JPH09304207A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JPH09304207A JPH09304207A JP12591796A JP12591796A JPH09304207A JP H09304207 A JPH09304207 A JP H09304207A JP 12591796 A JP12591796 A JP 12591796A JP 12591796 A JP12591796 A JP 12591796A JP H09304207 A JPH09304207 A JP H09304207A
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧力を印加していないときのオフセット電圧
の発生を抑制することのできる圧力センサを提供する。 【解決手段】 単結晶シリコン基板１の表面に歪みゲー
ジ２を形成し、歪みゲージ２の端末部に電極配線３を形
成する。続いて、単結晶シリコン基板１の歪みゲージ２
が形成された面上に、歪みを生じさせない保護膜として
の酸化窒化シリコン膜４を形成し、酸化窒化シリコン膜
４の所望の位置に、エッチングを行うことにより開口部
５を形成し、開口部５を埋め込むように電極パッド６を
形成する。最後に、単結晶シリコン基板１の裏面側から
水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のアルカリ系のエッ
チャントを用いて異方性エッチングを行うことにより、
その中央部に厚さ１０〜５０μｍの凹部を形成してダイ
ヤフラム１ａと支持部１ｂとを形成する。
の発生を抑制することのできる圧力センサを提供する。 【解決手段】 単結晶シリコン基板１の表面に歪みゲー
ジ２を形成し、歪みゲージ２の端末部に電極配線３を形
成する。続いて、単結晶シリコン基板１の歪みゲージ２
が形成された面上に、歪みを生じさせない保護膜として
の酸化窒化シリコン膜４を形成し、酸化窒化シリコン膜
４の所望の位置に、エッチングを行うことにより開口部
５を形成し、開口部５を埋め込むように電極パッド６を
形成する。最後に、単結晶シリコン基板１の裏面側から
水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のアルカリ系のエッ
チャントを用いて異方性エッチングを行うことにより、
その中央部に厚さ１０〜５０μｍの凹部を形成してダイ
ヤフラム１ａと支持部１ｂとを形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、歪みゲージを用い
て圧力を検出する圧力センサに関するものである。
て圧力を検出する圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来例に係る圧力センサを示す
略断面図である。この圧力センサは、単結晶シリコン基
板１を裏面側から水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等の
アルカリ系のエッチャントを用いて異方性エッチングを
行うことにより、その中央部に厚さ１０〜５０μｍの凹
部を形成してダイヤフラム１ａと支持部１ｂとが形成し
てある。また、ダイヤフラム１ａの表面側には圧力によ
るダイヤフラム１ａの歪みを検知する歪みゲージ２が形
成され、各歪みゲージ２の端末部には電極配線３が形成
され、電極配線３には電極パッド６が形成され、歪みゲ
ージ２，電極配線３，電極パッド６は、半導体の微細加
工技術を用いて形成されている。このとき、歪みゲージ
２は、電極配線３によりホイートストンブリッジを構成
している。このように、半導体の微細加工技術を利用し
て上記のような圧力センサを製造すれば、小型化が容易
で、その結果大量生産が可能となり、低コスト化を図る
ことができる。
略断面図である。この圧力センサは、単結晶シリコン基
板１を裏面側から水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等の
アルカリ系のエッチャントを用いて異方性エッチングを
行うことにより、その中央部に厚さ１０〜５０μｍの凹
部を形成してダイヤフラム１ａと支持部１ｂとが形成し
てある。また、ダイヤフラム１ａの表面側には圧力によ
るダイヤフラム１ａの歪みを検知する歪みゲージ２が形
成され、各歪みゲージ２の端末部には電極配線３が形成
され、電極配線３には電極パッド６が形成され、歪みゲ
ージ２，電極配線３，電極パッド６は、半導体の微細加
工技術を用いて形成されている。このとき、歪みゲージ
２は、電極配線３によりホイートストンブリッジを構成
している。このように、半導体の微細加工技術を利用し
て上記のような圧力センサを製造すれば、小型化が容易
で、その結果大量生産が可能となり、低コスト化を図る
ことができる。
【０００３】上記構成の圧力センサでは、ダイヤフラム
１ａに圧力が印加されると、ダイヤフラム１ａが歪むの
で、その圧力に応じた歪みをダイヤフラム１ａの表面に
形成された歪みゲージ２によって抵抗値の変化に変換
し、更にホイートストンブリッジにより抵抗値の変化を
電圧に変換して圧力が検出されるようになっている。
１ａに圧力が印加されると、ダイヤフラム１ａが歪むの
で、その圧力に応じた歪みをダイヤフラム１ａの表面に
形成された歪みゲージ２によって抵抗値の変化に変換
し、更にホイートストンブリッジにより抵抗値の変化を
電圧に変換して圧力が検出されるようになっている。
【０００４】従って、ダイヤフラム１ａの面積が広く、
