JPH06331471A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPH06331471A JPH06331471A JP14692493A JP14692493A JPH06331471A JP H06331471 A JPH06331471 A JP H06331471A JP 14692493 A JP14692493 A JP 14692493A JP 14692493 A JP14692493 A JP 14692493A JP H06331471 A JPH06331471 A JP H06331471A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diffusion resistance
- layer
- resistance layer
- pressure sensor
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 薄肉ダイヤフラムを薄くしてしかも充分な高
感度出力を得ることを可能とした半導体圧力センサを提
供する。 【構成】 単結晶シリコン基板１上にシリコン酸化膜２
を介して単結晶シリコン層３が形成されたＳＯＩウェハ
を用いて、シリコン基板１の裏面側を異方性エッチング
により加工して薄肉ダイヤフラム４が形成され、この薄
肉ダイヤフラム４の表面側のシリコン層３に、シリコン
酸化膜２を拡散のストッパとして拡散抵抗層５が形成さ
れている。
感度出力を得ることを可能とした半導体圧力センサを提
供する。 【構成】 単結晶シリコン基板１上にシリコン酸化膜２
を介して単結晶シリコン層３が形成されたＳＯＩウェハ
を用いて、シリコン基板１の裏面側を異方性エッチング
により加工して薄肉ダイヤフラム４が形成され、この薄
肉ダイヤフラム４の表面側のシリコン層３に、シリコン
酸化膜２を拡散のストッパとして拡散抵抗層５が形成さ
れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体圧力センサに関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体圧力センサは通常、シリコン単結
晶基板を異方性エッチングにより加工して薄肉ダイヤフ
ラムを形成し、この薄肉ダイヤフラムにゲージ抵抗とな
る拡散抵抗層（ピエゾ抵抗体）を形成して得られる。そ
の動作原理は、圧力が加わったときに薄肉ダイヤフラム
部が変形し、これにより拡散抵抗層の抵抗値が変化する
ことを利用して、圧力−電気変換を行うものである。
晶基板を異方性エッチングにより加工して薄肉ダイヤフ
ラムを形成し、この薄肉ダイヤフラムにゲージ抵抗とな
る拡散抵抗層（ピエゾ抵抗体）を形成して得られる。そ
の動作原理は、圧力が加わったときに薄肉ダイヤフラム
部が変形し、これにより拡散抵抗層の抵抗値が変化する
ことを利用して、圧力−電気変換を行うものである。
【０００３】この種の半導体圧力センサにおいて、出力
感度を向上させるためには、薄肉ダイヤフラムの厚みを
できるだけ薄くすることが望ましい。しかし、薄肉ダイ
ヤフラムを余り薄くすると、別の理由で感度向上が阻害
される。その理由を図４を用いて説明する。図４は、薄
肉ダイヤフラム２１に不純物拡散を行って拡散抵抗層２
２を形成した半導体圧力センサでの応力の加わる様子を
示している。薄肉ダイヤフラム２１に圧力が加わって図
示のように表面に圧縮応力Ａが働いたとき、裏面には引
っ張り応力Ｂが働く。拡散抵抗層２２が深いと、この裏
面での引っ張り応力Ｂは拡散抵抗層２２にまで影響し、
これが圧力による拡散抵抗層２２の抵抗値変化を相殺す
る方向に作用する。
感度を向上させるためには、薄肉ダイヤフラムの厚みを
できるだけ薄くすることが望ましい。しかし、薄肉ダイ
ヤフラムを余り薄くすると、別の理由で感度向上が阻害
される。その理由を図４を用いて説明する。図４は、薄
肉ダイヤフラム２１に不純物拡散を行って拡散抵抗層２
２を形成した半導体圧力センサでの応力の加わる様子を
示している。薄肉ダイヤフラム２１に圧力が加わって図
示のように表面に圧縮応力Ａが働いたとき、裏面には引
っ張り応力Ｂが働く。拡散抵抗層２２が深いと、この裏
面での引っ張り応力Ｂは拡散抵抗層２２にまで影響し、
これが圧力による拡散抵抗層２２の抵抗値変化を相殺す
る方向に作用する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の半
導体圧力センサでは、薄肉ダイヤフラムを薄くして高感
度化を図ろうとすると、拡散抵抗層の拡散深さがダイヤ
フラム厚と同程度にまで深くなったときにダイヤフラム
厚を薄くしたことの効果が相殺されて、充分な出力感度
が得られなくなるという問題があった。本発明は、薄肉
ダイヤフラムを薄くしてしかも充分な高感度出力を得る
ことを可能とした半導体圧力センサを提供することを目
的としている。
