JPH02122573A - シリコン半導体圧力センサ - Google Patents
シリコン半導体圧力センサInfo
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- JPH02122573A JPH02122573A JP27680188A JP27680188A JPH02122573A JP H02122573 A JPH02122573 A JP H02122573A JP 27680188 A JP27680188 A JP 27680188A JP 27680188 A JP27680188 A JP 27680188A JP H02122573 A JPH02122573 A JP H02122573A
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- Japan
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- pressure sensor
- silicon semiconductor
- pressure
- silicon
- semiconductor pressure
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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。
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、シリコン半導体圧力センサに関し、特に感圧
素子としてＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ ０ｘｉｄｅ Ｓｅ
ｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型７ｄ界効果トランジスタを
用いたシリコン半導体圧力センサの構造に関するもので
ある。
素子としてＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ ０ｘｉｄｅ Ｓｅ
ｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型７ｄ界効果トランジスタを
用いたシリコン半導体圧力センサの構造に関するもので
ある。
［従来の技術］
第５図は、シリコン半導体のピエゾ抵抗効果を利用し、
圧力によるシリコン半導体の歪を電流値の変化に変換し
て検出するシリコン半導体圧力センサの一般的な断面構
造を示している。シリコン、半導体圧力センサ１は、流
体などから圧力を受ける受圧面８を有するシリコン基板
２と、シリコン基板２の受圧面８の裏面側に形成された
感圧素子部３とからなる。シリコン基板２は面方位が（
１００）のシリコン単結晶からなる。シリコン基板２の
受圧面側には、基板の肉厚が薄く形成されたダイヤフラ
ム部４が形成されている。また、感圧素子部３はシリコ
ンＭｉ、Ｉｆｉ２２表面に形成された拡散抵抗層５とア
ルミニウムの金属配線６とを備えている。また、感圧素
子部３が形成されたシリコン基板２の表面にはシリコン
酸化膜からなる保護膜７が形成されている。
圧力によるシリコン半導体の歪を電流値の変化に変換し
て検出するシリコン半導体圧力センサの一般的な断面構
造を示している。シリコン、半導体圧力センサ１は、流
体などから圧力を受ける受圧面８を有するシリコン基板
２と、シリコン基板２の受圧面８の裏面側に形成された
感圧素子部３とからなる。シリコン基板２は面方位が（
１００）のシリコン単結晶からなる。シリコン基板２の
受圧面側には、基板の肉厚が薄く形成されたダイヤフラ
ム部４が形成されている。また、感圧素子部３はシリコ
ンＭｉ、Ｉｆｉ２２表面に形成された拡散抵抗層５とア
ルミニウムの金属配線６とを備えている。また、感圧素
子部３が形成されたシリコン基板２の表面にはシリコン
酸化膜からなる保護膜７が形成されている。
次に従来のシリコン半導体圧力センサの動作について説
明する。シリコン半導体圧力センサ１は被検出体の流体
側から流体圧力Ｐを受ける。ダイヤフラム部４の受圧面
