JPS63318785A - 半導体圧力センサ - Google Patents

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。

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するものである。

更に詳述すれば、表面電界効果による反転層を利用した
剪断形ゲージを使用した半導体圧力センサに関するもの
である。

（従来の技術） 第５図、第６図は、従来より一般に使用されている従来
例の構成で、第５図は側断面、第６図は平面図である。

剪断形ゲージは、たとえば、米国特許３２８６８１号［
剪断ゲージ圧力測定索子」あるいは、特許出願公表昭５
７−５ｆｉＯＨ’１号公報「シリコン圧力センサ」等に
示されている。

図において、ｌはｎ形の半導体基板よりなる支持台であ
る。２は半導体基板に取付けられ、測定圧Ｐを受圧する
ダイアフラムである。ダイアフラム２は結晶面が（＋０
０）の面方向を有するｎ形の半導体単結晶からなる。こ
の場合は、シリコン半導体よりなる。２１はダイアフラ
ム２に設けられ基準圧Ｐｓの導入される基準室である。

３はダイアフラム２に設けられ軸方向が＜１００＞をな
す、不純物がｐ形の半導体からなり、イオン注入法、熱
拡敞法等により形成された剪断形ゲージである。

３１．３２は駆動電圧Ｖｓが加えられる駆動端子、３３
．３４は出力電圧Ｖｏｕｔが取り出される出力端子であ
る。

以上の構成において、測定圧Ｐにより剪断形ゲージに応
力が発生すると、出力端子３３．３４から測定圧力Ｐに
対応した出力電圧Ｖｏｕｔを検出することができる。

（発明が解決しようとする問題点） このように、剪断形ゲージは、ｎ形シリコン基板にＰ形
の導電体を拡ｎｋ又はイオン注入により形成される。剪
断形ゲージの抵抗値をｉＪ１′！Ｊｉするには、不純物
のプリデポ、ドライブ、拡散時間を適切に１ＪＩＩＩ！
ｉする必要がある。

また、剪断形ゲージにおいては、抵抗の幾何学的寸法を
大きくしても抵抗値が大きくなるだけで、高出力は得ら
れない。高出力を得るためには、剪断形ゲージの不純物
濃度を小さくして、シート抵抗を大きくする必要がある
。高抵抗の剪断形ゲージを実現するには、不純物のプリ
デポ又はイオンドーズ量を非常に少くしなければならな
い。したがって、抵抗値が高い場合には、不純物のわず
かな量に影響され抵抗ｆ−のバラツキが大きくなってし
まう欠点がある。

本発明は、この問題点を解決するものである。

本発明の目的は、高抵抗、高出力で精度が良く、小形な
半導体圧力センサを提供するにある。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明は、結晶面が（１０
０）の面方向を有する第１の伝導形シリコン基板と、該
基板の表面に四角形状の各対辺位置にそれぞれ位置する
ように拡散形成され第２の伝導形よりなり軸方向が＜１
０１１＞をなす方向にあり互いに対向して設けられ駆動
電圧が加えられる２個の駆動リード層と、前記四角形状
の他の対辺位置にそれぞれ位置するように拡散形成され
前記第２の伝導形よりなり前記駆動リード層に直交しか
つ相互に対向して設けられた２個の出力リード層と、該
リード層と前記シリコン基板との表面に形成された階化
膜と、該酸化膜に前記シリコン基板と導通するように設
けられｍｌ記シリコン基板と前記リード層とを絶縁する
ように前記駆動リード層の一方との間に電圧が加えられ
る第１の電極と、前記基板の前記四角形状の領域に対向
して前記酷化膜上に設けられ該四角形状の領域に反転層
を形成するように前記第１の電極との間に電圧が加えら
れる第２の電極と、前記四角形状部分を囲んで前記基板
表面に設けられ該第２の電極によっては反転せず前記反
転層域を明確に画し前記第１の伝導形よりなる高濃度部
とを具備してなる半導体圧力センサを構成したものであ
る。

（作用） 以上の構成において、第２の電極によって基板の四角形
状の領域には反転層が形成され実質的に剪断形ゲージが
形成される。而して、剪断形ゲージ部分に測定圧力によ
り応力が発生した場合に、２個の出力リード層間の出力
電圧を測定する事により測定圧力に対応した電気信号を
取り出す事ができる。

