JPS6032993B2 - Semiconductor stress sensor and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor stress sensor and its manufacturing method

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JPS6032993B2
JPS6032993B2 JP11947576A JP11947576A JPS6032993B2 JP S6032993 B2 JPS6032993 B2 JP S6032993B2 JP 11947576 A JP11947576 A JP 11947576A JP 11947576 A JP11947576 A JP 11947576A JP S6032993 B2 JPS6032993 B2 JP S6032993B2
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piezoresistor
silicon
diaphragm
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は応力センサに関し、特にピェゾ抵抗効果を基に
した半導体応力センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to stress sensors, and more particularly to semiconductor stress sensors based on the piezoresistive effect.

応力センサの変換手段としてシリコン中におけるピェゾ
抵抗効果を使用することは周知であり、そのような応力
センサは広く使用されている。
The use of piezoresistive effects in silicon as a transducer for stress sensors is well known and such stress sensors are widely used.

p型領域がpn接合により分離された抵抗として機能す
るように、通常はn形シリコン層の内部にp形領域が拡
散により形成される。普通はこの抵抗はダイアフラム構
造中に形成され、このダイアフラム構造中に測定すべき
応力が加えられる。このp形領域すなわち抵抗に2点で
電気的に接触し、応力が加えられている間にピェゾ抵抗
効果に起因するそれらの接触点の間の抵抗値変化を測定
することにより、加えられた応力の大きさを測定できる
。ピェゾ抵抗効果を利用して応力を測定するための抵抗
すなわちピェゾ抵抗として機能する、そのような表面拡
散されたp形領域を汚染等から保護するために、それら
の領域と、この周囲を何らかの保護カバーで覆う必要が
ある。
A p-type region is typically formed by diffusion within an n-type silicon layer so that the p-type region functions as a resistor separated by a pn junction. Usually this resistance is formed in a diaphragm structure into which the stress to be measured is applied. By electrically contacting this p-type region or resistor at two points and measuring the resistance change between those contact points due to the piezoresistive effect while the stress is being applied, the applied stress can be measured. The size of can be measured. In order to protect such surface-diffused p-type regions from contamination, etc., which function as resistors for measuring stress using the piezoresistive effect, i.e., piezoresistors, some protection is applied to these regions and their surroundings. Must be covered with a cover.

少くともピェゾ抵抗とその周囲の部分を、そして多くの
場合にはシリコンの全面を覆うために、シリコンの表面
に二酸化シリコンの層が通常設けられる。二酸化シリコ
ンとシリコンとの境界面がシリコンの表面にもちろん生
ずる。
A layer of silicon dioxide is usually provided on the surface of the silicon to cover at least the piezoresistor and its surrounding area, and often the entire surface of the silicon. A silicon dioxide-silicon interface naturally occurs at the surface of the silicon.

この場合にはp形不純物が拡散された領域すなわちピェ
ゾ抵抗の不純物濃度が最高である部分付近から拡散が行
われる。これは表面拡散過程の特徴である。二酸化シリ
コンはその形成中にある種のp形不純物をとり入れるか
ら、シリコンの表面に生ずる最高不純物濃度は初めの最
高濃度から十分に変えることができる。そのためにシリ
コン中の最高不純物濃度と、シリコン中の不純物の総量
とが拡散の後では減少する。最高不純物濃度値は温度に
関する応力センサの変換性能に密接に関連し、その性能
はある温度範囲の温度の関数としての抵抗値変化対印加
応力、すなわち、ピヱゾ抵抗の温度係数である。与えら
れた任意の温度におけるピェゾ抵抗全抵抗値は、p形領
域中に含まれている不純物の総量にもちろん関連する。
従って、ある特定の温度におけるピヱゾ抵抗の抵抗値と
、ある温度範囲にわたるピェゾ抵抗の抵抗値対応力とは
、保護用の二酸化シリコン層の形成のために十分大きい
変化を受ける。
In this case, the p-type impurity is diffused from the vicinity of the region where the impurity concentration is the highest, that is, the portion of the piezoresistor where the impurity concentration is highest. This is a characteristic of surface diffusion processes. Since silicon dioxide incorporates certain p-type impurities during its formation, the maximum impurity concentration occurring at the surface of the silicon can vary significantly from the initial maximum concentration. Therefore, the maximum impurity concentration in silicon and the total amount of impurities in silicon decrease after diffusion. The maximum impurity concentration value is closely related to the conversion performance of the stress sensor with respect to temperature, which is the change in resistance versus applied stress as a function of temperature over a temperature range, ie, the temperature coefficient of the piezoresistance. The total resistance of a piezoresistor at any given temperature is of course related to the total amount of impurities contained in the p-type region.
Therefore, the resistance value of the piezoresistor at a particular temperature and the resistance response of the piezoresistor over a temperature range undergoes a change that is large enough to allow for the formation of the protective silicon dioxide layer.

そのような二酸化シリコン保護層の形成に起因する影響
はセンサ間で大幅に異なり、特にセンサが異なるロット
で製造された場合にはその影響の違いは大きいから、得
られるピヱゾ抵抗の性質は大幅に相違する。そのために
応力センサに加えられる応力を正確に反映する応力検出
装置の出力信号を発生するためには、応力センサの特性
の違いを補償せねばならないという困難な問題が生ずる
。ピェゾ抵抗の特性の違いが、前記のような応力センに
よる測定が不正確となる唯一の理由ではない。
Since the effects due to the formation of such a silicon dioxide protective layer vary widely between sensors, especially when the sensors are manufactured in different lots, the properties of the resulting piezoresistors can vary significantly. differ. This creates the difficult problem of having to compensate for differences in the characteristics of the stress sensors in order to generate an output signal of the stress sensing device that accurately reflects the stress applied to the stress sensor. Differences in the characteristics of piezoresistors are not the only reason why measurements using stress sensors such as those described above are inaccurate.

二酸化シリコン自体と、ダイアフラムの上に生ずる他の
物質や、ピェゾ抵抗に接続されたり、ピェゾ抵抗を横切
る金属製の相互接続リード線の有無などが、温度変化と
印加応力とに対するダイアフラムの熱的応答と機械的応
答を変える。ダイアフラムの応答のこのような変化のた
めにダイアフラムに加えられる外部応力の決定に更に誤
差が生ずるが、そのような変化はダイアフラムとその被
覆物質との間の境界において生ずる温度依存性の内部応
力と、熱的および機械的なヒステリシスによって生ずる
のである。それらの影響の程度は応力センサが異なると
かなり大幅に異なる。内部応力はダイアフラム内の2種
類またはそれ以上の物質の熱膨張率が異なるからである
。ヒステリシスは応力または温度が変化すると、2種類
またはそれ以上の物質が相互にすべるからである。内部
でそれらの有害な応力が発生される典型的な状況は、二
酸化シリコンがイオンにより汚染されることを防ぐため
に、二酸化シリコンの上に窒化シリコン層を形成したり
、二酸化シリコンの上に有機物を被覆している場合であ
る。
The silicon dioxide itself and other materials present on the diaphragm, including the presence or absence of metal interconnect leads connected to and across the piezoresistors, affect the diaphragm's thermal response to changes in temperature and applied stress. and change the mechanical response. These changes in the diaphragm response introduce further errors in the determination of the external stress applied to the diaphragm, but such changes are combined with the temperature-dependent internal stresses that occur at the interface between the diaphragm and its covering material. , caused by thermal and mechanical hysteresis. The extent of their influence differs quite significantly for different stress sensors. This is due to the fact that two or more materials within the diaphragm have different coefficients of thermal expansion. Hysteresis is due to the sliding of two or more materials relative to each other as stress or temperature changes. Typical situations in which these harmful stresses are generated internally include forming a silicon nitride layer on top of the silicon dioxide or adding organic materials on top of the silicon dioxide to prevent the silicon dioxide from being contaminated by ions. This is the case when it is covered.

このような有機物を使用するとヒステリシスの問題も起
る。比較的低価格の応力センサでヒステリシスを解消す
る試みは、ヒステリシスの影響を補償することに向けう
れるのではなく、その問題を小さくすることによって行
うことに経済的な意味がある。その理由は、、補償には
ヒステリシスループの過去のサイクルにわたるヒステリ
シス源の歴史を記憶するために記憶装置を要するからで
ある。この問題は異なる応力センサ間でのヒステリシス
ループが異なることによって複雑になる。従って、ヒス
テリシスの問題に更に大きな問題を加えることは厳しく
避けなければならない。内部応力が生ずると温度係数が
変化し、温度補償を行うことが困難となるから内部応力
も明らかに望ましくない。しかし、二酸化シリコン被覆
層のイオンによる汚染を防ぐためにそのような別の被覆
物質を使用することはしばしば試みられている。という
のは、そのようなイオンの汚染によりピェゾ抵抗の性質
が時間の経過とともに大幅に変化するからである。{i
}二酸化シリコン中の汚染物質であって、二酸化シリコ
ンとシリコンとの間の境界面に到達できる移動するイオ
ンと、剛二酸化シリコンとシIJコンとの境界面に電荷
を誘導できる二酸化シリコン汚染固定イオン電荷とのた
めに保護すべき拡散抵抗も、設けられる二酸化シリコン
層により多かれ少かれ経済的に電気的に不安定にされる
The use of such organic substances also causes the problem of hysteresis. It makes economic sense to attempt to eliminate hysteresis in relatively low cost stress sensors by minimizing the problem, rather than by focusing on compensating for the effects of hysteresis. The reason is that compensation requires storage to remember the history of the hysteresis source over past cycles of the hysteresis loop. This problem is complicated by the different hysteresis loops between different stress sensors. Therefore, adding even greater problems to the hysteresis problem must be strictly avoided. Internal stresses are also clearly undesirable since they change the temperature coefficient and make temperature compensation difficult. However, attempts are often made to use such other coating materials to prevent ionic contamination of the silicon dioxide coating layer. This is because such ionic contamination causes the properties of the piezoresistor to change significantly over time. {i
}Contaminants in silicon dioxide, such as mobile ions that can reach the interface between silicon dioxide and silicon, and fixed silicon dioxide contamination ions that can induce charges at the interface between rigid silicon dioxide and silicon IJ. The diffused resistor, which is to be protected against charge, is also made more or less economically unstable electrically by the silicon dioxide layer provided.

