JPS63170973A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents

Semiconductor pressure sensor

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JPS63170973A
JPS63170973A JP279787A JP279787A JPS63170973A JP S63170973 A JPS63170973 A JP S63170973A JP 279787 A JP279787 A JP 279787A JP 279787 A JP279787 A JP 279787A JP S63170973 A JPS63170973 A JP S63170973A
Authority
JP
Japan
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gauge
diffusion
layer
impurity
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP279787A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Fujii
利昭 藤井
Kiyoshi Odohira
尾土平 きよし
Nobuo Miyaji
宣夫 宮地
Hiroshi Suzuki
広志 鈴木
Tetsuya Fujita
藤田 哲哉
Nobuyuki Yamashita
信行 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP279787A priority Critical patent/JPS63170973A/en
Publication of JPS63170973A publication Critical patent/JPS63170973A/en
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the influence of contaminating ions on the surface and to eliminate the influence of a residual stress by a method wherein a gauge is constructed in such a way that it is buried in an epitaxial layer. CONSTITUTION:A diffused layer 25, where an n-type impurity having a small diffusion coefficient is diffused at a high concentration of n<+>, is formed on a p-type single-crystal silicon layer 24; a gauge 23 is formed on the layer by diffusing an impurity of the p-conductivity type. An epitaxial layer 26 of the n-conductivity type is formed on the gauge 23 and the silicon layer 24; low- resistance diffused parts 27, 28 where the impurity of the p-conductivity type is diffused at a high concentration of p<+> are formed from the upper surface on both ends of the gauge 23. Because the gauge is buried in the epitaxial layer, it is possible to eliminate the influence of contaminating ions on the surface.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、シリコンのダイヤフラムに形成されたゲージ
で測定圧力に対応した電気抵抗の変化としてこの測定圧
力を検出する半導体圧力センナに係り、特にそのダイヤ
フラムに形成されるゲージの構成を改良した半導体圧力
センサに関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a semiconductor pressure sensor that detects measured pressure as a change in electrical resistance corresponding to the measured pressure with a gauge formed on a silicon diaphragm, and particularly relates to a semiconductor pressure sensor that detects measured pressure as a change in electrical resistance corresponding to the measured pressure. This invention relates to a semiconductor pressure sensor with an improved configuration of a gauge formed on its diaphragm.

〈従来の技術〉 第4図は従来の半導体圧力センサの構成を示1縦断面図
である。
<Prior Art> FIG. 4 is a vertical sectional view showing the structure of a conventional semiconductor pressure sensor.

10はn形のシリコン単結晶で作られたダイヤフラムで
あり凹部11を有し、このダイヤフラム10は凹部11
の形成により単結晶の厚さの薄くなった起歪部12とそ
の周辺の固定部13とを有している。
10 is a diaphragm made of n-type silicon single crystal and has a recess 11;
The strain-generating part 12 has a thin single crystal due to the formation of the strain-generating part 12, and a fixing part 13 around the strain-generating part 12 is formed.

起歪部12と固定部13との境界の付近にはゲージ14
が不純物の拡散により伝導形がp形として形成されてい
る。ダイヤフラム10の上面はゲージ14を保護するた
め酸化膜(Si 02 ) 15で覆われている。
A gauge 14 is installed near the boundary between the strain generating part 12 and the fixed part 13.
However, due to the diffusion of impurities, the conduction type is p-type. The upper surface of the diaphragm 10 is covered with an oxide film (Si 02 ) 15 to protect the gauge 14.

固定部13は測定圧力Pを導入する貫通孔16を有する
シリコンの基板17に例えばガラス薄膜などを介して陽
極接合などにより固定され、更に基板17は金属性の筐
体18に接合されている。
The fixing part 13 is fixed to a silicon substrate 17 having a through hole 16 through which the measurement pressure P is introduced, for example, through a glass thin film or the like by anodic bonding, and the substrate 17 is further bonded to a metal casing 18.

