JP3225622B2 - Thin semiconductor dynamic sensor - Google Patents

Thin semiconductor dynamic sensor

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JP3225622B2
JP3225622B2 JP24935292A JP24935292A JP3225622B2 JP 3225622 B2 JP3225622 B2 JP 3225622B2 JP 24935292 A JP24935292 A JP 24935292A JP 24935292 A JP24935292 A JP 24935292A JP 3225622 B2 JP3225622 B2 JP 3225622B2
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thin
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piezoresistive
semiconductor
generating portion
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泰成 杉戸
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体加速度センサ又
は半導体圧力センサなど、力学量を歪み量を通じて電気
量に変換するセンサ(以下、半導体力学センサと総称す
る)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor for converting a dynamic quantity into an electric quantity through a strain amount, such as a semiconductor acceleration sensor or a semiconductor pressure sensor (hereinafter referred to as a semiconductor dynamic sensor).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体力学センサは、少なくとも
一端が第2導電型の半導体基板に支持される第1導電型
の起歪部と、前記起歪部の一面側に形成され応力変化に
応じて抵抗値が変化する第2導電型のピエゾ抵抗領域と
を備え、ピエゾ抵抗領域に通電してその抵抗値変化によ
り起歪部に作用する力を検出している。
2. Description of the Related Art A conventional semiconductor dynamic sensor has a strain-generating portion of a first conductivity type at least one end of which is supported by a semiconductor substrate of a second conductivity type, and is formed on one surface of the strain-generating portion to respond to a change in stress. And a piezoresistive region of the second conductivity type, the resistance of which changes in the resistance value.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記した半導体力学セ
ンサ、例えば半導体加速度センサの高感度化を図るに
は、従来、一般に30から40μmに形成される起歪部
の厚さを10μmといった薄肉にするのが最も効果的で
ある。しかしながら本発明者の実験によれば、このよう
に起歪部の薄肉化すると、ブリッジの出力電圧の変動や
ノイズ電圧の大幅な増大が生じて、実用できないことが
わかった。
In order to increase the sensitivity of the above-described semiconductor dynamic sensor, for example, a semiconductor acceleration sensor, conventionally, the thickness of a strain-generating portion generally formed to have a thickness of 30 to 40 μm is reduced to 10 μm. Is most effective. However, according to experiments performed by the present inventor, it was found that such thinning of the strain-causing portion caused fluctuations in the output voltage of the bridge and a significant increase in noise voltage, making it impractical.

【0004】その解析及び実験結果によれば、この原因
は接合空乏層の先端が薄肉の起歪部の裏面に達するため
であることがわかった。すなわち、起歪部の裏面には、
面状空乏層または第2導電型チャンネル(以下、裏面チ
ャンネルという)が形成されており、また汚染により多
量の再結合中心や準位、トラップなどが形成されてい
る。更に、電気化学エッチング方法により起歪部の裏面
と同一直線上にピエゾ抵抗領域と同一導電型の半導体基
板の端部が位置している。
According to the analysis and the experimental results, it has been found that the cause is that the tip of the junction depletion layer reaches the back surface of the thin strained portion. That is, on the back surface of the strain generating part,
A planar depletion layer or a second conductivity type channel (hereinafter referred to as a back channel) is formed, and a large number of recombination centers, levels, traps, and the like are formed due to contamination. Further, the end of the semiconductor substrate of the same conductivity type as the piezoresistive region is located on the same straight line as the back surface of the strain-induced portion by the electrochemical etching method.

【0005】この結果、接合空乏層が起歪部の裏面に達
すると、ピエゾ抵抗領域と起歪部との間の逆バイアス電
流(以下、リーク電流という)が増大し、また、裏面チ
ャンネル及び上記接合空乏層を通じてピエゾ抵抗領域と
基板との間にリーク電流が流れ、更には基板とピエゾ抵
抗領域との間で上記裏面チャンネルを介することなく直
接のパンチスルーによるリーク電流が流れる。
As a result, when the junction depletion layer reaches the back surface of the strained portion, the reverse bias current (hereinafter, referred to as leakage current) between the piezoresistive region and the strained portion increases, and the back channel and the above-described channel. A leak current flows between the piezoresistive region and the substrate through the junction depletion layer, and a leak current flows between the substrate and the piezoresistive region by direct punch-through without passing through the back channel.

【0006】従来のように、起歪部5〜8の厚さが厚い
場合には、通常の使用電圧範囲で空乏層が起歪部の裏面
に到達することはありえず、設計上において、ピエゾ抵
抗領域と起歪部との間の接合空乏層の大きさを考慮する
必要はなかった。なお、第1導電型の基板上に第2導電
型の起歪部を形成する場合、基板と起歪部との間は積極
的に短絡することは無いが、両者間のPN接合はこのP
N接合の端面部などにおける寄生抵抗などにより短絡さ
れていると考えることができる。
When the thickness of the strain generating portions 5 to 8 is large as in the prior art, the depletion layer cannot reach the back surface of the strain generating portion in a normal operating voltage range. It was not necessary to consider the size of the junction depletion layer between the resistance region and the strain generating portion. In the case where the strain-generating portion of the second conductivity type is formed on the substrate of the first conductivity type, there is no positive short circuit between the substrate and the strain-generating portion.
It can be considered that a short circuit occurs due to a parasitic resistance at the end face of the N junction or the like.

【0007】したがって、上記リーク電流はピエゾ抵抗
領域から基板を通じて起歪部に流れる。なお、起歪部
は、ピエゾ抵抗領域の一端に接続されるのが通常であ
り、接続されない場合でもピエゾ抵抗領域の一端に対し
0バイアス障壁電位となるので、結局、起歪部に流れ込
んだ上記リーク電流は、ピエゾ抵抗領域を流れる信号電
流に加算されて出力されることとなる。
Therefore, the leak current flows from the piezoresistive region through the substrate to the strain generating portion. Note that the strain-generating portion is normally connected to one end of the piezoresistive region, and even when not connected, one end of the piezoresistive region has a zero bias barrier potential. The leak current is added to the signal current flowing through the piezoresistive region and output.

【0008】このリーク電流は、熱雑音(Rの平方根に
比例する)、ゆらぎ雑音、1/fノイズやポップコーン
ノイズを多量に含み、また電流経路が不安定であるので
変動が大きく、温度変化による変動率も大きく、センサ
出力電圧のレベル変動及びS/N比低下を招く。なお、
このようなリーク電流を低減するには、ピエゾ抵抗領域
両端に、すなわちピエゾ抵抗領域の一端と薄肉起歪部と
の間に印加する電圧を縮小しても可能であるが、このよ
うな定格電圧の変更は、周辺回路の電源電圧との不一致
を招くので、電源装置の新設、回路変更などが要求さ
れ、後段の信号処理回路との整合性が悪化するという問
題を生じる。
This leak current contains a large amount of thermal noise (proportional to the square root of R), fluctuation noise, 1 / f noise and popcorn noise, and has a large fluctuation due to an unstable current path, and is largely influenced by temperature changes. The fluctuation rate is also large, causing a level fluctuation of the sensor output voltage and a decrease in the S / N ratio. In addition,
Such leakage current can be reduced by reducing the voltage applied to both ends of the piezoresistive region, that is, between the one end of the piezoresistive region and the thin strain generating portion. Changes cause inconsistency with the power supply voltage of the peripheral circuit, so that a new power supply device or a circuit change is required, which causes a problem that the consistency with the signal processing circuit in the subsequent stage is deteriorated.