このように経時的不安定性が生ずるのは、二酸化シリコ
ンとシリコンとの境界面に現われる電荷が、最初にn形
シリコン領域にしようとした部分であって最初にp形領
域にしようとした部分の外側にあったシリコン層の部分
をp形に変えるからである。
This instability over time occurs because the charge that appears at the interface between silicon dioxide and silicon is in the area that was initially intended to be an n-type silicon region and in the area that was initially intended to be a p-type silicon region. This is because the outer portion of the silicon layer is changed to p-type.

そのために本来のp形領域が広がって拡散されたp形領
域に予定した抵抗値が低くなる。更にこの現象は逆導電
形の隣接する領域の間にも起りpn接合の面積が広くな
る。この付加されたp形領域部分のためにp形領域の面
積の拡大と接合面積が広くなり、初めのp形領域で予定
していた抵抗値が低くなる。接合面積が広くなると接合
の洩れ電流が増加し、そのために抵抗値が低くなる。上
記のセンサの構造における二酸化シリコンとシリコンと
の境界面に生ずる電荷は、センサの電気的性質を経時変
化させる原因となる。
Therefore, the original p-type region expands and the resistance value intended for the diffused p-type region becomes lower. Furthermore, this phenomenon also occurs between adjacent regions of opposite conductivity types, increasing the area of the pn junction. Due to this added p-type region, the area of the p-type region and the junction area become larger, and the resistance value originally planned for the p-type region becomes lower. As the junction area increases, the leakage current of the junction increases, which lowers the resistance value. The charge generated at the interface between silicon dioxide and silicon in the above sensor structure causes the electrical properties of the sensor to change over time.

その理由は、それらの電荷の量と場所が変化するために
、シリコン層の内部に形成されているp形領域すなわち
ピェゾ抵抗が変わるからである。それらの境界面電荷は
、センサが使用されている環境と、センサの製造方法と
に密接に関連して、量が時間とともに大幅に変化する。
移動電荷もセンサの使用中に印加される電圧と温度とに
応じて、二酸化シリコン中の場所が時間的に変化する。
半導体応力センサ中のピェゾ抵抗により発生される外部
応力を示す信号は、ほとんど常に信号処理回路に加えら
れる。
This is because the amount and location of these charges change, which changes the p-type region or piezoresistance formed inside the silicon layer. These interfacial charges vary significantly in amount over time, closely related to the environment in which the sensor is used and how the sensor is manufactured.
The mobile charge also changes location in the silicon dioxide over time depending on the voltage and temperature applied during use of the sensor.
A signal indicative of external stress generated by a piezoresistor in a semiconductor stress sensor is almost always applied to a signal processing circuit.

少くとも、加えられた応力に応じて発生される応力セン
サの出力は、シリコンビェゾ抵抗では常に温度とともに
変化する。すなわち、第1図に示すように全てのピェゾ
抵抗は温度係数を有する。第1図にはT,,T2,T3
の3つの絶対温度と、2つの最高不純物濃度MC,,M
C2とにおける抵抗値の変化量△Rと応力Sとの関係を
示すグラフが示されている。この場合にはアクセプ夕原
子の総数Npは一定に保たれている。応力検出装置がそ
れに加えられた外部応力を正確に測定するためには、圧
電抵抗のこの温度特性を信号処理回路により常に補償せ
ねばならない。
At least the output of the stress sensor, which is generated in response to applied stress, always changes with temperature for silicon viezoresistors. That is, all piezoresistors have a temperature coefficient as shown in FIG. Figure 1 shows T,,T2,T3
three absolute temperatures and two maximum impurity concentrations MC,,M
A graph showing the relationship between the amount of change ΔR in resistance value and stress S in C2 is shown. In this case, the total number of acceptor atoms Np is kept constant. In order for the stress sensing device to accurately measure the external stress applied to it, this temperature characteristic of the piezoresistor must always be compensated for by the signal processing circuit.

第1図に示す特性が、{i}異なるセンサ間で一様であ
り、{ii}経時変化がなく、(iii}加えられて熱
と応力との履歴から独立しているのであれば、信号処理
回路からの出力信号が応力センサに加えられた応力を常
に正確に示すように、信号処理回路をピェゾ抵抗の温度
依存性を打ち消すように、信号処理回路をピェゾ抵抗の
温度依存性を打ち消すように設計できる。しかし、前記
したように、表面拡散されたピェゾ抵抗を含むシリコン
の表面の上に二酸化シリコン層を形成すると、ピェゾ抵
抗が不均一となり、ピェゾ抵抗の熱的応答と機械的応答
が劣化し、特性が時間の経過とともに不安定となる。
If the characteristics shown in Figure 1 are {i} uniform among different sensors, {ii} do not change over time, and (iii) are independent of the history of applied heat and stress, then the signal The signal processing circuit is configured to cancel the temperature dependence of the piezoresistor so that the output signal from the processing circuit always accurately represents the stress applied to the stress sensor. However, as mentioned above, when a silicon dioxide layer is formed on the surface of silicon containing surface-diffused piezoresistors, the piezoresistors become non-uniform and the thermal and mechanical responses of the piezoresistors are affected. It deteriorates and its characteristics become unstable over time.

多くの場合にはヒステリシスを完全に補償しようとする
ことは全く非実用的であるためにこの温度特性が異なる
場合には、ユニットごとに補償量を調節せねばならない
。また、センサュニツトごとに異なるピェゾ抵抗の抵抗
値も同様に補償せねばならない。そのような補償には時
間と経費を要する。そして、温度特性と抵抗値とが使用
中に経時変化を起すと、補償もそれに伴って調節せねば
ならず、そのために多くの用途にそれらの応力センサを
使用できなくなる。本発明による、半導体圧力センサに
おける半導体層は、加えられた応力を検出するために設
けられた第2導電形の選択された第1の領域を含みかつ
、選択された領域を除いて第1導電形からなる。
In many cases, it is completely impractical to completely compensate for hysteresis, so if the temperature characteristics differ, the amount of compensation must be adjusted for each unit. Furthermore, the resistance value of the piezoresistor, which varies from sensor unit to sensor unit, must be compensated for in the same way. Such compensation requires time and expense. And if the temperature characteristics and resistance value change over time during use, the compensation must be adjusted accordingly, making these stress sensors unusable in many applications. The semiconductor layer in the semiconductor pressure sensor according to the invention includes a selected first region of a second conductivity type provided for detecting applied stress, and except for the selected region, the semiconductor layer is of a first conductivity type provided for detecting applied stress. Consists of shapes.

この半導体層は一部はセンサのダイアフラム内にあり、
ある程度まではセンサの拘束部分内に含まれる。第1領
域の少くとも一部はダイアフラム内に含まれ、、第1不
純物が添加されるために第2導電形となる。この第1不
純物は第1領域のダイアフラム内に含まれる、半導体層
の表面から離隔されている部分での濃度が最高である。
第1領域は半導体層の拘束部分にも設けることができる
。第1不純物濃度が最高である領域と、ダイアフラム内
でその領域から隔てられている半導体層の表面部分との
間のスペースに、第1導電形の第2領域を設けることが
できる。半導体層は半導体基板上に設けられるェピタキ
シャル層とすることができる。
This semiconductor layer is partially within the diaphragm of the sensor;
To some extent it is included within the constraint part of the sensor. At least a portion of the first region is included within the diaphragm and has a second conductivity type due to the addition of the first impurity. The concentration of the first impurity is highest in a portion of the diaphragm in the first region that is spaced apart from the surface of the semiconductor layer.
The first region can also be provided in a constrained portion of the semiconductor layer. A second region of the first conductivity type can be provided in the space between the region of highest first impurity concentration and a surface portion of the semiconductor layer separated from that region within the diaphragm. The semiconductor layer can be an epitaxial layer provided on a semiconductor substrate.

この基板にはダイアフラムと拘束構造を設けるための凹
部が設けられる。シリコンまたは熱膨張率の小さいガラ
スのような、熱膨張率が基板のそれに非常に近い物質を
基板に接合し、応力センサのサポートあるいは伝達手段
を形成したり、ダイアフラムの一方の側に固定基準圧を
封入することもできる。そのような半導体応力センサは
、半導体層中にイオンを注入して第1領域を形成し、そ
れから半導体層中に第2領域を形成する。
This substrate is provided with a recess for providing a diaphragm and a restraining structure. A material with a coefficient of thermal expansion very close to that of the substrate, such as silicon or a glass with a low coefficient of thermal expansion, can be bonded to the substrate to form a support or transmission means for the stress sensor, or to provide a fixed reference pressure on one side of the diaphragm. can also be included. Such semiconductor stress sensors include implanting ions into a semiconductor layer to form a first region and then forming a second region in the semiconductor layer.

この第2領域は第1領域の第1不純物濃度が最高である
部分には達しないようにする。この第2領域もイオン注
入により形成すると便利である。第1領域の一部が半導
体層の表面のうちの拘束部分内の部分に交差できるよう
に第2領域を形成することにより、第1領域に電気的に
接触させるとができる。半導体基板上にェピタキシャル
層として半導体層を設けることにより、基板をエッチン
グしてダイアフラムと拘束部分とを設けることができる
The second region should not reach the portion of the first region where the first impurity concentration is highest. It is convenient to form this second region also by ion implantation. By forming the second region such that a portion of the first region intersects with a portion of the surface of the semiconductor layer within the constrained portion, the second region can be brought into electrical contact with the first region. By providing the semiconductor layer as an epitaxial layer on the semiconductor substrate, the diaphragm and the restraining portion can be provided by etching the substrate.

ェピタキシャル層は比較的高抵抗の第1層に設け、それ
よりも低い抵抗値を有する第2層を第1層の上に設ける
と有利である。以下、図面を参照して本発明を詳細に説
明する。
Advantageously, the epitaxial layer is provided as a first layer with a relatively high resistance, and a second layer with a lower resistance is provided on top of the first layer. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

シリコン中の接合で分離されているピェゾ抵抗のピェゾ
抵抗温度係数は、ピェゾ抵抗をシリコン中に形成するた
めに用いられる不純物の最高濃度に密接に関連すること
が見出されている。
It has been found that the piezoresistance temperature coefficient of a junction-separated piezoresistor in silicon is closely related to the highest concentration of impurities used to form the piezoresistor in silicon.

