JPS6097676A - 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
- JPS6097676A JPS6097676A JP58206334A JP20633483A JPS6097676A JP S6097676 A JPS6097676 A JP S6097676A JP 58206334 A JP58206334 A JP 58206334A JP 20633483 A JP20633483 A JP 20633483A JP S6097676 A JPS6097676 A JP S6097676A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure sensor
- diaphragm
- silicon
- semiconductor pressure
- substrate
- Prior art date
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- Granted
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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、耐雰囲気性と感圧ダイアプラムの均一性を向
上させた半導体圧力センサに関する。
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l
°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l
°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薇抗効果を利用した半導体圧力
センサーとしては、各種構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図に示す構造である。
センサーとしては、各種構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図に示す構造である。
例えば、半導体基体としてn型シリコン基板を用いた場
合、受圧部たるダイアフラム部(2)(厚さ10〜80
μm)の上にp型不鈍物を含む拡散抵抗(3)を形成し
、その上を保護層二::::JfX8 :”’五°/ご
ご′°”“しかし、この4昔造では液体などの雰囲気の
圧力の測定に応用する際に測定対象雰囲気が含む、水分
、アルカリ金属イオンなどが半導体センサに及ぼす悪影
響を防ぐものとしては、絶縁膜(4)だけしかなく不充
分である。特にセンサ表面−絶縁膜−抵抗という一種の
MO8構造となっているので、表面電位の影響を受け電
気的特性が不安定となる。
合、受圧部たるダイアフラム部(2)(厚さ10〜80
μm)の上にp型不鈍物を含む拡散抵抗(3)を形成し
、その上を保護層二::::JfX8 :”’五°/ご
ご′°”“しかし、この4昔造では液体などの雰囲気の
圧力の測定に応用する際に測定対象雰囲気が含む、水分
、アルカリ金属イオンなどが半導体センサに及ぼす悪影
響を防ぐものとしては、絶縁膜(4)だけしかなく不充
分である。特にセンサ表面−絶縁膜−抵抗という一種の
MO8構造となっているので、表面電位の影響を受け電
気的特性が不安定となる。
このことを考慮して、耐雰囲気性を向上させたセンサと
しては、実開昭55−112864あるいは、実用新案
登録願昭和58−149085号などで述べられている
ものがある。その構造を第2図、第3図1c示すが、こ
れらは基本的にダイアフラム部に形成する拡散抵抗を、
これとは反対の導電形の基板中に埋込んだ構造となって
いる。
しては、実開昭55−112864あるいは、実用新案
登録願昭和58−149085号などで述べられている
ものがある。その構造を第2図、第3図1c示すが、こ
れらは基本的にダイアフラム部に形成する拡散抵抗を、
これとは反対の導電形の基板中に埋込んだ構造となって
いる。
これらのセンサにおいて、P型拡散抵抗(3)はシリコ
ンエピタキシャル層(7)で覆れており、Pn接合によ
り絶縁されている。さらに、エピタキシャル層は緻密で
化学的に安定なので、雰囲気中の水分等の影響を受ける
ことも少ない。
ンエピタキシャル層(7)で覆れており、Pn接合によ
り絶縁されている。さらに、エピタキシャル層は緻密で
化学的に安定なので、雰囲気中の水分等の影響を受ける
ことも少ない。
これらのセンサを液体中に完全に浸した状態で使用する
様な場合、例えばセンサをカテーテルの先端に装着して
、血圧を体内で直接に連続測定する場合には、第2図に
示す様な感圧ダイアプラム部の表面だけに耐雰囲気性を
持たせるだけでは不充分で、第3図に示す様にセンサ素
子全体に耐雰囲気性を与えなくてはならない。しかし、
第3図の様にセンサ表面だけでなく、側面及び裏面にも
S i llN4などの保護8111Zる$(Q Il
f ))°11全力杓1す、 j’ 、<、 1.’、
11 Jl・常に複11[な工程を要し、歩留も悪い
。具体的には一枚のシリコンウェファから複数個のセン
サを効率よく製造しようとすると、シリコンウェファに
完全な穴を明けてしまうような深いエツチングなどの一
般のシリコンICプロ七スにはない技術が必要となる。
様な場合、例えばセンサをカテーテルの先端に装着して
、血圧を体内で直接に連続測定する場合には、第2図に
示す様な感圧ダイアプラム部の表面だけに耐雰囲気性を
持たせるだけでは不充分で、第3図に示す様にセンサ素
子全体に耐雰囲気性を与えなくてはならない。しかし、
第3図の様にセンサ表面だけでなく、側面及び裏面にも
S i llN4などの保護8111Zる$(Q Il
f ))°11全力杓1す、 j’ 、<、 1.’、
11 Jl・常に複11[な工程を要し、歩留も悪い
。具体的には一枚のシリコンウェファから複数個のセン
サを効率よく製造しようとすると、シリコンウェファに
