KR20190108076A - 피에조 저항형 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 피에조 저항형 센서의 동작 특성을 보다 안정된 것으로 하는 것을 목적으로 한다.
반도체층(101)에 형성된 제1 도전형의 불순물이 도입된 피에조 저항 영역(102)과, 피에조 저항 영역(102)이 형성되어 있는 영역의 상부를 덮어 반도체층(101)에 형성된 제2 도전형의 불순물이 도입된 보호 영역(103)과, 피에조 저항 영역(102)에 접속하고, 보호 영역이 형성되어 있는 영역 이외에 반도체층(101)의 표면에 도달하여 형성된 제1 도전형의 불순물이 도입된 컨택트 영역(104a, 104b)을 포함하며, 「피에조 저항 영역(102)의 불순물 농도<보호 영역(103)의 불순물 농도<컨택트 영역(104a, 104b)의 불순물 농도」로 되어 있다.
반도체층(101)에 형성된 제1 도전형의 불순물이 도입된 피에조 저항 영역(102)과, 피에조 저항 영역(102)이 형성되어 있는 영역의 상부를 덮어 반도체층(101)에 형성된 제2 도전형의 불순물이 도입된 보호 영역(103)과, 피에조 저항 영역(102)에 접속하고, 보호 영역이 형성되어 있는 영역 이외에 반도체층(101)의 표면에 도달하여 형성된 제1 도전형의 불순물이 도입된 컨택트 영역(104a, 104b)을 포함하며, 「피에조 저항 영역(102)의 불순물 농도<보호 영역(103)의 불순물 농도<컨택트 영역(104a, 104b)의 불순물 농도」로 되어 있다.
Description
본 발명은, 반도체층에 의한 다이어프램에 피에조 저항 영역을 포함하는 피에조 저항형 센서에 관한 것이다.
예컨대, 압력을 받은 다이어프램의 휨량, 즉 변위로부터 압력치를 출력하는 압력 센서는, 반도체 설비를 비롯하여, 공업 용도로 널리 사용되고 있다. 이러한 종류의 압력 센서에는, 피에조 저항 효과를 이용하여 다이어프램의 변위를 응력으로서 검출하고, 검출한 응력으로부터 압력치를 출력하는 피에조 저항형이 있다. 이러한, 피에조 저항 효과를 이용하는 피에조 저항형 센서는, 일반적으로는 n형의 반도체 기판에 형성된 다이어프램에, p형 불순물을 도입한 피에조 저항 영역을 형성한 소자 구조를 갖는다.
또한 특허문헌 1에는, 전술한 피에조 저항 영역 위에 n형의 불순물을 도입한 영역으로 이루어진 보호 영역을 형성하고, 피에조 저항 영역의 상부를 덮는 것이 개시되어 있다. 이러한 소자 구조의 피에조 저항형 센서(반도체 압력 센서)에 따르면, 반도체 기판의 표면에 설치되는 절연 보호막(예컨대 이산화규소) 내부나 표면에 부착되는 나트륨 이온 등의 오염 물질의 영향을 받기 어렵게 할 수 있어, 피에조 저항 영역의 안정화를 도모하여 고정밀도·고감도의 센서 동작 특성을 실현할 수 있다.
그런데 피에조 저항 영역의 감도를 높이기 위해 피에조 저항 영역에 있어서의 p형 불순물의 농도를 낮춘 경우, 피에조 저항 영역과 전극과의 전기적인 접속을 실현하는 것이 어려워진다. 이 때문에, 피에조 저항 영역에 접속하여 보다 고농도로 p형 불순물을 도입한 컨택트 영역을 형성하고, 이 컨택트 영역에 전극을 전기적으로 접속(오믹 접속)함으로써, 전극과 피에조 저항 영역과의 전기적인 접속이 실현되고 있다(특허문헌 2 참조).
