JPH0380254B2 - - Google Patents

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JPH0380254B2
JPH0380254B2 JP58244783A JP24478383A JPH0380254B2 JP H0380254 B2 JPH0380254 B2 JP H0380254B2 JP 58244783 A JP58244783 A JP 58244783A JP 24478383 A JP24478383 A JP 24478383A JP H0380254 B2 JPH0380254 B2 JP H0380254B2
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insulating layer
epitaxial
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Kimihiro Nakamura
Mitsuru Tamai
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0073Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、測定すべき圧力変化を静電容量的
に検出する半導体センサの製造方法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
第1図はかかるセンサの従来例を示す断面図、
第2図はダイアフラム部の形成方法を説明するた
めの説明図である。第1図において、1は金属
層、2,9は絶縁層、3は開口、4は金属電極リ
ード、5はSiエピタキシヤル層、6は低抵抗埋込
み層、7はP+層、8はSi単結晶基板、10は表
面安定化層、11はダイアフラム部、12は空洞
である。
Si単結晶基板8は主表面が(100)面であり、
これにP+拡散層(1cm3当たりの濃度が1020程度)
7が形成されていて、ダイアフラム部11および
空洞12を形成する際のストツプ層となる。基板
8の一方の面には窒化シリコン(Si3N4)等の絶
縁層9が形成され、この絶縁層9と基板8の薄肉
部との表面には、ガラス等の表面安定化層10が
形成される。基板8の他面にはエピタキシヤル層
5が形成され、その一部はくりぬかれて空洞にな
つており、さらに他の部分には、P+拡散層7と
金属電極部4との接触を図るための低抵抗埋込み
層6が形成されている。また、Siエピタキシヤル
層5の上には、絶縁層9と同様にSi3N4等よりな
る絶縁層2が形成され、さらにその上には金属層
1が形成される。こうして、金属層1とダイアフ
ラム部11との間にキヤパシタンスが形成され、
測定圧力にてダイアフラム部11が変位すると、
これに応じてキヤパシタンスが変化するので、圧
力を容量の変化として測定することができる。
こゝで、金属層1と絶縁層2とを貫通する開口
3は、アルカリ系の異方性エツチングによつて空
洞12を形成するときに、エツチング液を供給す
るためのものとして形成される。つまり、開口3
を通してSiエピタキシヤル層5の異方性エツチン
グ(KOH系やエチレンジアミン・ピロカテコー
ル系等が使用される。)を行なうと、先ず開口3
付近からエツチングが始まり、徐々にエツチング
が進む。そして、第2図に示されるように、幾何
学的形状によつて決まる(111)面が表われると、
そこでエツチングは殆んど進行しなくなる。これ
は、異方性エツチング液が(111)面を侵し難い
からであり、したがつて、エピタキシヤル層5に
現われる、エツチングされた面は(111)面と等
価な面となる。このように、第2図における横方
向のエツチングは(111)面によつて抑制される
のに対し、縦方向は横方向のエツチングが抑制さ
れた後も進行するが、最後的にはP+層7によつ
て抑制される。Si単結晶基板8のエツチングもこ
れと同様にして行なわれ、その結果、Si単結晶基
板8に表われる面は(111)面と等価であり、こ
れによつてエツチングの進行が制限される。な
お、ダイアフラム部11の形状は、開口3と絶縁
層9の開口との形状によつて決まる。
しかしながら、かかる構造のセンサには、次の
ような欠点がある。すなわち、上述の如く、異方
性化学エツチング液を用いて空洞12を形成する
際、発泡を伴う反応が生じて金属層1および絶縁
層2の一方または双方が破壊されたり、製造過程
の取り扱い中に破壊されるため、歩留まりが悪く
なるという点である。その原因は、金属層1およ
び絶縁層2の厚さが1〜2μm程度に非常に薄い
ためである。このような欠点を除去すべく絶縁層
2を厚くすると、測定容量に対する直列誤差分が
増加するため、測定誤差が犠牲となる一方、金属
層1を厚くすれば、金属層1、絶縁層2およびSi
エピタキシヤル層5間の熱膨張係数の差のため
に、温度変化によつて絶縁層2に割れが生じた
り、各層間の熱応力によつてダイアフラム部の圧
力−変位特性が大きく変化するという問題が生じ
る。
〔発明の目的〕
この発明はこのような事情のもとになされたも
ので、歩留まりが良好で、かつ温度特性の優れた
半導体形静電容量式圧力センサの製造方法を提供
することを目的とする。
〔発明の要点〕
その要点は、ダイアフラム部とともにキヤパシ
タンスを形成する電極部をP+低抵抗Si層により
