JP2010139382A - Semiconductor pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
圧力の印加に伴うダイヤフラム構造の変位を検出することにより圧力を検出する半導体圧力センサに関する。 The present invention relates to a semiconductor pressure sensor that detects pressure by detecting displacement of a diaphragm structure that accompanies application of pressure.
従来、ダイヤフラム部を有するシリコン基板の裏面とガラス基板の表面とを真空雰囲気中で陽極接合することにより圧力基準室が設けられた半導体圧力センサが知られている(特許文献1参照)。
従来の半導体圧力センサでは、シリコン基板の厚さは、ダイヤフラム部を形成する際のハンドリングを考慮すると数百μm程度必要であり、また、ガラス基板の厚さは、圧力基準室の気密性を考慮すると数百μm程度必要である。このため、従来の半導体圧力センサでは半導体圧力センサの低背化が困難であった。 In the conventional semiconductor pressure sensor, the thickness of the silicon substrate needs to be about several hundred μm considering the handling when forming the diaphragm portion, and the thickness of the glass substrate takes into account the air tightness of the pressure reference chamber. Then, about several hundred μm is necessary. For this reason, it has been difficult to reduce the height of the semiconductor pressure sensor with the conventional semiconductor pressure sensor.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、低背化を実現することができる半導体圧力センサを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor capable of realizing a low profile.
本発明の半導体圧力センサは、上記の課題を解決するために、エッチングによって形成された凹部を表面に有する第1半導体基板と、第1半導体基板の表面に貼り合わせられ、当該第1半導体基板の凹部に対応する部分がダイヤフラム部として機能する薄膜化された第2半導体基板とで構成されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a semiconductor pressure sensor of the present invention is bonded to the surface of a first semiconductor substrate having a recess formed by etching on the surface, and the surface of the first semiconductor substrate. A portion corresponding to the concave portion is constituted by a thinned second semiconductor substrate that functions as a diaphragm portion.
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第1半導体基板は、エッチングによって形成された凹部を表面に有する半導体層と当該半導体層の凹部以外の表面に形成された絶縁体層とを有し、第2半導体基板は、半導体層を有することを特徴としている。 Moreover, in addition to the above, the semiconductor pressure sensor of the present invention includes a first semiconductor substrate having a semiconductor layer having a recess formed by etching on the surface, and an insulator layer formed on the surface of the semiconductor layer other than the recess. And the second semiconductor substrate has a semiconductor layer.
さらに、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第1半導体基板は、エッチングによって形成された凹部を表面に有する半導体層と当該半導体層の凹部を含む表面に形成された絶縁体層を有し、第2半導体基板は、半導体層を有することを特徴としている。 Furthermore, in the semiconductor pressure sensor of the present invention, in addition to the above, the first semiconductor substrate includes a semiconductor layer having a recess formed by etching on the surface, and an insulator layer formed on the surface including the recess of the semiconductor layer. And the second semiconductor substrate has a semiconductor layer.
さらにまた、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第1半導体基板は、エッチングによって形成された凹部を表面に有する半導体層を有し、第2半導体基板は、絶縁体層と当該絶縁体層の表面に形成された半導体層とを有することを特徴としている。 Furthermore, in the semiconductor pressure sensor of the present invention, in addition to the above, the first semiconductor substrate has a semiconductor layer having a recess formed by etching on the surface, and the second semiconductor substrate includes the insulator layer and the insulating layer. And a semiconductor layer formed on the surface of the body layer.
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、ダイヤフラム部の半導体層の裏面に不純物拡散によって形成された可動電極と、第2半導体基板の半導体層の裏面に形成された、可動電極からの電気信号を外部へ引き出すための拡散配線とを備えたことを特徴としている。 In addition to the above, the semiconductor pressure sensor of the present invention includes a movable electrode formed by impurity diffusion on the back surface of the semiconductor layer of the diaphragm portion, and a movable electrode formed on the back surface of the semiconductor layer of the second semiconductor substrate. And a diffusion wiring for extracting the electrical signal to the outside.