かつ、膜厚が薄い程、同じ圧力に対してダイヤフラム１
ａの歪み量が大きくなり、圧力の検出感度はダイヤフラ
ム１ａの厚みの二乗に反比例するため、検出感度を上げ
るにはダイヤフラム１ａの厚みを薄くすることが望まし
い。
かつ、膜厚が薄い程、同じ圧力に対してダイヤフラム１
ａの歪み量が大きくなり、圧力の検出感度はダイヤフラ
ム１ａの厚みの二乗に反比例するため、検出感度を上げ
るにはダイヤフラム１ａの厚みを薄くすることが望まし
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが上述のような
構成の圧力センサにおいては、ダイヤフラム１ａの表面
を保護するために、酸化シリコン膜７と窒化シリコン膜
８の２層から成る保護膜を形成していた。これは、酸化
シリコン膜７単層では圧縮応力が発生し、窒化シリコン
膜８単層では引っ張り応力が発生するためであり、酸化
シリコン膜７または窒化シリコン膜８を単層で保護膜と
して用いると、圧力センサに圧力が印加されていない場
合でもダイヤフラム１ａに歪みが発生し、オフセット電
圧が生じる原因となっていた。そこで、酸化シリコン膜
７と窒化シリコン膜８の膜厚を適当に制御することによ
りダイヤフラム１ａに発生する歪みを抑制していた。
構成の圧力センサにおいては、ダイヤフラム１ａの表面
を保護するために、酸化シリコン膜７と窒化シリコン膜
８の２層から成る保護膜を形成していた。これは、酸化
シリコン膜７単層では圧縮応力が発生し、窒化シリコン
膜８単層では引っ張り応力が発生するためであり、酸化
シリコン膜７または窒化シリコン膜８を単層で保護膜と
して用いると、圧力センサに圧力が印加されていない場
合でもダイヤフラム１ａに歪みが発生し、オフセット電
圧が生じる原因となっていた。そこで、酸化シリコン膜
７と窒化シリコン膜８の膜厚を適当に制御することによ
りダイヤフラム１ａに発生する歪みを抑制していた。
【０００６】しかし、酸化シリコン膜７及び窒化シリコ
ン膜８の膜厚には工程バラツキが生じ、その結果、ダイ
ヤフラム１ａに歪みが発生してオフセット電圧が発生す
るという問題があった。
ン膜８の膜厚には工程バラツキが生じ、その結果、ダイ
ヤフラム１ａに歪みが発生してオフセット電圧が発生す
るという問題があった。
【０００７】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、圧力を印加していな
いときのオフセット電圧の発生を抑制することのできる
圧力センサを提供することにある。
であり、その目的とするところは、圧力を印加していな
いときのオフセット電圧の発生を抑制することのできる
圧力センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
半導体基板と、該半導体基板に形成されたダイヤフラム
と、該ダイヤフラムの表面に形成された歪みゲージと、
該歪みゲージの端末部に形成された電極配線と、前記半
導体基板の前記歪みゲージが形成された面側に形成され
た保護膜とを有して成る圧力センサにおいて、前記保護
膜が前記ダイヤフラムに歪みを発生させない材料から形
成されていることを特徴とするものである。
半導体基板と、該半導体基板に形成されたダイヤフラム
と、該ダイヤフラムの表面に形成された歪みゲージと、
該歪みゲージの端末部に形成された電極配線と、前記半
導体基板の前記歪みゲージが形成された面側に形成され
た保護膜とを有して成る圧力センサにおいて、前記保護
膜が前記ダイヤフラムに歪みを発生させない材料から形
成されていることを特徴とするものである。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧
力センサにおいて、前記保護膜として、酸化窒化シリコ
ンを用いたことを特徴とするものである。
力センサにおいて、前記保護膜として、酸化窒化シリコ
ンを用いたことを特徴とするものである。
【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の圧
力センサにおいて、前記保護膜として、炭化シリコンを
用いたことを特徴とするものである。
力センサにおいて、前記保護膜として、炭化シリコンを
用いたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態
に係る圧力センサの略平面図である。本実施形態に係る
圧力センサは、先ず、単結晶シリコン基板１の一主表面
の所望の位置に歪みゲージ２を形成し、歪みゲージ２の
端末部に電極配線３を形成する。
て図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態
に係る圧力センサの略平面図である。本実施形態に係る
圧力センサは、先ず、単結晶シリコン基板１の一主表面
の所望の位置に歪みゲージ２を形成し、歪みゲージ２の
端末部に電極配線３を形成する。
【００１２】なお、本実施形態においては、表面濃度が
１．０×１０18／ｃｍ3のボロン（Ｂ）を熱拡散し、フ
ォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いること
により歪みゲージ２を形成し、表面濃度が１．０×１０
20／ｃｍ3のボロン（Ｂ）を熱拡散し、フォトリソグラ
フィ技術及びエッチング技術を用いることにより電極配
線３を形成した。
１．０×１０18／ｃｍ3のボロン（Ｂ）を熱拡散し、フ
ォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いること