一方、ピェゾ抵抗の抵抗値は、接合で分離されているピ
ヱゾ抵抗中に存在する不純物原子の総数に密接に関連す
る。このためにピェゾ抵抗の温度係数の値と全抵抗値を
、添加される不純物の最高濃度と原子の総数とを独立に
変えることにより、ある程度独立に制御できることにな
る。ピェゾ抵抗の温度係数と最高不純物濃度との関係は
第1図に示す通りである。前記したように、二酸化シリ
コンとシリコンとの境界面における不純物濃度が最高の
場合には、所期の最高不純物濃度と、存在する所期の不
純物原子数とは境界面の条件により強く影響を受ける。
On the other hand, the resistance value of a piezoresistor is closely related to the total number of impurity atoms present in the piezoresistor separated by a junction. For this reason, the temperature coefficient value and total resistance value of the piezoresistance can be controlled independently to some extent by independently changing the maximum concentration of added impurities and the total number of atoms. The relationship between the temperature coefficient of piezoresistance and the maximum impurity concentration is as shown in FIG. As mentioned above, when the impurity concentration at the interface between silicon dioxide and silicon is the highest, the expected maximum impurity concentration and the expected number of impurity atoms present are strongly influenced by the conditions at the interface. .

それらの条件はセンサの製造方法に密接に依存し、異な
る応力ユニット間で一様ではなく、しかも経時変化する
。前記したように、温度と時間とについて正確に補償し
たい場合には、応力センサの出力信号を受ける信号処理
回路を調節する必要が生ずる。従って、二酸化シリコン
とシリコンとの境界面のすぐ近くからピェゾ抵抗または
その最高濃度領域を除去することは、応力センサの構造
設計において極めて望ましいことである。
These conditions closely depend on how the sensor is manufactured, are not uniform between different stress units, and change over time. As mentioned above, if it is desired to accurately compensate for temperature and time, it becomes necessary to adjust the signal processing circuit that receives the output signal of the stress sensor. Therefore, it is highly desirable in the structural design of a stress sensor to remove the piezoresistor or its highest concentration region from the immediate vicinity of the silicon dioxide-silicon interface.

もちろん、ダイアフラムに加えられる外部応力に応じて
十分な歪みを生ずるように、ピェゾ抵抗はダイアフラム
内でシリコンの表面のかなり近くに形成せねばならない
。前記したような困難の大部分を解消するために必要な
ことは、二酸化シリコンとシリコンとの境界面との間隔
をかなり狭くすることである。そのために行える最初の
ことは、ピェゾ抵抗の導電形とは逆の導電形の領域を、
ピェゾ抵抗のすぐ上に拡散で形成してピェゾ抵抗と境界
面とを分離する。すなわち、ピンチ抵抗状況とすること
である。この拡散は少くともピェゾ抵抗の検出部分の上
で行われ、更に任意の抵抗引出しリード部分に行われる
。しかし、どのような表面拡散を行っても、その拡散が
行われる表面に最大の拡散が行われる。すなわち、最高
不純物濃度部分が生ずるから、この表面拡散方法にも大
きな欠点がある。すなわち、ピェゾ抵抗拡散と、その上
に行われる被覆拡散とにより、それらの拡散が行われる
半導体の表面近くで不純物濃度が最高となる。しかし、
応力センサの製造中における拡散の制御における、第2
の拡散の制御は、その拡散される表面からの深さも、ま
たピェゾ抵抗領域を形成するための第1拡散に用いられ
る不純物の添加輪郭に対する深さも良く制御することは
できない。
Of course, the piezoresistor must be formed within the diaphragm fairly close to the surface of the silicon to cause sufficient strain in response to external stresses applied to the diaphragm. What is required to overcome most of the difficulties described above is to significantly reduce the spacing between the silicon dioxide and silicon interfaces. The first thing you can do for this is to create a region of the opposite conductivity type to that of the piezoresistor.
It is formed by diffusion just above the piezoresistor to separate the piezoresistor from the interface. In other words, it is a pinch resistance situation. This diffusion is performed at least over the sensing portion of the piezoresistor, and further onto any resistor extraction lead portion. However, for any surface diffusion, maximum diffusion occurs on the surface where the diffusion occurs. That is, this surface diffusion method also has a major drawback since it produces a region with the highest impurity concentration. That is, the piezoresistive diffusion and the overlying capping diffusion result in the highest impurity concentration near the surface of the semiconductor where these diffusions occur. but,
The second step in controlling diffusion during the manufacture of stress sensors.
The diffusion of the impurities cannot be well controlled either to the depth from the surface where they are diffused or to the doping profile of the impurity used in the first diffusion to form the piezoresistive region.

ピェゾ抵抗領域における不純物濃度は、その不純物が拡
散された表面において最高であって、その表面の下では
不純物濃度の輪郭は深さとともに急激に変化し、ピェゾ
抵抗領域を覆うことをねらった第2拡散の深さの僅かな
変化が、ピェゾ抵抗の不純物原子の総数とそれらの原子
の最高濃度を大幅に変化させる。拡散の深さ制御が不十
分であることに起因するそのような変化が避けられない
ということは、異なる応力センサの間の電気的な性質が
大幅に変化することを意味する。そのためにあるロット
で作られたピンチ抵抗と別のロットで作られたピンチ抵
抗との間で抵抗値が異なり、しかも同じチップ上に作ら
れている広く離れている別々のピンチ抵抗値も異なる。
通常のピンチ抵抗は、また電圧に大きく依存する。
The impurity concentration in the piezoresistive region is highest at the surface where the impurity is diffused, and below that surface the impurity concentration profile changes rapidly with depth, with a second layer aimed at covering the piezoresistive region. Small changes in the depth of diffusion significantly change the total number of impurity atoms in the piezoresistor and the maximum concentration of those atoms. The unavoidability of such variations due to poor depth control of diffusion means that the electrical properties between different stress sensors vary considerably. Therefore, the resistance values differ between pinch resistors made in one lot and pinch resistors made in another lot, and the values of widely separated pinch resistors made on the same chip also differ.
Typical pinch resistance is also highly voltage dependent.

それは抵抗として機能するシリコン中の領域の不純物濃
度が比較的低いからである。この低濃度は第1の拡散領
域における高い不純物濃度の場所が第2の拡散により実
際上打ち消されるために生ずる。このようにシリコンの
ピンチ抵抗領域中の不純物濃度が低いために、ピンチ抵
抗領域中に電圧依存性の高い十分な空乏層が形成され、
そのためにピンチ抵抗の抵抗値が実効的に上昇する。上
記のようにピェゾ抵抗拡散上に第2回目の拡散を行う工
程を含む製法に生ずる問題を避けるために、シリコン層
中に不純物を拡散させてピェゾ抵抗を形成し、その上に
ェピタキシャル層を成長させることができる。これによ
り、バイポーラトランジスタの構造中に埋込み層を形成
するのとほとんど同じ方法で、ピェゾ抵抗をシリコン構
造体の表面から分離させることができる。しかし、拡散
された圧電抵抗の不純物濃度は拡散を行う表面で最高と
なるから、それにより困難も生ずる。ェピタキシャル層
を成長させるために、通常要求される最初の工程の1つ
はシリコン層の表面をエッチングして、その表面上での
良好な結晶の成長を促進させる。このエッチングはその
上で成長させる表面における、拡散されたピェゾ抵抗の
最高不純物濃度に十分に大きい変動する影響を及ぼす。
その理由はエッチングの深さを正確に制御することがで
きないからである。このようにエッチングの深さが変化
するために、得られるピェゾ抵抗の最高不純物濃度が応
力センサュニツトによって異なるために再現性がなく、
かつ残っている不純物原子の総数がエッチングの深さに
より異なるためにそれれらのピェゾ抵抗の全抵抗値に大
きく影響する。これは前記した二重拡散法において拡散
深さを制御できないことに極めて類似する。更に、ェピ
タキシヤル成長法においては、シリコン層からェピタキ
シヤル層の中への拡散がいくらか常に存在する。従って
、ピェゾ抵抗の温度係数と全抵抗値が一様な応力センサ
を得るためには、最高不純物濃度領域を有するピェゾ抵
抗のためのドーピングされた領域を、シリコン層の表面
から十分に下のレベルのシリコン層の中に形成すること
が必要である。
This is because the impurity concentration of the region in silicon that functions as a resistor is relatively low. This low concentration occurs because locations of high impurity concentration in the first diffusion region are effectively canceled out by the second diffusion. Since the impurity concentration in the silicon pinch resistance region is thus low, a sufficient depletion layer with high voltage dependence is formed in the pinch resistance region.
Therefore, the resistance value of the pinch resistor effectively increases. In order to avoid the problems that occur in the manufacturing method that includes the step of performing a second diffusion on the piezoresistor diffusion as described above, impurities are diffused into the silicon layer to form the piezoresistor, and then an epitaxial layer is formed on top of the piezoresistor. can be grown. This allows the piezoresistor to be separated from the surface of the silicon structure in much the same way as forming a buried layer in the structure of a bipolar transistor. However, difficulties also arise because the impurity concentration of the diffused piezoresistor is highest at the surface where the diffusion takes place. To grow an epitaxial layer, one of the first steps usually required is to etch the surface of the silicon layer to promote good crystal growth on that surface. This etching has a sufficiently large varying effect on the maximum impurity concentration of the diffused piezoresistor at the surface on which it is grown.
The reason is that the etching depth cannot be accurately controlled. Because the etching depth changes in this way, the maximum impurity concentration of the resulting piezoresistor varies depending on the stress sensor unit, resulting in lack of reproducibility.
In addition, since the total number of remaining impurity atoms varies depending on the etching depth, it greatly influences the total resistance value of these piezoresistors. This is very similar to the inability to control the diffusion depth in the double diffusion method described above. Furthermore, in epitaxial growth methods, there is always some diffusion from the silicon layer into the epitaxial layer. Therefore, in order to obtain a stress sensor with uniform temperature coefficient and total resistance value of the piezoresistors, the doped region for the piezoresistors with the highest impurity concentration region must be located at a level sufficiently below the surface of the silicon layer. It is necessary to form the silicon layer in the silicon layer.

