JPH04162779A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH04162779A JPH04162779A JP29014790A JP29014790A JPH04162779A JP H04162779 A JPH04162779 A JP H04162779A JP 29014790 A JP29014790 A JP 29014790A JP 29014790 A JP29014790 A JP 29014790A JP H04162779 A JPH04162779 A JP H04162779A
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (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する。
[従来技術]
従来の半導体式圧力センサとして、半導体ピエゾ部を半
導体基板の表面部の反対導電型領域として形成したバル
ク型、及び、それを半導体基板表面に薄い絶縁膜を介し
て搭載したSOI型のものが知られている。
導体基板の表面部の反対導電型領域として形成したバル
ク型、及び、それを半導体基板表面に薄い絶縁膜を介し
て搭載したSOI型のものが知られている。
このような半導体圧力センサは、液体、気体の圧力測定
に広く用いられている。
に広く用いられている。
「発明が解決しようとする課題]
しかしながら、従来の液体圧力、特に導電性液体(例え
ば水)の測定において、原因不明のノイズがセンサ出力
に重畳していた。
ば水)の測定において、原因不明のノイズがセンサ出力
に重畳していた。
本発明者らは、種々検討の結果、ある場合にはこのノイ
ズ電圧が被測定液体を通じてセンサ外部から誘導され、
またある場合には被測定液体自身から発生することに気
がついた。
ズ電圧が被測定液体を通じてセンサ外部から誘導され、
またある場合には被測定液体自身から発生することに気
がついた。
例えばバルク型を例として説明する。従来のバルク型半
導体圧力センサでは、基板は、ピエゾ抵抗部の最低電位
から、基板、ピエゾ抵抗部間のPN接合の電位差だけシ
フトした電位となっている。
導体圧力センサでは、基板は、ピエゾ抵抗部の最低電位
から、基板、ピエゾ抵抗部間のPN接合の電位差だけシ
フトした電位となっている。
この半導体基板が導電性液体に接触すると、この導電性
液体を通じてセンサ外部のノイズ源に接続された状態に
なり、このノイズ源の電位変動や電流変動の影響は液体
、半導体基板、PN接合を介してピエゾ抵抗部に影響す
る。また、ノイズ源の電位、電流が一定と仮定しても、
液体抵抗やPN接合の抵抗が熱雑音電圧を発生する。ま
た、PN接合の抵抗を通じてピエゾ抵抗部から液体側に
流れるリーク電流に基づく雑音電圧もその一因となる。
液体を通じてセンサ外部のノイズ源に接続された状態に
なり、このノイズ源の電位変動や電流変動の影響は液体
、半導体基板、PN接合を介してピエゾ抵抗部に影響す
る。また、ノイズ源の電位、電流が一定と仮定しても、
液体抵抗やPN接合の抵抗が熱雑音電圧を発生する。ま
た、PN接合の抵抗を通じてピエゾ抵抗部から液体側に
流れるリーク電流に基づく雑音電圧もその一因となる。
これらの雑音電圧は、低消費電力化を図るためピエゾ抵
抗部を高抵抗化するとより顕著となった。
抗部を高抵抗化するとより顕著となった。
同様の問題がSOI型の半導体圧力センサでも発生する
。
。
すなわち、外部ノイズ源の電位変動の影響は、液体、半
導体基板、半導体基板とピエゾ抵抗部との間の絶縁膜の
容量を介して交流的に影響する。
導体基板、半導体基板とピエゾ抵抗部との間の絶縁膜の
容量を介して交流的に影響する。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、導電性
