JPH03202739A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は半導体圧力センサ、特に薄膜形成技術を用い半
導体基板表面にダイアフラムを形成した半導体圧力セン
サの改良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor pressure sensor, and particularly to an improvement in a semiconductor pressure sensor in which a diaphragm is formed on the surface of a semiconductor substrate using a thin film formation technique.
[従来の技術]
第12rl!Jには、従来の半導体圧力センサの構成が
示されている。[Prior art] 12th rl! J shows the configuration of a conventional semiconductor pressure sensor.
この半導体圧力センサは、半導体基板1oの主表面の受
圧領域に、所定の平面形状をした等方性エツチング特性
を有する消失膜12が被覆形成されている。そして、前
記半導体基板1oの主表面には、その全域にわたり前記
消失膜12を覆うよう耐エツチング材料からなる絶縁性
ダイアフラム膜14が被覆形成されており、このダイア
フラム膜14の受圧領域の所定位置に少なくとも1個の
歪みゲージ16が設けられている。そして、前記ダイア
フラム7114および歪みゲージ16は、更に耐エツチ
ング特性を有する材料からなる絶縁性保護膜18より被
覆形成され、この絶縁性保護膜18には前記歪みケージ
16の両端に位置して接続孔20が形成されている。こ
の接続孔2oを介し、前記歪みゲージ16の両端には、
複数の電極22が接続されている。In this semiconductor pressure sensor, a pressure-receiving region on the main surface of a semiconductor substrate 1o is coated with a vanishing film 12 having a predetermined planar shape and having isotropic etching characteristics. The main surface of the semiconductor substrate 1o is coated with an insulating diaphragm film 14 made of an etching-resistant material so as to cover the vanishing film 12 over the entire main surface. At least one strain gauge 16 is provided. The diaphragm 7114 and the strain gauge 16 are further covered with an insulating protective film 18 made of a material having etching-resistant properties, and the insulating protective film 18 has connection holes located at both ends of the strain cage 16. 20 is formed. Via this connection hole 2o, both ends of the strain gauge 16 are connected to
A plurality of electrodes 22 are connected.
そして、この半導体圧力センサの受圧領域所定位置には
、前記絶縁性保護膜18.ダイアフラム膜14を貫通し
て消失膜12に到達する少なくとも1個のエツチング液
注入口24が開口形成されており、このエツチング液注
入口24を介して、基板10の一部と消失1112の全
てがエツチング除去される。これにより、基板1oとダ
イアフラム膜14とにより囲まれた圧力基準室26が形
成されている。The insulating protective film 18. At least one etching liquid inlet 24 is formed to penetrate through the diaphragm membrane 14 and reach the vanishing film 12, and a portion of the substrate 10 and all of the vanishing film 1112 are etched through the etching fluid inlet 24. Etched away. Thereby, a pressure reference chamber 26 surrounded by the substrate 1o and the diaphragm membrane 14 is formed.
コノ圧力センサを、絶対圧測定タイプのセンサとして用
いる場合には、圧力基準室26を真空状態に保ったまま
、全てのエツチング液注入口24を封止部材24aによ
り密封する。When the pressure sensor is used as an absolute pressure measurement type sensor, all etching liquid inlets 24 are sealed with sealing members 24a while maintaining the pressure reference chamber 26 in a vacuum state.
以上の構成とすることにより、圧力基準室26の上面側
に位置するダイアフラム膜14が可動ダイアフラム14
aとして機能する。With the above configuration, the diaphragm membrane 14 located on the upper surface side of the pressure reference chamber 26 is connected to the movable diaphragm 14.
It functions as a.
そして、この圧力センサに圧力が印加されると、前記可
動ダイアフラム14aは印加された圧力に比例して撓み
、この撓みによって受圧領域に設けられた歪みゲージ1
6の抵抗が変化する。従っで、の歪みゲージ16の検出
信号を電極22を介して取り出すことにより、可動ダイ
アフラム14aの表面側に印加される絶対圧力を測定す
ることができる。When pressure is applied to this pressure sensor, the movable diaphragm 14a is deflected in proportion to the applied pressure, and due to this deflection, the strain gauge 1 provided in the pressure receiving area
6 resistance changes. Therefore, by extracting the detection signal of the strain gauge 16 via the electrode 22, the absolute pressure applied to the surface side of the movable diaphragm 14a can be measured.
[発明が解決しようとする課題]
しかし、この従来技術は、以下に詳述するような解決す
べき課題を有している。[Problems to be Solved by the Invention] However, this prior art has problems to be solved as detailed below.
(a)従来の圧力センサ技術では、多結晶シリコンから
なる消失膜12を所定形状に加工した後、前記消失膜1
2を覆うよう、耐エツチング特性を有する窒化シリコン
からなるダイアフラム膜14を基板10上に被覆形成し
ている。(a) In the conventional pressure sensor technology, after processing the vanishing film 12 made of polycrystalline silicon into a predetermined shape, the vanishing film 1
A diaphragm film 14 made of silicon nitride having etching resistance is formed on the substrate 10 so as to cover the substrate 10 .
このため、可動ダイアフラム14の周辺部は、図中−点
鎖線で囲むような段差構造Aを介して基板10に支持さ
れる。従って、可動ダイアフラム14aの上面から圧力
を印加した場合に、ダイアフラムの支持強度が弱く、し
かも支持状態が変化することになり、歪みゲージ16の
測定精度が低下するおそれがあるという問題があった。Therefore, the peripheral portion of the movable diaphragm 14 is supported by the substrate 10 via the stepped structure A as surrounded by the dashed line in the figure. Therefore, when pressure is applied from the upper surface of the movable diaphragm 14a, the supporting strength of the diaphragm is weak and the supporting state changes, which poses a problem that the measurement accuracy of the strain gauge 16 may be reduced.
特に、この従来技術では、半導体圧力センサを繰返し使
用した場合に、可動ダイアフラム14aの段差構造Aの
部分が疲労し易く、長期間にわたって正確な圧力測定を
行うことが難しいという問題があった。In particular, this prior art has the problem that when the semiconductor pressure sensor is used repeatedly, the step structure A portion of the movable diaphragm 14a tends to fatigue, making it difficult to accurately measure pressure over a long period of time.
(b)また、第12図に示す従来の圧力センサ技術では
、基板10の一部と消失膜12とをエツチング除去し圧
力基準室26を形成した。(b) In the conventional pressure sensor technique shown in FIG. 12, a pressure reference chamber 26 is formed by etching away a portion of the substrate 10 and the disappearing film 12.
これに対し、本発明者は、基板1oをエツチング除去せ
ずに、消失膜12のみをエツチング除去して圧力基準室
26を形成することについての検討を行った。この結果
、半導体基板1oの表面に図中−点鎖線で示すよう、耐
エツチング材料からなる絶縁膜28を被覆形成し、この
上から消失膜12、ダイアフラム膜14などを順次積層
すればよいことを見出した。In response to this, the present inventors have investigated forming the pressure reference chamber 26 by etching only the vanishing film 12 without etching the substrate 1o. As a result, we found that it is sufficient to cover the surface of the semiconductor substrate 1o with an insulating film 28 made of an etching-resistant material, as shown by the dashed line in the figure, and to sequentially stack the vanishing film 12, diaphragm film 14, etc. on top of this. I found it.
しかし、例えばシリコン等から形成された半導体基板1
0上に、ダイアフラム11114として減圧CVDで窒
化シリコン膜を形成すると、この窒化シリコン膜と、シ
リコン基板1oとの間に、熱膨張係数の差等に起因して
引っ張りの内部応力が発生する。この場合に、窒化シリ
コン膜14と半導体基板10との間の消失膜14をエツ
チング除去し、圧力基準室26を形成すると、可動ダイ
アフラム14aの周辺の段差部Aにおいて、曲げモーメ
ントが発生し、可動ダイアフラム14aは半導体基板1
0側に変形してしまう。However, for example, the semiconductor substrate 1 made of silicon, etc.
When a silicon nitride film is formed as a diaphragm 11114 on the silicon substrate 1o by low pressure CVD, tensile internal stress is generated between the silicon nitride film and the silicon substrate 1o due to a difference in coefficient of thermal expansion. In this case, when the disappearing film 14 between the silicon nitride film 14 and the semiconductor substrate 10 is removed by etching to form the pressure reference chamber 26, a bending moment is generated at the stepped portion A around the movable diaphragm 14a. The diaphragm 14a is the semiconductor substrate 1
It deforms to the 0 side.
従って、消失膜12のみをエツチング除去して圧力基準
室26を形成した場合には、消失膜12および可動ダイ
アフラム14aの厚みにもよるが、可動ダイアフラム1
4aが前記曲げモーメントにより基板側に変形して絶縁
膜28に接触してしまい、圧力センサとして機能しない
という問題があった。Therefore, when the pressure reference chamber 26 is formed by etching away only the vanishing film 12, the movable diaphragm 1
There was a problem in that 4a was deformed toward the substrate side by the bending moment and came into contact with the insulating film 28, so that it did not function as a pressure sensor.
本発明は、このような従来の課題に鑑み成されたもので
あり、その目的は、可動ダイアフラムの周縁を段差のな
いフラットな形状とすることにより、良好な特性を有す
る半導体圧力センサを得ることにある。The present invention was made in view of such conventional problems, and its purpose is to obtain a semiconductor pressure sensor with good characteristics by making the periphery of a movable diaphragm flat with no steps. It is in.
[課題を解決するための手段および作用]前記目的を達
成するため、本発明は、
半導体基板と、
前記半導体基板の主表面の受圧領域を覆う消失部と、受
圧領域の周囲を覆うダイアフラム固定部とを有し、前記
消失部は、前記受圧領域に沿って等方性エツチング特性
を有するよう形成され、前記ダイアフラム固定部は耐エ
ツチング特性を有するよう形成された犠牲膜と、
前記犠牲膜を覆うよう前記半導体基板の主表面上に被覆
され、耐エツチング特性を有するよう形成された絶縁性
ダイアフラム膜と、
前記絶縁性ダイアフラム膜を貫通して前記犠牲膜の消失
部に到達するよう形成された少なくとも1個のエツチン
グ液注入口と、
前記エツチング液注入口を介して少なくとも前記犠牲膜
の消失部をエツチング除去することにより形成された圧
力基準室と、
前記絶縁性ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に形成さ
れた少なくとも1個の歪みゲージと、を含むことを特徴
とする。[Means and effects for solving the problems] In order to achieve the above object, the present invention includes: a semiconductor substrate; a vanishing portion that covers a pressure receiving region on the main surface of the semiconductor substrate; and a diaphragm fixing portion that covers the periphery of the pressure receiving region. the vanishing portion is formed to have isotropic etching characteristics along the pressure receiving region; the diaphragm fixing portion includes a sacrificial film formed to have etching resistance; and a sacrificial film covering the sacrificial film. an insulating diaphragm film coated on the main surface of the semiconductor substrate and formed to have etching resistance; one etching liquid inlet; a pressure reference chamber formed by etching and removing at least the disappearing portion of the sacrificial film through the etching liquid inlet; and a pressure reference chamber formed at a predetermined position in the pressure receiving area of the insulating diaphragm membrane. and at least one strain gauge.
