JP3571765B2 - 半導体圧力検出装置 - Google Patents
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- G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体圧力検出装置、特に、ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の半導体圧力検出装置を示す概略側断面図である。図において、測定した圧力を電圧に変換するための半導体圧力検出素子であるシリコンチップ１は、台座例えばシリコン台座５上に搭載されている。このシリコン台座５は、シリコンチップ１に加わる外部からの応力を緩和するために設けられている。予めシリコンチップ１がダイボンドされたシリコン台座５は、ステム６にダイボンドにより載置される。このステム６には、外部からの圧力をシリコンチップ１に伝えるための圧力導入管７が設けられている。シリコンチップ１は、このシリコンチップ１にワイヤボンドされたワイヤ８と、ステム６に絶縁材１２により保持されたリード９によって外部と電気的に接続されている。シリコンチップ１、ワイヤ８等は、大気解放口１０を備えた金属製のキャップ１１によって覆われている。
【０００３】
従来の半導体圧力センサは上述したように構成され、圧力導入管７より印加された圧力がシリコンチップ１に加わり、シリコンチップ１により圧力が電圧に変換され、ワイヤ８及びリード９を介して外部に出力される。
【０００４】
図９は、図８に示した半導体圧力検出装置のシリコンチップ１を示す平面図であり、図１０はその側面図である。これらの図において、シリコンチップ１は、結晶系の（１００）面を使用している。シリコンチップ１の裏面には薄肉部２が形成されており、この薄肉部２に対応したシリコンチップ１の表面の四隅には、ゲージ抵抗３ａ〜３ｄが形成されている。
【０００５】
従来の半導体圧力検出装置は上述したように構成され、ゲージ抵抗３は図１１に示すようにして形成していた。すなわち、従来のレーザー再結晶法による半導体圧力センサでは、レーザーにより加熱してシード１３、１４から（１００）方向に再結晶化して再結晶シリコン膜１５を得ていた。しかし、再結晶シリコン膜１５の境目で結晶欠陥である結晶亜粒界１６が生じる。従来、この結晶亜粒界１６を避けるために、ｐ形のゲージ抵抗３を配置している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような半導体圧力検出装置では、結晶亜粒界を避けてゲージ抵抗を配置しても、なお結晶亜粒界によってゲージ抵抗の抵抗値にばらつきが大きく、また、そのオフセット電圧も大きくばらつくという問題点があった。さらに、抵抗の温度変化率も同様に大きくばらつくため、半導体圧力検出装置の温度特性の補償が極めて困難となり、精度の高い半導体圧力検出装置が得られないという問題点もあった。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ゲージ抵抗値のばらつきがなく、精度の高い半導体圧力検出装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項第１項に係る発明は、一方の面のほぼ中央に薄肉部を有し、他方の面の上記薄肉部のエッジ部近傍にレーザ結晶法によりピエゾ抵抗素子からなるゲージ抵抗が酸化膜を介して単結晶基板上に複数個形成され、メタル配線が上記ゲージ抵抗の両端に電気的に接合されて形成されたシリコンチップを備えた半導体圧力検出装置であって、上記シリコンチップの結晶面は（１００）面又はこれと等価な面であり、上記ゲージ抵抗はｐ型の導電型ゲージ抵抗であって（１１０）方向に沿って配置されていると共に、上記ゲージ抵抗の上記メタル配線間の領域を（１００）方向に横切る結晶亜粒界に近接して高濃度ｐ型拡散領域が形成されているものである。
【００１０】
この発明の請求項第２項に係る発明は、ゲージ抵抗がエッジ部に沿ってかつ結晶亜粒界毎に鋸歯状に配置されているものである。
【００１３】
【００１４】
【作用】
この発明の請求項第１項においては、ゲージ抵抗を流れる電流は結晶亜粒界の部分では高濃度ｐ型拡散領域に流れるので結晶欠陥の影響を受け難くなり、ゲージ抵抗値のばらつきが低減される。
【００１６】
この発明の請求項第２項においては、ダイヤフラムのエッジ部近傍にゲージ抵抗を鋸歯状に形成することにより、測定感度を向上する。
【００１９】
【実施例】
実施例１．