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、可動電極の対極となる固定電極が第1半導体基板であることを特徴としている。 In addition to the above, the semiconductor pressure sensor of the present invention is characterized in that the fixed electrode serving as the counter electrode of the movable electrode is the first semiconductor substrate.
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第1半導体基板の凹部に不純物拡散によって形成された可動電極の対極となる固定電極を備えたことを特徴としている。 In addition to the above, the semiconductor pressure sensor of the present invention is characterized in that a fixed electrode serving as a counter electrode of the movable electrode formed by impurity diffusion is provided in the recess of the first semiconductor substrate.
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第1半導体基板の半導体層の表面に形成された、固定電極からの電気信号を外部へ引き出すための拡散配線を備えたことを特徴としている。 In addition to the above, the semiconductor pressure sensor of the present invention includes a diffusion wiring formed on the surface of the semiconductor layer of the first semiconductor substrate for extracting an electric signal from the fixed electrode to the outside. Yes.
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、拡散配線をエッチングストップ層としたエッチングによって当該半導体圧力センサの表面に形成された出力電極用凹部と、出力電極用凹部に金属薄膜によって形成された出力電極とを備えたことを特徴としている。 Further, in addition to the above, the semiconductor pressure sensor of the present invention is formed with a recess for an output electrode formed on the surface of the semiconductor pressure sensor by etching using a diffusion wiring as an etching stop layer, and a metal thin film in the recess for the output electrode. The output electrode is provided.
本発明の半導体圧力センサによれば、第1半導体基板の厚さは、凹部を形成する際のハンドリングを考慮しても数百μm程度で済み、また、第2半導体基板の厚さは、圧力基準室の気密性を考慮しても数μm〜数十μm程度で済むので、従来の半導体圧力センサと比較して半分程度の低背化を実現することができ、また、すべてのプロセスが完了した後に当該半導体圧力センサの表面を研磨することでより一層の低背化を実現することができる。 According to the semiconductor pressure sensor of the present invention, the thickness of the first semiconductor substrate may be about several hundred μm even in consideration of handling when forming the recess, and the thickness of the second semiconductor substrate is the pressure. Considering the airtightness of the reference chamber, it is only about a few μm to a few tens of μm, so it is possible to achieve a half height reduction compared to conventional semiconductor pressure sensors, and all processes are completed. After that, by further polishing the surface of the semiconductor pressure sensor, it is possible to further reduce the height.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる半導体圧力センサについて説明する。 Hereinafter, a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
まず、図1−1及び図1−2を参照して、本発明の第1実施形態となる半導体圧力センサの構成について説明する。
