JPH0817243B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
- Publication number
- JPH0817243B2 JPH0817243B2 JP63101769A JP10176988A JPH0817243B2 JP H0817243 B2 JPH0817243 B2 JP H0817243B2 JP 63101769 A JP63101769 A JP 63101769A JP 10176988 A JP10176988 A JP 10176988A JP H0817243 B2 JPH0817243 B2 JP H0817243B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- strain
- pressure sensor
- arm
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、シリコンなどの半導体結晶を利用して圧力
（差圧も含む）を電気信号に変換する半導体圧力センサ
に係り、特にその分解能或いは信号対雑音の比率を向上
させた半導体圧力センサに関する。
（差圧も含む）を電気信号に変換する半導体圧力センサ
に係り、特にその分解能或いは信号対雑音の比率を向上
させた半導体圧力センサに関する。
〈従来の技術〉 第５図は従来の半導体圧力センサの構成を示す構成図
である。
である。
第５図（イ）は半導体圧力センサの平面図、１（ロ）
は半導体圧力センサの横断面図を示す。１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２を有
し更に凹部２の形成により単結晶の厚さの薄くなった起
歪部３とその周辺の固定部４とを有している。
は半導体圧力センサの横断面図を示す。１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２を有
し更に凹部２の形成により単結晶の厚さの薄くなった起
歪部３とその周辺の固定部４とを有している。
固定部４は連通孔５を有する基板６にガラス薄膜７を
介して陽極接合などにより固定されている。
介して陽極接合などにより固定されている。
起歪部３は単結晶の（100）面とされ、その上にはそ
の中心を通る結晶軸〈001〉方向で起歪部３と固定部４
との境界付近に例えば剪断形ゲージなどの感圧素子８が
不純物の拡散により伝導形がＰ形として矩形状に形成さ
れている。
の中心を通る結晶軸〈001〉方向で起歪部３と固定部４
との境界付近に例えば剪断形ゲージなどの感圧素子８が
不純物の拡散により伝導形がＰ形として矩形状に形成さ
れている。
この感圧素子８はその長手方向に電源端（図示せず）
が形成され、ここに電圧或いは電流が印加される。
が形成され、ここに電圧或いは電流が印加される。
以上の構成において、印加圧力Ｐがダイヤフラム１に
与えられると、これによって生じた例えば剪断応力τに
対応した電圧が感圧素子８の長手方向のほぼ中央に形成
された出力端（図示せず）に得られる。
与えられると、これによって生じた例えば剪断応力τに
対応した電圧が感圧素子８の長手方向のほぼ中央に形成
された出力端（図示せず）に得られる。
これによって、印加圧力Ｐに対応した電圧が出力端に
得られるようになっている。
得られるようになっている。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な従来の半導体圧力センサは、
この剪断応力に対してのみ感度があるのではなく、例え
ば温度の変化、外部から混入したイオン、或いは剪断形
ゲージの抵抗などのバラツキに対しても感度がありこれ
等により雑音（ノイズ）を発生させるので、印加圧力に
対する出力の分解能或いは信号対雑音比を低下させると
いう、問題がある。
この剪断応力に対してのみ感度があるのではなく、例え
ば温度の変化、外部から混入したイオン、或いは剪断形
ゲージの抵抗などのバラツキに対しても感度がありこれ
等により雑音（ノイズ）を発生させるので、印加圧力に
対する出力の分解能或いは信号対雑音比を低下させると
いう、問題がある。
〈課題を解決するための手段〉 この発明は、以上の課題を解決するために、半導体で
作られ測定圧力によって変位する薄肉の起歪部と、この
起歪部と一体になって周辺に形成される厚肉の固定部
と、先の起歪部に一体となって形成された電極と、この
起歪部を覆うように先の固定部に固着され中央部近傍に
おいて先の電極と僅かな間隙をもって対向する針状部を
有する導電性のアームとを具備し、先の電極と先のアー
ムとの間に電圧を印加することにより生じるトンネル電
流の変化から先の測定圧力を検出するようにしたもので
ある。
作られ測定圧力によって変位する薄肉の起歪部と、この
起歪部と一体になって周辺に形成される厚肉の固定部
と、先の起歪部に一体となって形成された電極と、この
起歪部を覆うように先の固定部に固着され中央部近傍に
おいて先の電極と僅かな間隙をもって対向する針状部を
有する導電性のアームとを具備し、先の電極と先のアー
ムとの間に電圧を印加することにより生じるトンネル電
流の変化から先の測定圧力を検出するようにしたもので
ある。
〈作用〉 起歪部に形成された電極とこれに針状に対向して配置
された導電性のアームとの間隔を、例えば数十Åに近付
けてこれ等の間に電圧を印加すると、この間隔に対応し
て量子力学的効果によりトンネル電流が流れる。
された導電性のアームとの間隔を、例えば数十Åに近付
けてこれ等の間に電圧を印加すると、この間隔に対応し
