JP2650455B2 - 半導体圧力センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体圧力センサに関し、詳しくは、集積
回路部（一個の回路素子で構成されてもよい）と一体集
積された半導体圧力センサに関する。

［従来の技術］ 本出願人の出願にかかわる特開昭62−266875号公報
は、例えば第４図に示すように、単結晶シリコン基板1a
の一主面をエッチングして形成されたダイヤフラム部7a
と、ダイヤフラム部7aの周辺において単結晶シリコン基
板1aの他主面に不純物をドープして形成された集積回路
部8aと、ダイヤフラム部7aを除いて集積回路部8aの表面
に形成されたパッシベーション膜6aとを備える半導体圧
力センサを開示している。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように、集積回路部8aをもつ半導体圧力セン
サでは集積回路部8aの保護のためにパッシベーション膜
6aを設ける必要がある。ただ、パッシベーション膜6aを
ダイヤフラム部7a上に被着すると、パッシベーション膜
形成時に発生するパッシベーション膜6aの歪みや、パッ
シベーション膜6aとシリコン基板1a（正確にはその上の
フィールド酸化膜）との熱膨張率の差に起因する界面歪
などのために、圧力センサの出力特性、特に温度特性が
劣化し、出力感度も低下する。

従って上記公報に開示されるようにダイヤフラム部7a
表面のパッシベーション膜6aを除去することが好まし
が、この場合、ダイヤフラム部7a近傍に位置するパッシ
ベーション膜6aの端縁部60aにおいて、第３図に実線で
示すように応力集中が生じ、温度変化により生じる熱応
力の集中により、出力特性、特に温度特性が劣化する。

本発明は上記問題の改善を図って、ダイヤフラム部近
傍における応力集中の低減により出力特性変動の低減が
可能な半導体圧力センサを提供することを、その解決す
べき課題としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体圧力センサは、単結晶シリコン基板の
一主面をエッチングして形成されるとともにピエゾ拡散
ゲージが形成されたダイヤフラム部と、該ダイヤフラム
部の周辺において前記単結晶シリコン基板の他主面に形
成された集積回路部と、BPSG膜と窒化シリコン膜と窒化
シリコン膜及び酸化シリコン膜からなる２層膜とのうち
のいずれかからなり、前記ダイヤフラム部以外の少なく
とも前記集積回路部の表面に覆って形成された集積回路
部保護用のパッシベーション膜と、前記パッシベーショ
ン膜よりも変形容易な性質を有するとともに、前記ダイ
ヤフラム部側の前記パッシベーション膜の端縁部と前記
単結晶シリコン基板との間に位置して前記ダイヤフラム
部の周縁部に沿いつつ帯状に配設される応力吸収緩和膜
とを備えることを特徴としている。

応力吸収緩和膜としては、例えば、アルミニウム、
金、などの軟質金属膜を採用することができ、膜厚は0.
5μｍ以上とすることが好ましい。このような軟質金属
膜は、上記応力集中より塑性変形（弾性変形も伴う）し
て応力を緩和する。また、ポリイミドなどの樹脂膜を採
用することができる。このような樹脂膜は大きな弾性率
をもつので応力吸収能に富む。その他、応力吸収緩和膜
は単一膜でなく複層膜としてもよい。

［作用］ ダイヤフラム部の境界部分に位置するパッシベーショ
ン膜の端縁部において、ダイヤフラム部の歪みによる応
力は、応力吸収緩和膜の変形により吸収され、その結
果、ダイヤフラム部の境界部分における応力集中は防止
される。

［発明の効果］ 上記したように、本発明の半導体圧力センサでは、集
積回路部が一体集積された半導体圧力センサにおいてパ
ッシベーション膜の端縁部がダイヤフラム部の境界部分
で変形容易な応力吸収緩和膜上に設けられているので、
このパッシベーション膜の端縁部に応力が集中するのを
防止して、この応力集中による出力特性劣化を防止する
ことができる。

更に説明すると、本発明によれば、パッシベーション
膜を重ねることによるダイヤフラム部の感度特性の劣化
を回避しつつ集積回路部を汚染から保護することができ
るとともに、パッシベーション膜の端部近傍において最
大となる応力集中を応力吸収緩和膜の変形により緩和さ
せ、これにより、上記応力に起因する出力特性の変動を
抑止することができる。

［実施例］ 本発明の半導体圧力センサの一実施例をについて、そ
の平面図を第１図に、そのＡ−Ａ′線矢視断面図を第２
図に示す。

この半導体圧力センサは、所定の結晶軸を有するシリ
コン基板１、シリコン基板１の一主面に形成された薄肉
のダイヤフラム部７、ダイヤフラム部７に設けられたピ
エゾ拡散ゲージ２、シリコン基板１の他主面に形成され
たアンプ回路（集積回路部）８、ダイヤフラム部７を除
きアンプ回路８の表面に形成されたパッシベーション膜
６、ダイヤフラム部７の境界部分においてシリコン基板
１のフィールド酸化膜４上に配設された応力吸収緩和膜
９を備えている。