これはまたセンサュニツトの寿命期間中はセンサュニッ
トを安定に動作させるためにも必要である。そのような
工程により、シリコン中に半導体接合により分離された
一様で安定な抵抗を形成できる。すなわち、その工程に
より、応力センサのダイアフラム中に一様で安定なピェ
ゾ抵抗を形成できる。ピェゾ抵抗不純物のイオン注入に
より、ピェゾ抵抗のドーピングされた領域中の最高不純
物濃度領域の深さと場所、およびドーピングされたピェ
ゾ抵抗領域中の不純物原子のの総数とを非常に良く再現
できることになる。その理由は、通常のイオン注入機器
を用いて、最高不純物濃度領域をシリコン層表面より下
の選択された深さの場所に、妥当な誤差範囲内で精密に
制御して形成できるからである。そして、ピェゾ抵抗不
純物イオンの注入により、最高不純物濃度と不純物原子
のの総数との設定とを、相互にかなり独立して割合自由
に行うことができる。その結果、ピェゾ抵抗の温度係数
と、全抵抗値すなわち、ドーピングされたピェゾ抵抗領
域の体積固有抵抗とを相対的に独立して決定できる。後
の工程で問題が生ずることを避けるために、ピェゾ抵抗
の最高不純物濃度領域をシリコン層の中に十分深い場所
に形成するための要求が満たされた後は、応力センサを
更に作っていくためには二通りのやり方がある。
This is also necessary to ensure stable operation of the sensor unit during its lifetime. Such a process allows the formation of uniform, stable resistors in silicon separated by semiconductor junctions. That is, through this process, a uniform and stable piezoresistance can be formed in the diaphragm of the stress sensor. Ion implantation of piezoresistive impurities results in very good reproduction of the depth and location of the highest impurity concentration region in the doped region of the piezoresistor, as well as the total number of impurity atoms in the doped piezoresistor region. This is because, using conventional ion implantation equipment, the region of highest impurity concentration can be formed at a selected depth below the surface of the silicon layer with precise control within reasonable tolerances. By implanting piezoresistive impurity ions, the maximum impurity concentration and the total number of impurity atoms can be set relatively independently and relatively freely. As a result, the temperature coefficient of the piezoresistance and the total resistance, ie the volume resistivity of the doped piezoresistive region, can be determined relatively independently. Once the requirements for forming the highest impurity concentration region of the piezoresistor deep enough into the silicon layer to avoid problems in later steps are met, further fabrication of the stress sensor is required. There are two ways to do it.

シリコン層は、‘i’その表面近くを保護物質で被覆す
るか、変質させてピェゾ抵抗を更に保護するか、{ii
}またはシリコン層のそれ以上の表面処理を省略できる
かのいずれかを行うことができる。このセンサを使用中
にひどい汚染源がなかったり、使用中にシリコン層の表
面を汚染から保護できるのであれば、上記の肌の場合が
可能である。このようにすることの利点は、ピェゾ抵抗
領域中に含まれている不純物を多量に吸収することない
こ、電気接点を形成するために必要な酸化工程を実行で
きることである。しかし、応力センサュニツトは多くの
用途で使用中に汚染される。
The silicon layer may be 'i' coated near its surface with a protective substance or altered to further protect the piezoresistor, or {ii
} or further surface treatment of the silicon layer can be omitted. The skin case described above is possible if there are no severe sources of contamination during use of the sensor or if the surface of the silicone layer can be protected from contamination during use. The advantage of doing so is that the oxidation steps necessary to form the electrical contacts can be carried out without absorbing significant amounts of impurities contained in the piezoresistive regions. However, stress sensor units become contaminated during use in many applications.

従って、ピヱゾ抵抗を汚染から保護するために、シリコ
ン層の表面処理が必要となる。前記した、拡散べェゾ抵
抗に使用した場合に問題が生ずることが判明しているピ
ェゾ抵抗保護方法のうちのいくつかは、ピェゾ抵抗の最
高不純物濃度領域がシリコン層内部の十分深い場所に形
成できるから、問題発生をかなり抑えて利用することが
できる。たとえば、いくつかの用途に対して、シリコン
層の表面にピェゾ抵抗保護用の二酸化シリコン層を形成
できる。
Therefore, a surface treatment of the silicon layer is required to protect the piezoresistor from contamination. Some of the piezoresistor protection methods mentioned above, which have been found to be problematic when used with diffused piezoresistors, require that the highest impurity concentration region of the piezoresistor be formed sufficiently deep within the silicon layer. Because it can be used, it can be used with significantly fewer problems. For example, for some applications, a piezoresistive protective silicon dioxide layer can be formed on the surface of the silicon layer.

この場合には二酸化シリコンとシリコンとの境界面に起
る問題は前記したほどひどくはない。その理由は、この
場合にはピェゾ抵抗領域が上記境界面からかなり離れて
いるために、二酸化シリコン保護層の形成によりピェゾ
抵抗中の最高不純物濃度と、不純物原子数とに及ぼされ
る影響が比較的小さくなるからである。しかし、シリコ
ン層の表面上の酸化物は加えられる外部応力に対するシ
リコン層の機械的な応答を、酸化物層かない場合のそれ
とは異なるものにするから、応力センサの測定確度は制
限される。また、二酸化シリコンとシリコンとの境界面
の条件も、不純物原子の総数にある程度の影響を及ぼす
から、ピェゾ抵抗の確度もある程度制限される。シリコ
ン層の内部深くに形成されるピェゾ抵抗の最高不純物濃
度領域を保護するその他の方法の中には、{i)ピェゾ
抵抗領域の導電形とは逆の導電形の領域を、ピェゾ抵抗
領域の上または内部に拡散させること、または{ii}
この逆の導電形のピタキシャル層をピェゾ抵抗の上に成
長させること、が含まれる。
In this case, the problems occurring at the silicon dioxide/silicon interface are not as severe as described above. The reason for this is that in this case, the piezoresistive region is quite far from the boundary surface, so the formation of the silicon dioxide protective layer has relatively little effect on the maximum impurity concentration and the number of impurity atoms in the piezoresistor. This is because it becomes smaller. However, the measurement accuracy of the stress sensor is limited because the oxide on the surface of the silicon layer causes the mechanical response of the silicon layer to an applied external stress to be different than in the absence of the oxide layer. Furthermore, the conditions at the interface between silicon dioxide and silicon also affect the total number of impurity atoms to some extent, so the accuracy of piezoresistance is also limited to some extent. Other methods of protecting the highest impurity concentration region of the piezoresistive region formed deep within the silicon layer include {i) protecting a region of the opposite conductivity type from that of the piezoresistive region; to diffuse onto or into; or {ii}
This includes growing a pitaxial layer of the opposite conductivity type over the piezoresistor.

保護層の拡散の深さ、またはェピタキシャル成長を行わ
せるためのエッチングの深さの不確定性あるいはェピタ
*シャル成長中の外方向への拡散の不確実性によるピェ
ゾ抵抗の温度係数または全抵抗値の変化はあまり大きく
ない。ピェゾ抵抗は最高不純物領域が拡散領域とピェゾ
抵抗領域とによって、又はェピタキシャル層と、ピェゾ
抵抗領域とによって形成される半導体接合部から離れて
いるからである。けれども、拡散工程やェピタキシャル
成長工程を制御できないために、ピェゾ抵抗の最高不純
物濃度領域に近づきピェゾ抵抗との間である程度の相互
作用をひき起すことがいまいまあり、そのために半導体
応力セソサュニットの一様性をある程度制約することに
なる。
Temperature coefficient of piezoresistance or total resistance due to uncertainty in the depth of diffusion of the protective layer or the depth of etching to perform epitaxial growth or the uncertainty of outward diffusion during epitaxial growth The change in value is not very large. Piezoresistiveness is due to the fact that the highest impurity region is away from the semiconductor junction formed by the diffusion region and the piezoresistive region or by the epitaxial layer and the piezoresistive region. However, due to the inability to control the diffusion process and the epitaxial growth process, it is now possible to approach the highest impurity concentration region of the piezoresistor and cause some degree of interaction with the piezoresistor. This will limit the characteristics to some extent.

そのような制約の程度は、ピェゾ抵抗中の最高不純物濃
度領域が、拡散工程またはェピタキシャル成長工程のい
ずれかにより大きな影響を受ける領域に近づくにつれて
大きくなる。ピェゾ抵抗の最高不純物濃度領域をシリコ
ン層の中の十分に深い場所に形成し、それから前記した
保護手段のうちの1つで保護する場合に遭具する困難は
、ピェゾ抵抗の一様性と安定性がある程度影響されるこ
とである。
The extent of such constraints increases as the region of highest impurity concentration in the piezoresistor approaches the region that is more affected by either the diffusion process or the epitaxial growth process. The difficulty encountered in forming the highest impurity concentration region of the piezoresistor deep enough in the silicon layer and then protecting it with one of the protection measures described above is the uniformity and stability of the piezoresistor. gender is influenced to some extent.

この程度は、それらの方法を用いて得られた応力センサ
ュニットが、十分に高い確度と一様性とを必要とするい
くつかの用途において不満足な性能しか示さないほど十
分に大きい。シリコン層中にイオン注入により初めに形
成されたピヱゾ抵抗を保護するための、より良く制御で
きる表面処理法を使用することが、それらの用途におい
ても満足な性能で使用できる応力センサのピェゾ抵抗を
得るために必要である。
This magnitude is sufficiently large that stress sensor units obtained using these methods exhibit unsatisfactory performance in some applications requiring sufficiently high accuracy and uniformity. The use of better controllable surface treatment methods to protect the piezoresistors initially formed by ion implantation into the silicon layer will result in stress sensor piezoresistors that can be used with satisfactory performance in these applications. necessary to obtain.

そのような表面処理は、ドーピングされたピェゾ抵抗領
域の導電形とは逆の導電形の領域をイオン注入工程を用
いることにより行うことができる。この第2のイオン注
入工程により、シリコン層中に形成された、接合により
分離された抵抗は非常に一様かつ安定であって優れたピ
ヱゾ抵抗である。またこのピェゾ抵抗は電圧による影響
をあまり受けない。また、イオン注入によりシリコン層
の表面の下の不純物原子の場所を非常に精密に制御でき
る。
Such surface treatment can be accomplished by using an ion implantation process in a region of a conductivity type opposite to that of the doped piezoresistive region. Due to this second ion implantation step, the junction-separated resistance formed in the silicon layer is very uniform and stable and is an excellent piezoresistance. Also, this piezoresistor is not affected by voltage much. Ion implantation also allows for very precise control of the location of impurity atoms below the surface of the silicon layer.

