JPS6079778A - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents
半導体圧力センサ及びその製造方法Info
- Publication number
- JPS6079778A JPS6079778A JP58187578A JP18757883A JPS6079778A JP S6079778 A JPS6079778 A JP S6079778A JP 58187578 A JP58187578 A JP 58187578A JP 18757883 A JP18757883 A JP 18757883A JP S6079778 A JPS6079778 A JP S6079778A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- silicon
- insulating layer
- pressure sensor
- semiconductor pressure
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
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】
（１）技術分野
本発明は感圧シリコンダイアフラムの均−性及び耐圧性
を向上させた半導体圧力センサに関する。
を向上させた半導体圧力センサに関する。
（２）背景技術 −
半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサと
しては各種構成のものが提案されていむ拡散抵抗（３）
を形成し、その上を保護層たる絶縁膜（４） （＠ｘ
５ｉａＮ４）で覆い、さらにＡＩ！ 配線層（５）が形
成された構造となる。この構造のセンサの性能を決定す
る最大因子はダイアフラムの厚さ精度である。即ち、高
精度の半導体圧力センサをバラツキ少なく製造するため
には高精度のダイアフラム形成技術が必須となる。
しては各種構成のものが提案されていむ拡散抵抗（３）
を形成し、その上を保護層たる絶縁膜（４） （＠ｘ
５ｉａＮ４）で覆い、さらにＡＩ！ 配線層（５）が形
成された構造となる。この構造のセンサの性能を決定す
る最大因子はダイアフラムの厚さ精度である。即ち、高
精度の半導体圧力センサをバラツキ少なく製造するため
には高精度のダイアフラム形成技術が必須となる。
従来から用いられている最も一般的なダイアフラム形成
法はエツチング工程を２回以上に分ける方法である。こ
れはエツチング液の温度・組成・攪拌状態等によりエツ
チング速度が著しく変化するのでエツチングの途中での
ダイアプラムの厚さのモニタが必要となるからである。
法はエツチング工程を２回以上に分ける方法である。こ
れはエツチング液の温度・組成・攪拌状態等によりエツ
チング速度が著しく変化するのでエツチングの途中での
ダイアプラムの厚さのモニタが必要となるからである。
従ってエツチングと厚さ測定という１対の工程を繰返す
ことになる。しかし、この方法ではダイアビラムの厚さ
精度の管理も困難であり、また、厚さの均一性に対して
は本質的な対策にはなっていない。
ことになる。しかし、この方法ではダイアビラムの厚さ
精度の管理も困難であり、また、厚さの均一性に対して
は本質的な対策にはなっていない。
これに対して、アルカリ系のエツチング液に対し、ボロ
ンが高濃度に（厳密には５ Ｘ １０１９個／Ｃｍ３以
ｊ二）含まれている単結晶シリコンはエツチング速度が
ほぼ零となることに注目し、ダイアプラムの形成時ノエ
ッチング停止層として、このようなボロンを高濃度に含
む不純物層を用いたセンサが特開１１ｒ）５３−８６１
８５等に提案されている。この方法により、ダイアフラ
ムの均一性は飛躍的に向上したが、ボロンを５ ｘ １
０１９個／ｃｒｎ８以上といった高濃度に含む不純物層
を形成する工程自体が非常に不安定な工程であり、また
この様なボロンを高濃度に含む不純物層に格子欠陥が多
く機械的強度は弱いので、ダイアプラムの耐圧性及、び
製造のコスト・歩留は逆に悪くなる。
ンが高濃度に（厳密には５ Ｘ １０１９個／Ｃｍ３以