流体圧力の測定精度を向上させた半導体圧力センサを提
供することを、その目的としている。
流体圧力の測定精度を向上させた半導体圧力センサを提
供することを、その目的としている。
[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、被測定導電性媒体に接す
る半導体基板の表面部及び該半導体基板表面の絶縁1上
の少なくとも一方に設けられる半導体ピエゾ抵抗部を有
する半導体圧力センサにおいて、 前記半導体基板に所定の固定電位を付与する固定電位電
極が前記半導体基板に接続されていることを特徴として
いる。
る半導体基板の表面部及び該半導体基板表面の絶縁1上
の少なくとも一方に設けられる半導体ピエゾ抵抗部を有
する半導体圧力センサにおいて、 前記半導体基板に所定の固定電位を付与する固定電位電
極が前記半導体基板に接続されていることを特徴として
いる。
[作用及び発明の効果]
本発明では、半導体基板に所定の固定電位を付与する固
定電位電極を接続している。
定電位電極を接続している。
したがって、たとえ導電性液体の圧力を測定する場合で
おっても、外部ノイズ源により又は各種熱雑音電圧によ
り半導体基板電位が変動することがなく、半導体基板電
位の変動によりピエゾ抵抗部の電位が直流的に又は交流
的に変動するのを防止することができる。
おっても、外部ノイズ源により又は各種熱雑音電圧によ
り半導体基板電位が変動することがなく、半導体基板電
位の変動によりピエゾ抵抗部の電位が直流的に又は交流
的に変動するのを防止することができる。
このように本発明では、半導体基板電位を積極的に固定
しているので、ピエゾ抵抗部からの出力電圧に外部ノイ
ズ源などからのノイズ電圧の混入を大幅に低減でき、感
度改善に優れた効果を奏することができる。
しているので、ピエゾ抵抗部からの出力電圧に外部ノイ
ズ源などからのノイズ電圧の混入を大幅に低減でき、感
度改善に優れた効果を奏することができる。
[実施例]
(第1実施例)
本発明の一実施例を第1図に示す。
この半導体圧力センサは、単結晶シリコンからなる台座
1、台座1に下地絶縁膜2を介してウェハを直接接合ま
たは静電接合された単結晶シリコンからなる基板(本発
明でいう半導体基板)3、基板3表面の絶縁膜4上に形
成された4個のピエゾ抵抗部5、ピエゾ抵抗部5を保護
する表面絶縁膜6、表面絶縁膜6の開孔部に配設されピ
エゾ抵抗部5の端部に接続される八9からなる信号電極
7、下地絶縁lI2及び表面絶縁膜6の開孔部に配設さ
れ基板3に接続されるAl1からなる固定電位電極8と
を有している。
1、台座1に下地絶縁膜2を介してウェハを直接接合ま
たは静電接合された単結晶シリコンからなる基板(本発
明でいう半導体基板)3、基板3表面の絶縁膜4上に形
成された4個のピエゾ抵抗部5、ピエゾ抵抗部5を保護
する表面絶縁膜6、表面絶縁膜6の開孔部に配設されピ
エゾ抵抗部5の端部に接続される八9からなる信号電極
7、下地絶縁lI2及び表面絶縁膜6の開孔部に配設さ
れ基板3に接続されるAl1からなる固定電位電極8と
を有している。
また、表面絶縁膜6上に配設されたA!J配線(図示せ
ず)により、各信号電極7はブリッジ接続され、そして
、固定電位電極8はブリッジの最低電位端VLに接続さ
れている。
ず)により、各信号電極7はブリッジ接続され、そして
、固定電位電極8はブリッジの最低電位端VLに接続さ
れている。
基板3のダイヤフラム部30の台座1側の表面は非測定
媒体としての水9に接触しており、水9は図示しない導
路を通じて外部に連通している。
媒体としての水9に接触しており、水9は図示しない導
路を通じて外部に連通している。
この実施例では、抵抗r及び容量Cを通じて外部ノイズ
電源ynが最低電位端■[に接続されている。抵抗rは