測定圧力Pがダイヤフラム10に印加されると、これに
よって起歪部12に歪みが生じ、この歪みがゲージ14
に伝達され測定圧力Pに対応してゲージ14の抵抗が変
化する。従って、ゲージ14の抵抗変化から測定圧力を
求めることができる。
When the measurement pressure P is applied to the diaphragm 10, a strain is generated in the strain-generating portion 12, and this strain is applied to the gauge 14.
The resistance of the gauge 14 changes in response to the measured pressure P. Therefore, the measured pressure can be determined from the change in resistance of the gauge 14.

第5図はこの様な半導体圧カセンザを作るための工程の
概要を示ず工程図である。
FIG. 5 is a process diagram showing an outline of the process for manufacturing such a semiconductor pressure sensor.

第5図(イ)はn形のシリコン基板19の所定の位置に
例えばp形の不純物を拡散することにより測定圧力に感
知するゲージ14を形成し、この上を酸化膜15で覆う
工程を示している。
FIG. 5(A) shows a step of forming a gauge 14 that senses the measured pressure by diffusing, for example, a p-type impurity in a predetermined position of an n-type silicon substrate 19, and covering the gauge 14 with an oxide film 15. ing.

この後、第5図(ロ)に示すようにシリコン基板19の
ゲージ形成側とは反対側に研削或いはエツチングなどの
手段により凹部11を作り、これにより起歪部12を形
成する。
Thereafter, as shown in FIG. 5(B), a recess 11 is formed on the opposite side of the silicon substrate 19 from the side on which the gauge is formed by means such as grinding or etching, thereby forming a strain-generating portion 12.

以上のようにして作られたダイヤフラム10は第5図(
ハ)に示すように基板17と例えば陽極接合などの接合
方法により接合する。
The diaphragm 10 made as described above is shown in Figure 5 (
As shown in c), it is bonded to the substrate 17 by a bonding method such as anodic bonding.

次に基板17で絶縁されたダイヤフラム10は金属性の
筐体18に固定される(第5図(ニ))。
Next, the diaphragm 10 insulated by the substrate 17 is fixed to a metal housing 18 (FIG. 5(d)).

第4図に示す半導体圧力センサは概略以上のような工程
をへて作られている。
The semiconductor pressure sensor shown in FIG. 4 is manufactured through the steps outlined above.

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながらこの様な従来の半導体圧力センサは、ゲー
ジ14がダイヤフラム10の表面に形成されるので、表
面の影響を受けやすくなっている。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in such a conventional semiconductor pressure sensor, since the gauge 14 is formed on the surface of the diaphragm 10, it is easily affected by the surface.

例えば、表面にアルカリイオンなどの汚染物質が付着し
、これが原因となってゲージの経時変化を起こすことが
あった。
For example, contaminants such as alkali ions adhere to the surface, which can cause the gauge to change over time.

また、表面に各種’DFQC8tO2膜、St 3 N
4)が形成される過程においてゲージに残留応力が発生
し、この残留応力の温度による変化がゲージの抵抗値の
変化として現れる可能性もあった。
In addition, various 'DFQC8tO2 films, St 3 N
4) Residual stress was generated in the gauge during the process of formation, and there was a possibility that a change in this residual stress due to temperature would appear as a change in the resistance value of the gauge.

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するため、第1伝導形
式のシリコンで作られたダイヤフラムの起歪部に第2伝
導形式の不純物が拡散されて形成された拡散層と、この
拡散層の表面に拡散係数が第2伝導形式の不純物より大
きい第1伝導形式の不純物を拡散して拡散面を形成して
この拡散面の上にさらに成長させられたエピタキシャル
層と、このエピタキシャル層に形成された拡散面の不純
物を拡散させて測定圧力による歪みによりその抵抗値が
変わる第1伝導形式のゲージと、エピタキシャル層に形
成されたゲージの抵抗を取り出ず高濃度の第1伝導形式
の一対の低抵抗拡散部とを具備するようにしたものであ
る。
Means for Solving the Problems> In order to solve the above problems, the present invention provides a method in which impurities of the second conduction type are diffused into the strain-generating portion of a diaphragm made of silicon of the first conduction type. An impurity of the first conduction type, whose diffusion coefficient is larger than that of the impurity of the second conduction type, is diffused into the surface of this diffusion layer to form a diffusion surface, and the impurity is further grown on the diffusion surface. An epitaxial layer, a first conduction type gauge whose resistance value changes due to strain caused by measurement pressure by diffusing impurities on the diffusion surface formed in this epitaxial layer, and a gauge of the first conduction type whose resistance value is changed by strain caused by measurement pressure. and a pair of low resistance diffusion portions of the first conduction type with high concentration.

