JPH02240971A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH02240971A JPH02240971A JP6182289A JP6182289A JPH02240971A JP H02240971 A JPH02240971 A JP H02240971A JP 6182289 A JP6182289 A JP 6182289A JP 6182289 A JP6182289 A JP 6182289A JP H02240971 A JPH02240971 A JP H02240971A
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Element Separation (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体圧力センサに関し、電気的影響が少ない
ものに関する。
ものに関する。
従来、機械的応力を加える事によってピエゾ抵抗効果に
よりその抵抗値が変化することを利用して、単結晶シリ
コン基板の一部の肉厚を薄（してダイヤフラムを形成し
、そのダイヤフラムに加わる圧力により歪ゲージを変形
させ、ピエゾ抵抗効果による抵抗値の変化を検出して圧
力を測定する半導体圧力センサが広く知られている。な
かでも、特開昭６１−２３９６７５号公報記載の半導体
圧力センサにおいては、ピエゾ抵抗層が形成された半導
体基板と、半導体圧力センサの支持部となる半導体層と
の間に埋設絶縁体層を設け、薄肉ダイヤフラム部とその
表面に形成する他の絶縁物層に起因するバイメタル動作
を抑制する方法を採用している。
よりその抵抗値が変化することを利用して、単結晶シリ
コン基板の一部の肉厚を薄（してダイヤフラムを形成し
、そのダイヤフラムに加わる圧力により歪ゲージを変形
させ、ピエゾ抵抗効果による抵抗値の変化を検出して圧
力を測定する半導体圧力センサが広く知られている。な
かでも、特開昭６１−２３９６７５号公報記載の半導体
圧力センサにおいては、ピエゾ抵抗層が形成された半導
体基板と、半導体圧力センサの支持部となる半導体層と
の間に埋設絶縁体層を設け、薄肉ダイヤフラム部とその
表面に形成する他の絶縁物層に起因するバイメタル動作
を抑制する方法を採用している。
しかし、上記の半導体圧力センサにおいては、半導体基
板と半導体層との間に挟まれた埋設＠縁体層の厚さが約
１〜２μｍと非常に薄いために、ウェハをチップに分割
するダイシングを行った際に半導体基板と半導体層が接
触したり、正常な製品となった後でも、埋設絶縁体層の
外周側面付近に水滴やホコリ等が付着した場合、あるい
はノイズ等により半導体基板と半導体層との間に沿面放
電開始電圧以上の電圧が印加された場合には半導体基板
と半導体層が導通してしまい、外部の電位が半導体基板
に導かれる結果、半導体圧力センサ駆動電源や各種回路
が一体化されたワンチップ圧力センサの回路との間にお
いて相互作用を引き起こし、誤動作や出力の変動等の原
因になるという問題点を有していた。
板と半導体層との間に挟まれた埋設＠縁体層の厚さが約
１〜２μｍと非常に薄いために、ウェハをチップに分割
するダイシングを行った際に半導体基板と半導体層が接
触したり、正常な製品となった後でも、埋設絶縁体層の
外周側面付近に水滴やホコリ等が付着した場合、あるい
はノイズ等により半導体基板と半導体層との間に沿面放
電開始電圧以上の電圧が印加された場合には半導体基板
と半導体層が導通してしまい、外部の電位が半導体基板
に導かれる結果、半導体圧力センサ駆動電源や各種回路
が一体化されたワンチップ圧力センサの回路との間にお
いて相互作用を引き起こし、誤動作や出力の変動等の原
因になるという問題点を有していた。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、半導体圧
力センサ支持部と半導体基板との電気的絶縁を確実に行
うことのできる半導体圧力センサを提供することを目的
とする。
力センサ支持部と半導体基板との電気的絶縁を確実に行
うことのできる半導体圧力センサを提供することを目的
とする。
上記目的を達成するために、本発明においては、第１の
半導体領域、第２の半導体領域、及びこれら第１．第２
の半導体領域間に埋設された第１の絶縁体層とを有する
半導体基板と、 該半導体基板の前記第２の半導体領域の主表面より該第
２の半導体領域側に形成された凹部と、該凹部に対応す
る前記第１の半導体領域側に形成された歪検知部と、 前記第１及び前記第２の半導体領域の側面に、前記第１