【0009】本発明は起歪部を薄肉化した場合に生じる
上記問題点に鑑みなされたものであり、周辺回路との整
合性を良好に保ち、出力電圧の変動やS/N比の低下を
抑止するとともに、起歪部の薄肉化によるセンサ感度の
向上を実現した薄形半導体力学センサを提供することを
その目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems that occur when the strain-generating portion is thinned, and maintains good matching with peripheral circuits, and suppresses fluctuations in output voltage and reduction in S / N ratio. It is an object of the present invention to provide a thin semiconductor dynamic sensor that suppresses the thickness and improves the sensor sensitivity by reducing the thickness of the strain generating portion.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】第1発明の薄形半導体力
学センサは、少なくとも一端が半導体基板に支持され厚
さが15μm以下の第1導電型単結晶半導体からなる薄
肉起歪部と、前記薄肉起歪部の表面部に形成され前記薄
肉起歪部の1桁以上高濃度の不純物濃度の第2導電型半
導体からなるピエゾ抵抗領域部とを備え、前記ピエゾ抵
抗領域部の一入力端及び前記薄肉起歪部と前記ピエゾ抵
抗領域部の他入力端との間に所定の定格電圧を印加して
前記ピエゾ抵抗領域部の抵抗値変化を検出する半導体力
学センサにおいて、前記薄肉起歪部は、Kを前記薄肉起
歪部及び前記ピエゾ抵抗領域部の比誘電率、εを真空誘
電率、Vcを前記定格電圧、Voを0バイアス時の前記
薄肉起歪部と前記ピエゾ抵抗領域との間の障壁電圧、q
を電子の電荷量、Wを薄肉起歪部の肉厚dを前記ピエゾ
抵抗領域の深さとした場合に、2Kε(Vc+Vo)/
q(w−d)2 より高濃度の不純物濃度を有することを
特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a thin semiconductor dynamic sensor, wherein at least one end thereof is supported by a semiconductor substrate and has a thickness of 15 μm or less and is made of a first conductive type single crystal semiconductor; A piezoresistive region formed on the surface of the thin-walled strain-generating portion and formed of a second conductivity type semiconductor having an impurity concentration of at least one digit higher than that of the thin-walled strain-generating portion; In a semiconductor dynamic sensor that detects a change in resistance value of the piezoresistive region by applying a predetermined rated voltage between the thin-strained portion and another input terminal of the piezoresistive region, the thin-strained portion is , K is the relative permittivity of the thin strain generating portion and the piezoresistive region portion, ε is the vacuum permittivity, Vc is the rated voltage, and Vo is 0 between the thin strain generating portion and the piezoresistive region at 0 bias. Barrier voltage, q
Is the charge amount of electrons, and W is the thickness d of the thin strain-generating portion, and the depth of the piezoresistive region is 2Kε (Vc + Vo) /
It is characterized by having an impurity concentration higher than q (wd) 2 .

【0011】第2発明の薄形半導体力学センサは、少な
くとも一端が半導体基板に支持され第1導電型単結晶半
導体からなる薄肉起歪部と、前記薄肉起歪部の表面部に
形成され第2導電型半導体からなるピエゾ抵抗領域部と
を備え、前記ピエゾ抵抗領域部の一入力端及び前記薄肉
起歪部と前記ピエゾ抵抗領域部の他入力端との間に所定
の定格電圧を印加して前記ピエゾ抵抗領域の抵抗値変化
を検出する半導体力学センサにおいて、前記薄肉起歪部
の裏面部に高濃度の第導電型の空乏層ストッパ領域が
配設されることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a thin semiconductor dynamic sensor, wherein at least one end is supported by a semiconductor substrate and a thin strain generating portion made of a first conductivity type single crystal semiconductor is formed on a surface portion of the thin strain generating portion. A piezoresistive region portion made of a conductive semiconductor, and applying a predetermined rated voltage between one input terminal of the piezoresistive region portion and the other input terminal of the thin strain generating portion and the piezoresistive region portion. In the semiconductor dynamic sensor for detecting a change in the resistance value of the piezoresistive region, a high-concentration first- conductivity-type depletion-layer stopper region is provided on the back surface of the thin-walled strain generating portion.

【0012】なお、ピエゾ抵抗領域部は、一個又は互い
に接続された複数のピエゾ抵抗領域からなる。ピエゾ抵
抗領域部の一入力端及び薄肉起歪部とピエゾ抵抗領域部
の他入力端との間への所定の定格電圧の印加は、ピエゾ
抵抗領域の両入力端に定格電圧を印加し、ピエゾ抵抗領
域の一入力端と薄肉起歪部とのPN接合の0バイアス障
壁電位を介して薄肉起歪部の電位を固定する場合を含
む。
Note that the piezoresistive region portion is composed of one or a plurality of piezoresistive regions connected to each other. The application of a predetermined rated voltage between one input end of the piezoresistive region and between the thin-walled strain generating portion and the other input end of the piezoresistive region is performed by applying a rated voltage to both input ends of the piezoresistive region. This includes the case where the potential of the thin strain generating portion is fixed via the zero bias barrier potential of the PN junction between one input end of the resistance region and the thin strain generating portion.

【0013】[0013]

【作用及び発明の効果】第1発明では、薄肉起歪部の厚
さを10μm以下と薄肉化するとともに、薄肉起歪部の
不純物濃度Nを、2Kε(Vc+Vo)/q(w−d)
2 以上としている。この結果、このセンサの定格電圧V
cではピエゾ抵抗領域と薄肉起歪部との間の接合空乏層
は薄肉起歪部の裏面に達することができず、その結果、
上記詳述したリーク電流は非常に小さくなり、そのため
に、例えば電源装置などの周辺回路との整合性を良好に
保ちつつ、リーク電流の大きさに依存する出力電圧の変
動やS/N比の低下を抑止した状態で、起歪部の薄肉化
によるセンサ感度の向上を実現することができる。
According to the first aspect of the present invention, the thickness of the thin strain generating portion is reduced to 10 μm or less, and the impurity concentration N of the thin strain generating portion is set to 2Kε (Vc + Vo) / q (wd).
2 or more. As a result, the rated voltage V of this sensor
In c, the junction depletion layer between the piezoresistive region and the thin strained portion cannot reach the back surface of the thin strained portion, and as a result,
The above-described leakage current becomes extremely small. For this reason, for example, the output voltage fluctuation and the S / N ratio depending on the magnitude of the leakage current are maintained while maintaining good matching with peripheral circuits such as a power supply device. In a state where the reduction is suppressed, the sensor sensitivity can be improved by reducing the thickness of the strain generating portion.

【0014】第2発明では、薄肉起歪部の裏面部に高濃
度の第2導電型の空乏層ストッパ領域が配設される。こ
の結果、ピエゾ抵抗領域と薄肉起歪部との間の接合空乏
層は薄肉起歪部の裏面の高濃度の第導電型の空乏層ス
トッパ領域に遮蔽されて、薄肉起歪部の裏面に到達する
ことができず、その結果、上記詳述したリーク電流は非
常に小さくなる。したがって、リーク電流の大きさに依
存する出力電圧の変動やS/N比の低下を抑止した状態
で、起歪部の薄肉化によるセンサ感度の向上を実現する
ことができる。
In the second invention, a high-concentration second conductivity type depletion layer stopper region is provided on the back surface of the thin strain generating portion. As a result, the junction depletion layer between the piezoresistive region and the thin strain-generating portion is shielded by the high-concentration first conductivity type depletion layer stopper region on the back surface of the thin strain-generating portion. Cannot be reached, so that the leakage current detailed above is very small. Therefore, it is possible to improve the sensor sensitivity by reducing the thickness of the strain generating portion in a state where the fluctuation of the output voltage and the decrease of the S / N ratio depending on the magnitude of the leak current are suppressed.

【0015】[0015]

【実施例】以下、この発明を適用した半導体加速度セン
サの一実施例を図面に従って説明する。図1にこの半導
体加速度センサの斜視図を示し、図2に半導体加速度セ
ンサの平面図を示し、図3に図2のAーA断面を示す。
本センサは自動車のABSシステムに用いられるもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a semiconductor acceleration sensor to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of the semiconductor acceleration sensor, FIG. 2 is a plan view of the semiconductor acceleration sensor, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
This sensor is used for an ABS system of a vehicle.