そのために、シリコン層の表面のすぐ下に形成される保
護領域は、十分に高い不純物濃度を有するピェゾ抵抗領
域のどの部分にも接近しないように、すなわち、ピェゾ
抵抗のうち不純物濃度が最高である領域に特に接近しな
いように、非常に狭い範囲に制限される。更に、ピェゾ
抵抗中の不純物濃度が最高である領域と、保護領域中の
不純物濃度が十分に高い領域との間を十分に広く隔てる
ことにより、2回目にイオン注入された領域を残りのド
ーピングされているピェゾ抵抗領域から分離するpn接
合すなわち半導体接合の降伏値が非常に高くなる。
To this end, the protective region formed just below the surface of the silicon layer should not approach any part of the piezoresistive region that has a sufficiently high impurity concentration, i.e., the region with the highest impurity concentration among the piezoresistors. Confined to a very narrow area, not particularly close to the area. Furthermore, by providing a sufficiently wide separation between the region of highest impurity concentration in the piezoresistor and the region of sufficiently high impurity concentration in the protected region, the second implanted region can be separated from the remaining doped region. The breakdown value of the pn junction or semiconductor junction separated from the piezoresistive region becomes very high.

また、イオン注入により形成された領域中のシリコン格
子欠陥を修復するためにシリコン層の暁なましを必要と
する比較的低温度のサイクルにより、ドーピングされた
ピェゾ抵抗領域と保護領域との双方の内部では、不純物
原子の比較的小さな再分配が行われる。シリコン層が半
導体基板上にェピタキシャル層として形成される場合に
も、この低温度サイクルによって、シリコン層とその基
板との間に不純物原子の比較的小さい再分配が行われる
。イオン注入されたピェゾ抵抗を有する半導体応力セン
サを第2図に示す。
Additionally, relatively low temperature cycling, which requires annealing of the silicon layer to repair silicon lattice defects in the region formed by ion implantation, can reduce both the doped piezoresistive region and the protection region. Internally, a relatively small redistribution of impurity atoms takes place. Even when the silicon layer is formed as an epitaxial layer on a semiconductor substrate, this low temperature cycling results in a relatively small redistribution of impurity atoms between the silicon layer and its substrate. A semiconductor stress sensor with ion-implanted piezoresistors is shown in FIG.

第2A図は応力センサの一部の上面図で、第2図に示す
構造ではシリコン層9の頂部で、そのシリコン層9の内
部にピェゾ抵抗が形成される。このシリコン層9の一部
1川ま応力センサのダイアフラム部分を支持する拘束部
として機能する部分の上の一部である。別の部分11は
破線12で示されているダイアフラム部分の上の一部で
、応力センサの拘束部とダイアフラムとの2つの部分の
間のほぼ境界を示す。シリコン層9の内部には2つのピ
ェゾ抵抗13,14が設けられ、各ピェゾ抵抗はダイア
フラム層部分11と拘束層部分10との両方に含まれる
部分を有する。接点15の近くを除いて、シリコン層9
の表面より上に出ないからピェゾ抵抗13,14は破線
で示してある。シリコン層9は、ピェゾ抵抗13,14
が形成されている部分を除いて、n形シリコンで形成さ
れる。これらのピェゾ抵抗はp形シリコンである。普通
は、信号処理回路に強さが2倍の信号を与え、抵抗値の
温度補償を行うために、ダイアフラムの応力検出場所に
2個のピヱゾ抵抗がいつしよに用いられる。ピェゾ抵抗
13はダイアフラム層部分11における半径方向の応力
を検出する。このことは、このピェゾ抵抗・13の抵抗
値のほとんどがダイアフラムの中心から引いた半径に沿
う細いアーム中に生ずることからわかる。一方、ピェゾ
抵抗14はダイアフラム層部分の接線方向の応力を検出
する。第2B図は第2A図の2B−2B線に沿う断面図
である。シリコン層9は第2B図から良く理解できる。
FIG. 2A is a top view of a portion of the stress sensor. In the structure shown in FIG. 2, a piezoresistor is formed inside the silicon layer 9 on top of the silicon layer 9. FIG. A portion of this silicon layer 9 is a portion above a portion functioning as a restraining portion that supports the diaphragm portion of the stress sensor. Another section 11 is above the diaphragm section, indicated by the dashed line 12, and represents approximately the boundary between the two sections of the stress sensor restraint and diaphragm. Two piezoresistors 13 and 14 are provided inside the silicon layer 9, each piezoresistor having a portion included in both the diaphragm layer portion 11 and the constraining layer portion 10. The silicon layer 9 except near the contact 15
The piezoresistors 13 and 14 are shown with broken lines because they do not protrude above the surface. The silicon layer 9 has piezoresistors 13 and 14
It is formed of n-type silicon except for the part where is formed. These piezoresistors are p-type silicon. Typically, two piezoresistors are always used at the stress sensing location of the diaphragm to provide a double-strength signal to the signal processing circuit and to provide temperature compensation of the resistance. Piezoresistor 13 detects radial stress in diaphragm layer portion 11 . This can be seen from the fact that most of the resistance of this piezoresistor 13 occurs in a narrow arm along a radius drawn from the center of the diaphragm. On the other hand, the piezoresistor 14 detects stress in the tangential direction of the diaphragm layer portion. FIG. 2B is a sectional view taken along line 2B-2B in FIG. 2A. The silicon layer 9 can be better understood from FIG. 2B.

この図には中括弧と参照番号9とによりシリコン層9が
示されている。シリコン層9のうち拘束部とダイアフラ
ムとの接合部すなわち境界部12の左側の部分は、第2
A図の拘束部10であり、境界部12の右側の部分は第
2A図のダイアフラム層部分11である。シリコン層9
には破線16が示されている。この破線16は、シリコ
ン層9のうち不純物濃度の高い部分17と、不純物濃度
の低い部分18との境界をほぼ示すために用いられてい
る。不純物濃度の高い部分17は層9が上に形成されて
なる基板19に、凹部を設けるために行う電解エッチン
グの結果を改善するために設けられている。この凹部は
境界12の右側に形成されて応力センサのダイアフラム
部分を形成する。ピヱゾ抵抗13には、それを形成する
ために注入された不純物の最高濃度領域をほぼ示すため
に引かれた破線20が示されている。表面保護領域21
はダイアフラム層部分11の中にあるピェゾ抵抗13を
覆っているが拘束層部分10のピェゾ抵抗13の全てを
覆っていない。保護領域21は前記したように拡散法、
ェピタキシャル成長法またはイオン注入法などにより形
成できる。このうちイオン注入法により保護層21を形
成すると再現性の良い正確な応力センサュニットが得ら
れる。電気接点15が、電気絶縁二酸化シリコンリング
22を介してピェゾ抵抗13にオーミックな接触を行っ
ていることが示されている。前記したように、二酸化シ
リコンリング22は、シリコン層の表面23に接触する
要素からピェゾ抵抗13を保護するために、表面23の
上にある厚さをもって設けることができる。もちろん、
そのような二酸化シリコンの被覆によりダイアフラムの
機械的性能は制約され、酸化物の層が薄いほど制約は少
くなる。酸化物が非常に薄く、基板のとりつけによる機
械的な応力に起因する他の誤差が比較的大きい場合には
、制約による影響は無視できる。次に第3図を参照する
。この図には第2図に示す構造を得るために実行された
製造工程の結果が示されている。最初の工程では、第2
図のピヱゾ抵抗領域13がイオン注入により形成され、
その後の工程で領域21がイオン注入された領域として
示されている。この領域21の形成には拡散法、ェピタ
キシャル成長法のような方法も使用できる。ピェゾ抵抗
のイオン注入による形成の後で、シリコン層表面23の
領域21の上、またはピェゾ抵抗13の領域21がない
部分の上に二酸化シリコン層を形成できる。第3A図は
p+基板31の上にn形層30をェピタキシャル成長さ
せた結果を示す。
A silicon layer 9 is indicated in this figure by braces and reference numeral 9. In the silicon layer 9, the junction between the constraint part and the diaphragm, that is, the part to the left of the boundary part 12 is
This is the restraining portion 10 in FIG. A, and the portion to the right of the boundary portion 12 is the diaphragm layer portion 11 in FIG. 2A. silicon layer 9
A broken line 16 is shown. This broken line 16 is used to approximately indicate the boundary between a portion 17 with a high impurity concentration and a portion 18 with a low impurity concentration in the silicon layer 9. The region 17 with high impurity concentration is provided in order to improve the result of the electrolytic etching performed to provide the recess in the substrate 19 on which the layer 9 is formed. This recess is formed on the right side of boundary 12 and forms the diaphragm part of the stress sensor. Piezoresistor 13 is shown with a broken line 20 drawn to approximately indicate the highest concentration region of impurities implanted to form it. Surface protection area 21
covers the piezoresistors 13 in the diaphragm layer portion 11 but does not cover all of the piezoresistors 13 in the constraining layer portion 10. The protected area 21 is formed by the diffusion method as described above.
It can be formed by an epitaxial growth method, an ion implantation method, or the like. Among these methods, if the protective layer 21 is formed by ion implantation, an accurate stress sensor unit with good reproducibility can be obtained. Electrical contact 15 is shown making ohmic contact to piezoresistor 13 via electrically insulating silicon dioxide ring 22 . As mentioned above, the silicon dioxide ring 22 can be provided with a certain thickness above the surface 23 of the silicon layer in order to protect the piezoresistor 13 from elements that contact the surface 23. of course,
Such a silicon dioxide coating limits the mechanical performance of the diaphragm, and the thinner the oxide layer, the less the limitation. If the oxide is very thin and other errors due to mechanical stress from mounting the substrate are relatively large, the effect of constraints is negligible. Refer now to FIG. This figure shows the result of the manufacturing steps carried out to obtain the structure shown in FIG. In the first process, the second
The piezoresistance region 13 shown in the figure is formed by ion implantation,
Region 21 is shown as an ion-implanted region in a subsequent step. Methods such as a diffusion method and an epitaxial growth method can also be used to form this region 21. After the formation of the piezoresistor by ion implantation, a silicon dioxide layer can be formed on the region 21 of the silicon layer surface 23 or on the portion of the piezoresistor 13 where the region 21 is not present. FIG. 3A shows the result of epitaxially growing an n-type layer 30 on a p+ substrate 31. FIG.