の絶縁体層の側面と接触して形成された第２の絶縁体層
と を備えることを特徴とする構成としている。
半導体領域、第２の半導体領域、及びこれら第１．第２
の半導体領域間に埋設された第１の絶縁体層とを有する
半導体基板と、 該半導体基板の前記第２の半導体領域の主表面より該第
２の半導体領域側に形成された凹部と、該凹部に対応す
る前記第１の半導体領域側に形成された歪検知部と、 前記第１及び前記第２の半導体領域の側面に、前記第１
の絶縁体層の側面と接触して形成された第２の絶縁体層
と を備えることを特徴とする構成としている。
（実施例〕
以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。
第１図（ａ）〜（６）は、本発明の第１実施例を示す断
面図であって、その製造工程を順に説明する。第１図（
ａ）において、（１００）面を持つ平滑な単結晶のＮ型
シリコン半導体基板であり、２は１０００℃のＷｅｔ酸
化により形成された０、２〜ｌｕｍの厚さの酸化膜（Ｓ
ｉ Ｏｘ ）である、又、３はｌＯ〜２０Ω・１の比
抵抗の（１０’０）面を持つ単結晶のＰ型シリコン半導
体基板であり、この基板を第１図中）に示すようにウェ
ハ直接接合により（例えば窒素又は酸化雰囲気中、１１
００℃で１時間）接合する０次に第１図（Ｃ）に示すよ
、うに、ラッピングによりＰ型シリコン半導体基板３を
研磨した後、ミラーポリッシュ面仕上げを行ない５〜１
００μｍの厚さにする。引き続き、Ｎ１埋め込みｌ１Ｉ
４をイオン注入により形成し、その上に５〜１５μｍの
Ｎ型エピタキシャル層５を形成する。
面図であって、その製造工程を順に説明する。第１図（
ａ）において、（１００）面を持つ平滑な単結晶のＮ型
シリコン半導体基板であり、２は１０００℃のＷｅｔ酸
化により形成された０、２〜ｌｕｍの厚さの酸化膜（Ｓ
ｉ Ｏｘ ）である、又、３はｌＯ〜２０Ω・１の比
抵抗の（１０’０）面を持つ単結晶のＰ型シリコン半導
体基板であり、この基板を第１図中）に示すようにウェ
ハ直接接合により（例えば窒素又は酸化雰囲気中、１１
００℃で１時間）接合する０次に第１図（Ｃ）に示すよ
、うに、ラッピングによりＰ型シリコン半導体基板３を
研磨した後、ミラーポリッシュ面仕上げを行ない５〜１
００μｍの厚さにする。引き続き、Ｎ１埋め込みｌ１Ｉ
４をイオン注入により形成し、その上に５〜１５μｍの
Ｎ型エピタキシャル層５を形成する。
引き続き、第１図（ｄ）に示すように、いわゆるトレン
チエツチングをＮ型エピタキシャル層５． Ｐ型シリ
コン半導体基板３．酸化膜（ＳｉＯｚ）２およびシリコ
ン半導体基板ｌにわたって行う。次に、熱酸化により表
面及びトレンチ内に酸化膜（ＳｉＯ□）６を０．２〜ｌ
／！／ ｍの厚さ形成し、続いてＰｏｌν（多結晶）
Ｓｉ７をトレンチ内に埋め込み、表面研磨により表面の
平滑化を行う。
チエツチングをＮ型エピタキシャル層５． Ｐ型シリ
コン半導体基板３．酸化膜（ＳｉＯｚ）２およびシリコ
ン半導体基板ｌにわたって行う。次に、熱酸化により表
面及びトレンチ内に酸化膜（ＳｉＯ□）６を０．２〜ｌ
／！／ ｍの厚さ形成し、続いてＰｏｌν（多結晶）
Ｓｉ７をトレンチ内に埋め込み、表面研磨により表面の
平滑化を行う。
次に第１図（ｅ）に示すように、通常のバイポーラ１、
Ｃ工程により、アイソレーションＮ８．バイポーラトラ
ンジスタ７、ダイオードＩＯ等の素子、更にＰ型ピエゾ
抵抗層１１．酸化膜１２を形成し、次に第１図（ｆ）に
示すように、酸化膜１２にコンタクト穴を開け、／ｌ酸
化層１２．バッジベージジン膜１４を形成する。ここで
デバイス形成領域は酸化膜２と酸化Ｍ６により基板とは
絶縁分離される。更に圧力センサのダイアフラムとなる
領域をＫＯＨ等のエツチング液により除去し、凹部１５
を形成する。尚、エツチングは酸化膜２に達するまで行
ってもよい事は言うまでもない。次に図中点線を引いた
箇所をグイシングツ−によりダイシングを行い、第１図
（ｇ）に示すようなチップ状態にする。なお、圧力セン
サの特性安定化のためＳｉウェハと熱膨張係数がほぼ等
しいパイレックスガラス（商品名）と陽極接合を行ない
、台座となる部分をウェハ状態で形成後にダイシングを
行いチップ状態にしてもよい。
Ｃ工程により、アイソレーションＮ８．バイポーラトラ
ンジスタ７、ダイオードＩＯ等の素子、更にＰ型ピエゾ
抵抗層１１．酸化膜１２を形成し、次に第１図（ｆ）に
示すように、酸化膜１２にコンタクト穴を開け、／ｌ酸
化層１２．バッジベージジン膜１４を形成する。ここで
デバイス形成領域は酸化膜２と酸化Ｍ６により基板とは
絶縁分離される。更に圧力センサのダイアフラムとなる
領域をＫＯＨ等のエツチング液により除去し、凹部１５