【0016】パイレックスガラスよりなる四角板状の台
座1の上には四角板状のシリコンチップ2が接合されて
いる。シリコンチップ2はその裏主面が台座1と接合す
る四角枠状の第1支持部3を有し、第1支持部3はシリ
コンチップ2の4辺を用いて形成されている。シリコン
チップ2における第1支持部3の内側には上部分離溝4
a,4b,4c,4d及び下部分離溝10が凹設されて
おり、上部分離溝4a,4b,4c,4d及び下部分離
溝10は連通して、チップ2を貫通する貫通溝となって
いる。四角枠状の第1支持部3内に形成されたC形の上
部分離溝4d及び上部分離溝4d下部の下部分離溝10
により厚肉コ字状の第2支持部11及び厚肉の連結部1
2が区画、形成され、第2支持部11は連結部12によ
り第1支持部3に連結されている。更に、第2支持部1
1の内側面から薄肉の薄肉起歪部5,6,7,8が延設
されており、薄肉起歪部5,6,7,8の先端には厚肉
四角形状の重り部9が連結されている。
A square plate-shaped silicon chip 2 is bonded on a square plate-shaped pedestal 1 made of Pyrex glass. The silicon chip 2 has a rectangular frame-shaped first support portion 3 whose back main surface is joined to the pedestal 1, and the first support portion 3 is formed using four sides of the silicon chip 2. An upper isolation groove 4 is provided inside the first support portion 3 of the silicon chip 2.
a, 4b, 4c, 4d and a lower separation groove 10 are recessed, and the upper separation grooves 4a, 4b, 4c, 4d and the lower separation groove 10 communicate with each other to form a through groove penetrating the chip 2. . A C-shaped upper separation groove 4d and a lower separation groove 10 below the upper separation groove 4d formed in the first support portion 3 having a rectangular frame shape.
Thick second support portion 11 and thick connecting portion 1
2 is defined and formed, and the second support portion 11 is connected to the first support portion 3 by the connection portion 12. Further, the second support portion 1
A thin, thin, strained portion 5, 6, 7, 8 extends from the inner surface of 1 and a thick, square weight portion 9 is connected to the tip of the thin, strained portion 5, 6, 7, 8. Have been.

【0017】つまり、台座1と接合する厚肉の第1支持
部3に連結部12を介して第2支持部11が連結され、
第2支持部11から薄肉起歪部5〜8を介して重り部9
が両端支持されている。下部分離溝10は、上部分離溝
4a,4b,4c,4dと薄肉起歪部5〜8の下方に形
成され、上部分離溝4a,4b,4c,4dと下部分離
溝10とは連通して、チップ2を貫通する貫通溝を構成
している。
That is, the second supporting portion 11 is connected to the thick first supporting portion 3 joined to the pedestal 1 via the connecting portion 12,
The weight portion 9 from the second support portion 11 via the thin strain portions 5 to 8
Are supported at both ends. The lower separation groove 10 is formed below the upper separation grooves 4a, 4b, 4c, 4d and the thin strain generating portions 5 to 8, and communicates with the upper separation grooves 4a, 4b, 4c, 4d and the lower separation groove 10. , A through groove penetrating the chip 2.

【0018】薄肉起歪部5〜8の表面部には各2個のピ
エゾ抵抗領域13a,13b,14a,14b,15
a,15b,16a,16bが形成されている。更に図
3に示すように、台座1の上面中央部には凹部17が形
成され、加速度が加わり重り部9が変位したときに接触
しないようになっている。シリコンチップ2の表面のア
ルミ配線パタ−ンを図2に示す。
The two piezoresistive regions 13a, 13b, 14a, 14b, 15
a, 15b, 16a and 16b are formed. Further, as shown in FIG. 3, a concave portion 17 is formed at the center of the upper surface of the pedestal 1 so that when the acceleration 9 is applied and the weight portion 9 is displaced, no contact is made. FIG. 2 shows an aluminum wiring pattern on the surface of the silicon chip 2.

【0019】アース用の配線18と、電源電圧Vcc印
加用の配線19と、加速度に応じた電位差を取り出すた
めの出力用の配線20、21とが布設されている。又、
これら配線に対しもう1組の4つの配線が用意されてい
る。つまり、アース用の配線22と、電源電圧印加用の
配線23と、加速度に応じた電位差を取り出すための出
力用の配線24,25とが形成されている。電源電圧印
加用の配線19の途中にはシリコンチップ2の不純物拡
散層26が介在され、その不純物拡散層26の上をシリ
コン酸化膜を介してアース用の配線18が交差してい
る。同様に、電源電圧印加用の配線23は不純物拡散層
27を介して電源電圧印加用の配線19と接続され、ア
ース用の配線22は不純物拡散層28を介してアース用
の配線18と接続され、さらに、出力用の配線24は不
純物拡散層29を介して出力用の配線20と接続されて
いる。又、出力用の配線21と25とは抵抗調整のため
の不純物拡散層30を介して接続されている。なお本実
施例では、配線18〜21を用いた結線がなされてい
る。
A wiring 18 for grounding, a wiring 19 for applying the power supply voltage Vcc, and wirings 20 and 21 for output for extracting a potential difference according to acceleration are laid. or,
Another set of four wirings is prepared for these wirings. That is, the ground wiring 22, the power supply voltage applying wiring 23, and the output wirings 24 and 25 for extracting a potential difference according to the acceleration are formed. The impurity diffusion layer 26 of the silicon chip 2 is interposed in the middle of the power supply voltage application wiring 19, and the ground wiring 18 crosses the impurity diffusion layer 26 via a silicon oxide film. Similarly, the power supply voltage application wiring 23 is connected to the power supply voltage application wiring 19 via the impurity diffusion layer 27, and the ground wiring 22 is connected to the ground wiring 18 via the impurity diffusion layer 28. Further, the output wiring 24 is connected to the output wiring 20 via the impurity diffusion layer 29. The output wirings 21 and 25 are connected via an impurity diffusion layer 30 for resistance adjustment. In this embodiment, the connection using the wirings 18 to 21 is made.

【0020】各ピエゾ抵抗領域13a,13b,14
a,14b,15a,15b,16a,16bは図4に
示すようにホイートストーンブリッジ回路を構成してお
り、端子31はアース用端子であり、端子32は電源電
圧印加用端子であり、端子33及び34は加速度に応じ
た電位差を取り出すための出力端子である。次に、この
センサの製造方法を図5〜図9に基づいて説明する。た
だし、図5〜図9は図2のA−A断面を示す。
Each piezoresistive region 13a, 13b, 14
a, 14b, 15a, 15b, 16a, and 16b constitute a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG. 4; a terminal 31 is a ground terminal; a terminal 32 is a power supply voltage application terminal; 33 and 34 are output terminals for extracting a potential difference according to the acceleration. Next, a method for manufacturing this sensor will be described with reference to FIGS. 5 to 9 show the AA cross section of FIG.

【0021】まず図5に示すように、面方位が(10
0)のp型基板(本発明でいう第2導電型の半導体部)
41上にn型のエピタキシャル層(本発明でいう第1導
電型の半導体部)42をもつウエハ(本発明でいう半導
体部材)40を用意し、ピエゾ抵抗領域13a,13
b,14a,14b,15a,15b,16a,16b
としてp+ 拡散層43を形成し、更に電気化学エッチン
グ時の電極コンタクトとして上部分離溝4a,4b,4
c,4dをエッチングする予定領域の表面部にn+拡散
層44を形成し、更にエピタキシャル層42をアースす
るためのアース用のn+ 拡散層(図示せず)をエピタキ
シャル層42の上記エッチングされない領域の表面部に
形成される。
First, as shown in FIG.
0) p-type substrate (second conductivity type semiconductor portion in the present invention)
A wafer (semiconductor member according to the present invention) 40 having an n-type epitaxial layer (semiconductor portion of the first conductivity type according to the present invention) 42 on a 41 is prepared, and the piezoresistive regions 13a, 13
b, 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b
The p + diffusion layer 43 is formed, and the upper isolation grooves 4a, 4b, 4 are formed as electrode contacts during electrochemical etching.
An n + diffusion layer 44 is formed on the surface of the region where c and 4d are to be etched, and a ground n + diffusion layer (not shown) for grounding the epitaxial layer 42 is not etched on the epitaxial layer 42. It is formed on the surface of the region.

【0022】その後、エピタキシャル層42上に形成し
たシリコン酸化膜(図示せず)を選択開口し、その上に
アルミ配線18〜25(図2参照、図5〜図8では図示
省略)を形成する。また、アルミ配線18〜25をp+
拡散層43の所定位置にコンタクトさせ、その後、シリ
コン酸化膜などからなるパッシベーション絶縁膜(図示
せず)を堆積し、このパッシベーション絶縁膜を選択開
口してワイヤボンディング用のコンタクトホールを形成
し、続いて、このパッシベーション絶縁膜を開口してn
+ 拡散層44にコンタクトする通電用アルミコンタクト
部(図示せず)を設ける。
Thereafter, a silicon oxide film (not shown) formed on the epitaxial layer 42 is selectively opened, and aluminum wirings 18 to 25 (see FIG. 2, not shown in FIGS. 5 to 8) are formed thereon. . Also, the aluminum wirings 18 to 25 are p +
A contact is made with a predetermined position of the diffusion layer 43, and thereafter, a passivation insulating film (not shown) made of a silicon oxide film or the like is deposited, and the passivation insulating film is selectively opened to form a contact hole for wire bonding. Then, the passivation insulating film is opened and n
+ An energizing aluminum contact portion (not shown) for contacting diffusion layer 44 is provided.