外部ノイズ電源Vnの内部抵抗、水の抵抗などで構成さ
れ、容量Cは下地絶縁膜2により構成される。
電源ynが最低電位端■[に接続されている。抵抗rは
外部ノイズ電源Vnの内部抵抗、水の抵抗などで構成さ
れ、容量Cは下地絶縁膜2により構成される。
なお、台座1の周縁はさらにパッケージとの熱膨張差に
よる応力を緩和するため、例えばシリコンの台座2をは
さみパッケージ(図示せず)に組みつける。ダイヤフラ
ム部30のピエゾ抵抗部側の表面には密封ガスまたは真
空により基準圧力が与えられている。
よる応力を緩和するため、例えばシリコンの台座2をは
さみパッケージ(図示せず)に組みつける。ダイヤフラ
ム部30のピエゾ抵抗部側の表面には密封ガスまたは真
空により基準圧力が与えられている。
圧力測定に際して、ブリッジの最低電位端VLと最高電
位端とは直流電源Vdcの両端に接続される。
位端とは直流電源Vdcの両端に接続される。
このようにすれば、基板3の電位が直流電源Vd′Cに
より固定されるので、基板3が水9を通じて外部ノイズ
電源Vnに接続されても基板3の電位が変動することが
ない。
より固定されるので、基板3が水9を通じて外部ノイズ
電源Vnに接続されても基板3の電位が変動することが
ない。
次に、基板3の電位変動によりブリッジ出力にノイズが
発生する点を説明する。
発生する点を説明する。
ブリッジ出力であるので、4個のピエゾ抵抗部5と基板
3との間の静電容量が等しければノイズ電圧はブリッジ
出力に混入しない。
3との間の静電容量が等しければノイズ電圧はブリッジ
出力に混入しない。
しかし実際には、各ピエゾ抵抗部5の形状(大きざ)は
ばらつきをもつので、各ピエゾ抵抗部5と基板3との間
の静電容量はばらつき、そのために各ピエゾ抵抗部5に
誘導されるノイズ電圧の大きさは異なる。基板3の表面
の不純物濃度のばらつきや、絶縁膜4.6の厚さのばら
つきなどにより各ピエゾ抵抗部5と基板3との間の静電
容量がばらつく場合も同じである。
ばらつきをもつので、各ピエゾ抵抗部5と基板3との間
の静電容量はばらつき、そのために各ピエゾ抵抗部5に
誘導されるノイズ電圧の大きさは異なる。基板3の表面
の不純物濃度のばらつきや、絶縁膜4.6の厚さのばら
つきなどにより各ピエゾ抵抗部5と基板3との間の静電
容量がばらつく場合も同じである。
第2に、図示しない配線路(特に、ブリッジの出力配線
)と絶縁膜4.6との間の静電容量によりブリッジの出
力端にはノイズ電圧が誘導される。
)と絶縁膜4.6との間の静電容量によりブリッジの出
力端にはノイズ電圧が誘導される。
本発明は、まさに上述した原因により、たとえブリッジ
構成を採用してもノイズが混入すること、そして、従来
、電極固定されていなかった基板3の電位を固定するこ
とにより、上記ノイズ混入を防止できる点に着目してな
されたものである。
構成を採用してもノイズが混入すること、そして、従来
、電極固定されていなかった基板3の電位を固定するこ
とにより、上記ノイズ混入を防止できる点に着目してな
されたものである。
次に、この半導体圧力センサの製造方法を簡単に説明す
る。
る。
ミラー研磨した比抵抗が1〜10Ω・cmで面方位が(
100)でN型シリコンからなる台座用の基板(図示せ
ず)に熱酸化により絶縁膜2として酸化膜を0.5〜1
.0umの厚さで形成する。
100)でN型シリコンからなる台座用の基板(図示せ
ず)に熱酸化により絶縁膜2として酸化膜を0.5〜1
.0umの厚さで形成する。
一方、ミラー研磨した同質の基板用の基板(図示せず)
を用意し、上記両基板を例えば過酸化水素水と濃硫酸の
混合液中での親水性化処理を行い、洗浄、乾燥後、張合
わせ、炉中1100℃で約0゜5〜2時間のウェハ接合
を窒素雰囲気下でおこない一体化した。
を用意し、上記両基板を例えば過酸化水素水と濃硫酸の
混合液中での親水性化処理を行い、洗浄、乾燥後、張合