を形成する。尚、エツチングは酸化膜２に達するまで行
ってもよい事は言うまでもない。次に図中点線を引いた
箇所をグイシングツ−によりダイシングを行い、第１図
（ｇ）に示すようなチップ状態にする。なお、圧力セン
サの特性安定化のためＳｉウェハと熱膨張係数がほぼ等
しいパイレックスガラス（商品名）と陽極接合を行ない
、台座となる部分をウェハ状態で形成後にダイシングを
行いチップ状態にしてもよい。
本実施例によれば、第１図（ｇ）に示す半導体圧力セン
サにおいては、ピエゾ抵抗層１１を含むデバイスが形成
される基板３が酸化膜２および酸化膜６により基板ｌと
は絶縁分離されているので、絶縁体層２の側面２ａ部分
において水滴やホコリ等が直接基板に付着するのを防ぐ
ことができ、側基板１．３が導通することがない、又、
絶縁体層６に酸化膜を用いたが、酸化膜より誘電率の小
さな物質を用いる事により電界集中は緩和される。また
別の構造としては絶縁体層６に酸化膜を用いて、酸化膜
２のかわりに窒化酸化膜（誘電率：大）酸化膜・窒化酸
化膜等の誘電率の高い物質ではさまれた三層構造の絶縁
体を用いる事により電界は緩和され、電気的特性は向上
する。センサがノイズ等の影響を受けた場合にも基板ｌ
から基板３への電気的影響を小さくすることができる。
サにおいては、ピエゾ抵抗層１１を含むデバイスが形成
される基板３が酸化膜２および酸化膜６により基板ｌと
は絶縁分離されているので、絶縁体層２の側面２ａ部分
において水滴やホコリ等が直接基板に付着するのを防ぐ
ことができ、側基板１．３が導通することがない、又、
絶縁体層６に酸化膜を用いたが、酸化膜より誘電率の小
さな物質を用いる事により電界集中は緩和される。また
別の構造としては絶縁体層６に酸化膜を用いて、酸化膜
２のかわりに窒化酸化膜（誘電率：大）酸化膜・窒化酸
化膜等の誘電率の高い物質ではさまれた三層構造の絶縁
体を用いる事により電界は緩和され、電気的特性は向上
する。センサがノイズ等の影響を受けた場合にも基板ｌ
から基板３への電気的影響を小さくすることができる。
具体的には第１図（６）に示した半導体圧力センサは第
２図に示されるような構造の装置ｌＯＯ内に設置され使
用されるものであるが、この装置１００が吸入空気圧を
検出する為に自動車のサージタンク２００等に直接搭載
される場合には、サージタンク２００内に入ってきた水
分やゴミ等の異物粒子が図中矢印で示すように装置ｌＯ
Ｏ内にも入ってしまい、これが結露して半導体圧力セン
サの基板ｌにまで達すると、不安定なボディーアースレ
ベルの影響を受けることになる。しかしながら上記実施
例の半導体圧力センサによると基板ｌの電位が基板３の
電位に影響を及ぼすことがないので、このような場合に
おいても精度が高い圧力検出を行える。
２図に示されるような構造の装置ｌＯＯ内に設置され使
用されるものであるが、この装置１００が吸入空気圧を
検出する為に自動車のサージタンク２００等に直接搭載
される場合には、サージタンク２００内に入ってきた水
分やゴミ等の異物粒子が図中矢印で示すように装置ｌＯ
Ｏ内にも入ってしまい、これが結露して半導体圧力セン
サの基板ｌにまで達すると、不安定なボディーアースレ
ベルの影響を受けることになる。しかしながら上記実施
例の半導体圧力センサによると基板ｌの電位が基板３の
電位に影響を及ぼすことがないので、このような場合に
おいても精度が高い圧力検出を行える。
尚、第２図において、１０１はハウジングであり、この
中に圧力センシングユニット１０２が収納される。圧力
センシングユニット１０２はステム１０３とキャップ１
０４を溶接接合したカンパッケージ内にガラス台座１０
５および第ｉｔ！Ｉ（６）に示した半導体圧力センサ１
０６を備え、又、半導体圧力センサ１０６からの電気信
号を外部へ導くために半導体圧力センサ１０６からワイ
ヤ１０７、及びハーメチックシールされたリード１０Ｂ
が導出される。そしてリード１０Ｂに導びかれた電気信
号はさらにリード１０９を介して外部装置へ導びかれる
。又、１１０はシール用の０リングであり、１１１は圧
力導入口１１２から入ってきた異物粒子が半導体圧力セ
ンサ１０６に導びかれるのを極力防止するためにその先
端が内側方向に折れ曲がった圧力導入パイプ、１１３は
貫通コンデンサである。
中に圧力センシングユニット１０２が収納される。圧力
センシングユニット１０２はステム１０３とキャップ１
０４を溶接接合したカンパッケージ内にガラス台座１０
５および第ｉｔ！Ｉ（６）に示した半導体圧力センサ１
０６を備え、又、半導体圧力センサ１０６からの電気信
号を外部へ導くために半導体圧力センサ１０６からワイ