【0023】次に、ウエハ40の裏面、すなわち下部分
離溝10のエッチング予定領域を除く基板41の表面
(本発明でいう裏主面)にプラズマ窒化膜(PーSi
N)45を形成するとともに図示しないレジスト膜(図
示せず)を用いてプラズマ窒化膜45をホトパターニン
グする。次に、ウエハ40の表主面、すなわち上部分離
溝4a,4b,4c,4dのエッチング予定領域となる
エピタキシャル層42の表面にレジスト膜(本発明でい
うレジスト膜)49をスピンニング塗布し、ホトパター
ニングする。なお、この上部分離溝4a,4b,4c,
4dのエッチング予定領域上の上記シリコン酸化膜やパ
ッシベーション絶縁膜は予め除去されており、更にレジ
スト膜49のホトパターニングにより露出したエピタキ
シャル層42の表面には上記した通電用アルミコンタク
ト部が露出している。なお、レジスト膜49はPIQ
(ポリイミド)膜とされる。
Next, a plasma nitride film (P-Si) is formed on the back surface of the wafer 40, that is, on the surface of the substrate 41 (the back main surface in the present invention) except for the region to be etched of the lower isolation groove 10.
N) 45 is formed and the plasma nitride film 45 is photo-patterned using a resist film (not shown) not shown. Next, a resist film (resist film according to the present invention) 49 is spin-coated on the front main surface of the wafer 40, that is, the surface of the epitaxial layer 42 which is to be etched in the upper isolation grooves 4a, 4b, 4c, and 4d. Photo-patterning. The upper separation grooves 4a, 4b, 4c,
The silicon oxide film and the passivation insulating film on the region to be etched 4d have been removed in advance, and the above-mentioned current-carrying aluminum contact portions are exposed on the surface of the epitaxial layer 42 exposed by the photo-patterning of the resist film 49. I have. The resist film 49 is made of PIQ
(Polyimide) film.

【0024】次に図6に示すように、ウエハ40の電気
化学エッチングを行って下部分離溝10を形成する。以
下、この電気化学エッチングについて詳しく説明する。
まず、支持基板46の裏面に熱板(200℃、図示せ
ず)を接合し、この支持基板46上に樹脂ワックスWを
載せて軟化させ、更にその上に白金リボン(図示せず)
を挟んでウエハ40の表主面を載せて接着させ、その
後、支持基板46及びウエハ40を熱板から下ろして樹
脂ワックスWを硬化させる。白金リボンの先端部は波状
に形成され、上記樹脂ワックスWの硬化状態において白
金リボンの先端部は上記アルミコンタクト部に自己の弾
性により押圧され、上記アルミコンタクト部に良好な電
気的接触が取られる。なお、樹脂ワックスWはウエハ4
0の側面を被覆している。
Next, as shown in FIG. 6, the lower isolation groove 10 is formed by performing electrochemical etching of the wafer 40. Hereinafter, this electrochemical etching will be described in detail.
First, a hot plate (200 ° C., not shown) is joined to the back surface of the support substrate 46, the resin wax W is placed on the support substrate 46 to soften it, and a platinum ribbon (not shown) is further placed thereon.
After that, the front main surface of the wafer 40 is placed and bonded, and then the support substrate 46 and the wafer 40 are lowered from the hot plate to cure the resin wax W. The tip of the platinum ribbon is formed in a wavy shape, and in the cured state of the resin wax W, the tip of the platinum ribbon is pressed against the aluminum contact by its own elasticity, and good electrical contact is made with the aluminum contact. . Note that the resin wax W is
0 side surfaces.

【0025】この状態でウエハ40及び支持基板46は
エッチング槽(図示せず)内に垂下され、エッチング液
(例えば、33wt%KOH溶液,82℃)に浸漬され
る。ウエハ40の裏主面に対向して白金電極板(図示せ
ず)が垂下されており、ウエハ40側を正として白金リ
ボンと白金電極板との間に所定の電圧(ここでは2V)
を印加し、電気化学エッチングを行う。このようにする
と、白金リボンからアルミコンタクト部、n+ 拡散層4
4、エピタキシャル層42を通じてP型基板41に両者
間の接合を逆バイアスする電界が形成されるとともに、
基板41の電気化学エッチング(異方性エッチング)が
行われ、基板41に下部分離溝10が形成される。エッ
チングが基板41とエピタキシャル層42との接合部近
傍に達すると陽極酸化膜(図示せず)が形成され、エッ
チング速度が格段に減速するので、この接合部近傍でエ
ッチングを停止する。
In this state, the wafer 40 and the supporting substrate 46 are suspended in an etching bath (not shown) and immersed in an etching solution (for example, a 33 wt% KOH solution, 82 ° C.). A platinum electrode plate (not shown) is suspended facing the back main surface of the wafer 40, and a predetermined voltage (here, 2V) is applied between the platinum ribbon and the platinum electrode plate with the wafer 40 side being positive.
Is applied to perform electrochemical etching. By doing so, the platinum ribbon is converted to the aluminum contact portion and the n + diffusion layer 4.
4. An electric field is formed in the P-type substrate 41 through the epitaxial layer 42 to reverse bias the junction between the two,
The substrate 41 is subjected to electrochemical etching (anisotropic etching), and the lower isolation groove 10 is formed in the substrate 41. When the etching reaches the vicinity of the junction between the substrate 41 and the epitaxial layer 42, an anodic oxide film (not shown) is formed, and the etching rate is remarkably reduced, so that the etching is stopped near this junction.

【0026】次に図7に示すように、フッ酸により窒化
膜45を除去した後、支持基板46を熱板に載せて樹脂
ワックスWを軟化させ、ウエハ40を支持基板46から
分離し、分離したウエハ40を有機溶剤(例えば、トリ
クロロエタン)中に浸漬し、樹脂ワックスWを溶解、洗
浄してウェハ40を取り出し、その後、ウエハ40の裏
主面にレジスト50を全面塗布する。
Next, as shown in FIG. 7, after the nitride film 45 is removed with hydrofluoric acid, the support substrate 46 is placed on a hot plate to soften the resin wax W, and the wafer 40 is separated from the support substrate 46. The wafer 40 thus obtained is immersed in an organic solvent (for example, trichloroethane), the resin wax W is dissolved and washed, the wafer 40 is taken out, and then a resist 50 is applied to the entire back main surface of the wafer 40.

【0027】なお、このレジスト50はホトパターニン
グのためではないので、レジスト液を流下させるだけで
よく、ホトパターニングのためのレジスト塗布(例えば
第2レジスト膜49)の場合のように、スピンニング装
置のスピンニングテーブルにウエハ40を真空チャック
する必要はない。次に図8に示すように、第2レジスト
膜49の開口からエピタキシャル層42をドライエッチ
ングして上部分離溝4a,4b,4c,4dを形成す
る。
Since the resist 50 is not used for photo-patterning, it is only necessary to allow the resist solution to flow down. As in the case of resist application for photo-patterning (for example, the second resist film 49), a spinning device is used. It is not necessary to vacuum chuck the wafer 40 on the spinning table. Next, as shown in FIG. 8, the epitaxial layer 42 is dry-etched from the opening of the second resist film 49 to form upper isolation grooves 4a, 4b, 4c and 4d.

【0028】次に図9に示すように、レジスト膜49を
酸素アッシングにより除去し、レジスト50を除去して
上部分離溝4a,4b,4c,4dを完成し、この上部
分離溝4a,4b,4c,4dと下部分離溝10とを連
通させて、貫通溝を形成する。続いてウエハ40を台座
1の上に接合し、最後にダイシングしてチップ化する。
Next, as shown in FIG. 9, the resist film 49 is removed by oxygen ashing, and the resist 50 is removed to complete the upper separation grooves 4a, 4b, 4c, 4d. The through grooves are formed by communicating the lower separation grooves 10 with 4c and 4d. Subsequently, the wafer 40 is bonded on the pedestal 1, and finally is diced into chips.

