JP4075470B2

JP4075470B2 - Sensor device

Info

Publication number: JP4075470B2
Application number: JP2002160662A
Authority: JP
Inventors: 健太朗水野; 厚志塚田; 昭二橋本; 二郎坂田; 義輝大村; 優美増岡
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP2004003890A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成されたセンサ素子からなる小型センサ装置に関する。特に、センサ素子を内包するように２枚の基板を張り合わせ、それぞれの基板裏面に第１電極と第２電極が対向するように形成し、小型で頑強に形成したセンサ装置に関する。本発明は、センサ素子がピエゾ抵抗である圧力センサに適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ピエゾ抵抗素子を利用した小型圧力センサがある。そのピエゾ抵抗素子は、半導体製造技術によってシリコン基板上に形成されたものである。例えば、特開平８−２７１３６３号公報に開示の力検知素子およびその製造方法はその１例である。これは、図１２に示すように、（１１０）面を主面とするシリコン基板４０に、例えば＜１００＞方向と＜１１０＞方向にピエゾ抵抗であるゲージＧａ１、Ｇａ２、Ｇｂ１、Ｇｂ２と、それぞれのゲージ間に電極４４ａ１、４４ａ２、４４ｂ１、４４ｂ２を設け、４つのピエゾ抵抗で方形のホイートストンブリッジを構成し、そして、その上に力伝達ブロック６０を設けることを特徴としている。この構成において、力伝達ブロック６０に上方から力が印加されると、各ゲージが押圧される。この時、応力によって＜１００＞方向と＜１１０＞方向で異なるピエゾ抵抗係数により抵抗値に差が生じる。よって、このピエゾ抵抗の差を検出すれば、応力が検出されることになる。この発明では、各頂点を電極として１対の対角の頂点に定電圧を印加し、残りの２頂点の電位差を検出し、それにより力伝達ブロック６０に印加された力を求めるものである。
【０００３】
又、他に例えば特開２００１−３０４９９７号公報に開示の半導体圧力センサがある。これは、図示はしないが（１００）を主面とするシリコン基板上に、＜１１０＞方向と＜１００＞方向にゲージを菱状に形成し、センサ素子と同一面にアンプ等の信号処理回路を作成したことを特徴としている。信号処理回路は、ＣＭＯＳ形成プロセスにおける閾値電圧制御や、作製後のキャリア移動度の高さから（１００）面が有利となっているからである。
【０００４】
そして、特開平８−２７１３６３号公報に開示の力検知素子５０、又は特開２００１−３０４９９７号公報に開示の半導体圧力センサは、例えば圧力センサとして製品化する場合には、例えば図１３、図１４に示されるようにパッケージングされる。例えば力検知素子５０は、先ずセンサハウジング７０中央に設置され、上記電極４４ａ１、４４ａ２、４４ｂ１、４４ｂ２と同一平面に形成された取り出し端子Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃、Ｔ₄が例えばワイヤー５１によって接続される。そして、図１４に示すように力検知素子５０上部にそれに接触するように力伝達ロッド７１とダイアフラム７２が搭載される。即ち、圧力によるダイアフラム７２の撓みが力伝達ロッド７１によって力検知素子５０に伝達され、力検知素子５０がその力を検知し電位差で出力する構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように上記構造のセンサ装置を他の機器、他のセンサに採用する場合、センサ装置は同一平面内で取り出し端子とワイヤーボンディングする必要がある。即ち、少なくとも、ボンディングワイヤーのスペースが必要となり、必ずしも小型化されるものではない。又、ワイヤーボンディング工程が必要となり、作業効率が向上するものではない。更に、ワイヤーボンディングは、振動環境には適した手法ではなく、車輌搭載等の振動環境が要求する頑強性に応えるものではない。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は基板上にセンサ素子を形成し、そのセンサ素子を内包するように他の基板を貼り合わせ、それぞれの基板裏面に電極を形成することにより、ボンディングワイヤーをなくしてセンサ装置を従来より小型化することである。