以下に、本発明の半導体圧力センサをさらに具体的に説
明する。Below, the semiconductor pressure sensor of the present invention will be explained in more detail.
第1図には本発明にかかる半導体圧力センサの基本的な
構造を表す平面説明図が示されており、第2図にはその
断面説明図が示されている。FIG. 1 shows a plan view showing the basic structure of a semiconductor pressure sensor according to the present invention, and FIG. 2 shows a cross-sectional view thereof.
本発明の半導体圧力センサは、半導体基板40の主表面
上に犠牲膜42が被覆形成されている。In the semiconductor pressure sensor of the present invention, a sacrificial film 42 is formed on the main surface of a semiconductor substrate 40 to cover it.
本発明の特徴は、前記犠牲膜42を、半導体基板40の
受圧領域を覆う消失部44と、受圧領域の周囲を覆うダ
イアフラム固定部46とを含むように構成し、しかも前
記消失部44を、受圧領域に沿って等方性エツチング特
性を有するよう形成し、前記ダイアフラム固定部を耐エ
ツチング特性を有するよう形成したことにある。A feature of the present invention is that the sacrificial film 42 is configured to include a vanishing portion 44 that covers a pressure-receiving region of the semiconductor substrate 40 and a diaphragm fixing portion 46 that covers the periphery of the pressure-receiving region, and that the sacrificial film 42 includes: The diaphragm fixing portion is formed to have isotropic etching characteristics along the pressure receiving region, and the diaphragm fixing portion is formed to have etching resistance characteristics.
このような特性を有する犠牲膜42は、例えば半導体基
板40の主表面上に多結晶シリコン膜を被覆することに
より形成される。このとき、この多結晶シリコン膜の、
ダイアフラム固定部46となるべき箇所に例えばボロン
、リンまたは窒素等の不純物をイオン注入あるいは拡散
することにより、この部分が耐エツチング特性を有する
ダイアフラム固定部46として形成される。そして、何
も不純物が注入、拡散されない箇所、すなわちダイアフ
ラム固定部46により囲まれた箇所は、受圧領域に沿っ
て等方性エツチング特性を有する消失部44として機能
することになる。The sacrificial film 42 having such characteristics is formed, for example, by covering the main surface of the semiconductor substrate 40 with a polycrystalline silicon film. At this time, this polycrystalline silicon film,
By ion-implanting or diffusing impurities such as boron, phosphorus, or nitrogen into a portion to become the diaphragm fixing portion 46, this portion is formed as the diaphragm fixing portion 46 having etching-resistant properties. A portion where no impurity is implanted or diffused, that is, a portion surrounded by the diaphragm fixing portion 46, functions as a vanishing portion 44 having isotropic etching characteristics along the pressure receiving region.
また、半導体基板40の主表面には、その全域に渡って
前記犠牲膜42を覆うよう耐エツチング材料からなる絶
縁性ダイアフラム膜48が被覆形成されており、このダ
イアフラム膜48の受圧領域所定位置には、少なくとも
1個の歪みゲージ50が設けられている。このとき、前
記ダイヤプラム膜は、犠牲膜42の全面にわたりフラッ
トに形成され、従来のように受圧領域の周囲に段差構造
をもたない。Further, the main surface of the semiconductor substrate 40 is coated with an insulating diaphragm film 48 made of an etching-resistant material so as to cover the sacrificial film 42 over the entire main surface, and the pressure receiving area of the diaphragm film 48 is located at a predetermined position. is provided with at least one strain gauge 50. At this time, the diaphragm film is formed flat over the entire surface of the sacrificial film 42, and does not have a stepped structure around the pressure receiving area unlike the conventional method.
本発明においては、このダイアフラム膜48および歪み
ゲージ50を、さらに耐エツチング特性を有する材料か
らなる絶縁性保護膜52によって被覆形成することが好
ましい。In the present invention, it is preferable that the diaphragm film 48 and strain gauge 50 be further covered with an insulating protective film 52 made of a material having etching-resistant properties.
前記絶縁性保護膜52には、前記歪みゲージ50の両端
に達する接続孔54が形成され、この接続孔54を介し
て歪みゲージ54の両端に複数の電極56が接続されて
いる。Connection holes 54 reaching both ends of the strain gauge 50 are formed in the insulating protective film 52, and a plurality of electrodes 56 are connected to both ends of the strain gauge 54 via the connection holes 54.
そして、この半導体圧力センサの受圧領域所定位置には
、前記絶縁性保護膜52.ダイアフラム膜48を貫通し
て消失部44に到達する少なくとも1個のエツチング液
注入口58が開口形成されており、このエツチング液注
入口58を介して基板40の一部と消失部44の全てが
エツチング除去される。これにより、基板40とダイア
フラム膜48とにより囲まれた圧力基準室60が形成さ
れ、しかも、圧力基準室60の上面側に位置する前記ダ
イアフラム膜48は、可動ダイアフラム100として機
能する。The insulating protective film 52 is placed at a predetermined position in the pressure receiving area of this semiconductor pressure sensor. At least one etching liquid inlet 58 is formed to penetrate through the diaphragm membrane 48 and reach the vanishing part 44, and a part of the substrate 40 and all of the vanishing part 44 are injected through the etching liquid inlet 58. Etched away. As a result, a pressure reference chamber 60 surrounded by the substrate 40 and the diaphragm membrane 48 is formed, and the diaphragm membrane 48 located on the upper surface side of the pressure reference chamber 60 functions as a movable diaphragm 100.
このとき、本発明によれば、前記可動ダイアフラム10
0を構成するダイアフラム膜48が、受圧領域の周縁部
Aに段差構造をもたないフラットな形状に形成されてい
る。これにより、可動ダイアフラム100の上面から圧
力を印加した場合でも、可動ダイアフラム100は、そ
の周縁部がダイアフラム固定部46により十分な強度で
支持固定され、長期間使用する場合でも経年変化か少な
く安定して動作することになる。At this time, according to the present invention, the movable diaphragm 10
The diaphragm membrane 48 constituting the pressure receiving area is formed in a flat shape without a stepped structure at the peripheral edge A of the pressure receiving area. As a result, even when pressure is applied from the upper surface of the movable diaphragm 100, the peripheral edge of the movable diaphragm 100 is supported and fixed with sufficient strength by the diaphragm fixing portion 46, and even when used for a long period of time, it is stable with minimal deterioration over time. It will work.
なお、本発明はこれに限らず、例えば第6図に示すよう
、半導体基板40と犠牲膜42との間に耐エツチング特
性を有する絶縁層46を被覆形成することにより、前記
消失部44のみをエツチング除去し圧力基準室60を形
成してもよい。Note that the present invention is not limited to this, and for example, as shown in FIG. 6, by forming an insulating layer 46 having etching-resistant properties between the semiconductor substrate 40 and the sacrificial film 42, only the disappearing portion 44 can be removed. The pressure reference chamber 60 may be formed by removing it by etching.
また、前記エツチング液注入口58は、必要に応じてそ
の全であるいは一部が封止部材62により封止される。Further, the etching liquid inlet 58 is completely or partially sealed by a sealing member 62 as required.
本発明の半導体圧力センサは以上の構成からなり、次に
このセンサを用い絶対圧を測定する場合と差圧を測定す
る場合を説明する。The semiconductor pressure sensor of the present invention has the above-described configuration. Next, the case of measuring absolute pressure and the case of measuring differential pressure using this sensor will be explained.
なお、本発明の半導体圧力センサでは、圧力基準室60
の上面側に位置するダイアフラム膜48が可動ダイアフ
ラム100として機能するが、このダイアフラム膜48
以外に前述したように絶縁性保護膜52を設けた場合に
は、このダイアフラム膜48と絶縁性保護1152から
なる積層膜が可動ダイアフラム100として機能するこ
とになる。Note that in the semiconductor pressure sensor of the present invention, the pressure reference chamber 60
The diaphragm membrane 48 located on the upper surface side functions as a movable diaphragm 100.
In addition, when the insulating protection film 52 is provided as described above, the laminated film consisting of the diaphragm film 48 and the insulating protection 1152 functions as the movable diaphragm 100.
まず、本発明の圧力センサを、絶対圧測定タイプのセン
サとして用いる場合には、圧力基準室60を真空状態に
保ったまま、全てのエツチング液注入口58を封止部材
62により密封する。これにより、圧力が印加されると
可動ダイアフラム100は印加された絶対圧力に比例し
て撓み、この撓みによって、受圧領域に設けられた歪み
ゲージ50の抵抗が変化する。First, when the pressure sensor of the present invention is used as an absolute pressure measurement type sensor, all etching liquid inlets 58 are sealed with sealing members 62 while maintaining the pressure reference chamber 60 in a vacuum state. Thereby, when pressure is applied, the movable diaphragm 100 deflects in proportion to the applied absolute pressure, and this deflection changes the resistance of the strain gauge 50 provided in the pressure receiving area.
例えば、ダイアフラム膜48の受圧領域中央に1組の歪
みゲージ50−2.50−4を配置し、また受圧領域の
周縁に他の一組の歪みゲージ501.50−3を配置す
ると、これら各組の歪みゲージに加わる歪みは一方が圧
縮力、他方が伸張力となり、この結果1組の歪みゲージ
の抵抗が増加する場合には、他の1組の歪みゲージの抵
抗が減少することになる。For example, if one set of strain gauges 50-2. The strain applied to a set of strain gauges is a compressive force on one side and a tensile force on the other, and as a result, if the resistance of one set of strain gauges increases, the resistance of the other set of strain gauges will decrease. .
従って、これら2組の歪みゲージ50−1゜50−2.
−50−3.50−4を、抵抗変化が加算されるよう電
極56−1.56−2.56−3゜56−4を介してブ
リッジ接続し、対向する一対の電極に電源を接続すれば
、他の一対の電極からは可動ダイアフラム100に加わ
る絶対圧力に比例した電圧を出力することができる。Therefore, these two sets of strain gauges 50-1°50-2.
-50-3.50-4 are bridge-connected through electrodes 56-1.56-2.56-3゜56-4 so that the resistance changes are added, and a power supply is connected to the opposing pair of electrodes. For example, a voltage proportional to the absolute pressure applied to the movable diaphragm 100 can be output from the other pair of electrodes.
