JPS6097677A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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- Pressure Sensors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）技術分野
本発明は、耐雰囲気性を向上させた半導体圧力センサに
関する。
関する。
（２）背景技術
シリコン半導体等においては、機械的応力が加わると、
ピエゾ抵抗効果により、その抵抗値が変化する。この性
質を利用したセンサーとしては、単結晶シリコンよりな
るダイヤフラム上に歪ゲージを拡散層で形成し、このダ
イアフラムに加わる圧力によりこのダイアフラムが変形
しピエゾ抵抗効果で抵抗値が変化することから、その圧
力を検出する半導体圧力センサーがある。
ピエゾ抵抗効果により、その抵抗値が変化する。この性
質を利用したセンサーとしては、単結晶シリコンよりな
るダイヤフラム上に歪ゲージを拡散層で形成し、このダ
イアフラムに加わる圧力によりこのダイアフラムが変形
しピエゾ抵抗効果で抵抗値が変化することから、その圧
力を検出する半導体圧力センサーがある。
この種の半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力
センサーとしては、各種構成のものが提案されているが
、その最も基本的なものは、第１図に示す構造である。
センサーとしては、各種構成のものが提案されているが
、その最も基本的なものは、第１図に示す構造である。
例えば、半導体基体としてｎ、型シリコン基板を用いた
場合、受圧部たるダイアフラム部（２）（厚さ１０〜８
０μｍ）の上にｐ型不純物を含む拡散抵抗（３）を形成
し、その上を保護層たる絶縁膜（４） （ｅｘ、 ５ｉ
ｓＮ４）で覆い、さらにＡｔ 配線層（５）が形成され
た構造となる。
場合、受圧部たるダイアフラム部（２）（厚さ１０〜８
０μｍ）の上にｐ型不純物を含む拡散抵抗（３）を形成
し、その上を保護層たる絶縁膜（４） （ｅｘ、 ５ｉ
ｓＮ４）で覆い、さらにＡｔ 配線層（５）が形成され
た構造となる。
しかし、この構造では液体などの雰囲気の圧力の測定に
応用する際に測定対象雰囲気が含む、水分、アルカリ金
属イオンなどが半導体センサに及ぼす悪影響を防ぐもの
としては、絶縁膜（４）だけしかなく不充分である。特
にセンサ表面−絶縁膜−゛抵抗という一種のＭＯ５構造
となっているので、表面電位の影響を受け電気的特性が
不安定となる。
応用する際に測定対象雰囲気が含む、水分、アルカリ金
属イオンなどが半導体センサに及ぼす悪影響を防ぐもの
としては、絶縁膜（４）だけしかなく不充分である。特
にセンサ表面−絶縁膜−゛抵抗という一種のＭＯ５構造
となっているので、表面電位の影響を受け電気的特性が
不安定となる。
このことを考慮して、耐雰囲気性を向上させたセンサと
しては、実開昭５５−１１２８６４あるいは、実用新案
登録順昭和５８年−１４９０８５号などで述べられてい
るものがある。
しては、実開昭５５−１１２８６４あるいは、実用新案
登録順昭和５８年−１４９０８５号などで述べられてい
るものがある。
その構造を、第２図、第３図□に示すが、これらは基本
的にダイアプラム部に形成する拡散抵抗を、これとは反
対の導電形の基板中に埋込んだ構造となっている。
的にダイアプラム部に形成する拡散抵抗を、これとは反
対の導電形の基板中に埋込んだ構造となっている。
これらのセンサにおいて、Ｐ型拡散抵抗（３）はシリコ
ンエピタキシャル層（７）で覆れており、Ｐｎ 接合に
より絶縁されている。さらに、エピタキシャル層は緻密
で化学的に安定なので、雰囲気中の水分等の影響を受け
ることも少ない。
ンエピタキシャル層（７）で覆れており、Ｐｎ 接合に
より絶縁されている。さらに、エピタキシャル層は緻密
で化学的に安定なので、雰囲気中の水分等の影響を受け
ることも少ない。
これらのセンサを液体中に完全に浸した状態で使用する
様な場合、例えば、センサをカテーテルの先端に装着し
て、−血圧を体内で直接ｐζ連続測定する場合には、第
２図に示す様な感圧ダイアフラム部の表面だけに耐雰囲
気性を持たせるだけでは不充分で、第３図に示す様にセ
ンサ素子全体に耐雰囲気性を与えなくてはならない。し
かし、第８図の様にセンサ表面だけでなく、側面及び裏
面にも５ｉａＮ４などの保護層たる絶縁層を形成するに