그러나 이들 피에조 저항 영역(고농도의 p형 불순물 영역 및 저농도의 p형 불순물 영역)의 표면에 n형의 불순물 영역(보호 영역)을 형성하고, 이들 p형 불순물 영역이 보호 영역으로 완전히 덮이도록 하려고 해도, 고농도의 p형 불순물 영역으로 이루어진 컨택트 영역의 표면을 반전시키는(n형 불순물 영역으로 하는) 것은 매우 곤란하다. 만일, 보호 영역에 있어서의 n형의 불순물 농도를 높게 했을 경우, 고농도의 p형 불순물 영역과의 사이에 pn 접합이 형성되기 때문에, 이 브레이크다운 전압(역방향 내전압)이 낮아져서, 실용에 이용할 수 없다고 하는 새로운 문제가 발생한다.
전술한 바와 같이, 종래의 기술에서는, 피에조 저항 영역을 보호 영역으로 완전히 덮는 상태로 하는 것이 용이하지 않고, 피에조 저항형 센서의 동작 특성이 불안정하게 되어, 예컨대, 사용 온도 범위를 좁히고 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 피에조 저항형 센서의 동작 특성을 보다 안정된 것으로 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 피에조 저항형 센서는, 반도체층에 형성된 제1 도전형의 불순물이 도입된 피에조 저항 영역과, 피에조 저항 영역이 형성되어 있는 영역의 상부를 덮어 반도체층에 형성된 제2 도전형의 불순물이 도입된 보호 영역과, 피에조 저항 영역에 접속하고, 보호 영역이 형성되어 있는 영역 이외에 반도체층의 표면에 도달하여 형성된 제1 도전형의 불순물이 도입된 컨택트 영역을 포함하며, 피에조 저항 영역의 불순물 농도<보호 영역의 불순물 농도<컨택트 영역의 불순물 농도로 되어 있다.
상기 피에조 저항형 센서에 있어서, 반도체층의 표면측에서 컨택트 영역에 오믹 접속하는 전극을 더 포함한다.
상기 피에조 저항형 센서에 있어서, 반도체층은, 예컨대, 실리콘으로 구성되어 있으면 좋다.
상기 피에조 저항형 센서에 있어서, 컨택트 영역은, 피에조 저항 영역에 접속하는 제1 컨택트 영역과, 반도체층의 표면에 도달하는 제2 컨택트 영역을 포함하고, 피에조 저항 영역의 불순물 농도<보호 영역의 불순물 농도<제1 컨택트 영역의 불순물 농도<제2 컨택트 영역의 불순물 농도로 되어 있다.
상기 피에조 저항형 센서에 있어서, 반도체층에 형성된 주위보다 얇게 된 다이어프램을 포함하고, 피에조 저항 영역은, 다이어프램으로 형성되어 있다. 예컨대, 다이어프램은, 평면에서 바라볼 때 직사각형으로 형성되고, 4개의 피에조 저항 영역이, 다이어프램의 각 변에 배치되어 있다.
상기 피에조 저항형 센서에 있어서, n형의 불순물은, 인이고, p형의 불순물은 붕소이면 좋다.
상기 피에조 저항형 센서에 있어서, 반도체층은, 실리콘으로 구성되어 있으면 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제1 도전형의 피에조 저항 영역의 상부를 덮어 제2 도전형의 보호 영역을 형성하고, 피에조 저항 영역에 접속하는 제1 도전형의 컨택트 영역을 형성하며, 피에조 저항 영역의 불순물 농도<보호 영역의 불순물 농도<컨택트 영역으로 했기 때문에, 피에조 저항형 센서의 동작 특성이 보다 안정된 것으로 된다고 하는 우수한 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 피에조 저항형 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 피에조 저항형 센서의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4c는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4d는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4e는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 각 불순물 도입 영역의 두께 방향의 농도 프로파일을 나타낸 특성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 피에조 저항형 센서의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4c는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4d는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4e는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법의 설명에 있어서의 중간 공정의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 각 불순물 도입 영역의 두께 방향의 농도 프로파일을 나타낸 특성도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
[실시형태 1]
먼저, 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 피에조 저항형 센서에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다. 실시형태 1에 있어서의 피에조 저항형 센서는, 소자 영역(100)에, 피에조 저항 영역(102), 보호 영역(103), 컨택트 영역(104a, 104b), 전극(105a, 105b)을 포함한다.
