JP2782743B2 - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

半導体圧力センサ及びその製造方法

Info

Publication number
JP2782743B2
JP2782743B2 JP63305061A JP30506188A JP2782743B2 JP 2782743 B2 JP2782743 B2 JP 2782743B2 JP 63305061 A JP63305061 A JP 63305061A JP 30506188 A JP30506188 A JP 30506188A JP 2782743 B2 JP2782743 B2 JP 2782743B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor pressure
silicon substrate
impurity region
silicon
pressure sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63305061A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH02151076A (ja
Inventor
吉孝 後藤
哲夫 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP63305061A priority Critical patent/JP2782743B2/ja
Priority to US07/363,526 priority patent/US5095349A/en
Priority to DE3918769A priority patent/DE3918769C2/de
Priority to DE3943859A priority patent/DE3943859B4/de
Publication of JPH02151076A publication Critical patent/JPH02151076A/ja
Priority to US08/035,248 priority patent/USRE34893E/en
Priority to US08/108,498 priority patent/US5320705A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2782743B2 publication Critical patent/JP2782743B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコンを用いて半導体圧力センサ及びそ
の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、Si基板を用いた半導体圧力センサにおいては、
半導体圧力変換素子を支持する台座には、圧力センサと
同じ材料であるシリコンや、シリコンと熱膨張係数が類
似したパイレックスガラス(商品名)等が用いられてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
台座をシリコンで構成した場合、同一材料のため線膨
張率差はないが、ダイヤフラムとの気密接着に通常はん
だ、Au−Si共晶、低融点ガラス等の接着剤を用いるた
め、この接着剤による熱応力がセンサの精度低下の原因
となる。また、パイレックスガラスを台座に使用した場
合、気密接着に陽極接合を用いれば、接着剤がないた
め、これによる精度低下はないが、シリコンとの線膨張
率差(約1×10-7/℃)から生じる1μストレイン/100
℃程度の熱応力により精度低下を生じるという問題点を
有していた。
また、パイレックスガラスを形成するナトリウムボロ
ンの化合物は吸湿性があり、圧力センサを湿気を含んだ
雰囲気で使用すると、パイレックスガラスが吸湿し、台
座が変形し出力特性における不安定性が監察されること
があるという問題点をも有していた。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、半導体
圧力変換素子と台座との接合において、熱応力の発生を
緩和することのできる半導体圧力センサ及びその製造方
法を提供することを目的としている。また、湿気を含ん
だ雰囲気で使用しても、接合部が吸湿しないようにする
ことも目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明においては、厚肉
部、および薄肉のダイヤフラム部を有したシリコンより
成り、該ダイヤフラム部に歪検出素子を形成した半導体
圧力変換素子と、 該半導体圧力変換素子を支持するものであってシリコ
ンよりなるシリコン台座と、 前記半導体圧力変換素子と前記シリコン台座との間に
設けられ、可動イオンを含む不純物領域を有する絶縁膜
とを備え、 該絶縁膜において、前記可動イオンを含む前記不純物
領域は、半導体圧力センサを取り囲む雰囲気と非接触な
場所に形成されている半導体圧力センサを構成すること
を特徴とする。
また、第1のシリコン基板にダイヤフラム部及び歪検
出素子を形成して半導体圧力変換素子とする工程と、 第2のシリコン基板の主表面に絶縁膜を形成する工程
と、 前記第2のシリコン基板の主表面に形成された前記絶
縁膜の内側領域に可動イオンを導入して不純物領域とす
る工程と、 前記第1のシリコン基板と前記第2のシリコン基板
を、前記不純物領域を介して陽極接合し、前記不純物領
域が半導体圧力センサを取り囲む外部雰囲気に露出しな
いようにする工程と を備える半導体圧力センサの製造方法を特徴とする。
さらに、また、第1のシリコン基板にダイヤフラム部
及び歪検出素子を形成して半導体圧力変換素子とする工
程と、 第1のシリコン基板の主表面に絶縁膜を形成する工程
と、 前記第1のシリコン基板の主表面に形成された前記絶
縁膜の内側領域に可動イオンを導入して不純物領域とす
る工程と、 前記第1のシリコン基板と前記第2のシリコン基板
を、前記不純物領域を介して陽極接合し、前記不純物領
域が半導体圧力センサを取り囲む外部雰囲気に露出しな
いようにする工程と を備える半導体圧力センサの製造方法を特徴とする。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。第1
図(a)乃至第1図(i)は第1実施例をその製造工程
順に説明する為の断面図である。
まず、第1図(a)に示す工程において、2〜10Ω・
cmのN型(100)単結晶シリコン基板1を乾いた酸素雰
囲気で熱酸化を行い、約1000Åの熱酸化膜(SiO2)3及
び5を形成する。次に、第1図(b)に示す工程におい
て、ボロン等のイオン注入により、ピエゾ抵抗素子7を
形成する。その後、第1図(c)に示す工程において、
熱酸化膜(SiO2)を更に形成して、SiO23及び5の厚さ
を5000Å〜1μmとした後、コンタクト穴を形成し、Al
