JPH07254727A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、可撓性基板に実装するために生じ
る小形化の制約を回避して可撓性基板と一体化し得、超
小型を実現することを主要な目的とする。 【構成】可撓性薄膜(11)と、この薄膜の一方の主面に形
成されたＮ型の半導体薄膜層(12)と、この半導体薄膜層
の前記薄膜側の主面に形成されたＰ型の高濃度領域(13)
と、前記半導体薄膜層の前記薄膜側の主面に前記第１高
濃度領域と離間して形成されたＮ型の高濃度領域(14)
と、前記可撓性薄膜の他方の主面に形成された、前記第
１高濃度領域と接続する第１電極(15)と、前記可撓性薄
膜の他方の主面に形成された、前記第２高濃度領域と接
続する第２電極(16)とを具備することを特徴とする半導
体センサー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造技術や精密機械加工技
術を応用したマイクロマシン技術が注目されている。特
に医療分野においては、内視鏡下手術の高度化や適用分
野の拡大に伴って、マイクロマシン技術に対する期待が
高い。この分野では微小で高機能な処理具の開発が望ま
れているが、このような処理具を正確に機能させるため
には微小で高精度なセンサーの開発が不可欠である。特
に、温度や可動部の変位あるいは負荷のセンシングは安
全性や操作性の向上のために極めて重要である。このよ
うなセンサーで、高精度かつ微小なセンサーとしては半
導体を用いたものが特に適している。

【０００３】シリコンのマイクロマシン技術を用いた温
度センサーとしては、例えばＴhe 7th Ｉntenational
Ｃonference on Ｓolid−Ｓtate Ｓensors and Ａct
uators p746 に示されているように多くの方式や形態が
提案されている。また、高精度なセンシングを行うため
には、センサーに近接してアンプなどの周辺回路を配置
することが必要とされている。

【０００４】このようなセンサーを処理具の内部などの
狭い空間に配置しようとした場合、センサーをフレキシ
ブル基板などの可撓性基板に実装する必要がある。この
ような実装方法については、例えば日刊工業新聞社刊
「多層プリント配線板製造技術」のｐ２１４に示されて
いるようなベアチップ実装方式が小型化の点で最も優れ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな実装形態では、センサーの大きさはセンサー自体の
ハンドリングやフレキシブル基板と電気的に接合するた
めのはんだ形成領域の大きさによって規定されてしま
い、大幅な小形化は困難であった。

【０００６】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、可撓性基板に実装するために生じる小形化の
制約を回避して、可撓性基板と一体化しえる超小型の半
導体センサー等の半導体装置及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、可撓
性基板と、この基板の一方の主面に形成された第１導電
型の半導体薄膜層と、この半導体薄膜層の前記基板側の
主面に形成された第２導電型の第１高濃度領域と、前記
半導体薄膜層の前記基板側の主面に前記第１高濃度領域
と離間して形成された第１導電型の第２高濃度領域と、
前記可撓性基板の他方の主面に形成された、前記第１高
濃度領域と接続する第１電極と、前記可撓性基板の他方
の主面に形成された、前記第２高濃度領域と接続する第
２電極とを具備することを特徴とする半導体装置であ
る。

【０００８】本願第２の発明は、可撓性基板と、この基
板の一方の主面に形成された、不純物濃度が１×１０¹⁸
cm³ 以下の半導体薄膜層と、この半導体薄膜層の前記基
板側の主面に形成された、不純物濃度が１×１０¹⁹cm³
以上の高濃度領域と、前記可撓性基板の他方の主面に形
成された、前記半導体薄膜層に接続する第１の電極と、
前記可撓性基板の他方の主面に形成された、前記高濃度
領域に接続する第２の電極とを具備することを特徴とす
る半導体装置である。

【０００９】本願第３の発明は、第１導電型の半導体基
板の一主面に第２導電型の拡散層を形成する工程と、前
記基板上に可撓性薄膜を形成する工程と、前記拡散層に
バイアスを印加した状態で、半導体基板の他の主面側か
ら光を照射した状態でエッチングすることによって前記
拡散層及びその周辺の領域を選択的に残存させる工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。

【００１０】

【作用】この発明によれば、可撓性基板に実装するため
に生じる小形化の制約を回避して、可撓性基板と一体化
しえる超小型の半導体センサー等の半導体装置が得られ
る。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。 （実施例１）図１を参照する。図中の11は、裏面にＮ型
半導体薄膜層12が形成されたポリイミドからなる可撓性
薄膜である。前記Ｎ型半導体薄膜層12の前記薄膜11側の
主面には、Ｐ型の第１高濃度拡散領域13とＮ型の第２高
濃度拡散領域14が互いに離間して形成されている。前記
第１高濃度拡散領域13と第２高濃度拡散領域14に対応す
る前記薄膜11には、コンタクトホール11ａ，11ｂが形成
されている。また、前記薄膜11上及びこれらのコンタク
トホール11ａ，11ｂには、第１高濃度拡散領域13に接続
する前記第１電極15，第２高濃度拡散領域14に接続する
前記第２電極16が夫々形成されている。なお、前記電極
15，16は、図示しない配線によって外部装置に接続され
ている。