피에조 저항 영역(102)은, 반도체층(101)에 형성된 제1 도전형의 불순물이 도입된 영역이다. 반도체층(101)은, 예컨대, 실리콘으로 구성되어 있다. 반도체층(101)은, 예컨대, 실리콘 기판의 표면측 부분이다. 또한, 반도체층(101)은, 잘 알려진 SOI(Silicon on Insulator)의 표면 실리콘층이어도 좋다. 또한, 제1 도전형은, 예컨대, p형이다. 피에조 저항 영역(102)은, 실리콘으로 이루어진 반도체층(101)에, p형 불순물인 붕소(B)가 도입된 p형의 영역이다.
또한, 보호 영역(103)은, 피에조 저항 영역(102)이 형성되어 있는 영역의 상부를 덮어 반도체층(101)에 형성된 제2 도전형의 불순물이 도입된 영역이다. 제2 도전형은, 예컨대, n형이다. 피에조 저항 영역(102)은, 실리콘으로 이루어진 반도체층(101)에, n형 불순물인 인(p)이 도입된 n형의 영역이다.
또한, 보호 영역(103)은, 평면에서 바라볼 때, 피에조 저항 영역(102)의 전역을 덮고 있다. 보호 영역(103)은, 평면에서 바라볼 때, 피에조 저항 영역(102) 이상의 면적으로 되어 있다. 또한, 보호 영역(103)은, 반도체층(101)의 두께 방향에 있어서, 피에조 저항 영역(102)보다 반도체층(101)의 표면측에 형성되어 있으면 좋다. 보호 영역(103)은, 피에조 저항 영역(102)에 접하여 형성되어 있을 필요는 없다.
또한, 컨택트 영역(104a, 104b)은 피에조 저항 영역(102)에 접속하고, 보호 영역이 형성되어 있는 영역 이외에 반도체층(101)의 표면에 도달하여 형성된 제1 도전형(예컨대 p형의)의 불순물이 도입된 영역이다. 전극(105a, 105b)은, 반도체층(101)의 표면측이며, 컨택트 영역(104a, 104b)의 각각에 오믹 접속한다. 전극(105a, 105b)은, 예컨대, 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속으로 구성되어 있다.
또한, 실시형태 1에 있어서의 피에조 저항형 센서는, 「피에조 저항 영역(102)의 불순물 농도<보호 영역(103)의 불순물 농도<컨택트 영역(104a, 104b)의 불순물 농도」로 되어 있다. 또한, 각 불순물은, 예컨대, 잘 알려진 이온 주입법에 의해 도입할 수 있다.
또한, 실시형태 1에 있어서, 반도체층(101)의 표면에는, 산화실리콘 등의 절연 재료로 구성된 절연층(106)이 형성되어 있다. 전극(105a, 105b)은, 절연층(106) 위에 형성되고, 절연층(106)을 관통하여 컨택트 영역(104a, 104b)에 오믹 접속되어 있다.
이러한 소자 구조의 피에조 저항형 센서에 따르면, 표면에 나트륨 이온 등의 오염 물질(플러스 이온)이 부착되어도, 전기적인 영향을, 반도체층(101)의 표면측에 배치되어 있는 보호 영역(103) 내로 한정시킬 수 있다. 이 때문에, 보호 영역(103)보다 깊은 쪽에 배치되어 있는 피에조 저항 영역(102)은, 오염 물질에 의한 영향을 받는 일이 없다.
