JPH0320634A - 圧力センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は絶縁体上に半導体が位置するタイプの圧力セン
サ、殊にかかるセンサ中に組込むにふさわしい圧抵抗素
子に関する。

〔従来の技術〕

拡散ゲージタイプの圧力センサは周知のものである。欧
州特許出願第１０９９９２号はかかるセンサについて詳
述している。それによると、例えばシリコン製の半導体
ウエハ内を切削することによって非常に薄い変形可能な
ダイアフラムを形成し、そのダイアフラムの周辺に境界
を残してダイアフラムをセンサ本体内に取付けるように
なっている。ダイアフラムに加えられる圧力もしくは圧
力差を測定するために半導体材料を局部的にドーピング
することによって圧抵抗ゲージをダイアフラム上に形成
する。全体としてホイートストンプリフジ内には４個の
拡散ゲージが取付けられる。

ゲージを打込むための方法の一つは以下の通りである。

即ち、２個のゲージを圧力による応力が正であるような
ダイアフラム領域内に配置し、他の二つを圧力による応
力が負であるような領域内に配置する。

拡散ゲージセンサにより提起される問題点の一つはゲー
ジがＮ形シリコン基板内にＰ形の打込み法もしくは拡散
法によって形成され各ゲージと基板との間の絶縁体がＰ
Ｎ接合により形成されるためゲージ間に完全な電気絶縁
効果を達戒することがすこぶる困難な点である。この絶
縁上の問題点はこのセンサが蒙る温度が増大する場合に
更に大きくなる．そのため、普通の場合、これらのセン
サは１３０℃の温度に限定される。

絶縁体上にシリコンを配置する技術（ＳＯＩ）は基板と
ゲージ間を絶縁する問題を解決することができる，ＩＥ
ＥＥ紀要（１９８５年発行、４３０〜４３３頁〉中のオ
ーバマイアー氏による論文はかかる圧力センサについて
記述している。シリコン基板は例えば酸化シリコンの如
き絶縁層で被覆されその絶縁層上に圧抵抗ゲージが独立
に形成される．拡散ゲージの場合と同様にセンサは４個
のゲージを備える．即ち、２個の中心ゲージと２個の周
辺ゲージとである。ダイアフラムの中心は応力曲線は「
フラット」である。即ち、最大応力の領域は比較的「長
い」ということである。この領域に配置された２個のゲ
ージはＩ形である．即ち、相当な長さを有する単一の部
分を有している。ダイアフラム周辺では反対に応力曲線
は非常に「尖って」いる。即ち最大応力領域の長さは小
さい。

これはゲージが導電接続によってその極端部の一つに接
続された長さの小さい２個の半分ゲージ（Ｕの周辺を形
成する）によってそれぞれ形成されるＵ形状に配置され
る。

これらセンサを植込む際の問題点の一つはＵ形とＩ形の
ゲージが非常に異なる形をもっている点にある。更に、
Ｕ形ゲージは２つの補完的な抵抗接触領域を備え、同領
域は追加的な直列抵抗を導入する。それ故、４個のゲー
ジに同一の抵抗を付与することはすこぶる困難である。

更に、ゲージ自体の抵抗と金属半導体接点（抵抗接触領
域）の抵抗は温度と同様には変化しないため所与の温度
範囲内の全温度につき零圧でブリッジをバランスさせる
ことは不可能である。（オフセット効果〉また、もしゲ
ージを共に接続する電導体が全て同一の電気抵抗を有し
ていない場合にはこれら導体に対する温度変化の影響も
ブリッジのオフセットにドリフトを導入する可能性があ
るということを追記しておくべきである。

オフセット補償は外部補償要素、例えばブリッジのゲー
ジと同一の温度係数を有しない抵抗によって行われるの
が普通である。それ故、補償されるべき初期オフセット
が大きくなるにつれて所与の温度範囲内ではオフセット
を満足のゆく形で補正することはより困難である。

もう一つの困難は正確な測定値を得るためには半導体材
料のゲージ表面、より正確にはゲージの保ａ！層表面上
につくりだされる静電荷に対してゲージを保護する必要
があるという点にある。これらの電荷は各ゲージ内を流
れる電流の有効経路の断面を直接にか間接にか可変的か
つ無作為な形に変化させる効果を有する。ゲージがドー
ピングされた多結晶シリコンより形成される場合には静
電荷はゲージ内のキャリア密度を１００人までの深さま
で影響を及ぼす虞れがある。この影響を取除くためには
各ゲージ上に静電スクリーンを形成し、静電荷の形成を
回避する。これらのスクリーンを形成しそれを回路の残
りの部分に接続することはデリケートな作業であって今
度は測定内に４個のゲージの非対称性により形成される
ブリンジを導入しブリッジのアンバランスを来たし温度
によるドリフトを惹起する危険がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は一面では絶縁支持体上に高温（例えば２
００℃〉で動作可能で従来技術のブリッジよりも対称的
な形を有する圧抵抗半導体ゲージのブリッジを有し圧力
ゼロの時におけるブリッジの電圧アンバランスを除去も
しくは少なくとも著しく低下させることによって補償要
素の製作を相当簡単化することのできる圧力センサを提
供することである。

