JP3335810B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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Description
どの単結晶半導体により形成した半導体圧力センサに関
する。
る。半導体基板1は、例えばシリコンなどの単結晶半導
体により成るもので、その一方の面側には空洞2が形成
されて薄膜シリコンダイアフラム(以下、ダイアフラム
と省略する)1aを形成している。
定位置にそれぞれ各歪みセンサ(応力センサ)3、4が
形成されている。ダイアフラム1の他方の面上及び各歪
みセンサ3、4上には、酸化シリコン層(以下、SiO
層と称する)5、チッ化シリコン層(SiN層と称す
る)6及び絶縁層としてのリンガラス層(以下、PSG
層と称する)7が積層され、さらにダイアフラム1と電
気的に接続されるポリシリコン層8と絶縁層のPSG層
9が積層されている。ただし、SiO層5、SiN層6
は、絶縁層として作用する。
リッジを構成する配線や信号取出し用のパッド10が形
成されている。なお、図4においては歪みセンサ3、4
は、個別に図示されているが実際には連結された回路で
あり、又歪みセンサ3には図示しない断面でパッドが接
続されている。
ラム1aの両面に圧力Pが加わると、これらの圧力差に
応答する応力が各歪みセンサ3、4により検出され、こ
の応力をパッド10及び図示されないパッドとの電圧変
化として検出するものとなっている。
その製造工程においてSiO層5、SiN層6、ポリシ
リコン層8及びPSG層7、9に残留応力を発生するた
め、圧力や温度変化によりダイアフラム1aに歪みが加
わると、各層すなわちSiO層5、SiN層6、PSG
層7、ポリシリコン層8、PSG層9の圧力差によりダ
イアフラム1aが元の位置に戻るのに長時間を要した
り、さらにはダイアフラム1aが元の位置に戻らない現
象、すなわちヒステリシスが発生する。
ラム1aが元の位置に戻るのに長時間を要したり、ヒス
テリシス現象が発生すると、半導体圧力センサとしての
センサ信号は、ドリフト、ヒステリシスが生じて不安定
な信号となり、精度高く圧力を検出することが困難とな
る。
ンサ信号のドリフトやヒステリシスを無くして安定でか
つ圧力を高精度に検出ができる信頼性を向上させた半導
体圧力センサを提供することを目的とする。
の面に空洞が形成された半導体材料によりダイヤフラム
を形成し、このダイヤフラムの他方の面に歪みセンサを
形成し、これらダイヤフラムの他方の面上及び歪みセン
サ上に酸化シリコン層、チッ化シリコン層、リンガラス
層、ポリシリコン層及びリンガラス層を順次積層すると
共に、歪みセンサの信号取出し部を形成し、かつ酸化シ
リコン層、チッ化シリコン層、リンガラス層及びポリシ
リコン層を、互いに残留応力をキャンセルする各厚さに
形成して上記目的を達成しようとする半導体圧力センサ
である。
イヤフラムの他方の面及びこの面上の歪みセンサ上に酸
化シリコン層、チッ化シリコン層、リンガラス層、ポリ
シリコン層及びリンガラス層を順次積層すると共に、歪
みセンサの信号取出し部を形成し、かつ酸化シリコン
層、チッ化シリコン層、リンガラス層及びポリシリコン
層を、互いに残留応力をキャンセルする各厚さに形成す
ることにより、各層の応力は互いにキャンセルされ、圧
力や温度変化によるセンサ信号のドリフトやヒステリシ
スを無くして安定にでき、圧力を高精度に検出ができ
る。
500±50オングストローム、チッ化シリコン層は厚
さ400±50オングストローム、リンガラス層は厚さ
5000±300オングストローム、及びポリシリコン
層は厚さ2000±300オングストロームに形成した
半導体圧力センサである。
化シリコン層の厚さを500±50オングストローム、
チッ化シリコン層の厚さを400±50オングストロー
ム、リンガラス層の厚さを5000±300オングスト
ローム、及びポリシリコン層の厚さを2000±300
オングストロームに形成することにより、各層の応力は
互いにキャンセルされ、圧力や温度変化によるセンサ信
号のドリフトやヒステリシスを無くして安定にでき、圧
