JPS60138977A - 半導体形静電容量式圧力センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 こ９発明は、測定すべき圧力変化を静電容量的□ に検出する半導体センサ、特にその電極部の構造に関す
る。

〔％来技術とその問題点〕

第１図はかかる半導体センサの従来例を示す構成因で、
０）はその上面図、幹）は断面図である０面図において
、１は金属層、２．９は絶縁層、３は開口、４Ｆｓ、金
属電極リード、５は８ｉ工ピタキシ士 ヤル層、６は低抵抗埋込み層、７はＰ層、８は８ｉ単結
晶基板、１０は表面安定化層、１１はダイアフラム部、
１２＃ｉ空洞である。

゛Ｓｉ単結晶基板８は主表面が（１００）面であり、こ
れにＰ拡散層（ｆｏｉｌ当たりの濃度が１０２０程度）
７が形成されていて、ダイアフラム部１１および空洞１
２を形成する際のストップ層となる〇基板８の一方の面
には窒化シリコーン（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁層９が形成
され、この絶縁層９と基板８の薄肉部の表面には、ガラ
ス等の表面安定化層１０が形成される。基板８の他面に
はエピタキシャル層５が形成され、その一部はくりぬか
れて空洞１２になっており、さらに他の部分には、Ｐ拡
散層７と金属電極部４との接触′ｆ：図るための低抵抗
埋込み層６が形成されている。また、Ｓｉエピタキシャ
ル層５上には、絶縁ＷＩ９と同様にＳ　ｉ３　Ｎ４等よ
りなる絶縁層２が形成され、さらにその上には金属層１
が形成される。金属層１と絶縁層２とを貫通して形成さ
れる開口（穴）３は、空洞部１２を異方性エツチングに
て形成するときに、これを通してエツチング液を供給す
るために明けられる。

この開口３の形状は、例えば同図（イ）に示されるよう
な細長い溝であって、それが「ハ」の字型にＷ数個配列
され、最終的には破線の如き形状にくりぬかれて空洞１
２が形成される。これは、主表面が（１００）面で、横
方向が（０１１）面であるようなＳｉ単結晶基板８上に
任意の形の閉じたパターンのマスクで、ＫＯＨ系やエチ
レンジアミン・ビルカテコール系のエツチング剤を用い
て異方性化学エツチングを行なうと、最終的に出来上が
るパターンは、（１１１）面と等価な面によって４面が
囲まれたピラミッド状となり、しかもそのパターンはマ
スクパターンに内接するという性質を利用して、行なわ
れる。こうして、金属層１とダイアフラム部１１との間
にキャパシタンスが形成され、測定圧力にてダイアフラ
ム部１１が変位すると、これに応じてキャパシタンスが
変化するので、圧力を容量の関数として測定することが
できる。

しかしながら、かかる構造の半導体センサには、下記の
如き欠点がある。

イ）開口３か細い溝から形成されているため、エツチン
グ液が入り難く、シたがって、空洞形ｔ２１に′時間が
掛かる。なお、溝を大きくすると、電極部の実効面積が
小さくなる、つまり、検出のためのキャパシタンスが小
さくなるので、溝を広げるにも限度がある。　１ １：Ｉ）ダイアフラム部と対向する全面に電極部が形成
されているため、圧力変化に応答する検出□容量１翻随
−ｔ”９ｘＨｔｚイ容、ヵ、□３１．え７．う７．１あ
オワ４カ、□。６．より、８３、あｉ□１低下する。

〔発明の目的〕

。。ッ、、Ａ１カ、ヵ、６７や、よい３．ゎえ、：、、
［ ので、測定感度を向上させるとともにストレイ容ｆｆｌ
オイ、オ。４ユよよよ、１１えヵ、イ、８ヶｄ１精度の
半導体形静電容足式圧力センサを提供□する：ことを目
的とｔ７．− 〔発明の要点〕 その要点は、半導体形式の圧力センサにおいてダイアフ
ラム部とともに測定キャパシタンスを構成する電極部の
面積を、少なくともダイアフラム部のそれより返小さく
シ、これを＊ｉの腕部にて支持する如く構成することに
より、エツチング時間の短□縮化、検出感度の向上およ
びストレイ容量の低下を図るようＫｌ、た点にある。