ｊ二）含まれている単結晶シリコンはエツチング速度が
ほぼ零となることに注目し、ダイアプラムの形成時ノエ
ッチング停止層として、このようなボロンを高濃度に含
む不純物層を用いたセンサが特開１１ｒ）５３−８６１
８５等に提案されている。この方法により、ダイアフラ
ムの均一性は飛躍的に向上したが、ボロンを５ ｘ １
０１９個／ｃｒｎ８以上といった高濃度に含む不純物層
を形成する工程自体が非常に不安定な工程であり、また
この様なボロンを高濃度に含む不純物層に格子欠陥が多
く機械的強度は弱いので、ダイアプラムの耐圧性及、び
製造のコスト・歩留は逆に悪くなる。
（３）発明の目的
本発明は、感圧シリコンダイアフラムが均一性耐圧性に
優れた高感度の半導体圧力センサとそれを製造する方法
を提案することを目的とする。
優れた高感度の半導体圧力センサとそれを製造する方法
を提案することを目的とする。
（４）発明の構成
本発明の半導体圧力センサは、シリコンダイアフラム上
に形成した拡散抵抗を感圧部とするものであるが、該シ
リコンダイアフラム２がエツチングの停止層たる絶縁層
６と、該絶縁層上に形成した拡散抵抗部を有する単結晶
シリコン層と、さらにその上に形成された被測定雰囲気
に対して不透過性である絶縁層４によって構成されるも
のである。
に形成した拡散抵抗を感圧部とするものであるが、該シ
リコンダイアフラム２がエツチングの停止層たる絶縁層
６と、該絶縁層上に形成した拡散抵抗部を有する単結晶
シリコン層と、さらにその上に形成された被測定雰囲気
に対して不透過性である絶縁層４によって構成されるも
のである。
以下本発明を図面にもとすいて説明する。
第２図は、本発明の一実施例としての半導体圧力センサ
の構造を示す図である。
の構造を示す図である。
図にふ・いては、半導体基板（ＩＩ−型シリコン）（１
）、絶縁層（例えば５ｉａＮ＋ ）（６）及びｎ−型シ
リコン単結晶層（７）でもってダイヤフラム部を設ケ、
ｆ）！Ｊ記単結晶層（７）上ｎ−型シリコンエピタギシ
ャル成長層（９）との間に拡散ピエゾ抵抗部（ｐ−型シ
リコン）（３）と拡散リード部（８）とを設け、前記拡
散リード部（８）はｐ十型拡散領域ａＱを介して絶縁層
（例えば５ｉｓＮｉ ） （４）で離れているＡＪ 配
線層昔儒じるようにして、本発明の半導体圧力センザが
構成しである。
）、絶縁層（例えば５ｉａＮ＋ ）（６）及びｎ−型シ
リコン単結晶層（７）でもってダイヤフラム部を設ケ、
ｆ）！Ｊ記単結晶層（７）上ｎ−型シリコンエピタギシ
ャル成長層（９）との間に拡散ピエゾ抵抗部（ｐ−型シ
リコン）（３）と拡散リード部（８）とを設け、前記拡
散リード部（８）はｐ十型拡散領域ａＱを介して絶縁層
（例えば５ｉｓＮｉ ） （４）で離れているＡＪ 配
線層昔儒じるようにして、本発明の半導体圧力センザが
構成しである。
かかる構造のものにすることによって、次に示すような
安定した製造工程で作ることができ、ｉ＋１現性及び耐
圧性の点で優れた性質をもつ感圧ダイアフラムを有する
半導体圧力センサが得られる。
安定した製造工程で作ることができ、ｉ＋１現性及び耐
圧性の点で優れた性質をもつ感圧ダイアフラムを有する
半導体圧力センサが得られる。
次に本発明の一実施例たる半導体圧力センザの製造方法
について第３図に沿って述べる。
について第３図に沿って述べる。
まず第３図（、）に示す如く、（１’ＯＯ）面または（
１１０）面（図は（１００）面の場合を示す）を表面と
するｎ−型の単結晶シリコン基板（１）に少なくとも、
後に形成するダイアフラム部は完全に覆うような大きさ
にエツチング停止層たる絶縁層（６）を形成する。
１１０）面（図は（１００）面の場合を示す）を表面と
するｎ−型の単結晶シリコン基板（１）に少なくとも、
後に形成するダイアフラム部は完全に覆うような大きさ
にエツチング停止層たる絶縁層（６）を形成する。
この絶縁層（６）は二股的には熱酸化で容易に形成でき
る５１０ｇ を用いるが、化学的により安定でエツチン
グの停止層として優れ、かつより緻密で機械的強度に優
れ耐圧性の向上が期待できる膜を真空蒸着スパッタリン
グＣＶＤなとの手法で形成することも考えられる。この
ような膜としては、５ｉｓＮ＋ＡＪｇＯｓ ＴａｇＯｓ