【００１２】このように、実施例１に係る光センサー
は、図１に示す如く、可撓性薄膜11と、この薄膜の一方
の主面に形成されたＮ型半導体薄膜層12と、この半導体
薄膜層12の前記薄膜側の主面に夫々離間して形成された
Ｐ型の第１高濃度拡散領域13，Ｎ型の第２高濃度拡散領
域14と、前記可撓性薄膜11の他方の主面に形成された、
前記第１高濃度領域13接続する第１電極15と、前記可撓
性薄膜11の他方の主面に形成された、前記第２高濃度領
域14と接続する第２電極16とを具備した構成となってい
る。

【００１３】こうした構成の光センサーをセンシングし
たい部位に配置して第１電極15，第２電極16の間に電圧
を印加してＮ型半導体薄膜層12とＰ型の第１高濃度拡散
領域13のＰＮ接合に流れる電流を測定する。ＰＮ接合に
流れる電流は温度や歪みに強く依存するので、高精度の
センシング可能になる。このＰＮ接合の構造やバイアス
の印加の仕方については、以下に詳述するいくつかの方
法が考えられる。

【００１４】(1) Ｎ形半導体薄膜層12の不純物濃度が１
×１０¹⁴〜１×１０¹⁹／cm³ 、好ましくは１×１０¹⁶／
cm³ 程度で、ＰＮ接合を順方向にバイアスするように
０．５〜１．０Ｖ、好ましくは０．８Ｖ程度の定電圧を
印加して流れる電流値をモニタすると、その電流は温度
に強く依存するので、測定された電流から温度を求める
ことができる。この場合、１Ｖ以下の低い電圧でセンサ
ーを駆動することができる。なお、ここで電圧の印加と
電流の計測は電極に接続された外部装置によってなされ
る。

【００１５】(2) また、Ｎ型半導体薄膜層12の不純物濃
度が１×１０¹⁸〜１×１０²⁰／cm³、好ましくは１×１
０¹⁹／cm³ 程度で、ＰＮ接合を逆方向にバイアスするよ
うに例えば０．１ｕＡの定電流を印加して流れる電極間
の電位差をモニタすると、この電位差は室温では３Ｖ程
度になるが、温度によって大きく変化するので、測定さ
れた電位差から温度を求めることができる。この場合、
比較的小さな温度変化で電位差が大きく変わるので、小
さな消費電力で高精度の温度のセンシングが可能にな
る。

【００１６】(3) 更に、Ｎ型半導体薄膜層12の不純物濃
度が１×１０¹⁵〜１×１０¹⁸／cm³、好ましくは１×１
０¹⁷／cm³ 程度で、ＰＮ接合を逆方向にバイアスするよ
うに例えば０．１ｕＡの定電流を印加して流れる電極間
の電位差をモニタすると、この電位差は室温では１０Ｖ
程度になるが、この電位差は先に述べたよう順方向電流
などと比べると温度依存性は小さいが、接合の歪みによ
って大きく変化するので、このセンサーを歪みが加えら
れる部位に配置すると、高精度の歪みセンサーとして用
いることができる。

【００１７】（実施例２）図２を参照する。但し、図１
と同部材は同符号を付して説明を省略する。図１におい
ては、第１電極15，第２電極16は半導体薄膜層12に近接
して配置されているが、実施例２としては、図２に示す
ようにレイアウトによっては外部と接続するための第１
電極15，第２電極16を半導体薄膜層12から離して配置す
ることも可能である。

【００１８】この場合、半導体薄膜層102 や可撓性薄膜
11は、半導体微細加工技術を用いて非常に小さく作製す
ることが可能であり、外部と接続するための電極がセン
シングすべき位置から離れており、これらが可撓性薄膜
11で接続されていることによって例えば内視鏡用の鉗子
の先端部等、スペースの限られた部位に対しても容易に
組み込むことができる。

【００１９】次に、半導体センサー製造方法について、
図３（Ａ）〜（Ｃ）及び図４を参照して説明する。ま
ず、ｐ型の半導体基板31に通常のイオン注入及び拡散工
程によってＮ型の低濃度拡散層32を形成した後、この低
濃度拡散層32の表面にＰ型の高濃度拡散層33とＮ型の高
濃度拡散層34を形成する（図３（Ａ）図示）。つづい
て、前記基板31上に第１のポリイミド膜35を形成し、前
記Ｐ型の高濃度拡散層33とＮ型の高濃度拡散層34に対し
てコンタクト孔36，37を形成する（図３（Ｂ）図示）。
ひきつづき、基板表面にＡｌをスパッタによって形成
し、通常のフォトリソグラフィ工程によって電極38，39
を形成し、半導体センサーを製造する（図３（Ｃ）及び
図４図示）。ここで、図４は図３（Ｃ）の平面図であ
る。なお、図２においては、説明を簡略化するために、
２つの配線は可撓性薄膜の鉛直方向に対して異なる高さ
に形成されているが、一般的には図４に示したように同
一平面内で分離して配置される。