而して、四角形状部分は高濃度部により囲まれているの
で、反転層域は明確に確定される。

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図で、第２図
は第１図の要部平面図である。

図において、第５図と同一記号は同機能を示す。

以下、第５図と相違部分のみ説明する。

図において、３１．３２はダイアフラム２の表面に四角
形状３０の対辺位置にＰ形の不純物が拡散形成された駆
動リード層である。駆動リード層３１．３２はリードの
軸方向が＜１１１６＞をなす方向にあり互いに対向して
設けられ、第３図に示す如く、駆動電圧Ｖｓが加えられ
る。３３．３４はダイアフラム２の表面に、四角形状３
０の対辺位置にＰ形の不純物が拡散形成された出力リー
ド層で、駆動リードＱ３１，３２に直交しかつ相互に対
向して設けられている。４１はリード層３１，３２゜３
３．３４とダイアフラム２との表面に形成された酸化膜
である。４２は削化ｗＡ４１の表面に設けられた窒化咬
である。４３は酸化膜４１にダイアフラム２と導通する
ように設けられ、ダイアフラム２とリード層３１，３２
，３３，３４とを絶縁するように駆動リード層３１．３
２の一方との間に第３８ｉｉｆｆに示す如＜ａ圧ｖ２が
加えられる第１の電極である。４４はダイアフラム２の
四角形状３０の領域に対向して酸化膜３１上に設けられ
たアルミ材よりなる第２の電極である。第２の電極４４
は、四角形状３０の領域に反転層を形成するように第１
のｆｆｉ極４３との間に、第３図に示す如く、電圧Ｖ。

が加えられている。４５は四角形状３０の部分を囲んで
ダイアフラム２表面に設けられ第２の電極４４によって
は反転せず反転層域を明確に画する高濃度部である。こ
の場合は、ｎ＋半導体よりなる。高濃度部４５は、ダイ
アフラム２の表面に不純物を熱拡散またはイオン注入に
より形成される。

以上の構成において、第２の電極４４と第１の電極４３
との間に電圧Ｖｃが加えられているので、第２の電極４
４に対向したダイアフラム２の部分には反転層が形成さ
れ実質的に剪断形ゲージが形成されることになる。

この場合、反転層部分に測定圧力Ｐによる応力が発生し
た場合に、出力リード層３３と３４間とから測定圧力Ｐ
に対応した出力電圧を検出することができる。

而して、四角形状部分３０は高濃度部４５により囲まれ
ているので、反転層域は明確に確定される。

この結果、第１の電極４３と第２の電極４４との間の電
圧ｖ６を調節することにより、（１）　　実質的に高抵
抗高出力の感度の良好な剪断形ゲージが得られる。

（２）　　剪断形ゲージの動作抵抗イ１は、電極電圧を
変えることにより、任意に変えることができる。

（３）　　熱拡散の温度、時間等の製造プロセス条件に
大きく左右されない剪断形ゲージが実現できる。

（４）　　反転層域は明確に確定されるので、精度のよ
い装置が得られる。

（５）　　反転層域の形状を高出力が得られるように、
自由にコントロールすることができる。

第４図は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である
。

本実施例においては、駆動リード層３１．３２から出力
リード１３３．３４へ徐々に広がるテーパー状に実質的
に剪断ゲージが形成されるように第２の電極４４鳳を構
成したものである。而して、第２のＷｉ極４４−に対応
したダイアフラム２の部分を囲んで高濃度部４５亀を構
成したものである。

この場合、実質的な剪断形ゲージを、駆動リード！ｌｌ
３１．３２から出力リード層３３．３４へ徐々に広がる
テーパー形状に構成したので、駆動電圧のロス部分が少
くなり高出力が得られる。

