JPH05126661A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents

Semiconductor pressure sensor

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Publication number
JPH05126661A
JPH05126661A JP32107091A JP32107091A JPH05126661A JP H05126661 A JPH05126661 A JP H05126661A JP 32107091 A JP32107091 A JP 32107091A JP 32107091 A JP32107091 A JP 32107091A JP H05126661 A JPH05126661 A JP H05126661A
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JP
Japan
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film
diaphragm
semiconductor
pressure
strain gauge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP32107091A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Shimaoka
敬一 島岡
Osamu Tabata
修 田畑
Susumu Sugiyama
進 杉山
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication of JPH05126661A publication Critical patent/JPH05126661A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor pressure sensor having a good characteristic by forming a moving diaphragm into a flat shape having no step. CONSTITUTION:An n-type semiconductor film 50 is formed on an insulating diaphragm film 48. Impurities such as boron are ion-implanted or thermally diffused at the portion of the multi-crystal silicone film 50 to serve as a distortion gauge 51. This portion becomes a p-type semiconductor region, and it functions as the distortion gauge 51. The region added with no boron functions as a distortion gauge separation section 52. The distortion gauge 51 is formed flat in the pressure receiving region of the diaphragm 48, thus a moving diaphragm 100 is formed into a flat shape having no step.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成技術を用い、
半導体基板表面にダイヤフラムを形成した半導体圧力セ
ンサの改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention uses a thin film forming technique,
The present invention relates to improvement of a semiconductor pressure sensor having a diaphragm formed on the surface of a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6には、従来の半導体圧力センサの構
造が示されている。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows the structure of a conventional semiconductor pressure sensor.

【0003】この半導体圧力センサは、半導体基板10
の主表面上に犠牲膜11が被覆形成されている。前記犠
牲層11は半導体基板10の受圧領域を覆う消失部12
と、受圧領域の周囲を覆うダイヤフラム固定部13とを
含むように構成されている。前記消失部12は、前記受
圧領域に沿って等方性エッチング特性を有するよう形成
されている。また、前記ダイヤフラム固定部13は耐エ
ッチング特性を有するように形成されている。
This semiconductor pressure sensor includes a semiconductor substrate 10
A sacrificial film 11 is formed on the main surface of the. The sacrificial layer 11 covers the pressure receiving region of the semiconductor substrate 10 and the vanishing portion 12.
And a diaphragm fixing portion 13 that covers the periphery of the pressure receiving area. The vanishing portion 12 is formed to have an isotropic etching characteristic along the pressure receiving region. Further, the diaphragm fixing portion 13 is formed to have etching resistance.

【0004】そして、前記犠牲膜11を覆うように耐エ
ッチング特性を有する絶縁性ダイヤフラム膜14が設け
られ、このダイヤフラム膜14の受圧領域所定位置に
は、少なくとも1個の歪ゲージ16が設けられる。
An insulating diaphragm film 14 having etching resistance is provided so as to cover the sacrificial film 11, and at least one strain gauge 16 is provided at a predetermined position in the pressure receiving region of the diaphragm film 14.

【0005】そして、前記ダイヤフラム膜14および歪
ゲージ16は、耐エッチング特性を有する材料からなる
絶縁性保護膜18により被覆形成されている。この絶縁
性保護膜18には、前記歪ゲージ16の両端に達する接
続孔20が形成され、この接続孔20を介して歪ゲージ
16の両端に、複数の電極22が接続されている。
The diaphragm film 14 and the strain gauge 16 are covered with an insulating protective film 18 made of a material having etching resistance. Connection holes 20 reaching both ends of the strain gauge 16 are formed in the insulating protective film 18, and a plurality of electrodes 22 are connected to both ends of the strain gauge 16 via the connection holes 20.

【0006】そして、この半導体圧力センサの受圧領域
所定位置には、前記絶縁性保護膜18、絶縁性ダイヤフ
ラム膜14を貫通して前記消失部12に到達する少なく
とも1個のエッチング液注入口24が開口形成されてお
り、このエッチング液注入口24を介して基板10の一
部と前記消失部12の全てがエッチング除去される。こ
れにより、基板10とダイヤフラム膜14とにより囲ま
れた圧力基準室26が形成されている。
At a predetermined position of the pressure receiving area of the semiconductor pressure sensor, at least one etchant injection port 24 penetrating the insulating protective film 18 and the insulating diaphragm film 14 to reach the disappearing portion 12 is provided. An opening is formed, and a part of the substrate 10 and the entire disappearing portion 12 are removed by etching through the etching solution injection port 24. As a result, the pressure reference chamber 26 surrounded by the substrate 10 and the diaphragm film 14 is formed.

【0007】この圧力センサを絶対圧測定タイプのセン
サとして用いる場合には、圧力基準室26を真空状態に
保ったまま、全てのエッチング液注入口24を封止部材
24aにより密封する。以上の構成とすることにより、
圧力基準室26の上面側に位置するダイヤフラム膜14
が可動ダイヤフラム14aとして機能する。そして、こ
の圧力センサに圧力が印加されると、前記可動ダイヤフ
ラム14aは印加された圧力に比例して撓み、この撓み
によって受圧領域に設けられた歪ゲージ16の抵抗が変
化する。従って、この歪ゲージ16の抵抗変化を圧力検
出信号として電極22を介して取り出すことにより、可
動ダイヤフラム14aの表面側に印加される絶対圧力を
測定することができる。
When this pressure sensor is used as an absolute pressure measuring type sensor, all the etching solution inlets 24 are sealed by a sealing member 24a while the pressure reference chamber 26 is kept in a vacuum state. With the above configuration,
The diaphragm film 14 located on the upper surface side of the pressure reference chamber 26
Functions as the movable diaphragm 14a. When pressure is applied to this pressure sensor, the movable diaphragm 14a bends in proportion to the applied pressure, and the resistance of the strain gauge 16 provided in the pressure receiving region changes due to this bending. Therefore, by taking out the resistance change of the strain gauge 16 as a pressure detection signal via the electrode 22, the absolute pressure applied to the surface side of the movable diaphragm 14a can be measured.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
は、以下に詳述する解決すべき課題を有している。 (a)従来の圧力センサ技術では、ダイヤフラム膜14
上に形成された歪ゲージ16の段差が、図中一点鎖線A
で囲むような段差を、可動ダイヤフラム14aの表面に
形成してしまうという問題があった。
However, this conventional technique has problems to be solved which will be described in detail below. (A) In the conventional pressure sensor technology, the diaphragm film 14 is used.
The step of the strain gauge 16 formed above is indicated by a dashed line A in the figure.
There is a problem that a step surrounded by is formed on the surface of the movable diaphragm 14a.

【0009】即ち、従来の技術では、ダイヤフラム膜1
4の表面に多結晶シリコンを被覆形成し、この多結晶シ
リコンに、不純物としてボロンを熱拡散あるいはイオン
注入法を用いて添加、拡散してp型半導体を形成し、そ
の後、これをフォトエッチングによって部分的に除去す
ることにより歪ゲージ16を形成している。
That is, in the prior art, the diaphragm film 1
4 is coated with polycrystalline silicon, and boron is added as an impurity to the polycrystalline silicon by thermal diffusion or ion implantation to form a p-type semiconductor, which is then photoetched. The strain gauge 16 is formed by partially removing it.

【0010】この歪ゲージ16の段差が、図中一点鎖線
Aで囲むような段差を可動ダイヤフラム14aの表面に
形成する要因となる。従って、可動ダイヤフラム14a
の上面から圧力が印加された場合に、歪ゲージ16と可
動ダイヤフラム14aとの段差部において応力集中が生
ずる。このため、繰り返しの圧力を印加するような場合
は、段差部が疲労し、センサの性能を低下させるおそれ
があるという問題があった。 (b)また、従来の圧力センサ技術では、ダイヤフラム
膜14として減圧CVDで窒化シリコン膜を形成する。
そして、この窒化シリコン膜の受圧領域所定位置に多結
晶シリコンからなる歪ゲージ16を約600℃の温度条
件下で形成している。
The step of the strain gauge 16 becomes a factor for forming a step surrounded by the alternate long and short dash line A in the figure on the surface of the movable diaphragm 14a. Therefore, the movable diaphragm 14a
When pressure is applied from the upper surface of the strain gauge, stress concentration occurs at the step portion between the strain gauge 16 and the movable diaphragm 14a. Therefore, when the pressure is applied repeatedly, there is a problem that the step portion may be fatigued and the performance of the sensor may be deteriorated. (B) In the conventional pressure sensor technology, a silicon nitride film is formed as the diaphragm film 14 by low pressure CVD.
Then, a strain gauge 16 made of polycrystalline silicon is formed at a predetermined position in the pressure receiving region of the silicon nitride film under a temperature condition of about 600 ° C.

