉部２
と薄肉ダイアフラム部３とを備えたチップ状のｎ形シリ
コン基板１を用い、その薄肉ダイアフラム部３内にｐ形
拡散領域からなるピエゾ抵抗効果をもつゲージ抵抗４
（４A〜４D）が形成され、その表面にパシベーション膜
５が被覆形成されるとともに、このパシベーション膜５
上にゲージ抵抗４と電気的に接続された引出し電極６が
形成されている点は上述した図２に示す従来例のものと
同様であるが、ｐ形ゲージ抵抗４とパシベーション膜５
との間の薄肉ダイアフラム部３内のｎ形シリコン領域
に、そのゲージ抵抗４に対して所定電位にクランプされ
たｐ形の導電性層１１を設けたことである。
説明するための概略図であり、同図(a)はその平面図
を、同図(b)は主要部の拡大断面図をそれぞれ示す。こ
の実施例は、図１に示すように、固定部となる厚肉部２
と薄肉ダイアフラム部３とを備えたチップ状のｎ形シリ
コン基板１を用い、その薄肉ダイアフラム部３内にｐ形
拡散領域からなるピエゾ抵抗効果をもつゲージ抵抗４
（４A〜４D）が形成され、その表面にパシベーション膜
５が被覆形成されるとともに、このパシベーション膜５
上にゲージ抵抗４と電気的に接続された引出し電極６が
形成されている点は上述した図２に示す従来例のものと
同様であるが、ｐ形ゲージ抵抗４とパシベーション膜５
との間の薄肉ダイアフラム部３内のｎ形シリコン領域
に、そのゲージ抵抗４に対して所定電位にクランプされ
たｐ形の導電性層１１を設けたことである。
【００１２】この場合、ｐ形導電性層１１は、薄肉ダイ
アフラム部３内のシリコン領域中に通常のイオン注入を
用いてｐ形ゲージ抵抗４を形成後、そのゲージ抵抗４の
上部にそれと同一導電形でかつそれよりも濃度の高い高
不純物濃度層がイオン注入によって形成されていて、正
の電圧源１２より電極１３を介して所定の電位が付与さ
れるものとなっている。
アフラム部３内のシリコン領域中に通常のイオン注入を
用いてｐ形ゲージ抵抗４を形成後、そのゲージ抵抗４の
上部にそれと同一導電形でかつそれよりも濃度の高い高
不純物濃度層がイオン注入によって形成されていて、正
の電圧源１２より電極１３を介して所定の電位が付与さ
れるものとなっている。
【００１３】また、パシベーション膜５は、従来と同様
に、例えば膜厚１５００Å程度の熱酸化ＳｉＯ2 膜上
に、さらに３０００〜１００００Å程度のＣＶＤ・Ｓｉ
Ｏ2 膜が積層して形成されている。なお、図１において
図２と同一または相当のものは同一符号を付記してい
る。
に、例えば膜厚１５００Å程度の熱酸化ＳｉＯ2 膜上
に、さらに３０００〜１００００Å程度のＣＶＤ・Ｓｉ
Ｏ2 膜が積層して形成されている。なお、図１において
図２と同一または相当のものは同一符号を付記してい
る。
【００１４】このように本実施例の圧力センサによる
と、シリコン基板１上のｐ形ゲージ抵抗４とパシベーシ
ョン膜５との間のシリコン領域中に、そのゲージ抵抗４
に対して所定電位にクランプする導電性層１１を設ける
ことにより、この導電性層１１によってパシベーション
膜５に存在するＮａ+ などの可動イオンを固定化できる
ため、可動イオンの動きによるセンサ出力のドリフトを
防止できる。
と、シリコン基板１上のｐ形ゲージ抵抗４とパシベーシ
ョン膜５との間のシリコン領域中に、そのゲージ抵抗４
に対して所定電位にクランプする導電性層１１を設ける
ことにより、この導電性層１１によってパシベーション
膜５に存在するＮａ+ などの可動イオンを固定化できる
ため、可動イオンの動きによるセンサ出力のドリフトを
防止できる。
【００１５】したがって、クランプ用のｐ形導電性層１
１がｎ形ゲージ抵抗４とパシベーション膜５間のシリコ
ン領域中に形成されるので、パシベーション膜５上の導
電層８によってその膜中の可動イオンを固定化するとき
のように（図３参照）、その導電層８とＳｉＯ2 等のパ
シベーション膜５との間のマイクロスリップによるヒス
テリシスやサーマルヒステリシスを軽減できる。さら
に、パシベーション膜５直下のｐ形ゲージ抵抗４表面が
ｎ形に反転することもなくなり、安定した電気的特性が
得られ、しかも、ゲージ抵抗４のシールド効果が得られ
る利点がある。
１がｎ形ゲージ抵抗４とパシベーション膜５間のシリコ
ン領域中に形成されるので、パシベーション膜５上の導
電層８によってその膜中の可動イオンを固定化するとき
のように（図３参照）、その導電層８とＳｉＯ2 等のパ
シベーション膜５との間のマイクロスリップによるヒス
テリシスやサーマルヒステリシスを軽減できる。さら
に、パシベーション膜５直下のｐ形ゲージ抵抗４表面が
ｎ形に反転することもなくなり、安定した電気的特性が
得られ、しかも、ゲージ抵抗４のシールド効果が得られ
る利点がある。
【００１６】なお、上述の実施例では半導体単結晶基板
としてｎ形シリコン基板を用いた場合について示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、ＳＯＩ構
造の基板を用いたり、あるいは薄肉ダイアフラム内のゲ
ージ抵抗も所定の領域に任意の数だけ形成したり、パシ
ベーション膜としてＳｉＯ2 の代わりに他の絶縁物、例
えば窒化シリコン（ＳｉＮ）やＳｉＯ2 ，ＳｉＮの複合
膜などを用いたりすることなど、幾多の変形が可能であ
る。