【００２０】次に、全面に第２のポリイミド膜40を形成
した後、外部装置と接続するための電極領域に開口部41
を形成する（図３（Ｄ）図示）。つづいて、Ｎ型の低濃
度拡散層32以外の全ての半導体基板31の領域をエッチン
グにより除去する（図３（Ｅ）図示）。これは、前記低
濃度拡散層32に正にバイアスしてアルカリ性溶液で電気
化学エッチングを行なうことにより実現できる。つづい
て、ポリイミド膜の所定領域を切り出すことによって、
半導体センサーを実現することができる。

【００２１】（実施例３）図５を参照する。図中の51
は、裏面にＮ型の低濃度半導体薄膜層52が形成されたポ
リイミドからなる可撓性薄膜である。前記低濃度半導体
薄膜層52の前記基板51側の主面には、Ｐ型の第１高濃度
拡散層53、及び電極とオーミックコンタクトを形成する
ためのＮ型の第２高濃度拡散領域54ａ，54ｂが互いに離
間して形成されている。前記第１高濃度拡散層53と第２
高濃度拡散領域54ａ，54ｂに対応する前記基板51には、
コンタクト孔56，57ａ，57ｂが形成されている。また、
前記基板51上及びこれらのコンタクト孔56，57ａ，57ｂ
には、第１高濃度拡散領域53に接続する第１電極58，第
２高濃度拡散領域54ａ，54ｂに夫々接続する前記第２電
極59ａ，59ｂが形成されている。前記電極58，59ａ，59
ｂは、図示しない配線によって外部装置に接続されてい
る。なお、第１高濃度拡散層53，第２高濃度拡散領域54
ａの間の距離は、拡散層の寄生抵抗の影響が少なくなる
ように十分小さいものとする。

【００２２】こうした構成の光センサーをセンシングし
たい部位に配置して第１電極58，第２電極59ａの間に電
圧を印加してＮ型低濃度半導体薄膜層52とＰ型の第１高
濃度拡散層53のＰＮ接合に流れる電流を測定し、更に第
２電極59ａ，59ｂの間の抵抗値も測定する。この抵抗値
は、実質的に第２高濃度拡散領域54ａ，54ｂの間のＮ型
低濃度半導体薄膜層52の抵抗値に対応する。ＰＮ接合を
流れる電流と低濃度半導体層の抵抗値は、いずれも温度
と歪みの両方の影響を受けるが、相対的にＰＮ接合を流
れる電流は温度の影響を強く受け、低濃度半導体層の抵
抗値はピエゾ効果によって歪みの両方の影響を受ける。
従って、この両者を求めることで温度と歪みの両方の値
を得ることができる。

【００２３】このように、実施例３では、高精度の温度
及び歪みセンサーを得ることができる。また、図５にお
いては、図１の場合と同様にセンサーとして機能する半
導体層の上部近傍に電極が配置されているが、図２に示
したのと同様に半導体層と電極を可撓性薄膜を介して十
分に離して配置することもできる。この形態が、スペー
スの限られた領域に実装する上で大きなメリットがある
ことは先に述べた通りである。

【００２４】（実施例４）図６を参照する。図中の符番
61は、裏面に不純物濃度が１×１０¹⁷／cm³ のＮ型半導
体薄膜層62が形成されたポリイミドからなる可撓性薄膜
である。前記Ｎ型半導体薄膜層62の前記基板61側の一主
面には、不純物濃度が１×１０²⁰／cm³ のＮ型の高濃度
領域63が形成されている。前記Ｎ型半導体薄膜層62の所
定の位置とＮ型の高濃度領域63に対応する前記基板61に
は、コンタクト孔64，65が形成されている。また、前記
基板61上及びこれらのコンタクト孔64，65には、Ｎ形半
導体薄膜層62に接続する第１電極66，Ｎ型の高濃度領域
63に接続する第２電極67が夫々形成されている。前記電
極66，67は、図示しない配線によって外部装置に接続さ
れている。

【００２５】こうした構成のセンサーをセンシングした
い部位に配置して電極66，67の間に電圧を印加して電極
間に流れる電流を測定する。ここで、第２電極67はＮ型
半導体薄膜層62に対してオーミック接合となり、第１電
極66はＮ型半導体薄膜層62に対してショットキー接合を
形成する。従って、第１電極66，第２電極67でショット
キーバリアダイオードを構成する。ショットキーバリア
ダイオードの電流は温度と歪みの両方に強く依存するの
で、温度変化の非常に小さい環境では高精度の歪みセン
サーとして機能し、逆に歪みがかからない。あるいは、
一定であるように実装すれば高精度の温度センサーとし
て機能させることができる。また、この構成では、半導
体層内に逆導電型の拡散層を形成する必要がないので、
製造工程を簡略化することができる。

【００２６】上記実施例４においては、１つのセンサー
を外部装置に接続するための電極の近傍に配置した場合
について示したが、電極を可撓性薄膜を介して離して配
置し、更に２つの同一の可撓性薄膜基板上に２つのセン
サーを形成することも可能である。