ヤ１０７、及びハーメチックシールされたリード１０Ｂ
が導出される。そしてリード１０Ｂに導びかれた電気信
号はさらにリード１０９を介して外部装置へ導びかれる
。又、１１０はシール用の０リングであり、１１１は圧
力導入口１１２から入ってきた異物粒子が半導体圧力セ
ンサ１０６に導びかれるのを極力防止するためにその先
端が内側方向に折れ曲がった圧力導入パイプ、１１３は
貫通コンデンサである。
さらに本実施例によると上述した効果の他に、次のよう
な効果も有する。即ち、本実施例においてはトレンチエ
ツチングにより開けられた穴（トレンチ）の表面に酸化
膜６を形成した後にその穴内にＰｏ１ｙＳｉ ７を充填
しているので、酸化膜６形成後のへ！配線Ｊｉ１３の形
成行程等においてこの穴内にレジスト等の物質が入るこ
となく、安定にプロセスを流す事ができる。又、例えば
穴（トレンチ）の形成を機械的に行なう場合においては
酸化膜側面がダメージを受けそのままでは電気的特性が
劣化するが本実施例においては酸化膜６を熱酸化法によ
り形成しているので塑性流動した成分を絶縁体（酸化物
）にすることができ、基板ｌ及び３の電気的絶縁をより
確実に達成することができる。
な効果も有する。即ち、本実施例においてはトレンチエ
ツチングにより開けられた穴（トレンチ）の表面に酸化
膜６を形成した後にその穴内にＰｏ１ｙＳｉ ７を充填
しているので、酸化膜６形成後のへ！配線Ｊｉ１３の形
成行程等においてこの穴内にレジスト等の物質が入るこ
となく、安定にプロセスを流す事ができる。又、例えば
穴（トレンチ）の形成を機械的に行なう場合においては
酸化膜側面がダメージを受けそのままでは電気的特性が
劣化するが本実施例においては酸化膜６を熱酸化法によ
り形成しているので塑性流動した成分を絶縁体（酸化物
）にすることができ、基板ｌ及び３の電気的絶縁をより
確実に達成することができる。
次に、本発明の第２実施例を第３図を用いて説明する０
本実施例は上記第１実施例の第１図（ｄ）の行程におい
て穴内にＰｏ１ｙＳｉ ７を埋める事なしに形成した例
であり、図は第１図（０に相当する状態を示している。
本実施例は上記第１実施例の第１図（ｄ）の行程におい
て穴内にＰｏ１ｙＳｉ ７を埋める事なしに形成した例
であり、図は第１図（０に相当する状態を示している。
酸化膜２の側面に形成する酸化膜６の形成工程は、ウェ
ハ工程の途中でトレンチエツチング、酸化膜６を形成す
る行程と、チップをカットするための最終工程で形成す
る工程が可能である。チップカット時においてはスクラ
イブラインを入れた後等に例えば酸素雰囲気中、又は酸
素雰囲気と３ ｉ Ｈ４＋ Ｔ Ｅ ＯＳ （ｔｅｔｒ
ａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）雰囲気中でスクライブラ
イン部にレーザービーム（レーザーＣＶＤ）等を照射し
て、ＳｉＯ□膜等を形成、緻密化できる。又、チップに
カットした後、各々のチップの表面、および裏面を治具
等で覆い、側面のみを露出して、絶縁膜のプラズマ溶射
、上記と同様にレーザーＣＶＤまたは絶縁体フリットガ
ラスＳＯＧ等の塗布、緻密化、樹脂の塗布等により側面
全面に絶縁体層を形成してもよい。
ハ工程の途中でトレンチエツチング、酸化膜６を形成す
る行程と、チップをカットするための最終工程で形成す
る工程が可能である。チップカット時においてはスクラ
イブラインを入れた後等に例えば酸素雰囲気中、又は酸
素雰囲気と３ ｉ Ｈ４＋ Ｔ Ｅ ＯＳ （ｔｅｔｒ
ａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）雰囲気中でスクライブラ
イン部にレーザービーム（レーザーＣＶＤ）等を照射し
て、ＳｉＯ□膜等を形成、緻密化できる。又、チップに
カットした後、各々のチップの表面、および裏面を治具
等で覆い、側面のみを露出して、絶縁膜のプラズマ溶射
、上記と同様にレーザーＣＶＤまたは絶縁体フリットガ
ラスＳＯＧ等の塗布、緻密化、樹脂の塗布等により側面
全面に絶縁体層を形成してもよい。
次に、本発明の第３実施例を第４図を用いて説明する。
上記第２実施例においては基板３側表面より穴を形成し
ているが、本実施例のように基板ｌ側表面より形成して
も良い。
ているが、本実施例のように基板ｌ側表面より形成して
も良い。
以上、本発明を上記第１〜第３実施例を用いて説明した
が、本発明はそれらに限定されることなくその主旨を逸
脱しない限り種々変形可能であり、例えば、本発明で言
う第２の絶縁体層としては酸化膜の他の窒化膜等の他の
絶縁体でも良く、又、各半導体基板の導電型は他の導電
型であっても良い。又、半導体基板の結晶面は（１００