８が流体圧力を受けるとダイヤフラム部４は流体圧力の
作用方向に凸状に変形する。ダイヤフラム部４が変形す
ると、ダイヤフラム部４の裏面に形成された拡散抵抗層
５も歪を生じる。そして、拡散抵抗層５の抵抗１ｉａＲ
がΔＲだけ変化する。拡散抵抗層５の抵抗が変化すると
この拡散抵抗層５に接続された金属配線６などによって
構成された電気回路の電流値が変動する。
明する。シリコン半導体圧力センサ１は被検出体の流体
側から流体圧力Ｐを受ける。ダイヤフラム部４の受圧面
８が流体圧力を受けるとダイヤフラム部４は流体圧力の
作用方向に凸状に変形する。ダイヤフラム部４が変形す
ると、ダイヤフラム部４の裏面に形成された拡散抵抗層
５も歪を生じる。そして、拡散抵抗層５の抵抗１ｉａＲ
がΔＲだけ変化する。拡散抵抗層５の抵抗が変化すると
この拡散抵抗層５に接続された金属配線６などによって
構成された電気回路の電流値が変動する。
このようにして流体圧力の圧力をダイヤフラム部の歪量
に変換し、さらに電気信号の変動値に変換して検出する
。通常、シリコン半導体圧力センサは拡散抵抗層５の変
化量が流体圧力Ｐに正比例する範囲内で使用される。
に変換し、さらに電気信号の変動値に変換して検出する
。通常、シリコン半導体圧力センサは拡散抵抗層５の変
化量が流体圧力Ｐに正比例する範囲内で使用される。
具体的な例としては、シリコン基板２は通常板厚３００
〜４００μｍ程度のものが用いられる。
〜４００μｍ程度のものが用いられる。
そして、ダイヤフラム部４は測定したい流体圧力に応じ
て基板を所定の深さに彫り込み−様な厚みのダイヤフラ
ム部を形成する。たとえば、１Ｋｇ７０ｍ２までの流体
圧力を測定する場合には、ダイヤフラム部４は己径２ｍ
ｍφで板厚４５μｍまで薄く形成される。そして最大測
定圧力で約２９６の拡散抵抗変化量を得ることができる
。
て基板を所定の深さに彫り込み−様な厚みのダイヤフラ
ム部を形成する。たとえば、１Ｋｇ７０ｍ２までの流体
圧力を測定する場合には、ダイヤフラム部４は己径２ｍ
ｍφで板厚４５μｍまで薄く形成される。そして最大測
定圧力で約２９６の拡散抵抗変化量を得ることができる
。
［発明が解決しようとする課題］
従来のシリコン半導体圧力センサにおいて、流体圧力の
検出出力を増大させるには、拡散抵抗層の抵抗変化率を
増幅することが望ましい。しかし、抵抗変化率のオーダ
はピエゾ抵抗効果という物理効果を利用したものであり
、原理上、抵抗変化率の増幅には限界がある。また、拡
散抵抗層５の起歪力を高めるために、ダイヤフラム部の
板厚をさらに薄くすると、拡散抵抗に加わる応力が増大
して抵抗変化率を大きくすることができる。ところが、
ダイヤフラム部に加わる応力値が大きくなりすぎると、
拡散抵抗層の歪量と抵抗変化率との直線性が劣化し、正
確な′ＩｐＩ定範囲を逸脱するという新たな問題が発生
する。
検出出力を増大させるには、拡散抵抗層の抵抗変化率を
増幅することが望ましい。しかし、抵抗変化率のオーダ
はピエゾ抵抗効果という物理効果を利用したものであり
、原理上、抵抗変化率の増幅には限界がある。また、拡
散抵抗層５の起歪力を高めるために、ダイヤフラム部の
板厚をさらに薄くすると、拡散抵抗に加わる応力が増大
して抵抗変化率を大きくすることができる。ところが、
ダイヤフラム部に加わる応力値が大きくなりすぎると、
拡散抵抗層の歪量と抵抗変化率との直線性が劣化し、正
確な′ＩｐＩ定範囲を逸脱するという新たな問題が発生
する。
このように、従来のシリコン半導体圧力センサは、１個
のセンサで測定し得る圧力範囲に一定の限界があり、特
に圧力変動の広い範囲を検出するためには種々の圧力測
定範囲をＨする複数のシリコン半導体圧力センサを取付
ける必要があり、使用者の需要を十分に満足するもので
はなかった。
のセンサで測定し得る圧力範囲に一定の限界があり、特
に圧力変動の広い範囲を検出するためには種々の圧力測
定範囲をＨする複数のシリコン半導体圧力センサを取付
ける必要があり、使用者の需要を十分に満足するもので
はなかった。
したがって、本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、作用圧力に対して優れた感度を有
し、かつ測定範囲の広いシリコン半導体圧力センサを提