そして、パッシベーション膜６の端縁部は、応力吸収
緩和膜９の表面上に被着されている。

ダイヤフラム部７は、水酸化カリウム（KOH）等の異
方性エッチング液を用いる異方性エッチングにより形成
される。

ピエゾ拡散ゲージ２は、シリコン基板１の表面部にイ
オン注入技術等によりダイヤフラム部７の中央部に一
対、図中左右周辺部に各一個形成されており、各ピエゾ
拡散ゲージ２は拡散リード３によりブリッジ結線されて
いる。

アンプ回路（集積回路部）８は、バイポーラIC又はＣ
−MOSIC等からなり、ピエゾ拡散ゲージ２からなるブリ
ッジの信号電圧を増幅して外部に出力する。

フィールド酸化膜４は、CVD法により形成された二酸
化シリコン膜からなり、１μｍの厚さをもつ。

応力吸収緩和膜９は、ダイヤフラム部の周辺部分にお
いてAl配線層５と同一の真空蒸着工程によりフィールド
酸化膜４表面に形成されている。応力吸収緩和膜９はA
l、又はSi添加Alからなり、0.5〜２μｍの厚さと25〜10
0μｍの幅とをもち、正方形のダイヤフラム部７の周縁
部に帯状に形成されている。

パッシベーション膜６は、BPSG、SiNなどからなり、
0.5〜２μｍの厚さをもつ。パッシベーション膜６の内
側の端縁部60は応力吸収緩和膜９の表面上に形成されて
いる。

この実施例の半導体圧力センサは、例えば上述の先行
技術に開示されるような周知の製造プロセス製造できる
ので、製造工程の詳細説明は省略する。

この半導体圧力センサにおいて、アルミ製の応力吸収
緩和膜９は軟質で塑性変形しやすく、パッシベーション
膜６の端縁部60で生じる応力集中を緩和させる。

パッシベーション膜６の端縁部60近傍の熱応力分布を
FEMにより解析した結果を第３図に示す。なお、ダイヤ
フラム７の一辺は約1.4mm、パッシベーション膜６が被
着され集積回路部が設けられるシリコン基板１の周辺部
の幅を0.75mmとした。パッシベーション膜６は、0.4μ
ｍ厚のリンを含むSiO₂膜とその上に0.6μｍ厚のSiN膜と
の２層膜とした。

図中、（ａ）はダイヤフラム部７にもパッシベーショ
ン膜６を設けた場合、（ｂ）はダイヤフラム部７のパッ
シベーション膜６を除去した場合、（ｃ）は応力吸収緩
和膜９を設けた場合である。

すなわち、アンプ回路部８のみにパッシベーション膜
６を配置した場合、ダイヤフラム部７上ではほとんど熱
応力を発生しないが、ダイヤフラム部７の周辺で応力集
中が生じかつ端縁部60において応力の変曲点が生じるこ
とがわかる。一部のピエゾ拡散ゲージ２は、ダイヤフラ
ム部７の周辺部に配置されるので、この応力集中の影響
を受けて特性が変化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図はその
Ａ−Ａ′線矢視断面図、第３図はこの実施例及び従来例
におけるパッシベーション膜による応力分布を示す応力
分布図、第４図は従来の半導体圧力センサの一部断面図
である。 １……単結晶シリコン基板、２……ピエゾ拡散ゲージ、
４……フィールド酸化膜、５……アルミ配線層、６……
パッシベーション膜、７……ダイヤフラム部、８……ア
ンプ回路（集積回路部）、９……応力吸収緩和膜

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単結晶シリコン基板の一主面をエッチング
   して形成されるとともにピエゾ拡散ゲージが形成された
   ダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部の周辺において前
   記単結晶シリコン基板の他主面に形成された集積回路部
   とBPSG膜と窒化シリコン膜と、窒化シリコン膜及び酸化
   シリコン膜からなる２層膜とのうちのいずれかからな
   り、前記ダイヤフラム部以外の少なくとも前記集積回路
   部の表面を覆って形成された集積回路部保護用のパッシ
   ベーション膜と、前記パッシベーション膜よりも変形容
   易な性質を有するとともに、前記ダイヤフラム部側の前
   記パッシベーション膜の端縁部と前記単結晶シリコン基
   板との間に位置して前記ダイヤフラム部の周縁部に沿い
   つつ帯状に配設される応力吸収緩和膜とを備えることを
   特徴とする半導体圧力センサ。