図１は、この発明の実施例１による半導体圧力検出装置を示す要部断面図であり、図２はその平面図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示しており、図１は図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。これらの図において、単結晶基板２１の上面には、酸化膜２２が形成されており、この酸化膜２２上には、酸化膜２２にポリシリコンを塗布し単結晶基板２１からレーザーにより結晶を成長させた再結晶シリコン膜２３が形成されている。この再結晶シリコン膜２３は、単結晶基板２１と同様の結晶である。なお、単結晶は（１００）面、又はこれと等価な面の単結晶を用いている。
【００２０】
さらに、再結晶シリコン膜２３をゲージ抵抗３Ａの形状になるようにエッチングを施し、再結晶シリコン膜２３にボロンを注入する。次に、再結晶シリコン膜２３上にコンタクト部２６を設ける。このコンタクト部２６を介してゲージ抵抗３Ａと電気的に接合してアルミニウム又は金などのメタル配線２５が形成されている。
レーザーにより再結晶シリコン膜２３を形成する際には、結晶亜粒界２７が発生し、結晶欠陥が（１００）方向に含まれる。この結晶亜粒界２７の上面には、アルミニウム又は金などのメタル配線５１が配置されている。
【００２１】
上述したように構成された半導体圧力検出装置では、再結晶シリコン膜２３で形成されたゲージ抵抗３Ａに流れる電流は、結晶亜粒界２７の部分ではメタル配線５１に流れる。従って、ゲージ抵抗を流れる電流は、結晶欠陥の影響を受け難くなる。そのため、ゲージ抵抗値のばらつきはなくなり、精度の高い半導体圧力検出装置が得られる。
【００２２】
実施例２．
図３は、この発明の実施例２による半導体圧力検出装置を示す要部断面図であり、図４はその平面図である。これらの図において、ゲージ抵抗３Ｂの結晶亜粒界２７に近接する再結晶シリコン膜２３に高濃度のボロンを注入した高濃度ｐ型拡散領域であるＰ＋領域２８を形成する。このＰ＋領域２８では抵抗値が低くなり、結晶欠陥の影響を受けにくくなる。そのため、ゲージ抵抗値のばらつきはなくなり、精度の高い半導体圧力検出装置が得られる。
【００２３】
実施例３．
図５は、この発明の実施例３による半導体圧力検出装置の要部を示す概略斜視図である。実施例１及び２では、ゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用するため、ゲージ抵抗は（１１０）方向に配置したが、この状態では結晶亜粒界２７を含んでしまう。そこで、（１００）方向にゲージ抵抗３Ｃを配置した。（１００）方向にゲージ抵抗３Ｃを配置してピエゾ抵抗効果を得るために、ｎ型の導電型ゲージ抵抗を形成した。
ゲージ抵抗３Ｃは（１００）方向に形成されているため、結晶亜粒界２７の影響を受けず、抵抗値及びその温度変化率のばらつきがなく、精度の高い半導体圧力検出装置が得られる。
【００２４】
実施例４．
図６は、半導体圧力検出装置のシリコンチップ１を示す側断面図である。図において、シリコンチップ１に形成されたダイヤフラム３０に圧力が印加されると、ダイヤフラム３０が歪み応力を発生する。（１００）面を使用する場合、ダイヤフラム３０のエッジ部３１にゲージ抵抗３Ｄを配置すると最も抵抗値の変化率が大きく感度の高い半導体圧力検出装置が得られることは良く知られている。
【００２５】
そこで、図７に示すように、ゲージ抵抗３Ｄをダイヤフラム３０のエッジ部３１に近付けるために、ゲージ抵抗３Ｄを階段状ないし鋸歯状にしたものである。このような構成によって、感度の高い半導体圧力検出装置を得ることができる。また、結晶亜粒界２７の上面にメタル配線５１を施し、又は結晶亜粒界２７に近接してＰ＋領域２８を形成することもできる。これにより、上述と同様に高精度な半導体圧力検出装置が得られる。
【００２６】
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の請求項第１項は、一方の面のほぼ中央に薄肉部を有し、他方の面の上記薄肉部のエッジ部近傍にレーザ結晶法によりピエゾ抵抗素子からなるゲージ抵抗が酸化膜を介して単結晶基板上に複数個形成され、メタル配線が上記ゲート抵抗の両端に電気的に接合して形成されたシリコンチップを備えた半導体圧力検出装置であって、上記シリコンチップの結晶面は（１００）面又はこれと等価な面であり、上記ゲージ抵抗はｐ型の導電型ゲージ抵抗であって（１１０）方向に沿って配置されていると共に、上記ゲージ抵抗の上記メタル配線間の領域を（１００）方向に横切る結晶亜粒界に近接して高濃度ｐ型拡散領域が形成されているので、高濃度ｐ型拡散領域で抵抗値が低くなりゲージ抵抗値のばらつきはなくなると共に、精度の高い半導体圧力検出装置が得られるという効果を奏する。
【００２９】
この発明の請求項第２項は、ゲージ抵抗がエッジ部に沿ってかつ結晶亜粒界毎に鋸歯状に配置されているので、感度の高い半導体圧力検出装置が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１による半導体圧力検出装置を示す要部断面図である。
【図２】この発明の実施例１による半導体圧力検出装置を示す平面図である。