【００２７】（実施例５）図７を参照する。図中の符番
71は可撓性薄膜である。この可撓性薄膜71には、２つの
ショットキーバリアダイオードを構成する半導体層72，
73が形成され、各々から電極74，75,76，77が引き出さ
れている。ここで、半導体層73は測定すべき歪みが加え
られる用に実装され、半導体層72はその近傍に歪みが加
えられないように配置すると、半導体層72が温度補償用
ダミーゲージとして機能するため、温度と歪みの両方を
高精度に検出することができる。

【００２８】（実施例６）図８を参照する。図中の81
は、裏面にＮ型半導体薄膜層82が形成されたポリイミド
からなる可撓性薄膜である。前記Ｎ型半導体薄膜層82の
前記基板81側の一主面には、Ｐ型高濃度拡散層83、及び
電極とオーミックコンタクトを形成するためのＮ型高濃
度拡散領域84が互いに離間して形成されている。前記Ｐ
型高濃度拡散層83とＮ型高濃度拡散領域84に対応する前
記基板81には、コンタクト孔85ａ，85ｂが形成されてい
る。また、前記基板81上及びこれらのコンタクト孔85
ａ，85ｂには、Ｐ型高濃度拡散層83に接続する第１電極
86ａ，Ｎ型高濃度拡散領域84に夫々接続する前記第２電
極86ｂが夫々形成されている。前記可撓性基板81の内部
には高抵抗の金属薄膜抵抗体87が形成されており、この
両端に第３の電極86ｃ，第４の電極86ｄが接続されてい
る。前記各電極86ａ〜86ｄは、図示しない配線によって
外部装置に接続されている。

【００２９】これをセンシングしたい部位に配置して第
１電極86ａと第２電極86ｂの間に電圧を印加してＮ型半
導体薄膜層82とＰ型高濃度拡散層83のＰＮ接合に流れる
電流を測定し、第３電極86ｃと第４電極86ｄの間に電圧
を印加して金属薄膜抵抗体87に流れる電流を測定する。
先に述べたようにＰＮ接合に流れる電流から温度を求め
ることが可能であるので、これによって金属薄膜抵抗体
87を歪みゲージとして用いた場合の温度補正を行なうこ
とが可能になる。このように実施例６では、正確に温度
補正がなされた歪みゲージを得ることができる。

【００３０】（実施例７）図９を参照する。但し、図８
と同部材は同符号を付して説明を省略し、要部のみを説
明する。この実施例７は、実施例６と比べ、金属薄膜抵
抗体を導電性高分子薄膜抵抗体91に置き換えたことを特
徴とする。この構成でも、先に述べたようにＰＮ接合に
流れる電流から温度を求めることが可能である。一方、
導電性高分子薄膜抵抗体91の抵抗値は温度と歪みの両方
に強く依存するので、ＰＮ接合に流れる電流から求めた
温度によって温度補正を行なうことによって高精度の歪
みセンサーとして機能させることができる。

【００３１】（実施例８）図10を参照する。図中の101
は、裏面にＮ型半導体薄膜層102 が形成されたポリイミ
ドからなる可撓性薄膜である。前記Ｎ型半導体薄膜層10
2 の前記可撓性薄膜101 側の一主面には、Ｐ型高濃度拡
散層103 と、電極とオーミックコンタクトを形成するた
めのＮ型高濃度領域104 と、電子回路が形成された半導
体層105 が互いに離間して形成されている。前記Ｐ型高
濃度拡散層103 に接続された第１配線106aとＮ型高濃度
領域104 に接続した第２配線106bは可撓性薄膜101 の内
部を通って半導体層105 に形成された電子回路の所定領
域に接続されている。更に、この電子回路からは外部に
接続するための必要な数の電極107 に接続されている。

【００３２】Ｎ型半導体薄膜層102 はセンシングしたい
部位に配置され、電子回路で配線106a，106bに電圧が印
加され、その電流値の変化が電子回路で信号処理されて
外部に送られる。この電子回路の機能としては、複数の
センサーに対する信号の振り分け、アンプ、Ａ／Ｄ変換
などが考えられる。

【００３３】この実施例８では、センシングするＮ型半
導体薄膜層102 と信号処理を行う半導体層105 が比較的
近接して配置されているが、狭い場所に組み込む際の必
要に応じてある程度離して配置することも可能であり、
更に１つの電子回路に対して複数のセンサーを形成する
ことも可能である。このようにセンサーと電子回路が可
撓性薄膜に一体形成されていることによって、高精度で
小型化されたセンサーを得ることができる。

【００３４】（実施例９）図11を参照する。但し、図10
と同部材は同符号を付して説明を省略する。この実施例
９は、図10において、Ｎ型半導体薄膜層102 と電子回路
を形成した半導体層105 が、電子回路及びセンサーを形
成した領域と逆導電型の半導体薄膜層111 で覆われてい
る。実施例８のように電子回路を形成した半導体層105
が露出していると、ノイズ影響を受け易く、誤動作や精
度低下の原因となる可能性があるが、このように逆導電
型の半導体薄膜層111 で覆うことによって、そのノイズ
耐性を高めることができる。また、全体として半導体薄
膜層の厚さが増大するために機械的強度が増し、実装の
際の破損の危険を低減することができる。