[First Embodiment]
First, the configuration of the semiconductor pressure sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1-1 and 1-2.
本発明の第1実施形態となる半導体圧力センサ1は、図1−1(a),(b)に示すように、エッチングによって形成された凹部21を表面に有する第1半導体基板2と、この第1半導体基板2の表面に貼り合わせられ、当該第1半導体基板2の凹部21に対応する部分がダイヤフラム部31として機能する薄膜化された第2半導体基板3とで構成され、ダイヤフラム部31と凹部21で囲まれた空間が圧力基準室として機能する。なお、第1半導体基板2と第2半導体基板3とを貼り合わせる方法としては、半導体基板同士を貼り合わせる方法として一般的なフュージョンボンディングや表面活性化結合などを例示することができる。
The
第1半導体基板2は、エッチングによって形成された凹部21を表面に有する半導体層22(たとえば、シリコン層)と当該半導体層22の凹部21以外の表面に形成された絶縁体層23(たとえば、酸化シリコン層)とを有する。第2半導体基板3は、半導体層32と当該半導体層32の表面(第1半導体基板2の凹部21に対応する部分を除く。)に形成された絶縁体層33bとを有する。なお、第1半導体基板2の絶縁体層23は、必ずしも、当該半導体層22の凹部21以外の表面に形成されていなくともよく、図1−2(c)に示すように、当該半導体層22の凹部21を含む表面に形成されていてもよい。
The
半導体圧力センサ1の表面には後述する拡散配線24,34をエッチングストップ層としてエッチングすることにより出力電極用凹部4,5が形成され、この出力電極用凹部4,5を含む半導体圧力センサ1の表面には金属薄膜によって出力電極6,7が形成されている。
半導体層22の表面の出力電極用凹部4に対応する位置には、高濃度のp型不純物(たとえば、ボロン)を拡散させることにより拡散配線24が形成されている。半導体層32の裏面のダイヤフラム部31から出力電極用凹部5に対応する位置には、高濃度のp型不純物を拡散させることにより拡散配線34が形成されている。半導体層32のダイヤフラム部31に対応する位置には、高濃度のp型不純物を拡散させることにより可動電極35が形成され、この可動電極35は、拡散配線34と連続的に接続されている。
At a position corresponding to the output electrode recess 4 on the surface of the
以上のように構成された半導体圧力センサ1では、ダイヤフラム部31の表面側に圧力が加わると、ダイヤフラム部31の表面側と裏面側との間に差圧が生じることによりダイヤフラム部31が撓み、このダイヤフラム部31の撓みにより可動電極35と固定電極(半導体層22)との間の距離が変化して静電容量が変化する。このため、本発明の第1実施形態によれば、拡散配線24,34及び出力電極6,7を介して出力電圧の変化を検出することによりダイヤフラム部31に印加された圧力を検出することができる。
In the
また、この半導体圧力センサ1では、たとえば、第1半導体基板2及び第2半導体基板3としてシリコン基板を用いた場合、第1半導体基板2の厚さは、凹部21を形成する際のハンドリングを考慮しても数百μm程度で済み、また、第2半導体基板3の厚さは、圧力基準室の気密性を考慮しても数μm〜数十μm程度で済む。このため、本発明の第1実施形態によれば、従来の半導体圧力センサ1と比較して半分程度の低背化を実現することができ、また、すべてのプロセスが完了した後に当該半導体圧力センサ1の表面を研磨することでより一層の低背化を実現することができる。
In the
さらに、この半導体圧力センサ1では、ダイヤフラム部31の可動電極35からの電気信号が拡散配線34により外部へ引き出される。このため、本発明の第1実施形態によれば、第1半導体基板2と第2半導体基板3の接合面に金属配線が存在せず、圧力基準室の気密性を高めることができ、また、金属配線を形成する際のウェハ汚染の心配もなく、後工程の制限が無くなる。
Further, in the
さらにまた、この半導体圧力センサ1では、第1半導体基板2の半導体層22の表面に絶縁体層23が形成されている。このため、本発明の第1実施形態によれば、可動電極35から固定電極25までの距離を絶縁体層23の厚さにより調整することができ、半導体圧力センサ1のオフセット電圧を精度よく設定することができる。
Furthermore, in this
また、この半導体圧力センサ1は、第1半導体基板2と第2半導体基板3とで構成されている。このため、本発明の第1実施形態によれば、従来の半導体圧力センサと比較してダイシング時のブレードの摩耗を抑えることができ、半導体圧力センサ1の製造コストを低減することができる。
The
また、この半導体圧力センサ1では、拡散配線24,34をエッチングストップ層としてエッチングすることにより当該半導体圧力センサ1の表面に出力電極用凹部4,5が形成されている。このため、本発明の第1実施形態によれば、出力電極6,7を容易に形成することができ、金属配線を使用せずに可動電極35及び固定電極(半導体層22)からの電気信号を外部へ引き出すことができる。
Further, in this
[第2実施形態]
つぎに、図2−1及び図2−2を参照して、本発明の第2実施形態となる半導体圧力センサの構成について第1実施形態との相違点を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, with reference to FIGS. 2-1 and 2-2, the configuration of the semiconductor pressure sensor according to the second embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the first embodiment.