【図３】この発明の実施例２による半導体圧力検出装置を示す要部断面図である。
【図４】この発明の実施例２による半導体圧力検出装置を示す平面図である。
【図５】この発明の実施例３による半導体圧力検出装置の要部を示す概略斜視図である。
【図６】この発明の実施例４による半導体圧力検出装置のシリコンチップを示す側断面図である。
【図７】この発明の実施例４による半導体圧力検出装置のゲージ抵抗を示す要部平面図である。
【図８】従来の半導体圧力検出装置を示す概略側断面図である。
【図９】図８に示した半導体圧力検出装置のシリコンチップの平面図である。
【図１０】図９に示したシリコンチップの平面図である。
【図１１】従来の半導体圧力検出装置のゲージ抵抗を示す要部平面図である。
【符号の説明】
３Ａ、３Ｂ、３Ｄ ゲージ抵抗、２１ 単結晶シリコン、２２、２４ 酸化膜、２５、５１ メタル配線、２６ コンタクト部、２７ 結晶亜粒界、２８ Ｐ＋領域、３０ ダイヤフラム、３１ エッジ部。
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体圧力検出装置、特に、ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の半導体圧力検出装置を示す概略側断面図である。図において、測定した圧力を電圧に変換するための半導体圧力検出素子であるシリコンチップ１は、台座例えばシリコン台座５上に搭載されている。このシリコン台座５は、シリコンチップ１に加わる外部からの応力を緩和するために設けられている。予めシリコンチップ１がダイボンドされたシリコン台座５は、ステム６にダイボンドにより載置される。このステム６には、外部からの圧力をシリコンチップ１に伝えるための圧力導入管７が設けられている。シリコンチップ１は、このシリコンチップ１にワイヤボンドされたワイヤ８と、ステム６に絶縁材１２により保持されたリード９によって外部と電気的に接続されている。シリコンチップ１、ワイヤ８等は、大気解放口１０を備えた金属製のキャップ１１によって覆われている。
【０００３】
従来の半導体圧力センサは上述したように構成され、圧力導入管７より印加された圧力がシリコンチップ１に加わり、シリコンチップ１により圧力が電圧に変換され、ワイヤ８及びリード９を介して外部に出力される。
【０００４】
図９は、図８に示した半導体圧力検出装置のシリコンチップ１を示す平面図であり、図１０はその側面図である。これらの図において、シリコンチップ１は、結晶系の（１００）面を使用している。シリコンチップ１の裏面には薄肉部２が形成されており、この薄肉部２に対応したシリコンチップ１の表面の四隅には、ゲージ抵抗３ａ〜３ｄが形成されている。
【０００５】
従来の半導体圧力検出装置は上述したように構成され、ゲージ抵抗３は図１１に示すようにして形成していた。すなわち、従来のレーザー再結晶法による半導体圧力センサでは、レーザーにより加熱してシード１３、１４から（１００）方向に再結晶化して再結晶シリコン膜１５を得ていた。しかし、再結晶シリコン膜１５の境目で結晶欠陥である結晶亜粒界１６が生じる。従来、この結晶亜粒界１６を避けるために、ｐ形のゲージ抵抗３を配置している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような半導体圧力検出装置では、結晶亜粒界を避けてゲージ抵抗を配置しても、なお結晶亜粒界によってゲージ抵抗の抵抗値にばらつきが大きく、また、そのオフセット電圧も大きくばらつくという問題点があった。さらに、抵抗の温度変化率も同様に大きくばらつくため、半導体圧力検出装置の温度特性の補償が極めて困難となり、精度の高い半導体圧力検出装置が得られないという問題点もあった。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ゲージ抵抗値のばらつきがなく、精度の高い半導体圧力検出装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項第１項に係る発明は、一方の面のほぼ中央に薄肉部を有し、他方の面の上記薄肉部のエッジ部近傍にレーザ結晶法によりピエゾ抵抗素子からなるゲージ抵抗が酸化膜を介して単結晶基板上に複数個形成され、メタル配線が上記ゲージ抵抗の両端に電気的に接合されて形成されたシリコンチップを備えた半導体圧力検出装置であって、上記シリコンチップの結晶面は（１００）面又はこれと等価な面であり、上記ゲージ抵抗はｐ型の導電型ゲージ抵抗であって（１１０）方向に沿って配置されていると共に、上記ゲージ抵抗の上記メタル配線間の領域を（１００）方向に横切る結晶亜粒界に近接して高濃度ｐ型拡散領域が形成されているものである。
【００１０】
この発明の請求項第２項に係る発明は、ゲージ抵抗がエッジ部に沿ってかつ結晶亜粒界毎に鋸歯状に配置されているものである。
