JPH07131035A - ピエゾ抵抗素子の製造方法 - Google Patents

ピエゾ抵抗素子の製造方法

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JPH07131035A
JPH07131035A JP5273527A JP27352793A JPH07131035A JP H07131035 A JPH07131035 A JP H07131035A JP 5273527 A JP5273527 A JP 5273527A JP 27352793 A JP27352793 A JP 27352793A JP H07131035 A JPH07131035 A JP H07131035A
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JP
Japan
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substrate
layer
resistance layer
type
flow sensor
Prior art date
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Application number
JP5273527A
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English (en)
Inventor
Masaki Esashi
正喜 江刺
Hisahiro Nishimoto
尚弘 西本
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面電界による抵抗値の変動が少なく、しか
もブレークダウン耐圧が高くてリーク電流が小さい特性
をもつピエゾ抵抗素子を得ることのできる製造方法を提
供する。 【構成】 半導体基板(例えばn型)1に、その基板表
面層の導電型を残したままの状態で基板とは異なる導電
型(例えばp型)のドーパント層を埋め込むことが可能
なエネルギでイオン(例えば1MeVでBイオン)を打
ち込むことによって埋め込み抵抗層2を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば圧力センサやフ
ローセンサなどの力学量センサに利用されるピエゾ抵抗
素子を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ピエゾ抵抗素子を作製する方法として
は、従来、基板(例えばシリコン単結晶基板)に、拡
散法あるいはイオン注入法によって不純物を添加するこ
とによって、図10(a) に示すように、基板21の表面
に抵抗層22を形成する方法、もしくは基板表面に不
純物層を拡散した後に、さらに反対の導電型の不純物を
上部に拡散することによって、同図(b) に示すように、
基板31の内部に埋め込み抵抗層32を形成する方法が
知られている(M.Esashi,H.Komatsu and T.Matsuo,"Biom
edical Pressure Sensor Using Buried Piezoresistor
s",Sensors and Ac-tuators,4,pp.537-544,1983.) 。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来法のうち、の方法によれば、抵抗層22が基板表面
に位置するため、外部電界の影響(表面電界効果)を受
け、抵抗値が変動するという問題がある。
【0004】一方、の方法によると、抵抗層32が基
板内部に埋め込まれるので、上記した外部電界の影響は
少ないものの、不純物の二重拡散により高濃度拡散層同
士の接合が形成されるため、接合のブレークダウン電圧
が低く、またリーク電流によるノイズが大きいなどの問
題がある。
【0005】本発明はそのような事情に鑑みてなされた
もので、表面電界による抵抗値の変動が少なく、かつ、
ブレークダウン耐圧が高くてリーク電流が小さい特性を
もつピエゾ抵抗素子を得ることのできる製造方法の提供
を所期の目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明方法は、実施例に対応する図1に示すよう
に、半導体基板(例えばn型)1に、その基板表面層の
導電型を残したままの状態で当該半導体基板1とは異な
る導電型(例えばp型)のドーパント層を埋め込むこと
が可能なエネルギで、イオンを打ち込むことによって基
板1の内部に埋め込み抵抗層2を形成することによって
特徴づけられる。
【0007】
【作用】イオンを高エネルギに加速して基板に打ち込む
と、その注入イオンは基板原子と衝突を繰り返しながら
次第にエネルギを失い、基板表面からある深さのところ
で止まる。例えば、シリコン単結晶基板にホウ素イオン
を1MeVのエネルギにまで加速して打ち込むと、その
注入イオンは基板表面から約 1.8μmの深さ位置で止ま
る。しかも、その停止に至るまでの距離は、ある程度の
ばらつきをもつ。
【0008】従って、そのような高エネルギイオン注入
法を採用して、基板にドーパントを導入することで、例
えば図2のドーパント濃度分布図に示すように、基板表
面の導電型(n型)は残したままの状態つまり基板表面
は低濃度のままの状態で、この基板中に埋め込み抵抗層
(p型)を形成することができる。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説
明する。図1は本発明方法の実施例の手順を説明する図
である。
【0010】まず、(a),(b) に示すように、シリコン単
結晶基板〔n型(100):2−3Ω・cm〕1の表面を
覆う酸化膜(Si02 )7に窓あけを行った後に、リン
を拡散してn+ 層3(基板コンタクト用)を形成し、さ
らに、酸化膜7の窓あけ・ホウ素拡散により、p+ 層4
(抵抗層コンタクト用)を形成する(c) 。
【0011】次いで、酸化膜7を除去した後、(d) に示
すように、抵抗層を形成する領域に相応する部分以外を
フォトレジスト膜8で覆った状態で、ホウ素イオン注入
(1MeV,ドーズ量6.5 ×1013/cm2)を行って、基板
1とは異なる導電型pの埋め込み抵抗層2を形成し(d)
、この後さらに、埋め込み抵抗層2の形成領域に相応
する部分以外をフォトレジスト膜8で覆った状態で、リ
ンイオン注入( 50keV,ドーズ量1×1012/cm2)を行っ
た後(e) 、温度1000℃で30min の熱処理を施す。なお、
この図1(e) のリンイオン注入工程は省略してもよく、
その場合であっても、後述するように表面電界による影
響の低減効果は充分に得ることができる。
【0012】そして、フォトレジスト膜8を除去し酸化
膜(Si02 )9を形成した後、各コンタクト層3,4
に対応する位置にコンタクトホールを形成し(f) 、この
状態で、アルミニウムを蒸着するとともに、そのパター
ニングを行って各層3,4に導通する電極5,6を形成
し(g) 、この後にシンタリングを施す。
【0013】ここで、以上の(a) 〜(g) 工程により作製
したデバイスのキャリア濃度分布を測定したところ、図
2に示すように、基板表面層の導電型(n型)は残した
ままの状態(低濃度)で、その表面から深さ約 1.8μm
の位置をピークとする高濃度の抵抗層(p型)が得られ
ることが確認できた。
【0014】また、以上の工程により、図3(a) に示す
形状寸法のテストデバイスを作製するとともに、先の図