＋ ＴａＮ シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮ
ｙ ）アルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯｘＮｙ
）タンクルオキシナイトライドのいずれ力為の単層構
造膜か、あるいはこれらの適当な組合せによる多層構造
膜がある。
る５１０ｇ を用いるが、化学的により安定でエツチン
グの停止層として優れ、かつより緻密で機械的強度に優
れ耐圧性の向上が期待できる膜を真空蒸着スパッタリン
グＣＶＤなとの手法で形成することも考えられる。この
ような膜としては、５ｉｓＮ＋ＡＪｇＯｓ ＴａｇＯｓ
＋ ＴａＮ シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯｘＮ
ｙ ）アルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯｘＮｙ
）タンクルオキシナイトライドのいずれ力為の単層構
造膜か、あるいはこれらの適当な組合せによる多層構造
膜がある。
次に第３図（ｂ）に示す如く、基板（１）と絶縁層（６
）の上面に多結晶または非晶質のシリコンを堆積させ、
これをグラフィオエビタキシーもしくはラテラルエビタ
キー等の方法によって単結晶化してｎ−型の単結晶シリ
コンＮ（７）を形成する。これらのエビタキー技術はＬ
ＳＩ等の３次元回路素子の５ＯＩ（５ｉｌｉｃｏｎ ｏ
ｎ Ｉｎｓ＋１ａｔｏ、ｒ ）構造を実現するために開
発されたもので、既に形成されている単結晶シリコンを
核とする（ラテラルエビタキー）が、核を必要としない
（グラフィオエビタキシー）の違いはあるが、主にレー
ザ光を照射することによりアニールを行ない多結晶また
は非晶質のシリコンを単結晶化するものである。
）の上面に多結晶または非晶質のシリコンを堆積させ、
これをグラフィオエビタキシーもしくはラテラルエビタ
キー等の方法によって単結晶化してｎ−型の単結晶シリ
コンＮ（７）を形成する。これらのエビタキー技術はＬ
ＳＩ等の３次元回路素子の５ＯＩ（５ｉｌｉｃｏｎ ｏ
ｎ Ｉｎｓ＋１ａｔｏ、ｒ ）構造を実現するために開
発されたもので、既に形成されている単結晶シリコンを
核とする（ラテラルエビタキー）が、核を必要としない
（グラフィオエビタキシー）の違いはあるが、主にレー
ザ光を照射することによりアニールを行ない多結晶また
は非晶質のシリコンを単結晶化するものである。
この後第３図（ｃ）に示す如く、ｎ−型単結晶シリコン
層（７）の表面に、ｐ−型の拡散ピエゾ抵抗（３）とこ
れに接続したｐ十型拡散す−ド部（８）を形成する。
層（７）の表面に、ｐ−型の拡散ピエゾ抵抗（３）とこ
れに接続したｐ十型拡散す−ド部（８）を形成する。
次に第３図（ｄ）に示す如く、ｐ−型拡散抵抗（３）を
形成したｎ−型シリコン層（７ンの上に拡散部分（３，
８）を完全に覆うようにこれと反対の導電形であるｎ−
型のシリコン層（９）をエピタキシャル成長させる。
形成したｎ−型シリコン層（７ンの上に拡散部分（３，
８）を完全に覆うようにこれと反対の導電形であるｎ−
型のシリコン層（９）をエピタキシャル成長させる。
この後第８図（ｅ）に示す如く、ｎ−型シリコン層（９
）の上に絶縁層（４）を形成し、この絶縁層（４）に小
☆を開け、ｎ−型シリコン層（９）の表面の一部から拡
散り一ド部（８）に接続するようにｐ十型拡散領域Ｑ０
を形成し、さらにこれと小孔を通じて接続するようにＡ
Ｉ Ｎ（５）を形成する。
）の上に絶縁層（４）を形成し、この絶縁層（４）に小
☆を開け、ｎ−型シリコン層（９）の表面の一部から拡
散り一ド部（８）に接続するようにｐ十型拡散領域Ｑ０
を形成し、さらにこれと小孔を通じて接続するようにＡ
Ｉ Ｎ（５）を形成する。
このとき絶縁層（４）の材質は先に述べたエツチング停
止層たる絶縁層（６）と同様のものを用いれば耐雰囲気
性は充分である。さらに機械的にはこの２つの絶縁層は
同じ材質のものを同じ厚みだけ形成することが望ましい
。但し、これらの絶縁層が多層構造である場合には上下
対称とする。
止層たる絶縁層（６）と同様のものを用いれば耐雰囲気