又、ＳＯＩ基板を採用することにより、センサ素子に影響を与えることなく両基板を陽極接合することである。これにより、より頑強性に優れたセンサ装置を提供することである。又、これにより量産性を高めることである。又、接着剤接合をも可能とし、製作の容易なセンサ装置を提供することである。
尚、上記目的は個々の発明が個々に達成する目的であって、一つの発明が全ての目的を達成するものと解釈されるべきではない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載のセンサ装置は、ＳＯＩ基板表面の所定箇所に信号取り出し電極と、その外周に取り出し電極と分離されて形成された第１接合層を備え、その裏面に信号取り出し電極と導通した第１電極を備え、又、合わせ基板表面に、第１接合層と接合する第２接合層と、物理量を電気信号として出力するピエゾ抵抗素子であるセンサ素子を備え、その裏面に所定個所を貫通して表面のセンサ素子の端部と導通した第２電極を備えて、そのセンサ素子を内包するようにＳＯＩ基板と合わせ基板を接合し、第１電極と第２電極が両基板を挟んで対向するように形成されたことを特徴とする。
【０００９】
又、請求項２に記載のセンサ装置は請求項１に記載のセンサ装置であって、第１接合層及び第２接合層は陽極接合用の接合層であって、第１接合層はセンサ素子と絶縁され、ＳＯＩ基板と合わせ基板は陽極接合によって接合されることを特徴とする。
【００１５】
【作用及び発明の効果】
請求項１に記載のセンサ装置は２枚の基板、即ちＳＯＩ基板と合わせ基板の接合によって形成される。また、ピエゾ抵抗素子であるセンサ素子を合わせ基板に形成し、信号取り出し電極をＳＯＩ基板に形成した構成である。即ち、ＳＯＩ基板表面の所定箇所に信号取り出し電極と、その外周に取り出し電極と絶縁されて形成された第１接合層を形成し、そのＳＯＩ基板裏面に信号取り出し電極と導通した第１電極を備えている。そして、合わせ基板表面に、第１接合層と接合する第２接合層と、物理量を電気信号として出力するセンサ素子を備え、その合わせ基板裏面に所定個所を貫通して表面のセンサ素子の端部と導通した第２電極を備えている。両基板をそのセンサ素子を内包するようにＳＯＩ基板と合わせ基板を接合し、第１電極と第２電極が両基板を挟んで対向するように形成されている。
ここでＳＯＩ基板とは、 Silicon On Insulator 基板を指す。
又、この時、ＳＯＩ基板の信号取り出し電極と合わせ基板のセンサ素子の他端を接触させる。即ち、ＳＯＩ基板裏面の第１電極と、合わせ基板の表面のセンサ素子と裏面の第２電極を導通状態とする。即ち、センサ素子の特性が物理量によって変化すると、その変化が第１電極、第２電極間に出力される構成とする。
上記のように接合すると、第１電極と第２電極は両基板を挟んで対向するようになる。即ち、従来のようにセンサ装置と同一平面内に、例えばハーメ端子等の取り出し端子を形成し、それぞれボンディングワイヤーで接続する必要がない。即ち、直接、接合された２枚の基板の両端（第１電極、第２電極）に端子を接続するだけで、容易に物理量の変化を検出することができる。即ち、従来よりセンサ装置を小型化することができる。又、ワイヤ−ボンディングの工程が省略できるので、作業効率が向上する。又、ボンディングワイヤーがないので、従来より頑強なセンサ装置とすることもできる。
尚、第１基板と第２基板の接合は、例えば接着剤で接合する。センサ装置と第１接合層は分離されているので、接着剤の影響はセンサ素子には及ばない。
また、ピエゾ抵抗素子はシリコン上に半導体製造技術で容易に形成される素子であり、応力によって抵抗値が変化する素子である。よって、その変化量を測定すれば容易に応力を推定することができる。例えば、ダイアフラムに圧力伝達ブロックを設け、その圧力伝達ブロックでこのピエゾ素子を押圧するように構成すれば、容易に圧力検出装置を実現することができる。即ち、小型で頑強な圧力検出装置を実現することができる。尚、シリコン基板の主面はピエゾ効果が大きい（１１０）面が望ましいが、特に限定するものではない。他の面方位でもよい。