또한, 컨택트 영역(104a, 104b)은, 피에조 저항 영역(102)보다 불순물 농도가 높고, 또한, 전극(105a, 105b)과 오믹 접속할 정도로 높은 불순물 농도로 되어 있다. 이 때문에, 컨택트 영역(104a, 104b)에 전술한 오염 물질이 부착되어도, 상기 영역에 큰 공핍층이 형성되는 일이 없어, 오염 물질에 의한 영향을 충분히 작게 할 수 있다.
보다 상세하게 설명한다. 피에조 저항 영역의 표면측에 나트륨 이온 등의 오염 물질이 존재하면, 불안정성의 원인이 된다. 가장 일반적인, p형의 불순물 영역에 의한 피에조 저항의 경우, 나트륨 이온 등이 존재하면 피에조 저항 영역의 표층부에서 공핍 영역이 형성되고, 또한, 피에조 저항 영역의 불순물 농도에 따라서는, 반전층이 형성된다.
이와 같이, 공핍 영역이나 반전층이 형성되면, 시트 저항이 변화한다. 이 문제에 의해, 피에조 저항 영역의 저항치가 변동한다. 결과적으로, 센서의 출력 정밀도의 저하나, 출력 불안정 등의 현상을 일으킨다. 여기서, 반전층을 형성하기 위한 임계치 전압(Vth)은, 이하의 식으로 표시된다. p형으로 피에조 저항 영역을 형성했을 때, 피에조 저항 영역의 불순물 농도=NA가 되고, 임계치 전압(Vth)은 피에조 저항의 불순물 농도 의존성을 갖는다. 또한, 나트륨 이온에 의한 전하는 Vth와 동일한 효과를 갖는다. 따라서, 피에조 저항 영역의 불순물 농도가 낮을수록, 나트륨 이온 등 가동 전하의 영향을 받기 쉽다. 피에조 저항 영역으로서 가장 고감도인 약 1018 cm-3 부근의 농도의 경우, 불과 수 V 정도에 상당하는 전하량으로 영향을 받게 된다.
NA: 억셉터 불순물 농도, q: 전자의 전하량
εsi: 실리콘의 비유전율, εox: 산화막의 비유전율
εo: 진공의 유전율, k: 볼츠만 상수
ni: 진성 반도체 캐리어 농도, xox: 산화막두께
ΦF: 페르미 레벨과 금제대(禁制帶) 중앙 레벨과의 차
VFB: 플랫 밴드 전압
여기서, 전극과의 컨택트를 위해, 단순히 피에조 저항 영역의 불순물 농도를 높게 하면, 이온 주입법에 의해 상이한 도전형의 보호 영역을 형성할 때, 피에조 저항 영역의 전역을 보호 영역으로 덮는 것이 사실성 불가능하다. 이온 주입법에서는, 주변부의 불순물 농도가 어중간하게 저하되어, 전술한 오염 물질의 이온의 영향을 받기 쉽게 된다. 또한, 이 영향을 억제하기 위해, 보호 영역을 보다 고농도의 불순물 영역으로 형성하면, 브레이크다운 전압이 현저한 저하가 일어나기 때문에 실사용상 불가능해진다.
이것에 대하여, 실시형태에 따르면, 전술한 바와 같이, 「피에조 저항 영역(102)의 불순물 농도<보호 영역(103)의 불순물 농도<컨택트 영역(104a, 104b)의 불순물 농도」로 하였기 때문에, 전술한 문제가 억제되고, 피에조 저항 영역(102) 및 컨택트 영역(104a, 104b)에 있어서의 시트 저항의 변화가 최소한으로 억제되며, 동작 특성이 안정된 고감도의 피에조 저항형의 센서가 실현된다. 이러한 실시형태 1에 있어서의 피에조 저항형 센서는, 예컨대 압력 센서나 가속도 센서로서 이용하는 것이 가능해진다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체층(101)에, 주위보다 얇게 한 평면에서 바라볼 때 직사각형인 다이어프램(121)을 형성하고, 다이어프램(121)의 4개의 변에 피에조 저항 영역이 배치되도록, 4개의 소자 영역(100)을 배치하고, 4개의 피에조 저항 영역을 브리지 접속하면, 다이어프램(121)을 수압부로 하는 압력 센서로 할 수 있다. 압력을 받은 다이어프램(121)의 변형에 따른 4개의 피에조 저항 영역의 저항치의 변화를, 브리지 출력으로서 검출함으로써, 압력을 검출할 수 있게 된다. 가속도 센서도, 거의 동일한 구조를 갖는다.