本発明の第一面によれば、上記圧力センサは絶縁支持体
と、半導体の絶縁支持体上に形成される４個の圧抵抗ゲ
ージ（そのうち２個はＵ形で他の２個はＩ形）より成り
、４個のゲージの各々が２個の半分ゲージより戒り、そ
の各々が支持体面内での幅が小さい半導体製の長尺検知
区域と、半分ゲージ端に配置された２個の抵抗接触区域
と、上記検知区域と抵抗接触区域の間に配置された幅の
大きな、半導体内の２個の接触区域より成り、上記２個
の接続区域の形が８個の半分ゲージについて同一である
ような特徴を有している。

これらの特徴のため、４個の圧抵抗ゲージにより構成さ
れる検知素子の全体構造は従来技術の実施例の場合より
対称形となっている。更に、ゲージを特殊に配置するこ
とによってゲージどうしを共にかつ測定ブリッジの残余
部分に接続する働きをする導電部分の表面を縮小するこ
とが可能になる。

また、上記センサは導電材料の８個のスクリーン電極を
備えその各々が上記半分ゲージの一つをカバーし、その
一端が対応する半分ゲージの接触領域に電気的に接続さ
れるようにすることが望ましい。

ＳＯＩ圧抵抗ゲージセンサの場合に遭遇する問題点は絶
縁支持体上に形成される圧抵抗ゲージの形にある。

かくして、絶縁体上に形成される構或部分は例えば酸化
シリコンのフラントな絶縁支持体より戒りその上部に適
当にドーピングした半導体材料より成る構或部分自体を
配置するのが普通である。

上記構成部分は同部分を製作するに必要な層部分のみを
残すように半導体材料の最初の層をエッチングして除去
することによって形成されるのが普通である。上記構或
部分はそれ故、「メサ」形を有して絶縁支持体上面に盛
り上がって立つことになる。

構或部分が圧抵抗要素である場合には、同部分は幅一定
の長尺バーの形をもつべきである。然しながら、圧抵抗
素子はバーの各端に幅がバーの幅より大きな矩形の電気
接続区域を備えることによって抵抗性の拡散を最小限に
することが多い。

圧抵抗素子を形成しそれを一部を構戒する回路の残り部
分に接続するためには圧抵抗素子上に種々の種類の継起
層、例えばパンシベーション層、メタリゼーション層、
絶縁層の順に付着させる必要がある。これらの相異なる
層は必然的に圧抵抗素子を形成する半導体層をオーバフ
ローもしくはオーバラフプする。断面図ではこれらオー
バラソプしあう層は圧抵抗層の側部隅辺縁付近の狭い領
域に大きな応力集中をひきおこす。これらの応力集中は
やがて構造の弛緩をひきおこす結果、それに対応する制
御されないオフセント変化を伴って狭い領域内に圧電材
料の抵抗を若干変化させる。

それ故、本発明の目的は第２の面から見ればこの問題点
を緩和させることである。

本発明のこの第２の面によれば、絶縁支持体上に圧抵抗
素子を形成する方法が提供される。上記素子は所定幅の
有効区域と、同有効区域の各端における接続区域より戒
り、上記方法の特徴は上記絶縁支持体上に半導体材料の
層を付着させ、上記層を選択的にエッチングして上記素
子を上記接続区域間の有効区域よりも広幅の区域を形成
する点にある。上記方法の特徴は更に上記層の一区域を
ドーパントによって局部的にドーピングし上記ドーピン
グされた半導体材料上に圧抵抗性を付与し、上記ドーピ
ング区域が上記有効区域と接続区域の形を有するように
する点にある。上記接続区域の幅は上記広幅の区域の幅
と等しいことが望ましい。

ＳＯＩ圧抵抗ゲージセンサのもう一つの問題点はゲージ
がやや意外にももろくて特にドーピングしたポリシリコ
ンによって作られた場合静電放電（Ｅ　Ｓ　Ｄ）により
損傷する点にある。このもろさは拡散ゲージセンサがＥ
ＳＤに対して特にもろいというわけではないから幾分驚
くべきことである。

その結果、Ｓｏｌ圧抵抗ゲージセンサもこの点で似かよ
っているものと考えられよう．然しなから、我々は拡散
ゲージセンサの場合、各ゲージを基板から絶縁する働き
を行う上記ＰＮ接合もダイオードとしての働きを行いゲ
ージに印加可能な電圧を制限するからそれらにＥＳＤに
対する固有の保護を与えるということを発見した．この
固有の保護は絶縁支持体により極端に良好な絶縁効果が
与えられるためにＳＱＬ圧抵抗ゲージには欠けているも
のである。