導体圧力センサでは、薄肉ダイヤフラムを薄くして高感
度化を図ろうとすると、拡散抵抗層の拡散深さがダイヤ
フラム厚と同程度にまで深くなったときにダイヤフラム
厚を薄くしたことの効果が相殺されて、充分な出力感度
が得られなくなるという問題があった。本発明は、薄肉
ダイヤフラムを薄くしてしかも充分な高感度出力を得る
ことを可能とした半導体圧力センサを提供することを目
的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウェハ
の薄肉ダイヤフラム部に拡散抵抗層が形成された半導体
圧力センサにおいて、前記薄肉ダイヤフラム部の前記拡
散抵抗層下に絶縁層が形成されていることを特徴として
いる。
の薄肉ダイヤフラム部に拡散抵抗層が形成された半導体
圧力センサにおいて、前記薄肉ダイヤフラム部の前記拡
散抵抗層下に絶縁層が形成されていることを特徴として
いる。
【０００６】
【作用】本発明によると、拡散抵抗層下には絶縁層が形
成されているために、薄肉ダイヤフラムを充分薄くし、
且つ拡散抵抗層を不純物拡散により形成した場合にも、
拡散抵抗層厚みが絶縁層により制限される。従って、圧
力が加わったときの薄肉ダイヤフラムの裏面に作用する
応力の拡散抵抗層に対する影響が低減され、センサ感度
の向上が図られる。
成されているために、薄肉ダイヤフラムを充分薄くし、
且つ拡散抵抗層を不純物拡散により形成した場合にも、
拡散抵抗層厚みが絶縁層により制限される。従って、圧
力が加わったときの薄肉ダイヤフラムの裏面に作用する
応力の拡散抵抗層に対する影響が低減され、センサ感度
の向上が図られる。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例に係る
半導体圧力センサの平面図とそのＡ−Ａ′断面図であ
る。この実施例では、単結晶シリコン基板１上にシリコ
ン酸化膜２を介して単結晶シリコン層３が形成されたい
わゆるＳＯＩ（ＳiliconＯn Ｉnsulator）ウェハが用
いられている。このウェハのシリコン基板１の裏面側に
は異方性エッチングにより凹部が加工されて、厚肉部で
囲まれた薄肉ダイヤフラム４が形成されている。この薄
肉ダイヤフラム４のシリコン酸化膜３の下には、薄いシ
リコン層６が残されている。そして薄肉ダイヤフラム４
の表面側のシリコン層３に所定パターンをもって拡散抵
抗層５が形成されている。
明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例に係る
半導体圧力センサの平面図とそのＡ−Ａ′断面図であ
る。この実施例では、単結晶シリコン基板１上にシリコ
ン酸化膜２を介して単結晶シリコン層３が形成されたい
わゆるＳＯＩ（ＳiliconＯn Ｉnsulator）ウェハが用
いられている。このウェハのシリコン基板１の裏面側に
は異方性エッチングにより凹部が加工されて、厚肉部で
囲まれた薄肉ダイヤフラム４が形成されている。この薄
肉ダイヤフラム４のシリコン酸化膜３の下には、薄いシ
リコン層６が残されている。そして薄肉ダイヤフラム４
の表面側のシリコン層３に所定パターンをもって拡散抵
抗層５が形成されている。
【０００８】この実施例において、ダイヤフラム４の各
層の厚みは、ダイヤフラム４の可撓性を充分確保しなが
らしかも、裏面に係る応力の拡散抵抗層５に対する影響
を効果的に低減できるものであることが必要である。一
例を挙げれば、シリコン酸化膜２は０．４〜０．６μm
程度、活性層となる表面側シリコン層３の厚みは１〜４
μm 程度、裏面側シリコン層６は５〜２０μm 程度とす
る。なおこの実施例の場合拡散抵抗層５は、底部のシリ
コン酸化膜２に達する深さに形成されている。またシリ
コン酸化膜２はダイヤフラム加工の際のストッパともな
るもので、その下の薄いシリコン層６はなくてもよい。
層の厚みは、ダイヤフラム４の可撓性を充分確保しなが
らしかも、裏面に係る応力の拡散抵抗層５に対する影響
を効果的に低減できるものであることが必要である。一
例を挙げれば、シリコン酸化膜２は０．４〜０．６μm
程度、活性層となる表面側シリコン層３の厚みは１〜４
μm 程度、裏面側シリコン層６は５〜２０μm 程度とす
る。なおこの実施例の場合拡散抵抗層５は、底部のシリ
コン酸化膜２に達する深さに形成されている。またシリ
コン酸化膜２はダイヤフラム加工の際のストッパともな
るもので、その下の薄いシリコン層６はなくてもよい。
【０００９】図２（ａ）〜（ｄ）は、この実施例の半導
体圧力センサの製造工程を示す断面図である。図２
（ａ）に示すように、鏡面研磨された二枚の単結晶シリ
コン基板１，３０を用意し、一方のシリコン基板３０に
は例えば熱酸化により表裏面にシリコン酸化膜２を形成
する。これら二枚のシリコン基板１，３０を、図２
（ｂ）に示すように熱圧着等により貼り合わせて一体化
し、次いで図２（ｃ）に示すように一方のシリコン基板
３０側を研磨して、活性層としての薄いシリコン層３を