【００１３】
【００１４】
【作用】
この発明の請求項第１項においては、ゲージ抵抗を流れる電流は結晶亜粒界の部分では高濃度ｐ型拡散領域に流れるので結晶欠陥の影響を受け難くなり、ゲージ抵抗値のばらつきが低減される。
【００１６】
この発明の請求項第２項においては、ダイヤフラムのエッジ部近傍にゲージ抵抗を鋸歯状に形成することにより、測定感度を向上する。
【００１９】
【実施例】
実施例１．
図１は、この発明の実施例１による半導体圧力検出装置を示す要部断面図であり、図２はその平面図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示しており、図１は図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。これらの図において、単結晶基板２１の上面には、酸化膜２２が形成されており、この酸化膜２２上には、酸化膜２２にポリシリコンを塗布し単結晶基板２１からレーザーにより結晶を成長させた再結晶シリコン膜２３が形成されている。この再結晶シリコン膜２３は、単結晶基板２１と同様の結晶である。なお、単結晶は（１００）面、又はこれと等価な面の単結晶を用いている。
【００２０】
さらに、再結晶シリコン膜２３をゲージ抵抗３Ａの形状になるようにエッチングを施し、再結晶シリコン膜２３にボロンを注入する。次に、再結晶シリコン膜２３上にコンタクト部２６を設ける。このコンタクト部２６を介してゲージ抵抗３Ａと電気的に接合してアルミニウム又は金などのメタル配線２５が形成されている。
レーザーにより再結晶シリコン膜２３を形成する際には、結晶亜粒界２７が発生し、結晶欠陥が（１００）方向に含まれる。この結晶亜粒界２７の上面には、アルミニウム又は金などのメタル配線５１が配置されている。
【００２１】
上述したように構成された半導体圧力検出装置では、再結晶シリコン膜２３で形成されたゲージ抵抗３Ａに流れる電流は、結晶亜粒界２７の部分ではメタル配線５１に流れる。従って、ゲージ抵抗を流れる電流は、結晶欠陥の影響を受け難くなる。そのため、ゲージ抵抗値のばらつきはなくなり、精度の高い半導体圧力検出装置が得られる。
【００２２】
実施例２．
図３は、この発明の実施例２による半導体圧力検出装置を示す要部断面図であり、図４はその平面図である。これらの図において、ゲージ抵抗３Ｂの結晶亜粒界２７に近接する再結晶シリコン膜２３に高濃度のボロンを注入した高濃度ｐ型拡散領域であるＰ＋領域２８を形成する。このＰ＋領域２８では抵抗値が低くなり、結晶欠陥の影響を受けにくくなる。そのため、ゲージ抵抗値のばらつきはなくなり、精度の高い半導体圧力検出装置が得られる。
【００２３】
実施例３．
図５は、この発明の実施例３による半導体圧力検出装置の要部を示す概略斜視図である。実施例１及び２では、ゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用するため、ゲージ抵抗は（１１０）方向に配置したが、この状態では結晶亜粒界２７を含んでしまう。そこで、（１００）方向にゲージ抵抗３Ｃを配置した。（１００）方向にゲージ抵抗３Ｃを配置してピエゾ抵抗効果を得るために、ｎ型の導電型ゲージ抵抗を形成した。
ゲージ抵抗３Ｃは（１００）方向に形成されているため、結晶亜粒界２７の影響を受けず、抵抗値及びその温度変化率のばらつきがなく、精度の高い半導体圧力検出装置が得られる。
【００２４】
実施例４．
図６は、半導体圧力検出装置のシリコンチップ１を示す側断面図である。図において、シリコンチップ１に形成されたダイヤフラム３０に圧力が印加されると、ダイヤフラム３０が歪み応力を発生する。（１００）面を使用する場合、ダイヤフラム３０のエッジ部３１にゲージ抵抗３Ｄを配置すると最も抵抗値の変化率が大きく感度の高い半導体圧力検出装置が得られることは良く知られている。
【００２５】
そこで、図７に示すように、ゲージ抵抗３Ｄをダイヤフラム３０のエッジ部３１に近付けるために、ゲージ抵抗３Ｄを階段状ないし鋸歯状にしたものである。このような構成によって、感度の高い半導体圧力検出装置を得ることができる。また、結晶亜粒界２７の上面にメタル配線５１を施し、又は結晶亜粒界２７に近接してＰ＋領域２８を形成することもできる。これにより、上述と同様に高精度な半導体圧力検出装置が得られる。
【００２６】
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の請求項第１項は、一方の面のほぼ中央に薄肉部を有し、他方の面の上記薄肉部のエッジ部近傍にレーザ結晶法によりピエゾ抵抗素子からなるゲージ抵抗が酸化膜を介して単結晶基板上に複数個形成され、メタル配線が上記ゲート抵抗の両端に電気的に接合して形成されたシリコンチップを備えた半導体圧力検出装置であって、上記シリコンチップの結晶面は（１００）面又はこれと等価な面であり、上記ゲージ抵抗はｐ型の導電型ゲージ抵抗であって（１１０）方向に沿って配置されていると共に、上記ゲージ抵抗の上記メタル配線間の領域を（１００）方向に横切る結晶亜粒界に近接して高濃度ｐ型拡散領域が形成されているので、高濃度ｐ型拡散領域で抵抗値が低くなりゲージ抵抗値のばらつきはなくなると共に、精度の高い半導体圧力検出装置が得られるという効果を奏する。
