JPS60154576A - 半導体歪検出器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体単結晶からなるピエゾ抵抗素子を用い
た半導体歪検出器の製造方法に関するものである。

従来この種の半導体歪検出器においては、半導体単結晶
基板の略中夫に設けた圧力に応じて起歪する起歪部に、
当該基板と異なる導電性を有するピエゾ抵抗領域を形成
した構造を有しており、ピエゾ抵抗領域間の絶縁は、当
該抵抗領域と基板間のＰＮ接合によって保たれている。

このため、特に高温時において、ＰＮ接合間のリーク電
流に起因しているＳＮ比が低下する等の欠点が生じた。

一方、上記欠点を克服する目的で、５Ｏ８（ｓｉｌｉｃ
ｏｎ　ｏｎ　５ａｐｐｈｉｒｅ　）型圧力センサが提案
さｋているが、これは、基板にす゛ファイアを使用して
いるため、高価な上にダイヤプラムの加工が困ｎ−ｃ′
あるという欠点があった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり
、その目的は、リーク電流を小さくすることにより圧力
センサとして６使用部度範囲の上限を向上するとともに
、基板に半導体ウェハを使用することにより、ＳＯ８型
圧力センサの欠点であったダイヤフラムの加工のむずか
しさを克服して加工性の良好な半導体歪検出器の製造方
法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、半導体単
結晶基板上に半導体化合物、または金属化合物からなる
絶縁層を設け、この絶縁層の上に金属極薄膜を設け、こ
の金属極ｉ膜上に多結晶、あるいは非晶質の半導体層を
設け、この多結晶、あるいは非晶質の半導体層を溶融再
固化することで、半導体単結晶からなるピエゾ抵抗素子
を形成し、このピエゾ抵抗素子の電極となるメタリーゼ
ーションパタンを形成するものである。

以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

第り図は、本発明の半導体歪検出器における一実施例で
ある半導体圧力変換器の構成を示す断面図である。同図
においてｌは単結晶シリコンからなる基板である。この
基＠ｌは、エツチングにより裏面の略中央部を削除して
形成したダイヤフラム１ａと同縁部の固定部１ｂとから
なり、その表面上に二酸化シリコンからなる絶縁層２ａ
、２ｂが設けである。３は単結晶シリコンからなるピエ
ゾ抵抗素子で、絶縁層２ａ、２ｂの上に例えばタングス
テンからなる金属極薄膜４を介して形成されている。５
は電極パターンである。

このように、単結晶シリコンからなる基板１の表面上に
二酸化シリコンからなる絶縁層２ａ１２ｂを設け、その
上にピエゾ抵抗素子３を形成したことにより、ピエゾ抵
抗素子３は完全な絶縁体によって絶縁が保たれるため、
従来のＰＮ接合による場合に比較して高温時のリーク電
流が極めて小さくなる。

この場合、単結晶シリコンからなるピエゾ抵抗素子３を
形成する際に、金属極薄膜４を絶縁層２の上に設けるこ
とで、溶融シリコンの濡れ性が良くなり、均一な単結晶
シリコンを成長させることができる。

このような半導体圧力変換器は例えば次のようにして形
成される。

即ち、第２図において、単結晶シリコンウェハからなる
基板ｌの表面に熱酸化法で二酸化シリコン層２ａを形成
し、さらにその上に、タングステン等からなる金属極薄
膜４をスパッタリングにより形成する。（第２図（ａ）
）。次いで、二酸化シリコン層２ａと金属極薄膜４にお
ける、ピエゾ抵抗　１素子を形成すべき領域部分だけを
残して、エツチングにより削除し、島状領域２ａ、４を
形成するＱこの表面に、ＣＶＤ法により多結晶または非
晶質シリコン層６を形成する。（第２図中））。その後
、ストリップヒータによるラテラルシーディング法で、
多結晶または非晶質シリコン層６を溶融再固化して単結
晶化する。この際、前記二酸化シリコン層２ａと金属極
薄膜４を削除した領域がラテラルシーディングの際の種
となって単結晶化が起こり、それが島状領域２ａ、４の
上に達すると、金属極薄膜４の作用で溶融シリコンの濡
れ性が向上し、したがって溶融シリコンが液滴状となら
ず均一な単結晶層が得られる。その後、不要部のシリコ
ンをアルカリによるエツチング等で削除し、島状に分離
されたピエゾ抵抗素子３を形成する（第２図（Ｃ））。