それ故、本発明の目的はその第３面から見ればこのＥＳ
Ｄ問題を克服することである。

本発明の第３の面によれば、絶縁支持体と、同支持体上
の半導体材料内に形成される少なくとも一個の圧抵抗ゲ
ージより成る圧力センサでセンサの正規動作中に逆バイ
アスするように構成されゲージと並列接続されそれを静
電放電による損傷から保護するようにしたツェナーダイ
オードを特徴とするものが提供される。

ダイオードは逆バイアスされ正規にはそのツェナー電圧
以下で十分に動作するためゲージの正規動作には影響を
及ぼさない。

さて以下に図面に即して本発明を説明するが本発明はこ
の特殊例に限定される趣旨ではない。

〔実施例〕

第１〜５図を参照しながら、本発明によるＳＯＩタイプ
の圧力センサの実施例を説明する。

第１図に示すように、出発点はシリコン基板１０であっ
て、その後面１２は順次エッチングされてキャビティ１
４を形成する。単結晶シリコンは方向性（１　０　０）
を有し、基板は５００ξリメートルオーダの厚みを有し
ている。基板１０の前面１６上には酸化シリコンＳｉＯ
ｔＯ層１８が例えばシリコンを酸化することによって形
成される。上記層ｌ８は５０００人のオーダの厚みを有
することが望ましい。Ｓｉｎ．の層１８上には多結晶シ
リコンの層２０が形成される。同Ｊｉ２０は２０００人
と５０００人の間の厚みを有する。多結晶シリコンはＩ
Ｑ１９〜１０！ｏの原子備−３の濃度を有する朋素によ
りドーピングされる。多結晶シリコン層２０を形成する
ために幾つかの技法を使用することができる．殊に、Ｌ
ＰＣｔＪＤ　（低圧化学蒸着）法と称される技術を引用
する。

第２図に述べた以下の段階ではドーピングしたポリシリ
コンｌ’ｉＩ２０をその厚み全体にわたってエッチング
して全体を参照番号２２で示した形のみを残すようにす
る。残りの部分２２は２つの平行な方向ｘＸ′とＹＹ’
に沿って配置された２つの大きな辺ＡとＢを有する一般
的な矩形状を呈する。

上記の大きな辺ＡとＢは辺ＡとＢに対して垂直な小さな
辺ＣとＤにより接続される。小辺ＣとＤは一定の幅ａを
有する。大きな辺ＡとＢは同一である。

ポリシリコンの残りのエッチングされた部分２２はそれ
ぞれＵ形のゲージＵｌとＵ２と１形のゲージ■１と■２
に相当する４個の素子２４、２６、２８、３０により構
成される。素子２４と２６は同一で素子２８と３０も同
様に同一である。

既に指示した通り、本発明によれば各ゲージは２つの半
分ゲージにより形成される。ゲージＵ１とＵ８はそれぞ
れ半分ゲージＪ，　、ＧとＪａ、Ｇａにより形成され、
ゲージｈとＩｔはそれぞれ半分ゲージＪ．、Ｊ．とＧｚ
、Ｇｉにより形成される。第２図に示すように、半分ゲ
ージＪ１〜Ｊ，を構戒するポリシリコン素子は軸ＸＸ′
に沿って配置され、一方、半分ゲージＧ，〜Ｇ，は軸Ｙ
Ｙ’に沿って配置される。半分ゲージの各々は検知もし
くは有効区域、２つの接続区域、および２つの抵抗接触
区域によって構成される。ポリシリコンのレベルでは検
知区域は長さＣと幅Ｃの長尺バーの形をとっている。半
分ゲージの接続区域はポリシリコンの素子２４〜３０の
幅ｂ部分によって形成される。ゲージＩ，はボリシリコ
ンに関する限り、検知区域３２と３４と端部３６、３８
、４０より成り、部分３８は半分ゲージＪｚ（！：Ｊｓ
と共通になっている。ゲージｈはぴったり同じ形をして
いる。ゲージＵ，も幅Ｃと長さｉの２つの検知区域４２
と４４と３つの端部４６、４６、５０を備えている。中
間端部はそれぞれ方向ＸＸ′とＹＹ’に沿って配置され
た小辺Ｃと２つの部分５２、５４の組合せによって形成
されるため特殊な形をしている。ゲージＵアはゲージＵ
，とぴったり同じ形をしている。

