JPH0116030B2 - - Google Patents

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JPH0116030B2
JPH0116030B2 JP56128306A JP12830681A JPH0116030B2 JP H0116030 B2 JPH0116030 B2 JP H0116030B2 JP 56128306 A JP56128306 A JP 56128306A JP 12830681 A JP12830681 A JP 12830681A JP H0116030 B2 JPH0116030 B2 JP H0116030B2
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋭敏な圧力トランスデユーサの製造方
法、より具体的には半導体材料から製造された容
量型トランスデユーサを製造する方法に関する。
現在、種々の圧力感知トランスデユーサが利用
可能であるが、集積回路において満足に使用でき
る圧力トランスデユーサは少ない。従つてMOS
回路と共に容易に集積化できる圧力トランスデユ
ーサが必要である。従来ピエゾ抵抗圧力感知デバ
イスが試みられて来たが、容易な検出及び処理に
必要な振幅の信号は与えられなかつた。またそれ
らは周囲の温度変動の影響を受ける点も問題であ
つた。さらにそれらのトランスデユーサは製造工
程が微妙で且つ制御が困難であつた。
本発明によれば、既知の半導体材料製造作業に
おいて半導体材料から圧力トランスデユーサが製
造される。従つてトランスデユーサは、それを利
用する回路が作られるのと同じ工程において集積
回路の形に製造し得る。この圧力トランスデユー
サは、同一の基板上に集積可能に製造された２枚
の平行板部材から成る容量型のものである。
このトランスデユーサは、基板及びその上にあ
つて埋め込み層を包み込むエピタキシヤル層が、
埋め込み層の両側に空洞を形成し且つキヤパシタ
極板の１つを形成する埋め込み層の膜（ダイアフ
ラム）部分を裸にするようにエツチングされてい
る。複数の開口を有する金属化膜が、他方のキヤ
パシタ極板を形成するために１つの空洞の上に配
置される。このキヤパシタはモニタすべき圧力源
によつて膜部分をたわませる事により容量が変化
する。
本発明による圧力トランスデユーサは以下のよ
うにして製造される。ｎ―シリコン（又はその反
対の型のもの）のブロツク中に埋め込みｐ＋層
（又はその反対の型のもの）を形成し、両側に絶
縁層を付着させ、表側の絶縁層を金属化し、金属
層及び絶縁層を貫通する複数の開口をエツチング
し、表側の複数の開口を囲む大きさの単一の開口
を裏側にエツチングし、その後単一の開口によつ
て部分的に画定される大きな凹部及び埋め込み層
と金属化絶縁層との間の同様の凹部を形成するた
めに選択的エツチング液が両側に作用させられ
る。金属化絶縁層はぴんと張つていて、キヤパシ
タの固定部を形成する。一方元埋め込み層であつ
た層はキヤパシタの可動部を形成する露出された
膜部分を有する。
本発明に関連のある先行技術は以下の通りであ
る。
米国特許第3328653号は容量型圧力トランスデ
ユーサを開示しており、１つの電極中に配置され
た空洞が誘電体スペーサを経て他方の電極上の圧
力により圧縮された空気を含み、スペーサ及び他
方の電極は目的に合うように可撓的になつてい
る。
米国特許第3758830号は半導体材料から製作さ
れた歪みゲージを開示している。それによれば、
単結晶シリコンの薄い帯が被試験物体によつて屈
曲され、この屈曲が半導体構造内の熱電対作用に
よつて感知される。
米国特許第3853650号及び第3994009号はピエゾ
電気歪みトランスデユーサを開示している。これ
はそれ以外は共通の構造要素を持ち、集積回路の
処理工程と共通の処理工程において半導体材料か
ら製作される。同様に米国特許第3938175号及び
第4003127号は、各々半導体工業では普通の処理
工程において半導体材料から製造され共通の構造
要素を持つ多結晶シリコン圧力トランスデユーサ
を開示している。しかしその構造及び工程は本発
明とは異なる。
米国特許第4021760号は半導体材料製の圧力ト
ランスデユーサに関するが、可撓単結晶部品を除
けば本発明の圧力トランスデユーサとは似ていな
いリーフ・スプリング型のトランスデユーサに関
する。
本発明による圧力トランスデユーサは単体デバ
イスとしてばかりでなく、動作中のトランスデユ
ーサのキヤパシタンスの変動を利用する回路を有
する集積回路構造体の一部分としても良好に製造
される。従つてこのトランスデユーサは以下説明
する処理工程から得られる集積構造体として意図
される。
この処理の最初の工程は、主表面が実質的に
（100）面にある、第１Ａ図の半導体ウエハ即ち基
板２０の製造である。この時半導体結晶構造体
は、（100）面に関して例えば54.7゜という便利な
角度の内部の（111）面を有する。この理由は明
細書の叙述が進むと共により明らかになるであろ
うが、この時点ではもし適当な異方性エツチング
液が用いられれば半導体基板２０にピラミツド形
の空洞がエツチングされ得る事を理解するとよい
であろう。異方性エツチング液は（100）面に対
して横方向即ち平行に作用するよりも（100）面
に対して垂直により良く作用し、そして（111）
面においてより僅かしか作用しない。従つてエツ
チング液の作用はピラミツド状の表面を残す。本
発明によれば、上面及び下面が（100）面にある
ｎ型シリコン基板２０は、圧力トランスデユーサ
が最後に形成されるべき領域に例えばホウ素を高
濃度にドープされ、ｐ＋材料の拡散層２４が得ら
れる。次にエピタキシヤル層２６が基板２０及び
層２４の上に第１Ｂ図に示すように成長され、そ
れによつて層２６は典型的な埋め込み層２４とな
る。
この時点で、構造体は集積回路のために通常の
方法に従つて処理するための用意ができる。この