このとき、本発明の可動ダイアフラム100は、その周
縁部Aに位置するダイアフラム固定部46との固定部分
が段差構造をもたないフラットな形状となっており、こ
れによりダイアフラム固定部46により十分な強度をも
って支持固定されることとなる。従って、可動ダイアフ
ラム100の表面に繰り返し圧力が印加された場合でも
、従来のように可動ダイアフラム100の周縁部が疲労
することが少なく、長期間使用した場合でも歪みゲージ
50から印加圧力に対応した電気信号が出力されること
になる。このため、長期間に渡って精度のよい圧力測定
が可能となる。At this time, the movable diaphragm 100 of the present invention has a flat shape with no step structure at the part fixed to the diaphragm fixing part 46 located at the peripheral edge A, so that the movable diaphragm 100 has a flat shape with no step structure. It will be supported and fixed with strength. Therefore, even if pressure is repeatedly applied to the surface of the movable diaphragm 100, the peripheral edge of the movable diaphragm 100 is less likely to fatigue as in the conventional case, and even after long-term use, the strain gauge 50 generates an electric current corresponding to the applied pressure. A signal will be output. Therefore, highly accurate pressure measurement is possible over a long period of time.
また、本発明の半導体圧力センサを、差圧測定用のセン
サとして使用する場合には、例えば第3図、第4図に示
すように、可動ダイアフラム100を長方形状に形成し
、この可動ダイアフラム100を長手方向に三等分する
。そして、その一方の領域に少なくとも1個の歪みゲー
ジ50を配置し、他方の領域にエツチング液注入口58
を配置し、このエツチング液注入口58に比較する圧力
P2を導入する圧力導入手段を設ければよい。Furthermore, when the semiconductor pressure sensor of the present invention is used as a sensor for measuring differential pressure, the movable diaphragm 100 is formed into a rectangular shape, as shown in FIGS. 3 and 4, for example, and the movable diaphragm 100 Divide into thirds lengthwise. At least one strain gauge 50 is arranged in one region, and an etching liquid inlet 58 is arranged in the other region.
The etching liquid inlet 58 may be provided with a pressure introducing means for introducing a comparative pressure P2 into the etching liquid inlet 58.
また、これ以外にも、本発明の半導体圧力センサを、差
圧測定型のセンサとして使用する場合には、エツチング
液注入口58を複数個設け、その一部を封止部材60を
用いて密封し、残りを開口するよう形成する。そして、
開口されたエツチング液注入口58に圧力基準室60に
向け、比較する圧力P2を導入する圧力導入手段を設け
ればよい。In addition to this, when the semiconductor pressure sensor of the present invention is used as a differential pressure measurement type sensor, a plurality of etching liquid inlets 58 are provided, and some of them are sealed using a sealing member 60. and the rest is formed to be open. and,
It is sufficient to provide a pressure introducing means for introducing the pressure P2 for comparison into the opened etching liquid inlet 58 toward the pressure reference chamber 60.
これにより、可動ダイアフラム100の表面側および裏
面側に印加される圧力の差圧を、前記絶対圧タイプのセ
ンサと同様に歪みゲージ50の抵抗変化として正確に測
定することが可能となる。This makes it possible to accurately measure the differential pressure between the front and back surfaces of the movable diaphragm 100 as a change in resistance of the strain gauge 50, similar to the absolute pressure type sensor.
また、本発明の半導体圧力センサは、第1〜第4図に示
すように、基板40の一部と消失部40の双方をエツチ
ング除去して圧力基準室60を形成するタイプのものだ
けでなく、例えば第6図に示すよう消失部44のみをエ
ツチング除去し圧力基準室60を形成してもよい。Further, the semiconductor pressure sensor of the present invention is not limited to the type in which a pressure reference chamber 60 is formed by etching away both a part of the substrate 40 and the disappearing portion 40, as shown in FIGS. 1 to 4. For example, as shown in FIG. 6, only the disappearing portion 44 may be removed by etching to form the pressure reference chamber 60.
この場合には、従来のように可動ダイアフラム100の
周囲に段差構造があると、可動ダイアフラム100は基
板40の表面に接触してしまい、圧力センサとして機能
しなくなるが、本発明では、ダイアフラム1148を全
体的にフラットな形状にできるため、可動ダイアフラム
100の周縁に段差構造がなくなる。このため、従来の
ように可動ダイアフラム100の引つ張りの内部応力に
よる初期撓みの問題がなく、可動ダイアフラム100を
基板40に接触させることなく、安定して動作をさせる
ことが可能となる。In this case, if there is a stepped structure around the movable diaphragm 100 as in the conventional case, the movable diaphragm 100 will come into contact with the surface of the substrate 40 and will no longer function as a pressure sensor, but in the present invention, the diaphragm 1148 Since the overall shape can be made flat, there is no step structure at the periphery of the movable diaphragm 100. Therefore, there is no problem of initial deflection due to internal tension stress of the movable diaphragm 100 as in the prior art, and it is possible to stably operate the movable diaphragm 100 without contacting the substrate 40.
製造方法
次に、本発明にかかる半導体圧力センサの製造方法の一
例を具体的に説明する。Manufacturing Method Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor pressure sensor according to the present invention will be specifically described.
この方法によれば、まず半導体基板40の主表面の受圧
領域に等方性エツチング特性を有する犠牲部42を被覆
形成する。According to this method, first, a sacrificial portion 42 having isotropic etching characteristics is formed to cover a pressure-receiving region of the main surface of a semiconductor substrate 40 .
ここにおいて、例えば圧力基準室60を第1図および第
2図に示すよう形成する場合には、半導体基板28の周
囲表面全域に等方性エツチング特性を有する犠牲膜42
を被覆形成する。Here, for example, when the pressure reference chamber 60 is formed as shown in FIGS. 1 and 2, a sacrificial film 42 having isotropic etching characteristics is formed over the entire peripheral surface of the semiconductor substrate 28.
Form a coating.
また、圧力基準室60を、例えば第6図に示すよう形成
する場合には、まず半導体基板40の主表面全域に耐エ
ツチング性の材料からなる絶縁膜64を被覆形成してお
いて、この絶縁膜64上に犠牲膜42を被覆形成する。Further, when forming the pressure reference chamber 60 as shown in FIG. 6, for example, an insulating film 64 made of an etching-resistant material is first formed over the entire main surface of the semiconductor substrate 40, and then the insulating film 64 is formed by coating the entire main surface of the semiconductor substrate 40. A sacrificial film 42 is formed on the film 64 to cover it.
このように犠牲膜40を被覆形成した後、次にこの犠牲
膜42の受圧領域の周辺部を耐エツチング特性を有する
よう処理する。これにより、犠牲膜42の受圧領域を消
失部44として形成して、その周囲をダイアフラム固定
部46として形成する。このような犠牲膜42の処理は
、必要に応じて各種手段によって行うことができ、例え
ば犠牲膜42が多結晶シリコンを用いて形成されている
場合には、前記ダイアフラム固定部46に相当する領域
に、例えばボロン、リンまたは窒素をイオン注入あるい
は熱拡散により耐エツチング特性を有するよう添加、拡
散すればよい。例えば不純物としてボロンを用いた場合
には、その不純物濃度をI X 10 ”cm−’以上
のP1型型半体領域に熱処理された多結晶シリコンとし
て形成すればよい。After the sacrificial film 40 is formed to cover the sacrificial film 40 in this manner, the peripheral portion of the pressure receiving area of the sacrificial film 42 is treated to have etching resistance. As a result, the pressure-receiving region of the sacrificial film 42 is formed as the vanishing section 44, and the periphery thereof is formed as the diaphragm fixing section 46. Such processing of the sacrificial film 42 can be performed by various means as necessary. For example, when the sacrificial film 42 is formed using polycrystalline silicon, the area corresponding to the diaphragm fixing part 46 may be For example, boron, phosphorus, or nitrogen may be added and diffused by ion implantation or thermal diffusion to provide etching resistance. For example, when boron is used as an impurity, it may be formed as heat-treated polycrystalline silicon in a P1 type half region having an impurity concentration of I x 10 "cm" or more.
これにより、ダイアフラム固定部46は、十分な耐エツ
チング特性を発揮することになる。As a result, the diaphragm fixing portion 46 exhibits sufficient etching resistance.
次に、このようにして形成された犠牲膜42上に耐エツ
チング材料からなる絶縁性ダイアフラム膜48を被覆形
成する。そして、このダイアフラム膜48の受圧領域所
定位置に少なくとも1個の歪みゲージ50を設け、さら
にこの歪みゲージ50およびダイアフラム膜48上に耐
エツチング材料からなる絶縁性保護膜52を被覆形成す
る。Next, an insulating diaphragm film 48 made of an etching-resistant material is formed to cover the sacrificial film 42 thus formed. At least one strain gauge 50 is provided at a predetermined position in the pressure receiving area of the diaphragm membrane 48, and an insulating protective film 52 made of an etching-resistant material is formed over the strain gauge 50 and the diaphragm membrane 48.
このようにして、犠牲膜42.ダイアフラム膜48およ
び絶縁性保護膜52を被覆形成した後、次に受圧領域所
定位置にて、これら絶縁性保護膜52、ダイアフラム1
148を貫通して犠牲膜42の消失部44に到達する少
なくとも1個のエツチング液注入口58を形成する。In this way, the sacrificial film 42. After coating the diaphragm film 48 and the insulating protective film 52, the insulating protective film 52 and the diaphragm 1 are then coated at a predetermined position in the pressure receiving area.
At least one etching liquid inlet 58 is formed to penetrate through the etching solution 148 and reach the disappearing portion 44 of the sacrificial film 42 .
本発明の特徴的事項は、このようにして形成されたエツ
チング液注入口58を介し異方性エツチング液を注入す
ることにより、犠牲膜42の消失部44の全てと、必要
に応じて半導体基板4oの一部とをエツチング除去し、
圧力基準室6oを形成すると共に、これを覆う可動ダイ
アフラム100を形成することにあり、以下にその工程
を詳細に説明する。A characteristic feature of the present invention is that by injecting an anisotropic etching liquid through the etching liquid inlet 58 formed in this manner, all of the disappearing portion 44 of the sacrificial film 42 and, if necessary, the semiconductor substrate can be etched. Etching and removing a part of 4o,
The purpose is to form the pressure reference chamber 6o and to form the movable diaphragm 100 that covers it, and the process will be described in detail below.
第1OrI!Jには、各部材のエツチング特性が示され
ており、特性曲線Aは、犠牲膜42の消失部44として
多結晶シリコン膜を用いた場合の横方向エツチング特性
を表し、特性曲線Bは、半導体基板40として単結晶シ
リコン基板を用いた場合の縦方向エツチング特性を表し
、特性曲線Cは、犠牲膜42のダイアフラム固定部46
として多結晶シリコン膜にボロンをイオン注入あるいは
拡散した場合の横方向エツチング特性を表している。1st OrI! J shows the etching characteristics of each member, characteristic curve A represents the lateral etching characteristics when a polycrystalline silicon film is used as the vanishing part 44 of the sacrificial film 42, and characteristic curve B represents the etching characteristics of the semiconductor. The characteristic curve C represents the vertical etching characteristics when a single crystal silicon substrate is used as the substrate 40.