10(a) で説明した表面拡散法により、図3(a) と同一
の形状寸法のテストデバイスを作製して、これらのテス
トデバイスのゲート電極に電圧を印加し、抵抗層に模擬
的に外部電界をかけて、ゲート電圧に対する抵抗値変化
を測定したところ〔図3(b) の測定回路参照〕、図4の
線図に示すように、高エネルギイオン注入による埋め込
み抵抗層が、表面拡散抵抗層に比して外部電界の影響を
受け難く安定であることが確認できた。
【0015】さらに、図1に示した工程(e) のリンイオ
ン注入を行わずにテストデバイスを作製し、先と同様な
測定したところ、この場合も外部電界の影響を受け難く
いことが確認できた(図4参照)。従って、リンイオン
注入工程を省略して、1MeVのホウ素イオン注入を行
うだけでも、充分な特性つまり外部電界による抵抗値の
変動が少ない埋め込み抵抗層を得ることは可能である。
【0016】一方、図5に示す線図は、高エネルギイオ
ン注入による埋め込み抵抗層と、先の図10(b) で示し
た二重拡散による埋め込み抵抗層について、逆バイアス
時のリーク電流を比較したもので、この図から明らかな
ように、高エネルギイオン注入による埋め込み抵抗層の
方が、ブレークダウン耐圧が高く、リーク電流が小さい
ことがわかる。
【0017】次に、高エネルギイオン注入による埋め込
み抵抗層をフローセンサに適用した例を、以下、図面に
基づいて説明する。図7,図8はフローセンサの構成図
で、その各図の(a) および(b) はそれぞれ斜視図および
縦断面図を示している。なお、各図(a) では、上下のガ
ラス201・・204を接合する前の状態を示している。
【0018】まず、図7に示す構造のものは差圧型フロ
ーセンサであって、ガラス201−シリコン部110−
ガラス202の3層構造となっており、そのシリコン部
110は、中央にオリフィス111が形成されたセンタ
ーダイアフラム112と、このダイアフラムを囲むメサ
113と、メサとフレームとを連結するアーム114
と、メサの外側のアウターダイアフラム115によって
構成されている。そしてこの構造のセンサでは流体がオ
リフィス111を通過することにより生じる差圧によっ
てメサ113およびアーム114が変形し、この変形量
がアーム根元に形成された埋め込みピエゾ抵抗102に
よって検出される。
【0019】一方、図8に示した構造のものは、ドラッ
グ力型フローセンサであって、流体の流れによるドラッ
グ力で片持ち梁123が変形し、その変形量が片持ち梁
123の根元に形成された埋め込みピエゾ抵抗122に
よって検出される。また、このフローセンサも、ガラス
203−シリコン部120−ガラス204によって構成
される3層構造となっている。
【0020】なお、図7(a) および図8(a) において、
フレーム側に形成されている埋め込み抵抗層116およ
び126は、それぞれ温度補償用抵抗である。次に、図
7に示した差圧型フローセンサを作製する手順の例を、
以下、図6を参照して説明する。
【0021】まず、(a) に示すように、シリコン単結晶
基板〔n型(100):2−3Ω・cm〕101の表側
で、ダイアフラムを形成する領域に相応する部分を、例
えばKOHをエッチャントとして異方性エッチングす
る。次いで、酸化膜107の窓あけ・リン拡散によりn
+ 層103(基板コンタクト用)を形成し、さらに、酸
化膜107の窓あけ・ホウ素B拡散によりp+ 層104
(抵抗層コンタクト用)を形成する(b) 。
【0022】次に、(c) に示すように抵抗層を形成する
領域に相応する部分以外をフォトレジスト膜108で覆
った状態で、ホウ素イオン注入(1MeV,ドーズ量
6.5×1013/cm2)を行って、基板101とは異なる導電
型pの埋め込み抵抗層102を形成する。この後、基板
101の表側と裏側にエッチング保護膜(例えばSi3
4 )109を形成した状態で、基板裏側から、異方性
エッチング(例えばKOHによるエッチング)を行っ
て、ダイアフラム112,115およびオリフィス11
1を形成する(d) 。
【0023】そして、各コンタクト層103,104に
対応する位置にコンタクトホールを形成し、次いで、ア
ルミニウム蒸着とそのパターニングを行って各層10
3,104に導通する電極105,106を形成し(e)
、最後に、工程(f) に示すガラス接合を行う。このガ
ラス接合は、基板101とガラス201,202とを、
ドライフィルム301,302を挟んで相互に重ね合わ
せ、この状態で、加圧(〜数100g)しつつ、 150℃で30
min の加熱(大気中)を行うといった方法を採用する。
【0024】なお、ドラッグ力型フローセンサ(図8の
構造)については、差圧型フローセンサのダイアフラム
の作製手順などが異なるだけで、ピエゾ抵抗122の形
成は先の図6(c) に示した工程と同等な手順を採用すれ
ばよいので、その説明は省略する。
【0025】ここで、本発明実施例の差圧型フローセン
サとドラッグ力型フローセンサについて、流体として液
体を用いて性能を検査したところ、図9〔(a):差圧型〕
および同図〔(b):ドラッグ型〕に示す流量−出力特性を
得た。この図9から明らかなように、高エネルギイオン
注入による埋め込み抵抗層は、外部電界による抵抗値変
動を受け難く、不純物イオンなどが存在する環境(例え
ば液体中)でも安定に動作することが確認できた。な
お、この例でのフローセンサは、液体の測定のみに限ら
れることなく、気体の流量測定にも適用することができ
る。
【0026】また、本発明において、イオン注入のエネ
ルギ,ドーズ量およびイオン種ならびに熱処理時の温度
・時間等の諸条件は、上記の実施例に限定されず、埋め
込み抵抗層の形成が可能な範囲であれば任意に変更でき
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明方法によれ
ば、基板表面の導電型を残したままの状態で、この基板
中に埋め込み抵抗層を形成できるので、ピエゾ抵抗層上
に保護膜を形成しなくても、表面電界による抵抗値の変
動が少なく常に安定して動作するピエゾ抵抗素子を実現
できる。従って、圧力センサや流量センサを製作するに
あたり、その構造上の自由度が増す。また、埋め込み抵
抗層の上層の濃度を低く抑えることができるので、二重
拡散による埋め込み抵抗層に比して、ブレークダウン耐
圧が高くてリーク電流が小さいといった優れた特性をも
つピエゾ抵抗素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の実施例の手順を説明する図
【図2】その実施例で得られた埋め込み抵抗層のキャリ
ア濃度分布の例を示す線図
【図3】テストデバイスの形状と、その測定系の等価回
路を併記して示す図
【図4】抵抗層の外部電界に対する影響を示す特性線図
で、高エネルギイオン注入による埋め込み抵抗と表面拡
散型抵抗とを比較して示す図
【図5】抵抗層のリーク電流の特性線図で、高エネルギ
イオン注入による埋め込み抵抗と二重拡散型抵抗とを比
較して示す図
【図6】本発明方法を差圧型フローセンサの作製に適用
した実施例の手順を説明する図
【図7】差圧型フローセンサの構造例を示す図
【図8】ドラッグ力型フローセンサの構造例を示す図
【図9】本発明方法で得られた差圧型フローセンサとド
ラッグ力型フローセンサの各流量−センサ出力の特性を
示す線図
【図10】ピエゾ抵抗素子の従来の製造方法の例を説明
する図
【符号の説明】
1,101 シリコン単結晶基板 2,102 埋め込み抵抗層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/822