性は充分である。さらに機械的にはこの２つの絶縁層は
同じ材質のものを同じ厚みだけ形成することが望ましい
。但し、これらの絶縁層が多層構造である場合には上下
対称とする。
抵抗部はｐｎ 接合によって完全に絶縁されるので本セ
ンサー電気的特性は非常に安定なものとなる。
ンサー電気的特性は非常に安定なものとなる。
最後に第３図（ｆ）に示す如く、シリコン基板（１）を
裏側から、絶縁層（１）までエツチングしてダイアプラ
ム（２）を形成する。
裏側から、絶縁層（１）までエツチングしてダイアプラ
ム（２）を形成する。
（５）発明の効果
本発明の最大の特徴はエツチングの停止に絶縁層を用い
るようにしたことである。このため従来技術のシリコン
基板に含まれる不純物濃度の違いによりエツチングを停
止させる方法（例えば、ボロンの不純物濃度が５’ｘ１
０＋ｏ個／Ｃ１ｎ８ 以上である層を用いる）に比べて
次の様な特長がある。
るようにしたことである。このため従来技術のシリコン
基板に含まれる不純物濃度の違いによりエツチングを停
止させる方法（例えば、ボロンの不純物濃度が５’ｘ１
０＋ｏ個／Ｃ１ｎ８ 以上である層を用いる）に比べて
次の様な特長がある。
（１）Ｓｉ と絶縁層のエツチング速度の差の方が不純
物濃度の違いによるエツチング速度の差よりも著しく大
きい。
物濃度の違いによるエツチング速度の差よりも著しく大
きい。
このことは細かく言うと、次の３つの利点となる。
（１）ダイアフラムの厚さ精度均一性がさらに向上する
。
。
（１１）エツチング停止の制御が容易
（ｉｌｌ）エツチング液の選択自由度が大きい（ＩＩ）
ボロンの高濃度不純物層に比べ、５ｉＢＮ４層の方が機
械的特性がはるかに優れている。
ボロンの高濃度不純物層に比べ、５ｉＢＮ４層の方が機
械的特性がはるかに優れている。
特に２つの絶縁層を同材質の１対の構造としたときには
次の２つの利点がより明確になる。
次の２つの利点がより明確になる。
（ＩＶ）耐圧性に優れている。
（Ｖ）感度の直線性がよい。特に参照圧力近くの直線性
に優れている。
に優れている。
第１図はシリコンダイアフラム型の圧力センサの基本（
１・ｖ成図、第２図は本発明の一実施例たる半導体圧力
士ンサを示す図、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ
）、（ｅ）及び（ｆ）は本発明の一実施例たる半導体上
ンサの製造方法を示す図である。 ■、半導体基板（ｎ−型シリコン） ２、 ダイアフラム部 ３、拡散ピエゾ抵抗（ｐ−型） ４、絶縁層（ｅｘ、 ５１ｇＮ４） ５、ＡＩ！ 配線層 ６、 絶縁層（エツチング停止層ｅｘ、 Ｓｔ ８Ｎ４
）７、ｎ−型シリコン単結晶層 ８、 拡散リード部 ９、ｎ ＩＪＩシリコンエピタキシャル成長層ｔｏ、ｐ
十型拡散領域 官１閃 Ｗ２図 官３閏 ７ 第３図
１・ｖ成図、第２図は本発明の一実施例たる半導体圧力
士ンサを示す図、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ
）、（ｅ）及び（ｆ）は本発明の一実施例たる半導体上
ンサの製造方法を示す図である。 ■、半導体基板（ｎ−型シリコン） ２、 ダイアフラム部 ３、拡散ピエゾ抵抗（ｐ−型） ４、絶縁層（ｅｘ、 ５１ｇＮ４） ５、ＡＩ！ 配線層 ６、 絶縁層（エツチング停止層ｅｘ、 Ｓｔ ８Ｎ４
）７、ｎ−型シリコン単結晶層 ８、 拡散リード部 ９、ｎ ＩＪＩシリコンエピタキシャル成長層ｔｏ、ｐ
十型拡散領域 官１閃 Ｗ２図 官３閏 ７ 第３図
Claims (5)
- （１）シリコンダイアフラム上に形成した拡散抵抗を感
圧部として用いた半導体圧力センサにおいて、該シリコ
ンダイアフラムがエツチングの停止層たる絶縁層と、該
絶縁層上に形成した拡散抵抗部を有する単結晶シリコン
層と、さらにその上に形成された被測定雰囲気に対して
不透過性である絶縁層によって構成されていることを特
徴とする半導体圧力センサ。 - （２）上記エツチング停止層が５ｉＯ１ｌ＋ ５ｉａＮ
４．Ａ７？ｐＯｓＴａｇ０５＋ ＴａＮ＋シリコンオキ
シナイトライド（ＳｔｙｘＮｙ ）アルミニウムオキシ
ナイトライド（Ａｔ？０ｘＮｙ ）及ヒタンタルオキシ