基板31の固有抵抗は約0.01オーム肌である。層3
0はその第1層部分32の固有抵抗が約10〜20オー
ム抑、第2層部分33の固有抵抗が0.50オーム肌と
なるように成長せる。層部分32と33は破線34によ
りほぼ分離される。層部分32と33は通常のェピタキ
シャル成長技術により成長させ、成長中の不純物濃度は
ェピタキシャル成長の最終部分の間に高められる。層3
0の厚さはほぼ30ミクロンで、層部分32の厚さはほ
ぼ20ミクロンである。前記したように、層部分33は
ダイアフラム部分の形成のために後で行われるエッチン
グ工程を助ける。層部分33はこのエッチング工程で行
われる電解エッチングを助けるために、ほぼ等電位層と
なっている。また、層部分33はピヱゾ抵抗の形成から
得られる半導体接合の注入効率を低くし、しかもこの層
部分は高い再結合率を有するから、ピェゾ抵抗の近くで
エッチング工程中に正孔がェピタキシャル層内でエッチ
ングされることを防ぐ。その後で、ェピタキシャル層の
露出している表面35の上に酸化物を周知の方法で熟成
長させる。
The resistivity of the substrate 31 is about 0.01 ohm. layer 3
0 is grown so that the resistivity of the first layer portion 32 is approximately 10 to 20 ohms and the resistivity of the second layer portion 33 is approximately 0.50 ohms. Layer portions 32 and 33 are approximately separated by a dashed line 34. Layer portions 32 and 33 are grown by conventional epitaxial growth techniques, with the impurity concentration during growth being increased during the final portion of the epitaxial growth. layer 3
0 is approximately 30 microns thick and layer portion 32 is approximately 20 microns thick. As mentioned above, the layer portion 33 aids in the subsequent etching step for the formation of the diaphragm portion. Layer portion 33 is a substantially equipotential layer to aid the electrolytic etching performed in this etching step. Also, the layer portion 33 lowers the injection efficiency of the semiconductor junction obtained from the formation of the piezoresistor, and since this layer portion has a high recombination rate, holes are transferred to the epitaxial layer during the etching process near the piezoresistor. Prevent from being etched inside. Thereafter, an oxide is grown on the exposed surface 35 of the epitaxial layer in a well known manner.

その結果を第3B図に示す。この工程では二酸化シリコ
ンは約12000オングストロームの厚さに熟成長させ
られて、マスキング層36を形成する。ダイアフラム層
部分中にピェゾ抵抗領域を形成し、拘束層部分へのピェ
ゾ抵抗リードを形成するために、二酸化シリコン層36
の中にパターンを構成するために通常のホトレジストェ
ッチング技術が用いられる。
The results are shown in Figure 3B. In this step, silicon dioxide is matured to a thickness of approximately 12,000 angstroms to form masking layer 36. A silicon dioxide layer 36 is applied to form a piezoresistive region in the diaphragm layer portion and to form a piezoresistive lead to the constrained layer portion.
Conventional photoresist etching techniques are used to define the pattern in the wafer.

この後で、表面35の上に約600オングストロームの
厚さに酸化物層37を熟成長させる。この酸化物層37
は散乱酸化物として機能する。この散乱酸化物はイオン
注入のために選択される領域、すなわち、ピェゾ抵抗領
域と、抵抗リード引き出し領域との上の非結晶質の被覆
として機能し、注入されるイオンが層30の内部のシリ
コン格子に整列して、与えられた平均イオンエネルギー
から予測されるよりも深く入り込まないように、それら
のイオンを散乱させる。この工程の結果を第30図に示
す。それからく平均エネルギーが約300KeVのホウ
素イオンを用いて深いイオン注入を行う。
After this, an oxide layer 37 is grown over surface 35 to a thickness of approximately 600 angstroms. This oxide layer 37
functions as a scattering oxide. This scattering oxide acts as an amorphous coating over the regions selected for ion implantation, namely the piezoresistive region and the resistive lead extraction region, so that the implanted ions are exposed to the silicon inside layer 30. The ions are aligned in a lattice and scattered so that they do not penetrate deeper than expected given the average ion energy. The results of this step are shown in FIG. A deep ion implantation is then performed using boron ions with an average energy of about 300 KeV.

1回に注入されるイオン量が5.7×1び4イオン/ふ
となるようにイオンビームを調節する。
The ion beam is adjusted so that the amount of ions implanted at one time is 5.7×14 ions/day.

その結果、最高ホウ素濃度は約1び9atoms/塊と
なり、表面シート抵抗は約130オーム/口となる。こ
の工程の結果を第3D図に示す。
This results in a maximum boron concentration of about 1 and 9 atoms/mass and a surface sheet resistance of about 130 ohms/portion. The results of this step are shown in Figure 3D.

この図からわかるように、シリコン層30の表面35の
下の層部分33の中にp形領域38が形成される。この
p形領域38の中におけるホウ素の最高濃度部分の場所
の概略を示すために、第2の破線39が示されている。
この場所は普通は表面35から0.7〜0.9ミクロン
下で、表面35の下のp形領域38の最も深い部分を定
めるpn接合は、表面35から約1.3ミクロン下の位
置にある。これらの値を用いると、p形領域38から得
られる最終的なピェゾ抵抗の寸法は、約5000オーム
の抵抗値となるような値となる。
As can be seen from this figure, a p-type region 38 is formed in the layer portion 33 below the surface 35 of the silicon layer 30. A second dashed line 39 is shown to outline the location of the highest concentration of boron within this p-type region 38.
This location is typically 0.7 to 0.9 microns below surface 35, with the p-n junction defining the deepest part of p-type region 38 below surface 35 being approximately 1.3 microns below surface 35. be. Using these values, the final piezoresistor dimension from p-type region 38 is such that it has a resistance of approximately 5000 ohms.

この抵抗値により、‘iー避けることができないノイズ
と、信号処理回路に対して要求される利得を妥当な点ま
で低く保ってもその回路によりひき起される誤差とが存
在する中で、センサのダイアフラム部分に加えられる与
えられた大きさの応力に対して十分な大きさの出力信号
を得るということと、‘iiー応力センサを流れる電流
によりピェゾ抵抗中の温度差のために出力信号に誤差が
生じないように、ピェゾ抵抗の励振のために流す電流を
十分に小さくすること、という2つの要求を共に満足さ
せるものである。このような抵抗値を有するピェゾ抵抗
は、p形領域38に対して前記した抵抗値を与えられた
表面35の寸法を都合の良い値にできる。このようにし
て得られたピェゾ抵抗は、ダイアフラム内の応力測定に
最適な位置に設けることを困難にするほど長くはなく、
層36を所要の形に切断する際の誤差に起因する大きな
抵抗値誤差が生ずるという問題が生ずるほど狭くもない
。ホウ素の注入の後で、シリコン層の表面35の上の二
酸化シリコンマスク36は、ピェゾ抵抗への電気接点を
設けることが望ましい部分を除いて、通常のホトレジス
トェッチンクー技術を用いて除去する。
This resistance value allows the sensor to be 'ii. Obtaining an output signal of sufficient magnitude for a given magnitude of stress applied to the diaphragm portion of the This satisfies two requirements: the current applied to excite the piezoresistor must be sufficiently small so that no errors occur. A piezoresistor having such a resistance value allows convenient dimensions of the surface 35 given the resistance value described above for the p-type region 38. The piezoresistors obtained in this way are not so long as to make it difficult to place them in the optimal position for stress measurements within the diaphragm.
It is also not so narrow that large resistance errors due to errors in cutting layer 36 to the required shape pose a problem. After the boron implant, the silicon dioxide mask 36 over the surface 35 of the silicon layer is removed using conventional photoresist etch techniques, except where it is desired to provide electrical contact to the piezoresistor.

従って、第3E図に示すように、散乱酸化物層37のう
ち、ホトレジスト層部分4川こより保護された小さな部
分が表面35の上に残る。もちろん、精度が低く、かつ
安定度の低い応力センサでよければ、以後の工程はイオ
ン注入法でなくて拡散法またはェピタキシャル法を用い
ることができる。第2のイオン注入工程は第3E図に示
す構造にリンィオンを照射して、ホウ素を注入された領
域のうち電気接点を形成する場所を除いた部分に、li
ンを注入された浅い領域を形成する。このリンィオン注
入工程は約50KeVの平均エネルギーを有するリンイ
オンを用いて、1び3イオン/地のビームを照射して行
われる。到達できる最高リン原子濃度は約6.0×1ぴ
7個/めである。この最高濃度領域は表面35から約0
.1ミクロン下の位置に形成される。その結果を第3F
図に示す。この図は第2のイオン注入工程後のホトレジ
ストマスクを除去した時の状態を示す。しかし、後の工
程で設ける電気接点用の場所を見つける助けとするため
に、散乱用酸化物層37はまだ残しておく。このイオン
注入によりn形領域41が形成される。この領域は残り
のp形領域38,38′をシリコン層30の他の部分か
ら分離するpn接合の一部を形成する。暁なましの前に
は、注入された領域は領域38′の上側領域を定める接
合を形成するのに十分な深さではなく、むしろ層部分3
3内の不純物がその境界を定める。pn接合のこの部分
は領域38′と表面35との中間の、表面35から約0
.1ミクロン下の位置にある。このようにして、領域4
1の形成によるこのpn接合は焼なましの後ではp形領
域38′中の最高ホウ素濃度領域39から十分に離れた
位置にあるから、この付加されたpn接合の深さの小さ
な差異は、p形領域38′の電気的特性と温度特性にほ
とんど影響を及ぼさない。そして、このイオン注入工程
では制御を確実に行えるから、この付加されたpn接合
の深さの変化は非常に小さい。また、各領域41,38
′の最高不純物濃度は大きく離れているから、両者間の
pn接合の降伏電圧は満足できる値である。
Thus, as shown in FIG. 3E, a small portion of the scattering oxide layer 37 remains on the surface 35, protected from the photoresist layer portion 4. Of course, if a stress sensor with low accuracy and low stability is acceptable, a diffusion method or an epitaxial method can be used in the subsequent steps instead of the ion implantation method. The second ion implantation step is to irradiate the structure shown in FIG.
forming a shallow implanted region. This phosphorus ion implantation step is performed using phosphorus ions having an average energy of about 50 KeV and by irradiating a beam of 1 and 3 ions/ground. The highest phosphorus atom concentration that can be achieved is approximately 6.0×1 7 atoms/me. This highest concentration region ranges from surface 35 to approximately 0
.. It is formed at a position 1 micron below. The results are shown on the 3rd floor.
As shown in the figure. This figure shows the state when the photoresist mask is removed after the second ion implantation step. However, the scattering oxide layer 37 is still left in place to help find locations for electrical contacts that will be provided in later steps. An n-type region 41 is formed by this ion implantation. This region forms part of a pn junction separating the remaining p-type regions 38, 38' from the rest of silicon layer 30. Prior to dawn annealing, the implanted region was not deep enough to form a junction defining the upper region of region 38', but rather layer portion 3.
The impurity within 3 defines its boundaries. This portion of the p-n junction is located midway between region 38' and surface 35, approximately 0 from surface 35.
.. It is located 1 micron below. In this way, area 4
Since this p-n junction due to the formation of 1 is located well away from the highest boron concentration region 39 in the p-type region 38' after annealing, the small difference in the depth of this added p-n junction is The electrical and temperature characteristics of the p-type region 38' are hardly affected. Since this ion implantation process can be reliably controlled, changes in the depth of the added pn junction are very small. In addition, each area 41, 38
Since the maximum impurity concentrations of ' are significantly different from each other, the breakdown voltage of the pn junction between the two is a satisfactory value.