は非常に複雑な工程を要し、歩留も悪い。具体的には、
一枚のシリコンウェファから複数個のセンサを効率よく
製造しようとすると、シリコンウェファに完全な穴を明
けてしまうような深いエツチングナトの一般のシリコン
ＩＣプロ七スにはない技術が必要となる。
様な場合、例えば、センサをカテーテルの先端に装着し
て、−血圧を体内で直接ｐζ連続測定する場合には、第
２図に示す様な感圧ダイアフラム部の表面だけに耐雰囲
気性を持たせるだけでは不充分で、第３図に示す様にセ
ンサ素子全体に耐雰囲気性を与えなくてはならない。し
かし、第８図の様にセンサ表面だけでなく、側面及び裏
面にも５ｉａＮ４などの保護層たる絶縁層を形成するに
は非常に複雑な工程を要し、歩留も悪い。具体的には、
一枚のシリコンウェファから複数個のセンサを効率よく
製造しようとすると、シリコンウェファに完全な穴を明
けてしまうような深いエツチングナトの一般のシリコン
ＩＣプロ七スにはない技術が必要となる。
（３）発明の目的
本発明は、液体などの測定対象雰囲気に影響されること
なく長時間にわたり安定に測定が行える半導体圧力セン
サを提案することを目的とする。
なく長時間にわたり安定に測定が行える半導体圧力セン
サを提案することを目的とする。
（４）発明の構成
本発明の最大の特徴は、センサの基板として絶縁物を用
いることによりセンサ素子としての耐雰囲気性を確実か
つ容易に獲得できるようにしたことである。これは半導
体加工技術の中で最近特に注目されているＳＯＩ （Ｓ
ｉ ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ ）構造を利用したもの
である。Ｓｏｌ構造とはサファイアなどの単結晶絶縁物
の上にヘテロエピタキシャル成長技術により、直接単結
晶シリコンを形成したものである。特にサファイアを用
いたものを ５Ｏ５（Ｓｔ ｏｎ ５ａｐｐｈｉｒｅ
）と呼ぶ。
いることによりセンサ素子としての耐雰囲気性を確実か
つ容易に獲得できるようにしたことである。これは半導
体加工技術の中で最近特に注目されているＳＯＩ （Ｓ
ｉ ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ ）構造を利用したもの
である。Ｓｏｌ構造とはサファイアなどの単結晶絶縁物
の上にヘテロエピタキシャル成長技術により、直接単結
晶シリコンを形成したものである。特にサファイアを用
いたものを ５Ｏ５（Ｓｔ ｏｎ ５ａｐｐｈｉｒｅ
）と呼ぶ。
以下、本発明を図面にもとすいて説明する。
第４図は、本発明の一実施例としての半導体圧力センサ
の構造を示す図である。
の構造を示す図である。
図においては、単結晶絶縁体基板（サファイア）（９）
単結晶シリコンエピタキシャル成長層（ｎ−ｍ）（７
，１０）及び絶縁層（ｅｘ、 Ｓ ｉ ８Ｎ４ ） （
４）でもってダイアプラム部を設は前記単結晶層（７）
とＣ１Ｏの間に、拡散ピエゾ抵抗部（ｐ″″型）（３）
と拡散リード部（６）とを設け、前記拡散リード部（６
）は、ｐ十型拡散領域（８）を介して絶縁層（４）で離
れているＡ／ 配線層（５）に通じるようにして、本発
明の半導体圧力センサが構成しである。
単結晶シリコンエピタキシャル成長層（ｎ−ｍ）（７
，１０）及び絶縁層（ｅｘ、 Ｓ ｉ ８Ｎ４ ） （
４）でもってダイアプラム部を設は前記単結晶層（７）
とＣ１Ｏの間に、拡散ピエゾ抵抗部（ｐ″″型）（３）
と拡散リード部（６）とを設け、前記拡散リード部（６
）は、ｐ十型拡散領域（８）を介して絶縁層（４）で離
れているＡ／ 配線層（５）に通じるようにして、本発
明の半導体圧力センサが構成しである。
かかる構造のものにすることによりセンサ素子の表面の
大部分は単結晶側縁性基板（９）、絶縁層（４，，１１
）などの絶縁性物質で覆われ、導電性を有する物質はＡ
／ 配線層（５）と、側面に現れるわずかなｎ−型シリ
コン層のみである。このためセンサ素子の絶縁性は非常
に高く、かつ、サファイア５ｉｓＮ４などは化学的には
非常に安定な物質なので耐雰囲気性は優れたものとなる
。したがって、種々の装置に実装する際には主にＡＡ’
配線層（５）の周辺部の絶縁性、耐雰囲気性に注意す
ればよい。絶縁層αＤはダイアフラム部（２）を形成す
るためのマスクとして利用するものである。ダイアフラ
ムを形成する方法としては、超音波エネルギーによるエ
ツチングなども考えられるが、最も一般的な方法は、絶
縁層０としてＳｉｎｇ を用いて熱リン酸によりエツチ
ングする方法である。このＳｉｎｇ の形成法としては
、ＳｉＨ４とＯｌｌの雰囲気中で３００℃から５００℃
に加熱して形成した後、８００℃以上に再加熱して緻密
化する方法がよい。したがって、ダイアフラム部表面の
絶縁層（４）も、このとき同時に形成したＳｉＯ’ｇ
を用いればよいが、さらに耐ｉ囲気性を向上させるなら
ば、Ｓｉ３Ｎ４＋’Ａ７７ｇＯｇ＊ ＴａｉｗａｎＴａ
Ｎ ｒ シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ
）アルミニウムオキシナイトライド（ＡＡ’０ｘＮｙ
）、タンタルオキシナイトライドなどを、上から形成し
て、多層構造とすることが有効である。
大部分は単結晶側縁性基板（９）、絶縁層（４，，１１
）などの絶縁性物質で覆われ、導電性を有する物質はＡ
／ 配線層（５）と、側面に現れるわずかなｎ−型シリ
コン層のみである。このためセンサ素子の絶縁性は非常
に高く、かつ、サファイア５ｉｓＮ４などは化学的には
非常に安定な物質なので耐雰囲気性は優れたものとなる
。したがって、種々の装置に実装する際には主にＡＡ’
配線層（５）の周辺部の絶縁性、耐雰囲気性に注意す
ればよい。絶縁層αＤはダイアフラム部（２）を形成す
るためのマスクとして利用するものである。ダイアフラ
ムを形成する方法としては、超音波エネルギーによるエ
ツチングなども考えられるが、最も一般的な方法は、絶
縁層０としてＳｉｎｇ を用いて熱リン酸によりエツチ
ングする方法である。このＳｉｎｇ の形成法としては
、ＳｉＨ４とＯｌｌの雰囲気中で３００℃から５００℃
に加熱して形成した後、８００℃以上に再加熱して緻密
化する方法がよい。したがって、ダイアフラム部表面の
絶縁層（４）も、このとき同時に形成したＳｉＯ’ｇ
を用いればよいが、さらに耐ｉ囲気性を向上させるなら
ば、Ｓｉ３Ｎ４＋’Ａ７７ｇＯｇ＊ ＴａｉｗａｎＴａ
Ｎ ｒ シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮｙ
）アルミニウムオキシナイトライド（ＡＡ’０ｘＮｙ
）、タンタルオキシナイトライドなどを、上から形成し
て、多層構造とすることが有効である。
（５）発明の効果
本発明は、半導体のピエゾ抵抗効果を利用した圧力セン
サを形成するのに必要最小限の半導体層だけを用い、他
の部分をサファイアなどの単結晶絶縁体とすることによ
り、センサ素子自体が本質的に非常に優れた絶縁性と耐
雰囲気性を得ていることを最大の特徴とする。このため
カテーテル先端型の血圧センサとして応用するにしても
、その実装が従来の半導体圧力センサに比べて著しく容
易となる。さらにそ＼の長期にわたる信頼性においては
、エポキシ樹脂やシリコン樹脂により絶縁性を獲得して
いる場合とは比較にならない程優れている。
サを形成するのに必要最小限の半導体層だけを用い、他
の部分をサファイアなどの単結晶絶縁体とすることによ
り、センサ素子自体が本質的に非常に優れた絶縁性と耐
雰囲気性を得ていることを最大の特徴とする。このため
カテーテル先端型の血圧センサとして応用するにしても
、その実装が従来の半導体圧力センサに比べて著しく容
易となる。さらにそ＼の長期にわたる信頼性においては
、エポキシ樹脂やシリコン樹脂により絶縁性を獲得して
いる場合とは比較にならない程優れている。
またシリコンウェファを３次元的に加工してセンサ素子
の表面に絶縁膜を形成して耐雰囲気性を得ている場合に
比べて、その工程が比較的簡単化され、かつ、エツチン
グに必要であった領域が利用できる°ので、同一面積の
ウェファから製造できるセンサ素子の個数は飛躍的に増
加する。
の表面に絶縁膜を形成して耐雰囲気性を得ている場合に
比べて、その工程が比較的簡単化され、かつ、エツチン
グに必要であった領域が利用できる°ので、同一面積の
ウェファから製造できるセンサ素子の個数は飛躍的に増
加する。
第１図は、シリコンダイアプラム型圧力センサの基本構
成図、第２図、第８図は従来技術による耐雰囲気性を向
上させた半導体圧力センサの構成図、第４図は、本発明
の実施例たる耐雰囲気性を向上させた半導体圧力センサ
の構成図である。 １、 半導体基板（ｎ型シリコン） ２、 ダイアフラム部 ３、拡散ピエゾ抵抗（ｐ−型） 生 絶縁膜（ｅｘ、 Ｓｉ ８Ｎ４ ）５、ＡＩ！配線
層 ６、拡散リード部（ｐ十型） ７、ｎ型シリコン単結晶層 ８、ｐ十型拡散領域 ９、 絶縁体基板（サファイア） １０、ｎｍシリコンエピタキシャル成長層１１、絶縁膜
（ｅｘ、 ５ｉ０２ ） 箸１図 穴３図
成図、第２図、第８図は従来技術による耐雰囲気性を向
上させた半導体圧力センサの構成図、第４図は、本発明
の実施例たる耐雰囲気性を向上させた半導体圧力センサ
の構成図である。 １、 半導体基板（ｎ型シリコン） ２、 ダイアフラム部 ３、拡散ピエゾ抵抗（ｐ−型） 生 絶縁膜（ｅｘ、 Ｓｉ ８Ｎ４ ）５、ＡＩ！配線
層 ６、拡散リード部（ｐ十型） ７、ｎ型シリコン単結晶層 ８、ｐ十型拡散領域 ９、 絶縁体基板（サファイア） １０、ｎｍシリコンエピタキシャル成長層１１、絶縁膜
（ｅｘ、 ５ｉ０２ ） 箸１図 穴３図
Claims (2)
- （１）シリコンダイアフラム上に形成した拡散抵抗番感
圧部として用いた半導体圧力センサにおり・て、その基
板が絶縁性物質上に単結晶シリコンをエピタキシャル成
長させた構造であることを特徴とする半導体圧力センサ
。 - （２）上記絶縁性物質がサファイアであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20633583A JPS6097677A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20633583A JPS6097677A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6097677A true JPS6097677A (ja) | 1985-05-31 |
Family
ID=16521592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20633583A Pending JPS6097677A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6097677A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4706100A (en) * | 1986-08-01 | 1987-11-10 | Honeywell Inc. | High temperature hetero-epitaxial pressure sensor |
| US5115291A (en) * | 1989-07-27 | 1992-05-19 | Honeywell Inc. | Electrostatic silicon accelerometer |
| US5382823A (en) * | 1990-11-27 | 1995-01-17 | Terumo Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method for production thereof |
| US5404125A (en) * | 1991-07-19 | 1995-04-04 | Terumo Kabushiki Kaisha | Infrared radiation sensor |
| US5672551A (en) * | 1994-03-18 | 1997-09-30 | The Foxboro Company | Method for manufacturing a semiconductor pressure sensor with single-crystal silicon diaphragm and single-crystal gage elements |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58206334A (ja) * | 1982-05-24 | 1983-12-01 | Daijietsuto Kogyo Kk | 迅速交換式工具保持装置 |
| JPS59169184A (ja) * | 1983-03-16 | 1984-09-25 | Nec Corp | 圧力センサの製造方法 |
| JPS59172778A (ja) * | 1983-03-22 | 1984-09-29 | Nec Corp | 圧力センサの製造方法 |
-
1983
- 1983-11-01 JP JP20633583A patent/JPS6097677A/ja active Pending
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