JPS61153537A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPS61153537A JPS61153537A JP27754184A JP27754184A JPS61153537A JP S61153537 A JPS61153537 A JP S61153537A JP 27754184 A JP27754184 A JP 27754184A JP 27754184 A JP27754184 A JP 27754184A JP S61153537 A JPS61153537 A JP S61153537A
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- JP
- Japan
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- film
- pressure
- gate electrode
- fet
- pressure sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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】
〔産業上の利用分野〕
太仝■８Ｌ十１丁七ｈト中Ｉずイ市田六ｈ ス生這ノ未
±紅う１１マ間するものであり、特に化合物半導体に形
成された電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと略記）
のゲート電極に印加される圧力による素子の電流特性の
変化を利用する圧力センサに関するものである。
±紅う１１マ間するものであり、特に化合物半導体に形
成された電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと略記）
のゲート電極に印加される圧力による素子の電流特性の
変化を利用する圧力センサに関するものである。
圧力を検出するセンサの種類は多様であるが、半導体圧
力センサは小型、軽量であり圧力情報を直接電気信号と
して出力し得る特長を持つことから広く利用されている
。従来の半導体を用いた圧力センサでは、ピエゾ抵抗効
果即ちキャリヤの易動度の外部圧力依存性による抵抗値
の変化が利用されている。
力センサは小型、軽量であり圧力情報を直接電気信号と
して出力し得る特長を持つことから広く利用されている
。従来の半導体を用いた圧力センサでは、ピエゾ抵抗効
果即ちキャリヤの易動度の外部圧力依存性による抵抗値
の変化が利用されている。
本発明は従来の斯種装置と異なり、化合物半導体単結晶
に外力を印加した時に生ずる圧電分極によるキャリヤ濃
度の変化を利用している。
に外力を印加した時に生ずる圧電分極によるキャリヤ濃
度の変化を利用している。
〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕従来の
圧力センサは、既述したようにピエゾ抵抗効果を利用す
るものであるが、一般にピエゾ抵抗効果による抵抗値の
変化は小さく、素子形状の改善等による検知怒度の向上
には限界がある。
圧力センサは、既述したようにピエゾ抵抗効果を利用す
るものであるが、一般にピエゾ抵抗効果による抵抗値の
変化は小さく、素子形状の改善等による検知怒度の向上
には限界がある。
上記の、検知感度の向上に物理的限界があるという問題
は本発明の圧電分極現象を利用する装置によって解決さ
れる。本発明は特許請求の範囲の項に記された特徴を有
するものであるが、後出の実施例によって要約すると、
砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上に形成されたＦＥＴを
、そのゲート電極部分に窓を設けて周囲の圧力がチャネ
ル８Ｎ域に伝達される構造とし、該圧力により圧電分極
を生ぜしめ、その結果生ずるキャリヤ濃度の変化を利用
し、ドレイン電流の変化によって圧力を検出する装置で
ある。
は本発明の圧電分極現象を利用する装置によって解決さ
れる。本発明は特許請求の範囲の項に記された特徴を有
するものであるが、後出の実施例によって要約すると、
砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上に形成されたＦＥＴを
、そのゲート電極部分に窓を設けて周囲の圧力がチャネ
ル８Ｎ域に伝達される構造とし、該圧力により圧電分極
を生ぜしめ、その結果生ずるキャリヤ濃度の変化を利用
し、ドレイン電流の変化によって圧力を検出する装置で
ある。
化合物半導体結晶は外力による男性変形を受けると圧電
分極を生ずる。このため化合物半導体基板内のキャリヤ
濃度は見掛は上変化し、ＦＥＴの特性は基板に加わる外
力の影響を受ける。本発明はこの現象を利用しており、
化学気相成長法（ＣＶＤ法）等によって基板上に堆積し
た絶縁膜中の残留応力による基板表面の男性変形を介し
て生ずる圧電分極を利用するものである。
分極を生ずる。このため化合物半導体基板内のキャリヤ
濃度は見掛は上変化し、ＦＥＴの特性は基板に加わる外
力の影響を受ける。本発明はこの現象を利用しており、
化学気相成長法（ＣＶＤ法）等によって基板上に堆積し
た絶縁膜中の残留応力による基板表面の男性変形を介し
て生ずる圧電分極を利用するものである。
この絶縁膜中の残留応力はその堆積条件及び温度に依存
し、次式で表される。
し、次式で表される。
σ−σ□＋（α、−αｒ） Ａ （’ｒ−’ｒａ）ここ
で、σは成る温度Ｔに於ける応力値、σ８は堆積状Ｌｉ
（温度Ｔａ）での真性応力値、αＳ、αｆは夫々基板及
び絶縁膜の熱膨張係数、Ａは定数である。一般に室温付
近と３００〜５００ ’Ｃで堆積した時の応力値を較べ
ると、高温の方がより大きな値をとる場合が多い。
で、σは成る温度Ｔに於ける応力値、σ８は堆積状Ｌｉ
（温度Ｔａ）での真性応力値、αＳ、αｆは夫々基板及
び絶縁膜の熱膨張係数、Ａは定数である。一般に室温付
近と３００〜５００ ’Ｃで堆積した時の応力値を較べ
ると、高温の方がより大きな値をとる場合が多い。
圧電分極及びそのＦＥＴの特性への影響は、化合物半導
体基板の結晶方位に依存している。例えば、ＧａＡ、ｓ
の（１００）面基板上にドレイン電流を（０１１）方向
に流す向きにＦＥＴを形成し、基板に対して圧縮応力を
加えるような残留応力を持つ絶縁膜（例えばＳ ｉ Ｏ
ｔ ）で被覆すると、ＦＥＴのチャネル領域には正の電
荷が誘起される。このため、ＦＥＴをｎチャネルとした
場合、ドレイン電流は減少し、ｐチャネルとした場合、
ドレイン電流は逆に増加する。またドレイン電流を〔０
ＩＴ）方向とした場合、或いは凸仮に対し引張応力を加
えるような残留応力を持つ絶縁膜（例えばＳｉＮ、）を
用いた場合、チャネル領域に誘起される電荷は負となる
。
体基板の結晶方位に依存している。例えば、ＧａＡ、ｓ
の（１００）面基板上にドレイン電流を（０１１）方向
に流す向きにＦＥＴを形成し、基板に対して圧縮応力を
加えるような残留応力を持つ絶縁膜（例えばＳ ｉ Ｏ
ｔ ）で被覆すると、ＦＥＴのチャネル領域には正の電
荷が誘起される。このため、ＦＥＴをｎチャネルとした
場合、ドレイン電流は減少し、ｐチャネルとした場合、
ドレイン電流は逆に増加する。またドレイン電流を〔０
ＩＴ）方向とした場合、或いは凸仮に対し引張応力を加
えるような残留応力を持つ絶縁膜（例えばＳｉＮ、）を
用いた場合、チャネル領域に誘起される電荷は負となる
。
また、圧電分極によるドレイン電流の変化量は、チャネ
ル領域の多数キャリヤと同符号の電荷が誘起された場合
の方が太き（なる。従って圧力センサを高感度にするた
めには、ドレイン電流の方向及びＦＥＴを被覆する絶縁
膜の材料を予め適当に選択し、絶縁膜材料中の残留応力
が化合物半導体基板内に生ぜしめる応力によって、ＦＥ
Ｔのチャネル領域の多数キャリヤ濃度が増大するような
圧電分極が誘起される構造としておく必要がある。
ル領域の多数キャリヤと同符号の電荷が誘起された場合
の方が太き（なる。従って圧力センサを高感度にするた
めには、ドレイン電流の方向及びＦＥＴを被覆する絶縁
膜の材料を予め適当に選択し、絶縁膜材料中の残留応力
が化合物半導体基板内に生ぜしめる応力によって、ＦＥ
Ｔのチャネル領域の多数キャリヤ濃度が増大するような
圧電分極が誘起される構造としておく必要がある。
また外力による圧電分極への影響は、絶縁膜中の応力に
よるものと同様で、例えばＧａＡｓ （１００）面基
板上に、ドレイン電流を（ＯＩＴ）方向に流すように形
成されたｎチャネルＦＥＴでは、外部から圧力が加えら
れた場合、ドレイン電流は増加する。
よるものと同様で、例えばＧａＡｓ （１００）面基
板上に、ドレイン電流を（ＯＩＴ）方向に流すように形
成されたｎチャネルＦＥＴでは、外部から圧力が加えら
れた場合、ドレイン電流は増加する。
による応力に加えて、周囲圧力がゲート電極を介して半
導体基板に伝達され、その結果圧電分極によるキャリヤ
濃度の増減を生じるので、周囲圧力をＦＥＴの電流値に
よって検出することが出来る。
導体基板に伝達され、その結果圧電分極によるキャリヤ
濃度の増減を生じるので、周囲圧力をＦＥＴの電流値に
よって検出することが出来る。
第１図は本発明の実施例の構造を示す平面図及び断面図
である。
である。
本発明に於いて電流変化を発生ずる素子であるＦＥＴは
、平面図（ａ）とそのｘ−ｘ ’断面図である図（ｂ）
に示される如く、そのチャネルの方向が〔０ＩＴ）方向
に合わせて形成され、ＦＥＴ３はその略全域がＳ ｉ
Ｏｚ膜２で覆われているが、ゲート電極４の上に窓５が
開けられている。
、平面図（ａ）とそのｘ−ｘ ’断面図である図（ｂ）
に示される如く、そのチャネルの方向が〔０ＩＴ）方向
に合わせて形成され、ＦＥＴ３はその略全域がＳ ｉ
Ｏｚ膜２で覆われているが、ゲート電極４の上に窓５が
開けられている。
本発明のＦＥＴはかかる構造を存するので、素子がおか
れている雰囲気の圧力が直接ゲート電極に印加され、ゲ
ート電極を介してＦＥＴのチャネル領域にもその圧力が
印加される。
れている雰囲気の圧力が直接ゲート電極に印加され、ゲ
ート電極を介してＦＥＴのチャネル領域にもその圧力が
印加される。
この圧力印加によってチャネル領域に圧電分極が発生す
るが、ＦＥＴのチャネル長方向はキャリに合わされてい
るので、周囲圧力が増加すればＦＥＴの電流値も増加す
ることになる。即ち、この電流値を測定することによっ
て圧力を検知することが出来る。
るが、ＦＥＴのチャネル長方向はキャリに合わされてい
るので、周囲圧力が増加すればＦＥＴの電流値も増加す
ることになる。即ち、この電流値を測定することによっ
て圧力を検知することが出来る。
本実施例の圧力検知素子として用いられるＧａＡｓＦＥ
Ｔ３は、ゲート長１μｍ程度のショットキバリヤゲート
を有するＦＥＴ （以下、ＭＥＳＦＥＴと略記）であり
、これの製造には、イオン注入及びアニールによるチャ
ネル領域７の形成後高耐熱合金であるタングステンシリ
サイド（ＷＳｉ）等でゲート電極４を形成し、再度イオ
ン注入及びアニールによりソース、ドレイン領域８，９
を形成し、Ａ ｕ Ｇ ｅ ／ Ａ ｕ層を蒸着合金化
することによってソース、ドレイン電極１０．１１を形
成する従来のセルファライン型のＦＥＴ製造法が、何隻
不都合なしに適用される。
Ｔ３は、ゲート長１μｍ程度のショットキバリヤゲート
を有するＦＥＴ （以下、ＭＥＳＦＥＴと略記）であり
、これの製造には、イオン注入及びアニールによるチャ
ネル領域７の形成後高耐熱合金であるタングステンシリ
サイド（ＷＳｉ）等でゲート電極４を形成し、再度イオ
ン注入及びアニールによりソース、ドレイン領域８，９
を形成し、Ａ ｕ Ｇ ｅ ／ Ａ ｕ層を蒸着合金化
することによってソース、ドレイン電極１０．１１を形
成する従来のセルファライン型のＦＥＴ製造法が、何隻
不都合なしに適用される。
本発明の装置の製造にはＦＥＴを形成した後、そのゲー
ト電極部分に窓を開ける工程が続く。この工程では、Ｆ
ＥＴを形成したＧａＡｓ基板に、ＣＶＤ法によって約１
μｍの厚さにＳｉｎｇ膜２を被着し、その上に５００人
のＴｉ膜６を蒸着する。
ト電極部分に窓を開ける工程が続く。この工程では、Ｆ
ＥＴを形成したＧａＡｓ基板に、ＣＶＤ法によって約１
μｍの厚さにＳｉｎｇ膜２を被着し、その上に５００人
のＴｉ膜６を蒸着する。
このＴｉ膜はゲート電極上の５ｉｎｚ膜に窓を開ける際
のマスクとなるものである。
のマスクとなるものである。
化学エツチングによってＴｉ膜をパターニングした後、
ＡｒイオンミリングによってＳｉＯ□膜をエツチングし
、ゲート電極４上に窓５を形成する。
ＡｒイオンミリングによってＳｉＯ□膜をエツチングし
、ゲート電極４上に窓５を形成する。
これを適当なパフケージに収容して圧力センサが完成す
る。
る。
本実施例では、ＧａＡｓ （１００）囲碁板上にｎチ
ャネルＭＥＳＦＥＴを形成しているが、これをｐチャネ
ルとしてドレイン電流方向を（０１１）方向と平行にし
たり、絶縁膜としてＳｉＮｘを用いても同様の効果を得
ることが可能であり、製造方法もセルファライン型に限
るものではない、また、（１１０）、（１１１）面等の
基板を用いて同様の効果を有する温度センサを形成する
ことも可能である。
ャネルＭＥＳＦＥＴを形成しているが、これをｐチャネ
ルとしてドレイン電流方向を（０１１）方向と平行にし
たり、絶縁膜としてＳｉＮｘを用いても同様の効果を得
ることが可能であり、製造方法もセルファライン型に限
るものではない、また、（１１０）、（１１１）面等の
基板を用いて同様の効果を有する温度センサを形成する
ことも可能である。
本発明の圧力センサの感度は、従来のピエゾ抵抗効果の
みを利用するものに比較して約１０２倍に向上している
。
みを利用するものに比較して約１０２倍に向上している
。
第１図は本発明の圧力センサの構造を示す平面図（ａｌ
及び断面図（ｂｌであって、 図に於いて １はＧａＡｓ基板 ２は厚いＳｉＯ□膜 ３はショットキバリヤＦＥＴ ４はゲート電極 ５は圧力伝達用の窓 ６はＴｉ膜 ７はチャネル領域 ８．９はソース、ドレイン領域である低抵抗ｎ型領域 １０、１１はソース、ドレイン電極である。
及び断面図（ｂｌであって、 図に於いて １はＧａＡｓ基板 ２は厚いＳｉＯ□膜 ３はショットキバリヤＦＥＴ ４はゲート電極 ５は圧力伝達用の窓 ６はＴｉ膜 ７はチャネル領域 ８．９はソース、ドレイン領域である低抵抗ｎ型領域 １０、１１はソース、ドレイン電極である。
Claims (3)
- （１）化合物半導体単結晶表面に電界効果トランジスタ
が形成され、該トランジスタのゲート電極表面領域を除
く素子領域が絶縁材料層で被覆されて成ることを特徴と
する半導体圧力センサ。 - （２）前記絶縁膜材料中の残留応力によって前記化合物
半導体基板内に生ずる応力により、前記電界効果トラン
ジスタのチャネル領域の多数キャリヤ濃度を増大させる
極性の圧電分極が誘起される如く形成されていることを
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。 - （３）前記化合物半導体が砒化ガリウムであることを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導体圧力センサ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27754184A JPS61153537A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27754184A JPS61153537A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61153537A true JPS61153537A (ja) | 1986-07-12 |
Family
ID=17584982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27754184A Pending JPS61153537A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61153537A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02194343A (ja) * | 1989-01-24 | 1990-07-31 | Honda Motor Co Ltd | 半導体応力センサ |
| JPH04317378A (ja) * | 1991-04-16 | 1992-11-09 | Honda Motor Co Ltd | 半導体センサ |
| US5279704A (en) * | 1991-04-23 | 1994-01-18 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of fabricating semiconductor device |
| US5381696A (en) * | 1991-05-17 | 1995-01-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor stress sensor |
| JPH0974208A (ja) * | 1995-09-04 | 1997-03-18 | Honda Motor Co Ltd | 半導体応力センサ |
| JP2010266441A (ja) * | 2009-05-13 | 2010-11-25 | Lsi Corp | 電子圧力センシングデバイス |
-
1984
- 1984-12-26 JP JP27754184A patent/JPS61153537A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02194343A (ja) * | 1989-01-24 | 1990-07-31 | Honda Motor Co Ltd | 半導体応力センサ |
| JPH04317378A (ja) * | 1991-04-16 | 1992-11-09 | Honda Motor Co Ltd | 半導体センサ |
| US5279704A (en) * | 1991-04-23 | 1994-01-18 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of fabricating semiconductor device |
| US5381696A (en) * | 1991-05-17 | 1995-01-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor stress sensor |
| JPH0974208A (ja) * | 1995-09-04 | 1997-03-18 | Honda Motor Co Ltd | 半導体応力センサ |
| JP2010266441A (ja) * | 2009-05-13 | 2010-11-25 | Lsi Corp | 電子圧力センシングデバイス |
| KR101512527B1 (ko) * | 2009-05-13 | 2015-04-15 | 엘에스아이 코포레이션 | 전자 압력―감지 디바이스 |
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