このようにするための助けとして、領域41のリンの濃
度は低く、すなわち、シリコン層30の表面をn形に再
変換するのに十分で、かつ動作中に領域41に形成され
る空乏層が表面35に達しない程度にできるだけ、最高
ホウ素温度よりも十分に低くする。ホトレジストイオン
注入マスクを除去してから、イオン注入に起因するシリ
コン格子の損傷を修復するための焼なましを行う。この
蛾なまいま乾燥窒素中に95000の温度で約1雌ご間
放置することにより行われ、それから乾燥窒素の代りに
湿った酸素の中に約20分間置く。この湿った酸素を使
用することにより、二酸化シリコン層が熟成長する。格
子欠陥の修復が阻害されることがあるので、表面35上
にはこの焼なまし中はこの酸化物層は成長を許されない
。湿った酸素を用いることにより、表面35と散乱用の
酸化物層37の上に厚さが約2000オングストローム
の二酸化シリコン層42が形成される。注入された領域
41と38′とにおける不純物の再分配を最少限に抑え
るために、焼なまし一酸化サイクルは95000という
比較的低い温度で行われる。
As an aid to this, the concentration of phosphorus in region 41 is low, i.e. sufficient to reconvert the surface of silicon layer 30 to n-type, and the depletion layer formed in region 41 during operation is The temperature should be sufficiently lower than the maximum boron temperature to the extent that surface 35 is not reached. The photoresist ion implant mask is removed followed by an anneal to repair damage to the silicon lattice caused by the ion implant. This is done by placing the moths in dry nitrogen for about one female at a temperature of 95,000°C, and then in moist oxygen instead of dry nitrogen for about 20 minutes. By using this moist oxygen, a silicon dioxide layer matures. This oxide layer is not allowed to grow on the surface 35 during this annealing since repair of lattice defects may be inhibited. Using moist oxygen, a silicon dioxide layer 42 approximately 2000 Angstroms thick is formed over surface 35 and scattering oxide layer 37. To minimize impurity redistribution in implanted regions 41 and 38', the annealing monoxide cycle is performed at a relatively low temperature of 95,000 °C.

不純物の再分配によってそれらの領域の構造、したがっ
て応力センサの構造が変わる。この低温度操作によって
n形ェピタキシャル層30とp+形基板31との間の不
純物再分配も阻止される。このことはダイアフラムェツ
チング工程におし、て、エッチング緑部を鋭くするため
に望ましいことである。この工程により得られた結果を
第3G図に示す。最高ホウ素濃度領域は約0.7〜0.
9ミクロンの厚さで残り、最高リン濃度領域が表面35
またはその近くに生ずる。そうすると領域38′と41
の間の接合は表面35の約0.2ミクロン下の位置にく
る。しかし、競なまし一酸化工程で得られる2000オ
ングストロームよりも厚い二酸化シリコンを必要とする
The redistribution of impurities changes the structure of those regions and thus the structure of the stress sensor. This low temperature operation also prevents impurity redistribution between the n-type epitaxial layer 30 and the p+-type substrate 31. This is desirable during the diaphragm etching process to sharpen the etched green area. The results obtained by this step are shown in Figure 3G. The highest boron concentration range is approximately 0.7-0.
A thickness of 9 microns remains, with the highest phosphorus concentration region at surface 35.
or occur near it. Then areas 38' and 41
The junction between is approximately 0.2 microns below surface 35. However, it requires silicon dioxide thicker than the 2000 angstroms obtained with the competitive monoxide process.

その酸化工程で熟成長を継続することにより、この工程
での使用温度がかなり低くても前記したような不純物再
分配が起る危険はある。それゆえ、二酸化シリコンの厚
さが約5000オングストロームとなるまで、二酸化シ
リコンの熱分解付着を30000で行うことによって、
二酸化シリコンが更に付加される。第3G図では図示の
便宜上、これら2つの工程で得られた二酸化シリコン層
を層42に含めて示してある。次に、ホトェッチング技
術を用いて二酸化シリコン層42の中に電気接点用の穴
43が設けられる。
By continuing the ripe growth in the oxidation step, there is a risk that impurity redistribution as described above will occur even if the operating temperature in this step is quite low. Therefore, by performing pyrolytic deposition of silicon dioxide at 30,000 Å until the silicon dioxide thickness is approximately 5,000 Å,
Further silicon dioxide is added. In FIG. 3G, for convenience of illustration, the silicon dioxide layer obtained in these two steps is shown included in layer 42. Holes 43 for electrical contacts are then provided in the silicon dioxide layer 42 using photoetching techniques.

その穴を通じてピェゾ抵抗に接近できる。この結果を第
3日図に示す。この穴43によりp形領域38′に接近
できる。この穴を通じてp形領域38′にオーミツクな
電気的後触を行うことができる。
The piezoresistor can be accessed through that hole. The results are shown in the figure on day 3. This hole 43 provides access to the p-type region 38'. Through this hole, ohmic electrical contact can be made to the p-type region 38'.

この応力センサュニットを腐食性の雰囲気中で使用する
場合には、センサをその雰囲気から守るための特殊な金
属化構造を、各種金属の組合わせを用いて作ることが必
要となる。極端な悪環境の下で使用するのでなければ、
普通のモノリシツク集積回路で用いられるような通常の
金属化技術を用いる。通常のモノリシック集積回路にお
いては、相互接続金属化回路網を形成するためにアルミ
ニウムが付着されるが、この応力センサでもアルミニウ
ムを用いて満足できる電気的接触を行うことができる。
この工程の結果を第31図に示す。この図には電気接点
44が示されている。金属接点を形成した後で、二酸化
シリコン層42のうち接点のすぐ近くの部分以外の部分
を通常のホトェッチング技術を用いて除去する。
If this stress sensor unit is to be used in a corrosive atmosphere, it is necessary to create a special metallization structure using a combination of various metals to protect the sensor from the atmosphere. Unless it is used under extremely adverse conditions,
Conventional metallization techniques such as those used in conventional monolithic integrated circuits are used. In typical monolithic integrated circuits, aluminum is deposited to form the interconnect metallization network, and this stress sensor can also be used to make satisfactory electrical contacts using aluminum.
The results of this step are shown in FIG. Electrical contacts 44 are shown in this figure. After forming the metal contacts, portions of the silicon dioxide layer 42 are removed using conventional photoetching techniques except for those immediately adjacent to the contacts.

この操作を行った後は二酸化シリコン層は印加された応
力を測定する表面上には存在しないから、シリコン層は
そのような二酸化シリコンにより妨げられることないこ
、印加応力に応答する。半導体の取りつけ要素がかなり
の大きさのヒステリシス性を有していたり、応力センサ
の構造の中でその他の誤差が大きい場合には、比較的薄
い二酸化シリコン層42を残すことができる。その理由
は、この層によりひき起される誤差やセンサの応答はあ
まり重要ではないからである。層42の不必要な部分を
除去した構造を第3J図に示す。この応力センサをウェ
ハー状に作り、そのウェハーの外側部分をサポートに直
接とりつけたい場合には、それに応じて基板31の厚さ
を選ぶ。
After this operation, the silicon dioxide layer is no longer present on the surface on which the applied stress is measured, so the silicon layer responds to the applied stress unhindered by such silicon dioxide. If the semiconductor mounting element has a significant amount of hysteresis or other tolerances in the stress sensor construction are large, a relatively thin silicon dioxide layer 42 can be left. The reason is that the errors caused by this layer and the sensor response are less important. A structure with unnecessary portions of layer 42 removed is shown in FIG. 3J. If this stress sensor is to be made in the form of a wafer and the outer part of the wafer is to be attached directly to a support, the thickness of the substrate 31 is chosen accordingly.

このゥェハーのうちサポートに固定される部分は拘束の
となり、残りの部分はダイアフラムとして機能する。し
かし、この応力センサをそのサポートに機械に連結する
ための連結手段中のヒステリシスによる影響を小さくす
るために、拘束の一部を半導体中に設けることが非常に
いまいまある。
The part of the wafer that is fixed to the support serves as a constraint, and the remaining part functions as a diaphragm. However, in order to reduce the influence of hysteresis in the coupling means for coupling this stress sensor to its support mechanically, it is very common to provide part of the constraint in the semiconductor.

基板31は非常に厚く作られるから、その一部エッチン
グまたは機械的手段で除去して、ェピタキシャル層、ま
たはェピタキシャル層と基板の一部とをダイアフラムと
して残し、基板の残りの部分とそれに付着しているェピ
タキシャル層とを拘束部分として残すことができる。こ
の構造をエッチングで行う際には、基板の底を白金のよ
うな金属で覆う。
Since the substrate 31 is made very thick, a portion of it may be removed by etching or mechanical means, leaving the epitaxial layer, or the epitaxial layer and a portion of the substrate, as a diaphragm, and the remaining portion of the substrate and adhering to it. The epitaxial layer can be left as a constraint part. When etching this structure, the bottom of the substrate is covered with a metal such as platinum.

この白金層には基板のエッチングを行うための開□部が
設けられる。電気接触は白金に対して行われ、それから
構造体全体を電解液の中に漬けて電解エッチングを行う
。このようにして得られた構造を第3K図に示す。この
構造は基板31に設けられている凹部45を除いて第3
1図に示す構造に一致する。次に、この応力センサ全体
を支持するサポートを基板31の残りの部分に機械的に
接合する。このサポートの熱膨張率は基板31のそれと
ほぼ一致せねばならず、接合部はできるだけヒステリシ
スのないものでなければならない。たとえばシリコンサ
ポートと金の接合を使用できる。基板31に接合される
別の典形的な構造は、熱膨張率の小さいガラス管である
This platinum layer is provided with an opening for etching the substrate. Electrical contacts are made to the platinum, and then the entire structure is immersed in an electrolyte and electrolytically etched. The structure thus obtained is shown in FIG. 3K. This structure has a third
This corresponds to the structure shown in Figure 1. A support supporting the entire stress sensor is then mechanically bonded to the remainder of the substrate 31. The coefficient of thermal expansion of this support must approximately match that of the substrate 31 and the joint must be as hysteresis-free as possible. For example, a silicon support and gold bond can be used. Another typical structure bonded to substrate 31 is a glass tube with a low coefficient of thermal expansion.