第３図に示す次の工程では、普通、硝酸シリコン（Ｓｉ
ｓＮｅ）より或るバンシベーシッン層５６が全片にわた
って約１０００人の厚さまで付着される。

同ｊｉｉ５６は絶縁Ｎ１８と共に残りのポリシリコン部
分２４〜３０を被覆する。その後、層５６内に窓がつく
りだされる。これらの窓（６０〜８２）は幅ａもしくは
ｂの各ポリシリコン部分上に構成される。即ち、各端部
上に構成される。ゲージｈの場合は、窓６０、６２、６
４は端部３６、３８、４０上に構成される。ゲージＵ．
の場合は、窓８２、８０、７８は端部４６、４８、５０
上に構成される。ゲージエｔとＵ２の場合、同一の配置
がある。窓は全て対応するポリシリコン部分の幅ａもし
くはｂより若干小さな窓ｄを有する。各窓の極端部は対
応する検知区域の極端部から正確に８の距離のεころに
位置決めされる．例えば、ケージｈの接続部分３８上部
に配置された窓６２の２つの辺縁部はそれぞれこの同じ
ゲージの検知部分３２と３４の極端部からそれぞれｅの
距離だけ隔たったところに配置される。他のゲージ（６
６〜８２）の窓についても同じである。

第４図に示す次の工程では、第１のメタリゼ・−ション
層は例えばＩＱＯＯＡ〜１５００人の厚みのチタンとタ
ングステンの組合せから或るＪ１８４？ら構成される。

上記第１のメタリゼーシツン層は第４図に示す部分だけ
を残すようにエッチングする。

第４図は第１のメタリゼーシタンＩＩ８４が事実上互い
に隔てられた１２の区域Ｚ　ｉ　”’　Ｚ　＋■により
構成されることを示す。メタリゼーシツン２，〜２，は
それぞれ検知区域ゲージの中間接続部分上に配置される
。例えば、ゲージＩ１の場合、メタリゼーション区域Ｚ
，は接続部分３８ε検知区域３２と３４をカバーしてい
る。メタリゼーシツン区域Ｚ，はその中心部分によって
窓６２を通って直接ポリシリコンに接続される。メタリ
ゼーシ旨ン区域の残りはバッシベーション層によってポ
リシリコンから絶縁される。メタリゼーシ替ン区域Ｚ，
〜Ｚｌ２は各ゲージの各端をブリンジの他の要素に接続
することを可能ならしめる．それらは相互接続メタリゼ
ーシツンと称する。これらメタリゼーシッンＺ，〜Ｚｌ
ｔの各々の一端はこのメタリゼーションとポリシリコン
の間に電気接続が存在するように窓に対して配置される
。例えば、ゲー・ジ■１の場合、メタリゼーションＺＳ
は一部、窓６０に面しているが、メタリゼーシゴンＺ，
は一部、窓６４に面している．メタリゼーシッンＺＩ〜
Ｚ，はそれぞれゲージＩ．，ＩｚおよびＵ，、Ｕ２に対
する「スクリーン」電極を構成している．「スクリーン
」電極の中点はかくしてゲージの中点に接続される。即
ち、ゲージを構成する２つの半分ゲージの検知区域を接
続する中間接続部分に接続される。また同様に各メタリ
ゼーシッンＺ，〜Ｚ４は同じゲージの２つの半分ゲージ
をカバー・する２つの「スクリーン」電極を構戒するも
のと考えることができる．その後、これらメタリゼーシ
ッンの各々の中央部分は各電極を考察中のゲージの中点
に電気的に接続する働きを行う。

機能上、検知素子はその２つのＵ形ゲージ（Ｕ．とＵｚ
）、その２つの■形ゲージ（ｉ．％ｉ．）、およびその
ブリッジＺ５”’Ｚｌｇに対する接続部により完威され
る。

特に第４ａ図を参照することによって本発明の方法によ
り如何に様々の部分が大きな精度で定義されるかを理解
することができよう。

半分ゲージ、例えば半分ゲージＪ，を考えた場合、同ゲ
ージは幅Ｃと長さｌの検知区域より或る．これらの寸法
はポリシリコン層２０をエッチングする際、大きな精度
で定義された．半分ゲージＪ３ちまた幅ｂの２つの接続
区域より成り、この幅もまたポリシリコンエッチング中
に大きな精度てで定義される。各接続区域は長さｅを有
しているが、これもまた次の理山がら大きな精度で定義
される。すなわち、窓６２と６４（第３図参照）をつく
りだす際、それらの極端部は検知区域３２の極端部から
距離ｅのところに大きな精度でつくりだされた。窓６２
と６４中のポリシリコンはメタリゼーション層８０と直
接接触している。電流の流れの観点からは金属はポリシ
リコンよりもずっと高い導電性を有しているから、全電
流はあたかもその下部にポリシリコンが存在しないかの
如く金属内を流れる。第１のメタリゼーシ司ンによって
直接カバーされるポリシリコンの区域は抵抗接触区域を
形成する。