【0029】以下、本実施例の要部であるリーク電流低
減が可能な高感度センサの設計について、図10を参照
して以下、順番に説明する。 (薄肉起歪部5〜8の厚さの決定)本実施例では、セン
サのブリッジ感度を0.7mV/Gとする。この目標ブ
リッジ感度から図11に示すブリッジ感度と薄肉起歪部
5〜8の肉厚との関係に基づき、薄肉起歪部5〜8の肉
厚Tを決定する。ここではTは5.3μmとすればよい
ことがわかる。 (ブリッジ入力電圧の決定)この実施例では、ピエゾ抵
抗領域13a,13b,14a,14b,15a,15
b,16a,16bを図4のように接続してなるブリッ
ジの高位入力端と低位入力端との間に印加するブリッジ
入力電圧Vccを12Vとし、またブリッジの低位入力
端は接地する。
The design of a high-sensitivity sensor capable of reducing leakage current, which is a main part of the present embodiment, will be described below in order with reference to FIG. (Determination of Thickness of Thin Wall Strained Sections 5 to 8) In this embodiment, the bridge sensitivity of the sensor is set to 0.7 mV / G. From this target bridge sensitivity, the thickness T of the thin strain parts 5 to 8 is determined based on the relationship between the bridge sensitivity and the thickness of the thin strain parts 5 to 8 shown in FIG. Here, it is understood that T may be set to 5.3 μm. (Determination of Bridge Input Voltage) In this embodiment, the piezoresistive regions 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15
The bridge input voltage Vcc applied between the high-order input terminal and the low-order input terminal of the bridge formed by connecting b, 16a, and 16b as shown in FIG. 4 is 12 V, and the low-order input terminal of the bridge is grounded.

【0030】これは、後段の信号処理回路装置と電源電
圧を共通として電源装置の簡単化、配線の簡単化、互換
性を実現するためである。この状態において、薄肉起歪
部5〜8はピエゾ抵抗領域即ちP+ 領域43と接合ダイ
オードを構成するので、薄肉起歪部5〜8の電位は両者
間の障壁電位だけ高い値(約0.7V)となるが、この
明細書では薄肉起歪部5〜8の電位は近似的にP+ 領域
43の最高電位と等しいものとみなす。
This is to realize simplification of the power supply device, simplification of wiring, and compatibility with the signal processing circuit device at the subsequent stage using the same power supply voltage. In this state, the thin strain generating portions 5 to 8 constitute a junction diode with the piezoresistive region, that is, the P + region 43, so that the potential of the thin strain generating portions 5 to 8 is a value higher than the barrier potential between the two (about 0. 7V), but in this specification, it is assumed that the potentials of the thin strain generating portions 5 to 8 are approximately equal to the highest potential of the P + region 43.

【0031】なお、基板41と薄肉起歪部5〜8とはチ
ップ端面で抵抗接続状態となっており、基板41はエピ
タキシャル層42(薄肉起歪部5〜8)と等電位とみな
すことができる。その他、エピタキシャル層42の表面
にn+ 領域を形成し、このn+ 領域をアルミ配線19、
23に接続してもよい。このn+ 領域はn+ 領域44と
同じプロセスで形成できる。このようにすれば、エピタ
キシャル層42の電位変動を抑止して、この電位変動に
よる出力信号電圧の変動を抑止できる。もちろん、上記
+ 領域に電源電圧すなわちアルミ配線19、23とは
異なる直流電位を与えることは可能であるが、この場合
にはエピタキシャル層42の電位固定用の入力端子及び
電源を新たに必要とし、装置構成の複雑化を招くだけ
で、得策ではない。すなわち、ブリッジの高位入力端3
2とエピタキシャル層42とを同電位(又は上記近似的
同電位を含む)に固定することが最も簡単である。 (基板41の不純物濃度の決定)上記した電気化学エッ
チングによれば、後述する図12、図13の実験特性図
からエッチングはエピタキシャル層42と基板41との
接合空乏層の基板41側の先端で停止すると考えてよい
ので、この実施例では、基板41の不純物濃度を3×1
17原子/cm3 に設定する。
It should be noted that the substrate 41 and the thin strain generating portions 5 to 8 are connected to each other.
The substrate 41 is in a resistance connection state at the
Equivalent to the axial layer 42 (thin strain parts 5 to 8)
Can be In addition, the surface of the epitaxial layer 42
To n+Forming a region, this n+The area is aluminum wiring 19,
23 may be connected. This n+The area is n+Region 44 and
It can be formed by the same process. This way, Epita
By suppressing the potential fluctuation of the axial layer 42,
Output signal voltage can be suppressed. Of course, above
n +The power supply voltage, that is, the aluminum wirings 19 and 23
It is possible to give different DC potentials, but in this case
Has an input terminal for fixing the potential of the epitaxial layer 42 and
Only requires a new power supply, which only complicates the equipment configuration
That's not a good idea. That is, the high input terminal 3 of the bridge
2 and the epitaxial layer 42 at the same potential (or
It is easiest to fix to the same potential. (Determination of Impurity Concentration of Substrate 41)
According to the ching, an experimental characteristic diagram of FIGS.
From the epitaxial layer 42 and the substrate 41
It may be considered to stop at the end of the junction depletion layer on the substrate 41 side.
Therefore, in this embodiment, the impurity concentration of the substrate 41 is set to 3 × 1
017Atom / cmThreeSet to.

【0032】すなわち、センサとして使用する際に、P
+ 領域43とエピタキシャル層42(薄肉起歪部5〜
8)との間の接合空乏層が薄肉起歪部5〜8の裏面に到
達すると、上述のリーク電流が増大するために、エピタ
キシャル層42の厚さはできるだけ厚くする必要があ
り、一方、薄肉起歪部5〜8の厚さは従来より格段に薄
くする必要がある。
That is, when used as a sensor, P
+ Region 43 and the epitaxial layer 42 (thin strain generating portions 5 to 5)
8), when the junction depletion layer reaches the back surface of the thin strain parts 5 to 8, the above-described leakage current increases. Therefore, the thickness of the epitaxial layer 42 needs to be as large as possible. The thickness of the strain generating portions 5 to 8 needs to be much thinner than before.

【0033】したがって、電気化学エッチングの停止位
置をできるだけエピタキシャル層42と基板41との接
合に接近させるため、この接合空乏層の基板41側に伸
びる部分を狭小化する必要があり、そのために基板41
の不純物濃度をできるだけ高濃度化する必要がある。一
方、実験によれば基板41の不純物濃度が2×1018
子/cm3 とすると、エッチング速度が低下し、基板4
1のエッチングが困難となることが知られている。ま
た、印加電圧が0.6V以下の場合はエッチング速度が
上昇し、エッチング停止が困難となる。
Therefore, in order to make the stop position of the electrochemical etching as close as possible to the junction between the epitaxial layer 42 and the substrate 41, it is necessary to reduce the portion of the junction depletion layer extending to the substrate 41 side.
Must be as high as possible. On the other hand, according to the experiment, when the impurity concentration of the substrate 41 is 2 × 10 18 atoms / cm 3 , the etching rate is reduced, and
1 is known to be difficult to etch. On the other hand, when the applied voltage is 0.6 V or less, the etching rate increases, and it becomes difficult to stop the etching.

【0034】したがって、基板41の不純物濃度を、1
×1016原子/cm3 以上、2×1018原子/cm3
下、更に好ましくは、1〜8×1017原子/cm3 とす
れば、高感度化とリーク電流抑圧との相乗効果を奏する
ことができる。 (エピタキシャル層42の厚さの決定)エピタキシャル
層42の厚さweは、薄肉起歪部5〜8の厚さをT=
5.3μm、基板41のエッチング残り部分(残留P型
領域)の厚さをwbとすれば、T−wbとなる。wbは
以下のようにして決定する。
Therefore, the impurity concentration of the substrate 41 is set to 1
When the density is at least 10 16 atoms / cm 3 and at most 2 10 18 atoms / cm 3, and more preferably 1 to 8 × 10 17 atoms / cm 3 , a synergistic effect of increasing sensitivity and suppressing leakage current will be obtained. be able to. (Determination of the Thickness of the Epitaxial Layer 42) The thickness we of the epitaxial layer 42 is obtained by calculating the thickness of the thin strain generating portions 5 to 8 by T =
Assuming that the thickness of the unetched portion (remaining P-type region) of the substrate 41 is 5.3 μm and the thickness of the remaining portion is wb, T-wb is obtained. wb is determined as follows.