【0011】このため、圧力センサの動作する温度範囲
において、歪ゲージ16が形成された段差部分Aには、
窒化シリコン膜からなるダイヤフラム膜14と、多結晶
シリコンからなる歪ゲージ16との間に、熱膨張係数の
差に起因する不均一な熱応力が発生する。
Therefore, in the temperature range in which the pressure sensor operates, the stepped portion A where the strain gauge 16 is formed is
Non-uniform thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient occurs between the diaphragm film 14 made of a silicon nitride film and the strain gauge 16 made of polycrystalline silicon.

【0012】特に、受圧領域において、このような不均
一な熱応力が発生すると、可動ダイヤフラム14aが変
形してしまう。更に、センサ周辺温度が変化する場合に
は、窒化シリコン膜からなるダイヤフラム膜14と、多
結晶シリコンからなる歪ゲージ16との間の熱膨張係数
の差に起因して熱応力が変化し、センサ性能が低下する
という問題があった。
Particularly, when such non-uniform thermal stress occurs in the pressure receiving region, the movable diaphragm 14a is deformed. Furthermore, when the ambient temperature of the sensor changes, the thermal stress changes due to the difference in thermal expansion coefficient between the diaphragm film 14 made of a silicon nitride film and the strain gauge 16 made of polycrystalline silicon. There was a problem that performance deteriorated.

【0013】本発明は、このような従来の課題に鑑み成
されたものであり、その目的は、可動ダイヤフラムを段
差のないフラットな形状とすることにより、良好な特性
を有する半導体圧力センサを得ることにある。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is to obtain a semiconductor pressure sensor having good characteristics by forming a movable diaphragm into a flat shape without steps. Especially.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段および作用】前記目的を達
成するため、本発明は、半導体基板の主表面側に圧力基
準室を設け、この圧力基準室の開口部を覆うよう、前記
半導体基板の主表面側に絶縁性ダイアフラム膜をダイヤ
フラム固定部を介して被覆形成した半導体圧力センサに
おいて、前記絶縁性ダイアフラム膜の受圧領域所定位置
に配置された少なくとも1個の第1導電型歪みゲージ
と、前記歪みゲージの周囲を覆う第2導電型の歪みゲー
ジ分離部とを含む半導体膜を、前記絶縁性ダイアフラム
膜上に被覆形成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a pressure reference chamber on the main surface side of a semiconductor substrate, and covers the opening of the pressure reference chamber of the semiconductor substrate. In a semiconductor pressure sensor in which an insulating diaphragm film is formed on the main surface side by coating via a diaphragm fixing portion, at least one first conductivity type strain gauge arranged at a predetermined pressure receiving region of the insulating diaphragm film, It is characterized in that a semiconductor film including a strain gauge isolation portion of a second conductivity type that covers the periphery of the strain gauge is formed by coating on the insulating diaphragm film.

【0015】また、本発明の半導体圧力センサは、半導
体基板と、前記半導体基板の主表面の受圧領域を覆う消
失部と、受圧領域の周囲を覆うダイアフラム固定部とを
有し、前記消失部は、前記受圧領域に沿って等方性エッ
チング特性を有するよう形成され、前記ダイアフラム固
定部は、耐エッチング特性を有するよう形成された犠牲
膜と、前記犠牲膜を覆うよう前記半導体基板の主表面上
に被覆され、耐エッチング特性を有するよう形成された
絶縁性ダイアフラム膜と、前記絶縁性ダイアフラム膜の
受圧領域所定位置に配置された少なくとも1個の第1導
電型歪みゲージと、前記歪みゲージの周囲を覆う第2導
電型の歪みゲージ分離部とを含み、前記絶縁性ダイアフ
ラム膜を覆うよう前記半導体基板の主表面上に被覆形成
された半導体膜と、前記絶縁性ダイアフラム膜、半導体
膜を貫通して前記犠牲膜の消失部に到達するよう形成さ
れた少なくとも1個のエッチング液注入口と、前記エッ
チング液注入口を介して少なくとも前記犠牲膜の消失部
をエッチング除去することにより形成された圧力基準室
と、を含むことを特徴とする。
The semiconductor pressure sensor of the present invention has a semiconductor substrate, a vanishing portion covering the pressure receiving region of the main surface of the semiconductor substrate, and a diaphragm fixing portion covering the periphery of the pressure receiving region. A sacrificial film formed to have isotropic etching characteristics along the pressure receiving region, and the diaphragm fixing part is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the sacrificial film. And an insulating diaphragm film formed to have etching resistance, at least one first conductivity type strain gauge disposed at a predetermined position in a pressure receiving region of the insulating diaphragm film, and the periphery of the strain gauge. A second conductivity type strain gauge isolation part covering the semiconductor film, and a semiconductor film formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the insulating diaphragm film. At least one etchant injection hole formed so as to penetrate the insulating diaphragm film and the semiconductor film to reach the lost part of the sacrificial film, and at least the lost part of the sacrificial film through the etchant injection port. And a pressure reference chamber formed by etching away.

【0016】以下に、本発明の半導体圧力センサをさら
に具体的に説明する。
The semiconductor pressure sensor of the present invention will be described in more detail below.

【0017】図1には、本発明に係る半導体圧力センサ
の基本的な構造を表す平面図が示されており、図2には
その断面説明図が示されている。
FIG. 1 is a plan view showing the basic structure of a semiconductor pressure sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional explanatory view thereof.

【0018】本発明の半導体圧力センサは、半導体基板
40表面全域に、必要に応じ耐エッチング特性を有する
絶縁膜45が被覆形成される。
In the semiconductor pressure sensor of the present invention, an insulating film 45 having an etching resistance property is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 40, if necessary.

【0019】そして、この絶縁膜45の表面には、犠牲
膜42が被覆形成されている。この犠牲膜42は、半導
体基板40の受圧領域を覆う消失部44と、受圧領域の
周囲を覆うダイヤフラム固定部46とを含むよう形成さ
れている。しかも前記消失部44は、受圧領域に沿って
等方性エッチング特性を有するよう形成され、更に前記
ダイヤフラム固定部46は、耐エッチング特性を有する
ように形成されている。そして、半導体基板40の主表
面には、その全域に渡って前記犠牲膜42を覆うよう耐
エッチング材料からなる絶縁性ダイヤフラム膜48が被
覆形成されている。
A sacrificial film 42 is formed on the surface of the insulating film 45. The sacrificial film 42 is formed to include a vanishing portion 44 that covers the pressure receiving region of the semiconductor substrate 40 and a diaphragm fixing portion 46 that covers the periphery of the pressure receiving region. Moreover, the vanishing portion 44 is formed to have an isotropic etching characteristic along the pressure receiving region, and the diaphragm fixing portion 46 is formed to have an etching resistance characteristic. Then, an insulating diaphragm film 48 made of an etching resistant material is formed on the main surface of the semiconductor substrate 40 so as to cover the sacrificial film 42 over the entire area.

【0020】そして、前記絶縁性ダイヤフラム膜48の
受圧領域所定位置には、少なくとも1個の歪ゲージ51
が設けられている。
At least one strain gauge 51 is provided at a predetermined position in the pressure receiving area of the insulating diaphragm film 48.
Is provided.

【0021】本発明の特徴は、歪ゲージ51を、ダイヤ
フラム膜48の受圧領域に、段差構造をもたないように
形成することにある。
A feature of the present invention is that the strain gauge 51 is formed in the pressure receiving region of the diaphragm film 48 so as not to have a step structure.

【0022】このため、前記絶縁性ダイヤフラム膜48
上には、少なくともその受圧領域全域を覆うようにn型
又はp型の半導体膜50が被覆形成されている。そし
て、この半導体膜50の受圧領域所定位置を、半導体膜
と反対の導電型となるように処理して、歪ゲージ51を
形成すると共に、処理しない領域を歪ゲージ分離部52
として用いている。
Therefore, the insulating diaphragm film 48 is formed.
An n-type or p-type semiconductor film 50 is formed so as to cover at least the entire pressure receiving region. Then, a predetermined position of the pressure receiving region of the semiconductor film 50 is processed so as to have a conductivity type opposite to that of the semiconductor film to form the strain gauge 51, and an unprocessed region is processed by the strain gauge separating portion 52.
Used as.