残したＳＯＩウェハを得る。この後通常の工程に従っ
て、図２（ｄ）に示すように、異方性エッチングにより
薄肉ダイヤフラム４を加工し、シリコン層３に拡散抵抗
層５を形成して、素子を完成する。
体圧力センサの製造工程を示す断面図である。図２
（ａ）に示すように、鏡面研磨された二枚の単結晶シリ
コン基板１，３０を用意し、一方のシリコン基板３０に
は例えば熱酸化により表裏面にシリコン酸化膜２を形成
する。これら二枚のシリコン基板１，３０を、図２
（ｂ）に示すように熱圧着等により貼り合わせて一体化
し、次いで図２（ｃ）に示すように一方のシリコン基板
３０側を研磨して、活性層としての薄いシリコン層３を
残したＳＯＩウェハを得る。この後通常の工程に従っ
て、図２（ｄ）に示すように、異方性エッチングにより
薄肉ダイヤフラム４を加工し、シリコン層３に拡散抵抗
層５を形成して、素子を完成する。
【００１０】この実施例によれば、ＳＯＩウェハを用い
ているため、薄肉ダイヤフラム４を充分に薄くしてしか
も拡散抵抗層５を不純物拡散により形成した場合にも、
拡散抵抗層５の深さはシリコン酸化膜２がストッパとな
って制限される。この結果、圧力が加わったときの裏面
からの拡散抵抗層５に対する応力の影響が低減され、高
感度出力が得られることになる。またこの実施例の場
合、拡散抵抗層５はシリコン酸化膜２に達する深さに形
成されているため、拡散抵抗層５とシリコン層３の間の
ｐｎ接合容量、即ち拡散抵抗層に付随する浮遊容量は非
常に小さいものとなる。
ているため、薄肉ダイヤフラム４を充分に薄くしてしか
も拡散抵抗層５を不純物拡散により形成した場合にも、
拡散抵抗層５の深さはシリコン酸化膜２がストッパとな
って制限される。この結果、圧力が加わったときの裏面
からの拡散抵抗層５に対する応力の影響が低減され、高
感度出力が得られることになる。またこの実施例の場
合、拡散抵抗層５はシリコン酸化膜２に達する深さに形
成されているため、拡散抵抗層５とシリコン層３の間の
ｐｎ接合容量、即ち拡散抵抗層に付随する浮遊容量は非
常に小さいものとなる。
【００１１】この発明は上記実施例に限られない。例え
ば図３に示すように、拡散抵抗層５の深さが底部のシリ
コン酸化膜２に達しない状態であってもよい。ＳＯＩウ
ェハは、貼り合わせによる他、絶縁層上に形成した多結
晶シリコン膜をエネルギービーム照射等により再結晶化
する方法によって形成したものであってもよい。ＳＯＩ
ウェハに代わって、酸素のイオン注入によりシリコン層
内部に酸化膜を形成したＳＩＭＯＸ（Ｓeparation by
Ｉmplanted Ｏxygen ）基板を用いることもできる。
拡散抵抗層のストッパとして、シリコン酸化膜に限ら
ず、シリコン窒化膜等、他の各種絶縁層を利用すること
が可能である。またこの絶縁層は、少なくとも拡散抵抗
層の直下にあればよく、ダイヤフラム部全体にわたって
形成されることは必ずしも必要ではない。
ば図３に示すように、拡散抵抗層５の深さが底部のシリ
コン酸化膜２に達しない状態であってもよい。ＳＯＩウ
ェハは、貼り合わせによる他、絶縁層上に形成した多結
晶シリコン膜をエネルギービーム照射等により再結晶化
する方法によって形成したものであってもよい。ＳＯＩ
ウェハに代わって、酸素のイオン注入によりシリコン層
内部に酸化膜を形成したＳＩＭＯＸ（Ｓeparation by
Ｉmplanted Ｏxygen ）基板を用いることもできる。
拡散抵抗層のストッパとして、シリコン酸化膜に限ら
ず、シリコン窒化膜等、他の各種絶縁層を利用すること
が可能である。またこの絶縁層は、少なくとも拡散抵抗
層の直下にあればよく、ダイヤフラム部全体にわたって
形成されることは必ずしも必要ではない。
【００１２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、拡散
抵抗層の下に絶縁層を配設することによって、薄肉ダイ
ヤフラムの裏面に作用する応力の拡散抵抗層に対する影
響を低減し、もってダイヤフラムを充分薄くして高感度
特性を得ることを可能とした半導体圧力センサを提供す
ることができる。
抵抗層の下に絶縁層を配設することによって、薄肉ダイ
ヤフラムの裏面に作用する応力の拡散抵抗層に対する影
響を低減し、もってダイヤフラムを充分薄くして高感度
特性を得ることを可能とした半導体圧力センサを提供す
ることができる。
【図１】 本発明の一実施例に係る半導体圧力センサを
示す図である。
示す図である。
【図２】 同実施例の製造工程を示す図である。
【図３】 他の実施例の半導体圧力センサを示す図であ
る。
る。
【図４】 従来の半導体圧力センサを示す図である。
１…シリコン基板、２…シリコン酸化膜、３…シリコン
層、４…薄肉ダイヤフラム、５…拡散抵抗層、６…シリ
コン層。
層、４…薄肉ダイヤフラム、５…拡散抵抗層、６…シリ
コン層。
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体ウェハの薄肉ダイヤフラム部に拡