【0035】基板41の不純物濃度をNb(3×1017
原子/cm3 )、エピタキシャル層42の不純物濃度N
eから、基板41とエピタキシャル層42との間の接合
空乏層の基板41側に伸びる部分の幅wbは、 wb2 =2Kε(Vc+Vo)/(qNb(1+Nb/
Ne)) により決定する。なお、Kはシリコンの比誘電率、εを
真空誘電率、Vcは電気化学エッチングにおける印加電
圧であり、Voは0バイアス時のエピタキシャル層42
と基板41との間の障壁電圧、qを電子の電荷量とし、
Nbには仮定値を用いる。 (P+ 領域43の不純物濃度及び深さの決定)ピエゾ抵
抗領域P- 13a,13b,14a,14b,15a,
15b,16a,16bを構成するP+ 領域43の深さ
dは予め決定でき、ここでは1.0μmとする。P+
域43の不純物濃度は、n型エピタキシャル層42より
1桁以上、高濃度に形成される。これはP+ 領域43と
n型エピタキシャル層42との間の接合空乏層がP+
域43内に伸びるのを抑止して、エピタキシャル層42
の電位変動によりP+ 領域43の抵抗値が変化するのを
低減するためなどの理由である。また、P+ 領域43の
不純物濃度が高すぎると、その抵抗値が小さくなり、ア
ルミ配線などの電気抵抗が無視できず、電流増大による
温度上昇も無視できなくなる弊害があり、一方、P+
域43の不純物濃度が低すぎると、各ピエゾ抵抗の抵抗
雑音が増加し、リーク電流に対する信号電流の割合が増
加してS/N比が増加するという弊害が生じる。これら
のことから、ここでは、P+ 領域43の不純物濃度は、
1×1020原子/cm3 とする。
The impurity concentration of the substrate 41 is set to Nb (3 × 10 17
Atoms / cm 3 ), the impurity concentration N of the epitaxial layer 42
e, the width wb of the portion of the junction depletion layer extending toward the substrate 41 between the substrate 41 and the epitaxial layer 42 is expressed as: wb 2 = 2Kε (Vc + Vo) / (qNb (1 + Nb /
Ne)). Here, K is the relative dielectric constant of silicon, ε is the vacuum dielectric constant, Vc is the applied voltage in electrochemical etching, and Vo is the epitaxial layer 42 at zero bias.
Voltage between the substrate and the substrate 41, q is the amount of electron charge,
An assumed value is used for Nb. (Determination of Impurity Concentration and Depth of P + Region 43) Piezoresistive regions P - 13a, 13b, 14a, 14b, 15a,
The depth d of the P + regions 43 constituting the layers 15b, 16a, and 16b can be determined in advance, and is assumed to be 1.0 μm here. The impurity concentration of the P + region 43 is higher than that of the n-type epitaxial layer by one digit or more. This prevents the junction depletion layer between the P + region 43 and the n-type epitaxial layer 42 from extending into the P + region 43, and
This is for the purpose of, for example, reducing the change in the resistance value of the P + region 43 due to the fluctuation in the potential. Further, the impurity concentration of the P + region 43 is too high, the resistance value becomes smaller, can not be ignored electric resistance such as aluminum wiring, there is adverse effects is not negligible temperature rise due to the current increase, whereas, the P + region If the impurity concentration of 43 is too low, the resistance noise of each piezoresistor increases, and the ratio of the signal current to the leakage current increases, resulting in an increase in the S / N ratio. From these, here, the impurity concentration of the P + region 43 is:
1 × 10 20 atoms / cm 3 .

【0036】したがってここでは、P+ 領域43とエピ
タキシャル層42との間の接合空乏層は全てエピタキシ
ャル層42側に伸びると仮定する。 (エピタキシャル層42の不純物濃度の決定)P+ 領域
43の直下のエピタキシャル層42の有効厚さwは、エ
ピタキシャル層42の厚さweからP+ 領域43の深さ
dを引いたものである。
Therefore, it is assumed here that the junction depletion layer between P + region 43 and epitaxial layer 42 all extends to epitaxial layer 42 side. Effective thickness w of the epitaxial layer 42 immediately below the (epitaxial layer 42 determine the impurity concentration of) P + region 43 is obtained by subtracting the depth d of the P + region 43 in the thickness we of the epitaxial layer 42.

【0037】P+ 領域43とエピタキシャル層42との
間の接合空乏層DLが薄肉起歪部5〜8の裏面に達する
と、上述したようにリーク電流及びノイズ電圧の大幅な
増大が生じるので、これを防止するために、接合空乏層
DLの幅wdlは、w=we−d=T−wb−dより小
さい必要がある。接合空乏層DLの幅wdlは、以下の
式で計算できる。
When the junction depletion layer DL between the P + region 43 and the epitaxial layer 42 reaches the back surfaces of the thin strain parts 5 to 8, the leakage current and the noise voltage are greatly increased as described above. In order to prevent this, the width wdl of the junction depletion layer DL needs to be smaller than w = we−d = T−wb−d. The width wdl of the junction depletion layer DL can be calculated by the following equation.

【0038】 wdl2 =2Kε(Vcc+Vo)/(qNe(1+Ne/Np)) =2Kε(Vcc+Vo)/(qNe) したがって、Ne=2Kε(Vcc+Vo)/(q×w
dl2 ) なお、NpはP+ 領域43の不純物濃度、NeはN型エ
ピタキシャル層42の不純物濃度である。wdlは安全
をみてビーム厚の有効厚さwより1μm小さい値とす
る。
Wdl 2 = 2Kε (Vcc + Vo) / (qNe (1 + Ne / Np)) = 2Kε (Vcc + Vo) / (qNe) Therefore, Ne = 2Kε (Vcc + Vo) / (q × w)
dl 2 ) where Np is the impurity concentration of the P + region 43 and Ne is the impurity concentration of the N-type epitaxial layer 42. For safety, wdl is set to a value smaller by 1 μm than the effective thickness w of the beam thickness.

【0039】なお、上記計算において、(エピタキシャ
ル層42の厚さの決定)の段階で仮定したNeがここで
求めたNeと大幅に変わる場合には、再度Neの仮定値
を修正して計算をやりなおせばよい。以下、このように
して計算した諸元の一例を以下に記載する。印加電圧V
ccは12V、基板41の不純物濃度は約3×1017
子/cm3、エピタキシャル層42の不純物濃度は約7
×1015原子/cm3 、P+ 領域43の不純物濃度は約
1×1020原子/cm3 、薄肉起歪部5〜8の厚さTは
約5.3μm、P+ 領域43の深さは約1.0μm、接
合空乏層Wdlは約1.5μm。
In the above calculation, if Ne assumed at the stage of (determination of the thickness of the epitaxial layer 42) is significantly different from Ne obtained here, the assumed value of Ne is corrected again to calculate. You have to start over. Hereinafter, an example of the data calculated in this manner is described below. Applied voltage V
cc is 12 V, the impurity concentration of the substrate 41 is about 3 × 10 17 atoms / cm 3 , and the impurity concentration of the epitaxial layer 42 is about 7
× 10 15 atoms / cm 3 , the impurity concentration of the P + region 43 is about 1 × 10 20 atoms / cm 3 , the thickness T of the thin strain generating portions 5 to 8 is about 5.3 μm, and the depth of the P + region 43 Is about 1.0 μm, and the junction depletion layer Wdl is about 1.5 μm.

【0040】次に、上記したリーク電流増大を確認する
実験結果について、図14、図15に示し、その理由を
図16の模式断面図及び図17の簡略化等価回路図に基
づいて説明する。ただし、計測は図16の試料で行っ
た。この装置で、基板41の不純物濃度は約3×1017
原子/cm3 、エピタキシャル層42の不純物濃度は約
7×1015原子/cm3 、P+ 領域43の不純物濃度は
約1×1020原子/cm 3 、薄肉起歪部5の厚さTはエ
ピタキシャル層42の厚さにほぼ等しく約2.5μm、
+ 領域43の深さは約1.0μm。エピタキシャル層
42の表面に接地用のn+ 領域を設けた。
Next, the above-described increase in leakage current is confirmed.
The experimental results are shown in FIG. 14 and FIG.
Based on the schematic sectional view of FIG. 16 and the simplified equivalent circuit diagram of FIG.
A description will be given below. However, the measurement was performed on the sample shown in FIG.
Was. In this apparatus, the impurity concentration of the substrate 41 is about 3 × 1017
Atom / cmThree, The impurity concentration of the epitaxial layer 42 is about
7 × 10FifteenAtom / cmThree, P+The impurity concentration of the region 43 is
About 1 × 1020Atom / cm ThreeAnd the thickness T of the thin-walled strain-generating portion 5 is
Approximately 2.5 μm, which is approximately equal to the thickness of the
P+The depth of the region 43 is about 1.0 μm. Epitaxial layer
42 for grounding+An area was provided.

