特許 6981901 ピエゾ抵抗型センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6981901

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】ピエゾ抵抗型センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 9/00 20060101AFI20211206BHJP

   G01P 15/12 20060101ALI20211206BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   G01L9/00 303A

   G01L9/00 303E

   G01L9/00 303F

   G01P15/12 D

   H01L29/84 A

   H01L29/84 B

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-45377(P2018-45377)

(22)【出願日】2018年3月13日

(65)【公開番号】特開2019-158576(P2019-158576A)

(43)【公開日】2019年9月19日

【審査請求日】2020年9月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】米田 雅之

(72)【発明者】

【氏名】東條 博史

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−２０４４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−００４５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１３１０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５０８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１４８７８８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２

Ｇ０１Ｌ ２７／００−２７／０２

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

Ｇ０１Ｐ １５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体層に形成された第１導電型の不純物が導入されたピエゾ抵抗領域と、
前記ピエゾ抵抗領域が形成されている領域の上部を覆って前記半導体層に形成された第２導電型の不純物が導入された保護領域と、
前記ピエゾ抵抗領域に接続し、前記保護領域が形成されている領域以外で前記半導体層の表面に到達して形成された第１導電型の不純物が導入されたコンタクト領域と
を備え、
前記ピエゾ抵抗領域の不純物濃度＜前記保護領域の不純物濃度＜前記コンタクト領域の不純物濃度とされ、
前記コンタクト領域は、前記ピエゾ抵抗領域に接続する第１コンタクト領域と、前記半導体層の表面に到達する第２コンタクト領域とを備え、
前記ピエゾ抵抗領域の不純物濃度＜前記保護領域の不純物濃度＜前記第１コンタクト領域の不純物濃度＜前記第２コンタクト領域の不純物濃度とされていることを特徴とするピエゾ抵抗型センサ。

【請求項2】

請求項１記載のピエゾ抵抗型センサにおいて、
前記半導体層の表面側で前記コンタクト領域にオーミック接続する電極を更に備えることを特徴とするピエゾ抵抗型センサ。

【請求項3】

請求項１または２記載のピエゾ抵抗型センサにおいて、
前記半導体層に形成された周囲より薄くされたダイヤフラムを備え、
前記ピエゾ抵抗領域は、前記ダイヤフラムに形成されていることを特徴とするピエゾ抵抗型センサ。

【請求項4】

請求項３記載のピエゾ抵抗型センサにおいて、
前記ダイヤフラムは、平面視矩形に形成され、
４つの前記ピエゾ抵抗領域が、前記ダイヤフラムの各辺に配置されていることを特徴とするピエゾ抵抗型センサ。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載のピエゾ抵抗型センサにおいて、
ｎ型の不純物は、リンであり、ｐ型の不純物はホウ素であることを特徴とするピエゾ抵抗型センサ。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載のピエゾ抵抗型センサにおいて、
前記半導体層は、シリコンから構成されていることを特徴とするピエゾ抵抗型センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体層によるダイヤフラムにピエゾ抵抗領域を備えるピエゾ抵抗型センサに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、圧力を受けたダイヤフラムのたわみ量、すなわち変位より圧力値を出力する圧力センサは、半導体設備をはじめ、工業用途で広く使用されている。この種の圧力センサには、ピエゾ抵抗効果を利用してダイヤフラムの変位を応力として検出し、検出した応力から圧力値を出力するピエゾ抵抗型がある。このような、ピエゾ抵抗効果を利用するピエゾ抵抗型センサは、一般的にはｎ型の半導体基板に形成されたダイヤフラムに、ｐ型不純物を導入したピエゾ抵抗領域を形成した素子構造を有する。

【0003】

また特許文献１には、上述したピエゾ抵抗領域の上にｎ型の不純物を導入した領域からなる保護領域を形成し、ピエゾ抵抗領域の上部を覆うことが開示されている。このような素子構造のピエゾ抵抗型センサ（半導体圧力センサ）によれば、半導体基板の表面に設けられる絶縁保護膜（例えば二酸化ケイ素）中や表面に付着するナトリウムイオンなどの汚染物質の影響を受け難くすることができ、ピエゾ抵抗領域の安定化を図って高精度・高感度なセンサ動作特性を実現することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公昭６０−３２９９３号公報

【特許文献2】特開２０１１−０１３１７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところでピエゾ抵抗領域の感度を高めるべくピエゾ抵抗領域におけるｐ型不純物の濃度を低くした場合、ピエゾ抵抗領域と電極との電気的な接続を実現することが困難となる。このため、ピエゾ抵抗領域に接続してより高濃度にｐ型不純物を導入したコンタクト領域を形成し、このコンタクト領域に電極を電気的に接続（オーミック接続）することで、電極とピエゾ抵抗領域との電気的な接続が実現されている（特許文献２参照）。

【0006】

しかしながらこれらのピエゾ抵抗領域（高濃度のｐ型不純物領域および低濃度のｐ型不純物領域）の表面にｎ型の不純物領域（保護領域）を形成し、これらのｐ型不純物領域が保護領域で完全に覆われるようにしようとしても、高濃度のｐ型不純物領域からなるコンタクト領域の表面を反転させる（ｎ型不純物領域にする）ことは非常に困難である。仮に、保護領域におけるｎ型の不純物濃度を高くした場合、高濃度のｐ型不純物領域との間にｐｎ接合が形成されるため、このブレークダウン電圧（逆方向耐電圧）が低くなり、実用に供し得ないと言う新たな問題が生じる。

【0007】

上述したように、従来の技術では、ピエゾ抵抗領域を保護領域で完全に覆う状態とすることが容易ではなく、ピエゾ抵抗型センサの動作特性が不安定になり、例えば、使用温度範囲を狭めていた。

【0008】

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ピエゾ抵抗型センサの動作特性をより安定なものにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係るピエゾ抵抗型センサは、半導体層に形成された第１導電型の不純物が導入されたピエゾ抵抗領域と、ピエゾ抵抗領域が形成されている領域の上部を覆って半導体層に形成された第２導電型の不純物が導入された保護領域と、ピエゾ抵抗領域に接続し、保護領域が形成されている領域以外で半導体層の表面に到達して形成された第１導電型の不純物が導入されたコンタクト領域とを備え、ピエゾ抵抗領域の不純物濃度＜保護領域の不純物濃度＜コンタクト領域の不純物濃度とされている。

【0010】

上記ピエゾ抵抗型センサにおいて、半導体層の表面側でコンタクト領域にオーミック接続する電極を更に備える。

【0011】

上記ピエゾ抵抗型センサにおいて、半導体層は、例えば、シリコンから構成されていればよい。

【0012】

上記ピエゾ抵抗型センサにおいて、コンタクト領域は、ピエゾ抵抗領域に接続する第１コンタクト領域と、半導体層の表面に到達する第２コンタクト領域とを備え、ピエゾ抵抗領域の不純物濃度＜保護領域の不純物濃度＜第１コンタクト領域の不純物濃度＜第２コンタクト領域の不純物濃度とされている。

【0013】

上記ピエゾ抵抗型センサにおいて、半導体層に形成された周囲より薄くされたダイヤフラムを備え、ピエゾ抵抗領域は、ダイヤフラムに形成されている。例えば、ダイヤフラムは、平面視矩形に形成され、４つのピエゾ抵抗領域が、ダイヤフラムの各辺に配置されている。

【0014】

上記ピエゾ抵抗型センサにおいて、ｎ型の不純物は、リンであり、ｐ型の不純物はホウ素であればよい。

【0015】

上記ピエゾ抵抗型センサにおいて、半導体層は、シリコンから構成されていればよい。

【発明の効果】

【0016】

以上説明したように、本発明によれば、第１導電型のピエゾ抵抗領域の上部を覆って第２導電型の保護領域を形成し、ピエゾ抵抗領域に接続する第１導電型のコンタクト領域を形成し、ピエゾ抵抗領域の不純物濃度＜保護領域の不純物濃度＜コンタクト領域としたので、ピエゾ抵抗型センサの動作特性がより安定にものとなるという優れた効果が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１におけるピエゾ抵抗型センサの構成を示す断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態１におけるピエゾ抵抗型センサの構成を示す平面図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサの構成を示す断面図である。

【図4A】図４Ａは、本発明の実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサの製造方法の説明における途中工程の状態を示す断面図である。

【図4B】図４Ｂは、本発明の実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサの製造方法の説明における途中工程の状態を示す断面図である。

【図4C】図４Ｃは、本発明の実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサの製造方法の説明における途中工程の状態を示す断面図である。

【図4D】図４Ｄは、本発明の実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサの製造方法の説明における途中工程の状態を示す断面図である。

【図4E】図４Ｅは、本発明の実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサの製造方法の説明における途中工程の状態を示す断面図である。