【0023】例えば、前記半導体膜50は、絶縁性ダイ
ヤフラム膜48の全域を覆うように多結晶シリコン膜を
被覆することにより形成される。このとき、多結晶シリ
コンからなる半導体膜50は、n型半導体特性を有する
よう処理し、エッチング液注入口58部のみを開口する
よう形成する。
For example, the semiconductor film 50 is formed by coating a polycrystal silicon film so as to cover the entire area of the insulating diaphragm film 48. At this time, the semiconductor film 50 made of polycrystalline silicon is processed so as to have n-type semiconductor characteristics, and is formed so that only the etching solution injection port 58 is opened.

【0024】そして、この多結晶シリコン膜50の歪ゲ
ージ51となるべき箇所に、例えばボロン等の不純物を
イオン注入あるいは熱拡散する。これにより、この部分
がp型半導体領域となり、歪ゲージ51として機能す
る。そして、ボロンを添加しない領域は歪ゲージ分離部
52として機能する。従って、前記歪ゲージ51は、前
記ダイヤフラム膜48の受圧領域内にフラットに形成さ
れ、従来のように歪ゲージ形状による段差構造をもたな
い。
Then, an impurity such as boron is ion-implanted or thermally diffused into a portion of the polycrystalline silicon film 50 to be the strain gauge 51. As a result, this portion becomes a p-type semiconductor region and functions as the strain gauge 51. The region to which boron is not added functions as the strain gauge separation unit 52. Therefore, the strain gauge 51 is formed flat in the pressure receiving region of the diaphragm film 48 and does not have a step structure having a strain gauge shape unlike the conventional case.

【0025】なお、前記半導体膜50は、耐エッチング
特性を有する材料からなる絶縁性保護膜53によって被
覆形成することが好ましい。
The semiconductor film 50 is preferably formed by coating with an insulating protective film 53 made of a material having etching resistance.

【0026】前記絶縁性保護膜53には、前記歪ゲージ
51の両端に達する接続孔54が形成され、この接続孔
54を介して歪ゲージ51の両端に複数の電極56が接
続されている。前記電極56は、ダイヤフラム固定部4
6の領域に形成することが好ましい。
Connection holes 54 reaching both ends of the strain gauge 51 are formed in the insulating protective film 53, and a plurality of electrodes 56 are connected to both ends of the strain gauge 51 through the connection holes 54. The electrode 56 is the diaphragm fixing portion 4
It is preferable to form it in the region of 6.

【0027】そして、この半導体圧力センサの受圧領域
所定位置には、前記絶縁性保護膜53ダイヤフラム膜4
8を貫通して消失部44に到達する少なくとも1個のエ
ッチング液注入口58が開口形成されており、このエッ
チング液注入口58を介して消失部44の全てがエッチ
ング除去される。これにより、基板40とダイヤフラム
膜48とにより囲まれた圧力基準室60が形成され、し
かも、圧力基準室60の上面側に位置する前記ダイヤフ
ラム膜48と半導体膜50の積層膜は、可動ダイヤフラ
ム100として機能する。
The insulating protective film 53 and the diaphragm film 4 are provided at predetermined positions in the pressure receiving area of the semiconductor pressure sensor.
At least one etching solution injection port 58 penetrating 8 and reaching the disappearing portion 44 is formed, and all of the disappearing portion 44 is removed by etching through the etching solution injection port 58. As a result, the pressure reference chamber 60 surrounded by the substrate 40 and the diaphragm film 48 is formed, and the laminated film of the diaphragm film 48 and the semiconductor film 50 located on the upper surface side of the pressure reference chamber 60 is the movable diaphragm 100. Function as.

【0028】また、前記エッチング液注入口58は、必
要に応じて、その全てあるいは一部が封止部材62によ
り封止される。
The etching solution injection port 58 is wholly or partly sealed by a sealing member 62, if necessary.

【0029】本発明の半導体圧力センサは以上の構成か
らなり、次に、このセンサを用い絶対圧を測定する場合
と差圧を測定する場合を説明する。
The semiconductor pressure sensor of the present invention is constructed as described above. Next, the case of measuring the absolute pressure and the case of measuring the differential pressure using this sensor will be described.

【0030】なお、本発明の半導体圧力センサでは、圧
力基準室60の上面側に位置するダイヤフラム膜48と
半導体膜50の積層膜が可動ダイヤフラム100として
機能するが、前述したように絶縁性保護膜53を設けた
場合には、このダイヤフラム膜48、半導体膜50およ
び絶縁性保護膜53からなる積層膜が可動ダイヤフラム
100として機能することになる。
In the semiconductor pressure sensor of the present invention, the laminated film of the diaphragm film 48 and the semiconductor film 50 located on the upper surface side of the pressure reference chamber 60 functions as the movable diaphragm 100, but as described above, the insulating protective film is used. When 53 is provided, the laminated film including the diaphragm film 48, the semiconductor film 50, and the insulating protective film 53 functions as the movable diaphragm 100.

【0031】まず、本発明の圧力センサを、絶対圧力測
定タイプとして用いる場合には、圧力基準室60を真空
状態に保ったまま、全てのエッチング液注入口58を封
止部材62により封止する。これにより、圧力が印加さ
れると可動ダイヤフラム100は印加された絶対圧力に
比例して撓み、この撓みによって、受圧領域に設けられ
た歪ゲージ51の抵抗が変化する。
First, when the pressure sensor of the present invention is used as an absolute pressure measurement type, all the etching solution injection ports 58 are sealed by the sealing member 62 while the pressure reference chamber 60 is kept in a vacuum state. .. As a result, when pressure is applied, the movable diaphragm 100 bends in proportion to the applied absolute pressure, and the resistance of the strain gauge 51 provided in the pressure receiving region changes due to this bending.

【0032】例えば、ダイヤフラム膜48の受圧領域内
に1組の歪ゲージ51−2、51−4を配置し、受圧領
域の周縁に他の1組の歪ゲージ51−1、51−3を配
置すると、一方の組の歪ゲージの抵抗が増加する場合に
は、他方の組の歪ゲージの抵抗が減少することになる。
For example, one set of strain gauges 51-2 and 51-4 is arranged in the pressure receiving region of the diaphragm film 48, and another set of strain gauges 51-1 and 51-3 is arranged at the periphery of the pressure receiving region. Then, when the resistance of the strain gauge of one set increases, the resistance of the strain gauge of the other set decreases.

【0033】従って、これら2組の歪ゲージ51−1、
51−3、51−4を、それらの抵抗変化が加算される
よう電極56−1、56−2、56−3、56−4を介
してブリッジ接続し、しかも、対向する一対の電極に電
源を接続すれば、他の一対の電極からは可動ダイヤフラ
ム100に加わる絶対圧力に比例した電圧を出力するこ
とができる。
Therefore, these two sets of strain gauges 51-1 and
51-3 and 51-4 are bridge-connected via electrodes 56-1, 56-2, 56-3 and 56-4 so that their resistance changes are added, and a power supply is provided to a pair of electrodes facing each other. By connecting, the voltage can be output from the other pair of electrodes in proportion to the absolute pressure applied to the movable diaphragm 100.

【0034】このとき、本発明では、可動ダイヤフラム
100が段差をもたないフラットな構造となっているた
め、本発明の半導体圧力センサは、可動ダイヤフラム1
00に応力集中が生ずることなく、長期間使用する場合
でも経年変化が少なく、安定して動作することとなる。
At this time, according to the present invention, since the movable diaphragm 100 has a flat structure having no step, the semiconductor pressure sensor of the present invention has the movable diaphragm 1
No stress concentration occurs at 00, and even if it is used for a long time, there is little change over time, and stable operation is achieved.

【0035】更に、センサ周辺の温度は変化する場合で
も、熱膨張係数の差等に起因して、ダイヤフラム膜48
と半導体膜50との間に発生する熱応力が均一な分布と
なるため、半導体圧力センサは、センサ周辺の温度変化
の影響を受けることなく安定して動作することができ
る。
Further, even if the temperature around the sensor changes, the diaphragm film 48 is caused by the difference in the coefficient of thermal expansion.
Since the thermal stress generated between the semiconductor film 50 and the semiconductor film 50 has a uniform distribution, the semiconductor pressure sensor can operate stably without being affected by the temperature change around the sensor.

【0036】また、本発明の半導体圧力センサを、差圧
測定タイプのセンサとして用いる場合には、例えば図
3、図4に示すように、可動ダイヤフラム100を長方
形状に形成し、この可動ダイヤフラム100を長手方向
に2等分する。そして、その一方の領域に少なくとも1
個の歪ゲージ51を配置し、他方の領域にエッチング液
注入口58を配置し、このエッチング液注入口58に比
較する圧力p2 を導入する圧力導入手段66を設ければ
よい。
When the semiconductor pressure sensor of the present invention is used as a differential pressure measurement type sensor, the movable diaphragm 100 is formed in a rectangular shape as shown in FIGS. 3 and 4, and the movable diaphragm 100 is formed. Is halved in the longitudinal direction. And at least 1 in one of the areas
It suffices to dispose the individual strain gauges 51, dispose the etching solution injection port 58 in the other region, and provide the pressure introduction means 66 for introducing the pressure p 2 to be compared with the etching solution injection port 58.