完全な穴を明けてしまうような深いエツチングなどの一
般のシリコンICプロ七スにはない技術が必要となる。
また、このようなシリコンダイアプラム型の半導体圧力
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。
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プラムの厚さ
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プラムの厚さ
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/cfn8
以上)含まれている単結晶シリコンはエツチング工程が
ほぼ零となることに注目し、ダ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
む不純物層を用いたセンサが特開昭53−86185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 101’個/
cm8 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は格子欠陥が多く機械的強
度は弱いノテタ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。
ンが高濃度に(厳密には5 x 1019個/cfn8
以上)含まれている単結晶シリコンはエツチング工程が
ほぼ零となることに注目し、ダ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
む不純物層を用いたセンサが特開昭53−86185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 101’個/
cm8 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は格子欠陥が多く機械的強
度は弱いノテタ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、液体などの測定対象雰囲気に影響されること
なく長時間にわたり安定に測定が行え、かつ広範囲の圧
力を高精度に測定できる感圧ダイアフラムの均一性に優
れた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。
なく長時間にわたり安定に測定が行え、かつ広範囲の圧
力を高精度に測定できる感圧ダイアフラムの均一性に優
れた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
本発明は、従来技術による一シリコンダイアプラム型圧
力センサが全てシリコンの単結晶基板を用いていたのに
対し、SOI (Si on In5ulator )
構造と呼ばれるサファイアなどの単結晶絶縁体の上に直
接単結晶シリコンをヘテロエピタキシャル成長技術によ
り形成したものを用いている。
力センサが全てシリコンの単結晶基板を用いていたのに
対し、SOI (Si on In5ulator )
構造と呼ばれるサファイアなどの単結晶絶縁体の上に直
接単結晶シリコンをヘテロエピタキシャル成長技術によ
り形成したものを用いている。
以下、本発明を図面にもとすいて説明する。
第4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。
この実施例においては、単結晶絶縁性基板(9)として
はサファイアを用いており、その上に単結晶シ!J:+
7(7,10) をエピタキシャル成長させている。こ
のような基板は、soI構造の中でも特にSO5(St
on 5apphire)構造と呼ばれている。さて
、第4図においてはサファイア(9)を全く含まずに単
結晶シリコンエピタキシャル成長層(n−型)(7,1
0)と絶縁層(ex Singと5i3N4)多層構造
)(4)のみでもってダイアフラム部(2)を設け、前
記単結晶層(7)とαQの間に拡散ピエゾ抵抗部(p−
型ン(3)と拡散リード部(6)とを設け、前記拡散リ
ード部(6)はp十型拡散領域【8)を介して絶縁層(
4)で離れているAI! 配線層(5)に通じるように
して、本発明の半導体圧力センサが構成しである。
はサファイアを用いており、その上に単結晶シ!J:+
7(7,10) をエピタキシャル成長させている。こ
のような基板は、soI構造の中でも特にSO5(St
on 5apphire)構造と呼ばれている。さて
、第4図においてはサファイア(9)を全く含まずに単
結晶シリコンエピタキシャル成長層(n−型)(7,1
0)と絶縁層(ex Singと5i3N4)多層構造
)(4)のみでもってダイアフラム部(2)を設け、前
記単結晶層(7)とαQの間に拡散ピエゾ抵抗部(p−
型ン(3)と拡散リード部(6)とを設け、前記拡散リ
ード部(6)はp十型拡散領域【8)を介して絶縁層(
4)で離れているAI! 配線層(5)に通じるように
して、本発明の半導体圧力センサが構成しである。
かかる構造のものにすることによりセンサ素子の表面の
大部分は単結晶絶縁性基板(9)、絶縁層(4・。11
)などの絶縁性物質で覆われ、導電性を有する物質はA
l 配線層(5)と、側面に現れるわずかなn−型シリ
コン層のみである。このためセンサ素子の絶縁性は非常
に高く、かつ、サファイア5iaN4などは化学的には
非常に安定な物質なので耐雰囲気性は優れたものとなる
。
大部分は単結晶絶縁性基板(9)、絶縁層(4・。11
)などの絶縁性物質で覆われ、導電性を有する物質はA
l 配線層(5)と、側面に現れるわずかなn−型シリ
コン層のみである。このためセンサ素子の絶縁性は非常
に高く、かつ、サファイア5iaN4などは化学的には
非常に安定な物質なので耐雰囲気性は優れたものとなる
。
この構造とすることにより得られる第2の利点はダイア