０（することを目的とする。
めになされたもので、作用圧力に対して優れた感度を有
し、かつ測定範囲の広いシリコン半導体圧力センサを提
０（することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
本発明によるシリコン半導体圧力センサは、被検出物か
ら作用する圧力により歪を生じ、これを電気信号に変換
して圧力を検出するシリコン半導体圧力センサであって
、半導体基板と、この半導体！、（板の一方の面に形成
されたダイヤフラム部と、半導体基板の他方の面に形成
されたＭＯ！ｌ！電界効果素子とを備えている。
ら作用する圧力により歪を生じ、これを電気信号に変換
して圧力を検出するシリコン半導体圧力センサであって
、半導体基板と、この半導体！、（板の一方の面に形成
されたダイヤフラム部と、半導体基板の他方の面に形成
されたＭＯ！ｌ！電界効果素子とを備えている。
〔作用］
本発明におけるシリコン半導体圧力センサは、感圧素子
としてＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いている。被
検出体である流体側から圧力が作用するとシリコン基板
のダイヤフラム部に歪が生じる。ダイヤフラム部が歪を
生じると、このダイヤフラム部の裏面に形成されたＭＯ
Ｓ型電界効果トランジスタのうち、特にチャネル領域近
隨に歪を生じる。これによって、トランジスタのソース
・ドレイン電流Ｉ、。がチャネル領域の歪に比例して変
動する。このソース・ドレイン電流の変化量を検出して
流体圧力を検出する。このように、感圧素子としてＭＯ
Ｓ型電界効果トランジスタのような能動素子を用いるこ
とによりダイヤフラム部の起歪に敏感に反応する感度の
優れた圧力センサをもか成できる。
としてＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いている。被
検出体である流体側から圧力が作用するとシリコン基板
のダイヤフラム部に歪が生じる。ダイヤフラム部が歪を
生じると、このダイヤフラム部の裏面に形成されたＭＯ
Ｓ型電界効果トランジスタのうち、特にチャネル領域近
隨に歪を生じる。これによって、トランジスタのソース
・ドレイン電流Ｉ、。がチャネル領域の歪に比例して変
動する。このソース・ドレイン電流の変化量を検出して
流体圧力を検出する。このように、感圧素子としてＭＯ
Ｓ型電界効果トランジスタのような能動素子を用いるこ
とによりダイヤフラム部の起歪に敏感に反応する感度の
優れた圧力センサをもか成できる。
［実施例］
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
第１図は、本発明の一実施例によるシリコン半導体圧力
センサの断面構造図を示している。シリコン゛ト導体圧
カセンサ１は、シリコン基板２と感圧素子部３とを６ｉ
’ｉｉえている。シリコンＭＩＩＭ２は、たとえばｎ型
の面方位（１００）の単結晶シリコンからなる。シリコ
ン基板２の比抵抗値は２〜５Ωｃｍ程度である。シリコ
ン基板２の中央部には板厚が薄く形成されたダイヤフラ
ム部４が形成されている。そして、ダイヤフラム部４が
形成された四部底面が流体の受圧面８となる。受圧面８
と反対側のシリコン基板２表面には受圧面８と対向する
位置にＶ字形の溝、たとえば幅約１５μｍ５長さ約３０
μｍの大きさの溝がシリコン基板の面方位（１１０）方
向またはこれと直角をなす方向に形成されている。この
７字形溝９を利用して感圧素子部３が形成されている。
センサの断面構造図を示している。シリコン゛ト導体圧
カセンサ１は、シリコン基板２と感圧素子部３とを６ｉ
’ｉｉえている。シリコンＭＩＩＭ２は、たとえばｎ型
の面方位（１００）の単結晶シリコンからなる。シリコ
ン基板２の比抵抗値は２〜５Ωｃｍ程度である。シリコ
ン基板２の中央部には板厚が薄く形成されたダイヤフラ
ム部４が形成されている。そして、ダイヤフラム部４が
形成された四部底面が流体の受圧面８となる。受圧面８
と反対側のシリコン基板２表面には受圧面８と対向する
位置にＶ字形の溝、たとえば幅約１５μｍ５長さ約３０
μｍの大きさの溝がシリコン基板の面方位（１１０）方
向またはこれと直角をなす方向に形成されている。この