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板にピエゾ抵抗層が形成された
    構造の素子を作製する方法であって、半導体基板に、そ
    の基板表面層の導電型を残したままの状態で当該半導体
    基板とは異なる導電型のドーパント層を埋め込むことが
    可能なエネルギで、イオンを打ち込むことによって上記
    抵抗層を形成することを特徴とするピエゾ抵抗素子の製
    造方法。
JP5273527A 1993-11-01 1993-11-01 ピエゾ抵抗素子の製造方法 Pending JPH07131035A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274422B1 (en) 1998-04-13 2001-08-14 Nec Corporation Method for manufacturing a semiconductor device
JP2012145356A (ja) * 2011-01-07 2012-08-02 Univ Of Tokyo 流速センサ
WO2014088020A1 (ja) * 2012-12-06 2014-06-12 株式会社村田製作所 ピエゾ抵抗型memsセンサ
US10032936B2 (en) 2015-05-29 2018-07-24 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing resistive element, method for manufacturing pressure sensor element, pressure sensor element, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object
JP2019158576A (ja) * 2018-03-13 2019-09-19 アズビル株式会社 ピエゾ抵抗型センサ
JP2020193922A (ja) * 2019-05-30 2020-12-03 三菱電機株式会社 半導体歪検出素子及びmemsアクチュエータデバイス