【0037】これにより、可動ダイヤフラム100の表
面側に印加される圧力p1 と裏面側に印加される圧力p
2 の差圧を、前記絶対圧測定タイプのセンサと同様に、
歪ゲージ51の抵抗変化として正確に測定することが可
能となる。
As a result, the pressure p 1 applied to the front side of the movable diaphragm 100 and the pressure p applied to the back side of the movable diaphragm 100.
2 differential pressure, like the absolute pressure measurement type sensor,
It is possible to accurately measure the resistance change of the strain gauge 51.

【0038】製造方法 次に、本発明にかかる半導体圧力センサの製造方法の一
例を具体的に説明する。
Manufacturing Method Next, an example of a method of manufacturing the semiconductor pressure sensor according to the present invention will be specifically described.

【0039】まず、半導体基板40の主表面全域に耐エ
ッチング特性を有する絶縁膜45を被覆形成し、次に、
前記絶縁膜45の表面に等方性エッチング特性を有する
犠牲膜42を被覆形成する。
First, an insulating film 45 having etching resistance is formed to cover the entire main surface of the semiconductor substrate 40, and then,
A sacrificial film 42 having an isotropic etching property is formed on the surface of the insulating film 45.

【0040】次に、この犠牲膜42の受圧領域の周辺部
を耐エッチング特性を有するよう処理する。これによ
り、犠牲膜42の受圧領域を消失部44として形成し、
その周囲をダイヤフラム固定部46として形成すること
ができる。このような犠牲膜42の処理は、必要に応じ
て各種手段によって行なうことができる。例えば、犠牲
膜42が多結晶シリコンを用いて形成されている場合に
は、前記ダイヤフラム固定部46に相当する領域に、不
純物濃度1×1020cm-3以上のボロンをイオン注入あ
るいは熱拡散し、p+ 型半導体領域に熱処理する。これ
により、ダイヤフラム固定部46は、十分な耐エッチン
グ特性を発揮することになる。
Next, the peripheral portion of the pressure receiving region of the sacrificial film 42 is processed to have etching resistance. As a result, the pressure receiving region of the sacrificial film 42 is formed as the vanishing portion 44,
The periphery thereof can be formed as the diaphragm fixing portion 46. Such processing of the sacrificial film 42 can be performed by various means as necessary. For example, when the sacrificial film 42 is formed of polycrystalline silicon, boron having an impurity concentration of 1 × 10 20 cm −3 or more is ion-implanted or thermally diffused into a region corresponding to the diaphragm fixing portion 46. , P + -type semiconductor region is heat-treated. As a result, the diaphragm fixing portion 46 exhibits sufficient etching resistance.

【0041】次に、前記犠牲膜42上に耐エッチング材
料からなる絶縁性ダイヤフラム膜48を被覆形成する。
Next, an insulating diaphragm film 48 made of an etching resistant material is formed on the sacrificial film 42 by coating.

【0042】次に、このダイヤフラム膜48の表面を覆
うよう半導体膜50を成膜し、その後、この半導体膜5
0のエッチング液注入口58部のみをフォトエッチング
を用いて開口形成する。そして、半導体膜50の受圧領
域所定位置に少なくとも1個の歪ゲージ51を形成し、
また、前記歪ゲージ51の周囲を歪ゲージ分離部52と
して形成する。
Next, a semiconductor film 50 is formed so as to cover the surface of the diaphragm film 48, and then the semiconductor film 5 is formed.
Only the etching liquid injection port 58 of 0 is formed by photoetching. Then, at least one strain gauge 51 is formed at a predetermined position in the pressure receiving region of the semiconductor film 50,
Further, the periphery of the strain gauge 51 is formed as a strain gauge separating portion 52.

【0043】このような半導体膜50の処理は、例え
ば、半導体膜50がn型の多結晶シリコンを用いて形成
されている場合には、歪ゲージ51に相当する領域に、
例えば、イオン注入あるいは熱拡散によりボロンをp型
半導体特性を有するよう添加、拡散することにより行な
う。このとき、ボロンを添加しない領域は歪ゲージ分離
部52として機能する。
Such processing of the semiconductor film 50 is performed, for example, in a region corresponding to the strain gauge 51 when the semiconductor film 50 is formed using n-type polycrystalline silicon.
For example, boron is added or diffused by ion implantation or thermal diffusion so as to have p-type semiconductor characteristics. At this time, the region to which boron is not added functions as the strain gauge separation unit 52.

【0044】なお、本発明はこれに限らず、半導体膜5
0がp型の多結晶シリコンを用いて形成されている場合
には、歪ゲージ51に相当する領域に、例えば、リンを
添加、拡散し、n型半導体特性を有するよう処理しても
よく、この場合でも、何等、本発明の効果は変ることが
ない。
The present invention is not limited to this, and the semiconductor film 5 is not limited thereto.
When 0 is formed by using p-type polycrystalline silicon, for example, phosphorus may be added to a region corresponding to the strain gauge 51, diffused, and processed to have n-type semiconductor characteristics. Even in this case, the effect of the present invention does not change.

【0045】このようにして、本発明によれば、ダイヤ
フラム膜48の受圧領域を覆うよう形成した半導体膜5
0の一部を歪ゲージ51として形成するため、可動ダイ
ヤフラム100をフラットに形成することができる。
As described above, according to the present invention, the semiconductor film 5 formed so as to cover the pressure receiving region of the diaphragm film 48.
Since a part of 0 is formed as the strain gauge 51, the movable diaphragm 100 can be formed flat.

【0046】次に、前記半導体膜50上に耐エッチング
材料からなる絶縁性保護膜53を被覆形成する。
Next, an insulating protective film 53 made of an etching resistant material is formed on the semiconductor film 50 by coating.

【0047】次に、半導体膜50の開口部にて、これら
の絶縁性保護膜53、ダイヤフラム膜48を貫通して犠
牲膜42の消失部44に到達するよう少なくとも1個の
エッチング液注入口58を形成する。そして、このエッ
チング液注入口58を介してエッチング液を注入するこ
とにより、犠牲膜42の消失部44の全てをエッチング
除去し、基板40とダイヤフラム膜48との間に、消失
部44の寸法に従った大きさの圧力基準室60を形成す
る。このとき、圧力基準室60の上面側に位置するダイ
ヤフラム膜48は、耐エッチング性の材料を用いて形成
されているため、ほとんどエッチング除去されることが
ない。この結果、ダイヤフラム膜48と半導体膜50お
よび絶縁性保護膜53との積層膜は、圧力基準室60に
対する可動ダイヤフラム100として機能することにな
る。
Next, at least one etching solution injection port 58 is formed in the opening of the semiconductor film 50 so as to penetrate the insulating protective film 53 and the diaphragm film 48 and reach the vanishing portion 44 of the sacrificial film 42. To form. Then, by injecting an etching solution through the etching solution injecting port 58, all of the disappearing portion 44 of the sacrificial film 42 is removed by etching, and the dimension of the disappearing portion 44 is set between the substrate 40 and the diaphragm film 48. A pressure reference chamber 60 having a size corresponding to the above is formed. At this time, since the diaphragm film 48 located on the upper surface side of the pressure reference chamber 60 is formed by using the etching resistant material, it is hardly removed by etching. As a result, the laminated film of the diaphragm film 48, the semiconductor film 50, and the insulating protective film 53 functions as the movable diaphragm 100 with respect to the pressure reference chamber 60.

【0048】ここにおいて、本発明によれば、可動ダイ
ヤフラム100の膜厚は、ダイヤフラム膜48、半導体
膜50および絶縁性保護膜53との膜厚を合計した値と
なるため、周知の薄膜形成技術を用い、ダイヤフラム1
00の膜厚を予め設定した所望の値に薄くかつ精度よく
形成することが可能となる。
Here, according to the present invention, the film thickness of the movable diaphragm 100 is a value obtained by adding the film thicknesses of the diaphragm film 48, the semiconductor film 50, and the insulating protective film 53, and thus the known thin film forming technique is used. Diaphragm 1
It is possible to form the film thickness of No. 00 to a desired value set in advance as thinly and accurately.