散抵抗層が形成された半導体圧力センサにおいて、前記
薄肉ダイヤフラム部の前記拡散抵抗層下に絶縁層が形成
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 |
|---|---|---|---|
| JP14692493A JPH06331471A (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14692493A JPH06331471A (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06331471A true JPH06331471A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=15418655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14692493A Pending JPH06331471A (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06331471A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002286567A (ja) * | 2001-03-23 | 2002-10-03 | Denso Corp | ダイアフラムセンサ |
| US10422713B2 (en) | 2014-12-19 | 2019-09-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Pressure sensor suited to measuring pressure in an aggressive environment |
| US20190322524A1 (en) * | 2018-04-24 | 2019-10-24 | Korea Institute Of Science And Technology | Membrane device including membrane having wrinkles formed along trenches, method for fabricating the membrane device and applied apparatus of the membrane device |
| CN112903149A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-04 | 上海芯物科技有限公司 | 一种压力传感器及其制作方法 |
-
1993
- 1993-05-26 JP JP14692493A patent/JPH06331471A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002286567A (ja) * | 2001-03-23 | 2002-10-03 | Denso Corp | ダイアフラムセンサ |
| US10422713B2 (en) | 2014-12-19 | 2019-09-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Pressure sensor suited to measuring pressure in an aggressive environment |
| US20190322524A1 (en) * | 2018-04-24 | 2019-10-24 | Korea Institute Of Science And Technology | Membrane device including membrane having wrinkles formed along trenches, method for fabricating the membrane device and applied apparatus of the membrane device |
| US11097943B2 (en) * | 2018-04-24 | 2021-08-24 | Korea Institute Of Science And Technology | Method for fabricating a membrane device including membrane having wrinkles formed along trenches |
| CN112903149A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-04 | 上海芯物科技有限公司 | 一种压力传感器及其制作方法 |
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