フラムの形成が比較的容易に、かつ、非常に精度よく行
なえることである。即ち、従来行なわれていたダイアプ
ラムの形成法としては、エツチング工程を複数回に分け
る方法とか、エツチング停止層として不純物濃度の著し
く異なる層を用いるとかの方法があったが、これらは工
程が非常に複雑となり、歩留も悪かった。これに対し、
本発明では絶縁JFJ Ql) ′!1−3iO++と
し、ダイアフラム部(2)を形成するためのマスクとし
て利用し、エツチング液として熱リン酸を用いると、熱
リン酸はサファイア(α−に120s )は侵すが、S
iや5i02は侵されないのでサファイアの上にエピタ
キシャル成長させた単結晶シリコン層aQがそのままエ
ツチング停止層としての役割を果す。
フラムの形成が比較的容易に、かつ、非常に精度よく行
なえることである。即ち、従来行なわれていたダイアプ
ラムの形成法としては、エツチング工程を複数回に分け
る方法とか、エツチング停止層として不純物濃度の著し
く異なる層を用いるとかの方法があったが、これらは工
程が非常に複雑となり、歩留も悪かった。これに対し、
本発明では絶縁JFJ Ql) ′!1−3iO++と
し、ダイアフラム部(2)を形成するためのマスクとし
て利用し、エツチング液として熱リン酸を用いると、熱
リン酸はサファイア(α−に120s )は侵すが、S
iや5i02は侵されないのでサファイアの上にエピタ
キシャル成長させた単結晶シリコン層aQがそのままエ
ツチング停止層としての役割を果す。
従って、ダイアフラム部の厚さはサファイア基板(9)
の上に成長させた単結晶シリコン層(7,10)とその
上に形成した絶縁層(4)の厚さの和として、はぼ正確
に決定でき、その均一性の精度はそれらの形成精度にほ
ぼ等しくなり、非常に優れたものとなる。
の上に成長させた単結晶シリコン層(7,10)とその
上に形成した絶縁層(4)の厚さの和として、はぼ正確
に決定でき、その均一性の精度はそれらの形成精度にほ
ぼ等しくなり、非常に優れたものとなる。
ら500℃に加熱して形成した後、800°C以上に再
加熱して、緻密化する方法がよい。また、この5in2
はダイアフラム部表面の絶縁層(4)として同時形成
すればよいが、さらに耐雰囲気性を向上させるならば、
S i 8N4 rA120B +Ta 205 +T
a?L 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(kloxNゾ)、
タンクルオキシナイトライドなどを上から形成して、多
層構造とすることが有効である。
加熱して、緻密化する方法がよい。また、この5in2
はダイアフラム部表面の絶縁層(4)として同時形成
すればよいが、さらに耐雰囲気性を向上させるならば、
S i 8N4 rA120B +Ta 205 +T
a?L 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(kloxNゾ)、
タンクルオキシナイトライドなどを上から形成して、多
層構造とすることが有効である。
(5)発明の効果
本発明は、半導体のピエゾ抵抗効果を利用した圧力セン
サを形成するのに必要最小限の半導体層だけを用い、他
の部分をサファイアなどの単結晶絶縁体とすることによ
り、センサ素子自体が本質的に非常に優れた絶縁性と耐
雰囲気性を得ていることを最大の特徴とする。このため
カテーテル先端型の血圧センサとして応用するにしても
、その実装が従来の半導体圧力センサに比べて著しく容
易となる。さらにその長期にわたる信頼性においてはエ
ポキシ樹脂やシリコン樹脂により絶縁性を獲得している
場合とは比較にならない程優れている。
サを形成するのに必要最小限の半導体層だけを用い、他
の部分をサファイアなどの単結晶絶縁体とすることによ
り、センサ素子自体が本質的に非常に優れた絶縁性と耐
雰囲気性を得ていることを最大の特徴とする。このため
カテーテル先端型の血圧センサとして応用するにしても
、その実装が従来の半導体圧力センサに比べて著しく容
易となる。さらにその長期にわたる信頼性においてはエ
ポキシ樹脂やシリコン樹脂により絶縁性を獲得している
場合とは比較にならない程優れている。
またシリコンダイアフラムを均一性よく形成するのに特
別の工夫を施さなくてもよく、本質的な構造をそのまま
利用しているため、その均一性の高さ、工程の簡便きは
非常に優れたものとなっている。このことはセンサ素子
に耐雰囲気性を得るためにシリコンウェファを3次元的
に加工する必要があったことと加えて、従来技術によっ
て、本発明と同程度の耐雰囲気性、感圧ダイアフラムの
均一性を有する半導体圧力センサを製造に必要であった
複雑な工程とは比較にならない程、容易に本発明のセン
サが製造されることを意味している。
別の工夫を施さなくてもよく、本質的な構造をそのまま
利用しているため、その均一性の高さ、工程の簡便きは
非常に優れたものとなっている。このことはセンサ素子
に耐雰囲気性を得るためにシリコンウェファを3次元的
に加工する必要があったことと加えて、従来技術によっ
て、本発明と同程度の耐雰囲気性、感圧ダイアフラムの
均一性を有する半導体圧力センサを製造に必要であった
複雑な工程とは比較にならない程、容易に本発明のセン
サが製造されることを意味している。
即ち1.:歩留は飛躍的に向上する。
さらにエツチングが不必要なので、エツチングにより、
けずられていた領域が利用できるので同一面積のウェフ
ァから製造できるセンサ素子の個数は著しく増加する。
けずられていた領域が利用できるので同一面積のウェフ
ァから製造できるセンサ素子の個数は著しく増加する。
第1図は、シリコンダイアフラム型圧力センサの基本構
成図、第2図、第3図は、従来技術による耐雰囲気性を
向上させた半導体圧力センサの構成図、第4図は、本発
明の実施例たる耐雰囲気性とダイアフラムの均一性を向
上させた半導体圧力センサの構成図である。 1、 半導体基板(n型シリコン) 2、 ダイ−アブラム2部 3、拡散ピエゾ抵抗(p−型) 4、 絶縁膜(ex、 Singと5iBN4の多層構