配線層9を形成する。次に、第1図(d)に示す工程に
おいては、まず、熱酸化膜5の所定の部分をHF等により
エッチング除去した後、残った熱酸化膜5をマスタとし
て、KOHを用いた異方性エッチングにより単結晶シリコ
ン基板1のエッチングを行い、ダイヤフラム部11を形成
する。その後、第1図(e)に示すように、熱酸化膜5
をHF等によりエッチング除去して、圧力変換素子が構成
される。一方、第1図(f)に示す工程では、台座とな
る厚さ2mm〜5mmで、比抵抗2〜10Ω・cmのN型(100)
単結晶シリコン基板13の表面を鏡面研磨した後、絶縁膜
として、熱酸化により0.5〜2μmの厚さの熱酸化膜(S
iO2)15を形成する。次に、第1図(g)に示す工程に
おいては、通常のフォトリソグラフィにより所定の領域
にレジストパターン17を形成し、Na+(K+,Li+等でもよ
い)のイオン注入を行い、不純物領域19を形成する。次
に、第1図(h)に示す工程において、レジスト17を除
去し、超音波加工法等により圧力導入孔21を形成する。
次に、第1図(i)に示すように、通常行われる陽極接
合法により、第1図(e)に示す圧力変換素子と第1図
(h)に示した台座を接合する。この陽極接合は第7図
に示すように、圧力変換素子側が陽極となるように電圧
を印加して、ヒータ106により温度を300℃〜500℃とし
て行う。100は電源、102は陽極、104は陰極、108はヒー
タ用電源である。
尚、シリコン基板13において、熱酸化膜15を形成した
面と反対側の面には、陽極接合の際の通電のために、め
っき、真空蒸着法等によりメタライズ層23が形成されて
いる。
第2図は上記第1実施例によって得られた半導体圧力
センサの一適用例を示す断面図である。この第2図にお
いて、ダイヤフラム部11の所定の位置にはピエゾ抵抗素
子7(図示せず)が4個配置されてフルブリッジ結線さ
れ、アルミより成るボンディングワイヤ23によりハーメ
チックシール端子25の端面と電気接続されている。台座
13は、圧力導入パイプ27とハーメチックシール部29を有
するコバール製のステム31の所定の位置にはんだ17によ
り接着されている。鉄製のキャップ33はステム31の外周
部35においてプロジェクション溶接により気密接続さ
れ、ステム31とキャップ33によって囲まれた領域が圧力
基準室となる。
以上の構成とした本適用例においては、第2図におけ
る矢印の方から圧力が加えられると、ダイヤフラム部11
が変形し、その歪によりピエゾ抵抗素子7の抵抗値が変
化し、それに基づく電気信号がハーメチックシール端子
25を介して外部へ取り出される。
以上説明したように、本実施例によれば、圧力変換素
子と台座は同じ材料(シリコン)で形成し、接着剤も用
いていないので、線膨張率差がなく、これに基づく熱応
力が発生することはない。これは、シリコン同士を接合
する際に接着剤を用いずに、Na+イオンを注入して、陽
極接合をすることができるようにしているからである。
更には、シリコン台座の厚さは2〜5mmであり、熱酸化
膜15の厚さは0.5〜2μmと薄いため、例えば100℃程度
の温度変化があっても熱応力はほとんど発生しない。
また、本実施例は、接着剤やパイレックスガラス(商
品名)等を介してシリコン同士を接合するのではなく、
熱酸化膜にイオンを導入することにより不純物領域19を
形成して陽極接合を行うようにしているので、不純物領
域19は第1図(i)に示すように不純物を含まない熱酸
化膜15によって取り囲まれ、外部に露出しない構造とす
ることができる。このため、湿気を含んだ雰囲気中で使
用しても、パイレックスガラス(商品名)のように吸湿
しても台座が変形することがない。また、鏡面研磨した
シリコン基板13の表面に、熱酸化により熱酸化膜15を形
成しているため、表面は全体にわたり平滑であり、不純
物を含まない熱酸化膜15と単結晶シリコン基板1との接
合面も、いわゆる直接接合により、陽極接合より接合力
は弱いが使用可能な程度に接合する。これは、300〜500
℃の温度と、陽極接合時に加えられた電圧のためでもあ
る。
なお、本実施例では、台座側にSiO2、15、不純物領域
19を形成したが、第3図に示しように、圧力変換素子側
にSiO237及び不純物領域39を形成した後、陽極接合する
ようにしてもよい。尚、その際には、電圧の印加は圧力
変換素子側を陰極として行う。また、この圧力センサを
湿気の少ない雰囲気中で使用する際には、可動イオンを
熱酸化膜全面に注入して、不純物領域41を第4図に示す
ように形成してもよいし、この際に不純物領域41を台座
側に形成してもよい。また、本実施例では、イオン注入
によりNa+をSiO2中に注入したが、拡散等の他の手段を
用いてもよく、更にはボロン等の不純物を注入し、不純
物領域をシリコンの熱膨張係数に近いパイレックスガラ
ス(商品名)等の不純物割合となるようにしてもよい。
また、歪検出素子はピエゾ抵抗に限らず、MOSトラン
ジスタ等の他のものでもよい。
また、本実施例では熱酸化により熱酸化膜により熱酸
化膜15を形成したが、いわゆるCVDにより酸化膜を形成
してもよく、また、SiO2に限らず、代わりに窒化膜や窒
化酸化膜(熱酸化膜をNH3)中で窒化した(ナイトライ
デッドオキサイド))等の絶縁膜でもよい。
次に、本発明の第2実施例を第5図に示す。本実施例
において、前記第1実施例と異なる点は、圧力導入孔を
有さず、圧力基準室43を設けた点である。このため、不
純物領域45を外部の湿気から保護するためのSiO247は、
第5図に示すように外周部のみでよい。第6図には、上
記第2実施例の変形例を示す。この例では、圧力基準室
43に対向する位置には不純物領域45が形成されない。な
お、第1実施例と同じ部分には同じ番号が付してある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、半導体圧力変
換素子と台座との接合において、熱応力の発生を緩和す
ることのできる半導体圧力センサを得ることができる。
また、不純物領域は、半導体圧力センサを取り囲む雰
囲気と非接触な場所に形成されているため、湿気を含ん
だ雰囲気で使用しても、接合部が吸湿しないという効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至第1図(i)は本発明の第1実施例の
製造工程を示す断面図、第2図は上記第1実施例の一適
用例を示す断面図、第3図及び第4図は上記第1実施例
の変形例を示す断面図、第5図は本発明の第2実施例を
示す断面図、第6図は上記第2実施例の変形例を示す断
面図、第7図は上記第1実施例における陽極接合を示す
図である。 1,13……N型単結晶シリコン基板,3,15……熱酸化膜(S
iO2),7……ピエゾ抵抗素子,11……ダイヤフラム部,19
……不純物領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/84 G01L 9/04 101

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】厚肉部、および薄肉のダイヤフラム部を有
    したシリコンより成り、該ダイヤフラム部に歪検出素子
    を形成した半導体圧力変換素子と、 該半導体圧力変換素子を支持するものであってシリコン
    よりなるシリコン台座と、 前記半導体圧力変換素子と前記シリコン台座との間に設
    けられ、可動イオンを含む不純物領域を有する絶縁膜と
    を備え、 該絶縁膜において、前記可動イオンを含む前記不純物領
    域は、半導体圧力センサを取り囲む雰囲気と非接触な場
    所に形成されていることを特徴とする半導体圧力セン
    サ。
  2. 【請求項2】第1のシリコン基板にダイヤフラム部及び
    歪検出素子を形成して半導体圧力変換素子とする工程
    と、 第2のシリコン基板の主表面に絶縁膜を形成する工程
    と、 前記第2のシリコン基板の主表面に形成された前記絶縁
    膜の内側領域に可動イオンを導入して不純物領域とする
    工程と、 前記第1のシリコン基板と前記第2のシリコン基板を、
    前記不純物領域を介して陽極接合し、前記不純物領域が
    半導体圧力センサを取り囲む外部雰囲気に露出しないよ
    うにする工程と を備えることを特徴とする半導体圧力センサの製造方
    法。
  3. 【請求項3】第1のシリコン基板にダイヤフラム部及び
    歪検出素子を形成して半導体圧力変換素子とする工程
    と、 第1のシリコン基板の主表面に絶縁膜を形成する工程
    と、 前記第1のシリコン基板の主表面に形成された前記絶縁
    膜の内側領域に可動イオンを導入して不純物領域とする
    工程と、 前記第1のシリコン基板と前記第2のシリコン基板を、
    前記不純物領域を介して陽極接合し、前記不純物領域が
    半導体圧力センサを取り囲む外部雰囲気に露出しないよ
    うにする工程と を備えることを特徴とする半導体圧力センサの製造方
    法。
JP63305061A 1988-06-08 1988-12-01 半導体圧力センサ及びその製造方法 Expired - Lifetime JP2782743B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63305061A JP2782743B2 (ja) 1988-12-01 1988-12-01 半導体圧力センサ及びその製造方法
US07/363,526 US5095349A (en) 1988-06-08 1989-06-07 Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing same
DE3918769A DE3918769C2 (de) 1988-06-08 1989-06-08 Halbleiterdrucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3943859A DE3943859B4 (de) 1988-06-08 1989-06-08 Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterdrucksensors
US08/035,248 USRE34893E (en) 1988-06-08 1993-03-22 Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing same
US08/108,498 US5320705A (en) 1988-06-08 1993-08-18 Method of manufacturing a semiconductor pressure sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63305061A JP2782743B2 (ja) 1988-12-01 1988-12-01 半導体圧力センサ及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02151076A JPH02151076A (ja) 1990-06-11
JP2782743B2 true JP2782743B2 (ja) 1998-08-06