かくして、８個のポリシリコン半分ゲージＪ１〜Ｊ４と
Ｇ　Ｉ−　Ｇ　ａが得られる。それらは特に有効区域と
抵抗接触区域（窓６６、６日）の間の過渡部で正確に同
じ形をもっている。事実上、この過渡部は接続区域によ
り作られる。１６の接続区域は同一である。例えば半分
ゲージＪ２は窓６２により境界づけられるメタリゼーシ
ョンＺ，部分により半分ゲージＪ３に接続される。即ち
、半分ゲージＧ２は窓７４により境界つけられるメタリ
ゼーションＺ３の部分により半分ゲージＧ３に接続され
る。そして半分ゲージＪ，は窓８０により境界づけられ
るメタリゼーションＺ４の部分によって半分ゲージＧ１
に接続される。実施例によれば、寸法ａとｂは１００ξ
クロンに等しい。すなわち、ｌは１００ミクロンに等し
く、Ｃは１０ミクロンに等しく、ｅは２０粟クロンオー
ダである。

大きな辺の長さは１４００Ｇクロンに等しく、小さな辺
の長さは３００藁クロンに等しい。

スクリーン電極が形成される方法をこれから説明する。

メタリゼーシッンＺ，は半分ゲージＪｔとＪ，に対する
スクリーン電極を構成する．事実上、メタリゼーシッン
ＺＩはこれら２つの半分ゲージをカバーする一方、パフ
シベーション層５６によってそれから隔てられている。

このスクリーン電極はメタリゼーシ目ン層８４と窓６２
を通るポリシリコン間の接点によって回路の残りに接続
される。かくして、電気的な観点からすると、このスク
リーン電極の中点は半分ゲージＪｔとＪ，によって形成
されるゲージＩｔの中点に接続される。窓６２内に貫通
するメタリゼーシコンＺ１の部分は３重の役割を演ずる
ことが理解できるだろう。すなわち、同部分は半分ゲー
ジＪｔとＪ，の抵抗接触区域の一つを構或する。また同
部分はこれら２つの半分ゲージの間に電気的接続部を形
成する。更に同部分は半分ゲージＪアと．Ｊ　ｓをカバ
ーするスクリーン電極をブリッジに接続する。

今、Ｕ形ゲージＵ，を考えると、同様な配置が見出され
る。半分ゲージＪ，とＧ，をカバーするメタリゼーシッ
ンＺ４はこのゲージのためのスクリーン電極を形成する
。スクリーン電極と電気回路の残りの間の電気接続は窓
８０を通して行われる．半分ゲージＪ．とＧ，との間の
電気接続は窓６０により境界づけられたメタリゼーショ
ンＺ４の部分によって行われる。このメタリゼーシッン
２１部分はそれ故、既に先のゲージＩ，に関する解説中
で説明した２重の役割で演ずる。

第５ａ図に示した次の段階では、厚い絶縁付着１００が
作られる。それは例えば約６０００人の厚さの酸化シリ
コン付着層とすることができる。

この付着層は検知素子全体をカバーする。その後エッチ
ングして２Ｂ”’Ｚｌ！で示すメタリゼーシジン８４の
部分と向かいあって配置された８個の窓１０２〜１１６
を形成する。これらの窓１０２〜１１６において第１の
メタリゼーションが露出される。

最後の段階で、第２の金属付着層１２０が形成される．
（例えばアルミニウム製）同層１２０は窓１０２〜１０
６内に貫入する。この付着層１２０をエッチングしてＬ
，〜Ｌ，の区域だけを残す。

これらの導電層はセンサの検知素子の４つのゲージを測
定ブリッジの残りに接続する働きを行う。

かくして任意の所望構戒部分をブリッジの任意の２つの
ゲージ間に挿入して例えば抵抗の助けによって補償を行
うことができることが判る。

異なる付着層の構或は第５ｂ図に最も良く見ることがで
きる。同図は第２のメタリゼーション１２０の区域の断
面である。

（発明の効果） 本発明は従来技術に対して一連の利点をもっている。第
１に、Ｉ形ゲージがそれ自体、Ｕ形ゲージを形成する２
個の半分ゲージと厳密に同一である２つの半分ゲージに
よって形成されるために、４個のゲージはそれらが備え
る圧抵抗部分に関する限り正確に同じ形を有する．殊に
、その特徴（半分ゲージの有効区域から抵抗接触区域へ
の移行）は４個のゲージの数（４）と等しく、これら特
徴の形は常に同一である． この対称的かつ規則的な配置の結果、これら特徴の効果
は検知素子全体を考えた時に互いに厳密に補償しあう． 本発明によるセンサはホイートストンブリッジから０．
３ｍＶ未満オフセットした電圧の下で−５０℃〜２００
℃の温度範囲にわたって動作することが可能である。

本発明によるゲージ配置のもう一つの利点はゲージ間の
相互接続の長さが従来技術の解決策に対して著しく小さ
いという点である。その結果、差のある熱効果も著しく
小さくなる。

スクリーン電極を形成する望ましい方法もまた一連の利
点をもっている。各スクリーン電極はその中点をゲージ
を形成する２個の半分ゲージ間の接続部における各ゲー
ジの中点に電気的に接続されている．然し・ながら、ス
クリーン電極は違った形に構戒できることが理解できよ
う。すなわち、各スクリーン電極が１個の半分ゲージを
カバーする（全部で８個のスクリーン電極）という形で
ある．その後電極をその端の一つによって同様に問題ゲ
ージの接触区域ではない半分ゲージの抵抗接触区域に接
続する． 先の解説では、各ゲージは電気接続により終端する２個
の端部をもっていて、任意の所望構或部分の２個のゲー
ジ間のブリッジ内に挿入することができるようになって
いる．然しなから、既に示した如く、特殊なゲージ構造
のおかげで、オフセット電圧は著しく低下する．それ故
、一定用途では不平衡電圧に対して補償素子を導入しな
いことができる。この場合、センサの植込みは若干変化
させることができる。これは第６ａ図と第６ｂ図に示し
た通りである。

本質的な相違はゲージ間の電気接続が形成される方法に
ある。第６ａ図が示すように、ポリシリコンレベルでは
異なるゲージどうしの間は何ら隔離されていない。例え
ば、半分ゲージＪ，とＪ２（第２図）の検知区域３２と
３４の間には単一の接続部分（３６’）が存在する。同
様にして、半分ゲージＪ，とＪ４の検知区域間には単一
の接続部分４０’が存在する。パフシベーション層内に
開いた窓に関する限り、一つは各接続部上に見出せる。

例えば、窓１３０は接続部分３６′上にあり、窓１３２
は接続部分４０′上にある．第１のメタリゼーション工
程（第６ｂ図〉中、８個のメタリゼーシッン区域Ｚｌ１
〜ｚｌ，が形成される。ゲージをカバーするこれらメタ
リゼーションｚｌ１〜Ｚｌ４は第４図のメタリゼーショ
ンＺ，〜Ｚ４と同一であって「スクリーン」電極の役割
を演ずる．メタリゼーションｚｌ，〜ｚ＋６は接続メタ
リゼーシッンである．それらは２重の役割を演ずる．す
なわち、一方では共に隣接しあうゲージの端部を接続す
ると共に、他方ではゲージの接続部をブリッジ残部に接
続することを可能にする。例えば、メタリゼーション２
＋，はゲージＩ１をゲージＵ，に接続する。

第１〜５図はセンサの第１の実施例を示す。その場合、
センサのゲージは最初は互いに接続されていない．対照
的に、第６図と第６ｂ図は第２の実施例を示し、その場
合はセンサの４個のゲージが全て相互接続されている。

これら２つの極端な解決策間には若干の中間的な解決策
を採用できることは明らかである。例えば、ゲージＵ１
とｈの間の接続だけを開放することができる．２個のゲ
ージ間は第６ａ図と第６ｂ図の場合の如く相互接続する
ことができる。メタリゼーション層８４を第２図に示す
ようにエッチングしたゲージどうしの間のギャップをブ
リッジするように構造することも同様に可能である。そ
れは第７図が示すところである。

上記実施例の場合、ドーピングした多結晶シリコン層は
絶縁支持体にエッチングして幅ｂとＣの交互区域を形成
した。先に述べた如く、幅Ｃの区域の側部辺縁において
形成されるやや鋭い段は問題を惹起こす虞れがある。そ
れ故、第８図はこの問題を克服するために第６ａ図と第
６ｂ図の工程と共に使用する時の第２図の工程の変形を
示したものである． かくして、ポリシリコン１ｉ２０はエッチングして部分
２２２′だけを残す。残る部分２２２′は２つの長い辺
Ａ′とＢ　ｔ、および２つの短い辺Ｃ′とＤ′を有する
中空の矩形であって、辺の幅はその全長を通じてｂであ
る。幅ｂとＣの交互区域はシリコンをドーピングする際
に得られるが、同操作はエッチング工程に先立ってイオ
ン打込み（すこぶる正確に制御できる）によって実行す
ることが望ましい。ドーピングした領域は点線内のクロ
スハッチングによって示される。このドーピング領域は
第２図のエッチング工程後に残された部分と正確に同一
の形をしている。製作方法の以下の工程は第３〜５ｂ図
について上記したものと同一である。

第８図に関して説明したドーピング法の変形は第１〜５
図について説明したセンサの実施例を製作する際にも使
用できることは明らかである。

第９図は、第６ａ図と第６ｂ図について説明した本発明
の実施例のゲージ■＋　，Ｉ！　，Ｕ＋　．　ＩＪｚが
如何にして接続されたホイートストンブリッジを形成す
るかを示す。安定化ブリフジ電圧ｖｂはセンサのビン３
１０、３１２間に印加される。ピン３１０は正ビンとし
ての働きを行いセンサ３１２内部で第６ｂ図のメタリゼ
ーションｚｒ，に接続され、ビン３１２は負ビンとして
の働きを行い、内部でメタリゼーションＺ′ヮに接続さ
れる。センサの出力はビン３１４、３１６の間に現われ
る．同ビンはセンサの内部でそれぞれメタリゼーシッン
Ｚｌ．とＺｌ８に接続される。

先に既に述べた如く、我々はポリシリコンゲージＩ．．
ｒ．，Ｕ．．Ｕ．がＥＳＤＫよりひきおこされる損傷に
もろいということを発見した。この損傷はＥＳＤの大き
さに応じて２つの主要な形をとる。比較的小さな放電電
流の場合には、ポリシリコンの構造はごく僅かしか変化
しないが影響を受けるゲージの抵抗を永久的に変化させ
るに十分には変化する。それ故ホイートストンプリフジ
内にオフセットを導入する。放電電流が大きな場合には
、影響を受けたゲージのポリシリコンはあたかもヒュー
ズの如く完全に破裂するからゲージを開回路とする。

ＥＳＤに対してゲージＩｔ．Ｉｔ．ＵＩ＋　Ｕｚを保護
するためには各ツェナーダイオードＺＤ，〜ＺＤ．を各
ゲージと並列に接続する。第９図に示す如く、ダイオー
ドＺＤ，〜Ｚ　Ｄ　ａは正規の使用時には全て逆バイア
スさせるように接続する。

即ち、ダイオードＺＤ，とＺＤ．の各カトードは正ピン
３１０に接続する一方、それらの各アノードはそれぞれ
ピン３１４と３１６に接続させる。

そしてダイオードＺＤ，とＺＤ．の各アノードは負ビン
３１２に接続させ、それらの各カトードはそれぞれピン
３１４と３１６に接続させる。ダイオードＺＤ，〜ＺＤ
４として使用するに適当なツエナーダイオードはＪＥＤ
ＥＣＢＺＸ５　５Ｃ１　０の呼称で市販されているもの
である。それらは逆バイアスさせた場合にはセンサの正
規動作に影響を及ぼさない程の高い抵抗をもち、２００
℃を超える温度で満足に動作することができる。