て量子力学的効果によりトンネル電流が流れる。
従って、測定圧力を起歪部に印加するとこの測定圧力
に対応して電極とアームとの間の距離が変化し、これに
対応してトンネル電流が流れる。そこで、このトンネル
電流を検出することにより測定圧力を検出する。
に対応して電極とアームとの間の距離が変化し、これに
対応してトンネル電流が流れる。そこで、このトンネル
電流を検出することにより測定圧力を検出する。
〈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。第１図は本発明の１実施例の構成を示す構成図であ
る。（イ）はその縦断面図、（ロ）は射視図である。
る。第１図は本発明の１実施例の構成を示す構成図であ
る。（イ）はその縦断面図、（ロ）は射視図である。
10はＮ形のシリコンの単結晶で形成された矩形状のダ
イヤフラムであり、その中央にはエッチング技術で凹部
11が形成されて薄肉とされた起歪部12を有し、さらにそ
の周辺は厚肉の固定部13を有している。
イヤフラムであり、その中央にはエッチング技術で凹部
11が形成されて薄肉とされた起歪部12を有し、さらにそ
の周辺は厚肉の固定部13を有している。
また、起歪部12から固定部13にかけて電極14として機
能するＰ形不純物が高濃度P++で拡散された拡散層で形
成され、その端部にはアルミニウムのパッド15が形成さ
れている。
能するＰ形不純物が高濃度P++で拡散された拡散層で形
成され、その端部にはアルミニウムのパッド15が形成さ
れている。
このダイヤフラム10の上部にはアーム16として機能す
るＰ形不純物のシリコン半導体が高濃度P++で十文字状
に形成され、その各端部17、〜20は固定部13に固定され
ている。そして、端部17にはアルミニウムのパッド21が
形成されている。
るＰ形不純物のシリコン半導体が高濃度P++で十文字状
に形成され、その各端部17、〜20は固定部13に固定され
ている。そして、端部17にはアルミニウムのパッド21が
形成されている。
この十文字状のアーム16のクロス部分には電極14に対
向して針状に電極22が電極14に対向して形成されてい
る。この電極14と22との間隔は数10Å〜数μｍ程度であ
る。
向して針状に電極22が電極14に対向して形成されてい
る。この電極14と22との間隔は数10Å〜数μｍ程度であ
る。
第２図はこのようにして構成された半導体圧力センサ
を動作させるときの装置の構成を示す説明図である。
を動作させるときの装置の構成を示す説明図である。
一端が共通電位点COMに接続された直流電源Ｅの他端
が電極14に接続され、この電極14に対向して間隙ｄだけ
離れて電極22が配置されている。この電極22に直列に電
流を増幅する増幅器23の一端が接続され、その他端は共
通電位点COMに接続されている。
が電極14に接続され、この電極14に対向して間隙ｄだけ
離れて電極22が配置されている。この電極22に直列に電
流を増幅する増幅器23の一端が接続され、その他端は共
通電位点COMに接続されている。
以上のような接続により、電極14と22の間に直流電圧
Ｅが印加されるので、この間隙ｄが小さいときはこれ等
の電極の間に間隙ｄに対応して量子力学的効果によりト
ンネル電流ｉが流れ、これを増幅器23が検出してその出
力端24に出力電圧Ｖとして出力する。
Ｅが印加されるので、この間隙ｄが小さいときはこれ等
の電極の間に間隙ｄに対応して量子力学的効果によりト
ンネル電流ｉが流れ、これを増幅器23が検出してその出
力端24に出力電圧Ｖとして出力する。
このトンネル電流ｉは電極14と22の間隙ｄの変化に応
じて大きく変化する。例えば、トンネル電流ｉの10％の
変化が0.1Å以下の変位に相当する。
じて大きく変化する。例えば、トンネル電流ｉの10％の
変化が0.1Å以下の変位に相当する。
従って、ダイヤフラムが変位することにより変化する
間隙ｄをトンネル電流の変化で取り出すことができる。
間隙ｄをトンネル電流の変化で取り出すことができる。
次に、以上のような半導体圧力センサを製造する製造
方法について第３図を参照して説明する。
方法について第３図を参照して説明する。
第３図は半導体圧力センサの製造方法を示す工程を示
す工程図である。
す工程図である。
第３図（イ）は拡散工程を示す。25はＮ形のシリコン
基板であり、この上に拡散により高濃度P++の拡散層26
を形成する 次に、第３図（ロ）の選択エピタキシャル成長の工程
に移る。この工程は第３図（イ）の工程で拡散層26が形
成された上にP+の選択エピタキシャル成長か或いはエピ
タキシャルパターニングによりP+層27を形成させる。
基板であり、この上に拡散により高濃度P++の拡散層26
を形成する 次に、第３図（ロ）の選択エピタキシャル成長の工程
に移る。この工程は第３図（イ）の工程で拡散層26が形
成された上にP+の選択エピタキシャル成長か或いはエピ
タキシャルパターニングによりP+層27を形成させる。
この後、第３図（ハ）の異方性エッチング工程に移行
する。この工程では、P+層27に異方性エッチングをして
その中央をエッチングし、最終的には電極22となる下に
凸の凹部28を形成する。
する。この工程では、P+層27に異方性エッチングをして
その中央をエッチングし、最終的には電極22となる下に
凸の凹部28を形成する。
第３図（ニ）の選択エピタキシャル工程では、第３図
（ハ）で加工されたシリコン基板の上に例えばP++の選
択エピタキシャル成長をして最終的にはアーム16となる
エピタキシャル層29を十文字状に形成する。