This represents the lateral etching characteristics when boron is ion-implanted or diffused into a polycrystalline silicon film.
また、第11図は、エツチング液注入口58を介して異
方性エツチング液を注入した際におけるエツチングの進
行状態を表し、(a)は異方性エツチング前の状態を表
し、(b)はエツチング開始初期の状態を表し、(c)
はエツチングが進んだ中間状態を表し、(d)はエツチ
ング終了状態をそれぞれ表している。Furthermore, FIG. 11 shows the progress of etching when anisotropic etching liquid is injected through the etching liquid inlet 58, (a) shows the state before anisotropic etching, and (b) shows the state before anisotropic etching. (c) represents the initial state of etching.
(d) represents an intermediate state in which etching has progressed, and (d) represents a state in which etching has been completed.
まず、エツチング液注入口58から異方性エツチング液
を注入すると、消失部44は第11図(a)に示す状態
から(b)、(C)に示す状態へと等方性のエツチング
が進行していく。そして、消失部44はその中央部から
順に消失して開口部を拡げていき、この開口面積は、第
10図に示す特性曲線Aに従い時間と共に横方向に拡が
っていく。First, when an anisotropic etching liquid is injected from the etching liquid inlet 58, isotropic etching progresses in the disappearing portion 44 from the state shown in FIG. 11(a) to the states shown in FIG. 11(b) and (C). I will do it. Then, the disappearing portion 44 gradually disappears from the center to enlarge the opening, and the opening area expands in the lateral direction with time according to the characteristic curve A shown in FIG.
また、消失部44の消失により露出した単結晶シリコン
基板40では、消失部44の開口面積に従って異方性エ
ツチングが進行し、第10図に示す特性曲線Bに従って
縦方向にエツチングが行われる。Furthermore, in the single crystal silicon substrate 40 exposed due to the disappearance of the disappearance part 44, anisotropic etching progresses according to the opening area of the disappearance part 44, and etching is performed in the vertical direction according to the characteristic curve B shown in FIG.
ここにおいて、仮に消失部44の開口面積が一定である
とすると、単結晶シリコン基板40のエツチング深さは
、(111)面が左右の傾斜面と交差した深さで停止し
てしまうが、本発明においては消失部44の開口面積が
時間と共に連続的に拡大するため、これに追従して第1
1図(c)に示すごとく、多結晶シリコン基板40の縦
方向に向けたエツチングも進行することになる。Here, if the opening area of the disappearing portion 44 is constant, the etching depth of the single crystal silicon substrate 40 will stop at the depth where the (111) plane intersects the left and right inclined planes. In the invention, since the opening area of the vanishing part 44 increases continuously over time, the first
As shown in FIG. 1(c), etching also progresses in the vertical direction of the polycrystalline silicon substrate 40.
そして、第11図(d)に示すごとく、消失部44が全
てエツチング除去されると、横方向へ向けたエツチング
特性は、第10図に示す消失部44の特性曲線Aから、
犠牲膜42のダイアフラム固定部46の特性曲線Cへと
切り替わり、これにより横方向へ向けたエツチング速度
は数十分の−に低下する。Then, as shown in FIG. 11(d), when all of the disappearing portion 44 is etched away, the etching characteristics in the lateral direction are as follows from the characteristic curve A of the disappearing portion 44 shown in FIG.
The characteristic curve changes to characteristic curve C of the diaphragm fixing portion 46 of the sacrificial film 42, thereby reducing the etching rate in the lateral direction to several tens of minutes.
これにより、第11図(d)に示す状態にエツチングが
到達すると、横方向へ向けた開口面積はほとんど拡がら
ず、単結晶シリコン基板40のエツチング深さは同図に
示すようその傾斜面が(111)面で交差した深さでほ
とんど停止してしまう。As a result, when the etching reaches the state shown in FIG. 11(d), the opening area in the lateral direction hardly expands, and the etching depth of the single-crystal silicon substrate 40 is such that the sloped surface is It almost stops at the depth where it intersects the (111) plane.
すなわち、本発明においては、犠牲膜46の消失部44
の形状により圧力基準室60の加工寸法が決定され、こ
れ以上エツチングを続けてもこの形状がほとんど変化す
ることがない。That is, in the present invention, the disappearing portion 44 of the sacrificial film 46
The shape of the pressure reference chamber 60 determines the processing dimensions of the pressure reference chamber 60, and even if etching is continued further, this shape will hardly change.
ところで、上述した説明では、半導体基板40の深さ方
向のエツチングがほとんど停止するまでエツチングを続
けた場合を例にとり説明したが、本発明において圧力基
準室60の空洞形状は本質的に重要ではなく、可動ダイ
アフラム100が圧力によって撓むとき、その撓みを阻
止することがない十分な空隙が得られればよい。従って
、例えば第6図に示すよう、半導体基板40と犠牲膜4
2との間に耐エツチング特性を有する絶縁膜64を被覆
し、半導体基板40が全くエツチングされないように形
成しておき、前記圧力基準室60を消失部44のみをエ
ツチング除去することにより形成しても、これにより十
分な空間が得られれば何ら本発明の効果は変わることは
ない。By the way, in the above explanation, an example was given in which etching was continued until the etching in the depth direction of the semiconductor substrate 40 almost stopped, but the shape of the cavity of the pressure reference chamber 60 is not essentially important in the present invention. When the movable diaphragm 100 bends due to pressure, it is only necessary to obtain a sufficient gap that does not prevent the bending. Therefore, for example, as shown in FIG. 6, the semiconductor substrate 40 and the sacrificial film 4
2 is coated with an insulating film 64 having etching-resistant properties so that the semiconductor substrate 40 is not etched at all, and the pressure reference chamber 60 is formed by etching away only the disappearing portion 44. However, as long as sufficient space is obtained, the effects of the present invention will not change in any way.
このようにして、本発明によれば、基板40とダイアフ
ラム膜48との間に、消失部44の寸法に従った大きさ
の圧力基準室60を形成することが可能となる。このと
き、本発明によれば圧力基準室60の上面側に位置する
ダイアフラム膜48は、耐エツチング性の材料を用いて
形成されるため、はとんどエツチング除去されることが
ない。In this manner, according to the present invention, it is possible to form the pressure reference chamber 60 between the substrate 40 and the diaphragm membrane 48, the size of which corresponds to the dimensions of the vanishing portion 44. At this time, according to the present invention, the diaphragm membrane 48 located on the upper surface side of the pressure reference chamber 60 is formed using an etching-resistant material, so that it is rarely removed by etching.
この結果、ダイアフラム膜48と絶縁性保護膜52との
積層膜は、圧力基準室60に対する可動ダイアフラム1
00として機能することになる。As a result, the laminated film of the diaphragm membrane 48 and the insulating protective film 52 is different from the movable diaphragm 1 with respect to the pressure reference chamber 60.
It will function as 00.
ここにおいて、本発明によれば、ダイアフラム膜48を
、犠牲膜42のダイアフラム固定部46上に、段差を有
することなくフラットに支持固定することができる。Here, according to the present invention, the diaphragm membrane 48 can be flatly supported and fixed on the diaphragm fixing part 46 of the sacrificial membrane 42 without having any step.
さらに、本発明によれば、可動ダイアフラム100の膜
厚は、ダイアフラム膜48と絶縁性保護膜52との双方
の膜厚を合計した値となるため、周知の薄膜形成技術を
用い、ダイアフラム100の膜厚を予め設定した所望の
値に薄くかつ精度よく形成することが可能となる。Furthermore, according to the present invention, the film thickness of the movable diaphragm 100 is the sum of the film thicknesses of both the diaphragm film 48 and the insulating protective film 52. It becomes possible to form the film thinly and precisely to a desired value set in advance.
また、本発明によれば、このようにして圧力基準室60
および可動ダイアフラム100を形成した後、必要に応
じこの圧力基準室60を形成する際に設けられたエツチ
ング液注入口58を封止部材60に用いて密封する。こ
のとき、本発明のセンサを絶対圧測定型として形成する
場合には、圧ノJ基準室60内を真空に保ったまま封止
部材62を用いてエツチング液注入口58を密封する。Further, according to the present invention, the pressure reference chamber 60
After forming the movable diaphragm 100, the etching liquid inlet 58 provided when forming the pressure reference chamber 60 is sealed using the sealing member 60, if necessary. At this time, when the sensor of the present invention is formed as an absolute pressure measurement type, the etching liquid inlet 58 is sealed using the sealing member 62 while the pressure J reference chamber 60 is kept in a vacuum.
またこれとは逆に、差圧測定型のセンサとして用いる場
合には、エツチング液注入口58に圧力基準室60へ向
は第2の圧力を導入する圧力導入手段を設ければよい。On the other hand, when used as a differential pressure measurement type sensor, pressure introduction means for introducing the second pressure into the pressure reference chamber 60 may be provided in the etching liquid inlet 58.
また、本発明においては、歪みゲージ54の表面を絶縁
性保護膜52により被覆しているため、この歪みゲージ
50から信号を取り出す電極を設ける必要がある。この
ため、絶縁性保護膜52の歪みゲージの両端位置に接続
孔54を形成し、この接続孔54を介し歪みゲージ50
に接続される電極56を形成する。これにより、歪みゲ
ージ50の抵抗変化を電極56を介して検出することが
可能となる。Further, in the present invention, since the surface of the strain gauge 54 is covered with the insulating protective film 52, it is necessary to provide an electrode for extracting a signal from the strain gauge 50. For this purpose, connection holes 54 are formed at both ends of the strain gauge in the insulating protective film 52, and the strain gauge 50 is connected through the connection holes 54.
An electrode 56 connected to is formed. This makes it possible to detect changes in resistance of the strain gauge 50 via the electrodes 56.
従来例との比較
次に、本発明の半導体圧力センサの特徴を、従来例と比
較して具体的に説明する。Comparison with Conventional Example Next, the features of the semiconductor pressure sensor of the present invention will be specifically explained in comparison with the conventional example.
本発明によれば、ダイアフラム膜48および絶縁性保護
膜52を、消失部44およびダイアフラム固定部46を
含むフラットな犠牲JII42上に形成している。従っ
て、エツチング液注入口58からエツチング液を注入し
、消失部44をエツチング除去し可動ダイアフラム10
0を形成した場合に、この可動ダイアフラム100を構
成するダイヤフラム膜48は、犠牲膜42のダイアフラ
ム固定部46で固定されたフラットな形状となり、受圧
領域の周囲が段差構造をもった従来の半導体圧力センサ
とはその構造が明らかに相違する。According to the present invention, the diaphragm film 48 and the insulating protective film 52 are formed on the flat sacrificial JII 42 including the vanishing part 44 and the diaphragm fixing part 46. Therefore, the etching liquid is injected from the etching liquid inlet 58 to remove the disappearing portion 44 and remove the movable diaphragm 10.