【0049】また、本発明によれば、このようにして圧
力基準室60および可動ダイヤフラム100を形成した
後、必要に応じこの圧力基準室60を形成する際に設け
られたエッチング液注入口58を封止部材62を用いて
密封する。このとき、本発明のセンサを絶対圧測定型と
して用いる場合には、圧力基準室60内を真空に保った
まま封止部材62を用いてエッチング液注入口58を密
封する。また、これとは逆に、差圧測定型のセンサとし
て用いる場合には、エッチング液注入口58に圧力基準
室60へ向け第2の圧力を導入する圧力導入手段を設け
ればよい。
Further, according to the present invention, after the pressure reference chamber 60 and the movable diaphragm 100 are formed in this manner, the etching solution injection port 58 provided when the pressure reference chamber 60 is formed is formed, if necessary. It seals using the sealing member 62. At this time, when the sensor of the present invention is used as an absolute pressure measurement type, the etching solution injection port 58 is sealed using the sealing member 62 while keeping the pressure reference chamber 60 in vacuum. On the contrary, when the sensor is used as a differential pressure measurement type sensor, a pressure introducing means for introducing the second pressure toward the pressure reference chamber 60 may be provided at the etching solution injection port 58.

【0050】また、本発明において、半導体膜50の表
面を絶縁性保護膜53により被覆しているため、この半
導体膜50に形成した歪ゲージ51から信号を取り出す
電極を設ける必要がある。このため、絶縁性保護膜53
の歪ゲージ51の両端位置に接続孔54を形成し、この
接続孔54を介し歪ゲージ51に接続される電極56を
形成する。これにより、歪ゲージ51の抵抗変化を電極
56を介して検出することができる。
Further, in the present invention, since the surface of the semiconductor film 50 is covered with the insulating protective film 53, it is necessary to provide an electrode for taking out a signal from the strain gauge 51 formed on the semiconductor film 50. Therefore, the insulating protective film 53
Connection holes 54 are formed at both ends of the strain gauge 51, and electrodes 56 connected to the strain gauge 51 through the connection holes 54 are formed. Thereby, the resistance change of the strain gauge 51 can be detected via the electrode 56.

【0051】なお、図1、図2に示す半導体圧力センサ
では、半導体基板40と犠牲膜42との間に絶縁膜45
を設けたが、この絶縁膜45を設けることなく、直接半
導体基板40の表面に犠牲膜42を被覆形成してもよ
い。この場合には、図6に示す従来例と同様、半導体基
板10の一部と消失部12の全てがエッチング除去さ
れ、圧力基準室26が形成されることになる。
In the semiconductor pressure sensor shown in FIGS. 1 and 2, the insulating film 45 is provided between the semiconductor substrate 40 and the sacrificial film 42.
However, the sacrificial film 42 may be formed directly on the surface of the semiconductor substrate 40 without providing the insulating film 45. In this case, as in the conventional example shown in FIG. 6, a part of the semiconductor substrate 10 and the entire disappearing portion 12 are removed by etching, and the pressure reference chamber 26 is formed.

【0052】従来例との比較 次に、本発明の半導体圧力センサの特徴を、従来例と比
較して具体的に説明する。
Comparison with Conventional Example Next, the characteristics of the semiconductor pressure sensor of the present invention will be specifically described in comparison with the conventional example.

【0053】本発明によれば、ダイヤフラム膜48上に
歪ゲージ51および歪ゲージ分離部52を含むフラット
な半導体膜50を形成している。従って、可動ダイヤフ
ラム100が、歪ゲージ形状による段差構造をもった従
来の半導体圧力センサとはその構造が明らかに相違す
る。
According to the present invention, the flat semiconductor film 50 including the strain gauge 51 and the strain gauge isolation portion 52 is formed on the diaphragm film 48. Therefore, the structure of the movable diaphragm 100 is clearly different from that of the conventional semiconductor pressure sensor having the step structure formed by the strain gauge shape.

【0054】このように、本発明の半導体圧力センサで
は、可動ダイヤフラム100を構成するダイヤフラム膜
48、半導体膜50および絶縁性保護膜53が全てフラ
ットに形成されるため、可動ダイヤフラム100の上面
側から圧力が印加された場合、可動ダイヤフラム100
内には応力集中する部分がない。従って、繰り返し圧力
が印加されたような場合でも、可動ダイヤフラム100
は疲労することがなく、その出力特性の精度が長時間安
定化することになる。
As described above, in the semiconductor pressure sensor of the present invention, since the diaphragm film 48, the semiconductor film 50, and the insulating protective film 53 which form the movable diaphragm 100 are all formed flat, the movable diaphragm 100 is viewed from the upper surface side. When pressure is applied, the movable diaphragm 100
There is no stress-concentrated part inside. Therefore, even if the pressure is repeatedly applied, the movable diaphragm 100
Does not cause fatigue, and the accuracy of its output characteristics is stabilized for a long time.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダイヤフラム膜上に歪ゲージおよび歪ゲージ分離領域を
含むフラットな半導体膜を形成し、可動ダイヤフラム内
に段差構造をなくすことができるため、長時間に渡って
安定化した高精度な圧力測定が可能な半導体圧力センサ
を得ることが可能となる。
As described above, according to the present invention,
A flat semiconductor film including strain gauges and strain gauge separation regions can be formed on the diaphragm film to eliminate the step structure inside the movable diaphragm, enabling stable and highly accurate pressure measurement over a long period of time. It is possible to obtain a semiconductor pressure sensor.

【0056】[0056]

【実施例】【Example】

第1実施例 図1、図2には、本発明の半導体圧力センサの好適な第
1実施例が示されている。
First Embodiment FIGS. 1 and 2 show a first preferred embodiment of the semiconductor pressure sensor of the present invention.

【0057】実施例の半導体圧力センサにおいて、半導
体基板40は、単結晶シリコン基板を用いて形成されて
いる。この単結晶シリコン基板40の主表面全域には、
耐エッチング特性を有する絶縁膜45として、窒化シリ
コンが膜厚100nmに形成されている。そして、この
絶縁膜45上の全域に犠牲膜42が被覆形成されてい
る。
In the semiconductor pressure sensor of the embodiment, the semiconductor substrate 40 is formed by using a single crystal silicon substrate. In the entire main surface of the single crystal silicon substrate 40,
As the insulating film 45 having etching resistance, silicon nitride is formed to a film thickness of 100 nm. The sacrificial film 42 is formed so as to cover the entire area of the insulating film 45.

【0058】実施例において、この犠牲膜42は、絶縁
膜45の表面全域に、多結晶シリコンを減圧CVDを用
い膜厚200nmに被覆して形成される。そして、この
犠牲膜42のダイヤフラム固定部46に相当する領域
に、不純物としてボロンを熱拡散あるいはイオン注入法
を用いて耐エッチング特性を有するよう添加、拡散し
て、不純物濃度が1×1020cm-3のp+ 型半導体領域
を形成する。これにより、この不純物を添加、拡散した
領域は耐エッチング特性を有するダイヤフラム固定部4
6として機能し、不純物を添加しない受圧領域は、等方
性エッチング特性を有する消失部44として機能する。
In the embodiment, the sacrificial film 42 is formed by covering the entire surface of the insulating film 45 with polycrystalline silicon to a thickness of 200 nm by low pressure CVD. Then, boron is added as an impurity to the region corresponding to the diaphragm fixing portion 46 of the sacrificial film 42 by thermal diffusion or ion implantation so as to have etching resistance, and then diffused so that the impurity concentration is 1 × 10 20 cm 2. -3 p + type semiconductor region is formed. As a result, the region where the impurities are added and diffused has a diaphragm fixing portion 4 having etching resistance.
The pressure receiving region that functions as 6 and does not contain impurities functions as the vanishing portion 44 having isotropic etching characteristics.

【0059】このようにして、単結晶シリコン基板40
の主表面に犠牲膜42が被覆形成されると、次にこの犠
牲膜42の表面上には、その全域に渡り、ダイヤフラム
膜48として窒化シリコンが膜厚100nmに被覆形成
される。
In this way, the single crystal silicon substrate 40
After the sacrificial film 42 is formed on the main surface of the sacrificial film, silicon nitride is formed on the entire surface of the sacrificial film 42 as a diaphragm film 48 to a film thickness of 100 nm.

【0060】次に、このダイヤフラム膜48の全領域を
覆うように、半導体膜50として、多結晶シリコンを膜
厚200nmに成膜する。そして、この半導体膜50
を、フォトエッチングを用いてエッチング液注入口58
部のみを開口形成する。実施例において、この半導体膜
50として用いられる多結晶シリコン膜は、n型半導体
特性を有するように形成されている。
Next, as the semiconductor film 50, polycrystalline silicon is formed to a film thickness of 200 nm so as to cover the entire region of the diaphragm film 48. Then, this semiconductor film 50
Using photoetching,
Only the part is opened. In the example, the polycrystalline silicon film used as the semiconductor film 50 is formed to have n-type semiconductor characteristics.