形成することにより、熱膨張係数の差による温度
特性を改善するとともに、空洞形成時のアルカリ
系異方性化学エツチングに伴う発泡作用や製造過
程の取り扱いによる電極部の破壊を防いで歩留ま
りの向上を図るようにしたものである。
〔発明の実施例〕
第3図はこの発明の実施例を説明するためのセ
ンサ断面図である。同図において、13はP+
抵抗Si電極層、14は電極層、15はSi電極リー
ドであり、その他は第1図と同様である。
以下、同図を参照してこの発明の実施例を説明
する。
表面の結晶学的方向が(100)面であるNまた
はp型のSi単結晶基板8に、良く知られているイ
オン打ち込み法や熱拡散法等によつてP+層(1020
cm-3程度)7をダイアフラムの厚さにした後、
CVD(Chemical Vapor Deposition;化学反応を
利用した薄膜の形成方法)法等によつてエピタキ
シヤル層5をキヤパシタンスの空隙に相当する厚
さまで成長させる。なお、この層は、低抵抗とは
せずにアルカリ系異方性化学エツチングを受け易
くしておくものとする。次に、P+層7と導通を
図るべく、低抵抗埋込み層6を作る。こうして作
られた集積体を挟むように、Si3N4、SiO2(酸化
シリコン)等の絶縁層2,9を0.5〜1μm程度形
成する。Si電極リード15を作るために絶縁層に
所定の開口を形成した後、P+低抵抗Si層(1020cm
-3程度)13を数+μm形成し、低抵抗Si電極層
13と絶縁層2を貫通するように開口3をあけ
る。この場合、P+低抵抗層13を数+μmの厚
さにし得るのは、熱膨張係数が互いに殆んど同じ
だからである。なお、低抵抗Si電極層13の開口
には、HF・HNO3系のエツチング液が用いられ
る。また、このとき、ダイアフラム部を形成する
ために、絶縁層9を残すように、エツチングが行
なわれる。しかる後、これをKOH系やエチレン
ジアミンとピロカテコール系の異方性エツチング
液に浸すと、抵抗の高いSi層(ここでは、エピタ
キシヤル層5と単結晶基板8)のみがエツチング
除去される。つまり、この異方性エツチング液
は、P+層を殆んどエツチングしない性質がある
ため、充分な時間が経過すれば、第3図の如く、
P+層を残してダイアフラムが形成される。その
後、金線やアルミニウム線をポンデイングするた
めの金属層1および14をスパツタリング等によ
つて形成する一方、ダイアフラム部11には表面
安定化層10を形成して、一連の工程を終了す
る。
次に、第6図および第7図に基づいて、本実施
例の測定原理、すなわちダイヤフラム部11に加
わる圧力の測定がどのようにして行われるのかを
詳細に説明する。
圧力の測定にあたつては、まず、第6図に示し
たように、本実施例のダイアフラム部11の側に
圧力導入口16aを有するシリコンあるいはガラ
ス材料等からなる基板16を接合するとともに、
この基板16に圧力導入管17をロー付け等の手
段により接合する。これにより、所望の測定点に
おける圧力がダイアフラム部11に加わることに
なる。つまり、ダイアフラム部11の変形(導入
圧力)に応じて、空洞12の容積が変化する。
そして、本実施例においては、第7図に示した
ように、絶縁層2と空洞12とに形成される2個
のコンデンサの総合静電容量に対応する信号出力
を、低抵抗Si電極層13の一部に設けられた金属
層1と、低抵抗埋込み層6と導通する金属層14
とから取り出す構成となつている。
なお、絶縁層2の部分に形成されるコンデンサ
の静電容量Ccは絶縁層2の面積(S)とその厚
さ(t)で決まる(CcはS/tに比例する)一
定値をとるものであり、空洞12の部分に形成さ
れるコンデンサの静電容量Cxはダイアフラム部
11の変形に応じて変化するものである。
したがつて、上述の金属層1と金属層14とか
ら取り出される総合静電容量Csは次の式で表わ
される。
Cs=Cs・Cx/Cc+Cx=1/1/CC+1/CX この式からも明らかなように、絶縁層2の部分
に形成されるコンデンサの静電容量Ccが、測定
精度に与える影響は大きいので、歩留り向上のた
めといえども絶縁層2の厚さを大きくすることは
好ましくない。
そこで、本実施例においては、絶縁層2の上面
に低抵抗Si電極層13を形成することにより、有
害な絶縁層2の部分に形成される静電容量の値を
増加させることなく(絶縁層2の厚みを増大する
ことなく)、電極部分の強度を高めるようにして
いる。したがつて、空洞12形成時のエツチング
に伴う発泡作用や製造過程の取扱いによる電極部
分の破壊を防いで歩留りの向上を図ることができ
る。
また、第1図に示した従来装置にあつては、絶
縁層2と金属層1との熱膨張係数が異なるため、
周囲温度の変化が激しい状況では、電極部分がバ
イメタルのような挙動を示し、圧力の変化がない
にもかかわらず空洞12の容量が変化してしまう
恐れがあるが、本実施例によれば、低抵抗Si電極
層13の熱膨張係数が絶縁層2のそれとほぼ等し
いので、金属電極層を絶縁層の全域に形成する従
来装置に比べて、温度特性の向上を図ることがで
きる。
第4図はこの発明の他の実施例を説明するため
のセンサ断面図である。これは、第3図における
金属層1と14のストレイ容量の特性改善を図る
べく、上述の如き低抵抗埋込み層を省略し、電極
部4をP+層7に直接形成するようにしたもので、
その他は第3図と同様である。
