JPS6080281A - 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
- JPS6080281A JPS6080281A JP58188803A JP18880383A JPS6080281A JP S6080281 A JPS6080281 A JP S6080281A JP 58188803 A JP58188803 A JP 58188803A JP 18880383 A JP18880383 A JP 18880383A JP S6080281 A JPS6080281 A JP S6080281A
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- etching
- diaphragm
- pressure sensor
- semiconductor pressure
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- Pending
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-
- 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
- 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。
性を向上させた半導体圧力センサに関する。
（２）背景技術
シリコン半導体等においては、機械的応力が加わると、
ピエゾ抵抗効果により、その抵抗値が変化する。この性
質を利用したセンサーとしては、単結晶シリコンよりな
るダイヤフラム上に歪ゲージを拡散層で形成し、このダ
イアフラムに加わる圧力によりこのダイアフラムが変形
しピエゾ抵抗効果で抵抗値が変化することから、その圧
力を検出する半導体圧力センサーがある。
ピエゾ抵抗効果により、その抵抗値が変化する。この性
質を利用したセンサーとしては、単結晶シリコンよりな
るダイヤフラム上に歪ゲージを拡散層で形成し、このダ
イアフラムに加わる圧力によりこのダイアフラムが変形
しピエゾ抵抗効果で抵抗値が変化することから、その圧
力を検出する半導体圧力センサーがある。
この種の半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力
センサーとしては、各種１１ケ成のものが提案されてい
るが、その最も基本的なものは、第１純物を含む拡散抵
抗（３）を形成し、その上を保護層たる絶縁ＰＭ （４
） （ｅｘ、 Ｓｉ ＢＮ４ ）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タ°イアプラム形成技
術が必須となる。
センサーとしては、各種１１ケ成のものが提案されてい
るが、その最も基本的なものは、第１純物を含む拡散抵
抗（３）を形成し、その上を保護層たる絶縁ＰＭ （４
） （ｅｘ、 Ｓｉ ＢＮ４ ）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タ°イアプラム形成技
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
のダイアフ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
のダイアフ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（Ａう１対の工程を繰返
すことになる。しかし、この方法でをよ夕゛イアフラム
の厚さ精度の管理も困＃ｌ：であり、また）早さの均一
性に対しては本質的、な対策シこしよなってす１ない。
すことになる。しかし、この方法でをよ夕゛イアフラム
の厚さ精度の管理も困＃ｌ：であり、また）早さの均一
性に対しては本質的、な対策シこしよなってす１ない。
これに対して、アルカリ系のエツチンク゛液Ｃζ文すし
、ボロンが高濃度に（厳密には５ ×ｌ Ｑ １９個水
８以上）含まれている単結晶シリコンは工゛ノチンク゛
速度がほぼ零となることに注目し、夕°イアフラムの形
成時のエツ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０たセンサカ；特開昭５３−８
６１８５等に提案されてし）る。この方法によりダイア
フラムの均一性は飛躍１１９ ｂ＝ ＋ｉＪ上したがボ
ロンを５ Ｘ １０１９個／ｃｎｔ８以上と（１つだ高
濃度（ζ含む不純物層を形成する工程自体力；非常にて
不安定な工程であり、またこの様なボロンをａ濃度シー
含む不純物層は格子欠陥が多く機械的強度をよ９口０の
でダイアフラムの耐圧性及び製造のコスト・歩留は逆に
悪くなる。
、ボロンが高濃度に（厳密には５ ×ｌ Ｑ １９個水
８以上）含まれている単結晶シリコンは工゛ノチンク゛
速度がほぼ零となることに注目し、夕°イアフラムの形
成時のエツ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０たセンサカ；特開昭５３−８
６１８５等に提案されてし）る。この方法によりダイア
フラムの均一性は飛躍１１９ ｂ＝ ＋ｉＪ上したがボ