【0061】次に、この半導体膜50の受圧領域所定位
置に、歪ゲージ51−1、51−2、51−3、51−
4を形成する。実施例において、これら各歪ゲージ51
−1、51−2、51−3、51−4は、n型半導体特
性を有するよう処理された多結晶シリコンからなる半導
体膜50に、不純物としてボロンを熱拡散、あるいはイ
オン注入法を用い添加、拡散し、p型半導体特性を有す
るように処理することにより形成されている。そして、
この半導体膜50のボロンを添加しない領域、即ち歪ゲ
ージ51−1、51−2、51−3、51−4の周辺
は、歪ゲージ分離部52として機能する。これにより、
各歪ゲージ51−1、51−2、51−3、51−4
は、n型の歪ゲージ分離部52によりそれぞれ絶縁分離
されることになる。
Next, strain gauges 51-1, 51-2, 51-3, 51- are provided at predetermined positions in the pressure receiving region of the semiconductor film 50.
4 is formed. In the embodiment, each strain gauge 51
-1, 51-2, 51-3, and 51-4 are added to the semiconductor film 50 made of polycrystalline silicon processed to have n-type semiconductor characteristics by using boron as an impurity by thermal diffusion or an ion implantation method. , Diffused, and processed to have p-type semiconductor characteristics. And
The region of the semiconductor film 50 to which boron is not added, that is, the periphery of the strain gauges 51-1, 51-2, 51-3, 51-4 functions as the strain gauge separating portion 52. This allows
Each strain gauge 51-1, 51-2, 51-3, 51-4
Are insulated and separated by the n-type strain gauge separator 52.

【0062】更に、この半導体膜50の表面上には、減
圧CVDを用い、絶縁保護膜53として窒化シリコンが
300nmの膜厚に被覆形成されている。
Further, on the surface of the semiconductor film 50, a silicon nitride film is formed to a thickness of 300 nm as an insulating protective film 53 by using low pressure CVD.

【0063】このようにして、基板40の主表面側に絶
縁膜45、犠牲膜42、ダイヤフラム膜48、半導体膜
50および絶縁性保護膜53が被覆形成されると、次
に、受圧領域に設けられた半導体膜50の開口部に位置
合わせして、前記絶縁性保護膜53、ダイヤフラム膜4
8を貫通して消失部44に到達する直径5μmのエッチ
ング液注入口58がフォトエッチングを用い開口形成さ
れ、このエッチング液注入口58を介して消失部44へ
向けエッチング液が注入される。
When the insulating film 45, the sacrificial film 42, the diaphragm film 48, the semiconductor film 50 and the insulating protective film 53 are formed on the main surface side of the substrate 40 in this manner, they are then provided in the pressure receiving region. The insulating protective film 53 and the diaphragm film 4 are aligned with the openings of the semiconductor film 50 thus formed.
An etching solution injection port 58 having a diameter of 5 μm which penetrates 8 to reach the disappearance portion 44 is formed by photoetching, and the etching solution is injected toward the disappearance portion 44 through the etching solution injection port 58.

【0064】実施例においては、前記エッチング液とし
て10wt.%の水酸化カリウム(KOH)水溶液が用
いられており、前記エッチング液注入口58からこのエ
ッチング液を注入すると注入口58を中心としてエッチ
ングが進行する。
In the embodiment, 10 wt. % Potassium hydroxide (KOH) aqueous solution is used, and when the etching solution is injected from the etching solution injection port 58, etching proceeds around the injection port 58.

【0065】即ち、エッチング液注入口58からエッチ
ング液を注入すると、犠牲膜42は、耐エッチング特性
を有するよう処理されたダイヤフラム固定部46との境
界までエッチング除去され、圧力基準室60となる空洞
が形成される。
That is, when the etching solution is injected from the etching solution injection port 58, the sacrifice film 42 is removed by etching up to the boundary with the diaphragm fixing portion 46 which is processed to have the etching resistance property, and becomes the pressure reference chamber 60. Is formed.

【0066】このとき、圧力基準室60の下面側に位置
する絶縁膜45、上面側に位置するダイヤフラム膜4
8、絶縁性保護膜53は耐エッチング材料である窒化シ
リコンを用いて形成されるため、ほとんどエッチング除
去されることはない。また、半導体膜50も窒化シリコ
ンからなる前記ダイヤフラム膜48および前記絶縁性保
護膜53により覆われているためエッチング除去される
ことはない。従って、ダイヤフラム膜48、半導体膜5
0および絶縁性保護膜53からなる積層膜の受圧領域、
即ち消失部44と対向する領域が、圧力基準室60に対
する可動ダイヤフラム100として機能することにな
る。
At this time, the insulating film 45 located on the lower surface side of the pressure reference chamber 60 and the diaphragm film 4 located on the upper surface side of the pressure reference chamber 60.
8. Since the insulating protective film 53 is formed by using silicon nitride which is an etching resistant material, it is hardly removed by etching. Further, since the semiconductor film 50 is also covered with the diaphragm film 48 made of silicon nitride and the insulating protective film 53, it is not removed by etching. Therefore, the diaphragm film 48 and the semiconductor film 5
0 and the pressure-sensitive region of the laminated film composed of the insulating protective film 53,
That is, the region facing the vanishing portion 44 functions as the movable diaphragm 100 with respect to the pressure reference chamber 60.

【0067】特に、本発明によれば、可動ダイヤフラム
100が段差部分のないフラット形状に形成されてい
る。これにより、可動ダイヤフラム100の上面側から
圧力が印加された場合、可動ダイヤフラム100には応
力集中する部分がなく、繰り返し圧力が印加されたよう
な場合でも、可動ダイヤフラム100は疲労することが
なく、その出力特性の精度が長期間安定化することとな
る。
In particular, according to the present invention, the movable diaphragm 100 is formed in a flat shape having no step portion. Accordingly, when pressure is applied from the upper surface side of the movable diaphragm 100, there is no stress concentration portion in the movable diaphragm 100, and even if repeated pressure is applied, the movable diaphragm 100 does not fatigue, The accuracy of the output characteristics will be stable for a long period of time.

【0068】次に、本実施例においては、真空蒸着ある
いはスパッタリングにより、金属あるいは絶縁物からな
る封止部材62が、絶縁性保護膜53上に、エッチング
液注入口58を密封封止すると同時にエッチング液注入
口58直下の基板40の表面に到達する程度の厚さに堆
積される。この結果、可動ダイヤフラム100は、ダイ
ヤフラム固定部46と封止部材62で封止したエッチン
グ液注入口58で固定されることになる。そして、その
後必要に応じてフォトエッチングで不要部分が除去され
封止部材62が形成される。
Next, in the present embodiment, the sealing member 62 made of a metal or an insulator hermetically seals the etching solution injection port 58 on the insulating protective film 53 by the vacuum deposition or the sputtering, and at the same time, etches. It is deposited to a thickness such that it reaches the surface of the substrate 40 directly below the liquid injection port 58. As a result, the movable diaphragm 100 is fixed by the diaphragm fixing portion 46 and the etching solution injection port 58 sealed by the sealing member 62. Then, after that, an unnecessary portion is removed by photoetching, if necessary, to form the sealing member 62.

【0069】このようにすることにより、圧力基準室6
0はその内部が真空状態に保たれたまま密封封止される
ことになる。なお、前記封止部材62は、図6に示すよ
うエッチング液注入口58を封止するように形成しても
よい。
By doing so, the pressure reference chamber 6
0 is hermetically sealed while the inside thereof is kept in a vacuum state. The sealing member 62 may be formed so as to seal the etching solution injection port 58 as shown in FIG.

【0070】その後、絶縁性保護膜53の歪ゲージ51
の両端位置をフォトエッチングにより除去して接続孔5
4を形成し、ここにアルミニウム膜を被覆して、これを
フォトエッチングにより適当な形状にすることにより電
極56を形成する。
After that, the strain gauge 51 of the insulating protective film 53 is formed.
Both end positions of the contact hole 5 are removed by photoetching.
4 is formed, an aluminum film is covered thereover, and this is formed into an appropriate shape by photoetching to form an electrode 56.