[실시형태 2]
다음에, 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다. 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서는, 소자 영역(100)에, 피에조 저항 영역(102), 보호 영역(103), 컨택트 영역(104a, 104b), 전극(105a, 105b)을 포함한다. 또한, 반도체층(101)의 표면에는, 절연층(106)이 형성되어 있다. 이들 구성은, 전술한 실시형태 1과 동일하다.
실시형태 2에서는, 컨택트 영역(104a)이, 피에조 저항 영역(102)에 접속하는 제1 컨택트 영역(141a)과, 반도체층(101)의 표면에 도달하는 제2 컨택트 영역(142a)을 포함한다. 컨택트 영역(104b)도 마찬가지로, 피에조 저항 영역(102)에 접속하는 제1 컨택트 영역(141b)과, 반도체층(101)의 표면에 도달하는 제2 컨택트 영역(142b)을 포함한다. 실시형태 2에서는, 전극(105a, 105b)은, 반도체층(101)의 표면측에서 제2 컨택트 영역(142a, 142b)의 각각에 오믹 접속한다.
또한, 「피에조 저항 영역(102)의 불순물 농도<보호 영역(103)의 불순물 농도<제1 컨택트 영역(141a, 141b)의 불순물 농도<제2 컨택트 영역(142a, 142b)의 불순물 농도」로 되어 있다.
제1 컨택트 영역(141a, 141b)은, 반도체층(101)의 두께 방향에 있어서, 피에조 저항 영역(102)과 같은 정도의 깊이로 형성되어 있다. 평면에서 바라볼 때, 피에조 저항 영역(102)의 일단 측에 접하여 제1 컨택트 영역(141a)이 형성되고, 피에조 저항 영역(102)의 타단 측에 제1 컨택트 영역(141b)이 형성되어 있다.
또한, 제2 컨택트 영역(142a, 142b)은, 반도체층(101)의 두께 방향에 있어서, 보호 영역(103)과 같은 정도의 깊이로 형성되어 있다.
실시형태 2에 따르면, 피에조 저항 영역(102)과 컨택트 영역(104a, 104b)과의 접촉 지점에 있어서의 불순물 농도차를 그다지 크게 하지 않고, 컨택트 영역(104a, 104b)과 전극(105a, 105b)과의 오믹 접속을 보다 양호하게 얻을 수 있게 된다. 실시형태 2에 따르면, 피에조 저항 영역(102)-제1 컨택트 영역(141a, 141b)-제2 컨택트 영역(142a, 142b)의 경로의 불순물 농도를 완만하게 할 수 있다.
이하, 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 제조 방법에 대해서, 도 4a∼도 4e를 참조하여 설명한다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체층(101) 위에 개구부(201a)를 포함하는 무기 마스크층(201)을 형성한다. 개구부(201a)는, 컨택트 영역(104a, 104b)을 형성하는 지점에 배치한다. 예컨대, 반도체층(101) 위에, 스퍼터법이나 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등의 퇴적법에 의해 산화실리콘(SiO2) 등의 무기 절연 재료를 퇴적하여 산화실리콘층을 형성한다. 계속해서, 형성한 산화실리콘층을, 공지된 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해 패터닝함으로써, 개구부(201a)를 형성하여 무기 마스크층(201)으로 하면 좋다. 산화실리콘층은, 반도체층(101)이 실리콘인 경우, 이 표면을 열산화하여 형성하여도 좋다. 에칭에 있어서는, 예컨대, 불산(HF)을 에천트로 한 웨트 에칭에 의해, 산화실리콘을 선택적으로 에칭함으로써, 개구부(201a)를 형성할 수 있다.