0, the diaphragm membrane 48 constituting the movable diaphragm 100 has a flat shape fixed by the diaphragm fixing part 46 of the sacrificial membrane 42, and the periphery of the pressure receiving area has a stepped structure. Its structure is clearly different from that of a sensor.
このように、本発明の半導体圧力センサでは、可動ダイ
アフラム100を構成するダイヤフラム膜48が、段差
構造を有することなく、フラットなままで支持固定され
るため、ダイアフラム100の支持状態が安定化し、そ
の出力特性の精度が長期間安定することが理解される。In this way, in the semiconductor pressure sensor of the present invention, the diaphragm membrane 48 constituting the movable diaphragm 100 is supported and fixed in a flat state without having a stepped structure, so that the supporting state of the diaphragm 100 is stabilized and its It is understood that the accuracy of the output characteristics is stable over a long period of time.
これに加えて、本発明の可動ダイアフラム100は引っ
張りの内部応力による初期撓みがない。これにより、第
6図に示すタイプの半導体圧力センサであっても、良好
な圧力測定を行うことができる。In addition, the movable diaphragm 100 of the present invention is free of initial deflection due to internal tensile stress. Thereby, even with the semiconductor pressure sensor of the type shown in FIG. 6, good pressure measurement can be performed.
[発明の効果コ
以上説明したように、本発明によれば、ダイアフラム膜
をフラットに形成し、可動ダイアフラムの周囲部分に段
差構造をなくすことができるため、長期間に渡って高精
度の圧力測定を行うことができ、しかも可動ダイアフラ
ムの引っ張りの内部応力に起因する初期撓みを防止し、
高精度な測定が可能な半導体圧力センサを得ることが可
能となる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the diaphragm membrane can be formed flat and there is no step structure around the movable diaphragm, so high precision pressure measurement can be achieved over a long period of time. In addition, the initial deflection caused by the internal stress of pulling the movable diaphragm can be prevented,
It becomes possible to obtain a semiconductor pressure sensor capable of highly accurate measurement.
[実施例コ
次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。[Embodiment] Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings.
第1実施例
第1図、第2図には、本発明の半導体圧力センサの好適
な第1実施例が示されている。First Embodiment FIGS. 1 and 2 show a preferred first embodiment of the semiconductor pressure sensor of the present invention.
実施例の半導体圧力センサにおいて、半導体基板40は
、単結晶シリコン基板を用いて形成されており、この単
結晶シリコン基板40の主表面全域に犠牲膜42が被覆
形成されている。In the semiconductor pressure sensor of the embodiment, the semiconductor substrate 40 is formed using a single crystal silicon substrate, and a sacrificial film 42 is formed to cover the entire main surface of the single crystal silicon substrate 40.
実施例において、この犠牲膜42は、単結晶シリコン基
板40の主表面全域に、多結晶シリコンを減圧CVDを
用い膜厚200 nmに被覆して形成される。そして、
この犠牲膜42のダイアフラム固定部46に相当する領
域に、不純物としてボロンを熱拡散あるいはイオン注入
法を用いて耐エツチング特性を有するよう添加、拡散し
て、不純物濃度をI X 10 ”(7)−3のP4型
型半体領域を形成する。これにより、この不純物を添加
、拡散した領域は耐エツチング特性を有するダイアフラ
ム固定部46として機能し、不純物を添加しない受圧領
域は、多結晶シリコンからなる等方性エツチング特性を
有する消失部44として機能する。In the embodiment, the sacrificial film 42 is formed by coating the entire main surface of the single crystal silicon substrate 40 with polycrystalline silicon to a thickness of 200 nm using low pressure CVD. and,
Boron is added and diffused as an impurity into the region corresponding to the diaphragm fixing part 46 of the sacrificial film 42 by thermal diffusion or ion implantation so as to have etching resistance, and the impurity concentration is increased to I x 10'' (7). -3 P4 type half region is formed.As a result, this impurity-added and diffused region functions as a diaphragm fixing portion 46 having etching-resistant properties, and the pressure-receiving region to which no impurity is added is made of polycrystalline silicon. It functions as a vanishing part 44 having an isotropic etching characteristic.
このようにして、単結晶シリコン基板40の主表面に犠
牲膜42が被覆形成されると、次にこの主表面上には、
その全域にわたり、ダイアフラム膜48として窒化シリ
コンが膜厚1100nに被覆形成される。After the sacrificial film 42 is formed on the main surface of the single crystal silicon substrate 40 in this way, the main surface is covered with the following:
The entire area is covered with silicon nitride as a diaphragm film 48 to a thickness of 1100 nm.
そして、このダイアフラム膜48の表面所定位置には、
歪みゲージ50−1.50−2.50−3.50−4が
設けられており、実施例においてこの歪みゲージ50は
、ダイアフラム膜48の表面に減圧CVDで多結晶シリ
コンを膜厚200■に被覆し、更にこの多結晶シリコン
に不純物としてボロンを熱拡散あるいはイオン注入法を
用いて添加、拡散してP型半導体を形威し、その後これ
をフォトエツチングによって部分的に除去することによ
り形成される。At a predetermined position on the surface of this diaphragm membrane 48,
Strain gauges 50-1.50-2.50-3.50-4 are provided, and in the embodiment, this strain gauge 50 is made by applying polycrystalline silicon to a thickness of 200 mm on the surface of the diaphragm film 48 by low pressure CVD. Then, boron is added and diffused as an impurity to this polycrystalline silicon using thermal diffusion or ion implantation to form a P-type semiconductor, which is then partially removed by photoetching. Ru.
更に、この歪みゲージ50およびダイアフラム膜48の
全表面上には、減圧CVDを用い、絶縁性保護膜52と
して窒化シリコンが300■の膜厚に被覆形成される。Furthermore, silicon nitride is formed as an insulating protective film 52 to a thickness of 300 mm over the entire surface of the strain gauge 50 and the diaphragm film 48 using low pressure CVD.
このようにして、基板40の主表面側に消失部44、ダ
イアフラム膜48および絶縁性保護膜52が被覆形成さ
れると、次に受圧領域の所定位置において、前記絶縁性
保護膜52.ダイアフラム膜48を貫通して消失部44
に到遠する直径5μmのエツチング液注入口58がフォ
トエツチングを用い開口形成され、このエツチング液注
入口58を介して基板40へ向は異方性エツチング液か
注入される。When the main surface side of the substrate 40 is coated with the disappearing portion 44, the diaphragm film 48, and the insulating protective film 52 in this way, the insulating protective film 52. The vanishing portion 44 penetrates the diaphragm membrane 48
An etching solution inlet 58 having a diameter of 5 μm is formed using photoetching, and an anisotropic etching solution is injected into the substrate 40 through the etching solution inlet 58.
実施例においては、前記異方性エツチング液として10
ωt%の水酸化カリウム(KOH)水溶液が用いられて
おり、前記エツチング液注入口58からこのエツチング
液を注入すると注入口58を中心としてエツチングが進
行する。In the example, as the anisotropic etching solution, 10
A potassium hydroxide (KOH) aqueous solution of ωt % is used, and when this etching solution is injected from the etching solution inlet 58, etching progresses around the inlet 58.
すなわち、エツチング液注入口58からエツチング液を
注入すると、第11図(b)、(C)に示すごとく消失
部44は所定速度で横方向にエツチング除去され、これ
と同時にシリコン基板40は同図に示すごとく縦方向に
所定深さまでエツチング除去され、圧力基準室60とな
る空洞が形成される。That is, when the etching solution is injected from the etching solution inlet 58, the disappearing portion 44 is etched away in the lateral direction at a predetermined speed as shown in FIGS. 11(b) and 11(C), and at the same time, the silicon substrate 40 is As shown in FIG. 3, the material is etched away vertically to a predetermined depth to form a cavity that will become the pressure reference chamber 60.
このとき、圧力基準室60の上面側に位置するダイアフ
ラム膜48及び絶縁性保護膜52は、耐エツチング材料
、すなわち窒化シリコンを用いて形成されているため、
はとんどエツチング除去されることがない。従ってダイ
アフラム膜48と絶縁性保護膜52からなる積層膜の受
圧領域、すなわち消失部44の設けられた領域が、圧力
基準室60に対する可動ダイアフラム100として機能
することになる。At this time, since the diaphragm film 48 and the insulating protective film 52 located on the upper surface side of the pressure reference chamber 60 are formed using an etching-resistant material, that is, silicon nitride,
is rarely etched away. Therefore, the pressure-receiving region of the laminated film consisting of the diaphragm film 48 and the insulating protective film 52, that is, the region where the vanishing portion 44 is provided, functions as the movable diaphragm 100 for the pressure reference chamber 60.
特に、本発明によれば、ダイアフラム膜48が段差部分
の無いフラット形状に形成されている。In particular, according to the present invention, the diaphragm membrane 48 is formed in a flat shape with no stepped portions.
従って、可動ダイアフラム100のダイアフラム固定部
46への支持は、安定にかつ充分な強度を持って行われ
ることとなる。Therefore, the movable diaphragm 100 can be supported stably and with sufficient strength on the diaphragm fixing portion 46.
なお、ここにおいて、各歪みゲージ50はダイアフラム
膜48と絶縁性保護膜52とによりサンドイッチ状に被
覆されているため、前記エツチング液より何等影響を受
けることがない。Here, since each strain gauge 50 is covered in a sandwich-like manner by the diaphragm film 48 and the insulating protective film 52, it is not affected by the etching solution.
本実施例においては、このようにして圧力基準室60お
よび可動ダイアフラム100が形成されると、次に真空
蒸着あるいはスパッタリングにより金属あるいは絶縁物
が、絶縁性保護膜52上にエツチング液注入口58を密
封封止できる程度の厚さに堆積される。そして、その後
フォトエツチングで不要部分が除去され封止部材62が
形成される。In this embodiment, once the pressure reference chamber 60 and the movable diaphragm 100 are formed in this way, a metal or an insulator is then deposited on the insulating protective film 52 by vacuum evaporation or sputtering to form the etching liquid inlet 58. It is deposited to a thickness that allows for a hermetically sealed seal. Thereafter, unnecessary portions are removed by photoetching to form the sealing member 62.
このようにすることにより、圧力基準室60はその内部
が真空状態に保たれたまま密封封止されることになる。By doing so, the pressure reference chamber 60 is hermetically sealed while the inside thereof is maintained in a vacuum state.
その後、絶縁性保護膜52の歪みゲージ両端位置をフォ
トエツチングにより除去して接続孔54を形威し、ここ
にアルミニウム蒸着膜を被覆しこれをフォトエツチング
により適当な形状にすることにより電極56を形成する
。Thereafter, both ends of the strain gauge of the insulating protective film 52 are removed by photo-etching to form a connection hole 54, and an aluminum vapor-deposited film is coated thereon and an appropriate shape is formed by photo-etching to form the electrode 56. Form.