次いで、再び熱酸化により二酸化シリコン層２ｂを形成
して上記ピエゾ抵抗素子３を覆う（第２図（ｄ））。

次いで、図上省略したが、この二酸化シリコン層２ｂの
上にＣＶＤにより更に二酸化シリコン層を形成してコー
ティングを施した後、電極形成のため、第１図に示すよ
うにこれら二酸化シリコンからなる絶縁層２ｂに、エツ
チングにより孔を設。

け、金！ｔｉ膜を形成した後、エツチングして所望のパ
ターンを有するメタリゼーシ日ンバタン５を形成する。

次いで、基板１の裏面略中央部をエツチングにより削除
してダイヤフラムｌａを形成することにより、第１図に
示すような半導体圧電変換器が形成できる。

なお、上記実施例では、絶縁層２ａ、２ｂとして二酸化
シリコンを用いたが、これ以外にも窒化シリコンであっ
てもよく、または酸化アルミニウム等の金属化合物から
なる絶縁物であってもよい。

また、上記実施例では、二酸化シリコン層２ａと金属極
ｖＩ＃膜４とを削除した領域を、多結晶、または非晶質
のシリコン層６の溶融再固化による単結晶シリコン３の
成長に利用するため、あらかじめ、二酸化シリコン層２
ａｓ金属極薄膜４を島状領域としていたが、第２図（ａ
ｌの状態で、あらかじ　゛め、結晶面及び方位を決める
溝状のものを下地絶線層２ａに設けておくグレーティン
グ構造にしておき、その上に金属極薄膜４を介して多結
晶または非晶質のシリコン層６を設けて溶融再固化して
もかまわない。（グラフオエピタキシ法）また上記実施
例では、単結晶シリコン３を、二酸化シリコン層２ａと
金属極薄膜４の上に島状に形成したが、かわりに所謂Ｌ
ＯＣＯ３法で絶縁層中にうめ込むように形成してもよい
。

つまりこのように、ピエゾ抵抗素子３は種結晶がある場
合にはその結晶面及び方位に従うので結晶面及び方位の
選び方により、また種結晶のない場合には照射するエネ
ルギービームの走査方向または下地絶縁膜のグレーティ
ング構造等により、結晶面及び方位を制御して、圧力に
対する感度を大きくすることが可能となる。

また、上記実施例では、半導体圧力変換器について述べ
ているが、本発明は半導体圧力変換器に限ったものでは
なく、歪ゲージを使用する歪検出器一般の製造に用いて
もかまわない。

以上説明したように、本発明によれば、半導体単結晶基
板上に絶縁層を設け、さらに絶縁層上に金属極薄膜を設
け、この金属極薄膜上に多結晶、または非晶質の半導体
層を設け、この多結晶、または非晶質の半導体層を溶融
した時、金属極薄膜により、溶融半導体の濡れ性が、絶
縁層上に直接溶融した場合より、はるかに向上し、これ
を再固化すると結晶性が均一良好な半導体単結晶からな
るピエゾ抵抗素子を形成することができ、また、そのピ
エゾ抵抗素子は、半導体単結晶基板上に形成した半導体
化合物、または、金属化合物からなる絶縁層と、さらに
ピエゾ抵抗素子の上に設けた前記絶縁層と同材料の絶縁
層を設けたことから、確実に絶縁分離することができる
ので、高温におけるリーク電流を極めて少なくすること
ができる。

またピエゾ抵抗素子の結晶方位を制御することができる
のでピエゾ抵抗係数の大きな結晶方位を選択できるとい
う優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

え□。。□。−え、％ｇ、、）□１カ、あ、１の構成を
示す断面図、第２図（ａｌ〜（ｄｌはその各製造工程に
おける断面図である。 １・・・基板、２・・・絶縁層、３・・・ピエゾ抵抗素
子。 ４・・・金属極薄膜、５・・・メタリゼーションバタン
。 ６・・・多結晶、または非晶質半導体層。 代理人弁理士　岡　部　隆

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体単結晶基板の上に半導体化合物、または金属化合
   物からなる絶縁層を珍成し、前記絶縁層の上に金属極薄
   膜を形成し、前記金属極薄膜の上に多結晶、または非晶
   質の半導体層を形成し、前記多結晶、または非晶質の半
   導体層を溶融再固化することで半導体単結晶からな′る
   ピエゾ抵抗素子゛　を形成し、前記ピエゾ抵抗素子の電
   極となるメタリゼーションバクンを形成した半導体歪検
   出器の製造方法。