ロンを５ Ｘ １０１９個／ｃｎｔ８以上と（１つだ高
濃度（ζ含む不純物層を形成する工程自体力；非常にて
不安定な工程であり、またこの様なボロンをａ濃度シー
含む不純物層は格子欠陥が多く機械的強度をよ９口０の
でダイアフ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
優れた高精度の半導体圧力センサとそれを歩留よく比較
的低コストで製造できる方法を提案することを目的とす
る。
優れた高精度の半導体圧力センサとそれを歩留よく比較
的低コストで製造できる方法を提案することを目的とす
る。
（４）発明の構成
以下図面に沿って本発明を説明する。
第２図は、本発明の半導体圧力センサの一実施例として
の構造を示す図である。
の構造を示す図である。
第２図においては、半導体基板（ｎ−型シリコン）（Ｉ
Ｌ不純物層（ボロンを不純物として５Ｘ１０８個／ Ｃ
ｍ” −５Ｘ Ｉ Ｑ１９個／ｃｎＬ３ ドープしたシ
リコン）（６）及びｎ型シリコン層（７）でもってダイ
ヤフラム部（２）を設け、前記ｎ型シリコン層（７）と
その上のｎ型シリコン層（９）との間に前記ダイヤフラ
ム部（２）の中央付近に対応する場所に拡散ピエゾ抵抗
（ｐ−型シリコン）（３）、その周囲に拡散リード部（
ｐ十型−シリコン）（８）及びｐ十拡散領域（ｐ十型シ
リコン）ＱＱを設け、前記ｐ十拡散層αＱはＡ／ 配線
層（５）に直接接続し、前記Ａｌ 配線層（５）の間の
前記ｎ型シリ、コン層（９）の部分の表面に絶縁膜（５
ｉａＮ＋ ） （４）を設けることにより、半導体圧力
センサが構成されている。
Ｌ不純物層（ボロンを不純物として５Ｘ１０８個／ Ｃ
ｍ” −５Ｘ Ｉ Ｑ１９個／ｃｎＬ３ ドープしたシ
リコン）（６）及びｎ型シリコン層（７）でもってダイ
ヤフラム部（２）を設け、前記ｎ型シリコン層（７）と
その上のｎ型シリコン層（９）との間に前記ダイヤフラ
ム部（２）の中央付近に対応する場所に拡散ピエゾ抵抗
（ｐ−型シリコン）（３）、その周囲に拡散リード部（
ｐ十型−シリコン）（８）及びｐ十拡散領域（ｐ十型シ
リコン）ＱＱを設け、前記ｐ十拡散層αＱはＡ／ 配線
層（５）に直接接続し、前記Ａｌ 配線層（５）の間の
前記ｎ型シリ、コン層（９）の部分の表面に絶縁膜（５
ｉａＮ＋ ） （４）を設けることにより、半導体圧力
センサが構成されている。
このような構造のものにおいては、次に示すような製造
工程で安定に作ることができ、良好再現性をもち良好な
耐圧性をもつ感圧ダイアプラムをもつ半導体圧力センサ
が得られる。
工程で安定に作ることができ、良好再現性をもち良好な
耐圧性をもつ感圧ダイアプラムをもつ半導体圧力センサ
が得られる。
第３ド目よ本発明による半導体圧力センザの製造手順を
示すものである。以下、この図に従ってセンサの製造方
法を説明する。
示すものである。以下、この図に従ってセンサの製造方
法を説明する。
まず第３図（、）に示す如く、ｎ−型の（１００） 面
（この場合を図に示す）または（１１０月石を表面とす
る単結晶シリコン基板（１）に不純物濃度５ Ｘ １０
１８個／ａｒｔ８ 以上５ Ｘ １０”個／Ｃノｌ１３
未満のボロンを含む不純物層（６）を形成する。ここ
で形成方法は拡散てもエピタキシャル成長でもよいが、
強度的には後者の方が望ましい。
（この場合を図に示す）または（１１０月石を表面とす
る単結晶シリコン基板（１）に不純物濃度５ Ｘ １０
１８個／ａｒｔ８ 以上５ Ｘ １０”個／Ｃノｌ１３
未満のボロンを含む不純物層（６）を形成する。ここ
で形成方法は拡散てもエピタキシャル成長でもよいが、
強度的には後者の方が望ましい。
次に第３図（ｂ）に示す如く、基板（１）と不純物層（
６）の上面にｎ−型の単結晶シリコン（７）をエピタキ
シャル成長させる。
６）の上面にｎ−型の単結晶シリコン（７）をエピタキ
シャル成長させる。
型拡散リード部（８）を同一平面上に形成する。
次に第３図（ｄ）に示す如く、ｐ−型拡散抵抗（３）を
のシリコン層（９）を数μｍ程度エピタキシャル成長こ
の後、第３図（ｅ）に示す如＜、ｎ−傘シリコン拡散リ
ード部（８）に接続するｐ十型拡散領域（１（ｌを形成
し、さらにこれと小孔を通じて接続するようにＡＩ！
層（５）を形成する。
のシリコン層（９）を数μｍ程度エピタキシャル成長こ
の後、第３図（ｅ）に示す如＜、ｎ−傘シリコン拡散リ
ード部（８）に接続するｐ十型拡散領域（１（ｌを形成
し、さらにこれと小孔を通じて接続するようにＡＩ！
層（５）を形成する。
このとき絶縁層（４）は、化学的安定性に優れ、被測定
雰囲気に対して不透過性であるＳｔ ＢＮ４＋Ａ７２０
，１＋Ｔａｇ０５＋ＴａＮシリコンオキシナイトライド
（ＳｉＯｘＮｙ）アルミニウムオキシナイトライド（Ａ
ｌＯｘＮｙ ）タンタルオキシナイトライドなどの単層
構造もしくは適当な組合せによる多層構造を用いること
が望ましい。
雰囲気に対して不透過性であるＳｔ ＢＮ４＋Ａ７２０
，１＋Ｔａｇ０５＋ＴａＮシリコンオキシナイトライド
（ＳｉＯｘＮｙ）アルミニウムオキシナイトライド（Ａ
ｌＯｘＮｙ ）タンタルオキシナイトライドなどの単層
構造もしくは適当な組合せによる多層構造を用いること
が望ましい。
またこのようにｐ十型拡散抵抗（３）をｎ−型シリコン