以上の構成とすることにより、本実施例の半導体圧力セ
ンサは、ダイアフラム100の表面側より印加された絶
対圧力を歪みゲージ50の抵抗変化として検出し、電極
56を介して絶対圧力に比例した信号を得ることができ
る。With the above configuration, the semiconductor pressure sensor of this embodiment detects the absolute pressure applied from the surface side of the diaphragm 100 as a resistance change of the strain gauge 50, and sends a signal proportional to the absolute pressure via the electrode 56. can be obtained.
本実施例においては、ダイアフラム100の直径及び膜
厚をそれぞれ50μm、0.5μm程度まで精度良く小
さく形成することができ、しかも100KPaの圧力に
対して2 m V / V以上の優れた出力感度を有す
ることが実験により確認された。In this example, the diameter and film thickness of the diaphragm 100 can be formed as small as 50 μm and 0.5 μm with high accuracy, respectively, and excellent output sensitivity of 2 m V/V or more can be achieved at a pressure of 100 KPa. It was confirmed through experiments that it has.
更に、本誌実施例のセンサにおいて、500KPaまで
の絶対圧力に対する非直線性は±0.5%F、S、以下
と優れた直線性を有することが実験により確認された。Furthermore, it was confirmed through experiments that the sensor of the example of this publication has excellent linearity with respect to absolute pressures up to 500 KPa, with nonlinearity of ±0.5% F, S or less.
このことから、この第1実施例によれば、ダイアフラム
の支持固定を充分な強度で安定に行い、小型でかつ高感
度の半導体圧力センサを実現可能であることが理解でき
る。From this, it can be seen that according to the first embodiment, the diaphragm can be stably supported and fixed with sufficient strength, and a compact and highly sensitive semiconductor pressure sensor can be realized.
第2実施例
次に本発明の好適な第2実施例を、差圧測定型のセンサ
を例に取り説明する。なお、前記第1実施例と対応する
部材には同一符号を付しその説明は省略する。Second Embodiment Next, a second preferred embodiment of the present invention will be explained by taking a differential pressure measuring type sensor as an example. Incidentally, members corresponding to those in the first embodiment are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.
第3図には第2実施例のセンサを示す平面説明図が示さ
れており、第4図にはその断面の概略説明図が示されて
いる。FIG. 3 is an explanatory plan view showing the sensor of the second embodiment, and FIG. 4 is a schematic explanatory view of its cross section.
実施例のセンサは、単結晶シリコン基板40の表面に長
方形状をした多結晶シリコンを犠牲膜42として被覆形
成し、この犠牲膜42の受圧領域を消失部44、その周
囲をダイアフラム固定部46として形成する。その後、
前記第1実施例と同様に、ダイアフラム膜48.歪みゲ
ージ50゜絶縁性保護膜52及びエツチング岐注入口5
8を設ける。In the sensor of the embodiment, rectangular polycrystalline silicon is coated on the surface of a single crystal silicon substrate 40 as a sacrificial film 42, and the pressure receiving area of this sacrificial film 42 is used as a vanishing part 44, and the surrounding area is used as a diaphragm fixing part 46. Form. after that,
As in the first embodiment, the diaphragm membrane 48. Strain gauge 50°, insulating protective film 52 and etching branch injection port 5
8 will be provided.
ここにおいて、エツチング戚注入口58から、水酸化カ
リウム(KOH)水溶液から成る異方性エツチング液を
注入すると、第3図及び第4図に示すごとく、消失部4
4の形状に従い長方形状をした空洞から生る圧力基準室
60と可動ダイアフラム100が形成される。Here, when an anisotropic etching liquid consisting of an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution is injected from the etching inlet 58, the disappearing portion 4 is injected as shown in FIGS.
4, a pressure reference chamber 60 and a movable diaphragm 100 are formed from a rectangular cavity.
本実施例の特徴的事項は、長方形ダイアフラム100の
片側領域に歪みゲージ50を形成し、他方の片側領域に
エツチング液注入口58を形成したことにある。そして
、この可動ダイアフラム100の他方の片側領域に、前
記エツチング液注入口58へ連通する圧力導入キャップ
66を設け、圧力基準室60内へ第2の圧力を印加する
。A feature of this embodiment is that a strain gauge 50 is formed on one side of the rectangular diaphragm 100, and an etching liquid inlet 58 is formed on the other side. A pressure introduction cap 66 communicating with the etching liquid inlet 58 is provided on the other side of the movable diaphragm 100 to apply a second pressure into the pressure reference chamber 60.
このようにすることにより、本実施例の半導体圧力セン
サによれば、ダイアフラム100の表面及び裏面に第1
の圧力P1及び第2の圧力P2が印加され、可動ダイア
フラム100には両者の差圧に比例した歪みが発生し、
この結果歪みゲージ50からはこの差圧に比例した電気
信号を得ることが可能となる。By doing so, according to the semiconductor pressure sensor of this embodiment, the first
A pressure P1 and a second pressure P2 are applied, and a strain proportional to the pressure difference between the two is generated in the movable diaphragm 100.
As a result, it becomes possible to obtain an electrical signal from the strain gauge 50 that is proportional to this differential pressure.
なお、第3図及び第4図においては、理解を容易にする
ために、絶縁性保護膜52.接続孔54及び電極56の
説明は省略しであるが、これら各部材は前記第1実施例
と同様に本実施例においても設けられている。Note that in FIGS. 3 and 4, the insulating protective film 52. Although a description of the connection hole 54 and the electrode 56 is omitted, these members are provided in this embodiment as well as in the first embodiment.
第3実施例
次に、本発明の好適な第3実施例を図面に基づき説明す
る。Third Embodiment Next, a third preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第5図には、この第3実施例に係る半導体圧力センサの
平面外観図が示されており、第6図にはそのV[−Vl
断面の概略図が示されている。なお、前記各実施例と対
応する部材には、同一符号を付し、その説明は、省略す
る。FIG. 5 shows a plan view of the semiconductor pressure sensor according to the third embodiment, and FIG. 6 shows its V[-Vl
A schematic diagram of the cross section is shown. Note that the same reference numerals are given to the members corresponding to those in each of the above embodiments, and the explanation thereof will be omitted.
本実施例の半導体圧力センサにおいて、半導体基板40
は、単結晶シリコン基板を用いて形成されており、この
基板40の主表面全域には、消失部44及びダイアフラ
ム固定部46を含む犠牲膜42が被覆形成されている。In the semiconductor pressure sensor of this embodiment, the semiconductor substrate 40
is formed using a single-crystal silicon substrate, and the entire main surface of this substrate 40 is covered with a sacrificial film 42 that includes a vanishing portion 44 and a diaphragm fixing portion 46 .
本実施例の特徴的事項は、この犠牲膜42を次の手順に
従って被覆形成したことにある。The feature of this embodiment is that the sacrificial film 42 was formed in accordance with the following procedure.
すなわち、まず基板40の主表面全域に、窒化シリコン
(Si3N4)からなる絶縁膜64を威圧CVDを用い
厚さ1100nに被覆形成し、次に、この絶縁膜64上
に犠牲膜42を減圧CVDを用い厚さ200■に被覆形
成する。そして、この犠牲膜42のダイアフラム固定部
46に相当する領域を、前記第1実施例と同様に耐エツ
チング特性を有するように処理し、ダイアフラム固定部
46及び消失部44を形成する。That is, first, an insulating film 64 made of silicon nitride (Si3N4) is formed to a thickness of 1100 nm over the entire main surface of the substrate 40 using high-pressure CVD, and then a sacrificial film 42 is formed on this insulating film 64 using low-pressure CVD. A coating is formed to a thickness of 200 cm. Then, the region of the sacrificial film 42 corresponding to the diaphragm fixing part 46 is treated to have etching resistance as in the first embodiment, thereby forming the diaphragm fixing part 46 and the disappearing part 44.
実施例において、この消失部44の形状は正方形状に形
成されており、しかも、正方形の4つの角には、その外
側に向けそれぞれ突出した領域68を有するように形成
されている。In the embodiment, the shape of the disappearing portion 44 is formed into a square shape, and the four corners of the square are formed to have regions 68 that respectively protrude toward the outside.
また、この犠牲膜42上には、その全域にダイアフラム
膜48として窒化シリコンが減圧CVDを用い膜厚10
0■に被覆形成されている。Further, on the sacrificial film 42, silicon nitride is deposited as a diaphragm film 48 over the entire area using low pressure CVD to a thickness of 10
0■ is coated.
そして、このダイアフラム膜48の受圧領域所定位置に
は、前記第1実施例と同様に歪みゲージ50−1.50
−2.50−3.50−4が減圧CVD及びフォトエツ
チングを用いて形成され、更にこれら歪みゲージ50及
びダイアフラム膜48の全表面上には、絶縁性保護膜5
2として窒化シリコンが減圧CVDを用いて膜厚300
nIllに被覆形成されている。At a predetermined position in the pressure receiving area of this diaphragm membrane 48, a strain gauge 50-1.50 is installed as in the first embodiment.
-2.50-3.50-4 are formed using low pressure CVD and photoetching, and an insulating protective film 5 is formed on the entire surface of the strain gauge 50 and the diaphragm film 48.
2, silicon nitride is made to a film thickness of 300 using low pressure CVD.
It is coated on nIll.
そして、第5図に示す如く、4カ所の突出領域68には
、絶縁性保護膜52.ダイアフラム48を貫通し、犠牲
膜42の消失部44に到達する4個のエツチング液注入
口58が開口形成され、このエツチング液注入口58を
介してエツチング液が注入される。As shown in FIG. 5, the four protruding regions 68 are covered with an insulating protective film 52. Four etching liquid inlets 58 are formed to penetrate through the diaphragm 48 and reach the disappearing portion 44 of the sacrificial film 42, and the etching liquid is injected through these etching liquid inlets 58.
このようにすることにより、本実施例においては、消失
部44のみがエツチング除去され、圧力基準室60と可
動ダイアフラム100が形成される。By doing so, in this embodiment, only the disappearing portion 44 is etched away, and the pressure reference chamber 60 and the movable diaphragm 100 are formed.
その後、絶縁性保護膜52の歪みゲージ両端位置に接続
孔を設け、この接続孔54を介して電極56を形成する
。Thereafter, connection holes are provided at both ends of the strain gauge in the insulating protective film 52, and electrodes 56 are formed through the connection holes 54.
その後、絶縁性保護膜52の表面全域に、プラズマCV
Dを用い窒化シリコン70を1μmの膜厚に被覆形成す
る。After that, plasma CV is applied to the entire surface of the insulating protective film 52.
Using D, silicon nitride 70 is coated to a thickness of 1 μm.