７字形溝９を利用して感圧素子部３が形成されている。
感圧素子部近傍の拡大図を第２図に示す。感圧素子部３
はＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下ＭＯＳ ＦＥ
Ｔ、！：称す）で構成されている。シリコン基板２のＶ
字形２１η９の谷部側面および平坦面にはＭＯＳ Ｆ
ＥＴのソース領域］０およびドレイン領域１１が形成さ
れている。また、７字形溝９の表面上および平坦部には
ゲート酸化膜１２が形成されている。さらに、ゲート酸
化膜１２の表面上にはゲート電極１３が形成されている
。また、ソース・ドレイン領域１０．１１には各々ソー
ス用電極配線１４とドレイン用電極配線１５とが接続さ
れている。そして、７字形溝９の底部近傍のシリコン基
板２表面領域はＭＯＳ ＦＥＴのチャネル領域１６と
なる。
はＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下ＭＯＳ ＦＥ
Ｔ、！：称す）で構成されている。シリコン基板２のＶ
字形２１η９の谷部側面および平坦面にはＭＯＳ Ｆ
ＥＴのソース領域］０およびドレイン領域１１が形成さ
れている。また、７字形溝９の表面上および平坦部には
ゲート酸化膜１２が形成されている。さらに、ゲート酸
化膜１２の表面上にはゲート電極１３が形成されている
。また、ソース・ドレイン領域１０．１１には各々ソー
ス用電極配線１４とドレイン用電極配線１５とが接続さ
れている。そして、７字形溝９の底部近傍のシリコン基
板２表面領域はＭＯＳ ＦＥＴのチャネル領域１６と
なる。
次に、本実施例によるシリコン半導体圧力センサの動作
について説明する。第１図を参照して、ダイヤフラム部
４の受圧面８に流体圧力Ｐが印加されると、ダイヤフラ
ム部４は凸状に変形する。
について説明する。第１図を参照して、ダイヤフラム部
４の受圧面８に流体圧力Ｐが印加されると、ダイヤフラ
ム部４は凸状に変形する。
ダイヤフラム部４が歪を生じると、このダイヤフラム部
４表面に形成された７字形溝９の底部には局部的な応力
集中が発生する。このとき、感圧素子部３のＭＯＳ
ＦＥＴのゲート電位をソース電位に対し負にバイアスし
、ソース・ドレイン間を導通状態にしておくと、チャネ
ル領域１６に発生した応力集中によりソース・ドレイン
電流ｔｓ。
４表面に形成された７字形溝９の底部には局部的な応力
集中が発生する。このとき、感圧素子部３のＭＯＳ
ＦＥＴのゲート電位をソース電位に対し負にバイアスし
、ソース・ドレイン間を導通状態にしておくと、チャネ
ル領域１６に発生した応力集中によりソース・ドレイン
電流ｔｓ。
が敏感に反応し、ソース争ドレイン電流ｔｓｏが変化す
る。ｌｓｏの変化二はチャネル領域１６に発生する応力
集中の度合すなわち流体圧力に比例する。この流体圧力
に対するソース・ドレイン電流ｔｓｏの変化率が第３図
に示されている。また、この第３図には従来のピエゾ抵
抗型半導体圧力センサの拡散抵抗層の変化率をも併せて
示している。
る。ｌｓｏの変化二はチャネル領域１６に発生する応力
集中の度合すなわち流体圧力に比例する。この流体圧力
に対するソース・ドレイン電流ｔｓｏの変化率が第３図
に示されている。また、この第３図には従来のピエゾ抵
抗型半導体圧力センサの拡散抵抗層の変化率をも併せて
示している。
第３図に示されるように、ＭＯＳ ＦＥＴを感圧素子
として用いた圧力センサはピエゾ抵抗効果を利用した圧
力センサに比べて流体圧力に対する感度が格段に優れて
いる。
として用いた圧力センサはピエゾ抵抗効果を利用した圧
力センサに比べて流体圧力に対する感度が格段に優れて
いる。
次に本発明によるシリコン半導体圧力センサの製造工程
について第４Ａ図ないし第４Ｄ図を用いて説明する。
について第４Ａ図ないし第４Ｄ図を用いて説明する。
まず、第４Ａ図に示すように、ダイヤフラム部４か形成
されたシリコン基板２のダイヤフラム部表面に所定の形
状の７字形溝９を形成する。
されたシリコン基板２のダイヤフラム部表面に所定の形
状の７字形溝９を形成する。
次に、第４Ｂ図に示すように、レジスト１７を’ｌ＝
ｆｌｉ した後、フォトリソグラフィ法を用いて所定の
形状にレジスト１７をバターニングする。そして、バタ