다음에, 잘 알려진 이온 주입법에 의해, 무기 마스크층(201)을 이용하여 선택적으로 반도체층(101)에 붕소를 이온 주입함으로써, p형 불순물 영역(202)을 형성한다. 여기서는, 전술한 제2 컨택트 영역(142a, 142b)이 형성되는 영역 정도의 깊이까지 p형 불순물이 도입되도록, 미리 정해진 주입 에너지로 이온 주입한다.
다음에, 도 4b에 도시된 바와 같이, 이온 주입법에 의해, 무기 마스크층(201)을 이용하여 선택적으로 반도체층(101)에, 재차 붕소를 이온 주입함으로써, 제1 컨택트 영역(141a, 141b) 및 제2 컨택트 영역(142a, 142b)을 형성한다. 이 공정에서는, 제1 컨택트 영역(141a, 141b)이 형성되는 정도의 깊이까지 p형 불순물이 도입되도록, 미리 정해진 주입 에너지로 이온 주입한다.
전술한 2회의 이온 주입에 의해, 제2 컨택트 영역(142a, 142b)(p형 불순물 영역(202))에는, 불순물의 도입이 2회 행해지게 되어, 불순물 농도가 보다 고농도가 된다. 1회의 이온 주입으로, 컨택트 영역(104a, 104b)을 형성하고자 하면, 일반적으로는, 반도체층(101)의 표면측의 불순물 농도를 높게 하는 것이 용이하지 않지만, 전술한 바와 같이 2회의 이온 주입에 의해, 표면측의 불순물 농도를, 충분히 높게 할 수 있다.
다음에, 도 4c에 도시된 바와 같이, 반도체층(101) 위에 개구부(203a)를 포함하는 무기 마스크층(203)을 형성한다. 개구부(203a)는, 피에조 저항 영역(102) 및 컨택트 영역(104a, 104b)을 형성하는 지점에 배치한다. 여기서, 개구부(203a)의 영역은, 전술한 무기 마스크층(201)의 개구부(201a)의 영역이 포함되어 있다. 따라서, 예컨대, 무기 마스크층(201)에 새롭게 개구부(203a)를 형성함으로써, 무기 마스크층(203)으로 하면 좋다. 또한, 무기 마스크층(201)을 제거한 후, 전술과 마찬가지로 함으로써, 새롭게 무기 마스크층(203)을 형성하여도 좋다.
다음에, 이온 주입법에 의해, 무기 마스크층(203)을 이용하여 선택적으로 반도체층(101)에, 재차 붕소를 이온 주입함으로써, p형 불순물 영역(204)을 형성한다. 여기서는, 피에조 저항 영역(102)이 형성되는 영역 정도의 깊이까지 p형 불순물이 도입되도록, 미리 정해진 주입 에너지로 이온 주입한다. p형 불순물 영역(204)은, 피에조 저항 영역(102)이 되는 영역이다.
다음에, 무기 마스크층(203)을 제거한 후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 반도체층(101) 위에 개구부(205a)를 포함하는 무기 마스크층(205)을 형성한다. 개구부(205a)는, 보호 영역(103)을 형성하는 지점에 배치한다. 전술과 마찬가지로, 반도체층(101) 위에, 산화실리콘층을 형성하고, 형성한 산화실리콘층을, 공지된 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해 패터닝함으로써, 개구부(205a)를 형성하여 무기 마스크층(205)으로 하면 좋다.
