JPS63155675A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPS63155675A JPS63155675A JP30229986A JP30229986A JPS63155675A JP S63155675 A JPS63155675 A JP S63155675A JP 30229986 A JP30229986 A JP 30229986A JP 30229986 A JP30229986 A JP 30229986A JP S63155675 A JPS63155675 A JP S63155675A
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野〕
本発明は半導体圧力センサに関し、高温においても好適
なものに関する。
なものに関する。
機械的応力を加える事によってピエゾ抵抗効果によりそ
の抵抗値が変化する事を利用して、羊結晶シリコン基板
の−・部の肉厚を薄くしダイヤフラムを形成し、そのダ
イヤプラムに形成されたエピタキシャル層内に歪ゲージ
を拡散層等で形成して、ダイヤフラムに加わる圧力によ
り歪ゲージを変形させ、ピエゾ抵抗効果による抵抗値の
変化を検出して圧力を測定する半導体圧力センサが用い
られている。
の抵抗値が変化する事を利用して、羊結晶シリコン基板
の−・部の肉厚を薄くしダイヤフラムを形成し、そのダ
イヤプラムに形成されたエピタキシャル層内に歪ゲージ
を拡散層等で形成して、ダイヤフラムに加わる圧力によ
り歪ゲージを変形させ、ピエゾ抵抗効果による抵抗値の
変化を検出して圧力を測定する半導体圧力センサが用い
られている。
しかしながら、上記の半導体圧力センサによると、単結
晶シリコン基板と歪ゲージとの電気的分離は単結晶シリ
コン基板内に形成されるＰＮ接合にて行っており、この
様なセンサを高温において使用する場合、ＰＮ接合部に
おいてリーク電流が増加してしまい安定した測定が困難
になるという問題があった。
晶シリコン基板と歪ゲージとの電気的分離は単結晶シリ
コン基板内に形成されるＰＮ接合にて行っており、この
様なセンサを高温において使用する場合、ＰＮ接合部に
おいてリーク電流が増加してしまい安定した測定が困難
になるという問題があった。
上記の問題を解決し、しかも小型な圧力センサとして第
６図に示すようなマイクロダイヤフラム圧力センサが提
案されている。図において、１００は（１００）面の単
結晶シリコン基板であり、その凹部である空洞１００ａ
は後述のエツチングにより形成される。１０１は単結晶
シリコン基板１０１の主表面上の所定領域に形成された
シリコン酸化膜、１０２はシリコン酸化膜１０１の形成
されない部分（空洞１００ａが形成される部分）及びそ
の周辺のシリコン酸化膜１０１上の所定領域に形成され
る多結晶シリコン層であり、後述のエツチングにより除
去される。１０３は多結晶シリコン層１０２及びシリコ
ン酸化膜１０１上に形成される第１のシリコン窒化膜で
あり、エツチング孔１０６部分は除去される。この第１
のシリコン窒化膜１０３上には所定のパターンの多結晶
シリコンより成る歪ゲージ１０４と第２のシリコン窒化
膜１０５が形成される。そして、エツチング孔１０６よ
りアンダーカットエツチングを行い、多結晶シリコンの
エツチング速度が比較的速い事を利用して所望の位置に
空洞１００ａを形成し、この空洞１００ａ上部のシリコ
ン窒化膜をダイヤフラムとしている。そして最後にＣＶ
Ｄ （Ｃｈｅｍｉ−ｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）により形成される第３のシリコン窒化膜１
０７によりエツチング孔１０６を封止する事により圧力
センサを構成するものである。
６図に示すようなマイクロダイヤフラム圧力センサが提
案されている。図において、１００は（１００）面の単
結晶シリコン基板であり、その凹部である空洞１００ａ
は後述のエツチングにより形成される。１０１は単結晶
シリコン基板１０１の主表面上の所定領域に形成された
シリコン酸化膜、１０２はシリコン酸化膜１０１の形成
されない部分（空洞１００ａが形成される部分）及びそ
の周辺のシリコン酸化膜１０１上の所定領域に形成され
る多結晶シリコン層であり、後述のエツチングにより除
去される。１０３は多結晶シリコン層１０２及びシリコ
ン酸化膜１０１上に形成される第１のシリコン窒化膜で
あり、エツチング孔１０６部分は除去される。この第１
のシリコン窒化膜１０３上には所定のパターンの多結晶
シリコンより成る歪ゲージ１０４と第２のシリコン窒化
膜１０５が形成される。そして、エツチング孔１０６よ
りアンダーカットエツチングを行い、多結晶シリコンの
エツチング速度が比較的速い事を利用して所望の位置に
空洞１００ａを形成し、この空洞１００ａ上部のシリコ
ン窒化膜をダイヤフラムとしている。そして最後にＣＶ
Ｄ （Ｃｈｅｍｉ−ｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）により形成される第３のシリコン窒化膜１
０７によりエツチング孔１０６を封止する事により圧力
センサを構成するものである。
〔発明が解決しようとする問題点］
上記の第６図に示すマイクロダイヤフラム圧力センサに
よると、歪ゲージ１０４が絶縁層である第１のシリコン
窒化膜１０３上に形成されているので、高温においても
歪ゲージ１０４を単結晶シリコン基板１００と電気的に
完全に分離する事ができ、又、ダイヤフラムの形成を単
結晶シリコン基板の歪ゲージが形成される側とは反対の
表面よりエツチングして形成している従来の半導体圧力
センサに対して、この圧力センサは単結晶シリコン基板
１００の歪ゲージ１０４が形成される側の表面よりエツ
チングし空洞１００ａを形成し、その上部のシリコン窒
化膜をダイヤフラムとしているので、エツチングされる
単結晶シリコン基板１００の体積を比較的小さくする事
ができ、さらに、ダイヤフラムの厚さを薄く形成する事
ができるので小型の半導体圧力センサを提供できるとい
う効果がある。
よると、歪ゲージ１０４が絶縁層である第１のシリコン
窒化膜１０３上に形成されているので、高温においても
歪ゲージ１０４を単結晶シリコン基板１００と電気的に
完全に分離する事ができ、又、ダイヤフラムの形成を単
結晶シリコン基板の歪ゲージが形成される側とは反対の
表面よりエツチングして形成している従来の半導体圧力
センサに対して、この圧力センサは単結晶シリコン基板
１００の歪ゲージ１０４が形成される側の表面よりエツ
チングし空洞１００ａを形成し、その上部のシリコン窒
化膜をダイヤフラムとしているので、エツチングされる
単結晶シリコン基板１００の体積を比較的小さくする事
ができ、さらに、ダイヤフラムの厚さを薄く形成する事
ができるので小型の半導体圧力センサを提供できるとい
う効果がある。
しかしながら、第６図に示す圧力センサにおいても、エ
ツチング孔１０６部分においてダイヤフラムが平滑でな
いがために、その部分が機械的応力に対して弱くなって
おり、又、エツチング孔１０６を封止する際に第３のシ
リコン窒化膜１０７がエツチング孔１０６へ埋まる状態
にばらつきが生じ易く、このばらつきの為に圧力センサ
の出力特性が不安定になる。又、エツチング孔１０６が
空洞１００ａの周辺の単結晶シリコン基板１００上に形
成される構成では、そのエツチング孔１０６の面積の分
だけ圧力センサの小型化に不利であるという問題がある
。
ツチング孔１０６部分においてダイヤフラムが平滑でな
いがために、その部分が機械的応力に対して弱くなって
おり、又、エツチング孔１０６を封止する際に第３のシ
リコン窒化膜１０７がエツチング孔１０６へ埋まる状態
にばらつきが生じ易く、このばらつきの為に圧力センサ
の出力特性が不安定になる。又、エツチング孔１０６が
空洞１００ａの周辺の単結晶シリコン基板１００上に形
成される構成では、そのエツチング孔１０６の面積の分
だけ圧力センサの小型化に不利であるという問題がある
。
そこで本発明は上記の点に鑑みなされたものであって、
高温においても歪ゲージと基板とを電気的に完全に分離
でき、小型に形成可能で、しがも、その出力特性が安定
である半導体圧力センサを提供する事を目的としている
。
高温においても歪ゲージと基板とを電気的に完全に分離
でき、小型に形成可能で、しがも、その出力特性が安定
である半導体圧力センサを提供する事を目的としている
。
上記の目的を達成する為に、本発明は、凹部をその一部
に有する基板と、 前記凹部上及び該凹部の周辺にほぼ平滑に形成され、そ
の少なくとも一部に絶縁性を有する部分を形成したダイ
ヤフラムと、 前記絶縁性を有する部分上の所定領域に形成される感圧
素子部と、 を備えることを特徴とする半導体圧力センサを採用して
いる。
に有する基板と、 前記凹部上及び該凹部の周辺にほぼ平滑に形成され、そ
の少なくとも一部に絶縁性を有する部分を形成したダイ
ヤフラムと、 前記絶縁性を有する部分上の所定領域に形成される感圧
素子部と、 を備えることを特徴とする半導体圧力センサを採用して
いる。
以下、図面に示す実施例により本発明の詳細な説明する
。
。
第１図（ａ）乃至（ｊ）は本発明の第１実施例を示す断
面図である。まず第１図（ａ）乃至（（至）を用いて本
実施例の半導体圧力センサの製造工程を順に説明する。
面図である。まず第１図（ａ）乃至（（至）を用いて本
実施例の半導体圧力センサの製造工程を順に説明する。
第１図（ａ）において、１は（１００）面の第１の単結
晶シリコン基板であり、２は第１の単結晶シリコン基板
１の主表面上の所定領域に形成するシリコン酸化膜（Ｓ
ｉＯｚ）である。このシリコン酸化膜２をマスクとして
水酸化カリウム（ＫＯＨ）等による異方性のエツチング
液を用いてエツチングし、同図（ｂ）に示すような凹部
３を形成する。尚、ここで用いる基板としてはその結晶
面は（１１０）でもよく、又、パイレックスガラス、サ
ファイア等に凹部を形成したものであってもよい。
晶シリコン基板であり、２は第１の単結晶シリコン基板
１の主表面上の所定領域に形成するシリコン酸化膜（Ｓ
ｉＯｚ）である。このシリコン酸化膜２をマスクとして
水酸化カリウム（ＫＯＨ）等による異方性のエツチング
液を用いてエツチングし、同図（ｂ）に示すような凹部
３を形成する。尚、ここで用いる基板としてはその結晶
面は（１１０）でもよく、又、パイレックスガラス、サ
ファイア等に凹部を形成したものであってもよい。
一方、同図（Ｃ）に示すように、例えば、その比抵抗が
３〜５Ωｃｍ、Ｎ型導電型、結晶面が（１００）／’７
＞ あるいは（１１０）の第２の単結晶シリコン基板４の主
表面上の所定領域に、シリコン酸化膜５を形成し、同図
（ｄ）に示すように、そのシリコン酸化膜５をマスクと
してボロン（Ｂ）等のＰ型不純物を高濃度に拡散しピエ
ゾ抵抗層６を＜１１０＞方向に形成する。引き続き、シ
リコン酸化膜５を除去した後に第２の単結晶シリコン基
板４の主表面上の全面にＬＰＣＶＤ法又はプラズマＣＶ
Ｄ法により膜厚が０．１〜２．０μｍのシリコン窒化膜
（Ｓｉ２Ｈ４）７を形成し、さらにこのシリコン窒化膜
７上にＢＰＳＧ膜８を形成する。尚、この時、ＢＰＳＧ
膜８の表面はほぼ平滑な状態となっている。
３〜５Ωｃｍ、Ｎ型導電型、結晶面が（１００）／’７
＞ あるいは（１１０）の第２の単結晶シリコン基板４の主
表面上の所定領域に、シリコン酸化膜５を形成し、同図
（ｄ）に示すように、そのシリコン酸化膜５をマスクと
してボロン（Ｂ）等のＰ型不純物を高濃度に拡散しピエ
ゾ抵抗層６を＜１１０＞方向に形成する。引き続き、シ
リコン酸化膜５を除去した後に第２の単結晶シリコン基
板４の主表面上の全面にＬＰＣＶＤ法又はプラズマＣＶ
Ｄ法により膜厚が０．１〜２．０μｍのシリコン窒化膜
（Ｓｉ２Ｈ４）７を形成し、さらにこのシリコン窒化膜
７上にＢＰＳＧ膜８を形成する。尚、この時、ＢＰＳＧ
膜８の表面はほぼ平滑な状態となっている。
そして、同図（ｅ）に示すように、第１の単結晶シリコ
ン基板１の主表面上に、上下のパターンが設定通り重な
るように例えば赤外顕微鏡で位置合せを行い第２の単結
晶シリコン基板４に形成されたＢＰＳＧ膜８を配置する
。ここで本実施例においては第１、第２の単結晶シリコ
ン基板１．４（あるいはそれらのウェハ）の周辺部を真
空中でレーザにより溶融接着して仮止めを行う。しかる
後に／Ｑ ） 真空炉内に入れ約１０００°Ｃに加熱し、ＢＰＳＧ膜８
を溶融し第１、第２の単結晶シリコン基板１゜４の両者
の接着を行う。この際、両者の接着は真空中で行われる
ので基準圧室となる凹部３内は真空となる。又、接着が
完全に行われるように基板上に重しを乗せて行っている
。尚、両者の接着を行う為の接着（接合）層としてＢＰ
ＳＧ膜８を用いているが、他の低融点ガラス等を用いて
もよ（、又、その両者の接合は低融点ガラスの溶融接着
に限定される事なく、例えば第１の単結晶シリコン基板
１上のシリコン酸化膜２を除去して、いわゆる陽極接合
（アノ−ディックポンディング）により接合してもよく
、又、仮止めを行わずに真空中高温炉内で直接接合して
もよい。又、接着用のＢＰＳＧ膜８はシリコン窒化膜７
上の全面に形成する事な（接着部分のみに部分的に形成
してもよい。
ン基板１の主表面上に、上下のパターンが設定通り重な
るように例えば赤外顕微鏡で位置合せを行い第２の単結
晶シリコン基板４に形成されたＢＰＳＧ膜８を配置する
。ここで本実施例においては第１、第２の単結晶シリコ
ン基板１．４（あるいはそれらのウェハ）の周辺部を真
空中でレーザにより溶融接着して仮止めを行う。しかる
後に／Ｑ ） 真空炉内に入れ約１０００°Ｃに加熱し、ＢＰＳＧ膜８
を溶融し第１、第２の単結晶シリコン基板１゜４の両者
の接着を行う。この際、両者の接着は真空中で行われる
ので基準圧室となる凹部３内は真空となる。又、接着が
完全に行われるように基板上に重しを乗せて行っている
。尚、両者の接着を行う為の接着（接合）層としてＢＰ
ＳＧ膜８を用いているが、他の低融点ガラス等を用いて
もよ（、又、その両者の接合は低融点ガラスの溶融接着
に限定される事なく、例えば第１の単結晶シリコン基板
１上のシリコン酸化膜２を除去して、いわゆる陽極接合
（アノ−ディックポンディング）により接合してもよく
、又、仮止めを行わずに真空中高温炉内で直接接合して
もよい。又、接着用のＢＰＳＧ膜８はシリコン窒化膜７
上の全面に形成する事な（接着部分のみに部分的に形成
してもよい。
又、絶縁膜としてのシリコン窒化膜７はシリコン酸化膜
等の他の絶縁膜であってもよい。
等の他の絶縁膜であってもよい。
そして、同図（ｆ）に示すように、第１の単結晶シリコ
ン基板１の他主面（裏面）をワックス等で覆（Φ） い（図示はしない）、第２の単結晶シリコン基板４の他
主面（裏面）側より、例えばエチレンジアミン（２６０
ｄ）、ピロカテコール（４５ｇ）、水（１２０ｍｌ）を
主成分とする異方性エツチング液により第２の単結晶シ
リコン基板４をエツチング除去している。この際、エツ
チングはＮ型導電型である領域を選択的に進行し、高濃
度にボロンを拡散したピエゾ抵抗層６部分及びシリコン
窒化膜７はほとんどエツチングされずに残る。このよう
にして絶縁膜としてのシリコン窒化膜７上に単結晶のピ
エゾ抵抗層６が形成される。そして、同図（ｇ）に示す
ように、表面保護膜９、及びＡｆｆｉ等から成る配線層
１０を形成して本実施例の半導体圧力センサを構成する
。
ン基板１の他主面（裏面）をワックス等で覆（Φ） い（図示はしない）、第２の単結晶シリコン基板４の他
主面（裏面）側より、例えばエチレンジアミン（２６０
ｄ）、ピロカテコール（４５ｇ）、水（１２０ｍｌ）を
主成分とする異方性エツチング液により第２の単結晶シ
リコン基板４をエツチング除去している。この際、エツ
チングはＮ型導電型である領域を選択的に進行し、高濃
度にボロンを拡散したピエゾ抵抗層６部分及びシリコン
窒化膜７はほとんどエツチングされずに残る。このよう
にして絶縁膜としてのシリコン窒化膜７上に単結晶のピ
エゾ抵抗層６が形成される。そして、同図（ｇ）に示す
ように、表面保護膜９、及びＡｆｆｉ等から成る配線層
１０を形成して本実施例の半導体圧力センサを構成する
。
そこで本実施例によると、ピエゾ抵抗層６はシリコン窒
化膜７等により第１の単結晶シリコン基板１と電気的に
完全に分離でき、高温において使用してもその特性は安
定となる。しかも、本実施例においては、シリコン窒化
膜７上に単結晶のピエゾ抵抗層６が形成されるので、従
来の多結晶のピエゾ抵抗層と比較して感度を高く、ばら
つきを小さくできる。又、従来、絶縁膜上に多結晶のシ
リコンを形成し、それを再結晶化してピエゾ抵抗層を形
成するものがあるが、そのようなピエゾ抵抗層と比較し
ても特性のばらつきを小さくでき、製造コストを低くで
きるという点で本実施例の半導体圧力センサは有効であ
る。
化膜７等により第１の単結晶シリコン基板１と電気的に
完全に分離でき、高温において使用してもその特性は安
定となる。しかも、本実施例においては、シリコン窒化
膜７上に単結晶のピエゾ抵抗層６が形成されるので、従
来の多結晶のピエゾ抵抗層と比較して感度を高く、ばら
つきを小さくできる。又、従来、絶縁膜上に多結晶のシ
リコンを形成し、それを再結晶化してピエゾ抵抗層を形
成するものがあるが、そのようなピエゾ抵抗層と比較し
ても特性のばらつきを小さくでき、製造コストを低くで
きるという点で本実施例の半導体圧力センサは有効であ
る。
又、本実施例によると、第１の単結晶シリコン基板１の
ピエゾ抵抗層６側にあたる表面（主表面）に凹部３が形
成されており、凹部３を形成するのにエツチングされる
体積は比較的小さくなっており、その分、第１の単結晶
シリコン基板１を有効に使用する事ができ、第１の単結
晶シリコン基板１内に半導体圧力センサからの信号を処
理する回路を形成する場合、全体として小型にする事が
できる。又、本実施例の場合、シリコン窒化膜７とＢＰ
ＳＧ膜８とで構成されるダイヤフラムは、凹部３の上部
、及び凹部３の周辺である第１の単結晶シリコン基板１
上にわたってほぼ平滑に形成されており、何ら従来構成
のようなエツチング孔は／＋ １１ 存在する事がな（、機械的応力に対してその介強く、又
、出力特性もその分安定である。
ピエゾ抵抗層６側にあたる表面（主表面）に凹部３が形
成されており、凹部３を形成するのにエツチングされる
体積は比較的小さくなっており、その分、第１の単結晶
シリコン基板１を有効に使用する事ができ、第１の単結
晶シリコン基板１内に半導体圧力センサからの信号を処
理する回路を形成する場合、全体として小型にする事が
できる。又、本実施例の場合、シリコン窒化膜７とＢＰ
ＳＧ膜８とで構成されるダイヤフラムは、凹部３の上部
、及び凹部３の周辺である第１の単結晶シリコン基板１
上にわたってほぼ平滑に形成されており、何ら従来構成
のようなエツチング孔は／＋ １１ 存在する事がな（、機械的応力に対してその介強く、又
、出力特性もその分安定である。
尚、上記実施例ではダイヤフラムの厚さはシリコン窒化
膜７の膜厚によって調整されるが、接着前の第２の単結
晶シリコン基板４を、同図（ｈ）に示すように、シリコ
ン窒化膜７上に適当な熱膨張係数を有する多結晶シリコ
ン層１１あるいは再結晶化した単結晶シリコン層を形成
し、その上にＢＰＳＧ膜８を形成する構成とし、ダイヤ
フラムの厚さを例えば多結晶シリコン層１１の厚さによ
り任意に調整してもよい。又、上記実施例ではピエゾ抵
抗層６のパターンは予め形成されているが、第２の単結
晶シリコン基板４内に主表面側より所定の厚みをもって
全面にＰ型不純物を拡散し、第２の単結晶シリコン基板
４のエツチング後に所定のパターンを形成してもよい。
膜７の膜厚によって調整されるが、接着前の第２の単結
晶シリコン基板４を、同図（ｈ）に示すように、シリコ
ン窒化膜７上に適当な熱膨張係数を有する多結晶シリコ
ン層１１あるいは再結晶化した単結晶シリコン層を形成
し、その上にＢＰＳＧ膜８を形成する構成とし、ダイヤ
フラムの厚さを例えば多結晶シリコン層１１の厚さによ
り任意に調整してもよい。又、上記実施例ではピエゾ抵
抗層６のパターンは予め形成されているが、第２の単結
晶シリコン基板４内に主表面側より所定の厚みをもって
全面にＰ型不純物を拡散し、第２の単結晶シリコン基板
４のエツチング後に所定のパターンを形成してもよい。
又、上記実施例は絶圧センサであるか、同図（ｉ）示す
ように、第１の単結晶シリコン基板１に予め導通孔１２
を開けておき、相対圧センサとして使用してもよい。又
、上記実施例の説明では簡単の為に省略したが、半導体
圧力センサの出力を処理する回路を第１の単結晶シリコ
ン基板１内に形成してもよい。同図（ｊ）は出力処理回
路の構成要素として、例えばＭＯＳ Ｆ ＥＴを表す断
面図であり、図において、１３は第１の単結晶シリコン
基板１内に形成されるＰ−ウェル領域、１４．１５はＰ
−ウェル領域１３内に形成されるそれぞれＮ＋ソース拡
散領域、Ｎ゛ ドレイン拡散領域、１６はフィールド絶
縁膜、１７．１８はそれぞれソース電極、ドレイン電極
、１９はゲート電極、２０は絶縁膜であり、その各々は
公知の半導体加工技術により形成される。
ように、第１の単結晶シリコン基板１に予め導通孔１２
を開けておき、相対圧センサとして使用してもよい。又
、上記実施例の説明では簡単の為に省略したが、半導体
圧力センサの出力を処理する回路を第１の単結晶シリコ
ン基板１内に形成してもよい。同図（ｊ）は出力処理回
路の構成要素として、例えばＭＯＳ Ｆ ＥＴを表す断
面図であり、図において、１３は第１の単結晶シリコン
基板１内に形成されるＰ−ウェル領域、１４．１５はＰ
−ウェル領域１３内に形成されるそれぞれＮ＋ソース拡
散領域、Ｎ゛ ドレイン拡散領域、１６はフィールド絶
縁膜、１７．１８はそれぞれソース電極、ドレイン電極
、１９はゲート電極、２０は絶縁膜であり、その各々は
公知の半導体加工技術により形成される。
次に、本発明の第２実施例を第２図（ａ）乃至（Ｃ）の
断面図を用いて説明する。本実施例は上記第１実施例で
いう第２の単結晶シリコン基板４側に特徴があり、その
部分を中心に説明する。同図（ａ）において、４ａは第
２の単結晶シリコン基板、２１は第２の単結晶シリコン
基板４ａの主表面上に形成されるシリコン酸化膜、２２
はシリコン酸化膜２１上に形成した多結晶シリコン層を
再結晶化する事により形成したいわゆるＳＯＩ層であり
、同図（ｂ）に示すようにこのＳｏ ＩＪｉ２２内の所
定領域に不純物を導入する事にピエゾ抵抗層２２ａを形
成し、その後ピエゾ抵抗＠ ２２ ａ以外のＳＯＩ層を
エツチング除去して所定のパターンを形成する。
断面図を用いて説明する。本実施例は上記第１実施例で
いう第２の単結晶シリコン基板４側に特徴があり、その
部分を中心に説明する。同図（ａ）において、４ａは第
２の単結晶シリコン基板、２１は第２の単結晶シリコン
基板４ａの主表面上に形成されるシリコン酸化膜、２２
はシリコン酸化膜２１上に形成した多結晶シリコン層を
再結晶化する事により形成したいわゆるＳＯＩ層であり
、同図（ｂ）に示すようにこのＳｏ ＩＪｉ２２内の所
定領域に不純物を導入する事にピエゾ抵抗層２２ａを形
成し、その後ピエゾ抵抗＠ ２２ ａ以外のＳＯＩ層を
エツチング除去して所定のパターンを形成する。
そして、ピエゾ抵抗層２２ａの周囲は熱酸化する事によ
り膜厚が１０００〜２０００人のシリコン酸化膜２３が
形成され、さらにシリコン酸化膜２３及びシリコン酸化
膜２１上にエッチバック法等により膜厚が１〜２μｍで
その表面をほぼ平滑にしたプラズマナイトライド膜２４
を形成し、引き続き、そのプラズマナイトライド膜２４
上にＢＰＳＣ膜２５膜形５する。
り膜厚が１０００〜２０００人のシリコン酸化膜２３が
形成され、さらにシリコン酸化膜２３及びシリコン酸化
膜２１上にエッチバック法等により膜厚が１〜２μｍで
その表面をほぼ平滑にしたプラズマナイトライド膜２４
を形成し、引き続き、そのプラズマナイトライド膜２４
上にＢＰＳＣ膜２５膜形５する。
そして、同図（Ｃ）に示すように、上記第１実施例と同
様に形成された第１の単結晶シリコン基板１との接着を
同様に行い、そして、第２の単結晶シリコン基板４ａを
シリコン酸化膜２１までエツチング除去し、半導体圧力
センサの主要部を構成する。尚、本実施例におけるダイ
ヤフラムはＢＰＳＧ膜２５、プラズマナイトライド膜２
４、シリコン酸化膜２３の３層から成っている。
様に形成された第１の単結晶シリコン基板１との接着を
同様に行い、そして、第２の単結晶シリコン基板４ａを
シリコン酸化膜２１までエツチング除去し、半導体圧力
センサの主要部を構成する。尚、本実施例におけるダイ
ヤフラムはＢＰＳＧ膜２５、プラズマナイトライド膜２
４、シリコン酸化膜２３の３層から成っている。
そこで、本実施例においても第１実施例と同様の効果が
得られるが、プラズマナイトライド膜２４内のピエゾ抵
抗層２２ａの周辺に、′図示はしないが、半導体圧力セ
ンサからの信号を処理する回路を形成し、又、第１の単
結晶シリコン基板１内にも第１図（ｊ）に示すような回
路を形成する事により、いわゆる三次元ＩＣを実現でき
る。
得られるが、プラズマナイトライド膜２４内のピエゾ抵
抗層２２ａの周辺に、′図示はしないが、半導体圧力セ
ンサからの信号を処理する回路を形成し、又、第１の単
結晶シリコン基板１内にも第１図（ｊ）に示すような回
路を形成する事により、いわゆる三次元ＩＣを実現でき
る。
次に、本発明の第３実施例を第３図（ａ）乃至（Ｃ）の
断面図を用いて説明する。本実施例は上記第１実施例で
いう第１の単結晶シリコン基板１側に特徴があり、その
部分を中心に説明する。同図（ａ）において、１ｂは第
１の単結晶シリコン基板、２ｂは第１の単結晶シリコン
基板１ｂの主表面上に形成されるシリコン酸化膜、２６
はシリコン酸化膜２ｂ上に形成した多結晶シリコン層を
再結晶化したＳＯＩ層であり、３０１層２６上の所定領
域に形成されるシリコン酸化Ｉｔ！！２７をマスクとし
て８０１層２６を部分的にシリコン酸化膜２ｂまでエツ
チング除去する平により凹部３ｂを形成している。
断面図を用いて説明する。本実施例は上記第１実施例で
いう第１の単結晶シリコン基板１側に特徴があり、その
部分を中心に説明する。同図（ａ）において、１ｂは第
１の単結晶シリコン基板、２ｂは第１の単結晶シリコン
基板１ｂの主表面上に形成されるシリコン酸化膜、２６
はシリコン酸化膜２ｂ上に形成した多結晶シリコン層を
再結晶化したＳＯＩ層であり、３０１層２６上の所定領
域に形成されるシリコン酸化Ｉｔ！！２７をマスクとし
て８０１層２６を部分的にシリコン酸化膜２ｂまでエツ
チング除去する平により凹部３ｂを形成している。
そして、上記第１実施例と同様に第２の単結晶シリコン
基板を他主面側より選択的にエツチング除去する事によ
り、凹部３ｂの上部、及び凹部３ｂの周辺であるシリコ
ン酸化膜２７上にＢＰＳＧ膜８ｂ、シリコン窒化膜７ｂ
、ピエゾ抵抗層６ｂを形成する。
基板を他主面側より選択的にエツチング除去する事によ
り、凹部３ｂの上部、及び凹部３ｂの周辺であるシリコ
ン酸化膜２７上にＢＰＳＧ膜８ｂ、シリコン窒化膜７ｂ
、ピエゾ抵抗層６ｂを形成する。
そこで本実施例においても第１実施例と同様の効果が得
られるが、凹部３ｂの周辺であるＳＯＩ層２層内６内導
体圧力センサからの信号を処理する回路を形成し、又、
第１の単結晶シリコン基板Ｉｂ内にも第１図（ｊ）の第
１の単結晶シリコン基板１内に形成した処理回路と同様
の回路を形成する事により三次元ＩＣを実現できる。尚
、ＳＯＩ層２層内６内理回路等を形成しない場合には、
この３０１層２６の代わりに多結晶シリコン層を形成し
てもよい。又、第３図（ｂ）に示す構成は、第１の単結
晶シリコン基板１ｂの他主面側より、凹部３ｂ側に向け
てＫＯＨ等のエツチング液によりエツチングして凹部２
８を形成したものであり、この状態にて使用すれば絶対
圧センサとなり、同図（Ｃ）に示すように凹部３ｂと凹
部２８間のシリコン酸化膜２９を除去すれば相対圧セン
サとなる。
られるが、凹部３ｂの周辺であるＳＯＩ層２層内６内導
体圧力センサからの信号を処理する回路を形成し、又、
第１の単結晶シリコン基板Ｉｂ内にも第１図（ｊ）の第
１の単結晶シリコン基板１内に形成した処理回路と同様
の回路を形成する事により三次元ＩＣを実現できる。尚
、ＳＯＩ層２層内６内理回路等を形成しない場合には、
この３０１層２６の代わりに多結晶シリコン層を形成し
てもよい。又、第３図（ｂ）に示す構成は、第１の単結
晶シリコン基板１ｂの他主面側より、凹部３ｂ側に向け
てＫＯＨ等のエツチング液によりエツチングして凹部２
８を形成したものであり、この状態にて使用すれば絶対
圧センサとなり、同図（Ｃ）に示すように凹部３ｂと凹
部２８間のシリコン酸化膜２９を除去すれば相対圧セン
サとなる。
次に、本発明の第４実施例を第４図（ａ）乃至（ｅ）の
断面図を用いて説明する。同図（ａ）において、ＩＣは
第１の単結晶シリコン基板であり、上記第１実施例と同
様に凹部３Ｃを形成し、その後、マスクとして用いたシ
リコン酸化膜を除去している。同図（ｂ）において、４
Ｃは第２の単結晶シリコン基板であり、その主表面上の
全面にシリコン酸化膜５Ｃを形成する。尚、このシリコ
ン酸化膜５Ｃ内には後述する陽極接合を行う為に、Ｎａ
、Ｌｉ等の可動イオンをイオン注入するのが望ましい。
断面図を用いて説明する。同図（ａ）において、ＩＣは
第１の単結晶シリコン基板であり、上記第１実施例と同
様に凹部３Ｃを形成し、その後、マスクとして用いたシ
リコン酸化膜を除去している。同図（ｂ）において、４
Ｃは第２の単結晶シリコン基板であり、その主表面上の
全面にシリコン酸化膜５Ｃを形成する。尚、このシリコ
ン酸化膜５Ｃ内には後述する陽極接合を行う為に、Ｎａ
、Ｌｉ等の可動イオンをイオン注入するのが望ましい。
そして、同図（Ｃ）に示すように第１の単結晶シリコン
基板ＩＣの主表面と、第２の単結晶シリコン基板４Ｃ上
のシリコン酸化膜５Ｃとを位置合せした後に陽極接合を
行い、同図（ｄ）に示すように、第２の単結晶シリコン
基板４ＣをＫＯＨ等のエツチング液によりエツチング除
去し、ダイヤフラムとなるシリコン酸化膜５Ｃを第１の
単結晶シリコン基板ＩＣ上に残す。その後、同図（ｅ）
に示すようにシリコン酸化膜５ｃ上の所定領域に、公知
の半導体加工技術を用いて多結晶シリコン層、あるいは
再結晶化したシリコン層から成るピエゾ抵抗層６Ｃを形
成し、半導体圧力センサの主要部を構成する。
基板ＩＣの主表面と、第２の単結晶シリコン基板４Ｃ上
のシリコン酸化膜５Ｃとを位置合せした後に陽極接合を
行い、同図（ｄ）に示すように、第２の単結晶シリコン
基板４ＣをＫＯＨ等のエツチング液によりエツチング除
去し、ダイヤフラムとなるシリコン酸化膜５Ｃを第１の
単結晶シリコン基板ＩＣ上に残す。その後、同図（ｅ）
に示すようにシリコン酸化膜５ｃ上の所定領域に、公知
の半導体加工技術を用いて多結晶シリコン層、あるいは
再結晶化したシリコン層から成るピエゾ抵抗層６Ｃを形
成し、半導体圧力センサの主要部を構成する。
次に、本発明の第５実施例を第５図（ａ）乃至（ｃ（）
の断面図を用いて説明する。同図（ａ）において、上記
第４実施例と同様に１ｄは第１の単結晶シリコン基板、
３ｄは凹部であり、同図（ｂ）において、４ｄは第２の
単結晶シリコン基板、５ｄばシリコン酸化膜であり、第
４実施例と異なる点は、この状態のシリコン酸化膜５ｄ
上に予め多結晶シリコン層、あるいは再結晶化したシリ
コン層から成るピエゾ抵抗層６ｄを形成しておく事であ
り、このピエゾ抵抗層６ｄは同図（Ｃ）に示すように第
１の単結晶シリコン基板１ｄの主表面とシリコン酸化膜
５ｄとを陽極接合する際に、基準圧室となる凹部３ｄに
入り込むように配置している。そして、同図（ｄ）に示
すように、第２の手結晶シリコン基板４ｄを選択的にエ
ツチング除去する事によりタイヤフラムとなるシリコン
酸化膜５ｄを残し、ダイヤフラム上に凸部のない半導体
圧力センサの主要部を構成する。
の断面図を用いて説明する。同図（ａ）において、上記
第４実施例と同様に１ｄは第１の単結晶シリコン基板、
３ｄは凹部であり、同図（ｂ）において、４ｄは第２の
単結晶シリコン基板、５ｄばシリコン酸化膜であり、第
４実施例と異なる点は、この状態のシリコン酸化膜５ｄ
上に予め多結晶シリコン層、あるいは再結晶化したシリ
コン層から成るピエゾ抵抗層６ｄを形成しておく事であ
り、このピエゾ抵抗層６ｄは同図（Ｃ）に示すように第
１の単結晶シリコン基板１ｄの主表面とシリコン酸化膜
５ｄとを陽極接合する際に、基準圧室となる凹部３ｄに
入り込むように配置している。そして、同図（ｄ）に示
すように、第２の手結晶シリコン基板４ｄを選択的にエ
ツチング除去する事によりタイヤフラムとなるシリコン
酸化膜５ｄを残し、ダイヤフラム上に凸部のない半導体
圧力センサの主要部を構成する。
以上述べたように、本発明によると、感圧素子部はダイ
ヤフラムの絶縁性を有する部分により高温においても基
板と電気的に完全に分離され、又、ダイヤフラムは基板
の凹部上及び凹部の周辺部にわたってほぼ平滑に形成さ
れているので、機械的強度が比較的強く、出力特性は安
定となる。又、感圧素子部側の基板より凹部を形成して
いるので、その凹部を小さくする事ができ、又、ダイヤ
フラムの厚さを薄く形成できるので小型の半導体圧力セ
ンサを提供できるという効果がある。
ヤフラムの絶縁性を有する部分により高温においても基
板と電気的に完全に分離され、又、ダイヤフラムは基板
の凹部上及び凹部の周辺部にわたってほぼ平滑に形成さ
れているので、機械的強度が比較的強く、出力特性は安
定となる。又、感圧素子部側の基板より凹部を形成して
いるので、その凹部を小さくする事ができ、又、ダイヤ
フラムの厚さを薄く形成できるので小型の半導体圧力セ
ンサを提供できるという効果がある。
第１図（ａ）乃至（ｊ）は本発明の第１実施例を説明す
るための断面図、第２図（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第
２実施例を説明するための断面図、第３図（ａ）乃至（
Ｃ）は本発明の第３実施例を説明するための断面図、第
４図（ａ）乃至（ｅ）は本発明の第４実施例を説明する
ための断面図、第５図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第５
実施例を説明するだめの断面図、第６図は従来技術の圧
力センサを説明するための断面図である。 １・・・第１の単結晶シリコン基板、３・・・凹部、４
・・・第２の単結晶シリコン基板、６・・・ピエゾ抵抗
層。 ７・・・シリコン窒化膜、８・・・ＢＰＳＧ膜。
るための断面図、第２図（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第
２実施例を説明するための断面図、第３図（ａ）乃至（
Ｃ）は本発明の第３実施例を説明するための断面図、第
４図（ａ）乃至（ｅ）は本発明の第４実施例を説明する
ための断面図、第５図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第５
実施例を説明するだめの断面図、第６図は従来技術の圧
力センサを説明するための断面図である。 １・・・第１の単結晶シリコン基板、３・・・凹部、４
・・・第２の単結晶シリコン基板、６・・・ピエゾ抵抗
層。 ７・・・シリコン窒化膜、８・・・ＢＰＳＧ膜。
Claims (4)
- （１）凹部をその一部に有する基板と、 前記凹部上及び該凹部の周辺にほぼ平滑に形成され、そ
の少なくとも一部に絶縁性を有する部分を形成したダイ
ヤフラムと、 前記絶縁性を有する部分上の所定領域に形成される感圧
素子部と、 を備えることを特徴とする半導体圧力センサ。 - （２）前記感圧素子部は、ピエゾ抵抗効果を有するピエ
ゾ抵抗層である特許請求の範囲第１項記載の半導体圧力
センサ。 - （３）前記ダイヤフラムは、絶縁層である特許請求の範
囲第１項又は第２項に記載の半導体圧力センサ。 - （４）前記ダイヤフラムは、絶縁層及び該絶縁層と前記
基板とを接合するための接合層との少なくとも２層から
成るものである特許請求の範囲第１項乃至第３項のいず
れかに記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302299A JP2570712B2 (ja) | 1986-12-18 | 1986-12-18 | 半導体圧力センサ |
| US07/132,573 US4975390A (en) | 1986-12-18 | 1987-12-08 | Method of fabricating a semiconductor pressure sensor |
| DE3743080A DE3743080C2 (de) | 1986-12-18 | 1987-12-18 | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Druckfühlers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302299A JP2570712B2 (ja) | 1986-12-18 | 1986-12-18 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63155675A true JPS63155675A (ja) | 1988-06-28 |
| JP2570712B2 JP2570712B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=17907304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61302299A Expired - Lifetime JP2570712B2 (ja) | 1986-12-18 | 1986-12-18 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2570712B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014055837A (ja) * | 2012-09-12 | 2014-03-27 | Azbil Corp | 圧力測定器及び圧力測定器の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55162272A (en) * | 1979-06-05 | 1980-12-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor pressure converter |
-
1986
- 1986-12-18 JP JP61302299A patent/JP2570712B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55162272A (en) * | 1979-06-05 | 1980-12-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor pressure converter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014055837A (ja) * | 2012-09-12 | 2014-03-27 | Azbil Corp | 圧力測定器及び圧力測定器の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2570712B2 (ja) | 1997-01-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |