JP3571765B2 - 半導体圧力検出装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体圧力検出装置、特に、ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は、従来の半導体圧力検出装置を示す概略側断面図である。図において、測定した圧力を電圧に変換するための半導体圧力検出素子であるシリコンチップ1は、台座例えばシリコン台座5上に搭載されている。このシリコン台座5は、シリコンチップ1に加わる外部からの応力を緩和するために設けられている。予めシリコンチップ1がダイボンドされたシリコン台座5は、ステム6にダイボンドにより載置される。このステム6には、外部からの圧力をシリコンチップ1に伝えるための圧力導入管7が設けられている。シリコンチップ1は、このシリコンチップ1にワイヤボンドされたワイヤ8と、ステム6に絶縁材12により保持されたリード9によって外部と電気的に接続されている。シリコンチップ1、ワイヤ8等は、大気解放口10を備えた金属製のキャップ11によって覆われている。
【0003】
従来の半導体圧力センサは上述したように構成され、圧力導入管7より印加された圧力がシリコンチップ1に加わり、シリコンチップ1により圧力が電圧に変換され、ワイヤ8及びリード9を介して外部に出力される。
【0004】
図9は、図8に示した半導体圧力検出装置のシリコンチップ1を示す平面図であり、図10はその側面図である。これらの図において、シリコンチップ1は、結晶系の(100)面を使用している。シリコンチップ1の裏面には薄肉部2が形成されており、この薄肉部2に対応したシリコンチップ1の表面の四隅には、ゲージ抵抗3a〜3dが形成されている。
【0005】
従来の半導体圧力検出装置は上述したように構成され、ゲージ抵抗3は図11に示すようにして形成していた。すなわち、従来のレーザー再結晶法による半導体圧力センサでは、レーザーにより加熱してシード13、14から(100)方向に再結晶化して再結晶シリコン膜15を得ていた。しかし、再結晶シリコン膜15の境目で結晶欠陥である結晶亜粒界16が生じる。従来、この結晶亜粒界16を避けるために、p形のゲージ抵抗3を配置している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような半導体圧力検出装置では、結晶亜粒界を避けてゲージ抵抗を配置しても、なお結晶亜粒界によってゲージ抵抗の抵抗値にばらつきが大きく、また、そのオフセット電圧も大きくばらつくという問題点があった。さらに、抵抗の温度変化率も同様に大きくばらつくため、半導体圧力検出装置の温度特性の補償が極めて困難となり、精度の高い半導体圧力検出装置が得られないという問題点もあった。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ゲージ抵抗値のばらつきがなく、精度の高い半導体圧力検出装置を得ることを目的とする。
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項第1項に係る発明は、一方の面のほぼ中央に薄肉部を有し、他方の面の上記薄肉部のエッジ部近傍にレーザ結晶法によりピエゾ抵抗素子からなるゲージ抵抗が酸化膜を介して単結晶基板上に複数個形成され、メタル配線が上記ゲージ抵抗の両端に電気的に接合されて形成されたシリコンチップを備えた半導体圧力検出装置であって、上記シリコンチップの結晶面は(100)面又はこれと等価な面であり、上記ゲージ抵抗はp型の導電型ゲージ抵抗であって(110)方向に沿って配置されていると共に、上記ゲージ抵抗の上記メタル配線間の領域を(100)方向に横切る結晶亜粒界に近接して高濃度p型拡散領域が形成されているものである。
【0010】
この発明の請求項第2項に係る発明は、ゲージ抵抗がエッジ部に沿ってかつ結晶亜粒界毎に鋸歯状に配置されているものである。
【0013】
【0014】
【作用】
この発明の請求項第1項においては、ゲージ抵抗を流れる電流は結晶亜粒界の部分では高濃度p型拡散領域に流れるので結晶欠陥の影響を受け難くなり、ゲージ抵抗値のばらつきが低減される。
【0016】
この発明の請求項第2項においては、ダイヤフラムのエッジ部近傍にゲージ抵抗を鋸歯状に形成することにより、測定感度を向上する。
【0019】
【実施例】
実施例1.
図1は、この発明の実施例1による半導体圧力検出装置を示す要部断面図であり、図2はその平面図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示しており、図1は図2におけるA−A線に沿った断面図である。これらの図において、単結晶基板21の上面には、酸化膜22が形成されており、この酸化膜22上には、酸化膜22にポリシリコンを塗布し単結晶基板21からレーザーにより結晶を成長させた再結晶シリコン膜23が形成されている。この再結晶シリコン膜23は、単結晶基板21と同様の結晶である。なお、単結晶は(100)面、又はこれと等価な面の単結晶を用いている。
【0020】
さらに、再結晶シリコン膜23をゲージ抵抗3Aの形状になるようにエッチングを施し、再結晶シリコン膜23にボロンを注入する。次に、再結晶シリコン膜23上にコンタクト部26を設ける。このコンタクト部26を介してゲージ抵抗3Aと電気的に接合してアルミニウム又は金などのメタル配線25が形成されている。
レーザーにより再結晶シリコン膜23を形成する際には、結晶亜粒界27が発生し、結晶欠陥が(100)方向に含まれる。この結晶亜粒界27の上面には、アルミニウム又は金などのメタル配線51が配置されている。
【0021】
上述したように構成された半導体圧力検出装置では、再結晶シリコン膜23で形成されたゲージ抵抗3Aに流れる電流は、結晶亜粒界27の部分ではメタル配線51に流れる。従って、ゲージ抵抗を流れる電流は、結晶欠陥の影響を受け難くなる。そのため、ゲージ抵抗値のばらつきはなくなり、精度の高い半導体圧力検出装置が得られる。
【0022】
実施例2.
図3は、この発明の実施例2による半導体圧力検出装置を示す要部断面図であり、図4はその平面図である。これらの図において、ゲージ抵抗3Bの結晶亜粒界27に近接する再結晶シリコン膜23に高濃度のボロンを注入した高濃度p型拡散領域であるP+領域28を形成する。このP+領域28では抵抗値が低くなり、結晶欠陥の影響を受けにくくなる。そのため、ゲージ抵抗値のばらつきはなくなり、精度の高い半導体圧力検出装置が得られる。
【0023】
実施例3.
図5は、この発明の実施例3による半導体圧力検出装置の要部を示す概略斜視図である。実施例1及び2では、ゲージ抵抗のピエゾ抵抗効果を利用するため、ゲージ抵抗は(110)方向に配置したが、この状態では結晶亜粒界27を含んでしまう。そこで、(100)方向にゲージ抵抗3Cを配置した。(100)方向にゲージ抵抗3Cを配置してピエゾ抵抗効果を得るために、n型の導電型ゲージ抵抗を形成した。
ゲージ抵抗3Cは(100)方向に形成されているため、結晶亜粒界27の影響を受けず、抵抗値及びその温度変化率のばらつきがなく、精度の高い半導体圧力検出装置が得られる。
【0024】
実施例4.
図6は、半導体圧力検出装置のシリコンチップ1を示す側断面図である。図において、シリコンチップ1に形成されたダイヤフラム30に圧力が印加されると、ダイヤフラム30が歪み応力を発生する。(100)面を使用する場合、ダイヤフラム30のエッジ部31にゲージ抵抗3Dを配置すると最も抵抗値の変化率が大きく感度の高い半導体圧力検出装置が得られることは良く知られている。
【0025】
そこで、図7に示すように、ゲージ抵抗3Dをダイヤフラム30のエッジ部31に近付けるために、ゲージ抵抗3Dを階段状ないし鋸歯状にしたものである。このような構成によって、感度の高い半導体圧力検出装置を得ることができる。また、結晶亜粒界27の上面にメタル配線51を施し、又は結晶亜粒界27に近接してP+領域28を形成することもできる。これにより、上述と同様に高精度な半導体圧力検出装置が得られる。
【0026】
【0027】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の請求項第1項は、一方の面のほぼ中央に薄肉部を有し、他方の面の上記薄肉部のエッジ部近傍にレーザ結晶法によりピエゾ抵抗素子からなるゲージ抵抗が酸化膜を介して単結晶基板上に複数個形成され、メタル配線が上記ゲート抵抗の両端に電気的に接合して形成されたシリコンチップを備えた半導体圧力検出装置であって、上記シリコンチップの結晶面は(100)面又はこれと等価な面であり、上記ゲージ抵抗はp型の導電型ゲージ抵抗であって(110)方向に沿って配置されていると共に、上記ゲージ抵抗の上記メタル配線間の領域を(100)方向に横切る結晶亜粒界に近接して高濃度p型拡散領域が形成されているので、高濃度p型拡散領域で抵抗値が低くなりゲージ抵抗値のばらつきはなくなると共に、精度の高い半導体圧力検出装置が得られるという効果を奏する。
【0029】
この発明の請求項第2項は、ゲージ抵抗がエッジ部に沿ってかつ結晶亜粒界毎に鋸歯状に配置されているので、感度の高い半導体圧力検出装置が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1による半導体圧力検出装置を示す要部断面図である。
【図2】この発明の実施例1による半導体圧力検出装置を示す平面図である。
【図3】この発明の実施例2による半導体圧力検出装置を示す要部断面図である。
【図4】この発明の実施例2による半導体圧力検出装置を示す平面図である。
【図5】この発明の実施例3による半導体圧力検出装置の要部を示す概略斜視図である。
【図6】この発明の実施例4による半導体圧力検出装置のシリコンチップを示す側断面図である。
【図7】この発明の実施例4による半導体圧力検出装置のゲージ抵抗を示す要部平面図である。
【図8】従来の半導体圧力検出装置を示す概略側断面図である。
【図9】図8に示した半導体圧力検出装置のシリコンチップの平面図である。
【図10】図9に示したシリコンチップの平面図である。
【図11】従来の半導体圧力検出装置のゲージ抵抗を示す要部平面図である。
【符号の説明】
3A、3B、3D ゲージ抵抗、21 単結晶シリコン、22、24 酸化膜、25、51 メタル配線、26 コンタクト部、27 結晶亜粒界、28 P+領域、30 ダイヤフラム、31 エッジ部。
Claims (2)
- 一方の面のほぼ中央に薄肉部を有し、他方の面の上記薄肉部のエッジ部近傍にレーザ結晶法によりピエゾ抵抗素子からなるゲージ抵抗が酸化膜を介して単結晶基板上に複数個形成され、メタル配線が上記ゲージ抵抗の両端に電気的に接合されて形成されたシリコンチップを備えた半導体圧力検出装置であって、上記シリコンチップの結晶面は(100)面又はこれと等価な面であり、上記ゲージ抵抗はp型の導電型ゲージ抵抗であって(110)方向に沿って配置されていると共に、上記ゲージ抵抗の上記メタル配線間の領域を(100)方向に横切る結晶亜粒界に近接して高濃度p型拡散領域が形成されていることを特徴とする半導体圧力検出装置。
- ゲージ抵抗がエッジ部に沿ってかつ結晶亜粒界毎に鋸歯状に配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体圧力検出装置。
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