〔発明の実施例〕

第２Ａ図はこの発明の実ｍ例を示す上面図、酊２Ｂ図は
同じくその断面図である。

表面の結晶ｉ的方向が（１００）面であるＮまた′はＰ
型の８ｉ単結晶基板８に、イオン打ち込み法や熱拡散法
辱によってＰ”Ｎ７をダイアフラムの厚さにじた後、Ｃ
ＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ；化学反応を利用した薄膜の形成方法）等によっ
てエピタキシャル層５をキャパシタンスの空隙に相当す
るｉさまで成長させ（この層は低抵抗にせず、異方性在
学エツチングを受け易くしておく・）、＋ 次にＰ　１１７）−道通※Ｍストへｔ群烙桔の抽】ス１
．就６を形成し、こうして作られる集積体を挾むように
してＳ　ｉ３　Ｎ４や燻０２（酸化シリコン）等の絶縁
層を０．５〜１μｍ程度形成した後、金属電極ＩＪ−ド
４を作るために絶縁層の開口を行なってから金属層１を
形成するところ迄は、従来と同様である。

つまり、この発明は、　第２Ａ図からも明らかなように
その電極部およびダイアフラム部の形状に特徴を有する
もので、これらがどのようにして形成されるかについて
、以下に説明する０いま、正方形のダイアフラムを作る
場合は、第２Ａ図に示される如く４個の台形（＠２Ａ図
では開口３として示されている。）を結晶学的（０１１
）面と等価なＳｉ基板面に対して、２個は互いに平行に
、また他の２個は直角にし、しかも、それぞれの台形に
外接する長方形（一点鎖線で囲まれる部分Ｃ）が僅かず
つ重なるように、金属層のエツチングを行なう。次に、
この金属層の開口３をマスクとして絶縁層２のエツチン
グを行なうが、このとき、金属の付いていない側の絶縁
層９も正方形のダイアフラム部が形成されるように開口
し、エツチングを行なう。その後、こうして形成される
正方形に腕１４が付いた形状に金属を残し、他の部分の
金属をエツチング除去する。このようにすると、開口部
には単結晶８ｉが露出することになるので、これをＫ　
ＯＨ系やエチレンジアミン・ピロカテコール系等の異方
性化学エツチング液中に浸すと、開口部から異方性エツ
チングが進む。

台形の開口３によるエツチングがまず進行するが、その
横方向は（１１１）面と等価な面で囲まれる、第２Ａ図
に一点鎖線で囲まれる部分Ｃにエツチングが進む。とこ
ろで、異方性化学エツチングのシリコンに対する性質の
１つとして、「２つの（１１１）面が凹型に交わる部分
のエツチングは、それ以外の部分よりも遅い」という性
質があり、これにより、２つの長方形の重なり合った部
分から再び蔓ツチングが進行し、内側の正方形の下がく
り抜かれて空洞１２（第２Ｂ図参照）となる。一方、こ
の空洞と反対側の面も同様にしてエツチングが行なわれ
、４面が（１１１）面で囲まれたくぼみが形成され、薄
肉部は臥２Ｂ図に符号１１で示される如くダイアフラム
部となる０なお、異方性化学エツチングに対する第２の
性質である「１ａｆｌ　’３たりの濃度が１０２０程度
のＰ層はエツチングされ難い」という性質によって゛、
縦方向のエツチングは２層７によってストップされるｏ
したがって、Ｓｉエピタキシャル層５の厚さにて空洞１
２の厚みは制限され、これにより正確にギャップを形成
することができる。なお、ダイアフラム部１１の厚さは
、拡散層７によって決まることは　□云う迄もない。ま
た、金属層（電極部）１とダイアフラム部１１とで形成
される内、外の正方形の辺の長さの比γ（７ａｅ／ａ）
ｔ；ｔ、１よりも小さくなるように選ばれるが、これは
、検出容ｆを小さくせずに、感度を上げるためである。

すなわち、ダイアフラム部に対応する部分全面を電極に
する胃と感度が下がり、また、電極をダイア７、ラムの
中央部に作れば、感度は向上するが検出容量が小さくな
ってストレイ容量の影響を受け易くなるのでＪこれらの
哨［シわ合いで決まる適宜な比γに選ばれる？。