力を高精度に検出ができる。
された半導体材料によりダイヤフラムを形成し、このダ
イヤフラムの他方の面に歪みセンサを形成し、これらダ
イヤフラムの他方の面上及び歪みセンサ上に酸化シリコ
ン層、チッ化シリコン層、ポリシリコン層及びリンガラ
ス層を順次積層すると共に、歪みセンサの信号取出し部
を形成し、かつ酸化シリコン層、チッ化シリコン層、ポ
リシリコン層及びリンガラス層を、互いに残留応力をキ
ャンセルする各厚さに形成して上記目的を達成しようと
する半導体圧力センサである。
方の面に空洞が形成された半導体材料によりダイヤフラ
ムを形成し、このダイヤフラムの他方の面に歪みセンサ
を形成し、これらダイヤフラムの他方の面上及び歪みセ
ンサ上に酸化シリコン層、チッ化シリコン層、ポリシリ
コン層及びリンガラス層を順次積層すると共に、歪みセ
ンサの信号取出し部を形成し、かつ酸化シリコン層、チ
ッ化シリコン層、ポリシリコン層及びリンガラス層を、
互いに残留応力をキャンセルする各厚さに形成すること
により、各層の応力は互いにキャンセルされ、圧力や温
度変化によるセンサ信号のドリフトやヒステリシスを無
くして安定にでき、圧力を高精度に検出ができる。
を500±50オングストローム、チッ化シリコン層の
厚さを400±50オングストローム、ポリシリコン層
の厚さを2000±300オングストローム、リンガラ
ス層の厚さを5000±300オングストロームに形成
した半導体圧力センサである。
化シリコン層の厚さを500±50オングストローム、
チッ化シリコン層の厚さを400±50オングストロー
ム、ポリシリコン層の厚さを2000±300オングス
トローム、リンガラス層の厚さを5000±300オン
グストロームに形成することにより、各層の応力は互い
にキャンセルされ、圧力や温度変化によるセンサ信号の
ドリフトやヒステリシスを無くして安定にでき、圧力を
高精度に検出ができる。
について図面を参照して説明する。図1は半導体圧力セ
ンサの構成図である。半導体基板20は、例えばシリコ
ンなどの単結晶半導体により成るもので、その一方の面
側には方形空洞21が形成されて薄膜シリコンダイアフ
ラム(以下、ダイアフラムと省略する)20aを形成し
ている。
は、所定位置にそれぞれ各歪みセンサ22、23が形成
されている。これら半導体基板20の他方の面上及び各
歪みセンサ22、23上には、酸化シリコン層(以下、
SiO層と称する)24、チッ化シリコン層(SiN層
と称する)25及び絶縁層としてのリンガラス層(以
下、PSG層と称する)26が積層され、さらにダイア
フラム20aと電気的に接続される導電層としてのポリ
シリコン層27と、絶縁層としてのPSG層(リンガラ
ス)28が積層されている。なお、SiO層24及びS
iN層25は、半導体形成時に必要とされ、共に絶縁層
として作用する。
ンサ22、23と接続され、かつ電気的にブリッジを構
成する配線や信号取出し用のパッド29が形成されてい
る。なお、図1において歪みセンサ22、23は、個別
に図示されているが、実際には連結された回路であり、
又歪みセンサ22は図示されないパッドが接続されてい
る。
5、PSG層26及びポリシリコン層27は、互いに残
留応力をキャンセルする厚さに形成されている。各層
(SiO層24、SiN層25、PSG層26及びポリ
シリコン層27)の厚さは、以下のように決定される。
すなわち、半導体基板に単一層(SiO層24、SiN
層25、PSG層26又はポリシリコン層27のいづれ
か1つ)を形成した場合の各層の残留応力は、次式(1)
により算出される。これより、各層の残留応力の合計が
零になるように各層の厚さDfを決定する。
は半導体基板のポアソン比、Dsは半導体基板の厚み、
Hは半導体基板に単一層を形成したとき場合の最大そり
量、Dfは層の厚さ、Dは半導体基板の幅である。
50オングストローム、SiN層25は厚さ400±5
0オングストローム、PSG層26は厚さ5000±3
00オングストローム、及びポリシリコン層27は厚さ
2000±300オングストロームに形成されている。
なお、SiO層24とSiN層25の厚さは、半導体形