〈実施例〉 以下本発明の実施例について図面に基づいて説明する。<Example> Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図は本発明の1実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

19はシリコンの単結晶で作られたダイヤフラムであり
凹部20を有し、このダイヤフラム19は凹部20の形
成により単結晶の厚さの薄くなった起歪部21とその周
辺の固定部22とを有している。
Reference numeral 19 denotes a diaphragm made of silicon single crystal and has a recess 20, and the diaphragm 19 has a strain-generating part 21 whose thickness is made thinner by forming the recess 20, and a fixing part 22 around the strain part 21. have.

起歪部21と固定部13との境界の付近のダイヤフラム
19の内部にはゲージ23が形成されている。また、ダ
イヤフラム19の固定部22の下端はシリコン基板17
に固定され、シリコン基板17には大気に解放された貫
通孔24が開けられている。起歪部21には測定圧力P
[が印加され、これによりゲージ23に歪みを与える。
A gauge 23 is formed inside the diaphragm 19 near the boundary between the strain generating part 21 and the fixed part 13. Further, the lower end of the fixed part 22 of the diaphragm 19 is connected to the silicon substrate 17.
The silicon substrate 17 has a through hole 24 opened to the atmosphere. Measurement pressure P is applied to the strain-generating portion 21.
[ is applied, thereby giving strain to the gauge 23.

第2図は第1図におけるゲージ部分を拡大した拡大図で
ある。
FIG. 2 is an enlarged view of the gauge portion in FIG. 1.

24は伝導形がp形の111結晶のシリコン層であり、
この上に拡散係数の小さいn形の不純物を高濃度n+で
拡散した拡散層25が形成されている。
24 is a silicon layer of 111 crystal whose conductivity type is p type,
On top of this, a diffusion layer 25 is formed in which n-type impurities having a small diffusion coefficient are diffused at a high concentration n+.

この上に、伝導形がp形の不純物が拡散されてゲージ2
3が形成されている。
On top of this, an impurity of p-type conductivity is diffused to form a gauge 2
3 is formed.

ゲージ23、シリコン層24の上には伝導形がn形のエ
ピタキシャル層26が形成されており、ゲージ23の両
端には伝導形がpの不純物が高濃度p+で拡散された低
抵抗拡散部27.28が上方の表面から形成されている
。この表面には酸化m29が形成され、この上部には低
抵抗拡散部27.28と接合されたアルミニウムの配線
30.31が形成されている。
An epitaxial layer 26 having an n-type conductivity is formed on the gauge 23 and the silicon layer 24, and at both ends of the gauge 23 there are low-resistance diffusion portions 27 in which impurities having a p-type conductivity are diffused at a high concentration p+. .28 is formed from the upper surface. An oxide m29 is formed on this surface, and an aluminum wiring 30.31 connected to a low resistance diffusion part 27.28 is formed above this.

これらのシリコン層24、エピタキシャル層26などで
ダイヤフラム19を形成している。
A diaphragm 19 is formed by the silicon layer 24, epitaxial layer 26, and the like.

次に、第1図に示す半導体圧力センサを作る手順につい
て第3図を参照して説明する。
Next, the procedure for making the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 1 will be explained with reference to FIG. 3.