【００１６】
又、請求項２に記載のセンサ装置は請求項１に記載のセンサ装置であって、第１接合層及び第２接合層は陽極接合用の接合層であって、ＳＯＩ基板と合わせ基板は陽極接合によって接合されている。尚、この時、第１接合層はセンサ素子と絶縁される構造となっている。即ち、センサ素子と分離絶縁されている。ここで、接合層とは導電体（ｐ型シリコン、ｎ型シリコン）上に形成された例えば不純物を含むガラス薄膜である。第１接合層と第２接合層を接触させて、例えば高温下において両層間に電圧を印加する接合方法である。両層に電圧を印加すると、接合層は薄膜であるので両薄膜間には高静電界が生じ、高温下であるので高静電界によってガラス等の絶縁体に含まれる可動イオンが移動する。その結果、両界面において新たな共有結合が生じる（陽極接合）。共有結合であるので、ＳＯＩ基板と合わせ基板は極めて強固に接合される。よって、振動等に頑強なセンサ装置とすることができる。
【００１７】
又、陽極接合時、センサ素子は第１接合層と分離絶縁される構造となるので、陽極接合時における電圧印加の影響は受けない。即ち、過電流、高静電界によってセンサ素子は破壊されることはない。よって、ＳＯＩ基板を用いた陽極接合であれば、センサ素子に影響を与えることなく両者を強固に接合することができる。更に、ＳＯＩ基板と合わせ基板を陽極接合すれば、その陽極接合後のダイシングが可能となる。即ち、チッピングの恐れや切削粉のセンサ素子への混入を防ぐことができる。即ち、信頼性の高いセンサ装置とすることができる。又、陽極接合はバッチ処理が可能であるので、生産性を飛躍的に向上させることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を例示する。尚、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
（第１実施例）
図１に、本発明の具体的な１実施例に係るセンサ装置を示す。このセンサ装置は印加される応力に応じて抵抗値を変化させる応力センサ装置である。又、図は、その正面図（ａ）と鳥瞰図（ｂ）である。本実施例の応力センサ装置は、裏面に第１電極である電極８０が形成され、表面に後述するセンサ素子と第１接合層が形成されたＳＯＩ基板１００、同じく裏面に第２電極である電極９０が形成され、表面に第２接合層及び上記センサ素子の一端から信号を取り出す為の信号取り出し電極が形成された合わせ基板１２０から構成される。本実施例のセンサ装置は、このように両面に電極８０、９０を設けて対向電極構造とし、小型化したことが特徴である。又、この構造により、パッケージング時のワイヤーボンディングの必要性をなくし、耐震性を向上させたことが特徴である。
【００２２】
図２、図３にその内部図を示す。ＳＯＩ基板１００の表面中央には、センサ素子であるピエゾ抵抗素子１０５が形成され、その外周にはピエゾ抵抗素子１０５と分離絶縁された第１接合層１０４が形成されている。これらは、例えばリソグラフィ技術、エッチング技術等の半導体製造技術によって形成される。製造にあたっては、例えばｐ型シリコン基板１０１、絶縁層１０２（ＳｉＯ₂層）、表面にｐ⁺型シリコン層を有したｐ型シリコン層１０３からなるＳＯＩ基板１００を用意する。そして、リソグラフィ技術、エッチング技術等の半導体製造技術によってピエゾ抵抗素子１０５を形成し、その上に第１接合層１０４を形成する。接合層とは、不純物を含んだガラス層であり例えばパイレックスガラス（登録商標）である。そして、リソグラフィ技術、エッチング技術、スパッタリング技術等により電極１０６、１０７を形成する。これにより、ピエゾ抵抗素子１０５を伴ったＳＯＩ基板１００が形成される。尚、電極１０６は、絶縁層１０２を貫通してｐ型シリコン基板１０１に導通しているものとする。
【００２３】