により歪みゲージ２を形成し、表面濃度が１．０×１０
20／ｃｍ3のボロン（Ｂ）を熱拡散し、フォトリソグラ
フィ技術及びエッチング技術を用いることにより電極配
線３を形成した。
【００１３】続いて、歪みを生じさせない保護膜として
の酸化窒化シリコン膜４を単結晶シリコン基板１の歪み
ゲージ２が形成された面上に形成する。
の酸化窒化シリコン膜４を単結晶シリコン基板１の歪み
ゲージ２が形成された面上に形成する。
【００１４】なお、酸化窒化シリコン膜４の成膜の一例
としては、モノシラン（ＳｉＨ4）の流量：１００ｓｃ
ｃｍ，一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）の流量：５００ｓｃｃ
ｍ，アンモニア（ＮＨ4）の流量：４００ｓｃｃｍ，基
板温度：２００℃，圧力：１Ｔｏｒｒ，周波数：１３．
５６ＭＨｚ，放電電力：１００Ｗでグロー放電分解法を
用いて形成することができる。また、本実施形態におい
ては、歪みを生じさせない保護膜として酸化窒化シリコ
ン膜４を形成する場合について説明したが、これに限定
される必要はなく、歪みのない保護膜として、例えば、
モノシラン（ＳｉＨ4）の流量：１００ｓｃｃｍ，メタ
ン（ＣＨ4）の流量：５００ｓｃｃｍ，水素（Ｈ２）の
流量：４００ｓｃｃｍ，基板温度：２００℃，圧力：１
Ｔｏｒｒ，周波数１３．５６ＭＨｚ，放電電力：１００
Ｗでグロー放電分解法を用いて炭化シリコン（ＳｉＣ）
を形成するようにしても良い。
としては、モノシラン（ＳｉＨ4）の流量：１００ｓｃ
ｃｍ，一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）の流量：５００ｓｃｃ
ｍ，アンモニア（ＮＨ4）の流量：４００ｓｃｃｍ，基
板温度：２００℃，圧力：１Ｔｏｒｒ，周波数：１３．
５６ＭＨｚ，放電電力：１００Ｗでグロー放電分解法を
用いて形成することができる。また、本実施形態におい
ては、歪みを生じさせない保護膜として酸化窒化シリコ
ン膜４を形成する場合について説明したが、これに限定
される必要はなく、歪みのない保護膜として、例えば、
モノシラン（ＳｉＨ4）の流量：１００ｓｃｃｍ，メタ
ン（ＣＨ4）の流量：５００ｓｃｃｍ，水素（Ｈ２）の
流量：４００ｓｃｃｍ，基板温度：２００℃，圧力：１
Ｔｏｒｒ，周波数１３．５６ＭＨｚ，放電電力：１００
Ｗでグロー放電分解法を用いて炭化シリコン（ＳｉＣ）
を形成するようにしても良い。
【００１５】次に、酸化窒化シリコン膜４の所望の位置
に、エッチングを行うことにより開口部５を形成し、開
口部５を埋め込むように電極パッド６を形成する。
に、エッチングを行うことにより開口部５を形成し、開
口部５を埋め込むように電極パッド６を形成する。
【００１６】なお、電極パッド６の形成方法の一例とし
ては、酸化窒化シリコン膜４上に電子ビーム蒸着法によ
りアルミニウム（Ａｌ）層を形成し、フォトリソグラフ
ィ技術及びエッチング技術を用いて所定形状にパターニ
ングすることにより形成する。
ては、酸化窒化シリコン膜４上に電子ビーム蒸着法によ
りアルミニウム（Ａｌ）層を形成し、フォトリソグラフ
ィ技術及びエッチング技術を用いて所定形状にパターニ
ングすることにより形成する。
【００１７】最後に、単結晶シリコン基板１の裏面側か
ら水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のアルカリ系のエ
ッチャントを用いて異方性エッチングを行うことによ
り、その中央部に厚さ１０〜５０μｍの凹部を形成して
ダイヤフラム１ａと支持部１ｂとが形成する。この時、
ダイヤフラム１ａの表面側には圧力によるダイヤフラム
１ａの歪みを検知する歪みゲージ２が配置されるように
ダイヤフラム１ａを形成し、歪みゲージ２は電極配線３
によりホイートストンブリッジを構成している。
ら水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のアルカリ系のエ
ッチャントを用いて異方性エッチングを行うことによ
り、その中央部に厚さ１０〜５０μｍの凹部を形成して
ダイヤフラム１ａと支持部１ｂとが形成する。この時、
ダイヤフラム１ａの表面側には圧力によるダイヤフラム
１ａの歪みを検知する歪みゲージ２が配置されるように
ダイヤフラム１ａを形成し、歪みゲージ２は電極配線３
によりホイートストンブリッジを構成している。
【００１８】一般に、保護膜として、酸素の含有量を多
くすれば膜内部に圧縮応力が生じ、窒素の含有量を多く
すれば引っ張り応力が生じる傾向にある。そこで、本実
施形態においては、酸化窒化シリコン膜４を用いて、酸
素と窒素の組成比を調整することにより残留応力を緩和
することにより、保護膜を形成したことによるダイヤフ
ラム１ａの歪みを防止している。
くすれば膜内部に圧縮応力が生じ、窒素の含有量を多く
すれば引っ張り応力が生じる傾向にある。そこで、本実
施形態においては、酸化窒化シリコン膜４を用いて、酸
素と窒素の組成比を調整することにより残留応力を緩和
することにより、保護膜を形成したことによるダイヤフ
ラム１ａの歪みを防止している。
【００１９】また、保護膜として炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）を用いた場合には、図２に示す実験結果より、保護
膜として窒化膜を用いた場合に比べて、１０分の１以下
にオフセット電圧を低減化させることができ、保護膜の
膜厚の工程バラツキによるオフセット電圧の影響を低減
化することができる。
Ｃ）を用いた場合には、図２に示す実験結果より、保護