ナイトライドのいずれかの月質からなる単層構造あるい
はそれらの組合せからなる多層構造であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体圧力センサ。 - （３）上記エツチング停止層と、センサ表面に形成され
る肢測定雰囲気不透過性層が同じ厚さであり、かつ上下
対象の同一材質により構成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項、第２項記載の半導体圧力センサ
。 - （４）半導体基板上にそれより小さな第１の絶縁層を設
け、その上にｎ−型シリコン単結晶層を形成し、その単
結晶層の表面図に拡散ピエゾ抵抗（Ｐ−型シリコン）及
び拡散リード部を形成し、さらにその上にｎ−型シリコ
ン層をエピタキシャル成長させ、しかる後、前記ｎ−型
シリコン層上に第２の絶縁層を形成し、この第２の絶縁
層に小孔を開け、前記拡散リード部に接続するようにＰ
十型拡散領域を形成し、さらにこれと小孔を通じて接続
するようにＡｌ 層を形成し、最後に前記シリコン基板
を裏側から前記第１の絶縁層までエツチングしてダイヤ
フラムを形成することを特徴とする半導体圧力センサの
製造方法。 - （５）上記単結晶シリコン層を、グラフイオエピタキシ
ャル法うテラルエピタキシャル法などの手法により、エ
ツチング停止層たる第１の絶縁層の上に多結晶または非
晶質シリコンを堆積した後に単結晶化することによって
形成することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
半導体圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58187578A JPS6079778A (ja) | 1983-10-06 | 1983-10-06 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58187578A JPS6079778A (ja) | 1983-10-06 | 1983-10-06 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6079778A true JPS6079778A (ja) | 1985-05-07 |
Family
ID=16208549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58187578A Pending JPS6079778A (ja) | 1983-10-06 | 1983-10-06 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6079778A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5471086A (en) * | 1992-09-29 | 1995-11-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having piezo resistance |
| JP2001194201A (ja) * | 2000-01-12 | 2001-07-19 | Denso Corp | センサ及びその製造方法 |
-
1983
- 1983-10-06 JP JP58187578A patent/JPS6079778A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5471086A (en) * | 1992-09-29 | 1995-11-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having piezo resistance |
| JP2001194201A (ja) * | 2000-01-12 | 2001-07-19 | Denso Corp | センサ及びその製造方法 |
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