【0041】これとP+ 領域43との間に可変のVcc
を印加し、リーク電流を調べた。その結果を示す図14
から、接合空乏層の先端が裏面に接近するVccが11
Vを超える点aから顕著にリーク電流aが増加し始め、
30VでPN接合の降伏が生じている。ちなみに、上記
諸元におけるVcc=11VにおけるP+ 領域43とエ
ピタキシャル層42との間の接合空乏層のエピタキシャ
ル層42側の幅(計算値)は約1.5μmである。
A variable Vcc is provided between this and P + region 43.
Was applied and the leakage current was examined. FIG. 14 showing the result
From that Vcc at which the tip of the junction depletion layer approaches the back surface is 11
The leak current a starts to increase remarkably from the point a exceeding V,
At 30 V breakdown of the PN junction occurs. Incidentally, the width (calculated value) of the junction depletion layer between the P + region 43 and the epitaxial layer 42 on the epitaxial layer 42 side at Vcc = 11 V in the above specifications is about 1.5 μm.

【0042】次に、3個のサンプルA、B、Cを用いて
リーク電流とブリッジ出力電圧のばらつきとの関係を調
べた。その結果を、図15に示す。ただし、サンプル
A、B、Cの詳細は以下の通りである。諸元は上記と同
一。ただし、薄肉起歪部の厚さは、Aが3.5μm、B
が3.0μm、Cが2.5μmである。図15から、リ
ーク電流が急増し始めると、ブリッジの出力電圧のばら
つきが急増することがわかる。
Next, the relationship between the leakage current and the variation in the bridge output voltage was examined using three samples A, B, and C. The result is shown in FIG. However, details of samples A, B, and C are as follows. Specifications are the same as above. However, the thickness of the thin strain generating portion is 3.5 μm for A and B for B
Is 3.0 μm and C is 2.5 μm. From FIG. 15, it can be seen that when the leak current starts to increase sharply, the variation in the output voltage of the bridge sharply increases.

【0043】接合空乏層が薄肉起歪部5の裏面に到達す
ると、N+ 領域44、エピタキシャル層42、基板4
1、裏面チャンネル、接合空乏層、P+ 領域43の順に
電流が流れたりなどして、リーク電流の増大、ブリッジ
出力電圧がばらつくことがわかった。また当然、ノイズ
電圧も増大する。 (実験例1)図6の電気化学エッチングにおいて、エピ
タキシャル層42の厚さtは6μmとし、印加電圧Vc
を変えた場合の薄肉起歪部5〜8の厚さの変化を図11
に示す。また、基板41側の空乏層幅wpとエピタキシ
ャル層42の厚さtとの和を特性線として図示する。
When the junction depletion layer reaches the back surface of the thin strain generating portion 5, the N + region 44, the epitaxial layer 42, the substrate 4
1. It was found that the leakage current increased and the bridge output voltage varied due to the flow of current in the order of the back channel, the junction depletion layer, and the P + region 43. Of course, the noise voltage also increases. (Experimental Example 1) In the electrochemical etching shown in FIG. 6, the thickness t of the epitaxial layer 42 was 6 μm, and the applied voltage Vc
FIG. 11 shows a change in the thickness of the thin-walled strain generating portions 5 to 8 when the thickness is changed.
Shown in The sum of the depletion layer width wp on the substrate 41 side and the thickness t of the epitaxial layer 42 is shown as a characteristic line.

【0044】図11から薄肉起歪部5〜8の厚さはwp
+tに一致することがわかる。 (実験例2)図6の電気化学エッチングにおいて、エピ
タキシャル層42の厚さtは6μmとし、印加電圧Vc
を2V、エピタキシャル層42の不純物濃度を7×10
15原子/cm3 とし、基板41の不純物濃度を変えた場
合の薄肉起歪部5〜8の厚さの変化を図12に示す。ま
た、基板41側の空乏層幅wpとエピタキシャル層42
の厚さtとの和を特性線として図示する。
From FIG. 11, the thickness of the thin strain parts 5 to 8 is wp
It can be seen that it coincides with + t. (Experimental Example 2) In the electrochemical etching shown in FIG. 6, the thickness t of the epitaxial layer 42 was 6 μm, and the applied voltage Vc
Is 2V, and the impurity concentration of the epitaxial layer 42 is 7 × 10
FIG. 12 shows a change in the thickness of the thin strain generating portions 5 to 8 when the impurity concentration of the substrate 41 is changed to 15 atoms / cm 3 . The depletion layer width wp on the substrate 41 side and the epitaxial layer 42
Is shown as a characteristic line.

【0045】図12から薄肉起歪部5〜8の厚さはwp
+tに一致することがわかる。以上の実験結果から、薄
肉起歪部5〜8の肉厚Tを設計肉厚にするには、T=t
+wpとすればよいことがわかる。 (実施例2)他の実施例を図17に基づいて説明する。
From FIG. 12, the thickness of the thin strain parts 5 to 8 is wp
It can be seen that it coincides with + t. From the above experimental results, in order to make the thickness T of the thin strain parts 5 to 8 the designed thickness, T = t
It can be seen that + wp is sufficient. (Embodiment 2) Another embodiment will be described with reference to FIG.

【0046】この実施例は、n型エピタキシャル層42
とp型基板41との間に薄いn+ エピタキシャル層(空
乏層ストッパ領域)70を形成したものである。このよ
うにすれば、P+ 領域43とエピタキシャル層42との
間の接合空乏層はこのn+ エピタキシャル層70に遮断
されて薄肉起歪部5の裏面72に到達できず、その結果
としてリーク電流の増大やノイズ電圧の増大を抑止する
ことができる。
In this embodiment, the n-type epitaxial layer 42
A thin n + epitaxial layer (depletion layer stopper region) 70 is formed between the substrate and the p-type substrate 41. In this manner, the junction depletion layer between P + region 43 and epitaxial layer 42 is blocked by n + epitaxial layer 70 and cannot reach back surface 72 of thin strain-causing portion 5, resulting in a leak current Increase and noise voltage increase can be suppressed.

【0047】この、n+ エピタキシャル層70は、エピ
タキシャル層42の初期段階で不純物ドープ量を多くす
れば形成することができる。また、P+ 基板41の表面
にP + 基板41の不純物より拡散速度が早いn型不純物
をドープしておき、エピタキシャル層42のエピ工程に
おけるオートドープにより形成してもよい。なお、n+
エピタキシャル層(空乏層ストッパ領域)70の不純物
濃度は、5×1016原子/cm3 以上、好ましくは1×
1017〜1×1020原子/cm3 とされる。
This n+The epitaxial layer 70
In the initial stage of the taxi layer 42, the impurity doping amount is increased.
Can be formed. Also, P+Surface of substrate 41
To P +N-type impurity whose diffusion rate is faster than that of the substrate 41
In the epitaxial process of the epitaxial layer 42.
It may be formed by autodoping in the above. Note that n+
Impurity of epitaxial layer (depletion layer stopper region) 70
The concentration is 5 × 1016Atom / cmThreeAbove, preferably 1 ×
1017~ 1 × 1020Atom / cmThreeIt is said.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例の半導体加速度センサの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor acceleration sensor according to an embodiment.

【図2】半導体加速度センサの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the semiconductor acceleration sensor.

【図3】図2のAーA断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】このセンサのブリッジ回路図である。FIG. 4 is a bridge circuit diagram of the sensor.

【図5】図1のセンサの製造工程を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of the sensor of FIG. 1;

【図6】図1のセンサの製造工程を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a manufacturing process of the sensor of FIG. 1;

【図7】図1のセンサの製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the sensor of FIG. 1;

【図8】図1のセンサの製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the sensor of FIG. 1;

【図9】図1のセンサの製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a manufacturing process of the sensor of FIG. 1;

【図10】センサの模式断面図である。FIG. 10 is a schematic sectional view of a sensor.