わせ、炉中1100℃で約0゜5〜2時間のウェハ接合
を窒素雰囲気下でおこない一体化した。
次に、図示しない基板用の基板を圧力センサのダイアフ
ラムに適当な所定の厚さにラッピング(あらけずり〉し
、ミラー研磨した。つづいて、ミラー研磨した表面に熱
酸化により絶縁膜4として酸化膜を0.5〜1.0μm
で形成した。つづいてこの絶縁膜4としての酸化膜上に
LPVD法により50〜300nmの厚さのポリシリコ
ン層く図示せず)、を形成し、このポリシリコン層に所
定の濃度の不純物(たとえばボロン、リン、ヒ素等)を
イオン注入法で導入し、800〜1000℃の熱処理で
活性化した。
ラムに適当な所定の厚さにラッピング(あらけずり〉し
、ミラー研磨した。つづいて、ミラー研磨した表面に熱
酸化により絶縁膜4として酸化膜を0.5〜1.0μm
で形成した。つづいてこの絶縁膜4としての酸化膜上に
LPVD法により50〜300nmの厚さのポリシリコ
ン層く図示せず)、を形成し、このポリシリコン層に所
定の濃度の不純物(たとえばボロン、リン、ヒ素等)を
イオン注入法で導入し、800〜1000℃の熱処理で
活性化した。
次に、このドープしたポリシリコン層をドライエツチン
グ等で所定のパターンに形成しピエゾ抵抗部5を絶縁膜
4上に形成した。つづいて、絶縁膜6としてCVD法に
よりシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を形成し、そ
れを開孔してピエゾ抵抗部用のコンタクト孔を開孔し、
更に絶縁膜4.6の両方を貫通して基板3に達するコン
タクト孔を開孔する。た。この場合、基板3ヤピ工ゾ抵
抗部5の濃度が低く、つづいて形成する電極とオーミッ
クコンタクトがとれない場合は、このコンタクト部に高
濃度領域を形成しておく。つづいてAp等を蒸着等によ
り形成、所定の配線バタン(図示せず)、信号電極7及
び固定電位電極8を形成した。
グ等で所定のパターンに形成しピエゾ抵抗部5を絶縁膜
4上に形成した。つづいて、絶縁膜6としてCVD法に
よりシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を形成し、そ
れを開孔してピエゾ抵抗部用のコンタクト孔を開孔し、
更に絶縁膜4.6の両方を貫通して基板3に達するコン
タクト孔を開孔する。た。この場合、基板3ヤピ工ゾ抵
抗部5の濃度が低く、つづいて形成する電極とオーミッ
クコンタクトがとれない場合は、このコンタクト部に高
濃度領域を形成しておく。つづいてAp等を蒸着等によ
り形成、所定の配線バタン(図示せず)、信号電極7及
び固定電位電極8を形成した。
次に、レジスト、又はその他のマスク材を所定の領域に
被覆して、KOH液、APW液、弗硝酸系のエツチング
液で溝部100を酸化膜2の表面までエツチングした。
被覆して、KOH液、APW液、弗硝酸系のエツチング
液で溝部100を酸化膜2の表面までエツチングした。
筆者らの実測によれば工場内での工業用水には商用周波
数60H2で数10〜数100mv程度のノイズ電圧が
乗っていた。そして、基板電位を固定しない場合、数1
0mV以上の交流ノイズか観測された。本実施例の回路
構成とすると、出力電圧にあけるノイズは、0.03m
v以下に激減し、実用上差しつかえない程度とすること
ができた。例えばフルスケール出力3Qmvのときノイ
ズレベルは0.1%FS以下となる。
数60H2で数10〜数100mv程度のノイズ電圧が
乗っていた。そして、基板電位を固定しない場合、数1
0mV以上の交流ノイズか観測された。本実施例の回路
構成とすると、出力電圧にあけるノイズは、0.03m
v以下に激減し、実用上差しつかえない程度とすること
ができた。例えばフルスケール出力3Qmvのときノイ
ズレベルは0.1%FS以下となる。
なお、この実施例において、当然固定電位電極8を他の