第5図はこの発明のさらに別の実施例を説明す
るためのセンサ断面図である。
すなわち、以上の実施例では、P+層をイオン
打ち込みや熱拡散等の方法により形成するように
したが、この実施例は該P+層7をSi単結晶基板
8の全面にわたりCVD法等によりエピタキシヤ
ル成長させた場合であり、こうすることにより、
ダイアフラムの厚さを従来よりも一層正確に制御
することができるようにしたものである。なお、
その他の点は、第3,4図と同様である。
以上の実施例では、電極間ギヤツプ(空洞1
2)の形成とダイアフラム部11の形成とをアル
カリ系異方性化学エツチングにて同時に行なうよ
うにしているが、Si単結晶基板8にP+層7を拡
散またはエピタキシヤル法によつて形成し、他の
異方性または等方性化学エツチングにて所望形状
のダイアフラム部を形成し、その後に、Siエピタ
キシヤル層5、絶縁層2の成長等を上述の如く進
めるようにしても良いものである。なお、この場
合、Si単結晶基板8上の絶縁層9と安定化膜10
は無くても差しつかえない。
〔発明の効果〕
この発明によれば、金属電極層のかわりにSiの
P+低抵抗層を所定厚さ(数+μm)に形成する
ようにしたゝめ、従来のものに比べて電極部の強
度が上がり、その結果、前述の如き発泡現象に伴
う破壊が防止され、歩留まりが向上するばかりで
なく、その取り扱いが容易になるという効果がも
たらされるものである。また、電極部にSiの低抵
抗層を用いているので、金属電極と比べて熱膨張
差によつて生じる温度特性の劣化が防止される利
点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は半導体形静電容量式圧力センサの従来
例を示す構成図、第2図はダイアフラム部の形成
方法を説明するための説明図、第3図はこの発明
の実施例を説明するためのセンサ断面図、第4図
はこの発明の他の実施例を説明するためのセンサ
断面図、第5図はこの発明のさらに他の実施例を
説明するためのセンサ断面図、第6図は第3図に
示した実施例の補助説明図、第7図は第3図に示
した実施例の測定原理を説明するための図であ
る。 符号説明、1,14……金属層、2,9……絶
縁層、3……開口、4……金属電極リード、5…
…Siエピタキシヤル層、6……低抵抗埋込層、7
……P+層、8……Si単結晶基板、10……表面
安定化膜、11……ダイアフラム部、12……空
洞、13……Si低抵抗電極層、15……Si電極リ
ード。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Si単結晶基板8の一方の面のほぼ全域あるい
    は全域にわたつてP+拡散層7を形成する工程と、 前記P+拡散層7の上に所定厚さのSiエピタキ
    シヤル層5を形成する工程と、 前記エピタキシヤル層5の一部に前記P+拡散
    層7とつながる低抵抗埋込み層6を形成する工程
    と、 前記エピタキシヤル層5の表面全域に薄膜状の
    絶縁層2を形成する工程と、 前記エピタキシヤル層5の表面に形成された絶
    縁層2上に該絶縁層2とほぼ同じ熱膨張係数を有
    する薄膜状のP+低抵抗Si層13を形成するとと
    もに、前記低抵抗埋込み層6とつながるSi電極リ
    ード15を形成する工程と、 前記P+低抵抗Si層13の一部および前記Si電
    極リード15にそれぞれ金属層1,14を形成す
    る工程と、 前記P+低抵抗Si層13および絶縁層2を貫通
    する開口3を形成する工程と、 前記開口3を通じて前記エピタキシヤル層5の
    エツチングを行うことにより空洞12を形成する
    工程とを含み、 前記Si単結晶基板8の他方の面側に形成される
    ダイヤフラム部11と前記P+低抵抗Si層13と
    の間に測定用キヤパシタンスを形成するようにし
    たことを特徴とする半導体形静電容量式圧力セン
    サの製造方法。 2 Si単結晶基板8の一方の面のほぼ全域にわた
    つてP+拡散層7を形成する工程と、 前記P+拡散層7の上の一部領域を除いて所定
    厚さのSiエピタキシヤル層5を形成する工程と、 前記エピタキシヤル層5の表面全域に薄膜状の
    絶縁層2を形成する工程と、 前記エピタキシヤル層5の表面に形成された絶
    縁層2上に該絶縁層2とほぼ同じ熱膨張係数を有
    する薄膜状のP+低抵抗Si層13を形成する工程
    と、 前記P+低抵抗Si層13の一部および前記P+
    散層7にそれぞれ金属層1,4を形成する工程
    と、 前記P+低抵抗Si層13および絶縁層2を貫通
    する開口3を形成する工程と、 前記開口3を通じて前記エピタキシヤル層5の
    エツチングを行うことにより空洞12を形成する
    工程とを含み、 前記Si単結晶基板8の他方の面側に形成される
    ダイアフラム部11と前記P+低抵抗Si層13と
    の間に測定用キヤパシタンスを形成するようにし
    たことを特徴とする半導体形静電容量式圧力セン
    サの製造方法。
JP24478383A 1983-12-27 1983-12-27 半導体形静電容量式圧力センサの製造方法 Granted JPS60138434A (ja)

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