【図5】図５は、各不純物導入領域の厚さ方向の濃度プロファイルを示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態について説明する。

【0019】

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１におけるピエゾ抵抗型センサについて図１を参照して説明する。実施の形態１におけるピエゾ抵抗型センサは、素子領域１００に、ピエゾ抵抗領域１０２、保護領域１０３、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂ、電極１０５ａ，１０５ｂを備える。

【0020】

ピエゾ抵抗領域１０２は、半導体層１０１に形成された第１導電型の不純物が導入された領域である。半導体層１０１は、例えば、シリコンから構成されている。半導体層１０１は、例えば、シリコン基板の表面側の部分である。また、半導体層１０１は、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）の表面シリコン層であってもよい。また、第１導電型は、例えば、ｐ型である。ピエゾ抵抗領域１０２は、シリコンからなる半導体層１０１に、ｐ型不純物であるホウ素（Ｂ）が導入されたｐ型の領域である。

【0021】

また、保護領域１０３は、ピエゾ抵抗領域１０２が形成されている領域の上部を覆って半導体層１０１に形成された第２導電型の不純物が導入された領域である。第２導電型は、例えば、ｎ型である。保護領域１０３は、シリコンからなる半導体層１０１に、ｎ型不純物であるリン（Ｐ）が導入されたｎ型の領域である。

【0022】

また、保護領域１０３は、平面視で、ピエゾ抵抗領域１０２の全域を覆っている。保護領域１０３は、平面視で、ピエゾ抵抗領域１０２以上の面積とされている。なお、保護領域１０３は、半導体層１０１の厚さ方向において、ピエゾ抵抗領域１０２より半導体層１０１の表面側に形成されていればよい。保護領域１０３は、ピエゾ抵抗領域１０２に接して形成されている必要は無い。

【0023】

また、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂは、ピエゾ抵抗領域１０２に接続し、保護領域が形成されている領域以外で半導体層１０１の表面に到達して形成された第１導電型（例えばｐ型の）の不純物が導入された領域である。電極１０５ａ，１０５ｂは、半導体層１０１の表面側で、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂの各々にオーミック接続する。電極１０５ａ，１０５ｂは、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属から構成されている。

【0024】

また、実施の形態１におけるピエゾ抵抗型センサは、「ピエゾ抵抗領域１０２の不純物濃度＜保護領域１０３の不純物濃度＜コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂの不純物濃度」とされている。なお、各不純物は、例えば、よく知られたイオン注入法により導入することができる。

【0025】

なお、実施の形態１において、半導体層１０１の表面には、酸化シリコンなどの絶縁材料から構成された絶縁層１０６が形成されている。電極１０５ａ，１０５ｂは、絶縁層１０６の上に形成され、絶縁層１０６を貫通してコンタクト領域１０４ａ，１０４ｂにオーミック接続している。

【0026】

このような素子構造のピエゾ抵抗型センサによれば、表面にナトリウムイオン等の汚染物質（プラスイオン）が付着しても、電気的な影響を、半導体層１０１の表面側に配置されている保護領域１０３内にとどめることができる。このため、保護領域１０３より深い方に配置されているピエゾ抵抗領域１０２は、汚染物質による影響を受けることがない。

【0027】

また、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂは、ピエゾ抵抗領域１０２より不純物濃度が高く、また、電極１０５ａ，１０５ｂとオーミック接続する程度に高い不純物濃度とされている。このため、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂに上述の汚染物質が付着しても、当該領域に大きな空乏層が形成されることがなく、汚染物質による影響を十分に小さくすることができる。

【0028】

より詳細に説明する。ピエゾ抵抗領域の表面側にナトリウムイオンなどの汚染物質が存在すると、不安定性の原因となる。最も一般的な、ｐ型の不純物領域によるピエゾ抵抗の場合、ナトリウムイオンなどが存在するとピエゾ抵抗領域の表層部で空乏領域が形成され、また、ピエゾ抵抗領域の不純物濃度によっては、反転層が形成される。

