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JPH077013B2 - Semiconductor sensor - Google Patents
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JPH077013B2 - Semiconductor sensor - Google Patents

Semiconductor sensor

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JPH077013B2
JPH077013B2 JP63219862A JP21986288A JPH077013B2 JP H077013 B2 JPH077013 B2 JP H077013B2 JP 63219862 A JP63219862 A JP 63219862A JP 21986288 A JP21986288 A JP 21986288A JP H077013 B2 JPH077013 B2 JP H077013B2
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semiconductor
deformable member
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semiconductor sensor
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克彦 武部
瑞穂 土肥
宏泰 竹原
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Honda Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加速度、触圧、気圧、機械的振動等を検出する
ための半導体センサに関するものである。
The present invention relates to a semiconductor sensor for detecting acceleration, contact pressure, atmospheric pressure, mechanical vibration and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、このような分野の技術としては、例えば特開昭62
−121367号公報に示されるものが知られている。この従
来のセンサでは、シリコンなどの半導体基板に酸化シリ
コン(SiO2)、窒化シリコン(Si3N4)などで片持梁を
形成し、この基端部にピエゾ抵抗素子などのストレス検
知素子を設けることで、加速度を電気的に検出してい
る。このストレス検知のためのピエゾ抵抗素子の材料と
しては、各種のものがあるが、例えばSiからなるもので
は100×10-12cm2/dyne程度の感度が得られる。
Conventionally, as a technique in such a field, for example, JP-A-62-62
The thing shown in the -121367 gazette is known. In this conventional sensor, a cantilever is formed of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) on a semiconductor substrate such as silicon, and a stress detection element such as a piezoresistive element is formed at the base end. By being provided, the acceleration is electrically detected. There are various kinds of materials for the piezoresistive element for detecting the stress, and for example, a material made of Si can obtain a sensitivity of about 100 × 10 −12 cm 2 / dyne.

一方、半導体センサにトランジスタを組み込み、圧電効
果による電荷を上記トランジスタのゲートに印加してそ
の特性変化から加速度を検出するものとして、例えば特
開昭63−18272号公報のものが知られている。このセン
サでは、MOSFETのゲート酸化膜上に圧電体と慣性質量体
が配設され、リード線を介することなくゲートに電荷が
送られるようになっている。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 63-18272 discloses, for example, a device in which a transistor is incorporated in a semiconductor sensor and an electric charge due to a piezoelectric effect is applied to the gate of the transistor to detect the acceleration based on a change in the characteristics of the transistor. In this sensor, a piezoelectric body and an inertial mass body are arranged on the gate oxide film of the MOSFET so that electric charges can be sent to the gate without passing through a lead wire.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、上記従来技術のうち、前者のピエゾ抵抗
素子を用いて検出するタイプのものでは、加速度等の検
出感度が十分でないという欠点があった。一方、後者の
ものではFETの上に圧電体と慣性質量体を設けなければ
ならないので、センサが大型化し、またコスト高になっ
ていた。
However, of the above-mentioned conventional techniques, the former type that uses a piezoresistive element for detection has a drawback that the detection sensitivity for acceleration and the like is not sufficient. On the other hand, in the latter case, the piezoelectric body and the inertial mass body must be provided on the FET, so the sensor becomes large and the cost becomes high.

そこで本発明は、簡単な構造によって高感度に加速度、
触圧、気圧、機械的振動等を検出できる半導体センサを
提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a highly sensitive acceleration with a simple structure,
An object of the present invention is to provide a semiconductor sensor capable of detecting touch pressure, atmospheric pressure, mechanical vibration, and the like.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明に係る半導体センサは、支持体と、この支持体に
固設されて物理的な外力(加速度、圧力等)により変形
する可変形部材と、この可変形部材の変形が生じる部分
に形成された化合物半導体の電界効果トランジスタ(FE
T)とを備え、電界効果トランジスタの閾値の変化によ
り上記の物理的な外力を検知するようにしている。
The semiconductor sensor according to the present invention is formed on a support, a deformable member fixed to the support and deformable by a physical external force (acceleration, pressure, etc.), and a portion where the deformable member is deformed. Compound semiconductor field effect transistor (FE
T), and the physical external force is detected by the change in the threshold value of the field effect transistor.

ここで、半導体センサであって、電界効果トランジスタ
のゲート電極が、化合物半導体からなるチャネル層上に
形成されて可変形部材の変形が生じたときにも当該チャ
ネル層から剥離しない程度に当該チャネル層に密着して
いる第1の金属層と、この第1の金属層上に形成されて
可変形部材の変形が生じたときにチャネル層にストレス
を生じさせる程度の高ヤング率の材料からなる第2の金
属層とから構成されていることを特徴とする。
Here, in the semiconductor sensor, the gate electrode of the field effect transistor is formed on the channel layer made of a compound semiconductor, and the channel layer is not separated from the channel layer even when the deformable member is deformed. A first metal layer that is in close contact with the first metal layer and a first metal layer that is formed on the first metal layer and has a high Young's modulus that causes stress in the channel layer when the deformable member is deformed. It is characterized by comprising two metal layers.

また、可変形部材は、GaAs及びGaAlAsの積層構造を有し
て形成されていることを特徴とする。
Further, the deformable member is characterized by having a laminated structure of GaAs and GaAlAs.

〔作用〕[Action]

本発明の構成によれば、化合物半導体のFETの変形が加
わると、ゲート電極とチャネル層の界面にストレスが生
じて分極が現われ、FETの閾値ガ変化する。従って、こ
の閾値の変化を知ることにより、加速度、圧力等を検出
することができる。
According to the configuration of the present invention, when the FET of the compound semiconductor is deformed, stress is generated at the interface between the gate electrode and the channel layer, polarization appears, and the threshold voltage of the FET changes. Therefore, by knowing the change in this threshold value, acceleration, pressure, etc. can be detected.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図は実施例の基本構成の斜視図で、同図(a)は加
速度を検出するタイプ(カンチレバータイプ)を示し、
同図(b)は圧力を検出するタイプ(ダイヤフラムタイ
プ)を示している。同図(a)のセンサでは、例えばシ
リコン(Si)からなる半導体基板1上に、例えばガリウ
ムヒ素(GaAs)からなる結晶成長層2がエピタキシャル
成長されている。そして、半導体基板1の一部(図中の
記号Aの部分)がエッチングで除去され、図中の左側部
分が可変形部材としての片持梁3をなしている。片持梁
3の基端部の結晶成長層2にはショットキゲート電界効
果トランジスタ(MESFET)がイオン注入法などで形成さ
れ、これがストレス検知FET4をなしいる。そして、片持
梁3の支持体側(図中の右側)部分の結晶成長層2上に
は、検出信号に対して増幅等の処理をするための信号処
理回路5が形成されている。
FIG. 1 is a perspective view of the basic configuration of the embodiment, and FIG. 1A shows a type (cantilever type) for detecting acceleration,
FIG. 3B shows a type (diaphragm type) for detecting pressure. In the sensor shown in FIG. 1A, a crystal growth layer 2 made of, for example, gallium arsenide (GaAs) is epitaxially grown on a semiconductor substrate 1 made of, for example, silicon (Si). Then, a part of the semiconductor substrate 1 (portion indicated by symbol A in the figure) is removed by etching, and the left side portion in the figure forms a cantilever 3 as a deformable member. A Schottky gate field effect transistor (MESFET) is formed in the crystal growth layer 2 at the base end portion of the cantilever 3 by an ion implantation method or the like, which constitutes a stress detection FET 4. A signal processing circuit 5 for performing processing such as amplification on the detection signal is formed on the crystal growth layer 2 on the support body side (right side in the drawing) of the cantilever 3.

この第1図(a)の装置において、図中の矢印Gの方向
に加速度が加わると、片持梁3側の半導体基板1は錘り
1Gとして作用し、矢印Aで示す部分の結晶成長層(可変
形部材)2が屈曲することになる。すると、この屈曲に
よるストレスがストレス検知FET4の閾値(Vth)を変化
させ、従って上記の加速度が検出されることになる。な
お、ストレス検知FET4の閾値変化によってストレスを検
知するためには、例えば抵抗と組み合せることによって
インバータを形成する必要があり、また検出信号を増幅
したりすることも必要になるが、これらの回路要素は信
号処理回路5の中に構成されている。
In the device of FIG. 1 (a), when acceleration is applied in the direction of arrow G in the drawing, the semiconductor substrate 1 on the cantilever 3 side has a weight.
It acts as 1 G, and the crystal growth layer (deformable member) 2 in the portion indicated by arrow A bends. Then, the stress due to this bending changes the threshold value (V th ) of the stress detection FET 4, and thus the above acceleration is detected. In order to detect stress by changing the threshold of the stress detection FET4, it is necessary to form an inverter by combining it with a resistor, for example, and it is also necessary to amplify the detection signal. The elements are arranged in the signal processing circuit 5.

第1図(b)のセンサでは、同図(a)と同様に半導体
基板1上に結晶成長層2が形成されているが、半導体基
板1のエッチングにより除去される部分Aが同図(a)
と異なっている。すなわち、この実施例では装置の中央
部分(第1の部分K1)で半導体基板1がエッチング等に
より除去されて結晶成長層2よる可変形部材が構成さ
れ、それを取り囲む第2の部分K2で半導体基板1が残存
されて結晶成長層(可変形部材)2の支持体をなしてい
る。なお、ストレス検知FET4については加圧によってス
トレスが生じる部分(可変形部材となる部分)の結晶成
長層2に、MESFETとして形成されている。また、半導体
基板1が残存された部分(支持体部分)の結晶成長層2
には、信号処理回路5が別途に形成されている。
In the sensor of FIG. 1B, the crystal growth layer 2 is formed on the semiconductor substrate 1 as in the case of FIG. 1A, but the portion A removed by etching of the semiconductor substrate 1 is shown in FIG. )
Is different from That is, in this embodiment, the semiconductor substrate 1 is removed by etching or the like in the central portion (first portion K 1 ) of the device to form a deformable member composed of the crystal growth layer 2 and the second portion K 2 surrounding it. Thus, the semiconductor substrate 1 remains and forms a support for the crystal growth layer (deformable member) 2. The stress detection FET 4 is formed as a MESFET in the crystal growth layer 2 in a portion where stress is generated by pressurization (a portion that becomes a deformable member). Further, the crystal growth layer 2 in the portion (support portion) where the semiconductor substrate 1 remains
A signal processing circuit 5 is separately formed in the.

この第1図(b)の装置において、例えば矢印Gの方向
に圧力が加わると、K1で示すダイヤフラムは上方に湾曲
し、ストレスを生じさせる。すると、圧電効果によるゲ
ート直下の分極によってストレス検知FET4の閾値が変化
するので、例えば第1図(a)と同様に抵抗とのインバ
ータ回路を組むことによって、上記の圧力を定量的に検
出することができる。
In the apparatus of FIG. 1 (b), when pressure is applied, for example, in the direction of arrow G, the diaphragm indicated by K 1 bends upward, causing stress. Then, since the threshold value of the stress detection FET 4 changes due to the polarization immediately below the gate due to the piezoelectric effect, the above pressure can be quantitatively detected by forming an inverter circuit with a resistor as in the case of FIG. 1A, for example. You can

次に、第2図ないし第5図を参照することにより、本発
明により構成した加速度センサの構成と検出原理を具体
的に説明する。
Next, the configuration and the detection principle of the acceleration sensor constructed according to the present invention will be specifically described with reference to FIGS.

第2図に示す通り、半導体基板1の上面には結晶成長層
2がエピタキシャル成長法により形成され、この半導体
基板1および結晶成長層2が略Ω字状に除去されて中央
部分が片持梁3をなしている。そして、可変形部材とし
ての片持梁3の先端部には半導体基板1が残存されて錘
り1Gをなし、片持梁3の基端部にはMESFETからなるスト
レス検知FET4が形成されている。このストレス検知FET4
の具体的構成は第3図のようになっており、ストレスの
変化は第4図のようになっているが、詳細な説明は後述
する。さらに、結晶成長層2の片持梁3以外の部分には
半導体抵抗Rが形成され、上記ストレス検知FET4と共に
インバータ回路を構成するように配線されている。この
インバータ回路の具体的構成および動作は第5図のよう
になっているが、その説明は後述する。
As shown in FIG. 2, a crystal growth layer 2 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1 by an epitaxial growth method, the semiconductor substrate 1 and the crystal growth layer 2 are removed in a substantially Ω shape, and the central portion is a cantilever beam 3. Is doing. The semiconductor substrate 1 is left at the tip of the cantilever 3 as a deformable member to form a weight 1G, and the stress detecting FET 4 made of MESFET is formed at the base of the cantilever 3. . This stress detection FET4
The specific configuration of is as shown in FIG. 3 and the change in stress is as shown in FIG. 4, but a detailed description will be given later. Further, a semiconductor resistor R is formed on a portion of the crystal growth layer 2 other than the cantilever 3 and is wired so as to form an inverter circuit together with the stress detection FET 4. The specific configuration and operation of this inverter circuit are as shown in FIG. 5, and the description thereof will be given later.

上記の具体例において、図中の矢印Gの方向に加速度が
加えられると、錘り1Gによって片持梁3の基端部に屈曲
が生じ、従ってストレスが現われる。すると、化合物半
導体にイオン注入等を行なうことで形成されているスト
レス検知FET4は、ゲート電極とチャネル層の界面でいわ
ゆる電圧効果による分極によって閾値が変化する。これ
に対し、抵抗Rにはストレスが加わらないので、抵抗率
は変化しない。そこで、このストレス検知FET4および抵
抗Rからなるインバータ回路にパッド6から電圧VD,V1
およびアースレベルを印加すると電圧VOが出力される。
この出力電圧VOは信号処理回路5に入力され、ここで所
定の信号処理が施される。
In the above specific example, when acceleration is applied in the direction of arrow G in the figure, the weight 1G causes the base end portion of the cantilever 3 to bend, thus causing stress. Then, in the stress detection FET 4 formed by performing ion implantation or the like on the compound semiconductor, the threshold value changes at the interface between the gate electrode and the channel layer due to polarization due to the so-called voltage effect. On the other hand, since the resistance R is not stressed, the resistivity does not change. Therefore, the voltage V D , V 1 is applied from the pad 6 to the inverter circuit composed of the stress detection FET 4 and the resistor R.
And when the earth level is applied, the voltage V O is output.
The output voltage V O is input to the signal processing circuit 5, where it is subjected to predetermined signal processing.

実施例に用いられるストレス検知FET4の構成は、第3図
のようになっている。同図(a)はストレス検知FET4を
なすMESFETの平面図であり、同図(b)はのA1−A2線断
面図である。図示の通り、半絶縁性のGaAsからなる結晶
成長層2にはn型GaAs層21がイオン注入等で形成され、
その両側にはオーミック金属として例えばAu/AuGeから
なるソース電極4Sおよびドレイン電極4Dが、例えばリフ
トオフ法により形成されている。ソース電極4Sとドレイ
ン電極4Dの間に形成されたゲート電極4Gは下側のチタン
(Ti)層41と上側のタングステン(W)層42からなり、
そのゲート長はLg、ゲート電極高さはHgとなっている。
The structure of the stress detection FET 4 used in the embodiment is as shown in FIG. FIG. 3A is a plan view of the MESFET forming the stress detection FET 4, and FIG. 3B is a sectional view taken along the line A 1 -A 2 . As shown, an n-type GaAs layer 21 is formed in the crystal growth layer 2 made of semi-insulating GaAs by ion implantation or the like,
A source electrode 4S and a drain electrode 4D made of, for example, Au / AuGe as ohmic metal are formed on both sides thereof by a lift-off method, for example. The gate electrode 4G formed between the source electrode 4S and the drain electrode 4D is composed of a lower titanium (Ti) layer 41 and an upper tungsten (W) layer 42,
The gate length is L g and the gate electrode height is H g .

このようなMESFETにおいて、第3図中の矢印STの方向に
応力が加わると、ゲート電極4Gとn型GsAs層21のチャネ
ル層との界面でせん断応力が働き、圧電効果によってチ
ャネル層に分極が生じる。この分極による閾値の変化
は、第4図に示すようにチャネル層の表面でのストレス
に依存する。
In such a MESFET, when stress is applied in the direction of the arrow ST in FIG. 3, shear stress acts on the interface between the gate electrode 4G and the channel layer of the n-type GsAs layer 21, and the channel effect is polarized by the piezoelectric effect. Occurs. The change in threshold value due to this polarization depends on the stress on the surface of the channel layer, as shown in FIG.

ここで、上記の構造のMESFETをストレス検知FET4として
効果的に作用させるためには、下記のような特徴を有し
ていることが望ましい。第1は、ゲート長Lgが小さくな
る程、感度が高くなることである。すなわち、第4図に
示すように、ゲート長Lgが1.8μm程度のものに比べ
て、ゲート長Lgが0.8μm程度のものでは2倍以上の感
度が得られる。第2は、ゲート電極4Gとn型GaAs層21の
チャネル層の密着性が高い程、ストレス検知FET4として
用いるのに適していることである。この密着性の向上の
ためには、前述のようにゲート電極4Gの下側層41として
500Å程度の厚さのTiを用いればよい。第3は、ゲート
電極4Gは高ヤング率である程、チャネル層の表面に大き
な分極を生じさせうるということである。このように高
ヤング率にするためには、前述のようにゲート電極4Gの
上側層42に3000Å程度の厚さのW(4.1×1012dyn/cm2
を用いればよい。なお、TiW,TiWシリサイド、Wシリサ
イドを用いることも可能である。またゲート電極4Gの高
さHgを大きくすることによって、チャネル層に加えられ
るせん断応力を大きくしてもよい。
Here, in order to effectively operate the MESFET having the above structure as the stress detection FET 4, it is desirable to have the following features. First, the smaller the gate length L g , the higher the sensitivity. That is, as shown in FIG. 4, a gate length L g of about 0.8 μm provides twice or more sensitivity as compared with a gate length L g of about 1.8 μm. Secondly, the higher the adhesion between the gate electrode 4G and the channel layer of the n-type GaAs layer 21, the more suitable it is to be used as the stress detection FET 4. In order to improve this adhesion, the lower layer 41 of the gate electrode 4G is formed as described above.
Ti with a thickness of about 500Å may be used. Thirdly, the higher the Young's modulus of the gate electrode 4G is, the more polarization can be generated on the surface of the channel layer. In order to obtain such a high Young's modulus, as described above, the upper layer 42 of the gate electrode 4G has a thickness W (4.1 × 10 12 dyn / cm 2 ) of about 3000 Å.
Can be used. It is also possible to use TiW, TiW silicide, and W silicide. Further, the shear stress applied to the channel layer may be increased by increasing the height H g of the gate electrode 4G.

このようにして得られた閾値の変化は、例えば第5図
(a)ようなインバータ回路で検出できる。すなわち、
ストレス検知FET4としてのMESFETのゲートに電圧VIを印
加する。すると、出力電圧VOは電圧VIに依存して第5図
(b)のように変化する。ここで、MESFETの閾値が変化
すると出力電圧VOの立ち下り点は第5図(b)の矢印の
ようにシフトする。そこで、ゲートへの入力電圧VI=VP
に設定すると、出力電圧VOの変化からMESFETに加わるス
トレスを検知することができる。
The change in the threshold value thus obtained can be detected by, for example, an inverter circuit as shown in FIG. That is,
Voltage V I is applied to the gate of MESFET as stress detection FET4. Then, the output voltage V O changes as shown in FIG. 5 (b) depending on the voltage V I. Here, when the threshold value of the MESFET changes, the falling point of the output voltage V O shifts as shown by the arrow in FIG. 5 (b). Therefore, the input voltage to the gate V I = V P
When set to, the stress applied to the MESFET can be detected from the change in the output voltage V O.

なお、実施例のようにダイヤフラム、カンチレバー等を
化合物半導体で構成すれば、この化合物半導体のストレ
スが生じる部分にストレス検知FET4を直接に形成するこ
とができる。ここで、化合物半導体に形成した回路は高
温環境下でも十分に動作し、信号処理も高速に行なえる
ので、耐環境性に優れた高精度な半導体センサを提供す
ることができる。そして、その出力信号を処理するため
の信号処理回路5を同一の化合物半導体による結晶成長
層2に形成できるので、半導体センサの構成を極めてコ
ンパクトにすることができる。
If the diaphragm, the cantilever, and the like are made of a compound semiconductor as in the embodiment, the stress detection FET 4 can be directly formed in the stress-occurring portion of the compound semiconductor. Here, the circuit formed in the compound semiconductor can sufficiently operate even in a high temperature environment and can perform signal processing at high speed, so that a highly accurate semiconductor sensor having excellent environment resistance can be provided. Since the signal processing circuit 5 for processing the output signal can be formed in the crystal growth layer 2 made of the same compound semiconductor, the structure of the semiconductor sensor can be made extremely compact.

更に、上記実施例の半導体センサは極めて簡単な製造工
程によって、精度よく製作することが可能である。以
下、この事情を第6図により具体的に説明する。
Further, the semiconductor sensor of the above-mentioned embodiment can be manufactured with high precision by an extremely simple manufacturing process. Hereinafter, this situation will be specifically described with reference to FIG.

まず、Siからなる半導体基板1を用意し、この上面にエ
ピタキシャル成長法によってGaAsの結晶成長層2を形成
する。そして、ストレス検知FET4および信号処理回路5
を結晶成長層2中にイオン注入法、リフトオフ法等を用
いて形成する(第6図(a)図示)。しかる後、全面に
フォトレジスト膜10を塗布して半導体基板1の除去すべ
き部分を窓あけする(第6図(b)図示)。この窓あけ
は、例えば公知のフォトリソグラフィ技術を用いればよ
い。
First, a semiconductor substrate 1 made of Si is prepared, and a GaAs crystal growth layer 2 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1 by an epitaxial growth method. Then, the stress detection FET 4 and the signal processing circuit 5
Are formed in the crystal growth layer 2 by an ion implantation method, a lift-off method, or the like (shown in FIG. 6A). Then, a photoresist film 10 is applied on the entire surface to open a portion of the semiconductor substrate 1 to be removed (shown in FIG. 6 (b)). For this windowing, for example, a known photolithography technique may be used.

次に、エッチングによってフォトレジスト膜10の開口か
ら半導体基板1を除去していく。ここで、ウェットエッ
チング法を用いるときにはエッチャントにはHF系の酸を
使用し、ドライエッチング法を用いるときにはエッチャ
ントには、CF4プラズマを使用する。このようなエッチ
ャントを用いれば、Siは容易に除去されるのに対してGa
Asはほとんどエッチングされず、従って第6図(c)の
ように矢印Aの部分の半導体基板1のみを選択的に除去
できる。最後に、フォトレジスト膜10をアセントなどで
除去すると、第6図(d)のようなカンチレバー構造を
実現できる。
Next, the semiconductor substrate 1 is removed from the opening of the photoresist film 10 by etching. Here, when the wet etching method is used, an HF-based acid is used as the etchant, and when the dry etching method is used, CF 4 plasma is used as the etchant. With such an etchant, Si is easily removed, while Ga is
As is hardly etched, so that only the semiconductor substrate 1 in the portion indicated by arrow A can be selectively removed as shown in FIG. 6 (c). Finally, by removing the photoresist film 10 by ascent or the like, a cantilever structure as shown in FIG. 6 (d) can be realized.

本発明は上記実施例に限定されず、種々の変形が可能で
ある。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.

例えば、ストレス検知FET4としてのFETは第7図のよう
なものであってもよい。同図(a)では、半絶縁性GaAs
からなる結晶成長層2の上にメサ状にn型GaAs層21が形
成され、この上にゲート電極4G、ソース電極4Sおよびド
レイン電極4Dが形成されてMESFETが構成されている。同
図(b)では、半絶縁性GaAsからなる結晶成長層2にn+
型GaAsからなるオーミックコンタクト層22,23形成さ
れ、その上にソース電極4Sおよびドレイン電極4Dが形成
されている。そして、ソース電極4Sとドレイン電極4Dの
間にはi型のGaAlAs層が形成され、その上にゲート電極
4Gが形成され、これによりいわゆるMISFETが構成されて
いる。また、センサのタイプとしてはダイヤフラム、カ
ンチレバーに限らず、圧力、加速度などによってストレ
スを生じさせ、このストレスを検出するタイプのもので
あれば、2点支持あるいは4点支持などいかなるもので
もよい。また、支持体や可変形部材は半導体に限らず、
アルミナなどでもよく、ストレス検知FET4を形成する材
料はGaAsに限らずガリウムリン(GaP)、インジウムリ
ン(InP)、ガリウムアルミニウムヒ素(GaAlAs)など
でもよい。
For example, the FET as the stress detection FET 4 may be as shown in FIG. In the figure (a), semi-insulating GaAs
An n-type GaAs layer 21 is formed in a mesa shape on the crystal growth layer 2 made of, and a gate electrode 4G, a source electrode 4S, and a drain electrode 4D are formed on the n-type GaAs layer 21 to form a MESFET. In FIG. 2B, n + is added to the crystal growth layer 2 made of semi-insulating GaAs.
Ohmic contact layers 22 and 23 made of type GaAs are formed, and a source electrode 4S and a drain electrode 4D are formed thereon. An i-type GaAlAs layer is formed between the source electrode 4S and the drain electrode 4D, and the gate electrode is formed on the i-type GaAlAs layer.
4G is formed, which constitutes a so-called MISFET. The type of sensor is not limited to a diaphragm or a cantilever, and any type such as two-point support or four-point support may be used as long as it is a type that causes stress due to pressure, acceleration, etc. and detects this stress. Also, the support and the deformable member are not limited to semiconductors,
Alumina or the like may be used, and the material forming the stress detection FET 4 is not limited to GaAs but may be gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP), gallium aluminum arsenide (GaAlAs), or the like.

