JPH03229470A - 半導体圧力センサ - 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、半導体圧力センサに関し、詳しくは、集積回
路部（−個の回路素子で構成されてもよい）と一体集積
された半導体圧力センサに関する。

［従来の技術］ 本出願人の出願にかかわる特開昭６２−２６６８７５号
公報は、例えば第４図に示すように、単結晶シリコン基
板１ａの一主面をエツチングして形成されたダイヤフラ
ム部７ａと、ダイヤフラム部７ａの周辺において単結晶
シリコン基板１ａの他主面に不純物をドープして形成さ
れた集積回路部８ａと、ダイヤフラム部７ａを除いて集
積回路部８ａの表面に形成されたパッシベーション膜６
ａとを備える半導体圧力センサを開示している。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように、集積回路部８ａをもつ半導体圧力セン
サては集積回路部８ａの保護のためにパッシベーション
ｌｌ１６ａを設（ブる必要かある。ただ、パッシベーシ
ョン膜６ａをダイヤフラム部７ａ上に被＠すると、パッ
シベーション膜形成時に発生するパッシベーション膜６
ａの歪みや、バッシベション１Ｉｕ６ａとシリコン基板
１ａ（正確にはその上のフィールド酸化膜）との熱膨張
率の差に起因する界面歪などのために、圧力センサの出
力特性、特に温度特性が劣化し、出力感度も低下する。

従って上記公報に開示されるようにダイヤフラム部７ａ
表面のパッシベーションＷＡ６ａを除去することが好ま
しが、この場合、ダイヤフラム部７ａ近傍に位置するパ
ッシベーション膜６ａの端縁部６０ａにおいて、第２図
に実線で示すように応力集中が生じ、温度変化により生
じる熱応力の集中により、出力特性、特に温度特性が劣
化する。

本発明は上記問題の改善を図って、ダイヤフラム部近傍
にあ【ブる応力集中の低減か可能な半導体圧力センサを
提供することを、その解決すべき課題としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体圧力センサは、単結晶シリコン基板の一
生面をエツチングして形成されるとともにピエゾ拡散ゲ
ージか形成されたダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部
の周辺【こおいて前記単結晶シリコン基板の他主面に形
成された集積回路部と、前記ダイヤフラム部を除いて前
記集積回路部の表面に形成されたパッシベーション膜と
を備える半導体圧力センサにおいて、前記パッシベーシ
ョン膜の端縁部か、前記ダイヤフラム部の境界部分にお
いて前記単結晶シリコン基板の他主面上に配設され前記
パッシベーション膜よりも変形容易な応力吸収緩和膜の
表面上に設けられていることを特徴としている。

応力吸収緩和膜としては、例えば、アルミニウム、金、
などの軟質金属膜を採用することができ、腹厚は０．５
μｍ以上とすることが好ましい。このような軟質金属膜
は、上記応力集中より塑性変形（弾性変形も伴う）して
応力を緩和する。また、ポリイミドなどの樹脂膜を採用
することかできる。

このような樹脂膜は大きな弾性率をもつので応力吸収能
に冨む。その他、応力吸収緩和膜は単一膜てなく複層膜
としてもよい。

更に、この応力吸収緩和膜は前記ダイヤフラム部の境界
部分だ（づでなく、集積回路部の表面全面１こ被札して
もよい。

）作用］ ダイヤフラム部の境界部分に位置するパツシベション膜
の端縁部において、ダイヤフラム部の歪みによる応力は
、応力吸収緩和膜の変形により吸収され、その結果、ダ
イヤフラム部の境界部分にあける応力集中は防止される
。

［発明の効果］ 上記したように、本発明の半導体圧力センサでは、集積
回路部が一体集積された半導体圧力センサにおいてパッ
シベーション膜の端縁部がダイヤフラム部の境界部分で
変形容易な応力吸収緩和膜上に設けられているので、こ
のパッシベーション膜の端縁部に応力か集中するのを防
止して、この応力集中による出力特性劣化を防止するこ
とができる。

；実斤例 本発明の半導体圧力センサの一実施例をについて、その
平面図を第１図に、そのＡ−Ａ−線矢視断面図を第２図
に示す。

この半導体圧力センサは、所定の結晶軸を有するシリコ
ン基板］、シリコン基板１の一生面に形成された薄肉の
ダイヤフラム部７、ダイヤフラム部７に設けられたピエ
ゾ拡散ゲージ２、シリコン基板１の他主面に形成された
アンプ回路（集積回路部）８、ダイヤフラム部７を除き
アンプ回路８の表面に形成されたパッシベーション膜６
、ダイヤフラム部７の境界部分においてシリコン基板１
のフィールド酸化１１ｉ４上に配設された応力吸収緩和
ＩＩ！９を備えている。