ーニングされたレジスト１７をマスクとしてシリコン基
板２表面にソース・ドレイン形成用の不純物をイオン注
入する。これにより、７字形溝９の側壁面および平坦部
にＭＯＳ ＦＥＴのソース領域１０およびドレイン領
域１１を形成する。
ｆｌｉ した後、フォトリソグラフィ法を用いて所定の
形状にレジスト１７をバターニングする。そして、バタ
ーニングされたレジスト１７をマスクとしてシリコン基
板２表面にソース・ドレイン形成用の不純物をイオン注
入する。これにより、７字形溝９の側壁面および平坦部
にＭＯＳ ＦＥＴのソース領域１０およびドレイン領
域１１を形成する。
さらに、第４Ｃ図に示すように、ダイヤフラム部全表面
に酸化膜１８を形成する。酸化膜１８の膜厚は・１４坦
部において７０００〜８０００人程度、７字形溝９の側
壁面上において約１０００Ａ程度に形成する。
に酸化膜１８を形成する。酸化膜１８の膜厚は・１４坦
部において７０００〜８０００人程度、７字形溝９の側
壁面上において約１０００Ａ程度に形成する。
その後、第４Ｄ図に示すように、酸化膜１８のソース・
ドレイン領域１０．１１上にコンタクトホール１９を形
成する。その後、全面にアルミニウム層を堆積し、これ
を所定の形状にバターニングすることによりゲート電極
１３およびソース電極用配線１４、ドレイン電極用配線
１５を形成する。
ドレイン領域１０．１１上にコンタクトホール１９を形
成する。その後、全面にアルミニウム層を堆積し、これ
を所定の形状にバターニングすることによりゲート電極
１３およびソース電極用配線１４、ドレイン電極用配線
１５を形成する。
以上の工程によってシリコン半導体圧力センサ１が製造
される。
される。
なお、上記実施例においては感圧素子として用いるＭＯ
Ｓ ＦＥＴの感度を高めるためにＶ字形溝を形成し、
この溝底部にチャネル領域が位置するように構成したが
、チャネル領域に応力集中を生じさせる手段としてはＶ
字形溝に限らず他の形状であっても構わない。
Ｓ ＦＥＴの感度を高めるためにＶ字形溝を形成し、
この溝底部にチャネル領域が位置するように構成したが
、チャネル領域に応力集中を生じさせる手段としてはＶ
字形溝に限らず他の形状であっても構わない。
また、本発明のシリコン半導体圧力センサに対し、さら
にダイヤフラム部を支持する基板面上に圧力センサで検
出したｆ５号の増幅回路を形成し、ＩＣ化圧力センサを
構成することもできる。
にダイヤフラム部を支持する基板面上に圧力センサで検
出したｆ５号の増幅回路を形成し、ＩＣ化圧力センサを
構成することもできる。
［発明の効果］
以上のように、本発明によればシリコン基板表面に感圧
素子としてＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いること
により、流体圧力の印加によりダイヤフラム部に生じる
歪に対する感度が向上し、測定精度の優れたまた測定範
囲の広い高感文のシリコン半導体圧力センサを得ること
ができる。
素子としてＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いること
により、流体圧力の印加によりダイヤフラム部に生じる
歪に対する感度が向上し、測定精度の優れたまた測定範
囲の広い高感文のシリコン半導体圧力センサを得ること
ができる。
第１図は、本発明の一実施例によるＭＯＳ型電界効果ト
ランジスタを感圧素子に用いたシリコン半導体圧力セン
サの断面構造図である。第２図は、第１図に示したシリ
コン半導体圧力センサの感圧素子部の拡大断面図である
。第３図は、本発明と従来例のシリコン半導体圧力セン
サの感度特性を示す圧力対変化率特性図である。第４Ａ
図、第４Ｂ図、第４Ｃ図および第４Ｄ図は、第１図に示
したシリコン半導体圧力センサの製造工程を順に示した
工程断面図である。 第５図は、従来のシリコン半導体圧力センサの断面構造
図である。 図において、１はシリコン半導体圧力センサ、２はシリ
コン基板、３は感圧素子部、４はダイヤフラム部、１０
はソース領域、１１はドレイン領域、１２はゲート酸化
膜、１３はゲート電極、１６はチャネル領域を示してい
る。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