第3図(イ)は拡散工程を示し、シリコン層24の上に
n形の拡散係数の小さい不純物、例えば砒素(AS)、
アンチモン(Sb)などを高濃度n+に拡散して拡散1
i125を形成する。この後、この拡a層25の上に酸
化膜32を形成し、その1部を窓開けする。
FIG. 3(a) shows a diffusion process in which n-type impurities with a small diffusion coefficient, such as arsenic (AS), are added onto the silicon layer 24.
Diffusion 1 by diffusing antimony (Sb) etc. to high concentration n+
Form i125. Thereafter, an oxide film 32 is formed on this a-expanded layer 25, and a portion of the oxide film 32 is opened.

次に、第3図(イ)の窓聞けした状態で拡散係数がn形
より大きいp形の不純物、例えばホウ素(B)を拡散し
てp形層33を形成しく第3図(ロ))この後、酸化膜
32を除去する。この場合、p形層33は領域を形成す
るほどの厚みにならなくてもよい。
Next, with the window in FIG. 3(a) open, a p-type impurity having a diffusion coefficient larger than that of n-type impurity, such as boron (B), is diffused to form a p-type layer 33 (FIG. 3(b)). After this, the oxide film 32 is removed. In this case, the p-type layer 33 does not have to be thick enough to form a region.

第3図(ハ)の工程では第3図(0)で1qられたp形
層33の上にn形のエピタキシャル1m26を成長させ
る。
In the step of FIG. 3(c), 1 m26 of n-type epitaxial layer is grown on the p-type layer 33 grown 1q in FIG. 3(0).

次に、第3図(ニ)に示ずように、p形層33の両端に
高81度のp形不純物P+が拡散された低抵抗拡散部2
7.28を形成する。この低抵抗拡散部27.28はこ
れを形成させる過程で熱工程を経るが、このときに拡散
層25とP形層33はエピタキシャル層26側にも拡散
する。この場合に、P形の不純物は高濃度のn十形の不
純物に比べて拡散係数が大きいのでp形不純物の領域、
つまりゲージ23の領域はエピタキシャル層26の中に
大部分が形成される。従って、ゲージ23の抵抗値は狭
い領域に閉じこめられ、比較的高い値に保持される。
Next, as shown in FIG. 3(d), a low resistance diffusion region 2 in which p-type impurity P+ is diffused at a high temperature of 81 degrees is formed at both ends of the p-type layer 33.
7.28 is formed. The low-resistance diffusion portions 27 and 28 undergo a thermal process in the process of forming them, and at this time the diffusion layer 25 and the P-type layer 33 are also diffused to the epitaxial layer 26 side. In this case, the p-type impurity region has a larger diffusion coefficient than the highly concentrated n-type impurity.
That is, the region of the gauge 23 is mostly formed within the epitaxial layer 26. Therefore, the resistance value of the gauge 23 is confined to a narrow region and kept at a relatively high value.

次に、第3図(ボ)の酸化膜形成の工程で酸化膜34を
形成し、第3図(へ)の配線工程では第3図(ホ)で形
成された酸化膜34の低抵抗拡散部27.2日に対応す
る部分を開孔してアルミニウム(AI)蒸着をし、この
部分に配線30131を形成する。
Next, an oxide film 34 is formed in the oxide film formation process shown in FIG. 3 (BO), and the oxide film 34 formed in FIG. A hole corresponding to part 27.2 is opened and aluminum (AI) is deposited, and a wiring 30131 is formed in this part.

なお、今までの説明における拡散は熱拡散によってもよ
く、またイオン注入によってもよい。また、同一の基板
上にゲージの他にプリアンプなどの回路を混載してもよ
い。
Note that the diffusion in the explanation up to now may be performed by thermal diffusion or by ion implantation. Further, in addition to the gauge, a circuit such as a preamplifier may be mounted on the same board.

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、ゲージがエピタキシャル層の中に埋め込まれる構
成であるので表面の汚染イオンの影響を除くことができ
、また従来のように表面に保II膜を形成しないのでこ
れにより発生ずる残留応力の影響をも除くことができる
<Effects of the Invention> As specifically explained above in conjunction with the embodiments, according to the present invention, the gauge is embedded in the epitaxial layer, so the influence of contaminating ions on the surface can be removed, and Since no retaining II film is formed on the surface, the influence of residual stress generated thereby can also be eliminated.