成時にほぼ固定されるため、PSG層26及びポリシリ
コン層27の厚さを適切に決定している。
に形成されている。このような構成であれば、例えばダ
イアフラム20aの両面に圧力Pが加わると、これらの
圧力差に応答する残留応力が各歪みセンサ22、23に
より検出されるものとなる。
0aに歪みが加わっても、SiO層24、SiN層2
5、PSG層26、ポリシリコン層27の各層において
互いに残留応力はキャンセルされる。
圧力や温度変化により歪みが加わっても各層中に応力が
蓄積されることなく直ぐに元の位置に戻り、かつ元の位
置に戻らないというヒステリシスは発生しない。
発明との比較結果を示す図である。同図から分かるよう
に本発明センサの圧力ヒステリシスは、従来センサの圧
力ヒステリシスの約3分の1に減少している。
は、半導体基板20及び各歪みセンサ22、23上にS
iO層24、SiN層25、PSG層26及びポリシリ
コン層27の各層を互いに残留応力をキャンセルする厚
さに形成したので、圧力や温度変化によりダイアフラム
20aに歪みが加わっても、SiO層24、SiN層2
5、PSG層26及びポリシリコン層27の各層におい
て互いに残留応力はキャンセルされ、各層中に応力が蓄
積されることない。
シス、ドリフトなどを極めて小さくすることができ、セ
ンサ信号を非常に安定させることができる。これによ
り、各歪みセンサ22、23は、極めて精度高く圧力検
出したセンサ信号を出力でき、極めて信頼性を向上させ
ることができる。
明する。図3は半導体圧力センサの構成図である。半導
体基板30は、例えばシリコンなどの単結晶半導体によ
り成るもので、その一方の面側には方形空洞31が形成
されて薄膜シリコンダイアフラム(以下、ダイアフラム
と省略する)30aを形成している。
は、所定位置に各歪みセンサ32、33が形成されてい
る。これら半導体基板30の他方の面上及び各歪みセン
サ32、33上には、SiO層34、SiN層35、導
電層としてのポリシリコン層36及び絶縁層としてのP
SG層37が積層されている。
みセンサ32、33と接続され、かつ電気的にブリッジ
を構成する配線や信号取出し用のパッド38が形成され
ている。なお、第1の実施の形態同様に、歪みセンサ3
2にも図示しないパッドが連結されているものとする。
5、ポリシリコン層36及びPSG層37は、互いに残
留応力をキャンセルする厚さに形成されている。具体的
にSiO層34は厚さ500±50オングストローム、
SiN層35は厚さ400±50オングストローム、ポ
リシリコン層36は厚さ2000±300オングストロ
ーム、PSG層37は厚さ5000±300オングスト
ロームに形成されている。
の形態と同様に、ダイアフラム30aの両面に圧力Pが
加わると、これらの圧力差に応答する応力が各歪みセン
サ32、33により検出されるものとなる。
0aに歪みが加わっても、SiO層34、SiN層3
5、ポリシリコン層36、PSG層37の各層において
互いに残留応力はキャンセルされる。
ば、上記第1の実施の形態と同様に、圧力や温度変化に
よりダイアフラム30aに歪みが加わっても、SiO層
34、SiN層35、ポリシリコン層36、及びPSG
層37の各層において互いに残留応力はキャンセルさ
れ、各層中に応力が蓄積されることない。
シス、ドリフトなどを極めて小さくすることができ、セ
ンサ信号を非常に安定させることができる。これによ
り、各歪みセンサ32、33は、極めて精度高く圧力検
出したセンサ信号を出力でき、極めて信頼性を向上させ
ることができる。
の形態に限定されるものでなく次の通り変形してもよ
い。例えば、半導体基板20、30は、その形状を方形
とし、一方の面側に円形空洞を形成してダイアフラムと
してもよい。
力や温度変化によるセンサ信号のドリフトやヒステリシ
スを無くして安定でかつ圧力を高精度に検出ができる信
頼性を向上させた半導体圧力センサを提供できる。
の形態を示す構成図。
従来と本発明との比較結果を示す図。
の形態を示す構成図。
Claims (4)
- 【請求項1】 一方の面に空洞が形成された半導体材料
によりダイヤフラムを形成し、このダイヤフラムの他方
の面に歪みセンサを形成し、これらダイヤフラムの他方