【００３５】（実施例10）図12を参照する。この実施例
10は、図11に示した構造を実現するための製造方法に関
する。一般的に可撓性薄膜上に半導体薄膜層を形成する
には、Ｐ型半導体基板上に形成すべき半導体薄膜層以外
の領域をエッチングによって除去する電気化学エッチン
グ法が再現性や制御性の点で最も優れていると考えられ
るが、通常はこの方法で半導体薄膜層を制御性良く残存
させることは困難である。

【００３６】これを実現するために、図12に示すような
Ｎ型半導体薄膜層102 ，半導体層105 を形成したＰ型半
導体基板をアルカリ性溶液121 を満たしたエッチング槽
122 に浸して電極123 をカソードとして電気化学エッチ
ングを行う。このとき、エッチングされる面に光を照射
すると、Ｐ型半導体基板とＮ型半導体薄膜層の間に電流
が流れ、Ｐ型半導体基板に電位勾配が生じ、Ｐ型半導体
基板の特定の電位状態になっている領域でエッチングが
停止することになる。これによってＮ形半導体薄膜層10
2 ，半導体層105 をＰ型半導体薄膜層111 で覆うことが
できる。なお、図12で破線124 はエッチング開始前の半
導体基板を示している。このように、実施例10では、可
撓性薄膜101 上にＰ型半導体層で覆われたＮ型半導体薄
膜層を再現性良く形成することが可能になる。

【００３７】（実施例11）図13を参照する。この実施例
11は、図11に示した構造を実現するための製造方法に関
する。図12に示した方法の場合、電気化学エッチングで
は特定の電位となっている領域でエッチングが停止する
ので、基板に対して水平な方向では、エッチングが終了
に近づいた状態で極端に薄膜化された半導体層に多くの
光に起因した電流が流れることから、垂直方向に残存す
るＰ型領域の長さよりも垂直方向に残存するＰ型領域の
長さの方がはるかに大きくなる。

【００３８】そこで、実施例11では、電気化学エッチン
グを行う前の半導体基板131 の電子回路あるいはセンサ
ーを形成するＮ型半導体薄膜層102 ，半導体層105 の外
周にＰ型高濃度領域132 を形成する。こうした構成にす
ることにより、バイアスされたＰＮ接合の空乏層の横方
向への広がりが抑制されるので、残存するＰ型領域の横
方向の長さがむやみに大きくなることはない。このよう
に、実施例11の方法では、可撓性薄膜上に所定の形状の
Ｐ型高濃度領域132 で囲まれたＮ型の半導体薄膜層を得
ることができる。

【００３９】（実施例12）図14を参照する。図中の141
は、裏面にＮ型半導体薄膜層142 が形成されたポリイミ
ドからなる可撓性薄膜である。前記Ｎ型半導体薄膜層14
2 の前記可撓性薄膜141 側の一主面には、Ｐ型高濃度拡
散層143 と、電極とオーミックコンタクトを形成するた
めのＮ型高濃度領域144 が互いに離間して形成されてい
る。前記可撓性薄膜141 上には、前記Ｐ型高濃度拡散層
143 に接続された第１電極 145ａと、Ｎ型高濃度領域14
4 に接続された第２電極 145ｂが形成されている。ま
た、前記可撓性薄膜141の内部には高抵抗の金属薄膜抵
抗体146 が形成され、この両端に第３電極 145ｃ，第４
電極 145ｄが形成されている。更に、前記金属薄膜抵抗
体146 の上方に位置する前記可撓性薄膜141 上部には、
形状記憶合金等の熱力変換素子147 が配置されている。
なお、前記電極 145ａ〜 145ｄは、図示しない配線によ
って外部装置に接続されている。

【００４０】こうした構成のセンサーにおいて、金属薄
膜抵抗体146 に大きな電流を流すと、そのジュール熱に
よって熱力変換素子147 を駆動してアクチュエータとし
て機能させることができる。その装置は、実施例６で示
したように温度及び歪みセンサーとしても機能するの
で、熱力変換素子147 の温度と変異をモニタすることが
可能である。

【００４１】以下、この発明の主な構成、及び具体的な
態様の構成，作用，効果について説明する。 （第１の発明）：可撓性基板と、この基板の一方の主面
に形成された第１導電型の半導体薄膜層と、この半導体
薄膜層の前記基板側の主面に形成された第２導電型の第
１高濃度領域と、前記半導体薄膜層の前記基板側の主面
に前記第１高濃度領域と離間して形成された第１導電型
の第２高濃度領域と、前記可撓性基板の他方の主面に形
成された、前記第１高濃度領域と接続する第１電極と、
前記可撓性基板の他方の主面に形成された、前記第２高
濃度領域と接続する第２電極とを具備することを特徴と
する半導体装置。

【００４２】（第２の発明）：可撓性基板と、この基板
の一方の主面に形成された、不純物濃度が１×１０¹⁸cm
³ 以下の半導体薄膜層と、この半導体薄膜層の前記基板
側の主面に形成された、不純物濃度が１×１０¹⁹cm³ 以
上の高濃度領域と、前記可撓性基板の他方の主面に形成
された、前記半導体薄膜層に接続する第１の電極と、前
記可撓性基板の他方の主面に形成された、前記高濃度領
域に接続する第２の電極とを具備することを特徴とする
半導体装置。