ランジスタを感圧素子に用いたシリコン半導体圧力セン
サの断面構造図である。第２図は、第１図に示したシリ
コン半導体圧力センサの感圧素子部の拡大断面図である
。第３図は、本発明と従来例のシリコン半導体圧力セン
サの感度特性を示す圧力対変化率特性図である。第４Ａ
図、第４Ｂ図、第４Ｃ図および第４Ｄ図は、第１図に示
したシリコン半導体圧力センサの製造工程を順に示した
工程断面図である。 第５図は、従来のシリコン半導体圧力センサの断面構造
図である。 図において、１はシリコン半導体圧力センサ、２はシリ
コン基板、３は感圧素子部、４はダイヤフラム部、１０
はソース領域、１１はドレイン領域、１２はゲート酸化
膜、１３はゲート電極、１６はチャネル領域を示してい
る。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 被検出物から作用する圧力により歪を生じ、これを電
気信号に変換して圧力を検出するシリコン半導体圧力セ
ンサであって、 半導体基板と、 前記半導体基板の一方の面に形成されたダイヤフラム部
と、 前記半導体基板の他方の面に形成されたＭＯＳ型電界効
果トランジスタとを備えた、シリコン半導体圧力センサ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27680188A JPH02122573A (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | シリコン半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27680188A JPH02122573A (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | シリコン半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02122573A true JPH02122573A (ja) | 1990-05-10 |
Family
ID=17574573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27680188A Pending JPH02122573A (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | シリコン半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02122573A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019198936A (ja) * | 2018-05-18 | 2019-11-21 | 新日本無線株式会社 | Ｍｅｍｓ素子 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5366382A (en) * | 1976-11-26 | 1978-06-13 | Toshiba Corp | Mos type field effect transistor |
| JPS5565465A (en) * | 1978-11-10 | 1980-05-16 | Fujitsu Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
| JPS56152273A (en) * | 1980-04-25 | 1981-11-25 | Omron Tateisi Electronics Co | Semiconductor pressure transducer |
| JPS63128770A (ja) * | 1986-11-19 | 1988-06-01 | Toshiba Corp | 半導体圧力センサ |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP27680188A patent/JPH02122573A/ja active Pending
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