第３図はこの発明の他の実施例を示す上面図である。

金属層１％すなわち電極部を、第２Ａ図で＃′１（０１
１）面方向に対して４５°傾斜した腕１４によって支え
るようにしているのに対し、この実施は（０１１）面に
平行な腕と画直な腕とによって支持するようにした例で
ある。なお、１３ｔｊ開口であって、腕部１４の下側の
空洞を形成するための補助開口である◇つ重り、Ｌ字形
の開口３に外接する正方形のうち、互いに斜めに配置さ
れた少なくとも２つに対して細溝形の神助開口が重なり
合っていることであり、これによって、腕部１４の下に
空洞部を形成するための時間を短くすることができる□
。なお、同図からも明らかなように、開口＼ １３の゛長さは、腕の幅の６倍よりも大きく形成される
。また、開口１３の幅を広げると空洞形成のための時曲
は短縮されるが、検出容量が小さくなるので、これらを
考慮して適宜に形成することが望ましい。

第１．図はとの発明のさらに他の実施例を示す上面図で
ある。つまり、第２ＡＩ！ｆｌの如くするかわりに、電
極部をダイアプラム部に対して４５だけ傾けて配置する
ことによっても、上記と同様の効果を期待することがで
きる◇ なお、以上はダイアフラム部および電極部の形状が正方
形の場合であるが、これを長方形のものとすることも可
能である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、ダイアフラム部とともに測定キャパ
シタンスを構成する電極部の面積をダイアフラム部より
小さくシ、これを複数の腕により支える如く構成したの
で、空洞部形成のための開口部を検出容量を小さくする
ことなく大きくすることが可能となり、したがって、エ
ツチング時間が短縮されるばかりでなく、検出感度を向
上させることができる利点をもたらすものである。また
、電極部を支えるための腕を、ダイアフラム部以外の部
分に備かに掛かるようにしているため、検出容量に付随
するストレイ容量を小さくすることができる利点を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図−半導体形静電容量式センサの従来例を示す構成
図、第２Ａ図はこの発明の実施例を示す上面図、１８２
８ｍは同じくその断面構造を示す断面図、＃ｉ３図はこ
の発明の他の実施例を示す上面図、喧４図はこの発明の
さらに他の実施例を示す上面図である。 符号説明 １・・・・・・金属層、２，９・・・・・・絶縁層、３
・川・・開口、４・・・・・・金属電極リード、５・・
・・・・Ｓｉエピタキシャル層、６・・・・・・低抵抗
埋込み層、７・・・・・・Ｐ層、８・・・・・・Ｓｉ単
結晶基板、１０・・・・・・表面安定化層、１１・・・
・・・ダイアフラム部、１２・・・・・・空洞、１３・
・・・・・補助開口、１４・・・・・・腕 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　情 事１図 第２Ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋ １）Ｓｉ単結晶基板上にＰ拡散層を形成した上に所定厚
   さのＳｉエピタキシャル層を形成し、該エピタキシャル
   層の一部に前記Ｐ拡散層とつながる低抵抗埋込み層を形
   成する一方、該エピタキシャル層上およびこれと反対側
   のＳｉ基板面上にそれぞれ絶縁層を形成するとともに、
   該エビタキ９″％層上に形成された絶縁層上には金属層
   を。 形成した後・該金属層および絶縁層を貫通すぞＣＬ口と
   これと対応するＳｉ基板の、反対側に形成さ９た絶縁層
   の開口とを形成し、しかる後これらの！ｌ’口を通して
   エツチングを行なうことによりダイアフラム部を形成し
   、該ダイアフラム部と前記金属層との間に測定用キャパ
   シタセスを形成してなる半導体形静電容量式圧力センサ
   において、該金属１層の形状をダイアフラム部のそれと
   相似形にする　□とともに、その面積はダイアプラム部
   よりも小さくシ、かつこれを絶縁層上に支持するための
   複数の腕部を設けてなる半導体形静電容量式圧力センサ
   ０ ２、特許請求の範囲第１項に記載のセンサにおいて１．
   前記金属層およびダイアフラム部の形状を方形にすると
   ともに、その各辺が金属層とダイアプラム部とで互いに
   平行となるように形成し、かつ該り形の各月に前記腕部
   を形成してなる半導体形静電容量式圧力センサ。 ３）ｉ特許請求の範囲第２項に記載のセンサにおいて１
   ．前記腕部を方形状金属層各辺の中央部に形成するとと
   もに、その中心部に測溝部を形、成してなる半導体形静
   電容量式圧力センサ。