【００２９】
この発明の請求項第２項は、ゲージ抵抗がエッジ部に沿ってかつ結晶亜粒界毎に鋸歯状に配置されているので、感度の高い半導体圧力検出装置が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１による半導体圧力検出装置を示す要部断面図である。
【図２】この発明の実施例１による半導体圧力検出装置を示す平面図である。
【図３】この発明の実施例２による半導体圧力検出装置を示す要部断面図である。
【図４】この発明の実施例２による半導体圧力検出装置を示す平面図である。
【図５】この発明の実施例３による半導体圧力検出装置の要部を示す概略斜視図である。
【図６】この発明の実施例４による半導体圧力検出装置のシリコンチップを示す側断面図である。
【図７】この発明の実施例４による半導体圧力検出装置のゲージ抵抗を示す要部平面図である。
【図８】従来の半導体圧力検出装置を示す概略側断面図である。
【図９】図８に示した半導体圧力検出装置のシリコンチップの平面図である。
【図１０】図９に示したシリコンチップの平面図である。
【図１１】従来の半導体圧力検出装置のゲージ抵抗を示す要部平面図である。
【符号の説明】
３Ａ、３Ｂ、３Ｄ ゲージ抵抗、２１ 単結晶シリコン、２２、２４ 酸化膜、２５、５１ メタル配線、２６ コンタクト部、２７ 結晶亜粒界、２８ Ｐ＋領域、３０ ダイヤフラム、３１ エッジ部。
Claims (2)
- 一方の面のほぼ中央に薄肉部を有し、他方の面の上記薄肉部のエッジ部近傍にレーザ結晶法によりピエゾ抵抗素子からなるゲージ抵抗が酸化膜を介して単結晶基板上に複数個形成され、メタル配線が上記ゲージ抵抗の両端に電気的に接合されて形成されたシリコンチップを備えた半導体圧力検出装置であって、上記シリコンチップの結晶面は（１００）面又はこれと等価な面であり、上記ゲージ抵抗はｐ型の導電型ゲージ抵抗であって（１１０）方向に沿って配置されていると共に、上記ゲージ抵抗の上記メタル配線間の領域を（１００）方向に横切る結晶亜粒界に近接して高濃度ｐ型拡散領域が形成されていることを特徴とする半導体圧力検出装置。
- ゲージ抵抗がエッジ部に沿ってかつ結晶亜粒界毎に鋸歯状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体圧力検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18370594A JP3571765B2 (ja) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | 半導体圧力検出装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0846218A JPH0846218A (ja) | 1996-02-16 |
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ID=16140518
Family Applications (1)
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| JP18370594A Expired - Fee Related JP3571765B2 (ja) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | 半導体圧力検出装置 |
Country Status (2)
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| US (1) | US6184774B1 (ja) |
| JP (1) | JP3571765B2 (ja) |
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| CN111033198A (zh) * | 2017-08-14 | 2020-04-17 | 阿自倍尓株式会社 | 扭矩检测器 |
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| JP6820102B2 (ja) * | 2017-08-14 | 2021-01-27 | アズビル株式会社 | トルク検出器及びトルク検出器の製造方法 |
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