層（７，９）の間に埋め込むことにより、拡散抵抗部は
ｐＨ接合によって完全に絶縁されるので本センサの電気
的特性は非常に安定なものとなる。
層（７，９）の間に埋め込むことにより、拡散抵抗部は
ｐＨ接合によって完全に絶縁されるので本センサの電気
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、エツチングによりダ
イアフラム部（２）を形成すると目的の半導体圧力セン
サが得られる。このエツチング工程が本発明の最大の特
徴となる。不純物層（６）のボロン濃度が５Ｘ１０１９
個／Ｃ〃１８ 以上の場合には水酸化カリウム（ＫＯＨ
） のようにエツチング速度が速いエツチング液を用い
てもほぼ完全にエツチングされないが、本発明のように
５ Ｘ １０１８個／Ｃｎｌ８から５Ｘ１０１”個／
Ｃｍ８ の間の濃度の場合にはほぼ完全にエツチングが
停止するようなことはなく１Ｘ１０１８個／ｃｍ８以下
の濃度の場合に比べて３０〜８０％程度のエツチング速
度となる。このため水酸化カリウムなどのエツチング速
度の速いエツチング液を用いると、ダイアフラムの厚さ
制御が困難となる。従つて本発明では比較的エツチング
速度の遅い水加ヒドラジン（Ｎ２Ｈ１ＨｇＯ）を主成分
とするエツチング液を用いることにより、精度よくダイ
アフラムの厚さ制御を行なう。
イアフラム部（２）を形成すると目的の半導体圧力セン
サが得られる。このエツチング工程が本発明の最大の特
徴となる。不純物層（６）のボロン濃度が５Ｘ１０１９
個／Ｃ〃１８ 以上の場合には水酸化カリウム（ＫＯＨ
） のようにエツチング速度が速いエツチング液を用い
てもほぼ完全にエツチングされないが、本発明のように
５ Ｘ １０１８個／Ｃｎｌ８から５Ｘ１０１”個／
Ｃｍ８ の間の濃度の場合にはほぼ完全にエツチングが
停止するようなことはなく１Ｘ１０１８個／ｃｍ８以下
の濃度の場合に比べて３０〜８０％程度のエツチング速
度となる。このため水酸化カリウムなどのエツチング速
度の速いエツチング液を用いると、ダイアフラムの厚さ
制御が困難となる。従つて本発明では比較的エツチング
速度の遅い水加ヒドラジン（Ｎ２Ｈ１ＨｇＯ）を主成分
とするエツチング液を用いることにより、精度よくダイ
アフラムの厚さ制御を行なう。
また水加ヒドラジンは水酸化カリウムと同様に（１００
）方向のエツチング速度が（１１１）方向に比べ著しく
速いといった異方性があるためダイアプラム部周辺の形
状が高精度に再現性よくエツチングできる。
）方向のエツチング速度が（１１１）方向に比べ著しく
速いといった異方性があるためダイアプラム部周辺の形
状が高精度に再現性よくエツチングできる。
（５）発明の効果
本発明においては、半導体シリコン基板中に予めエツチ
ングに対する所定の停止層となるボロン不純物層を格子
欠陥があまり生じない程度の不純物濃度で形成し水加ヒ
ドラジンなどのエツチング速度の遅い異方性エツチング
液により上記不純物層までエツチングするためダイアフ
ラムの厚さは不純物層とエピタキシャル成長層の厚さに
より極めて良好に決定され、均一性に優れたダイアフラ
ムが形成可能である。
ングに対する所定の停止層となるボロン不純物層を格子
欠陥があまり生じない程度の不純物濃度で形成し水加ヒ
ドラジンなどのエツチング速度の遅い異方性エツチング
液により上記不純物層までエツチングするためダイアフ
ラムの厚さは不純物層とエピタキシャル成長層の厚さに
より極めて良好に決定され、均一性に優れたダイアフラ
ムが形成可能である。
またボロン不純物濃度を抑えたために不純物層に格子欠
陥を多数生起させることなく、良好な機械的強度を保っ
たまま製造でき、特にこの不純物層をエピタキシャル成
長により比較的安定に製造できるので、受圧部のダイア
フラムの耐圧性は優れたものとなる。さらに格子欠陥生
起の危険性が低いことは換訂すると、工程が安定してい
ることであり、歩留は良く、ひいてはセンサの低コスト
化につながる。
陥を多数生起させることなく、良好な機械的強度を保っ
たまま製造でき、特にこの不純物層をエピタキシャル成
長により比較的安定に製造できるので、受圧部のダイア
フラムの耐圧性は優れたものとなる。さらに格子欠陥生
起の危険性が低いことは換訂すると、工程が安定してい
ることであり、歩留は良く、ひいてはセンサの低コスト
化につながる。
ＭＥ １図はシリコンダイアフラム型の圧力センサの基
本溝底図、第２図は本発明の半導体圧力センサの一実施
例の構造を示す図、第３図（、）、（ｂ）、（Ｃ）、（
ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）は本発明の実施例たる半導体圧
力センザ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・・・・絶縁膜（例えば５ｉａＮ４）５・・・ＡＪ
配線層 ６・・・ボロン不純物層 ７・・・ｎ型シリコン層（その１） ８・・・拡散リード部（ｐ十型） ９・・・ｎ型シリコン層（その２） ｌＯ・・・ｐ十拡散領域 官１図 Ｗ２関
本溝底図、第２図は本発明の半導体圧力センサの一実施
例の構造を示す図、第３図（、）、（ｂ）、（Ｃ）、（
ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）は本発明の実施例たる半導体圧
力センザ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・・・・絶縁膜（例えば５ｉａＮ４）５・・・ＡＪ
配線層 ６・・・ボロン不純物層 ７・・・ｎ型シリコン層（その１） ８・・・拡散リード部（ｐ十型） ９・・・ｎ型シリコン層（その２） ｌＯ・・・ｐ十拡散領域 官１図 Ｗ２関
Claims (2)
- （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５ Ｘ １０１Ｂ個／−３以上、た所定
の特性、厚さを有する単層もしくは多層のエピタキシャ
ル層と、さらにその上に形成されたこのセンサの測定対
象たる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）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の製造方法において
、シリコンダイアフラムを５ Ｘ １０１８純物層上に
形成した所定の特性厚さを有する単層もしくは多層のエ
ピタキシャル層と、さらにその上に形成されたこのセン
サの測定対象たる雰囲気に対して不透過性である絶縁層
によって溝成し、しかる後水加ヒドラジンを主成分とす
る異方性エツチング液を用い、上記ポロン不純物層がエ
ツチング停止層として用いられるエツチング法により形
成することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58188803A JPS6080281A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP58188803A JPS6080281A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6080281A true JPS6080281A (ja) | 1985-05-08 |
Family
ID=16230073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58188803A Pending JPS6080281A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6080281A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5302933A (en) * | 1991-09-27 | 1994-04-12 | Terumo Kabushiki Kaisha | Infrared sensor |
| US5356829A (en) * | 1990-11-09 | 1994-10-18 | Robert Bosch Gmbh | Silicon device including a pn-junction acting as an etch-stop in a silicon substrate |
| US5382823A (en) * | 1990-11-27 | 1995-01-17 | Terumo Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method for production thereof |
| US5404125A (en) * | 1991-07-19 | 1995-04-04 | Terumo Kabushiki Kaisha | Infrared radiation sensor |
| US5672551A (en) * | 1994-03-18 | 1997-09-30 | The Foxboro Company | Method for manufacturing a semiconductor pressure sensor with single-crystal silicon diaphragm and single-crystal gage elements |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49124991A (ja) * | 1973-02-12 | 1974-11-29 | ||
| JPS5617076A (en) * | 1979-07-20 | 1981-02-18 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
| JPS57190366A (en) * | 1981-05-20 | 1982-11-22 | Hitachi Ltd | Manufacture of semiconductor pressure sensor |
-
1983
- 1983-10-07 JP JP58188803A patent/JPS6080281A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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