【0071】本実施例においては、可動ダイヤフラム1
00の直径および膜厚をそれぞれ100μm、1.6μ
m程度まで精度良く、小さく形成することができ、しか
も、100kPaの圧力に対して2mV/V以上の出力
感度を有することが実験により確認された。
In this embodiment, the movable diaphragm 1
00 diameter and film thickness are 100 μm and 1.6 μm, respectively.
It has been confirmed by experiments that it can be formed with a high accuracy and a small size up to about m, and that it has an output sensitivity of 2 mV / V or more for a pressure of 100 kPa.

【0072】更に、本実施例のセンサにおいて、300
kPaまでの絶対圧力に対する非直線性は±0.3%
F.S.以下と優れた直線性を有することが実験により
確認された。
Furthermore, in the sensor of this embodiment, 300
Non-linearity to absolute pressure up to kPa is ± 0.3%
F. S. It was confirmed by experiments that it has excellent linearity as follows.

【0073】このことから、この第1実施例によれば、
可動ダイヤフラム100をフラットに形成でき、小型で
かつ高精度の半導体圧力センサを実現可能であることが
理解できる。
From this, according to the first embodiment,
It can be understood that the movable diaphragm 100 can be formed flat, and a small-sized and highly accurate semiconductor pressure sensor can be realized.

【0074】第2実施例 次に、本発明の好適な第2実施例を、差圧測定型のセン
サを例にとり説明する。なお、前記第1実施例と対応す
る部材には同一符号を付しその説明は省略する。
Second Embodiment Next, a second preferred embodiment of the present invention will be described by taking a differential pressure measurement type sensor as an example. The members corresponding to those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0075】図3には、第2実施例のセンサを示す平面
説明図が示されており、図4にはその断面の概略説明図
が示されている。
FIG. 3 is a plan explanatory view showing the sensor of the second embodiment, and FIG. 4 is a schematic explanatory view of its cross section.

【0076】実施例のセンサは、単結晶シリコン基板4
0の主表面全域に、窒化シリコンからなる絶縁膜45を
減圧CVDを用い厚さ100nmに被覆形成し、次に、
この絶縁膜45上に多結晶シリコンからなる犠牲膜42
を減圧CVDを用い200nmに被覆形成する。そし
て、長方形状をした消失部44の周囲をダイヤフラム固
定部材46として形成する。その後、前記第1実施例と
同様に、ダイヤフラム膜48と半導体膜50を成膜し
て、前記半導体膜50内に歪ゲージ51を処理形成した
後、エッチング液注入口58を設ける。
The sensor of the embodiment is the single crystal silicon substrate 4
An insulating film 45 made of silicon nitride is formed over the entire main surface of 0 using low pressure CVD to a thickness of 100 nm.
A sacrificial film 42 made of polycrystalline silicon is formed on the insulating film 45.
Is coated to a thickness of 200 nm using low pressure CVD. Then, the periphery of the rectangular disappearance portion 44 is formed as a diaphragm fixing member 46. After that, similarly to the first embodiment, the diaphragm film 48 and the semiconductor film 50 are formed, the strain gauge 51 is processed and formed in the semiconductor film 50, and then the etching solution injection port 58 is provided.

【0077】ここにおいて、エッチング液注入口58か
ら、水酸化カリウム(KOH)水溶液からなるエッチン
グ液を注入すると、図3および図4に示すごとく、消失
部44の形状に従い長方形をした空洞からなる圧力基準
室60と可動ダイヤフラム100が形成される。
Here, when an etching solution composed of an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) is injected from the etching solution injection port 58, as shown in FIG. 3 and FIG. The reference chamber 60 and the movable diaphragm 100 are formed.

【0078】本実施例の特徴的事項は、長方形ダイヤフ
ラム100の片側領域に歪ゲージ51を形成し、他方の
片側領域にエッチング液注入口58を形成したことにあ
る。そして、この可動ダイヤフラム100の片側領域
に、前記エッチング液注入口58へ連通する圧力導入キ
ャップ66を設け、圧力基準室60内へ第2の圧力を印
加する。
The characteristic feature of this embodiment is that the strain gauge 51 is formed in one side area of the rectangular diaphragm 100 and the etching solution injection port 58 is formed in the other side area. Then, a pressure introduction cap 66 communicating with the etching solution injection port 58 is provided in one side region of the movable diaphragm 100, and a second pressure is applied into the pressure reference chamber 60.

【0079】このようにすることにより、本実施例の半
導体センサによれば、可動ダイヤフラム100の表面お
よび裏面に第1の圧力P1 および第2の圧力P2 を印加
し、可動ダイヤフラム100に両者の差圧に比例した歪
を発生させることができ、この結果、歪ゲージ51から
は、この差圧に比例した電気信号を得ることが可能とな
る。
By doing so, according to the semiconductor sensor of this embodiment, the first pressure P 1 and the second pressure P 2 are applied to the front surface and the back surface of the movable diaphragm 100, and both are applied to the movable diaphragm 100. A strain proportional to the pressure difference can be generated, and as a result, an electric signal proportional to the pressure difference can be obtained from the strain gauge 51.

【0080】なお、図3および図4においては、理解を
容易にするために、絶縁性保護膜53、接続孔54およ
び電極56の説明は省略してあるが、これら各部材は前
記第1実施例と同様に、本実施例においても設けられて
いる。
3 and 4, the description of the insulating protective film 53, the connection hole 54 and the electrode 56 is omitted for easy understanding, but these members are the same as those of the first embodiment. Similar to the example, it is provided in this embodiment.

【0081】第3実施例 次に、本発明の好適な第3実施例を説明する。Third Embodiment Next, a preferred third embodiment of the present invention will be described.

【0082】本実施例の特徴的事項は、半導体圧力セン
サを集積回路と一体化して形成し、いわゆる集積化され
た半導体圧力センサとして用いたことにある。
The characteristic feature of this embodiment is that the semiconductor pressure sensor is formed integrally with an integrated circuit and is used as a so-called integrated semiconductor pressure sensor.

【0083】図5には、本発明の第3実施例に係る半導
体圧力センサの平面図が示されている。
FIG. 5 shows a plan view of a semiconductor pressure sensor according to the third embodiment of the present invention.

【0084】本実施例においては、シリコン基板40の
所定位置に、前記第1実施例で説明した本発明の半導体
圧力センサ200が形成されている。更に、このシリコ
ン基板50上には、圧力センサ200からの出力の増幅
や信号処理を行なう集積回路300と、センサ200と
集積回路300とを接続するリードおよび外部との接続
とを行なう複数の電極400が形成されている。
In this embodiment, the semiconductor pressure sensor 200 of the present invention described in the first embodiment is formed at a predetermined position on the silicon substrate 40. Further, on the silicon substrate 50, an integrated circuit 300 that amplifies the output from the pressure sensor 200 and performs signal processing, a lead that connects the sensor 200 and the integrated circuit 300, and a plurality of electrodes that connect to the outside. 400 is formed.

【0085】このように、本発明によれば、半導体圧力
センサを集積回路の構成素子要素の1つと見なすことが
できる程度に小型に形成することができる。また、その
製造も、片面処理により行なうことが可能であり、しか
も、集積回路と同一の製造処理工程を用いることができ
る。
As described above, according to the present invention, the semiconductor pressure sensor can be made small enough to be regarded as one of the constituent elements of the integrated circuit. Further, the manufacturing can be performed by the one-sided processing, and moreover, the same manufacturing processing steps as the integrated circuit can be used.

【0086】従って、本発明は、半導体圧力センサを集
積回路と一体化して、いわゆる集積化センサとして製造
する場合に極めて好適なものであることが理解される。
Therefore, it is understood that the present invention is extremely suitable when the semiconductor pressure sensor is integrated with an integrated circuit to manufacture a so-called integrated sensor.