【００４３】（第３の発明）：第１導電型の半導体基板
の一主面に第２導電型の拡散層を形成する工程と、前記
基板上に可撓性薄膜を形成する工程と、前記拡散層にバ
イアスを印加した状態で、半導体基板の他の主面側から
光を照射した状態でエッチングすることによって前記拡
散層及びその周辺の領域を選択的に残存させる工程とを
具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

【００４４】ケース１（図１参照） （構成）樹脂等の可撓性薄膜(11)の一主面に薄膜化され
た第１導電型の半導体層(12)を有し、半導体層(12)に第
２導電型の拡散層(13)と第１導電型の拡散層(14)とを有
し、更に前記拡散層(13)に接続された第１電極(15)と前
記拡散層(14)に接続された第２電極(16)とを有した構成
のもの。 （作用）第１電極(15)と第２電極(16)に電圧を印加する
と、流れる電流は温度や歪みに強く依存する。この電流
の変化を検知することによって必要な物理量をセンシン
グする。 （効果）このような構成のセンサーは、非常に薄くしか
も可撓性を有するので、微小機械装置内の、狭く入り組
んだ部位に対しても実装することができる。更に、必要
に応じて、外部と接続するための電極をセンシングする
部位よりも難しく、任意のレイアウトで配置することが
できる。

【００４５】ケース２（図１参照） （構成）ケース１において、第１導電型の半導体層の濃
度が１×１０¹⁸／cm³以下の場合で、第１電極と第２電
極に印加される電圧が第１導電型の領域と第２導電型の
領域の接合に対して順バイアスとなるように印加される
構成のもの。 （作用）ＰＮ接合ダイオードの順方向電流によってセン
シングする。 （効果）半導体層がシリコンの場合、１Ｖ以下の低電圧
で駆動させることが可能となる。また、この電流の温度
依存性は非常に大きいので、極めて高感度の温度センサ
ーとして利用できる。

【００４６】ケース３（図１参照） （構成）ケース１において、第１導電型の半導体層の濃
度が１×１０¹⁸／ｃｍ^３以下の場合で、第１電極１５と
第２電極16に印加される電圧が第１導電型の領域と第２
導電型の領域の接合に対して逆バイアスとなるように印
加される構成のもの。 （作用）ＰＮ接合ダイオードのアバランシェ電流によっ
てセンシングする。 （効果）半導体層がシリコンの場合、１０〜数１０Ｖ程
度の電圧で駆動させることになるが、比較的小さな消費
電流で安定したセンシングが可能になる。この電流の温
度依存性は非常に大きいので、極めて高感度の温度セン
サーとして利用できる。

【００４７】ケース４（図１参照） （構成）ケース１において、第１導電型の半導体層と第
２導電型の拡散層の不純物濃度が１×１０¹⁸／cm³ 以上
の場合で、第１電極15と第２電極16に印加される電圧が
第１導電型の領域と第２導電型の領域の接合に対して逆
バイアスとなるように印加される構成のもの。 （作用）ＰＮ接合のトンネル電流によってセンシングす
る。 （効果）トンネル電流は温度依存性が比較的小さく、歪
みによるバンドギャップの変化の影響を強く受けるの
で、高精度の歪みセンサーとして適用できる。

【００４８】ケース５（図５参照） （構成）樹脂などの可撓性薄膜(51)の一主面に薄膜化さ
れた第１導電型の半導体層(52)を有し、この半導体層(5
2)の主面に第２導電型の拡散層(53)，第１導電型の拡散
層(54a，54b)を有し、更に拡散層(53)に接続された電極
(58)及び拡散層(54a，54b)に夫々接続された電極(59a，
59b)を有する構成のもの。 （作用）電極(59b) と電極(58)にバイアスを印加するこ
とで、ＰＮ接合ダイオードを流れる電流を検出し、電極
(59a) と電極(59b) の間の半導体低抗層を測定すること
で、温度と歪みの両方をセンシングする。ダイオードの
電流値は相対的に温度の影響を強く受け、半導体抵抗層
の抵抗値はピエゾ抵抗効果によって相対的に歪みの影響
を強く受けるので、この２つを変化から温度と歪みの両
方を求めることができる。 （効果）高精度の温度及び歪みのセンサーとして利用で
きる。

【００４９】ケース６（図６参照） （構成）樹脂などの可撓性薄膜(61)上に形成された半導
体層の、不純物濃度が１×１０¹⁸／cm³ 以下の低濃度領
域(62)に接続された第１電極(66)と不純物濃度が１×１
０¹⁹／cm³ 以上の高濃度領域(63)に接続された第２電極
(67)とを有する構成のもの。 （作用）第１電極(66)と第２電極(67)はショットキーバ
リアダイオードを構成する。この電流の温度依存性は大
きいので高感度の温度センサーとして利用できる。 （効果）半導体層にＰＮ接合を作る必要がないので、少
ない工程数で高精度の温度センサーが得られる。