また、ゲージをダイヤフラムの中に配置できるので、ダ
イヤフラム内部の応fJ e l定でき、更に拡散係数
の小さい拡散層の上にゲージを埋め込み形成させている
ので、薄いゲージとなり熱工程を経過してもゲージの抵
抗値が比較的高い値に保持される。
In addition, since the gauge can be placed inside the diaphragm, it is possible to determine the fJ e l inside the diaphragm.Furthermore, since the gauge is embedded in the diffusion layer with a small diffusion coefficient, it becomes a thin gauge and can be processed through a thermal process. The resistance value of the gauge is also held at a relatively high value.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の1実施例を示す縦断面図、第2図は第
1図におけるゲージの付近を拡大した拡大図、第3図は
第1図おける実施例の半導体圧力センナを作る工程を示
す工程図、第4図は従来の半導体圧カヒンサの縦断面を
示す断面図、第5図は第4図に示す半導体圧力センサを
作る工程を示す工程図である。 10.19・・・ダイヤフラム、11.20・・・凹部
、12.21・・・起歪部、14.23・・・ゲージ、
25・・・拡散層、26・・・エピタキシャル層、27
.28・・・定抵抗拡散部、33・・・p形層。 第1図 Z4 第2図 第4図 T翫イ不
Fig. 1 is a vertical cross-sectional view showing one embodiment of the present invention, Fig. 2 is an enlarged view of the vicinity of the gauge in Fig. 1, and Fig. 3 is a process for making the semiconductor pressure sensor of the embodiment in Fig. 1. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a longitudinal section of a conventional semiconductor pressure sensor, and FIG. 5 is a process diagram showing the steps for making the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 4. 10.19...Diaphragm, 11.20...Concave portion, 12.21...Strain-generating portion, 14.23...Gage,
25... Diffusion layer, 26... Epitaxial layer, 27
.. 28... constant resistance diffusion section, 33... p-type layer. Figure 1 Z4 Figure 2 Figure 4 T-shape

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第1伝導形式のシリコンで作られたダイヤフラムの起歪
部に第2伝導形式の不純物が拡散されて形成された拡散
層と、この拡散層の表面に拡散係数が前記第2伝導形式
の不純物より大きい第1伝導形式の不純物を拡散して拡
散面を形成してこの拡散面の上にさらに成長させられた
エピタキシャル層と、このエピタキシャル層に形成され
た前記拡散面の不純物を拡散させて測定圧力による歪み
によりその抵抗値が変わる前記第1伝導形式のゲージと
、前記エピタキシャル層に形成された前記ゲージの抵抗
を取り出す高濃度の前記第1伝導形式の一対の低抵抗拡
散部とを具備する半導体圧力センサ。
A diffusion layer formed by diffusing an impurity of a second conduction type into the strain-generating part of a diaphragm made of silicon of the first conduction type, and a diffusion coefficient on the surface of this diffusion layer that is higher than that of the impurity of the second conduction type. A large impurity of the first conductivity type is diffused to form a diffusion surface, an epitaxial layer is further grown on this diffusion surface, and an impurity formed on the diffusion surface formed in this epitaxial layer is diffused to form a diffusion surface and a measurement pressure is applied. a semiconductor comprising: a gauge of the first conductivity type whose resistance value changes due to strain; and a pair of low-resistance diffusion portions of the first conductivity type formed in the epitaxial layer and having a high concentration for extracting the resistance of the gauge. pressure sensor.
JP279787A 1987-01-09 1987-01-09 Semiconductor pressure sensor Pending JPS63170973A (en)

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JP279787A JPS63170973A (en) 1987-01-09 1987-01-09 Semiconductor pressure sensor

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JP279787A JPS63170973A (en) 1987-01-09 1987-01-09 Semiconductor pressure sensor

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014088020A1 (en) * 2012-12-06 2017-01-05 株式会社村田製作所 Piezoresistive MEMS sensor

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