【0029】

このように、空乏領域や反転層が形成されると、シート抵抗が変化する。この問題により、ピエゾ抵抗領域の抵抗値が変動する。結果として、センサの出力精度の低下や、出力不安定などの現象を引き起こす。ここで、反転層を形成するための閾値電圧Ｖ_thは、以下の式に示される。ｐ型でピエゾ抵抗領域を形成した時、ピエゾ抵抗領域の不純物濃度＝ＮＡとなり、閾値電圧Ｖ_thはピエゾ抵抗の不純物濃度依存性を持つ。また、ナトリウムイオンによる電荷はＶ_thと同様の効果を持つ。よって、ピエゾ抵抗領域の不純物濃度が低いほど、ナトリウムイオンなど稼動電荷の影響を受け易い。ピエゾ抵抗領域として最も高感度な約１０¹⁸ｃｍ^-3付近の濃度の場合、僅かに数Ｖ程度に相当する電荷量で影響されることになる。

【0030】

【数1】

【0031】

ここで、電極とのコンタクトのために、単にピエゾ抵抗領域の不純物濃度を高くすると、イオン注入法で異なる導電型の保護領域を形成すると、ピエゾ抵抗領域の全域を保護領域で覆うことが事実上できない。イオン注入法では、周辺部の不純物濃度が中途半端に低下し、上述した汚染物質のイオンの影響を受けやすくなる。また、この影響を抑制するために、保護領域をより高濃度の不純物領域で形成すると、ブレークダウン電圧の著しい低下が起きるため実使用上不可能となる。

【0032】

これに対し、実施の形態によれば、前述したように、「ピエゾ抵抗領域１０２の不純物濃度＜保護領域１０３の不純物濃度＜コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂの不純物濃度」としたので、上述した問題が抑制され、ピエゾ抵抗領域１０２およびコンタクト領域１０４ａ，１０４ｂにおけるシート抵抗の変化が最小限に抑制され、動作特性の安定した高感度なピエゾ抵抗型のセンサが実現できる。このような実施の形態１におけるピエゾ抵抗型センサは、例えば圧力センサや加速度センサとして用いることが可能となる。

【0033】

例えば、図２に示すように、半導体層１０１に、周囲より薄くした平面視矩形のダイヤフラム１２１を形成し、ダイヤフラム１２１の４つの辺にピエゾ抵抗領域が配置されるように、４つの素子領域１００を配置し、４個のピエゾ抵抗領域をブリッジ接続すれば、ダイヤフラム１２１を受圧部とする圧力センサとすることができる。圧力を受けたダイヤフラム１２１の変形に伴う４つのピエゾ抵抗領域の抵抗値の変化を、ブリッジ出力として検出することで、圧力が検出可能となる。加速度センサも、ほぼ同様な構造を有する。

【0034】

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサについて図３を参照して説明する。実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサは、素子領域１００に、ピエゾ抵抗領域１０２、保護領域１０３、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂ、電極１０５ａ，１０５ｂを備える。また、半導体層１０１の表面には、絶縁層１０６が形成されている。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。

【0035】

実施の形態２では、コンタクト領域１０４ａが、ピエゾ抵抗領域１０２に接続する第１コンタクト領域１４１ａと、半導体層１０１の表面に到達する第２コンタクト領域１４２ａとを備える。コンタクト領域１０４ｂも同様に、ピエゾ抵抗領域１０２に接続する第１コンタクト領域１４１ｂと、半導体層１０１の表面に到達する第２コンタクト領域１４２ｂとを備える。実施の形態２では、電極１０５ａ，１０５ｂは、半導体層１０１の表面側で第２コンタクト領域１４２ａ，１４２ｂの各々にオーミック接続する。

【0036】

また、「ピエゾ抵抗領域１０２の不純物濃度＜保護領域１０３の不純物濃度＜第１コンタクト領域１４１ａ，１４１ｂの不純物濃度＜第２コンタクト領域１４２ａ，１４２ｂの不純物濃度」とされている。

【0037】

第１コンタクト領域１４１ａ，１４１ｂは、半導体層１０１の厚さ方向において、ピエゾ抵抗領域１０２と同程度の深さに形成されている。平面視で、ピエゾ抵抗領域１０２の一端の側に接して第１コンタクト領域１４１ａが形成され、ピエゾ抵抗領域１０２の他端の側に第１コンタクト領域１４１ｂが形成されている。

【0038】

また、第２コンタクト領域１４２ａ，１４２ｂは、半導体層１０１の厚さ方向において、保護領域１０３と同程度の深さに形成されている。

【0039】

実施の形態２よれば、ピエゾ抵抗領域１０２とコンタクト領域１０４ａ，１０４ｂとの接触箇所における不純物濃度差をあまり大きくすることなく、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂと電極１０５ａ，１０５ｂとのオーミック接続がより良好にとれるようになる。実施の形態２によれば、ピエゾ抵抗領域１０２−第１コンタクト領域１４１ａ，１４１ｂ−第２コンタクト領域１４２ａ，１４２ｂの経路の不純物濃度をなだらかにすることができる。