【0087】他の実施例 なお、前記実施例においては、ダイヤフラム固定部46
でのボロンの不純物濃度を1×1020cm-3とし、更
に、エッチング液(KOH)の濃度を10wt.%とし
た場合を例にとり説明した。しかし、本発明はこれに限
らず、要は消失部44に用いた多結晶シリコンに対して
エッチング量が10分の1程度以下になるように、ダイ
ヤフラム固定部材46におけるボロンの不純物濃度と、
消失部44のエッチング除去に用いる水酸化カリウム水
溶液の濃度の条件を任意に選択すればよい。このように
しても、前記実施例と同様な効果を得ることができる。
Other Embodiments In the above embodiment, the diaphragm fixing portion 46 is used.
The impurity concentration of boron is 1 × 10 20 cm −3, and the concentration of the etching solution (KOH) is 10 wt. The explanation has been made taking the case of% as an example. However, the present invention is not limited to this, and in short, the impurity concentration of boron in the diaphragm fixing member 46 and the impurity concentration of boron in the diaphragm fixing member 46 are set so that the etching amount is about 1/10 or less with respect to the polycrystalline silicon used in the vanishing portion 44.
The concentration condition of the potassium hydroxide aqueous solution used for removing the disappearing portion 44 by etching may be arbitrarily selected. Even in this case, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

【0088】更に、前記実施例においては、ダイヤフラ
ム膜48、絶縁性保護膜53として、窒化シリコンを用
いる場合を例にとり説明したが、これ以外にも、例え
ば、アルミナ(Al2 3 )、サファイア(Al
2 3 )、フッ化カルシウム(CaF2 )等、シリコン
基板40上に安定に堆積し、シリコンのエッチング速度
よりもそのエッチング速度が極めて遅い絶縁材料であれ
ば他の材料を用いることも可能である。
Further, in the above-mentioned embodiment, the case where silicon nitride is used as the diaphragm film 48 and the insulating protective film 53 has been described as an example. However, other than this, for example, alumina (Al 2 O 3 ) or sapphire is used. (Al
Other materials such as 2 O 3 ), calcium fluoride (CaF 2 ) and the like can be used as long as they are insulating materials that are stably deposited on the silicon substrate 40 and have an etching rate extremely slower than the etching rate of silicon. is there.

【0089】また、前記各実施例では、半導体基板40
と犠牲膜42との間に、絶縁膜45を設ける場合を例に
とり説明したが、本発明はこれに限らず、第6図に示す
従来と同様に、絶縁膜45被覆形成することなく基板4
0の表面に犠牲膜42を直接被覆形成するようにしても
よい。この場合には、エッチング液注入口58からエッ
チング液を注入すると、消失部44は所定速度で横方向
にエッチング除去され、これと同時にシリコン基板40
は縦方向に所定深さまでエッチング除去され、図6に示
す従来例と同様に圧力基準室60となる空洞が形成され
ることになる。
In each of the above embodiments, the semiconductor substrate 40
The case where the insulating film 45 is provided between the sacrificial film 42 and the sacrificial film 42 has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the substrate 4 can be formed without forming the insulating film 45 as in the conventional case shown in FIG.
The sacrificial film 42 may be directly formed on the surface of No. 0. In this case, when the etching liquid is injected from the etching liquid injection port 58, the disappearing portion 44 is laterally etched and removed at a predetermined speed, and at the same time, the silicon substrate 40 is removed.
Is removed by etching to a predetermined depth in the vertical direction, and a cavity serving as the pressure reference chamber 60 is formed as in the conventional example shown in FIG.

【0090】このように、本発明の半導体圧力センサは
小型かつ高精度のものとすることができるため、各種用
途に幅広く用いることが可能であり、例えば、気圧計、
血圧計、自動車エンジン制御用の圧力センサ、工業(プ
ラント)用の圧力伝送器、生体計測用圧力センサ、ロボ
ット制御用圧力センサ等の各種用途に用いることが可能
となる。
As described above, since the semiconductor pressure sensor of the present invention can be made compact and highly accurate, it can be widely used for various purposes. For example, a barometer,
It can be used for various applications such as a sphygmomanometer, a pressure sensor for controlling an automobile engine, an industrial (plant) pressure transmitter, a pressure sensor for measuring a living body, and a pressure sensor for controlling a robot.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る半導体圧力センサの好適な第1実
施例示す平面説明図である。
FIG. 1 is a plan view showing a first preferred embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention.

【図2】図1に示す半導体圧力センサの断面概略説明図
である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of the semiconductor pressure sensor shown in FIG.

【図3】本発明に係る半導体圧力センサの好適な第2実
施例を示す平面説明図である。
FIG. 3 is an explanatory plan view showing a second preferred embodiment of the semiconductor pressure sensor according to the present invention.

【図4】図3に示す半導体圧力センサの断面概略説明図
である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of the semiconductor pressure sensor shown in FIG.

【図5】本発明の好適な第3実施例を示す概略説明図で
ある。
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a preferred third embodiment of the present invention.

【図6】従来の半導体圧力センサの断面概略説明図であ
る。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional explanatory view of a conventional semiconductor pressure sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

40 半導体基板 42 犠牲膜 44 消失部 46 ダイヤフラム固定部 48 ダイヤフラム膜 50 半導体膜 51 歪ゲージ 52 歪ゲージ分離部 53 絶縁性保護膜 56 電極 58 エッチング液注入口 60 圧力基準室 62 封止部材 100 可動ダイヤフラム 200 半導体圧力センサ
TC007001
40 Semiconductor Substrate 42 Sacrificial Film 44 Disappearing Part 46 Diaphragm Fixing Part 48 Diaphragm Film 50 Semiconductor Film 51 Strain Gauge 52 Strain Gauge Separating Part 53 Insulating Protective Film 56 Electrode 58 Etching Liquid Injection Port 60 Pressure Reference Chamber 62 Sealing Member 100 Movable Diaphragm 200 Semiconductor pressure sensor
TC007001

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の主表面側に圧力基準室を設
け、この圧力基準室の開口部を覆うよう、前記半導体基
板の主表面側に絶縁性ダイアフラム膜をダイヤフラム固
定部を介して被覆形成した半導体圧力センサにおいて、 前記絶縁性ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に配置さ
れた少なくとも1個の第1導電型歪みゲージと、前記歪
みゲージの周囲を覆う第2導電型の歪みゲージ分離部と
を含む半導体膜を、前記絶縁性ダイアフラム膜上に被覆
形成したことを特徴とする半導体圧力センサ。
1. A pressure reference chamber is provided on a main surface side of a semiconductor substrate, and an insulating diaphragm film is formed on the main surface side of the semiconductor substrate via a diaphragm fixing portion so as to cover an opening of the pressure reference chamber. In the semiconductor pressure sensor described above, at least one first conductivity type strain gauge disposed at a predetermined position of the pressure receiving region of the insulating diaphragm film, and a second conductivity type strain gauge separating portion that covers the periphery of the strain gauge. A semiconductor pressure sensor, comprising a semiconductor film containing the same formed on the insulating diaphragm film by coating.
【請求項2】 半導体基板と、 前記半導体基板の主表面の受圧領域を覆う消失部と、受
圧領域の周囲を覆うダイアフラム固定部とを有し、前記
消失部は、前記受圧領域に沿って等方性エッチング特性
を有するよう形成され、前記ダイアフラム固定部は、耐
エッチング特性を有するよう形成された犠牲膜と、 前記犠牲膜を覆うよう前記半導体基板の主表面上に被覆
され、耐エッチング特性を有するよう形成された絶縁性
ダイアフラム膜と、 前記絶縁性ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に配置さ
れた少なくとも1個の第1導電型歪みゲージと、前記歪
みゲージの周囲を覆う第2導電型の歪みゲージ分離部と
を含み、前記絶縁性ダイアフラム膜を覆うよう前記半導
体基板の主表面上に被覆形成された半導体膜と、 前記絶縁性ダイアフラム膜、半導体膜を貫通して前記犠
牲膜の消失部に到達するよう形成された少なくとも1個
のエッチング液注入口と、 前記エッチング液注入口を介して少なくとも前記犠牲膜
の消失部をエッチング除去することにより形成された圧
力基準室と、 を含むことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. A semiconductor substrate, a vanishing portion that covers a pressure receiving region on the main surface of the semiconductor substrate, and a diaphragm fixing portion that covers the periphery of the pressure receiving region, wherein the vanishing portion extends along the pressure receiving region, etc. The diaphragm fixing portion is formed to have an isotropic etching characteristic, and the diaphragm fixing portion is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the sacrificial film and the sacrificial film. An insulating diaphragm film formed to have, at least one first conductivity type strain gauge arranged at a predetermined position in the pressure receiving region of the insulating diaphragm film, and a second conductivity type strain covering the periphery of the strain gauge. A semiconductor film including a gauge separation part and formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the insulating diaphragm film; the insulating diaphragm film; At least one etchant injection port formed to penetrate the body film to reach the lost part of the sacrificial film, and at least the lost part of the sacrificial film is removed by etching through the etchant injection port. A semiconductor pressure sensor comprising: a formed pressure reference chamber;
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0783776A (en) * 1993-08-20 1995-03-31 Endress & Hauser Gmbh & Co Thin film method for manufacturing capacitor-type thin-film absolute-pressure sensor, resistor-type thin-film absolute-pressure sensor and capacitor -type absolute pressure sensor
JP2009527750A (en) * 2006-02-24 2009-07-30 コミシリア ア レネルジ アトミック Pressure sensor with resistance strain gauge
CN113063542A (en) * 2019-12-12 2021-07-02 阿自倍尔株式会社 Differential pressure gauge

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