の面上及び歪みセンサ上に酸化シリコン層、チッ化シリ
コン層、リンガラス層、ポリシリコン層及びリンガラス
層を順次積層すると共に、前記歪みセンサの信号取出し
部を形成し、 かつ前記酸化シリコン層、前記チッ化シリコン層、前記
リンガラス層及び前記ポリシリコン層は、互いに残留応
力をキャンセルする各厚さに形成された ことを特徴とす
る半導体圧力センサ。 - 【請求項2】 前記酸化シリコン層は厚さ500±50
オングストローム、前記チッ化シリコン層は厚さ400
±50オングストローム、前記リンガラス層は厚さ50
00±300オングストローム、及び前記ポリシリコン
層は厚さ2000±300オングストロームに形成され
たことを特徴とする請求項1記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項3】 一方の面に空洞が形成された半導体材料
によりダイヤフラムを形成し、このダイヤフラムの他方
の面に歪みセンサを形成し、これらダイヤフラムの他方
の面上及び歪みセンサ上に酸化シリコン層、チッ化シリ
コン層、ポリシリコン層及びリンガラス層を順次積層す
ると共に、前記歪みセンサの信号取出し部を形成し、 かつ前記酸化シリコン層、前記チッ化シリコン層、前記
ポリシリコン層及びリンガラス層は、互いに残留応力を
キャンセルする各厚さに形成されたことを特徴とする 半
導体圧力センサ。 - 【請求項4】 前記酸化シリコン層は厚さ500±50
オングストローム、前記チッ化シリコン層は厚さ400
±50オングストローム、前記ポリシリコン層は厚さ2
000±300オングストローム、前記リンガラス層は
厚さ5000±300オングストロームに形成されたこ
とを特徴とする請求項2記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21359395A JP3335810B2 (ja) | 1995-08-22 | 1995-08-22 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21359395A JP3335810B2 (ja) | 1995-08-22 | 1995-08-22 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0961270A JPH0961270A (ja) | 1997-03-07 |
JP3335810B2 true JP3335810B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=16641768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21359395A Expired - Fee Related JP3335810B2 (ja) | 1995-08-22 | 1995-08-22 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3335810B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4929753B2 (ja) * | 2006-02-22 | 2012-05-09 | オムロン株式会社 | 薄膜構造体の形成方法並びに薄膜構造体、振動センサ、圧力センサ及び加速度センサ |
JP4965274B2 (ja) * | 2007-02-05 | 2012-07-04 | 三菱電機株式会社 | 圧力センサ |
JP6908391B2 (ja) | 2017-02-17 | 2021-07-28 | アズビル株式会社 | 静電容量型圧力センサ |
-
1995
- 1995-08-22 JP JP21359395A patent/JP3335810B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0961270A (ja) | 1997-03-07 |
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