【００５０】ケース７（図８参照） （構成）樹脂などの可撓性薄膜(81)の一主面に薄膜化さ
れた第１導電型の半導体層(82)を有し、この半導体層(8
2)に第２導電型の拡散層(83)と第１導電型の拡散層(84)
を有し、更に拡散層(83)に接続された電極(86a) と拡散
層(84)に接続された電極(86b) を有し、可撓性薄膜(81)
の内部に形成された金属薄膜抵抗体(87)とその両端に接
続された電極(86c，86d)を有する構成のもの。

【００５１】（作用）電極(86a) と電極(86b) の間と電
極(86c) と電極(86d) の間に夫々電圧を印加し、流れる
電流をモニタする。ＰＮ接合ダイオードの電流と金属薄
膜抵抗を流れる電流の温度及び歪み依存性は異なるの
で、両者の変化を求めることによって歪みと温度の両方
を求めることができる。 （効果）単純な構成で、温度と歪みに対する高精度のセ
ンサーが得られる。

【００５２】ケース８（図９参照） （構成）樹脂などの可撓性薄膜(81)の一主面に薄膜化さ
れた第１導電型の半導体層(82)を有し、この半導体層(8
2)に第２導電型の拡散層(83)と第１導電型の拡散層(84)
を有し、更に拡散層(83)に接続された電極(86a) と拡散
層(84)に接続された電極(86b) を有し、可撓性薄膜(81)
の内部に形成された導電性高分子抵抗体(91)とその両端
に接続された電極(86c) 及び(86d) を有する構成のも
の。 （作用）電極(86a) と電極(86b) の間と電極(86c) と電
極(86d) の間に夫々電圧を印加し、流れる電流をモニタ
する。ＰＮ接合ダイオードの電流と導電性高分子抵抗体
(91)を流れる電流の温度及び歪み依存性は異なるので、
両者の変化を求めることによって歪みと温度の両方を求
めることができる。 （効果）導電性高分子抵抗体の抵抗値の歪み依存性は一
般的に大きく、一方ＰＮ接合ダイオードの電流は歪みよ
りも温度による変化が支配的であるので高精度の温度及
び歪みのセンシングが可能となる。

【００５３】ケース９（図１０参照） （構成）樹脂などの可撓性薄膜(101) の一主面に第１導
電型の半導体層(102)及び電子回路が形成された半導体
層(105) を有し、半導体層(102) に第２導電型の拡散層
(103) ，第１導電型の領域(104) を有し、可撓性薄膜(1
01) 内に半導体層(105) ，拡散層(103) に接続する配線
(106a)と半導体層(105) ，領域(104) に接続する配線(1
06b)を有し、更に半導体層(105) から外部に接続するた
めの電極(107) を有する構成のもの。 （作用）半導体層(105) の電子回路は半導体層(102) の
ＰＮ接合ダイオードに電圧を印加する機能とその電流の
変化を増幅するなどの信号処理機能を有する。処理され
た出力信号は電極(107) を介して外部装置に接続され
る。 （効果）センサーに近接して信号処理回路が配置できる
ため、より高感度なセンサーを得ることができる。 ケース１０（図１１参照） （構成）第１導電型の半導体層(102) ，(105) が第２導
電型の半導体層(111)で覆われた構成のもの。 （作用）半導体層の厚さが半導体層(102) ，(105) のみ
の場合と比較して厚くなるので、デバイスの機械的強度
が増す。また、デバイスが導電性の構造体に接触して配
置された場合でも、構造体の電位によってセンサーや電
子回路の特性が影響を受けることはない。 （効果）機械的強度が高く、構造体の電位の変動などの
外乱の影響を受けにくい電子デバイスを得ることができ
る。

【００５４】ケース１１（図１２参照） （構成）図１１に示した電子デバイスの製造方法に関す
るもので、半導体層(102) ，(105) がＰ型半導体基板に
形成されたＮ型拡散層であって、半導体層(102) ，(10
5) に正のバイアスを印加した状態で、半導体基板の不
要部分を除去する方法において、この除去工程が光を照
射しながらアルカリ性溶液でエッチングすることによっ
てなされる構成のもの。 （作用）Ｎ型領域に正のバイアスを印加した状態でＰ型
領域をエッチングすると、通常はＮ型領域のみが残存す
るが、エッチング中に光を照射することによって、基板
とＮ型領域の接合に電流が流れ、Ｎ型領域の周辺のＰ型
領域を残存させることができる。

【００５５】ケース１２（図１３参照） （構成）図２に示した製造方法を適用する場合にあっ
て、Ｐ型の半導体基板(131) に形成されたＮ型拡散層(1
02) ，(105) の外周に高濃度のＰ型拡散層(132)を形成
した構成のもの。 （作用）図２の方法ではアルカリ性溶液によるエッチン
グが終了に近づいた時点で、横方向に大きな電流が流
れ、残存するＰ型領域が相当に広がる。そこで、Ｎ型領
域の外周に高濃度のＰ形領域を配置することによって、
この領域での電位が高くなることを防止して残存領域の
横方向への過度の広がりをなくす。 （効果）製造工程を増やすことなく機械的強度が高く、
構造体の電位の変動などの外乱の影響を受けにくい電子
デバイスを得ることができる。