）面の他に（１１０）面等も使用できることは言うまで
もない。
が、本発明はそれらに限定されることなくその主旨を逸
脱しない限り種々変形可能であり、例えば、本発明で言
う第２の絶縁体層としては酸化膜の他の窒化膜等の他の
絶縁体でも良く、又、各半導体基板の導電型は他の導電
型であっても良い。又、半導体基板の結晶面は（１００
）面の他に（１１０）面等も使用できることは言うまで
もない。
第１図（ａ）〜（６）は本発明の第１実施例の製造工程
を示す断面図、第２図は第１実施例を具体的に装置に設
置した例を示す断面図、第３図は本発明の第２実施例を
説明するための断面図、第４図は本発明の第３実施例を
説明するための断面図である。 ！・・・シリコン半導体基板、２・・・酸化膜、３・・
・シリコン半導体基板、６・・・酸化膜、７・・・Ｐｏ
１ｙＳｉ。
を示す断面図、第２図は第１実施例を具体的に装置に設
置した例を示す断面図、第３図は本発明の第２実施例を
説明するための断面図、第４図は本発明の第３実施例を
説明するための断面図である。 ！・・・シリコン半導体基板、２・・・酸化膜、３・・
・シリコン半導体基板、６・・・酸化膜、７・・・Ｐｏ
１ｙＳｉ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 第１の半導体領域、第２の半導体領域、及びこれら第１
、第２の半導体領域間に埋設された第１の絶縁体層とを
有する半導体基板と、 該半導体基板の前記第２の半導体領域の主表面より該第
２の半導体領域側に形成された凹部と、該凹部に対応す
る前記第１の半導体領域側に形成された歪検知部と、 前記第１及び前記第２の半導体領域の側面に、前記第１
の絶縁体層の側面と接触して形成された第２の絶縁体層
と を備えることを特徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1061822A JP2800235B2 (ja) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1061822A JP2800235B2 (ja) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02240971A true JPH02240971A (ja) | 1990-09-25 |
| JP2800235B2 JP2800235B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=13182160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1061822A Expired - Lifetime JP2800235B2 (ja) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2800235B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5382823A (en) * | 1990-11-27 | 1995-01-17 | Terumo Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method for production thereof |
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-
1989
- 1989-03-14 JP JP1061822A patent/JP2800235B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPWO2005116429A1 (ja) * | 2004-05-26 | 2008-04-03 | 株式会社ミクニ | スロットルシステムおよびセンサユニット |
| US7779809B2 (en) | 2004-05-26 | 2010-08-24 | Mikuni Corporation | Throttle system and sensor unit |
| JP4800206B2 (ja) * | 2004-05-26 | 2011-10-26 | 株式会社ミクニ | スロットルシステムおよびセンサユニット |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2800235B2 (ja) | 1998-09-21 |
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