このようにすることにより、この窒化シリコン70は、
各エツチング液注入口58の封止部材62として機能し
、更にセンサ表面のパッシベーションを兼ねることにな
る。By doing so, this silicon nitride 70 becomes
It functions as a sealing member 62 for each etching liquid inlet 58, and also serves as passivation for the sensor surface.
本実施例においては、正方形状をした可動ダイアフラム
100の一辺の寸法を80μm、膜厚を1.4μm程度
まで小型化することができ、更に100KPaの圧力に
対し、3 m V / V以上の優れた出力感度を有す
ることが実験により確認された。In this example, the size of one side of the square-shaped movable diaphragm 100 can be reduced to 80 μm, and the film thickness can be reduced to about 1.4 μm, and furthermore, it has an excellent performance of 3 m V / V or more against a pressure of 100 KPa. It was confirmed through experiments that it has a high output sensitivity.
また、上述した形状の可動ダイアフラム100の撓みは
、100KPaの圧力に対し、60n■程度である。こ
れに対し、実施例の可動ダイアフラム100と基板40
の主表面全域に形成した絶縁膜64との間隔は200n
■であることから、200KPaまでの絶対圧力は、十
分に測定することができ、更にこの圧力範囲における非
直線性は、0.3%F、S、以下と優れた直線性を有す
ることが実験により確認された。Further, the deflection of the movable diaphragm 100 having the above-mentioned shape is about 60 n■ against a pressure of 100 KPa. In contrast, the movable diaphragm 100 and the substrate 40 of the embodiment
The distance between the insulating film 64 formed over the entire main surface of the
(2) Therefore, absolute pressures up to 200 KPa can be adequately measured, and experiments have shown that the nonlinearity in this pressure range is 0.3% F, S or less, which is excellent. Confirmed by.
このように、この第3実施例によっても、可動ダイアフ
ラム100を安定にかつ充分な強度で支持てき、しかも
その寸法及び膜厚を十分に小さく精度良く形威し、小型
かつ高感度のセンサを実現可能であることが理解できる
。In this way, the third embodiment also supports the movable diaphragm 100 stably and with sufficient strength, and the size and thickness of the movable diaphragm 100 can be made sufficiently small and accurately shaped to realize a compact and highly sensitive sensor. I understand that it is possible.
更に300KPa以上の過大圧力が印加された場合にお
いては、可動ダイアフラム100は絶縁膜64に接して
、それ以上たわまないため、破壊されることはない。す
なわち、過大圧力に対して良好な保護構造となっている
。Further, when an excessive pressure of 300 KPa or more is applied, the movable diaphragm 100 comes into contact with the insulating film 64 and does not bend any further, so it is not destroyed. In other words, it has a good protective structure against excessive pressure.
第4実施例
次に本発明の好適な第4実施例を説明する。なお、前記
各実施例に対応する部材には同一符号を付しその説明は
省略する。Fourth Embodiment Next, a fourth preferred embodiment of the present invention will be described. It should be noted that the same reference numerals are given to the members corresponding to each of the above-mentioned embodiments, and the explanation thereof will be omitted.
第7図には第4図実施例に係るセンサの平面図が示され
ており、第8図にはその断面概略説明図が示されている
。FIG. 7 shows a plan view of the sensor according to the embodiment shown in FIG. 4, and FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view thereof.
本実施例のセンサは、前記第3・実施例と同様に、基板
40の主表面上に絶縁膜64を被覆形成し、この絶縁膜
64の全面には、犠牲膜42が形成されている。この犠
牲膜42は、そのダイアフラム固定部46が前記第1実
施例と同様に耐エツチング特性を有するように処理され
る。また、その受属領域に相当する消失部44は、10
0μm角の正方形状となるよう形成される。In the sensor of this embodiment, as in the third embodiment, an insulating film 64 is formed to cover the main surface of a substrate 40, and a sacrificial film 42 is formed on the entire surface of this insulating film 64. This sacrificial film 42 is treated so that its diaphragm fixing portion 46 has etching resistance as in the first embodiment. In addition, the disappearing part 44 corresponding to the associated area is 10
It is formed into a square shape with a side of 0 μm.
そして、この犠牲膜42の表面全域には、ダイアフラム
膜48が被覆形成され、更にこのダイアフラム膜48の
受圧領域所定位置には第7図に示すごとく複数の歪みゲ
ージ50−1.50−2゜50−3.50−4が設けら
れている。歪みゲージ50−1.・・・50−4の両端
に接続される複数の電極56は、可動ダイアフラム10
0を横断し基板40の他端側に向は延設されている。A diaphragm film 48 is formed to cover the entire surface of the sacrificial film 42, and a plurality of strain gauges 50-1.50-2° are provided at predetermined pressure receiving areas of the diaphragm film 48 as shown in FIG. 50-3 and 50-4 are provided. Strain gauge 50-1. The plurality of electrodes 56 connected to both ends of the movable diaphragm 10
0 and extends toward the other end of the substrate 40.
そして、このように歪みゲージ50及び電極56が設け
られたダイアフラム膜48の表面全域には、絶縁性保護
膜52が被覆形成され、更に前記第3実施例と同様にし
て一端側にエツチング液注入口58か形成され、このエ
ツチング液注入口58からエツチング液を注入すること
により、正方形状した可動ダイアフラム100及び圧力
基準室60を形成する。Then, an insulating protective film 52 is formed over the entire surface of the diaphragm membrane 48 on which the strain gauge 50 and the electrode 56 are provided, and an etching solution is further injected onto one end side in the same manner as in the third embodiment. An inlet 58 is formed, and by injecting etching liquid from this etching liquid inlet 58, a square movable diaphragm 100 and a pressure reference chamber 60 are formed.
その後、絶縁性保護膜52上に、前記第3実施例と同様
にして窒化シリコン[1170が所定の膜厚で被膜形成
され、エツチング液注入口58を密封する封止部材62
として用いられる。Thereafter, a film of silicon nitride [1170] is formed to a predetermined thickness on the insulating protective film 52 in the same manner as in the third embodiment, and a sealing member 62 is formed to seal the etching solution inlet 58.
used as.
そして、基板40の他端側において、窒化シリコン膜7
0に電極56と連通する接続孔54が形成され、ここに
接続端子56aが形成される。Then, on the other end side of the substrate 40, a silicon nitride film 7
A connection hole 54 communicating with the electrode 56 is formed in the electrode 56, and a connection terminal 56a is formed therein.
このようにして、本実施例においては、基板40の一端
側にダイアフラム100、他端側に接続端子56aが位
置するよう形成されており、電極56は前記可動ダイア
フラム100側において露出していないことから、各種
液体や生体の圧力測定用のセンサとして好適である。In this way, in this embodiment, the diaphragm 100 is located at one end of the substrate 40, and the connection terminal 56a is located at the other end, and the electrode 56 is not exposed on the movable diaphragm 100 side. Therefore, it is suitable as a sensor for measuring the pressure of various liquids and living organisms.
実験によれば、本実施例の半導体圧力センサは、基板4
0の寸法を150μm×500μmまで小さく形成可能
であることが確認された。これにより、本実施例によれ
ば超小型の半導体圧力センサが実現可能であるが理解さ
れる。According to experiments, the semiconductor pressure sensor of this example has a substrate 4
It was confirmed that the size of 0 can be made as small as 150 μm×500 μm. As a result, it is understood that according to this embodiment, an ultra-small semiconductor pressure sensor can be realized.
第5実施例 次に、本発明の好適な第5実施例を説明する。Fifth example Next, a fifth preferred embodiment of the present invention will be described.
本実施例の特徴的事項は、半導体圧力センサを集積回路
と一体化して形成し、いわゆる集積化された半導体圧力
センサとして用いた;とにある。The characteristic feature of this embodiment is that the semiconductor pressure sensor was formed integrally with an integrated circuit, and was used as a so-called integrated semiconductor pressure sensor.
第9図には、この第5実施例に係る半導体圧力センサの
平面図が示されている。本実施例においては、シリコン
基板40の所定位置に、前記第1実施例及び第3実施例
で説明した本発明の半導体圧力センサ200が形成され
ており、更に、このシリコン基板40上に、圧力センサ
200からの出力の増幅や信号処理を行う集積回路30
0と、センサ200と集積回路300とを接続するリー
ド及び外部との接続とを行う複数の電極400が形成さ
れている。FIG. 9 shows a plan view of a semiconductor pressure sensor according to the fifth embodiment. In this embodiment, the semiconductor pressure sensor 200 of the present invention explained in the first embodiment and the third embodiment is formed at a predetermined position on a silicon substrate 40, and furthermore, a pressure sensor 200 is formed on this silicon substrate 40. An integrated circuit 30 that performs amplification and signal processing of the output from the sensor 200
0, a plurality of electrodes 400 are formed for connecting leads between the sensor 200 and the integrated circuit 300, and connections to the outside.
このように、本発明によれば、半導体圧力センサを集積
回路の構成素子要素の1つと見なすことができる程度に
小型に形成することができ、また、その製造も、片面処
理により行うことが可能であり、しかも集積回路と同一
の製造処理工程を用いることができる。As described above, according to the present invention, a semiconductor pressure sensor can be formed so small that it can be considered as one of the constituent elements of an integrated circuit, and it can also be manufactured by single-sided processing. Moreover, the same manufacturing process as integrated circuits can be used.
従って、本発明は、この第5実施例で示すごとく、半導
体圧力センサを集積回路として一体化して、いわゆる集
積化センサとして製造する場合に極めて好適なものであ
ることが理解される。Therefore, it is understood that the present invention is extremely suitable for manufacturing a so-called integrated sensor by integrating semiconductor pressure sensors as an integrated circuit, as shown in this fifth embodiment.
他の実施例
尚、前記実施例においては、ダイアフラム固定部46で
のボロンの不純物濃度を1×1020CII+−3とし
、さらにエツチング液(KOH)の濃度を10wt%と
した場合を例にとり説明した。しかし、本発明はこれに
限らず、要は消失部44に用いた多結晶シリコンおよび
基板40に用いた単結晶シリコンに対してエツチング量
が10分の1程度以下となるように、ダイアフラム固定
部44におけるボロンの不純物濃度と、消失部44のエ
ツチング除去に用いる水酸化カリウム水溶液の濃度の条
件を任意に選択すればよい。このようにしても前記実施
例の効果と同様の効果を得ることができる。Other Embodiments In the above-mentioned embodiments, the impurity concentration of boron in the diaphragm fixing portion 46 was set to 1.times.10@20 CII+-3, and the concentration of the etching solution (KOH) was set to 10 wt %. However, the present invention is not limited to this, and the point is that the diaphragm fixed portion is etched so that the amount of etching is about one-tenth or less of the polycrystalline silicon used for the disappearing portion 44 and the single crystal silicon used for the substrate 40. The conditions for the boron impurity concentration in 44 and the concentration of the potassium hydroxide aqueous solution used to remove the vanishing portion 44 by etching may be arbitrarily selected. Even in this case, the same effects as those of the embodiments described above can be obtained.