【0040】

以下、実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサの製造方法について、図４Ａ〜図４Ｅを参照して説明する。

【0041】

まず、図４Ａに示すように、半導体層１０１の上に開口部２０１ａを備える無機マスク層２０１を形成する。開口部２０１ａは、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂを形成する箇所に配置する。例えば、半導体層１０１の上に、スパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの堆積法により酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの無機絶縁材料を堆積して酸化シリコン層を形成する。次いで、形成した酸化シリコン層を、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、開口部２０１ａを形成して無機マスク層２０１とすればよい。酸化シリコン層は、半導体層１０１がシリコンの場合、この表面を熱酸化して形成してもよい。エッチングにおいては、例えば、フッ酸（ＨＦ）をエッチャントしたウエットエッチングにより、酸化シリコンを選択的にエッチングすることで、開口部２０１ａを形成することができる。

【0042】

次に、よく知られたイオン注入法により、無機マスク層２０１を用いて選択的に半導体層１０１にホウ素をイオン注入することで、ｐ型不純物領域２０２を形成する。ここでは、前述した第２コンタクト領域１４２ａ，１４２ｂが形成される領域程度の深さまでｐ型不純物が導入されるように、所定の注入エネルギーでイオン注入する。

【0043】

次に、図４Ｂに示すように、イオン注入法により、無機マスク層２０１を用いて選択的に半導体層１０１に、再度ホウ素をイオン注入することで、第１コンタクト領域１４１ａ，１４１ｂおよび第２コンタクト領域１４２ａ，１４２ｂを形成する。この工程では、第１コンタクト領域１４１ａ，１４１ｂが形成される程度の深さまでｐ型不純物が導入されるように、所定の注入エネルギーでイオン注入する。

【0044】

上述した２回のイオン注入により、第２コンタクト領域１４２ａ，１４２ｂ（ｐ型不純物領域２０２）には、不純物の導入が２回されることになり、不純物濃度がより高濃度となる。１回のイオン注入で、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂを形成しようとすると、一般的には、半導体層１０１の表面側の不純物濃度を高くすることが容易ではないが、上述したように２回のイオン注入により、表面側の不純物濃度を、十分に高くすることができる。

【0045】

次に、図４Ｃに示すように、半導体層１０１の上に開口部２０３ａを備える無機マスク層２０３を形成する。開口部２０３ａは、ピエゾ抵抗領域１０２およびコンタクト領域１０４ａ，１０４ｂを形成する箇所に配置する。ここで、開口部２０３ａの領域は、前述した無機マスク層２０１の開口部２０１ａの領域が含まれている。したがって、例えば、無機マスク層２０１に新たに開口部２０３ａを形成することで、無機マスク層２０３とすればよい。なお、無機マスク層２０１を除去した後、前述同様にすることで、新たに無機マスク層２０３を形成してもよい。

【0046】

次に、イオン注入法により、無機マスク層２０３を用いて選択的に半導体層１０１に、再度ホウ素をイオン注入することで、ｐ型不純物領域２０４を形成する。ここでは、ピエゾ抵抗領域１０２が形成される領域程度の深さまでｐ型不純物が導入されるように、所定の注入エネルギーでイオン注入する。ｐ型不純物領域２０４は、ピエゾ抵抗領域１０２となる領域である。

【0047】

次に、無機マスク層２０３を除去した後、図４Ｄに示すように、半導体層１０１の上に開口部２０５ａを備える無機マスク層２０５を形成する。開口部２０５ａは、保護領域１０３を形成する箇所に配置する。前述同様に、半導体層１０１の上に、酸化シリコン層を形成し、形成した酸化シリコン層を、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、開口部２０５ａを形成して無機マスク層２０５とすればよい。

【0048】

次に、イオン注入法により、無機マスク層２０５を用いて選択的に半導体層１０１にリンをイオン注入することで、ｎ型不純物領域である保護領域１０３を形成する。これにより、ｐ型不純物領域であるピエゾ抵抗領域１０２の上を覆う状態に、保護領域１０３が形成される。ここでは、保護領域１０３が形成される領域程度の深さまでｎ型不純物が導入されるように、所定の注入エネルギーでイオン注入する。