としてｎ形シリコン基板を用いた場合について示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、ＳＯＩ構
造の基板を用いたり、あるいは薄肉ダイアフラム内のゲ
ージ抵抗も所定の領域に任意の数だけ形成したり、パシ
ベーション膜としてＳｉＯ2 の代わりに他の絶縁物、例
えば窒化シリコン（ＳｉＮ）やＳｉＯ2 ，ＳｉＮの複合
膜などを用いたりすることなど、幾多の変形が可能であ
る。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体単結晶基板上の薄肉ダイアフラム内の領域にゲージ
抵抗を形成するとともに、その表面にパシベーション膜
を形成して、このゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用し
て圧力を測定する圧力センサにおいて、ゲージ抵抗とパ
シベーション膜との間の薄肉ダイアフラム内の領域に導
電性の層を設け、この導電性層をゲージ抵抗に対して所
定電位にクランプすることにより、パシベーション膜中
に存在するＮａ+ などの可動イオンを固定化できるの
で、ヒステリシスやサーマルヒステリシスの小さい、安
定した電気的特性をもつ圧力センサが得られる効果があ
る。
導体単結晶基板上の薄肉ダイアフラム内の領域にゲージ
抵抗を形成するとともに、その表面にパシベーション膜
を形成して、このゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用し
て圧力を測定する圧力センサにおいて、ゲージ抵抗とパ
シベーション膜との間の薄肉ダイアフラム内の領域に導
電性の層を設け、この導電性層をゲージ抵抗に対して所
定電位にクランプすることにより、パシベーション膜中
に存在するＮａ+ などの可動イオンを固定化できるの
で、ヒステリシスやサーマルヒステリシスの小さい、安
定した電気的特性をもつ圧力センサが得られる効果があ
る。
【図１】本発明による圧力センサの一実施例を説明する
概略図であり、(a) はその平面図、(b)は主要部の拡大
断面図である。
概略図であり、(a) はその平面図、(b)は主要部の拡大
断面図である。
【図２】従来例による圧力センサの基本構成図であり、
(a)はその平面図、(b)は一部断面図である。
(a)はその平面図、(b)は一部断面図である。
【図３】従来技術の別の例を説明する主要部の一部断面
図である。
図である。
１ シリコン基板 ２ 厚肉部 ３ 薄肉ダイアフラム部 ４，４A〜４D ゲージ抵抗 ５ パシベーション膜 ６ 引出し電極 ７ ｐｎ接合 １１ 導電性層 １２ 電極 １３ 電圧源
Claims (1)
- 【請求項１】 固定部となる厚肉部と薄肉ダイアフラム
部からなる半導体単結晶基板と、前記薄肉ダイアフラム
部内の領域に形成されたピエゾ抵抗効果を有するゲージ
抵抗と、前記半導体単結晶基板上に被覆形成されたパシ
ベーション膜と、このパシベーション膜上に前記ゲージ
抵抗と電気的に接続された引出し電極とを備えた圧力セ
ンサにおいて、 前記ゲージ抵抗と前記パシベーション膜との間の前記薄
肉ダイアフラム部内の領域に導電性の層を設け、この導
電性層を前記ゲージ抵抗に対して所定電位にクランプし
て前記パシベーション膜中のＮａ+ などの可動イオンを
固定化するようにしたことを特徴とする圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1586293A JP2748077B2 (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1586293A JP2748077B2 (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201499A JPH06201499A (ja) | 1994-07-19 |
| JP2748077B2 true JP2748077B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=11900616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1586293A Expired - Fee Related JP2748077B2 (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2748077B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001281085A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-10 | Toyoda Mach Works Ltd | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-01-06 JP JP1586293A patent/JP2748077B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06201499A (ja) | 1994-07-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |