JPS63168527A - 半導体圧力変換装置 - Google Patents
半導体圧力変換装置Info
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- JPS63168527A JPS63168527A JP2987A JP2987A JPS63168527A JP S63168527 A JPS63168527 A JP S63168527A JP 2987 A JP2987 A JP 2987A JP 2987 A JP2987 A JP 2987A JP S63168527 A JPS63168527 A JP S63168527A
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- gate electrode
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Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体チップ上に基準圧室を有し、外部から
印加された圧力を電気信号に変換する半導体圧力変換装
置に関するものである。
印加された圧力を電気信号に変換する半導体圧力変換装
置に関するものである。
従来の半導体圧力変換装置としては、例えば第５図に示
すごときものがある。これはアイ イーイーイー トラ
ンザクションズエレクトロンデバイセス（ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ、 Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ、 ｖ
ｏｌ。
すごときものがある。これはアイ イーイーイー トラ
ンザクションズエレクトロンデバイセス（ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ、 Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ、 ｖ
ｏｌ。
ＥＯ−２９，Ｎｏ、１． Ｊａｎ １９８２． ｐｐ４
２〜４ｇ）に記載されている装置であり、絶対圧形の圧
力変換装置である。
２〜４ｇ）に記載されている装置であり、絶対圧形の圧
力変換装置である。
第６図において、ガラス基板１の上に対向電極２が形成
され、さらに選択エツチングによって形成されたダイア
フラム部５を有するシリコン基板４がガラス基板１の上
に接着されている。また。
され、さらに選択エツチングによって形成されたダイア
フラム部５を有するシリコン基板４がガラス基板１の上
に接着されている。また。
シリコン基板４にはポンディングパッド６が形成されて
いる。
いる。
また、ガラス基板１とシリコン基板４、ダイアフラム部
５とによって囲まれ密閉された基準圧室３が形成されて
いる。
５とによって囲まれ密閉された基準圧室３が形成されて
いる。
上記の装置に外部圧力を印加すると、ダイアフラム部５
が撓み、それによってダイアプラム部５と対向型Ｊ４２
との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を測
定することによって外部圧力を検出することが出来る。
が撓み、それによってダイアプラム部５と対向型Ｊ４２
との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を測
定することによって外部圧力を検出することが出来る。
上記のごとき従来の半導体圧力変換装置においては、外
部圧力印加時におけるダイアフラム部と対向電極間の静
電容量変化の絶対値を測定することによって外部圧力を
検出するようになっているので、寄生容量の影響をなく
すことが必要となる。
部圧力印加時におけるダイアフラム部と対向電極間の静
電容量変化の絶対値を測定することによって外部圧力を
検出するようになっているので、寄生容量の影響をなく
すことが必要となる。
そのため、測定回路をオンチップ化する必要があり、回
路が複雑になるという問題がある。
路が複雑になるという問題がある。
また、感度を向上させるためには、ダイアフラム部と対
向電極間の静電容量を大きくする必要があるため、面積
が大きくなるという問題がある。
向電極間の静電容量を大きくする必要があるため、面積
が大きくなるという問題がある。
本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決するために
なされたものであり、検出回路が簡単でしかも小面積で
高感度にすることの出来る半導体圧力変換装置を提供す
ることを目的とするものである。
なされたものであり、検出回路が簡単でしかも小面積で
高感度にすることの出来る半導体圧力変換装置を提供す
ることを目的とするものである。
上記の目的を達成するため１本発明においては、半導体
基板表面上に所定形状の空洞領域を囲むように形成され
たスペーサ領域と、上記スペーサ領域上に上記空洞領域
を覆うように形成されたダイアフラム状のゲート電極領
域とによって上記空洞領域を密閉して基準圧室とし、か
つ上記半導体基板を上記ゲート電極領域の対向電極とし
、外部圧力印加時に上記ダイアフラム状のゲート電極領
域の変形による上記両電極間間隔の変化によって生じる
上記両電極間の静電容量の変化によって半導体基板表面
上の可動電荷分布が変化することによる電流値又は電圧
値の変化を検出することにより印加された圧力を電気信
号に変換する圧力変換手段を備えるように構成している
。
基板表面上に所定形状の空洞領域を囲むように形成され
たスペーサ領域と、上記スペーサ領域上に上記空洞領域
を覆うように形成されたダイアフラム状のゲート電極領
域とによって上記空洞領域を密閉して基準圧室とし、か
つ上記半導体基板を上記ゲート電極領域の対向電極とし
、外部圧力印加時に上記ダイアフラム状のゲート電極領
域の変形による上記両電極間間隔の変化によって生じる
上記両電極間の静電容量の変化によって半導体基板表面
上の可動電荷分布が変化することによる電流値又は電圧
値の変化を検出することにより印加された圧力を電気信
号に変換する圧力変換手段を備えるように構成している
。
すなわち、本発明においては、静電容量を測定する代わ
りに静電容量の変化に伴う半導体基板表面上の可動電荷
分布の変化を利用し、静電容量の変化を寄生容量の影響
を受けにくい電圧又は電流に変換して検出するように構
成している。
りに静電容量の変化に伴う半導体基板表面上の可動電荷
分布の変化を利用し、静電容量の変化を寄生容量の影響
を受けにくい電圧又は電流に変換して検出するように構
成している。
第１図は、本発明の一実施例の断面図である。
第１図において、半導体基板１１の表面の一部には半導
体基板１１と異なる導電形のソース領域及びドレイン領
域１２．１２’が形成され、その上に絶縁層１３が形成
されている。絶縁層１３の上にはスペーサ領域１４が形
成され、その上には所定の厚さを有するダイアフラム状
のゲート電極１６が形成されている。
体基板１１と異なる導電形のソース領域及びドレイン領
域１２．１２’が形成され、その上に絶縁層１３が形成
されている。絶縁層１３の上にはスペーサ領域１４が形
成され、その上には所定の厚さを有するダイアフラム状
のゲート電極１６が形成されている。
上記の半導体基板１１とスペーサ領域１４とゲート電極
１６とに囲まれた部分が基準圧室となる空洞領域１５で
ある。また、絶縁層１３の一部にはコンタクト用の孔が
開けられ、そこからソース領域及びドレイン領域に接続
された金属配線１７．１７′が設けられている。また、
表面を保護するためのパッシベーション膜１８が設けら
れている。
１６とに囲まれた部分が基準圧室となる空洞領域１５で
ある。また、絶縁層１３の一部にはコンタクト用の孔が
開けられ、そこからソース領域及びドレイン領域に接続
された金属配線１７．１７′が設けられている。また、
表面を保護するためのパッシベーション膜１８が設けら
れている。
次に作用を説明する。
第１図の装置においては、ソース・ドレイン領域１２．
１２’の間で空洞領域１５の直下部分がチャネル領域と
なり、それらの領域とゲート電極１６とによって電界効
果トランジスタが形成されている。
１２’の間で空洞領域１５の直下部分がチャネル領域と
なり、それらの領域とゲート電極１６とによって電界効
果トランジスタが形成されている。
上記の装置に外部圧力が印加されると、ダイアフラム状
のゲート電極１６が半導体基板側に撓み。
のゲート電極１６が半導体基板側に撓み。
ゲート電極１６と対向電極となる半導体基板１１との間
の間隔が変化する。この両電極間の間隔の変化に伴って
両電極間の静電容量が変化し、その変化に応じて半導体
基板表面上の可動電荷分布が変化する。
の間隔が変化する。この両電極間の間隔の変化に伴って
両電極間の静電容量が変化し、その変化に応じて半導体
基板表面上の可動電荷分布が変化する。
半導体基板表面上の可動電荷分布が変化すると、前記の
電界効果トランジスタの相互コンダクタンス及び閾値電
圧が変化し、それによってゲート電圧及びドレイン電圧
を一定にした時に流れるドレイン電流が変化する。
電界効果トランジスタの相互コンダクタンス及び閾値電
圧が変化し、それによってゲート電圧及びドレイン電圧
を一定にした時に流れるドレイン電流が変化する。
第２図は、上記の作用を示す特性図であり、外部圧力と
ドレイン電流、相互コンダクタンス及び閾値電圧との関
係を示すものである。
ドレイン電流、相互コンダクタンス及び閾値電圧との関
係を示すものである。
従来装置のように、外部圧力の変化の検出を静電容量変
化の絶対値の測定によって行なっていた場合には、発生
する寄生容量の影響を考慮しなければならなかった。し
かし、上記のように第１図の装置においては、外部圧力
の変化を電界効果トランジスタのドレイン電流の変化と
して検出することにより、寄生容量の影響を少なくする
ことが出来るので、検出するための回路を簡単にするこ
とが出来る。また、ダイアフラムとなるゲート電極１６
の面積を小さくしても高感度にすることが出来る。
化の絶対値の測定によって行なっていた場合には、発生
する寄生容量の影響を考慮しなければならなかった。し
かし、上記のように第１図の装置においては、外部圧力
の変化を電界効果トランジスタのドレイン電流の変化と
して検出することにより、寄生容量の影響を少なくする
ことが出来るので、検出するための回路を簡単にするこ
とが出来る。また、ダイアフラムとなるゲート電極１６
の面積を小さくしても高感度にすることが出来る。
次に、第３図は本発明の他の実施例図の断面図である。
第３図において、半導体基板２１の表面には絶縁層２２
が形成され、その上にスペーサ領域２３が形成されてい
る。また、スペーサ領域２３の上にはダイアフラム状の
ゲート電極２５が形成され、このゲート電極２５と半導
体基板２１及びスペーサ領域２３とによって囲まれた部
分が基準圧室となる空洞領域２４である。また、絶縁層
２２の一部にはコンタクト用の孔が設けられ、半導体基
板１に金属配線２６が接続されている。また、表面保護
用のパッジベージ１ン膜２７が設けられている。
が形成され、その上にスペーサ領域２３が形成されてい
る。また、スペーサ領域２３の上にはダイアフラム状の
ゲート電極２５が形成され、このゲート電極２５と半導
体基板２１及びスペーサ領域２３とによって囲まれた部
分が基準圧室となる空洞領域２４である。また、絶縁層
２２の一部にはコンタクト用の孔が設けられ、半導体基
板１に金属配線２６が接続されている。また、表面保護
用のパッジベージ１ン膜２７が設けられている。
次に、作用を説明する。
第３図の実施例は、半導体基板２１とダイアフラム状の
ゲート電極２５とで電界効果ダイオードを形成し、この
ダイオードのゲート電圧を掃引させた際にダイオードの
静電容量が変化し始める閾値電圧の変化を検出するもの
である。すなわち、外部圧力が印加されると、ダイアフ
ラム状のゲート電極２５が撓み、それに応じて前記の実
施例と同様に半導体基板表面上の可動電荷分布が変化す
る。この変化に応じて前記の電界効果ダイオードの静電
容量がゲート電圧を掃引させた際に変化し始める閾値電
圧が変化する。
ゲート電極２５とで電界効果ダイオードを形成し、この
ダイオードのゲート電圧を掃引させた際にダイオードの
静電容量が変化し始める閾値電圧の変化を検出するもの
である。すなわち、外部圧力が印加されると、ダイアフ
ラム状のゲート電極２５が撓み、それに応じて前記の実
施例と同様に半導体基板表面上の可動電荷分布が変化す
る。この変化に応じて前記の電界効果ダイオードの静電
容量がゲート電圧を掃引させた際に変化し始める閾値電
圧が変化する。
第４図は、上記の特性を示す図である。
第４図において、外部圧力を印加しなかった場合におけ
る静電容量が変化し始める閾値電圧がｖ２であるのに対
し、成る値の外部圧力を印加した時における閾値電圧は
■１に変化する。また、この変化は印加する外部圧力に
応じた値となる。
る静電容量が変化し始める閾値電圧がｖ２であるのに対
し、成る値の外部圧力を印加した時における閾値電圧は
■１に変化する。また、この変化は印加する外部圧力に
応じた値となる。
従って、この閾値電圧の変化を検出すれば印加された外
部圧力を検出することが出来る。
部圧力を検出することが出来る。
上記の閾値電圧の変化を検出するには１例えば第５図（
ａ）に示すようなりＲＡＭの読出し回路に使用されてい
るセンスアンプ回路をそのまま利用し、第５図（ｂ）の
ように本実施例の装置と接続することによって行なうこ
とが出来る。すなわち、第５図のＡ点、Ｂ点は予め同電
位となっており、その値を外部圧力を印加しない場合の
閾値電圧に合わせておく。その状態で外部圧力を印加す
ると、変化した可動電荷分布によってＡ点とＢ点との電
位が変化し、閾値電圧は変化した電荷分だけＡ点では上
昇し、Ｂ点では低下する。したがってＡ点における電圧
を検出することにより、外部圧力を印加した際における
閾値電圧の変化を検出することが出来る。
ａ）に示すようなりＲＡＭの読出し回路に使用されてい
るセンスアンプ回路をそのまま利用し、第５図（ｂ）の
ように本実施例の装置と接続することによって行なうこ
とが出来る。すなわち、第５図のＡ点、Ｂ点は予め同電
位となっており、その値を外部圧力を印加しない場合の
閾値電圧に合わせておく。その状態で外部圧力を印加す
ると、変化した可動電荷分布によってＡ点とＢ点との電
位が変化し、閾値電圧は変化した電荷分だけＡ点では上
昇し、Ｂ点では低下する。したがってＡ点における電圧
を検出することにより、外部圧力を印加した際における
閾値電圧の変化を検出することが出来る。
上記のように静電容量が変化し始める閾値電圧を検出す
る回路は静電容量の変化の絶対値を測定する回路よりも
簡単であり、かつ寄生容量の影響を受けにくい、従って
、第３図の装置においても検出回路が簡単になり、また
、寄生容量の影響を低減させることが出来、かつ小面積
で高感度の変換装置を実現することが出来る。
る回路は静電容量の変化の絶対値を測定する回路よりも
簡単であり、かつ寄生容量の影響を受けにくい、従って
、第３図の装置においても検出回路が簡単になり、また
、寄生容量の影響を低減させることが出来、かつ小面積
で高感度の変換装置を実現することが出来る。
以上、説明したごとく本発明においては、外部圧力が印
加された際の半導体基板表面上の可動電荷分布の変化を
電流値あるいは閾値電圧値の変化として検出するように
構成しているので、検出回路を簡単にすることが出来、
また、寄生容量の影響を低減させることが出来ると共に
小面積で高感度の変換素子を実現することが出来る、と
いう優れた効果が得られる。
加された際の半導体基板表面上の可動電荷分布の変化を
電流値あるいは閾値電圧値の変化として検出するように
構成しているので、検出回路を簡単にすることが出来、
また、寄生容量の影響を低減させることが出来ると共に
小面積で高感度の変換素子を実現することが出来る、と
いう優れた効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は外部圧力
とドレイン電流、相互コンダクタンス、閾値電圧との特
性図、第３図は本発明の他の実施例図、第４図は外部圧
力を印加した際におけるゲート電圧と静電容量との特性
図、第５図は閾値電圧の変化を検出する回路の一例図、
第６図は従来装置の一例の断面図である。 く符号の説明〉 １１・・・半導体基板 １２．１２′・・・ソース、ドレイン領域１３・・・絶
縁層 １４・・・スペーサ領域 １５・・・空洞領域（基準圧室） １６・・・ダイアフラム状のゲート電極１７．１７′・
・・ソース、ドレイン電極の金属配線１８・・・パッシ
ベーション膜 代理人弁理士 中 村 純之助 二；ト １ 府 １１−ｍ−千卑体基ね １２．１２’−−−−ス 、ドしイ〉順境＋３−−−
．４村１ １４−一−ヌヘ６−゛リー４ｉｔ八。 １５−−一 鯵凋領慎鼻譚屋側 ｊＧ−一−ダイ７７う乙；ｌｆ、’ａ ｒ’−ｐ電ｔｙ
ｒ−１７，１７’−−−ソーフ、ドしイ〉ｆ右セ＃、西
と、５表１８−一−ハａ、シベーンク壇県 Ａ・？・ ２ 音 タト告ｐノＥ力 −゛、ｉパ３ 論 ２１−−−一 キ導イ本基才々 ２２−−−− 、％き、味漕 ２３−−−− ヌヘ゛−サＡθ↑べ ２４−−−一 槃烟４トベ１擲圧劉 ２５−−−− グイア７う云欣゛ａｒ′１−ト電キセ
２６−−−− 仝Ａ配綿 ２７−−−− ノ＼０．・ルヘ′−ジョン順”＋”：
” ４ Ｆ’Ａ 静電巻量 Ｖｔ Ｖｚ ゲ二ト電圧・リ
５１１そ （ＣＩ） （ｂ） 、ズ）′６ 肯； １−−−一 力゛ラス基才及 ２−−−一 対菌電謳 ３−−−一 基環圧室 ４−−−− シリコン鬼才々 ５−一−−グイアフラム卸
とドレイン電流、相互コンダクタンス、閾値電圧との特
性図、第３図は本発明の他の実施例図、第４図は外部圧
力を印加した際におけるゲート電圧と静電容量との特性
図、第５図は閾値電圧の変化を検出する回路の一例図、
第６図は従来装置の一例の断面図である。 く符号の説明〉 １１・・・半導体基板 １２．１２′・・・ソース、ドレイン領域１３・・・絶
縁層 １４・・・スペーサ領域 １５・・・空洞領域（基準圧室） １６・・・ダイアフラム状のゲート電極１７．１７′・
・・ソース、ドレイン電極の金属配線１８・・・パッシ
ベーション膜 代理人弁理士 中 村 純之助 二；ト １ 府 １１−ｍ−千卑体基ね １２．１２’−−−−ス 、ドしイ〉順境＋３−−−
．４村１ １４−一−ヌヘ６−゛リー４ｉｔ八。 １５−−一 鯵凋領慎鼻譚屋側 ｊＧ−一−ダイ７７う乙；ｌｆ、’ａ ｒ’−ｐ電ｔｙ
ｒ−１７，１７’−−−ソーフ、ドしイ〉ｆ右セ＃、西
と、５表１８−一−ハａ、シベーンク壇県 Ａ・？・ ２ 音 タト告ｐノＥ力 −゛、ｉパ３ 論 ２１−−−一 キ導イ本基才々 ２２−−−− 、％き、味漕 ２３−−−− ヌヘ゛−サＡθ↑べ ２４−−−一 槃烟４トベ１擲圧劉 ２５−−−− グイア７う云欣゛ａｒ′１−ト電キセ
２６−−−− 仝Ａ配綿 ２７−−−− ノ＼０．・ルヘ′−ジョン順”＋”：
” ４ Ｆ’Ａ 静電巻量 Ｖｔ Ｖｚ ゲ二ト電圧・リ
５１１そ （ＣＩ） （ｂ） 、ズ）′６ 肯； １−−−一 力゛ラス基才及 ２−−−一 対菌電謳 ３−−−一 基環圧室 ４−−−− シリコン鬼才々 ５−一−−グイアフラム卸
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板表面上に所定形状の空洞領域を囲むよう
に形成されたスペーサ領域と、上記スペーサ領域上に上
記空洞領域を覆うように形成されたダイアフラム状のゲ
ート電極領域とによって上記空洞領域を密閉して基準圧
室とし、かつ上記半導体基板を上記ゲート電極領域の対
向電極とし、外部圧力印加時に上記ダイアフラム状のゲ
ート電極領域の変形による上記両電極間間隔の変化によ
って生じる上記両電極間の静電容量の変化によって半導
体基板表面上の可動電荷分布が変化することによる電流
値又は電圧値の変化を検出することにより印加された圧
力を電気信号に変換する圧力変換手段を備えたことを特
徴とする半導体圧力変換装置。 ２、上記圧力変換手段は、上記半導体基板内に該半導体
基板と異なる伝導形のソース領域及びドレイン領域を形
成して上記空洞領域直下の上記半導体基板表面をチャネ
ル領域とする電界効果トランジスタを形成し、外部圧力
印加時に上記半導体基板表面上の可動電荷分布の変化に
よって生じる上記電界効果トランジスタのドレイン電流
の変化を検出するもの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変換装置。 ３、上記圧力変換手段は、上記ゲート電極領域と上記半
導体基板とによって電界効果ダイオードを形成し、ゲー
ト電圧を掃引させた場合に上記両電極間の静電容量が変
化し始める上記ゲート電圧の閾値電圧の変化を検出する
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の半導体圧力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2987A JPS63168527A (ja) | 1987-01-05 | 1987-01-05 | 半導体圧力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2987A JPS63168527A (ja) | 1987-01-05 | 1987-01-05 | 半導体圧力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63168527A true JPS63168527A (ja) | 1988-07-12 |
Family
ID=11462938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2987A Pending JPS63168527A (ja) | 1987-01-05 | 1987-01-05 | 半導体圧力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63168527A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011064688A (ja) * | 2010-10-18 | 2011-03-31 | Seiko Epson Corp | 微小電気機械装置、半導体装置、微小電気機械装置の製造方法、および半導体装置の製造方法 |
| US9359189B2 (en) | 2007-11-16 | 2016-06-07 | Seiko Epson Corporation | Micro electro mechanical device, method for manufacturing the same, semiconductor device, and method for manufacturing the same |
-
1987
- 1987-01-05 JP JP2987A patent/JPS63168527A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9359189B2 (en) | 2007-11-16 | 2016-06-07 | Seiko Epson Corporation | Micro electro mechanical device, method for manufacturing the same, semiconductor device, and method for manufacturing the same |
| JP2011064688A (ja) * | 2010-10-18 | 2011-03-31 | Seiko Epson Corp | 微小電気機械装置、半導体装置、微小電気機械装置の製造方法、および半導体装置の製造方法 |
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