【0049】

なお、上述した不純物導入領域の形成においては、イオン注入をした後に、注入したイオンを活性化するための加熱処理を行う。

【0050】

次に、無機マスク層２０５を除去した後、図４Ｅに示すように、絶縁層１０６を形成し、また、絶縁層１０６に、貫通孔１０６ａを形成する。例えば、所定の堆積法により酸化シリコンを堆積して絶縁層１０６を形成する。次いで、形成した絶縁層１０６を、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、貫通孔１０６ａを形成すればよい。

【0051】

この後、絶縁層１０６の上に、電極１０５ａ，１０５ｂを形成する領域に開口部を有するマスクパターン（不図示）を形成し、このマスクパターンの上に所定の金属を堆積して金属膜を形成する。例えば、よく知られた蒸着法やめっき法により金属膜を形成すればよい。次いで、マスクパターンを除去（リフトオフ）することで、図３に示すように、電極１０５ａ，１０５ｂを形成する。

【0052】

次に、上述した各不純物導入領域における、半導体層１０１の深さ方向における濃度プロファイルについて、図５を参照して説明する。各不純物導入領域の不純物濃度は、深さによって変化し、図５に示すようなプロファイルを持つ。
図５において、特性（ａ）は、平面視でピエゾ抵抗領域１０２（保護領域１０３）の領域におけるｐ型不純物の濃度プロファイルである。特性（ｂ）は、平面視で保護領域１０３（ピエゾ抵抗領域１０２）の領域におけるｎ型不純物の濃度プロファイルである。

【0053】

また、図５において、特性（ｃ）は、平面視で、２回のイオン注入で形成したコンタクト領域１０４ａ，１０４ｂ（実施の形態２）の領域におけるｐ型不純物の濃度プロファイルである。また、図５において、特性（ｄ）は、平面視で、１回のイオン注入で形成したコンタクト領域１０４ａ，１０４ｂ（実施の形態１）の領域におけるｐ型不純物の濃度プロファイルである。

【0054】

図５に示すように、イオン注入により形成される不純物領域の不純物濃度は、深さにより変化する。したがって、ピエゾ抵抗領域１０２においては、所定の深さにおいて不純物ピーク濃度が所定の感度を呈する「ピエゾ抵抗領域不純物濃度」となるように設定する。

【0055】

また、保護領域１０３においては、表面側の「保護領域不純物濃度」の領域が、ピエゾ抵抗領域１０２の形成領域が下側となりこの領域を完全に覆うように、「ピエゾ抵抗領域不純物濃度」よりも高く設定される。

【0056】

ところで、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂにおいては、１回のイオン注入で形成すると、所定の深さにおいて「ピエゾ抵抗領域不純物濃度」よりも高くなるように設定しても、一般的には特性（ｄ）に示すように、表面側の不純物濃度が低下する。これに対し、２回のイオン注入で形成すれば、特性（ｃ）に示すように、所定の深さにおいて「ピエゾ抵抗領域不純物濃度」よりも高くなり、表面側においても充分に高い不純物濃度が得られるようになる。

【0057】

上述した説明から分かるように、複数回のイオン注入により各不純物領域を形成することで、ピエゾ抵抗領域１０２、保護領域１０３、コンタクト領域１０４ａ，１０４ｂにおける所望とする濃度分布の状態が、より容易に実現できる。このように、イオン注入法を用いることで、前述した実施の形態２におけるピエゾ抵抗型センサの各不純物領域が、容易にかつ効果的に形成できる。

【0058】

以上に説明したように、本発明によれば、第１導電型のピエゾ抵抗領域の上部を覆って第２導電型の保護領域を形成し、ピエゾ抵抗領域に接続する第１導電型のコンタクト領域を形成し、ピエゾ抵抗領域の不純物濃度＜保護領域の不純物濃度＜コンタクト領域としたので、ピエゾ抵抗型センサの動作特性がより安定したものとなる。

【0059】

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としてもよいことは、言うまでもない。また、半導体層は、シリコンに限らず、他の半導体から構成されていてもよい。また、各不純物領域は、イオン注入法に限るものではなく、よく知られた拡散法により形成してもよい。

【符号の説明】

【0060】

１００…素子領域、１０１…半導体層、１０２…ピエゾ抵抗領域、１０３…保護領域、１０４ａ，１０４ｂ…コンタクト領域、１０５ａ，１０５ｂ…電極、１０６…絶縁層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5】