【００５６】ケース１３（図１４参照） （構成）可撓性薄膜(141) の一主面に第１導電型の半導
体薄膜層(142) を有し、この半導体薄膜層(142) に第２
導電型の拡散層(143) ，第１導電型の領域(144) を有
し、可撓性薄膜(141) に拡散層(143) ，領域(144) に夫
々接続された電極(145a)及び(145b)を有し、可撓性薄膜
(141) 内に薄膜金属抵抗体(146) とその両端に接続され
た電極(145c)と(145d)を有し、金属薄膜抵抗体(146) の
上部に形状記憶合金等の熱力変換素子(147) を配置した
構成のもの。 （作用）電極(145c)，(145d)間に通電することで熱力変
換素子147 を加熱・駆動する。ここで、電極(145b)と(1
45a)にも電圧を印加し、流れる電流をモニタして温度を
求め、金属薄膜抵抗体(146) に流れる電流を制御して、
熱力変換素子(147) の動作を制御する。 （効果）高精度の温度センサーによって、熱力変換素子
(147) を用いたアクチュエータを高精度に制御すること
ができる。

【００５７】なお、上記実施例では、可撓性基板の材質
としてポリイミドを用いた場合について述べたが、これ
に限らず、例えばポリパラキシリレン，シリコーンゴム
でもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
可撓性基板に実装するために生じる小形化の制約を回避
して可撓性基板と一体化し得るとともに、超小型で高精
度化を実現し、温度補償用ダミーゲージとして機能し
え、正確な温度補正がされた歪みゲージとし機能しえ、
更には機械的強度が大きい等の種々の効果を有した半導
体センサー等の半導体装置及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係る半導体センサーの断
面図。

【図２】この発明の実施例２に係る半導体センサーの断
面図。

【図３】この発明に係る半導体センサーの製造方法を工
程順に示す断面図。

【図４】図３（Ｃ）の平面図。

【図５】この発明の実施例３に係る半導体センサーの断
面図。

【図６】この発明の実施例４に係る半導体センサーの断
面図。

【図７】この発明の実施例５に係る半導体センサーの断
面図。

【図８】この発明の実施例６に係る半導体センサーの断
面図。

【図９】この発明の実施例７に係る半導体センサーの断
面図。

【図１０】この発明の実施例８に係る半導体センサーの
断面図。

【図１１】この発明の実施例９に係る半導体センサーの
断面図。

【図１２】この発明の実施例１０に係る半導体センサー
の製造方法の説明図。

【図１３】この発明の実施例１１に係る半導体センサー
の断面図。

【図１４】この発明の実施例１２に係る半導体センサー
の断面図。

【符号の説明】

11，51，61，71，81，101 ，141 …可撓性薄膜、11ａ，
11ｂ，56，57ａ，57ｂ，64，65，85ａ，85ｂ，36，37…
コンタクト孔、12，52，82，102 ，111 ，142 …半導体
薄膜層、13，14，54ａ，54ｂ，63，83，84，104 ，144
…高濃度領域、15，16，38，39，58，59ａ，59ｂ，74，
75，76，77，86ａ〜86ｄ， 106ａ，106ｂ， 107， 14
5ａ〜145 ｄ…電極、 31…半導体基板、72，73
…半導体層、 87，146 …金属
薄膜抵抗体、91…導電性高分子薄膜抵抗体、
147 …熱力変換素子。

───────────────────────────────────────────────────── 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 23/50 Ｓ 29/84 Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓性基板と、この基板の一方の主面に
   形成された第１導電型の半導体薄膜層と、この半導体薄
   膜層の前記基板側の主面に形成された第２導電型の第１
   高濃度領域と、前記半導体薄膜層の前記基板側の主面に
   前記第１高濃度領域と離間して形成された第１導電型の
   第２高濃度領域と、前記可撓性基板の他方の主面に形成
   された、前記第１高濃度領域と接続する第１電極と、前
   記可撓性基板の他方の主面に形成された、前記第２高濃
   度領域と接続する第２電極とを具備することを特徴とす
   る半導体装置。
2. 【請求項２】 可撓性基板と、この基板の一方の主面に
   形成された、不純物濃度が１×１０¹⁸cm³ 以下の半導体
   薄膜層と、この半導体薄膜層の前記基板側の主面に形成
   された、不純物濃度が１×１０¹⁹cm³ 以上の高濃度領域
   と、前記可撓性基板の他方の主面に形成された、前記半
   導体薄膜層に接続する第１の電極と、前記可撓性基板の
   他方の主面に形成された、前記高濃度領域に接続する第
   ２の電極とを具備することを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 第１導電型の半導体基板の一主面に第２
   導電型の拡散層を形成する工程と、前記基板上に可撓性
   薄膜を形成する工程と、前記拡散層にバイアスを印加し
   た状態で、半導体基板の他の主面側から光を照射した状
   態でエッチングすることによって前記拡散層及びその周
   辺の領域を選択的に残存させる工程とを具備することを
   特徴とする半導体装置の製造方法。