本発明の第2実施形態となる半導体圧力センサ1は、第1実施形態と異なり、図2−1及び図2−2に示すように、半導体層22の表面の凹部21から出力電極用凹部4に対応する位置には、高濃度のp型不純物を拡散させることにより拡散配線24が形成されている。また、半導体層22の凹部21に対応する位置には、高濃度のp型不純物を拡散させることにより固定電極25が形成され、この固定電極25は、拡散配線24と連続的に接続されている。
The
以上のように構成された半導体圧力センサ1では、第1半導体基板2の固定電極25からの電気信号が拡散配線24により外部へ引き出される。このため、本発明の第2実施形態によれば、第1半導体基板2と第2半導体基板3の接合面に金属配線が存在せず、圧力基準室の気密性を高めることができ、また、金属配線を形成する際のウェハ汚染の心配もなく、後工程の制限が無くなる。
In the
また、この半導体圧力センサ1では、高濃度のp型不純物を拡散させることにより第1半導体基板2の拡散配線24及び固定電極25が形成されている。このため、本発明の第2実施形態によれば、拡散プロセスにより拡散配線24及び固定電極25を一括して形成することができる。
In the
なお、上記の第1,2実施形態では、第1半導体基板2は、エッチングによって形成された凹部21を表面に有する半導体層22と当該半導体層22の表面に形成された絶縁体層23とを有し、第2半導体基板3は、半導体層32と当該半導体層32の表面(第1半導体基板2の凹部21に対応する部分を除く。)に形成された絶縁体層33bとを有するが、他の実施形態では、図3,4に示すように、第1半導体基板2は、エッチングによって形成された凹部21を表面に有する半導体層22を有し、第2半導体基板3は、絶縁体層33aと当該絶縁体層33aの表面に形成された半導体層32と当該半導体層32の表面(第1半導体基板2の凹部21に対応する部分を除く。)に形成された絶縁体層33bとを有してもよい。これらの場合においても、上記の第1,2実施形態と同様の効果を奏することができる。
In the first and second embodiments, the
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、上記の実施形態に基づいて当業者によってなされる他の実施形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範囲に含まれることを付け加えておく。 As mentioned above, although embodiment which applied the invention made | formed by this inventor was described, this invention is not limited with description and drawing which make a part of indication of this invention by this embodiment. That is, it is added that other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above embodiments are all included in the scope of the present invention.
1:半導体圧力センサ
2:第1半導体基板
21:凹部
22:半導体層
23:絶縁体層
24:拡散配線
25:固定電極
3:第2半導体基板
31:ダイヤフラム部
32:半導体層
33a,33b:絶縁体層
34:拡散配線
35:可動電極
4,5:出力電極用凹部
6,7:出力電極
1: Semiconductor pressure sensor 2: First semiconductor substrate 21: Recess 22: Semiconductor layer 23: Insulator layer 24: Diffusion wiring 25: Fixed electrode 3: Second semiconductor substrate 31: Diaphragm portion 32: Semiconductor layers 33a, 33b: Insulation Body layer 34: Diffusion wiring 35:
Claims (9)
前記第1半導体基板の表面に貼り合わせられ、当該第1半導体基板の前記凹部に対応する部分がダイヤフラム部として機能する薄膜化された第2半導体基板と
で構成されていることを特徴とする半導体圧力センサ。 A first semiconductor substrate having a recess formed on the surface by etching;
A semiconductor device comprising: a second semiconductor substrate which is bonded to a surface of the first semiconductor substrate, and a portion corresponding to the concave portion of the first semiconductor substrate functions as a diaphragm portion. Pressure sensor.
前記第2半導体基板の半導体層の裏面に形成された、前記可動電極からの電気信号を外部へ引き出すための拡散配線と
を備えたことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の半導体圧力センサ。 A movable electrode formed by impurity diffusion on the back surface of the semiconductor layer of the diaphragm portion;
The diffusion wiring formed in the back surface of the semiconductor layer of the said 2nd semiconductor substrate for drawing out the electric signal from the said movable electrode outside is provided with any one of Claims 2-4 characterized by the above-mentioned. The semiconductor pressure sensor as described.
前記出力電極用凹部に金属薄膜によって形成された出力電極と
を備えたことを特徴とする請求項5又は8に記載の半導体圧力センサ。 A recess for an output electrode formed on the surface of the semiconductor pressure sensor by etching using the diffusion wiring as an etching stop layer;
The semiconductor pressure sensor according to claim 5, further comprising: an output electrode formed of a metal thin film in the recess for the output electrode.
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