다음에, 이온 주입법에 의해, 무기 마스크층(205)을 이용하여 선택적으로 반도체층(101)에 인을 이온 주입함으로써, n형 불순물 영역인 보호 영역(103)을 형성한다. 이것에 의해, p형 불순물 영역인 피에조 저항 영역(102) 위를 덮는 상태로, 보호 영역(103)이 형성된다. 여기서는, 보호 영역(103)이 형성되는 영역 정도의 깊이까지 n형 불순물이 도입되도록, 미리 정해진 주입 에너지로 이온 주입한다.
또한, 전술한 불순물 도입 영역의 형성에 있어서는, 이온 주입을 한 후에, 주입한 이온을 활성화하기 위한 가열 처리를 행한다.
다음에, 무기 마스크층(205)을 제거한 후, 도 4e에 도시된 바와 같이, 절연층(106)을 형성하고, 또한, 절연층(106)에, 관통 구멍(106a)을 형성한다. 예컨대, 미리 정해진 퇴적법에 의해 산화실리콘을 퇴적하여 절연층(106)을 형성한다. 계속해서, 형성한 절연층(106)을, 공지된 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해 패터닝함으로써, 관통 구멍(106a)을 형성하면 좋다.
이후, 절연층(106) 위에, 전극(105a, 105b)을 형성하는 영역에 개구부를 갖는 마스크 패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 이 마스크 패턴 위에 미리 정해진 금속을 퇴적하여 금속막을 형성한다. 예컨대, 잘 알려진 증착법이나 도금법에 의해 금속막을 형성하면 좋다. 계속해서, 마스크 패턴을 제거(리프트 오프)함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극(105a, 105b)을 형성한다.
다음에, 전술한 각 불순물 도입 영역에 있어서의, 반도체층(101)의 깊이 방향에 있어서의 농도 프로파일에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다. 각 불순물 도입 영역의 불순물 농도는, 깊이에 따라 변화하고, 도 5에 도시된 바와 같은 프로파일을 갖는다.
도 5에 있어서, 특성 (a)는, 평면에서 바라볼 때 피에조 저항 영역(102)(보호 영역(103))의 영역에 있어서의 p형 불순물의 농도 프로파일이다. 특성 (b)는, 평면에서 바라볼 때 보호 영역(103)(피에조 저항 영역(102))의 영역에 있어서의 n형 불순물의 농도 프로파일이다.
또한, 도 5에 있어서, 특성 (c)는, 평면에서 바라볼 때, 2회의 이온 주입으로 형성한 컨택트 영역(104a, 104b)(실시형태 2)의 영역에 있어서의 p형 불순물의 농도 프로파일이다. 또한, 도 5에 있어서, 특성 (d)는, 평면에서 바라볼 때, 1회의 이온 주입으로 형성한 컨택트 영역(104a, 104b)(실시형태 1)의 영역에 있어서의 p형 불순물의 농도 프로파일이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이온 주입에 의해 형성되는 불순물 영역의 불순물 농도는, 깊이에 따라 변화한다. 따라서, 피에조 저항 영역(102)에 있어서는, 미리 정해진 깊이에 있어서 불순물 피크 농도가 미리 정해진 감도를 나타내는 「피에조 저항 영역 불순물 농도」가 되도록 설정한다.
또한, 보호 영역(103)에 있어서는, 표면측의 「보호 영역 불순물 농도」의 영역이, 피에조 저항 영역(102)의 형성 영역이 하측이 되어 이 영역을 완전히 덮도록, 「피에조 저항 영역 불순물 농도」보다도 높게 설정된다.
그런데, 컨택트 영역(104a, 104b)에 있어서는, 1회의 이온 주입으로 형성하면, 미리 정해진 깊이에 있어서 「피에조 저항 영역 불순물 농도」보다 높아지도록 설정하여도, 일반적으로는 특성 (d)에 나타낸 바와 같이, 표면측의 불순물 농도가 저하된다. 이것에 대하여, 2회의 이온 주입으로 형성하면, 특성 (c)에 나타낸 바와 같이, 미리 정해진 깊이에 있어서 「피에조 저항 영역 불순물 농도」보다 높아지고, 표면측에서도 충분히 높은 불순물 농도를 얻을 수 있게 된다.