時に形成される回路接続の１つは、トランスデユ
ーサの領域外で且つトランスデユーサを利用する
集積回路に便利な地点に図示されるようにｐ＋材
料を拡散する事によつて、ｐ＋埋め込み層２４を
エピタキシヤル層２６の表面に取り出す電気接続
２８である。集積回路の要素３０が示されている
が、当業者は公知の方法でその製造を続行できる
であろう。
第１Ｃ図に示されるように、構造体は表面及び
裏面に5000Å程度の厚さに堆積された好ましくは
窒化シリコン（Si3N4）の絶縁材料の層３４及び
３６を有し、表面の層の上には金属層３８が堆積
される。この同じ工程の間、金属堆積物３８ａ及
び３８ｂが集積回路接続のために配置される。
第１Ｄ図に示すように、次にこの構造体は裏面
で絶縁材料３６ａを残すようにエツチングされ
る。好ましくは絶縁材料はトランスデユーサの境
界を取り囲む大きな正方形の形にエツチング除去
される。あるいはそれは円形、長方形、楕円等の
形でもよい。開口４０は表面の金属層３８及び絶
縁層３４を貫通してエツチングされる。これらの
開口は第２図の平面図に示すようなスリツトであ
る事が好ましい。第１Ｄ図に示すような開口は第
２図の鎖線１―１に沿つて見たものである。また
これらの開口は円形、正方形等の形でもよい。
次にこの構造はエツチング液、好ましくは例え
ばエチレン・ジアミンとピロカテコール（頭字語
EDPによつて知られる）の異方性エツチング液
の作用を受け、エツチング液はシリコンとのみ反
応して（元）埋め込み層２４の両側の材料をエツ
チング除去し、（111）面に側面を持つ切頭ピラミ
ツド状の２つの空洞４６及び４８の間の膜（ダイ
アフラム）として埋め込み層の一部分を残す。絶
縁窒化シリコン層はシリコン上に堆積された時、
張力が存在する。従つて空洞４６上の金属化絶縁
膜３８―３４はぴんと張つた状態にあり、比較的
大きな窓（１mm×１mm）が可能である。
表面安定化層５０が第１Ｅ図に示すように構造
体の裏面を被覆する。これは、ある応用に関して
はガラスが適しているが、ガラスがもろすぎる場
合は丈夫で柔軟なプラスチツク材料が用いられ
る。電気リード線５１及び５２は応用に適した形
に取り付けられる。
層２４の膜部分及び金属層３８は、膜部分の可
撓性により容量が可変なキヤパシタを形成する。
基準圧力は開口４０から空洞４６に入り、一方空
洞４８は測定すべき圧力源に結合される。例えば
構造体の表側即ち回路側は排気されたヘツダ内に
実装され、構造体の裏側の空洞４８内の大気圧が
膜２４を変形させキヤパシタンスを変化させ、こ
れがチツプ上の回路によつて感知される、という
構成も考えられる。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図乃至第１Ｆ図は本発明の圧力トランス
デユーサの製造工程を示す断面図、第２図は本発
明の方法による圧力トランスデユーサの平面図で
ある。 ２０…基板、２４…埋め込み層、２６…エピタ
キシヤル層、３４，３６…窒化シリコン層、３８
…金属層、４０…開口、４６，４８…空洞。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 容量性圧力トランスデユーサの製造方法であ
    つて、 (イ) 第１導電型の半導体材料よりなる基板の上記
    トランスデユーサを設けるべき領域に第２導電
    型のドーパントでドーピングを施し、 (ロ) 上記ドーピングを施した領域が埋込層となる
    ように上記基板上に第１導電型の半導体材料か
    らなるエピタキシヤル層を成長させ、 (ハ) 上記埋込層から上記エピタキシヤル層の表面
    へ接続される電気的接続部を形成し、 (ニ) 上記工程(イ)ないし(ハ)によつて形成した構造体
    の上記エピタキシヤル層側の第１の面とそれと
    は反対の上記基板側の第２の面に絶縁層を設
    け、 (ホ) 上記トランスデユーサを設けるべき領域に於
    いて、上記第１の面上の絶縁層に導電材層を付
    着し、 (ヘ) 上記トランスデユーサを設ける領域に於いて
    上記導電材層とそれに隣接する絶縁層の両者を
    エツチングすることにより上記エピタキシヤル
    層を露出させる複数の第１の開口を形成すると
    ともに、上記トランスデユーサの寸法を画成す
    るように上記第２の面に上記複数の開口が形成
    されている領域を包含する領域に亘る第２の開
    口をエツチングにより形成し、 (ト) 上記第１の開口及び上記第２の開口を介し
    て、上記埋込層、上記導電材層及び上記絶縁層
    よりも上記エピタキシヤル層及び上記基板をよ
    り速くエツチングする性質をもつエツチング剤
    を上記エピタキシヤル層と上記基板に作用させ
    ることにより、上記第１の面の絶縁層と上記埋
    込層の間の上記エピタキシヤル層、及び上記第
    ２の開口により露出され上記埋込層に至るまで
    の上記基板を選択的にエツチングし、以て上記
    埋込層をダイアフラムとする工程を有する容量
    性圧力トランスデユーサの製造方法。
JP56128306A 1980-10-03 1981-08-18 Capacitive pressure transducer Granted JPS5764978A (en)

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JPS5764978A JPS5764978A (en) 1982-04-20
JPH0116030B2 true JPH0116030B2 (ja) 1989-03-22

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EP (1) EP0049344B1 (ja)
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