Family

ID=17940647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63305061A Expired - Lifetime JP2782743B2 (ja) 1988-06-08 1988-12-01 半導体圧力センサ及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2782743B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2719448B2 (ja) * 1991-01-24 1998-02-25 三菱電機株式会社 半導体圧力検出装置
JP2009109347A (ja) * 2007-10-30 2009-05-21 Yamatake Corp 圧力センサ及びその製造方法
JP5286153B2 (ja) * 2009-04-28 2013-09-11 アズビル株式会社 圧力センサの製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6166958U (ja) * 1984-10-09 1986-05-08
JPS61230382A (ja) * 1985-04-05 1986-10-14 Yokogawa Electric Corp 半導体圧力センサ
JPS62260371A (ja) * 1986-05-06 1987-11-12 Omron Tateisi Electronics Co 半導体圧力センサの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02151076A (ja) 1990-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0762096B1 (en) Vertically integrated sensor structure and method for making same
US5320705A (en) Method of manufacturing a semiconductor pressure sensor
JPH0750789B2 (ja) 半導体圧力変換装置の製造方法
JPS6313356B2 (ja)
US3819431A (en) Method of making transducers employing integral protective coatings and supports
US5095349A (en) Semiconductor pressure sensor and method of manufacturing same
KR20010050327A (ko) 마이크로기계 장치
JP2782743B2 (ja) 半導体圧力センサ及びその製造方法
JPH0797643B2 (ja) 圧力変換装置の製造方法
JP3617346B2 (ja) 半導体圧力センサ
JPH10300605A (ja) 半導体圧力センサ及びセンサチップの製造方法
JPH04350530A (ja) 半導体圧力センサ
JPS63175482A (ja) 圧力センサ
JP2000019040A (ja) 圧力センサの製造方法
JPS59217126A (ja) 絶対圧形半導体圧力変換素子
JPH0230188A (ja) 半導体圧力センサの製造方法
JPH0831609B2 (ja) 静電接合方法および半導体圧力センサ
JPH02240971A (ja) 半導体圧力センサ
JPH11201845A (ja) 半導体式圧力センサ
JPS63175737A (ja) 圧力センサ
JP3173905B2 (ja) 半導体圧力センサ
JP2800334B2 (ja) 半導体圧力センサおよびその製造方法
JP2638824B2 (ja) 半導体圧力センサ及びその製造方法
JP2748077B2 (ja) 圧力センサ
JPH0815305A (ja) 半導体センサ

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090522

Year of fee payment: 11