（ハ）で加工されたシリコン基板の上に例えばP++の選
択エピタキシャル成長をして最終的にはアーム16となる
エピタキシャル層29を十文字状に形成する。
この後、第３図（ホ）のエッチング工程に移り、シリ
コン基板25とエピタキシャル層29との間に直流電圧E1を
印加し、例えばヒドラジンなどのエッチング液の中に浸
漬してP+層27をバイアスエッチングして除去することに
より突起30を形成する。
コン基板25とエピタキシャル層29との間に直流電圧E1を
印加し、例えばヒドラジンなどのエッチング液の中に浸
漬してP+層27をバイアスエッチングして除去することに
より突起30を形成する。
次に、第３図（ヘ）のドライエッチング工程に移行す
る。この工程では、エピタキシャル層29の中央部に形成
された突起30の拡散層26と接合している部分をドライエ
ッチングによりエッチングして僅かに離して電極22とな
し、これにより間隙ｄを形成する。
る。この工程では、エピタキシャル層29の中央部に形成
された突起30の拡散層26と接合している部分をドライエ
ッチングによりエッチングして僅かに離して電極22とな
し、これにより間隙ｄを形成する。
最後に、第３図（ト）の異方性エッチングの工程に移
り、この工程でシリコン基板25の中央に異方性エッチン
グで凹部11を形成してこれにより起歪部12が、その残り
の周辺は肉厚の固定部13がそれぞれ形成される。
り、この工程でシリコン基板25の中央に異方性エッチン
グで凹部11を形成してこれにより起歪部12が、その残り
の周辺は肉厚の固定部13がそれぞれ形成される。
そして、第３図（ヘ）の拡散層26は第１図の電極14
に、エピタキシャル層29は第１図のアーム16にそれぞれ
対応する。
に、エピタキシャル層29は第１図のアーム16にそれぞれ
対応する。
第４図は本発明の他の実施例の構成を示す縦断面図で
ある。
ある。
この実施例はアームが凹部側に形成された場合を示し
ている。
ている。
ダイヤフラム31の中央はエッチングなどによりエッチ
ングされて凹部32が形成されて薄肉の起歪部33が形成さ
れ、その周辺は厚肉の固定部34とされている。この起歪
部33には電極35が形成されている。この凹部32に固定部
34から、例えば十文字状にアーム36が形成されその中央
に電極37が電極35に対向して突出されて形成されてい
る。
ングされて凹部32が形成されて薄肉の起歪部33が形成さ
れ、その周辺は厚肉の固定部34とされている。この起歪
部33には電極35が形成されている。この凹部32に固定部
34から、例えば十文字状にアーム36が形成されその中央
に電極37が電極35に対向して突出されて形成されてい
る。
このように形成されたダイヤフラム31で第１図に示す
場合と同様に動作する。
場合と同様に動作する。
また、半導体の伝導形は第１図に示した実施例に限定
されず、他の伝導形でも良い。さらに、アームについて
は必ずしも単結晶で構成しなくてもい。
されず、他の伝導形でも良い。さらに、アームについて
は必ずしも単結晶で構成しなくてもい。
〈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、トンネル電流の変化により測定圧力を検出する
ようにしたので、不純物イオンによる汚染などに強く、
またイオンや抵抗変化のバラツキによるノイズの影響を
受け難い。さらに、全てシリコンなどの半導体で構成で
きるので、材料の持つ特性が良好であり、ヒステリシス
誤差が少ない。また、測定圧力による変位が数オングス
トロームの分解能を持つので、高分解能を持つ。
よれば、トンネル電流の変化により測定圧力を検出する
ようにしたので、不純物イオンによる汚染などに強く、
またイオンや抵抗変化のバラツキによるノイズの影響を
受け難い。さらに、全てシリコンなどの半導体で構成で
きるので、材料の持つ特性が良好であり、ヒステリシス
誤差が少ない。また、測定圧力による変位が数オングス
トロームの分解能を持つので、高分解能を持つ。
第１図は本発明の１実施例の構成を示す構成図、第２図
は第１図における半導体圧力センサを動作させるときの
装置の構成を示す説明図、第３図は第１図に示す半導体
圧力センサを製造するときの工程を示す工程図、第４図
は本発明の他の実施例の構成を示す縦断面図、第５図は
従来の半導体圧力センサの構成を示す構成図である。 １、10、31…ダイヤフラム、３、33…起歪部、４、13、
34…固定部、11、32…凹部、12…起歪部、14、22、35、
37…電極、16、36…アーム、23…増幅器、25…シリコン
基板、26…拡散層、27…P+層、29…エピタキシャル層。
は第１図における半導体圧力センサを動作させるときの
装置の構成を示す説明図、第３図は第１図に示す半導体
圧力センサを製造するときの工程を示す工程図、第４図
は本発明の他の実施例の構成を示す縦断面図、第５図は
従来の半導体圧力センサの構成を示す構成図である。 １、10、31…ダイヤフラム、３、33…起歪部、４、13、
34…固定部、11、32…凹部、12…起歪部、14、22、35、
37…電極、16、36…アーム、23…増幅器、25…シリコン
基板、26…拡散層、27…P+層、29…エピタキシャル層。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体で作られ測定圧力によって変位する
薄肉の起歪部と、この起歪部と一体になって周辺に形成
される厚肉の固定部と、前記起歪部に一体となって形成
された電極と、この起歪部を覆うように前記固定部に固
着され中央部近傍において前記電極と僅かな間隙をもっ