さらに、前記各実施例では、ダイアフラム固定部46の
不純物拡散元素としてボロンを用い、P4型型半体領域
を形成した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに
限らず、例えばボロン以外に、リンを用いてn゛型半導
体領域を形成し、耐エツチング特性を有するようにも形
成できることが実験により確認されている。また、これ
以外に、不純物拡散元素として窒素を用いた場合でも、
ボロン、リン等を用いた場合と同様な耐エツチング特性
を発揮でき、しかもこの場合にはボロン。Furthermore, in each of the above embodiments, boron is used as the impurity diffusion element of the diaphragm fixing part 46 to form a P4 type half region. It has been experimentally confirmed that an n-type semiconductor region can be formed using phosphorus and can also be formed to have etching resistance. In addition to this, even when nitrogen is used as an impurity diffusion element,
It can exhibit the same etching resistance properties as when using boron, phosphorus, etc., and in this case boron.
リン等を用いた場合に比べより良好な絶縁特性を発揮す
ることができ、電極56から基板40へのリーク電流を
確実に防止できるという効果もある。It can exhibit better insulating properties than when phosphorus or the like is used, and has the effect of reliably preventing leakage current from the electrode 56 to the substrate 40.
また、前記各実施例においては、窒化シリコンからなる
ダイアフラム膜48と絶縁性保護膜52との積層膜を可
動ダイアフラム100として用いる場合を例にとり説明
したが、本発明はこれに限らず、これ以外にも、窒化シ
リコン膜で上下をサンドイッチ状に挾んだ多層膜も可動
ダイアフラム100として用いることができ、例えば厚
いダイアフラム100を必要とする場合には窒シリコン
膜−多結晶シリコン膜−窒化シリコン膜の3層膜か好適
なものとなる。Further, in each of the above embodiments, the case where a laminated film of the diaphragm film 48 made of silicon nitride and the insulating protective film 52 is used as the movable diaphragm 100 has been explained as an example, but the present invention is not limited to this. Alternatively, a multilayer film sandwiched between upper and lower silicon nitride films can also be used as the movable diaphragm 100. For example, when a thick diaphragm 100 is required, a silicon nitride film - a polycrystalline silicon film - a silicon nitride film is used. A three-layer film is suitable.
さらに、前記実施例においては、ダイアフラム膜48.
絶縁性保護膜52として、窒化シリコンを用いる場合を
例にとり説明したが、これ以外にも、例えばアルミナ(
A l 203 ) 、サファイア(Al2O2)、
フッ化カルシウム(Ca F 2 )等シリコン基板4
0上に安定に堆積し、シリコンのエツチング速度よりも
そのエツチング速度が極めて遅い絶縁材料であれば他の
材料を用いることも可能である。Furthermore, in the embodiment, the diaphragm membrane 48.
Although the case where silicon nitride is used as the insulating protective film 52 has been described as an example, it is also possible to use other materials such as alumina (
Al203), sapphire (Al2O2),
Silicon substrate 4 such as calcium fluoride (CaF 2 )
It is also possible to use other insulating materials as long as they are insulating materials that can be stably deposited on the substrate and have an etching rate that is much slower than that of silicon.
さらに、前記各実施例においては、歪みゲージ50とし
て、多結晶シリコンを用いた場合を例にとり説明してい
るが、これ以外にも、例えば多結晶シリコンを再結晶化
して単結晶化することにより、更に感度の向上を図るこ
とが可能であり、また、これ以外の材料でも、ダイアフ
ラム膜上に安定に堆積することができ、ピエゾ抵抗効果
が充分発揮できるものであれば、他の材料を用いても形
成することが可能である。Further, in each of the embodiments described above, the case where polycrystalline silicon is used as the strain gauge 50 is explained as an example, but other than this, for example, polycrystalline silicon may be recrystallized to become a single crystal. , it is possible to further improve the sensitivity, and other materials can also be used as long as they can be deposited stably on the diaphragm membrane and can sufficiently exhibit the piezoresistance effect. It is also possible to form
また、前記実施例においては、等方性エツチング特性を
有する消失部44として、多結晶シリコンを用いた場合
を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、これ以
外にも半導体基板28とダイアフラム膜32の界面より
も速い横方向エツチング特性を有するものであれば他の
材料を用いても形成することが可能であり、例えばリン
ガラス等を用いて形成することも可能である。Further, in the embodiment described above, the case where polycrystalline silicon is used as the vanishing portion 44 having isotropic etching characteristics has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the semiconductor substrate 28 and the like are not limited thereto. Other materials can be used as long as they have faster lateral etching characteristics than the interface of the diaphragm film 32; for example, phosphor glass can also be used.
このように本発明の半導体圧力センサは、小型かつ高精
度のものとすることができるため、各種用途に幅広く用
いることが可能であり、たとえば気圧計、血圧計、自動
車エンジン制御用の圧カセンサ、工業(プラント)用の
圧力伝送器、生体計測用圧カセンサ、ロボット制御用圧
カセンサ等の各種用途に用いることが可能となる。As described above, the semiconductor pressure sensor of the present invention can be made small and highly accurate, and therefore can be used in a wide variety of applications, such as barometers, blood pressure monitors, pressure sensors for automobile engine control, It can be used in various applications such as pressure transmitters for industry (plants), pressure sensors for biological measurements, and pressure sensors for robot control.
第1図及び第2図は、本発明に係わる半導体圧力センサ
の好適な第1実施例を示す説明図、第3図及び第4図は
、本発明の好適な第2実施例を示す概略説明図、
第5図及び第6図は、本発明の好適な第3実施例を示す
概略説明図、
第7図及び第8図は、本発明の好適な第4実施例を示す
概略説明図、
第9図は、本発明の好適な第5実施例を示す説明図、
第10図は、本発明に係わる半導体圧力センサ各部にお
けるエツチング特性を表わす特性図、第11図は、本発
明に係わる半導体圧力センサの製造方法における基準室
形成工程の説明図、第12図は、従来の半導体圧力セン
サ及びその製造方法を示す概略説明図である。
40・・・基板、42・・・犠牲膜、44・・・消失部
、46・・・ダイアフラム固定部、
48・・・ダイアフラム膜、50・・・歪みゲージ、5
2・・・絶縁性保護膜、56・・・電極、18・・・エ
ツチング波注入口、
60・・・圧力基準室、62・・・封止部材、100・
・・可動ダイアフラム
200・・・半導体圧力センサ
400・・・電極。1 and 2 are explanatory diagrams showing a preferred first embodiment of a semiconductor pressure sensor according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are schematic diagrams showing a preferred second embodiment of the present invention. Figures 5 and 6 are schematic explanatory diagrams showing a third preferred embodiment of the present invention; Figures 7 and 8 are schematic explanatory diagrams showing a preferred fourth embodiment of the present invention; FIG. 9 is an explanatory diagram showing a preferred fifth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a characteristic diagram showing the etching characteristics of each part of the semiconductor pressure sensor according to the present invention. FIG. 11 is a diagram showing the etching characteristics of the semiconductor pressure sensor according to the present invention. FIG. 12, an explanatory diagram of a reference chamber forming step in a method for manufacturing a pressure sensor, is a schematic explanatory diagram showing a conventional semiconductor pressure sensor and a method for manufacturing the same. 40... Substrate, 42... Sacrificial film, 44... Vanishing part, 46... Diaphragm fixing part, 48... Diaphragm membrane, 50... Strain gauge, 5
2... Insulating protective film, 56... Electrode, 18... Etching wave injection port, 60... Pressure reference chamber, 62... Sealing member, 100...
...Movable diaphragm 200...Semiconductor pressure sensor 400...Electrode.
Claims (3)
圧領域の周囲を覆うダイアフラム固定部とを有し、前記
消失部は、前記受圧領域に沿って等方性エッチング特性
を有するよう形成され、前記ダイアフラム固定部は耐エ
ッチング特性を有するよう形成された犠牲膜と、 前記犠牲膜を覆うよう前記半導体基板の主表面上に被覆
され、耐エッチング特性を有するよう形成された絶縁性
ダイアフラム膜と、 前記絶縁性ダイアフラム膜を貫通して前記犠牲膜の消失
部に到達するよう形成された少なくとも1個のエッチン
グ液注入口と、 前記エッチング液注入口を介して少なくとも前記犠牲膜
の消失部をエッチング除去することにより形成された圧
力基準室と、 前記絶縁性ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に形成さ
れた少なくとも1個の歪みゲージと、を含むことを特徴
とする半導体圧力センサ。(1) A semiconductor substrate, a vanishing part that covers a pressure receiving area on the main surface of the semiconductor substrate, and a diaphragm fixing part that covers the periphery of the pressure receiving area, and the vanishing part has an isotropic structure along the pressure receiving area. The diaphragm fixing portion includes a sacrificial film formed to have etching resistance, and a sacrificial film coated on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the sacrificial film, and formed to have etching resistance. an insulating diaphragm film formed by the insulating diaphragm film; at least one etchant injection port formed to penetrate the insulating diaphragm film and reach the disappearing portion of the sacrificial film; A semiconductor pressure device characterized by comprising: a pressure reference chamber formed by etching away a disappearing portion of a sacrificial film; and at least one strain gauge formed at a predetermined position in a pressure receiving region of the insulating diaphragm film. sensor.
を有する絶縁膜が被覆形成され、前記圧力基準室は、 前記エッチング液注入口を介して前記犠牲膜の消失部の
みをエッチング除去することにより形成されたことを特
徴とする半導体圧力センサ。(2) In claim (1), an insulating film having etching resistance is formed between the semiconductor substrate and the sacrificial film, and the pressure reference chamber is connected to the sacrificial film through the etching solution inlet. A semiconductor pressure sensor characterized in that it is formed by etching away only the disappearing portion of a film.
犠牲膜のダイアフラム固定部は、ボロン、リンまたは窒
素をイオン注入あるいは熱拡散した多結晶シリコンを用
いて形成されたことを特徴とする半導体圧力センサ。(3) In either of claims (1) and (2), the diaphragm fixing portion of the sacrificial film is formed using polycrystalline silicon into which boron, phosphorus, or nitrogen is ion-implanted or thermally diffused. Semiconductor pressure sensor.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34114189A JPH03202739A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Semiconductor pressure sensor |
US07/635,953 US5163329A (en) | 1989-12-29 | 1990-12-28 | Semiconductor pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34114189A JPH03202739A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Semiconductor pressure sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03202739A true JPH03202739A (en) | 1991-09-04 |
Family
ID=18343638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34114189A Pending JPH03202739A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Semiconductor pressure sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03202739A (en) |
-
1989
- 1989-12-29 JP JP34114189A patent/JPH03202739A/en active Pending
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