膜として窒化膜を用いた場合に比べて、１０分の１以下
にオフセット電圧を低減化させることができ、保護膜の
膜厚の工程バラツキによるオフセット電圧の影響を低減
化することができる。
【００２０】
【発明の効果】請求項１乃至請求項３記載の発明は、半
導体基板と、半導体基板に形成されたダイヤフラムと、
ダイヤフラムの表面に形成された歪みゲージと、歪みゲ
ージの端末部に形成された電極配線と、半導体基板の歪
みゲージが形成された面側に形成された保護膜とを有し
て成る圧力センサにおいて、保護膜として酸化窒化シリ
コンや炭化シリコン等のダイヤフラムに歪みを発生させ
ない材料から形成されているので、保護膜の膜厚の工程
バラツキによるオフセット電圧の影響を低減化させるこ
とができ、圧力を印加していないときのオフセット電圧
の発生を抑制することのできる圧力センサ
導体基板と、半導体基板に形成されたダイヤフラムと、
ダイヤフラムの表面に形成された歪みゲージと、歪みゲ
ージの端末部に形成された電極配線と、半導体基板の歪
みゲージが形成された面側に形成された保護膜とを有し
て成る圧力センサにおいて、保護膜として酸化窒化シリ
コンや炭化シリコン等のダイヤフラムに歪みを発生させ
ない材料から形成されているので、保護膜の膜厚の工程
バラツキによるオフセット電圧の影響を低減化させるこ
とができ、圧力を印加していないときのオフセット電圧
の発生を抑制することのできる圧力センサ
【図１】本発明の一実施形態に係る圧力センサを示す略
平面図である。
平面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る圧力センサのオフ
セット電圧と保護膜の膜厚との関係を示す図である。
セット電圧と保護膜の膜厚との関係を示す図である。
【図３】従来例に係る圧力センサを示す略断面図であ
る。
る。
１ 単結晶シリコン基板 １ａ ダイヤフラム １ｂ 支持部 ２ 歪みゲージ ３ 電極配線 ４ 酸化窒化シリコン膜 ５ 開口部 ６ 電極パッド ７ 酸化シリコン膜 ８ 窒化シリコン膜
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板と、該半導体基板に形成され
たダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表面に形成された
歪みゲージと、該歪みゲージの端末部に形成された電極
配線と、前記半導体基板の前記歪みゲージが形成された
面側に形成された保護膜とを有して成る圧力センサにお
いて、前記保護膜が前記ダイヤフラムに歪みを発生させ
ない材料から形成されていることを特徴とする圧力セン
サ。 - 【請求項２】 前記保護膜として、酸化窒化シリコンを
用いたことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。 - 【請求項３】 前記保護膜として、炭化シリコンを用い
たことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12591796A JPH09304207A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12591796A JPH09304207A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09304207A true JPH09304207A (ja) | 1997-11-28 |
Family
ID=14922141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12591796A Pending JPH09304207A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09304207A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010074173A (ja) * | 2009-10-08 | 2010-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | 電極構造 |
| CN115014595A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-06 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | 压力传感器及其制备方法 |
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1996
- 1996-05-21 JP JP12591796A patent/JPH09304207A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010074173A (ja) * | 2009-10-08 | 2010-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | 電極構造 |
| CN115014595A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-06 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | 压力传感器及其制备方法 |
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