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4924374A (ja) * 1972-06-27 1974-03-04
JPS56149473U (ja) * 1981-03-26 1981-11-10
JPS61182051U (ja) * 1985-05-02 1986-11-13
JPH03208375A (ja) * 1990-01-10 1991-09-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体圧力センサ
JPH06204408A (ja) * 1993-01-07 1994-07-22 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置用拡散抵抗

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4924374A (ja) * 1972-06-27 1974-03-04
JPS56149473U (ja) * 1981-03-26 1981-11-10
JPS61182051U (ja) * 1985-05-02 1986-11-13
JPH03208375A (ja) * 1990-01-10 1991-09-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体圧力センサ
JPH06204408A (ja) * 1993-01-07 1994-07-22 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置用拡散抵抗

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274422B1 (en) 1998-04-13 2001-08-14 Nec Corporation Method for manufacturing a semiconductor device
JP2012145356A (ja) * 2011-01-07 2012-08-02 Univ Of Tokyo 流速センサ
WO2014088020A1 (ja) * 2012-12-06 2014-06-12 株式会社村田製作所 ピエゾ抵抗型memsセンサ
CN104919293A (zh) * 2012-12-06 2015-09-16 株式会社村田制作所 压阻式mems传感器
JPWO2014088020A1 (ja) * 2012-12-06 2017-01-05 株式会社村田製作所 ピエゾ抵抗型memsセンサ
US10032936B2 (en) 2015-05-29 2018-07-24 Seiko Epson Corporation Method for manufacturing resistive element, method for manufacturing pressure sensor element, pressure sensor element, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object
JP2019158576A (ja) * 2018-03-13 2019-09-19 アズビル株式会社 ピエゾ抵抗型センサ
JP2020193922A (ja) * 2019-05-30 2020-12-03 三菱電機株式会社 半導体歪検出素子及びmemsアクチュエータデバイス
US11609133B2 (en) 2019-05-30 2023-03-21 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor strain detection element with impurity diffusion layer

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