なお、前述の実施例においては、第２の電極４４はアル
ミ材よりなると説明したが、ポリシリコン材を用いても
よいことは勿論である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、結晶面が（Ｉｌｌｆｆ
）の面方向を有する第１の伝導形シリコン基板と、該基
板の表面に四角形状の各対辺位置にそれぞれ位置するよ
うに拡散形成され第２の伝導形よりなり軸方向が〈目Ｏ
〉をなす方向にあり互いに対向して設けられ駆動電圧が
加えられる２個の駆動リード層と、前記四角形状の他の
対辺位置にそれぞれ位置するように拡散形成され前記第
２の伝導形よりなり前記駆動リード層に直交しかつ相互
に対向して設けられた２個の出力リード層と、該リード
層と前記シリコン基板との表面に形成された酸化膜と、
ｇＩｉｓ化膜にＩｔｉＩ記シリコン基板と導通するよう
に設けられ前記シリコン基板と前記リード層とを絶縁す
るように前記駆動リード層の一方との間に電圧が加えら
れる第１の電極と、前記基板の前記四角形状の領域に対
向して前記酸化膜上に設けられ該四角形状の領域に反転
層を形成するように前記第１の電極との間に電圧が加え
られる第２の？ＩＬ極と、前記四角形状部分を囲んで前
記基板表面に設けられ該第２の電極によっては反転せず
前記反転層域を明確に画し前記第１の伝導形よりなる高
濃度部とを具備してなる半導体圧力センサを構成したの
で、第２の電極４４に対向した基板部分に反転層が形成
され実質的に剪断形ゲージが形成されることになる。こ
の場合、反転層部分に測定圧力による応力が発生した場
合に、２個の出力リード層間から測定圧力に対応した出
力電圧を検出することができる。

この結果、第１の電極と第２の電極との間の電圧を調節
することにより、（１）実質的に高抵抗高出力の感度の
良好な剪断形ゲージが得られる。（２）剪断形ゲージの
動作抵抗値は、電極電圧を変えることにより、任意に変
えることができる。（３）熱拡散の温度、時間等の製造
プロセス条件に大きく左右されない剪断形ゲージが実現
できる。（４）反転層域は明確に確定されるので、精度
のよい装置が得られる。（５）反転層域の形状を、高出
力が得られるように、自由にコントロールすることがで
きる。

したがって、本発明によれば高抵抗、高出力で精度が良
く、小形な半導体圧力センサを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図、第２図は
第１図の平面図、第３図は第１図の動作説明図、第４図
は本発明の他の実施例の要部構成説明図、第５図は従来
より一般に使用されている従来例の構成説明図、第６図
は第５図の平面図である。 ｌ・・・支持台、２・・・ダイアフラム、２１・・・基
準室、３・・・剪断形ゲージ、３０・・・四角形状、３
１．３２・・・駆動リード層、３３．３４・・・出力リ
ード層、４１・・・酸化膜、４２・・・窒化膜、４３・
・・第１の電極、４４．４４＠＝“第２の電極。４５　
、４５ｓ・・・高濃度部。 第１図 ／　＜１００ン 第Ｊ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　結晶面が（１００）の面方向を有する第１の伝導形シ
   リコン基板と、 該基板の表面に四角形状の各対辺位置にそれぞれ位置す
   るように拡散形成され第２の伝導形よりなり軸方向が＜
   １００＞をなす方向にあり互いに対向して設けられ駆動
   電圧が加えられる２個の駆動リード層と、 前記四角形状の他の対辺位置にそれぞれ位置するように
   拡散形成され前記第２の伝導形よりなり前記駆動リード
   層に直交しかつ相互に対向して設けられた２個の出力リ
   ード層と、 該リード層と前記シリコン基板との表面に形成された酸
   化膜と、 該酸化膜に前記シリコン基板と導通するように設けられ
   前記シリコン基板と前記リード層とを絶縁するように前
   記駆動リード層の一方との間に電圧が加えられる第１の
   電極と、 前記基板の前記四角形状の領域に対向して前記酸化膜上
   に設けられ該四角形状の領域に反転層を形成するように
   前記第１の電極との間に電圧が加えられる第２の電極と
   、 前記四角形状部分を囲んで前記基板表面に設けられ該第
   ２の電極によっては反転せず前記反転層域を明確に画し
   前記第１の伝導形よりなる高濃度部とを具備してなる半
   導体圧力センサ。