第１〜５図について記述した本発明の実施例は４個のツ
ェナーダイオードによるＥＳＤの影響から正確に同様の
方法で保護することができることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるセンサを作るために準備されるシ
リコン素子の垂直断面図、 第２図は多結晶シリコンの第１のエッチングエ程を示す
シリコン素子の平面図、 第３図はバッシベーション層の付着とエッチングの第２
の工程を示す平面図、 第４図は第１のメタリゼーション層の付着とエッチング
の第３の工程を示す平面図、 第４ａ図は第４図の線ＡＡに沿った垂直断面図、第５ａ
図は厚い絶縁層と第２のメタリゼーシッン層の付着とエ
ッチングの工程を示す平面図、第５ｂ図は第５ａ図の線
ＢＢに沿う垂直断面図、第６ａ図と第６ｂ図とは第２〜
４図に示す工程の変形を示す平面図、 第７図は第５ｂ図に示す工程のもう一つの変形図、 第８図は第６ａ図と第６ｂ図に示す工程と関連して使用
する際の第２図の工程の変形図、第９図は第６ａ図と第
６ｂ図の実施例の圧抵抗ゲージがどのようにホイートス
トンブリッジ内で接続されＥＳＤに対する保護手段を備
えるかを示す簡略回路図。 ｌＯ・・・・・・シリコン基板、１２・・・・・・後面
、１６・・・前面、　　　　１８・・・・・・酸化シリ
コン層、２０・・・・・・多結晶シリコン層、 Ｕ，，Ｕ．・・・・・・Ｕ形ゲージ、 １，，Ｉｔ・・・・・・Ｉ形ゲージ、 Ｊｚ　，Ｊｘ　，Ｇｚ　，Ｇ３・・・・・・半分ゲージ
、６０．６２．６４・・・・・・窓、 ３８・・・・・・接続部分、 Ｚ１・・・・・・メタリゼーション、 ５６・・・・・・バッシベーション層。 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ．２ ＦｔＧ．５ａ Ｆｌ口．５ｂ Ｆｌ（３．７ ＦＩＧ．８ ＦＩＧ．９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁支持体と、半導体材料の上記絶縁支持体上に形
   成されそのうち２個がＵ形で他の２個がＩ形の合計４個
   の圧抵抗ゲージより成る圧力センサにおいて、４個のゲ
   ージがそれぞれ２個の半分ゲージより成り、各半分ゲー
   ジが半導体材料で支持体面内に小さな幅を有する長尺の
   検知区域と、同半分ゲージの端部に配置された２個の抵
   抗接触区域と、半導体材料で上記検知区域と抵抗接触区
   域との間に配置された大きな幅の２つの接続区域とを備
   えることを特徴とする前記圧力センサ。 ２、Ｉ形のゲージが互いに平行で、Ｕ形ゲージの肢片が
   Ｉ形ゲージに対して平行であって、Ｕ形ゲージの自由端
   がＩ形ゲージの方向を向き、Ｕ形ゲージの肢片が２対２
   で整合し、Ｉ形ゲージの各々が上記肢片が配置される２
   本の平行線のうち一本の上に配置される請求項１記載の
   圧力センサ。 ３、更に導電材料の８個のスクリーン電極を備え、各ス
   クリーン電極が上記半分ゲージの一つをカバーし、各ス
   クリーン電極の一端が対応する半分ゲージの接触区域に
   電気的に接続される請求項１もしくは２の何れかに記載
   の圧力センサ。 ４、半分ゲージの検知区域が上記半導体材料に形成され
   る２個の端部間に配置され、上記検知区域と端部がパッ
   シベーション層により被覆され、同パッシベーション層
   内に各端部に面する窓が一個形成され、メタリゼーショ
   ンが上記窓に面して形成され、上記窓内のメタリゼーシ
   ョンが上記抵抗接触区域を形成する請求項１記載の圧力
   センサ。 ５、半分ゲージの検知区域が上記半導体材料に形成され
   た２つの端部間に配置され、上記検知区域と端部とがパ
   ッシベーション層により被覆され、同パッシベーション
   層内に各端部に面する窓が形成され、また、メタリゼー
   ションが検知区域と上記窓群に面してパッシベーション
   層上に形成され、上記窓内のメタリゼーションが上記抵
   抗接触区域を形成し、メタリゼーションがスクリーン電
   極を形成する検知区域に面し、更にスクリーン電極を形
   成するメタリゼーションが抵抗接触区域の一つに電気的
   に接続される請求項３記載の圧力センサ。 ６、上記ゲージの各々が各ゲージを上記接続区域間の上
   記検知区域より広い区域をもって各ゲージを形成するよ
   うに絶縁支持体上に形成された半導体材料層を選択的に
   エッチングすることによってドーピングされた半導体材
   料から形成され、更に各ゲージにつき、上記層の一区域
   が圧抵抗性を上記ドーピング半導体材料に付与するドー
   パントによって局部的にドーピングされ、上記ドーピン
   グ区域が上記検知区域と接続区域の形を有する請求項１
   〜５の何れか一に記載の圧力センサ。 ７、上記局部ドーピングがイオン打込みによって行われ
   る請求項６記載の圧力センサ。 ８、上記局部ドーピングが半導体層を選択的にエッチン
   グする前に行われる請求項６もしくは７記載の圧力セン
   サ。 ９、上記絶縁支持体が酸化シリコンである請求項１〜８
   の何れか一に記載の圧力センサ。 １０、上記半導体材料がドーピングされた多結晶シリコ
   ンである請求項１〜９の何れか一に記載の圧力センサ。 １１、センサの正規動作中に逆バイアスされ各ゲージと
   並列に接続されて同ゲージを静電放電による損傷から保
   護するように構成された各ツェナーダイオードを備える
   請求項１〜１０の何れか一に記載の圧力センサ。 １２、小幅の有効区域と、同有効区域の各端に広幅の接
   続区域を備える圧抵抗素子を絶縁支持体上に形成する方
   法において、上記絶縁支持体上に半導体材料層を付着さ
   せ、同層を選択的にエッチングして上記素子を接続区域
   の幅と実質上等しい実質上一定の幅で形成し、上記層の
   一区域を上記ドーピング半導体材料上に圧抵抗性を付与
   するドーパントによって局部的にドーピングし、上記ド
   ーピング区域が上記有効区域と接続区域の形を有する前
   記方法。 １３、上記ドーピング工程がイオン打込みによって行わ
   れる請求項１１記載の方法。 １４、上記ドーピング工程が上記エッチング工程前に行
   われる請求項１１もしくは１２記載の方法。 １５、上記絶縁支持体が酸化シリコンである請求項１１
   〜１３の何れかに記載の方法。 １６、上記半導体材料がドーピングした多結晶シリコン
   である請求項１１〜１４の何れかに記載の方法。 １７、上記接続区域の幅が上記広幅の区域の幅と等しい
   請求項１２〜１６の何れか一に記載の方法。 １８、請求項１１〜１５の何れか一による方法によって
   作られる絶縁支持体上の圧抵抗素子。 １９、絶縁支持体と、同支持体上の半導体材料で形成さ
   れる少なくとも一個の圧抵抗ゲージより成る圧力センサ
   において、センサの正規動作中に逆バイアスし、ゲージ
   と並列に接続されて同ゲージを静電放電による損傷から
   保護するように構成されたツェナーダイオードを特徴と
   する前記圧力センサ。 ２０、上記絶縁支持体が酸化シリコンである請求項１９
   記載の圧力センサ。 ２１、上記半導体材料がドーピングした多結晶シリコン
   である請求項１９もしくは２０記載の圧力センサ。