造)5、AA’配線層 6、拡散リード部(p十型) 7、n型シリコン単結晶層 8、p十型拡散領域 9、 絶縁体基板(サファイア) 10、 n型シリコンエピタキシャル成長層11、絶縁
膜(ex、 S’10i1)W;図 肯2閏
成図、第2図、第3図は、従来技術による耐雰囲気性を
向上させた半導体圧力センサの構成図、第4図は、本発
明の実施例たる耐雰囲気性とダイアフラムの均一性を向
上させた半導体圧力センサの構成図である。 1、 半導体基板(n型シリコン) 2、 ダイ−アブラム2部 3、拡散ピエゾ抵抗(p−型) 4、 絶縁膜(ex、 Singと5iBN4の多層構
造)5、AA’配線層 6、拡散リード部(p十型) 7、n型シリコン単結晶層 8、p十型拡散領域 9、 絶縁体基板(サファイア) 10、 n型シリコンエピタキシャル成長層11、絶縁
膜(ex、 S’10i1)W;図 肯2閏
Claims (3)
- (1)シリコンダイアプ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、その基板
が絶縁性物質上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長
させた構造であり、上記絶縁性物質がサファイアであり
、上記ダイアプラム部に基板の絶縁性物質が含まれない
ことを特徴とする半導体圧力センサ。 - (2)上記ダイアフラム部を形成する際に、基板の絶縁
性物質はエツチングするが、シリコンはエツチングしな
い様な選択性を持ったエツチング液を使用し、シリコン
エピタキシャル層をエツチング停止層として利用するエ
ツチングを行なうことを特徴とする半導体圧力センサの
製造方法。 - (3)上記エツチング液として、熱リン酸を用い、かつ
、そのエツチング用マスクとしてSing を用いるこ
とを特徴とする特許請求の競囲第2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 |
|---|---|---|---|
| JP58206334A JPS6097676A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP58206334A JPS6097676A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6097676A true JPS6097676A (ja) | 1985-05-31 |
| JPH0510830B2 JPH0510830B2 (ja) | 1993-02-10 |
Family
ID=16521576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58206334A Granted JPS6097676A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6097676A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5107309A (en) * | 1989-12-18 | 1992-04-21 | Honeywell Inc. | Double diffused leadout for a semiconductor device |
| US5181417A (en) * | 1989-07-10 | 1993-01-26 | Nippon Soken, Inc. | Pressure detecting device |
| US5302933A (en) * | 1991-09-27 | 1994-04-12 | Terumo Kabushiki Kaisha | Infrared sensor |
| 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 |
Citations (3)
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| JPS58206335A (ja) * | 1982-05-18 | 1983-12-01 | ガ−バ−・サイエンテイフイツク・プロダクツ・インコ−ポレ−テツド | 真空ワ−クピ−スホルダ− |
| JPS59169184A (ja) * | 1983-03-16 | 1984-09-25 | Nec Corp | 圧力センサの製造方法 |
| JPS59172778A (ja) * | 1983-03-22 | 1984-09-29 | Nec Corp | 圧力センサの製造方法 |
-
1983
- 1983-11-01 JP JP58206334A patent/JPS6097676A/ja active Granted
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| JPS59169184A (ja) * | 1983-03-16 | 1984-09-25 | Nec Corp | 圧力センサの製造方法 |
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| US5404125A (en) * | 1991-07-19 | 1995-04-04 | Terumo Kabushiki Kaisha | Infrared radiation sensor |
| US5302933A (en) * | 1991-09-27 | 1994-04-12 | Terumo Kabushiki Kaisha | Infrared sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0510830B2 (ja) | 1993-02-10 |
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