このガラス管は他の点からダイアフラム部分までガスを
送って、そのガスがダイアフラムに及ぼす応力を測定す
ることによりガス圧を測定できるようにする。応力セン
サに接合されるそのようなガラス管の別の可能性は、そ
のガラス管のセンサに接合されてし、なし・方の端部に
、選択した圧力のガスを入れた管や、排気された管を連
結することである。そうすると、この応力センサはゼロ
圧力(絶対圧)または他の圧力を基準とした差圧センサ
となる。静電接合は基板31と低熱膨張ガラスとを接合
させる方法の1つである。第2,3図に示す構造は、n
形ェピタキシャル層をp十形基板上に形成し、形成され
たピヱゾ抵抗もp形であることを示している。しかし、
それらの部分は、ピェゾ抵抗とその周囲の半導体部分と
が互いに異なる導電形である限りは、異なる導電形とし
て作ることもできる。第4図は、第3図に示すようにし
て作ったセンサの不純物濃度C対シリコン層の表面から
の深さXとの関係を示すグラフである。表面35からの
深さを機軸にミクロンでとり、不純物濃度をaのm/め
で縦軸にとつてある。注入されたp形不純物(ホウ素)
の濃度に関するカーブをCpで示し、残りのカーブCn
は第3図で注入されたn形不純物(IJン)の濃度を示
す。注入後の不純物濃度を破線で示し、第3図に示す最
後の構造(暁なまし工程後の)のカーブを実線で示す。
最終的な構造におけるn形とp形の不純物の最高濃度の
間の十分な違いは、2つのカーブの最高点の位置から明
らかである。
This glass tube allows gas pressure to be measured by conveying gas from another point to the diaphragm section and measuring the stress that the gas exerts on the diaphragm. Another possibility for such a glass tube to be bonded to a stress sensor is to connect the glass tube to the sensor and to use a tube with a gas at a selected pressure or with a gas at a selected pressure at one end. This is to connect two pipes together. This stress sensor then becomes a differential pressure sensor based on zero pressure (absolute pressure) or some other pressure. Electrostatic bonding is one method of bonding the substrate 31 and low thermal expansion glass. The structure shown in Figures 2 and 3 is n
A type epitaxial layer is formed on a p-type substrate, and the formed piezoresistor is also p-type. but,
The parts can also be made of different conductivity types, as long as the piezoresistor and the surrounding semiconductor part are of different conductivity types. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the impurity concentration C and the depth X from the surface of the silicon layer in the sensor manufactured as shown in FIG. The depth from the surface 35 is plotted in microns on the axis, and the impurity concentration is plotted on the vertical axis in m/m of a. Injected p-type impurity (boron)
The curve for the concentration of is denoted by Cp, and the remaining curve Cn
indicates the concentration of the n-type impurity (IJn) implanted in FIG. The impurity concentration after implantation is shown as a dashed line, and the curve of the final structure shown in FIG. 3 (after the dawn annealing step) is shown as a solid line.
A significant difference between the highest concentrations of n-type and p-type impurities in the final structure is evident from the position of the highest points of the two curves.

2つの実線カーブの交点はpn接合の最終的な場所をほ
ぼ定め、その接合は比較的低濃度のp形不純物が存在す
る場所であることを示す。
The intersection of the two solid curves approximately defines the final location of the pn junction, indicating that the junction is where a relatively low concentration of p-type impurities is present.

このように、その交点が第4図に示されている位置から
内側または外側に少し移動すると、p形領域中の不純物
原子の数に小さな影響を及ぼすだけで、p形領域中のp
形不純物の最高濃度値にはほとんど影響しない。従って
、ピェゾ抵抗の抵抗値と温度係数とはこの交点の小さな
移動により大きな影響を受けることはない。この2種類
の不純物についての最高不純物濃度が大幅に離れている
ことにより、良好な接合降伏電圧特性が得られる。得ら
れた値は10V以上である。図面の簡単な説明第1図は
ある不純物でシリコン層中に形成されたピェゾ抵抗の性
能特性を示すグラフ、第2図は半導体応力センサの2つ
の部分図、第3図は第2図に示す応力センサの各製造工
程後の状態を示す断面図、第4図は第3図に示す方法で
作られた応力センサの不純物原子濃度の輪郭を示すグラ
フである。
Thus, moving the point of intersection a little inward or outward from the position shown in Figure 4 has only a small effect on the number of impurity atoms in the p-type region;
It has little effect on the maximum concentration value of form impurities. Therefore, the resistance value and temperature coefficient of the piezoresistor are not significantly affected by this small movement of the intersection point. Since the maximum impurity concentrations of these two types of impurities are significantly different from each other, good junction breakdown voltage characteristics can be obtained. The value obtained is more than 10V. Brief Description of the Drawings Figure 1 is a graph showing the performance characteristics of a piezoresistor formed in a silicon layer with certain impurities, Figure 2 is a partial view of two parts of a semiconductor stress sensor, and Figure 3 is shown in Figure 2. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the state of the stress sensor after each manufacturing process. FIG. 4 is a graph showing the outline of the impurity atom concentration of the stress sensor manufactured by the method shown in FIG.

9・・・・シリコン層、13,14・・・・ピェゾ抵抗
、21・・・・保護領域、30,41・・・・n形層、
31・・・・基板、36,42・・・・二酸化シリコン
層、37・・・・散乱層、38,38′・・・・p形層
9... Silicon layer, 13, 14... Piezoresistance, 21... Protection region, 30, 41... N-type layer,
31...substrate, 36,42...silicon dioxide layer, 37...scattering layer, 38,38'...p-type layer.

」フZG。J」ZZG.24 J77夕。” Fu ZG. J”ZZG. 24 J77 evening.

28 ^7G.34 」ごYG.38 」マリG.3C JZけり.そり 」ZYG.3ど ノマJG.3F 」ZZG.36 」ZけG.〆〃 」マンG.3Z JアZG‐3J 」ZYG.3〃 ‘/G.イ28 ^7G. 34 ”Go YG. 38 ” Mari G. 3C JZ Keri. sled ”ZYG. 3rd Noma JG. 3F ”ZZG. 36 ”ZkeG. 〆〃 ” Mann G. 3Z JA ZG-3J ”ZYG. 3〃 '/G. stomach

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ダイアフラムと、このダイアフラムの周縁部を拘束
するための拘束手段を実質的に含む構造部分を有する半
導体物質応力センサであつて、上記ダイアフラム中の少
くとも一部に位置してピエゾ抵抗として作用する第1の
選択された領域を含み選択された領域群を除いて第1の
導電型である半導体物質の層を有し、上記第1の選択さ
れれた領域は前記ダイアフラムの層の第1の表面部分か
ら十分に離れ且つこの第1の選択された領域内に最大濃
度の領域を有する第1の不純物によつて実質的に第2の
導電形を示しており、これによつて上記ピエゾ抵抗は選
択された温度で全抵抗値を有すると共に温度係数値を有
し、これら全抵抗値および温度係数値は表面保護材料、
保護用不純物あるいは上記第1表面部分又はこれと隣接
し且つ上記第1表面部分に十分に近接した上記層の領域
内の汚染物質の存在によつても実質的に影響を受けない
ことを特徴とする半導体応力センサ。 2 ダイアフラムと、このダイアフラムの周縁部を拘束
するための拘束手段とを実質的に含む構造部分を有する
半導体物質応力センサを製造する法であつて、最初に第
1の導電形の半導体材料の層を形成する工程と、上記層
内にその第1の表面を通して第1の不純物を使用するこ
とにより、少くともその一部がピエゾ抵抗として作用す
る第2の導電形の第1の領域を形成する工程とからなり
、上記第1の領域は前記ダイアフラムを含み且つ上記第
1の不純物の最大濃度領域を有する上記第1の領域に含
まれるであろう前記層の少くとも一部分に位置しており
、上記最大不純物濃度領域は前記層の第1の表面部分か
ら十分に分離しており、これによつて表面保護材料、保
護用不純物あるいは上記第1の表面部分及びこれの近接
部分に附着するかもしれない汚染物質が存在しても存在
しなくともこれによつて実質的に影響を受けない選択さ
れた温度における全抵抗値と温度係数値の両者を前記ピ
エゾ抵抗が具備することを特徴とする半導体応力センサ
の製造方法。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor material stress sensor having a structural part substantially including a diaphragm and restraint means for restraining the peripheral edge of the diaphragm, the stress sensor comprising: a layer of semiconductor material that is of a first conductivity type except for selected regions, including a first selected region that acts as a piezoresistor; exhibiting a substantially second conductivity type by means of a first impurity having a region of maximum concentration within the first selected region and sufficiently distant from the first surface portion of the layer; The piezoresistor has a total resistance value and a temperature coefficient value at a selected temperature, and these total resistance values and temperature coefficient values are determined by the surface protection material,
being substantially unaffected by the presence of protective impurities or contaminants in areas of the layer at or adjacent to and sufficiently close to the first surface portion; Semiconductor stress sensor. 2. A method for manufacturing a semiconductor material stress sensor having a structural part substantially comprising a diaphragm and restraining means for restraining the peripheral edge of the diaphragm, the method comprising: first depositing a layer of semiconductor material of a first conductivity type; and using a first impurity in said layer through its first surface to form a first region of a second conductivity type, at least a portion of which acts as a piezoresistor. the first region is located in at least a portion of the layer that includes the diaphragm and that would be included in the first region that has a maximum concentration region of the first impurity; The region of maximum impurity concentration is sufficiently separated from the first surface portion of the layer to allow surface protection materials, protective impurities, or other materials that may adhere to the first surface portion and adjacent portions thereof. wherein said piezoresistor has both a total resistance value and a temperature coefficient value at a selected temperature that are substantially unaffected by the presence or absence of contaminants. A method for manufacturing a stress sensor.
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