更に、信号処理回路は結晶成長層上に一体的に形成され
ていなくてもよく、別のチップに設けることもできる。
また、閾値の変化を検出するための回路は、実施例のよ
うなインバータ回路に限られるものではない。
Furthermore, the signal processing circuit does not have to be integrally formed on the crystal growth layer, and can be provided on another chip.
Further, the circuit for detecting the change in the threshold value is not limited to the inverter circuit as in the embodiment.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、化合物半導体の
FETに変形が加わると、ゲート電極とチャネル層の界面
にストレスが生じて分極が現われ、FETの閾値が変化す
る。従って、この閾値の変化を知ることにより、加速
度、圧力等を検出することができる。この半導体センサ
は構造が極めて簡単であって、高感度に物理的な外力を
検知することができる。
As described above in detail, in the present invention, the compound semiconductor
When the FET is deformed, stress is generated at the interface between the gate electrode and the channel layer, polarization appears, and the threshold value of the FET changes. Therefore, by knowing the change in this threshold value, acceleration, pressure, etc. can be detected. This semiconductor sensor has an extremely simple structure and can detect a physical external force with high sensitivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の実施例の基本構成を示す斜視図、第
2図は、本発明により構成した加速度センサの具体例の
斜視図、第3図は、本発明の実施例に用いられるMESFET
の構造を示す図、第4図は、MESFETに加わるストレスに
よる閾値の変化を示す特性図、第5図は、閾値変化を検
出する回路と作用の説明図、第6図は、実施例に係る半
導体センサの製造工程を示す断面図、第7図は、本発明
に適用可能な他のFETの構造を示す断面図である。 1…支持体となる半導体基板、1G…錘り、2…可変形部
材となる結晶成長層、4…ストレス検知FET、4G…ゲー
ト電極、4S…ソース電極、4D…ドレイン電極、5…信号
処理回路、10…フォトレジスト膜。
FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a concrete example of an acceleration sensor constructed according to the present invention, and FIG. 3 is used for an embodiment of the present invention. MESFET
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in threshold value due to stress applied to MESFET, FIG. 5 is a circuit diagram for detecting a change in threshold value, and FIG. 6 is an explanatory view of the action, and FIG. FIG. 7 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor sensor, and FIG. 7 is a sectional view showing the structure of another FET applicable to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate used as a support, 1G ... Weight, 2 ... Crystal growth layer used as a deformable member, 4 ... Stress detection FET, 4G ... Gate electrode, 4S ... Source electrode, 4D ... Drain electrode, 5 ... Signal processing Circuit, 10 ... Photoresist film.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】支持体と、この支持体に固設されて物理的
な外力により変形する可変形部材と、この可変形部材の
変形が生じる部分に形成された化合物半導体の電界効果
トランジスタとを備え、前記電界効果トランジスタの閾
値の変化により前記外力を検知する半導体センサであっ
て、 前記電界効果トランジスタのゲート電極が、前記化合物
半導体からなるチャネル層上に形成されて前記可変形部
材の変形が生じたときにも当該チャネル層から剥離しな
い程度に当該チャネル層に密着している第1の金属層
と、この第1の金属層上に形成されて前記可変形部材の
変形が生じたときに前記チャネル層にストレスを生じさ
せる程度の高ヤング率の材料からなる第2の金属層とか
ら構成されていることを特徴とする半導体センサ。
1. A support, a deformable member fixed to the support and deformable by a physical external force, and a compound semiconductor field effect transistor formed in a portion where the deformable member is deformed. A semiconductor sensor for detecting the external force by changing the threshold value of the field effect transistor, wherein the gate electrode of the field effect transistor is formed on a channel layer made of the compound semiconductor, and the deformable member is deformed. A first metal layer that is in close contact with the channel layer to such an extent that it does not separate from the channel layer even when it occurs, and when the deformable member formed on the first metal layer deforms A semiconductor sensor comprising a second metal layer made of a material having a high Young's modulus that causes stress in the channel layer.
【請求項2】前記第1の金属層は、Tiで形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体センサ。
2. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein the first metal layer is made of Ti.
【請求項3】支持体と、この支持体に固設されて物理的
な外力により変形する可変形部材と、この可変形部材の
変形が生じる部分に形成された化合物半導体の電界効果
トランジスタとを備え、前記電界効果トランジスタの閾
値の変化により前記外力を検知する半導体センサであっ
て、 前記可変形部材は、CaAs及びGaAlAsの積層構造を有して
形成されていることを特徴とする半導体センサ。
3. A support, a deformable member fixed to the support and deformable by a physical external force, and a compound semiconductor field effect transistor formed in a portion where the deformable member is deformed. A semiconductor sensor, comprising: the deformable member having a laminated structure of CaAs and GaAlAs, wherein the semiconductor sensor detects the external force by changing a threshold value of the field effect transistor.
【請求項4】前記可変形部材は前記支持体に固着して設
けられた半導体結晶成長層からなり、この半導体結晶成
長層には前記半導体抵抗の抵抗率変化にもとづく検出信
号を増幅する信号処理回路が形成されていることを特徴
とする請求項1または請求項3記載の半導体センサ。
4. The variable shape member comprises a semiconductor crystal growth layer fixedly provided on the support, and the semiconductor crystal growth layer amplifies a detection signal based on a change in resistivity of the semiconductor resistor. The semiconductor sensor according to claim 1 or 3, wherein a circuit is formed.
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EP89308866A EP0363005B1 (en) 1988-09-02 1989-09-01 A semiconductor sensor
US07/403,296 US5115292A (en) 1988-09-02 1989-09-05 Semiconductor sensor
US07/848,693 US5279162A (en) 1988-09-02 1992-03-09 Semiconductor sensor

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0763744A1 (en) * 1995-09-04 1997-03-19 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Semiconductor stress sensor

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