【図11】図1のセンサの薄肉起歪部(ビ−ム)厚とブ
リッジ感度との関係を示す特性図である。
11 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of a thin strain generating portion (beam) of the sensor of FIG. 1 and bridge sensitivity.

【図12】電気化学エッチングにおける印加電圧と薄肉
起歪部の厚さとの関係を示す特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a relationship between an applied voltage in electrochemical etching and a thickness of a thin strain generating portion.

【図13】電気化学エッチング方法における基板の不純
物濃度と薄肉起歪部の厚さとの関係を示す特性図であ
る。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between an impurity concentration of a substrate and a thickness of a thin strain generating portion in an electrochemical etching method.

【図14】印加電圧とリーク電流との関係を示す特性図
である。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing a relationship between an applied voltage and a leak current.

【図15】リーク電流とブリッジ出力電圧との関係を示
す特性図である。
FIG. 15 is a characteristic diagram showing a relationship between a leak current and a bridge output voltage.

【図16】リーク電流の経路を示す模式断面図である。FIG. 16 is a schematic sectional view showing a path of a leak current.

【図17】実施例2を示す断面図である。FIG. 17 is a sectional view showing Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41 半導体基板 5〜8 薄肉起歪部 13a,13b,14a,14b,15a,15b,1
6a,16b ピエゾ抵抗領域(ピエゾ抵抗領域部) 43 P+ 領域(ピエゾ抵抗領域部) 70 n+ 層(空乏層ストッパ領域)
41 semiconductor substrate 5-8 thin-walled strain generating portion 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b, 1
6a, 16b Piezoresistive region (piezoresistive region) 43 P + region (piezoresistive region) 70 n + layer (depletion layer stopper region)

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−253279(JP,A) 特開 平2−116174(JP,A) 特開 昭56−104475(JP,A) 特開 昭50−65180(JP,A) 特開 昭61−91967(JP,A) 特開 昭62−54477(JP,A) 特開 昭58−78470(JP,A) 特開 平4−196176(JP,A) 特開 昭61−111583(JP,A) 特開 昭63−76483(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 15/12 G01L 1/18 G01L 9/04 H01L 29/84 Continuation of the front page (56) References JP-A-60-253279 (JP, A) JP-A-2-116174 (JP, A) JP-A-56-104475 (JP, A) JP-A-50-65180 (JP, A) JP-A-61-91967 (JP, A) JP-A-62-54477 (JP, A) JP-A-58-78470 (JP, A) JP-A-4-196176 (JP, A) 61-111583 (JP, A) JP-A-63-76483 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01P 15/12 G01L 1/18 G01L 9/04 H01L 29 / 84

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも一端が半導体基板に支持され
厚さが15μm以下の第1導電型単結晶半導体からなる
薄肉起歪部と、 前記薄肉起歪部の表面部に形成され前記薄肉起歪部の1
桁以上高濃度の不純物濃度の第2導電型半導体からなる
ピエゾ抵抗領域部とを備え、 前記ピエゾ抵抗領域部の一入力端及び前記薄肉起歪部と
前記ピエゾ抵抗領域部の他入力端との間に所定の定格電
圧を印加して前記ピエゾ抵抗領域部の抵抗値変化を検出
する薄形半導体力学センサにおいて、 前記薄肉起歪部は、Kを前記薄肉起歪部及び前記ピエゾ
抵抗領域部の比誘電率、εを真空誘電率、Vcを前記定
格電圧、Voを0バイアス時の前記薄肉起歪部と前記ピ
エゾ抵抗領域との間の障壁電圧、qを電子の電荷量、W
を薄肉起歪部の肉厚dを前記ピエゾ抵抗領域の深さとし
た場合に、2Kε(Vc+Vo)/q(w−d)2より
高濃度の不純物濃度を有することを特徴とする薄形半導
体力学センサ。
1. A thin strain-generating portion made of a first-conductivity-type single-crystal semiconductor having a thickness of 15 μm or less supported at least at one end by a semiconductor substrate; and a thin strain-generating portion formed on a surface portion of the thin strain-generating portion. Of 1
A piezoresistive region portion made of a second conductivity type semiconductor having an impurity concentration of an order of magnitude higher than that of the piezoresistive region portion. A thin semiconductor dynamic sensor that detects a change in the resistance value of the piezoresistive region by applying a predetermined rated voltage between the thin piezoresistive region and the piezoresistive region. Relative dielectric constant, ε is a vacuum dielectric constant, Vc is the rated voltage, Vo is a barrier voltage between the thin strain generating portion and the piezoresistive region at 0 bias, q is an electron charge, W
Wherein the thickness d of the thin strain generating portion is the depth of the piezoresistive region, and the impurity concentration is higher than 2Kε (Vc + Vo) / q (wd) 2. Sensor.
【請求項2】 少なくとも一端が半導体基板に支持され
第1導電型単結晶半導体からなる薄肉起歪部と、 前記薄肉起歪部の表面部に形成され第2導電型半導体か
らなるピエゾ抵抗領域部とを備え、 前記ピエゾ抵抗領域部の一入力端及び前記薄肉起歪部と
前記ピエゾ抵抗領域部の他入力端との間に所定の定格電
圧を印加して前記ピエゾ抵抗領域の抵抗値変化を検出す
薄形半導体力学センサにおいて、 前記薄肉起歪部の裏面部に高濃度の第導電型の空乏層
ストッパ領域が配設されることを特徴とする薄形半導体
力学センサ。
2. A thin strain-generating portion made of a first-conductivity-type single-crystal semiconductor, at least one end of which is supported by a semiconductor substrate; and a piezoresistive-region portion formed on a surface of the thin-walled strain-generating portion and made of a second conductivity-type semiconductor. A predetermined rated voltage is applied between one input terminal of the piezoresistive region and the other input terminal of the thin strain generating portion and the other input end of the piezoresistive region to change the resistance value of the piezoresistive region. in thin semiconductor dynamic sensor for detecting, thin semiconductor dynamic sensor, characterized in that a depletion layer stopper region of the first conductivity type high-concentration on the rear surface portion of the thin strain generating part is disposed.
【請求項3】 前記半導体基板の不純物濃度が1×103. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein said semiconductor substrate has an impurity concentration of 1 × 10.
1616 原子/cmAtom / cm 3Three 以上2×10More than 2 × 10 1818 原子/cmAtom / cm 3Three 以下である請The following
求項1に記載の薄形半導体力学センサ。The thin semiconductor dynamic sensor according to claim 1.
【請求項4】 前記空乏層ストッパ領域の不純物濃度が4. The depletion layer stopper region has an impurity concentration of
5×105 × 10 1616 原子/cmAtom / cm 3Three 以上である請求項2に記載の薄3. The thin film according to claim 2,
形半導体力学センサ。Semiconductor dynamic sensor.
【請求項5】 前記ピエゾ抵抗領域部は、一個又は互い5. The method according to claim 1, wherein the piezoresistive region portions are one or more.
に接続された複数のピエゾ抵抗からなり、前記ピエゾ抵And a plurality of piezoresistors connected to the piezoresistor.
抗領域部の一入力端及び前記薄肉起歪部と前記ピエゾ抵One input end of the resistance region, the thin strain generating portion, and the piezo resistor.
抗領域部の他入力端との間への所定の定格電圧の印加Applying a predetermined rated voltage between the other input terminals of the resistance area
は、前記ピエゾ抵抗領域部の両入力端に定格電圧を印加Applies a rated voltage to both input terminals of the piezoresistive area.
し、前記ピエゾ抵抗領域部の一入力端と前記薄肉起歪部And one input end of the piezoresistive region section and the thin strain generating section.
とのPN接合の0バイアス障壁電位を介して前記薄肉起Through the PN junction of the PN junction with the
歪部の電位を固定する場合を含むことを特徴とする請求Claims including fixing the potential of the distorted portion.
項1乃至4の何れかに記載の薄形半導体力学センサ。Item 5. A thin semiconductor dynamic sensor according to any one of Items 1 to 4.
【請求項6】 前記半導体基板は第2導電型の基板から6. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a substrate of a second conductivity type.
なることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のThe method according to any one of claims 1 to 5, wherein
薄形半導体力学センサ。Thin semiconductor dynamic sensor.
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