一定電位の点に接続してもよい。
一定電位の点に接続してもよい。
(第2実施例)
本発明の他の実施例を第3図に示す。
この実施例は、バルク型の半導体圧力センサに適用した
ものであって、パイレックスガラス(商品名)でできた
台座1a、台座1に接合されたN型のSi基板(本発明
でいう半導体基板)3a、Si基板3a表面にポロンを
ドープして形成された4個のピエゾ抵抗部5a、Si基
板3a表面に形成された絶縁膜6a、信号電極7a、固
定電位電極8aを有し、更に、絶縁膜6a上には信号電
極7a及び固定電位電極8aと電極ビン(図示せず)と
を接続するためのAfJ配線層(図示せず)か形成され
ている。各ピエゾ抵抗部5aはブリッジ接続され、そし
て、固定電位電極8aとブリッジの最高電位端VLとの
間にPN接合を逆バイアスするバイアス電圧vbが印加
されている。
ものであって、パイレックスガラス(商品名)でできた
台座1a、台座1に接合されたN型のSi基板(本発明
でいう半導体基板)3a、Si基板3a表面にポロンを
ドープして形成された4個のピエゾ抵抗部5a、Si基
板3a表面に形成された絶縁膜6a、信号電極7a、固
定電位電極8aを有し、更に、絶縁膜6a上には信号電
極7a及び固定電位電極8aと電極ビン(図示せず)と
を接続するためのAfJ配線層(図示せず)か形成され
ている。各ピエゾ抵抗部5aはブリッジ接続され、そし
て、固定電位電極8aとブリッジの最高電位端VLとの
間にPN接合を逆バイアスするバイアス電圧vbが印加
されている。
第4図にこの半導体圧力センサの等価回路を示す。
この実施例でも、ノイズ源からPN接合空乏層の容量1
2を通じて交流ノイズが混入するのを防止することがで
きる。
2を通じて交流ノイズが混入するのを防止することがで
きる。
また、このPN接合を通じての直流ノイズの混入を防止
することもできる。
することもできる。
特にこの実施例では、基板3aをブリッジの最高電位端
VLに対して正バイアスしているので、PN接合空乏層
を拡大してブリッジの奇生容量を低減し、それによりこ
のPN接合空乏層を通じてピエゾ抵抗部5aへの交流ノ
イズの混入を更に低減している。
VLに対して正バイアスしているので、PN接合空乏層
を拡大してブリッジの奇生容量を低減し、それによりこ
のPN接合空乏層を通じてピエゾ抵抗部5aへの交流ノ
イズの混入を更に低減している。
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図はその
等価値回路図、第3図は第2実施例の断面図、第4図は
その等価回路図である。 3・・・基板 5・・・ピエゾ抵抗部 8・・・固定電位電極
等価値回路図、第3図は第2実施例の断面図、第4図は
その等価回路図である。 3・・・基板 5・・・ピエゾ抵抗部 8・・・固定電位電極
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 被測定導電性媒体に接する半導体基板の表面部及び該
半導体基板表面の絶縁層上の少なくとも一方に設けられ
る半導体ピエゾ抵抗部を有する半導体圧力センサにおい
て、 前記半導体基板に所定の固定電位を付与する固定電位電
極が前記半導体基板に接続されてい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 |
---|---|---|---|
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- 1990-10-26 JP JP29014790A patent/JP2871064B2/ja not_active Expired - Lifetime
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