そして、パッシベーション膜６の端縁部は、応力吸収緩
和Ｗ！Ａ９の表面上に被着されている。

ダイヤフラム部７は、水酸化カリウム（ＫＯＨ＞等の異
方性エツチング液を用いる異方性エツチングにより形成
される。

ピエゾ拡散ゲージ２は、シリコン基板１の表面部にイオ
ン注入技術等によりダイヤフラム部７の中央部に一対、
図中左右周辺部に各−個形成されてあり、各ピエゾ拡散
ゲージ２は拡散リード３によりブリッジ結線されている
。

アンプ回路（集積回路部）８は、バイポーラＩＣ又はＣ
−ＭＯ３１１からなり、ピエゾ拡散ゲジ２からなるブリ
ッジの信号電圧を増幅して外部に出力する。

フィールド酸化膜４は、ＣＶＤ法により形成された二酸
化シリコン膜からなり、１μｍの厚さをもつ。

応力吸収緩和膜９は、ダイヤフラム部の周辺部分におい
てｌ）配線層５と同一の真空蒸着工程によりフィールド
酸化膜４表面に形成されている。

応力吸収緩和膜９はＡｇ、又はＳｉ添加Ａ、ｌｌからな
り、０．５〜２μｍの厚さと２５〜１００μｍの幅とを
もち、正方形のダイヤフラム部７の周縁部に帯状に形成
されている。

パッシベーション膜６は、ＢＰＳＧ、Ｓ　ｉ　Ｎなどか
らなり、０．５〜２μｍの厚さをもつ。パッシベーショ
ン膜６の内側の端縁部６０は応力吸収緩和膜９の表面上
に形成されている。

この実施例の半々体圧力センサは、例えば上述の先行技
術に開示されるような周知の製造プロセスで製造できる
ので、製造工程の詳細説明は省略覆る。

この半導体圧力センサにおいて、アルミ製の応力吸収緩
和膜９は軟質で塑性変形しやすく、パッシベーション［
１１６の端縁部６０で生じる応力集中を緩和させる。

パッシベーションｒｌＡ６の端縁部６０近傍の熱応力分
布をＦＥＭにより解析した結果を第３図に示す。なお、
ダイヤフラム７の一辺は約１．４ｍｍ、パッシベーショ
ン膜６が被着され集積回路部が設けられるシリコン基板
１の周辺部の幅を０．７５ｍｍとした。パッシベーショ
ン膜６は、０．４μｍ厚のリンを含む５ｉＯ２１１Ｒと
その上の０．６μｍ厚のＳ；Ｎ膜との２層膜とした。

図中、（ａ）はダイヤフラム部７にもパッシベーション
膜６を設けた場合、（ｂ）はダイヤフラム部７のパッシ
ベーション膜６を除去した場合、（Ｃ）は応力吸収緩和
膜９を設（プた場合である。

すなわち、アンプ回路部８のみにパッシベーション膜６
を配置した場合、ダイヤフラム部７上ではほとんど熱応
力を発生しないか、ダイヤフラム部７の周辺で応力集中
か生じかつ端縁部６０において応力の変曲点が生じるこ
とがわかる。一部のピエゾ拡散ゲージ２は、ダイヤフラ
ム部７の周辺部に配置されるので、この応力集中の影響
を受けて特性が変化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図はその
Ａ−Ａ−線矢視断面図、第３図はこの実施例及び従来例
におけるパッシベーション膜による応力分布を示す応力
分布図、第４図は従来の半導体圧力センサの一部断面図
である。 １・・・単結晶シリコン基板、２・・・ピエゾ拡散ゲー
ジ、４・・・フィールド酸化膜、５・・・アルミ配線層
、６・・・パッシベーション膜、７・・・ダイヤフラム
部、８・・・アンプ回路（集積回路部）９・・・応力吸
収緩和膜 狛訂出願人　日本電装株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　単結晶シリコン基板の一主面をエッチングして形成さ
   れるとともにピエゾ拡散ゲージが形成されたダイヤフラ
   ム部と、該ダイヤフラム部の周辺において前記単結晶シ
   リコン基板の他主面に形成された集積回路部と、前記ダ
   イヤフラム部を除いて前記集積回路部の表面に形成され
   たパツシベーション膜とを備える半導体圧力センサにお
   いて、前記パッシベーション膜の端縁部は、前記ダイヤ
   フラム部の境界部分において前記単結晶シリコン基板の
   他主面上に配設され前記パッシベーション膜よりも変形
   容易な応力吸収緩和膜の上に設けられていることを特徴
   とする半導体圧力センサ。