て対向する針状部を有する導電性のアームとを具備し、
前記電極と前記アームとの間に電圧を印加することによ
り生じるトンネル電流の変化から前記測定圧力を検出す
ることを特徴とする半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101769A JPH0817243B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101769A JPH0817243B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01272165A JPH01272165A (ja) | 1989-10-31 |
| JPH0817243B2 true JPH0817243B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=14309428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63101769A Expired - Lifetime JPH0817243B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0817243B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2767057B2 (ja) * | 1989-03-28 | 1998-06-18 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 圧力センサー |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6074581A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-26 | Toshiba Corp | 加速度検出装置 |
| JPS61276378A (ja) * | 1985-05-31 | 1986-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | ダイヤフラム形半導体センサの製造方法 |
-
1988
- 1988-04-25 JP JP63101769A patent/JPH0817243B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01272165A (ja) | 1989-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4783237A (en) | Solid state transducer and method of making same | |
| US6651506B2 (en) | Differential capacitive pressure sensor and fabricating method therefor | |
| JP2560140B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US3492513A (en) | Mesa t-bar piezoresistor | |
| JPH0567073B2 (ja) | ||
| JP2816635B2 (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JP2508070B2 (ja) | 圧力検出素子及びその製造方法 | |
| US3323358A (en) | Solid state pressure transducer | |
| US3161844A (en) | Semiconductor beam strain gauge | |
| JPH01272165A (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JP3328707B2 (ja) | 静電容量型半導体加速度センサ及び半導体圧力センサ | |
| JP2871064B2 (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JP2715738B2 (ja) | 半導体応力検出装置 | |
| JP2936990B2 (ja) | 加速度センサ | |
| CN116133503A (zh) | 一种围栅场效应晶体管的压力传感器及其制备方法 | |
| JPH01162159A (ja) | 半導体加速度センサ | |
| JPH064304Y2 (ja) | 静電容量形半導体圧力センサ | |
| JPH0644112Y2 (ja) | 半導体圧力センサ | |
| JPH0487376A (ja) | 圧力センサ | |
| US20090194827A1 (en) | Semiconductor Device Having Element Portion and Method of Producing the Same | |
| JPH01170054A (ja) | 半導体圧力センサの製造方法 | |
| JP2671392B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH08181330A (ja) | 半導体センサの製造方法 | |
| JPH07101743B2 (ja) | 半導体圧力センサの製造方法 | |
| JP2615940B2 (ja) | 半導体圧力センサ |