전술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 복수회의 이온 주입에 의해 각 불순물 영역을 형성함으로써, 피에조 저항 영역(102), 보호 영역(103), 컨택트 영역(104a, 104b)에 있어서의 소망으로 하는 농도 분포의 상태가, 보다 용이하게 실현된다. 이와 같이, 이온 주입법을 이용함으로써, 전술한 실시형태 2에 있어서의 피에조 저항형 센서의 각 불순물 영역을, 용이하게 또한 효과적으로 형성할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제1 도전형의 피에조 저항 영역의 상부를 덮어 제2 도전형의 보호 영역을 형성하고, 피에조 저항 영역에 접속하는 제1 도전형의 컨택트 영역을 형성하며, 피에조 저항 영역의 불순물 농도<보호 영역의 불순물 농도<컨택트 영역으로 하였기 때문에, 피에조 저항형 센서의 동작 특성이 보다 안정된 것이 된다.
또한, 본 발명은 이상으로 설명한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서, 당 분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자에 의해, 많은 변형 및 조합을 실시할 수 있는 것은 명백하다. 예컨대, 제1 도전형을 n형으로 하고, 제2 도전형을 p형으로 하여도 좋은 것은, 말할 필요도 없다. 또한, 반도체층은, 실리콘에 한정되지 않고, 다른 반도체로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 각 불순물 영역은, 이온 주입법에 한정되지 않고, 잘 알려진 확산법에 의해 형성하여도 좋다.
100 : 소자 영역
101 : 반도체층
102 : 피에조 저항 영역 103 : 보호 영역
104a, 104b : 컨택트 영역 105a, 105b : 전극
106 : 절연층
102 : 피에조 저항 영역 103 : 보호 영역
104a, 104b : 컨택트 영역 105a, 105b : 전극
106 : 절연층
Claims (7)
- 반도체층에 형성된 제1 도전형의 불순물이 도입된 피에조 저항 영역과,
상기 피에조 저항 영역이 형성되어 있는 영역의 상부를 덮어 상기 반도체층에 형성된 제2 도전형의 불순물이 도입된 보호 영역과,
상기 피에조 저항 영역에 접속하고, 상기 보호 영역이 형성되어 있는 영역 이외에 상기 반도체층의 표면에 도달하여 형성된 제1 도전형의 불순물이 도입된 컨택트 영역
을 포함하며,
상기 피에조 저항 영역의 불순물 농도<상기 보호 영역의 불순물 농도<상기 컨택트 영역의 불순물 농도로 되어 있는 것을 특징으로 하는 피에조 저항형 센서. - 제1항에 있어서,
상기 반도체층의 표면측에서 상기 컨택트 영역에 오믹 접속하는 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 저항형 센서. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 컨택트 영역은, 상기 피에조 저항 영역에 접속하는 제1 컨택트 영역과, 상기 반도체층의 표면에 도달하는 제2 컨택트 영역을 포함하고,
상기 피에조 저항 영역의 불순물 농도<상기 보호 영역의 불순물 농도<상기 제1 컨택트 영역의 불순물 농도<상기 제2 컨택트 영역의 불순물 농도로 되어 있는 것을 특징으로 하는 피에조 저항형 센서. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반도체층에 형성된 주위보다 얇게 된 다이어프램을 포함하고,
상기 피에조 저항 영역은 상기 다이어프램에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피에조 저항형 센서. - 제4항에 있어서,
상기 다이어프램은 평면에서 바라볼 때 직사각형으로 형성되고,
4개의 상기 피에조 저항 영역이 상기 다이어프램의 각 변에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 피에조 저항형 센서. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
n형의 불순물은 인이고, p형의 불순물은 붕소인 것을 특징으로 하는 피에조 저항형 센서. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반도체층은 실리콘으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 피에조 저항형 센서.
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