又、合わせ基板１２０は、電極とオーミックコンタクトをとりやすくするために同じく両面にｐ⁺型層を有するｐ型シリコン基板１２１からなり、その裏面全面に第２電極９０を有し、表面にＳＯＩ基板１００の第１接合層１０４と接合する第２接合層１２２（パイレックスガラス層）、及びＳＯＩ基板１００の電極１０７に接触して信号を取り出す信号取り出し電極１２３を有している。尚、信号取り出し電極１２３は第２接合層１２２を貫通してｐ型シリコン基板１２１に導通しているものとする。又、第２接合層１２２は、詳細には、予めｐ型シリコン基板１２１上にスパッタされたＳｉＯ₂層１２２ａ上に形成されている。そして、ピエゾ抵抗素子１０５を伴ったＳＯＩ基板１００と、上記合わせ基板１２０が陽極接合される。
【００２４】
陽極接合の方法を図３に示す。陽極接合は、ピエゾ抵抗素子１０５を内包するようにＳＯＩ基板１００と合わせ基板１２０を重ねて第１接合層１０４と第２接合層１２２を接触させ、高温下で両層間に高静電界を印加することで行われる。例えば、全体を３００〜４００℃に加熱し両層間に数十〜数百Ｖを印加する。両層に電圧を印加すると、両層は薄膜であるので両薄膜間には高静電界が生じ、高温下であるので高静電界によってパイレックスガラス中のイオン化された不純物が移動する。その結果、両層の界面において新たな共有結合が生じる（陽極接合）。共有結合であるので、ＳＯＩ基板１００と合わせ基板１２０は図４に示す接合部Ｓにおいて極めて強固に接合される。よって、振動等に頑強なセンサ装置が形成される。
このセンサ装置の電極９０、電極８０間に電圧を印加すると、図４に示すようにピエゾ抵抗素子１０５に電流が流れる。この電流値、換言すればこのピエゾ抵抗素子１０５の抵抗値を検出すれば、このセンサ素子に印加された応力が検出されることになる。
【００２５】
このセンサ装置を用いた圧力センサを図５に示す。図は、圧力センサの断面図である。この圧力センサ装置は、圧力によって湾曲するダイアフラム１４１、そのダイアフラム直下に取り付けられた力伝達ロッド１４２、センサ装置１３０（合わせ基板１２０＋ＳＯＩ基板１００）、電極端子１４３、１４４、そしてそれらを設置するハウジング１４５から構成される。尚、電極端子１４３は力伝達ロッド１４２とセンサ装置間に挟持され、センサ装置１３０の第２電極９０に接続されている。又、電極端子１４４はセンサ装置１３０の第１電極８０に接続されている。
【００２６】
使用にあたっては、例えばセンサ素子１３０をハウジング１４５内に密閉し、ダイアフラム１４１が例えばエンジン燃焼室に露出されるようにしてこの圧力センサを設置する。点火によりエンジン室内の圧力が増大するとダイアフラム１４１が圧力によって湾曲し、その湾曲量が力伝達ロッド１４２によって伝達されてセンサ素子１３０のピエゾ抵抗値によって検出される。即ち、点火毎に圧力が検出されることになる。この圧力センサは、従来のようにセンサ素子はワイヤーボンディングで接続されていない。よって、エンジン燃焼等の振動環境においても、破壊されることがない。又、電極端子とセンサ装置のワイヤーボンディング空間がないので、圧力センサを小型化することができる。即ち、圧力センサの設置に伴う燃焼室設置への影響を最小にすることができる。
【００２７】
又、本実施例のセンサ装置は、量産性にも優れている。本実施例のセンサ装置は、半導体製造技術によってシリコンウエハ上に多数作成することができ、各センサ装置は、ピエゾ抵抗素子１０５の周囲を取り囲んだ第１整合層１０４と第２接合層１２２の陽極接合により完全に密閉された構造となっている（図２）。よって、図６に示すように接合されたシリコンウエハをダイシング台２０にセットし、接合部Ｓをダイシングソーによって切断すれば、容易に分離することができる。この時、密閉構造であるので、ダイシングソーによるシリコンウエハの切削粉等は混入することがない。よって、量産性に優れたセンサ装置とすることができる。
【００２８】
（第２実施例）
第１実施例では、ピエゾ抵抗素子はＳＯＩ基板表面に形成したが、逆に合わせ基板（シリコン基板）表面に形成してもよい。第２実施例は、合わせ基板上にピエゾ抵抗素子を形成し、信号取り出し電極をＳＯＩ基板に形成した例である。図７に本実施例のセンサ装置の断面図を示す。
本実施例のセンサ装置は、裏面に第１電極である電極８０が形成され表面に信号取り出し電極２０３と第１接合層２０４が形成されたＳＯＩ基板２００と、同じく裏面に第２電極である電極９０が形成され表面にピエゾ抵抗素子２０５と第２接合層２２２が形成された合わせ基板２２０から構成される。
【００２９】
ＳＯＩ基板２００は、詳細には、ｐ型シリコン基板２０１の上に絶縁層２０２（ＳｉＯ₂層）が形成され、その絶縁層２０２を貫通して信号取り出し電極２０３が形成されている。又、その信号取り出し電極２０３の周辺には、その信号取り出し電極２０３と分離絶縁されて第１接合層２０４（パイレックスガラス層）が形成されている。これらも、第１実施例と同様、半導体製造技術で形成される。尚、信号取り出し電極２０３直下のシリコンはｐ⁺型となっており電極２０３とのオーミックコンタクトをとり易くしている。
【００３０】
又、合わせ基板２２０は、ｎ型シリコン基板２２１から作成される。その表面はｐ⁺型層となっており、そのｐ⁺型層に半導体製造技術によりピエゾ抵抗素子２０５が形成されている。そして、そのピエゾ抵抗素子２０５を覆うように第２接合層２２２（ＳｉＯ₂層）が形成されている。尚、そのピエゾ抵抗素子２０５の片端の一部はイオン打ち込み技術等でｎ⁺となっており、ｐ⁺型であるピエゾ抵抗素子２０５の片端は電極２０６ｂを介してｎ⁺型に接続されており、電気抵抗が小に形成されている。又、ピエゾ抵抗素子２０５の他方端には、第２接合層２２２を貫通して電極２０６が形成されている。この電極２０６は、ＳＯＩ基板２００と合わせ基板２２０との接合時には、信号取り出し電極２０３と導通するものである。そして、合わせ基板２２０とＳＯＩ基板２００が、第１実施例と同様にピエゾ抵抗素子２０５を内包するようにして重ねられ、陽極接合される。即ち、第１接合層２０４側の不純物（パイレックスガラスの不純物）が第２接合層２２２へ拡散することにより、両層が強固に接合される。この時、電圧はＳＯＩ基板２００外周の接合層２０４と合わせ基板２２０の第２接合層２２２に印加されるので、外周のみ接合される。又、第１接合層２０４はピエゾ抵抗素子２０５とは分離絶縁されているので、陽極接合時の電圧印加によって破壊されることはない。
【００３１】
図８に陽極接合後の第２実施例のセンサ装置を示す。このセンサ装置の電極９０、電極８０間に電圧を印加すると、図８に示すようにシリコン基板２０１のｐ⁺領域、信号取り出し電極２０３、ピエゾ抵抗素子２０５、ｎ⁺型領域を経由して電流が流れる。この電流値、即ち、ピエゾ抵抗素子２０５の抵抗値を検出すれば、このセンサ素子に印加された応力が検出される。このように形成しても同等の効果が得られる。
【００３２】
（第３実施例）
第１実施例、及び第２実施例は、陽極接合でＳＯＩ基板と合わせ基板を接合してセンサ装置を形成する例であった。本発明のセンサ装置は、陽極接合を用いなくとも作成することができる。第３実施例は、ｐ型シリコン基板とｎ型シリコン基板を用いて作成されるセンサ装置の１例である。図９に第３実施例のセンサ装置を示す。図は、断面図である。本実施例のセンサ装置は、ｎ型シリコン基板３０１の裏面に第１電極である電極８０を有し、表面にセンサ素子であるピエゾ抵抗素子３０５を有した第１基板３００と、ｐ型シリコン基板３２１の裏面に第２電極である電極９０を有し、表面に信号取り出し電極３２３を有した第２基板３２０から構成される。
【００３３】
第１基板３００において、詳細には、ｎ型シリコン基板３０１の裏面は高濃度のｎ⁺型層３０２となっており電極８０との抵抗が低減されている。又、表面にはｐ⁺型層３０３が成膜され、このｐ⁺型層３０３に半導体製造技術で例えば図２に示すピエゾ抵抗素子１０５と同等のピエゾ抵抗素子３０５が形成されている。そして、このピエゾ抵抗素子３０５の上に接合層（ＳｉＯ₂）３０４が成膜されている。尚、上記ピエゾ抵抗素子３０５の一端は、接合層３０４を貫通して第２基板３２０の信号取り出し電極と接触する電極３０７が形成され、他端の一部にはイオン打ち込み技術等によりｎ⁺型領域３０６が形成され、電極を介してピエゾ抵抗素子３０５の他端に接続されている。これは、ｎ型シリコン基板３０１とピエゾ抵抗素子３０５の他端との電気抵抗を小とするためである。即ち、電流が電極３０７からピエゾ抵抗素子３０５を横方向に通過しｎ⁺型領域３０６に流れる構造となっている。
【００３４】
又、第２基板３２０は、両面にｐ⁺型層を有するｐ型シリコン基板３２１からなり、裏面に第２電極９０が成膜され、表面に第２接合層（ＳｉＯ₂）３２２が成膜されている。又、表面にはこの第２接合層３２２の所定個所を貫通して信号取り出し電極３２３が形成されている。即ち、この電極３２３を第１基板３００の電極３０７に接触させてピエゾ抵抗素子３０５に電流を流す構成である。そして、第３実施例では、第１基板３００と第２基板３２０を接着剤で接合する。詳細には、図１０に示すように両基板を重ね合わせ、側面に接着剤Ｂを塗布する。両基板を重ね合わせると、接合層３０４と接合層３２２間に微小な間隙が生じ、接着剤Ｂは例えば毛細管現象により内部に浸透し、両基板は強固に固着される。尚、接合層３０４は、ピエゾ抵抗素子３０５と溝Ｍを有して分離されて形成されている。溝Ｍは、例えばトレンチエッチ等で形成することができる。溝Ｍを形成すれば、接着剤Ｂの浸透をここで防ぐことができ、電極３０７、電極３２３との接触部、及びピエゾ抵抗素子３０５への影響をなくすことができる。
【００３５】
このセンサ装置の電極９０、電極８０間に電圧を印加すると、図１０に示すようにピエゾ抵抗素子３０５に電流が流れる。この電流値、即ち、ピエゾ抵抗素子３０５の抵抗値を検出すれば、このセンサ素子に印加された応力を検出することができる。このように形成しても第１実施例、及び第２実施例のセンサ装置と同等の効果を得ることができる。
なお、シリコンの第２基板３２０は、図１１に示すように金属ブロック３３０とすることも可能である。即ち、金属ブロック３３０の上に第２接合層（ＳｉＯ₂）３２２を形成して、それに窓を開けて金属ブロック３３０と接続する信号取り出し電極３２３を形成するようにしても良い。
【００３６】
（変形例）
以上、本発明を表わす１実施例を示したが、他にさまざまな変形例が考えられる。例えば、上記実施例では、センサ素子としてピエゾ抵抗素子を用いたが、これに代えて静電容量型のセンサを構成し、コンデンサ容量の変化から圧力を検出するようにしてもよい。又、ＭＥＭＳ技術等により微小なカンチレバーを形成し、接点スイッチ型のセンサ装置としてもよい。即ち、所定以上の加速度が印加された場合、オン又はオフするセンサ装置としてもよい。何れのセンサ素子を採用するにあたっても、本発明によれば電極が対向するように形成されるので、小型化される。又、ＳＯＩ基板を用いれば陽極接合が可能であるので頑強なセンサ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るセンサ装置の断面図（ａ）、鳥瞰図（ｂ）。
【図２】本発明の第１実施例に係るセンサ装置の内部説明図。
【図３】本発明の第１実施例に係るセンサ装置の接合説明断面図。
【図４】本発明の第１実施例に係るセンサ装置の電流経路説明図。
【図５】本発明の第１実施例に係るセンサ装置を用いた圧力センサ断面図。
【図６】本発明の第１実施例に係るセンサ装置（ウエハ）のダイシング個所説明図。
【図７】本発明の第２実施例に係るセンサ装置の断面図。
【図８】本発明の第２実施例に係るセンサ装置の電流経路説明図。
【図９】本発明の第３実施例に係るセンサ装置の断面図。
【図１０】本発明の第３実施例に係るセンサ装置の電流経路説明図。
【図１１】本発明の第３実施例の変形例に係るセンサ装置の電流経路説明図。
【図１２】従来のピエゾゲージを利用した小型圧力センサの鳥瞰図。
【図１３】従来のダイアフラム型圧力センサにおけるセンサ装置の搭載上面図。
【図１４】従来のダイアフラム型圧力センサ断面図。
【符号の説明】
８０…第１電極
９０…第２電極
１００、２００…ＳＯＩ基板
１０１、２０１、３２１…ｐ型シリコン基板
１０２、２０２…絶縁層
１０４、２０４、３０４…第１接合層
１０５、２０５、３０５…ピエゾ抵抗素子
１０６、１０７、２０６、３０７…電極
１２０、２２０…合わせ基板
１２１…ｐ型シリコン基板
１２２、２２２、３２２…第２接合層
１２３、２０３、３２３…信号取り出し電極
１４１…ダイアフラム
１４２…力伝達ロッド
１４５…ハウジング
３００…第１基板
３２０…第２基板
３０１…ｎ型シリコン基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a small sensor device including a sensor element formed on a substrate. In particular, the present invention relates to a small and robust sensor device in which two substrates are bonded so as to contain a sensor element, and the first electrode and the second electrode are opposed to each other on the back surface of each substrate. The present invention can be applied to a pressure sensor whose sensor element is a piezoresistor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a small pressure sensor using a piezoresistive element. The piezoresistive element is formed on a silicon substrate by a semiconductor manufacturing technique. For example, the force detection element and the manufacturing method thereof disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-271363 are one example. As shown in FIG. 12, the silicon substrate 40 having the (110) plane as a main surface has, for example, gauges Ga1, Ga2, Gb1, and Gb2 that are piezoresistors in the <100> direction and the <110> direction, respectively. Electrodes 44a1, 44a2, 44b1, and 44b2 are provided between the two gauges, a square Wheatstone bridge is formed by four piezoresistors, and a force transmission block 60 is provided thereon. In this configuration, when a force is applied to the force transmission block 60 from above, each gauge is pressed. At this time, the resistance value varies depending on the piezoresistance coefficient that differs in the <100> direction and the <110> direction depending on the stress. Therefore, if this piezoresistance difference is detected, stress is detected. In the present invention, a constant voltage is applied to a pair of diagonal vertices with each vertex as an electrode, and the potential difference between the remaining two vertices is detected, thereby obtaining the force applied to the force transmission block 60.
[0003]
In addition, for example, there is a semiconductor pressure sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-304997. Although not shown in the figure, a gauge is formed in a diamond shape in the <110> direction and the <100> direction on a silicon substrate having (100) as a main surface, and a signal processing circuit such as an amplifier is formed on the same surface as the sensor element. It is characterized by having created. This is because the (100) plane of the signal processing circuit is advantageous in terms of threshold voltage control in the CMOS formation process and high carrier mobility after fabrication.
[0004]
When the force detection element 50 disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-271363 or the semiconductor pressure sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-304997 is manufactured as a pressure sensor, for example, FIG. 13 and FIG. Packaged as shown in For example, the force detection element 50 is first installed in the center of the sensor housing 70, and take-out terminals T ₁ , T ₂ , T ₃ , T ₄ formed on the same plane as the electrodes 44 a ₁ , 44 a ₂ , 44 b ₁ , 44 b ₂ are Connected. And as shown in FIG. 14, the force transmission rod 71 and the diaphragm 72 are mounted in the upper part of the force detection element 50 so that it may contact with it. That is, the bending of the diaphragm 72 due to the pressure is transmitted to the force detection element 50 by the force transmission rod 71, and the force detection element 50 detects the force and outputs it with a potential difference.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, when the sensor device having the above-described structure is employed in another device or another sensor, the sensor device needs to be wire-bonded to the takeout terminal in the same plane. That is, at least a space for bonding wires is required, and the size is not necessarily reduced. Moreover, a wire bonding process is required, and work efficiency is not improved. Furthermore, wire bonding is not a method suitable for a vibration environment and does not meet the robustness required by a vibration environment such as mounting on a vehicle.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The purpose of the present invention is to form a sensor element on a substrate, and bond another substrate so as to enclose the sensor element, and attach the other substrate to the back surface of each substrate. By forming the electrode, the bonding wire is eliminated and the sensor device is made smaller than before.
Also, by adopting an SOI substrate, both substrates are anodically bonded without affecting the sensor element. Thereby, it is providing the sensor apparatus excellent in robustness. This is also to increase mass productivity. Another object of the present invention is to provide a sensor device that can be bonded with an adhesive and is easy to manufacture.
It should be noted that the above object is an object that each invention achieves individually, and that one invention should not be construed as achieving all objects.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a sensor device according to claim 1 includes a signal extraction electrode at a predetermined position on the surface of the SOI substrate, and a first bonding layer formed separately from the extraction electrode on the outer periphery thereof, and the back surface thereof. A first electrode that is electrically connected to the signal extraction electrode , a second bonding layer that is bonded to the first bonding layer, and a sensor element that is a piezoresistive element that outputs a physical quantity as an electric signal, A second electrode that penetrates through a predetermined portion and is electrically connected to the end of the sensor element on the front surface is provided on the back surface, and the SOI substrate and the matching substrate are joined so as to enclose the sensor element, and the first electrode and the second electrode are joined. Is formed so as to face each other with both substrates interposed therebetween.
[0009]
The sensor device according to claim 2 is the sensor device according to claim 1 , wherein the first bonding layer and the second bonding layer are bonding layers for anodic bonding, and the first bonding layer is a sensor element. The SOI substrate and the laminated substrate are bonded by anodic bonding.
[0015]
[Operation and effect of the invention]
The sensor device according to claim 1 is formed by joining two substrates, that is, an SOI substrate and a laminated substrate. In addition, a sensor element which is a piezoresistive element is formed on a laminated substrate, and a signal extraction electrode is formed on an SOI substrate. That is, a signal extraction electrode is formed at a predetermined position on the surface of the SOI substrate, a first bonding layer formed so as to be insulated from the extraction electrode is formed on the outer periphery thereof, and a first electrode electrically connected to the signal extraction electrode is provided on the back surface of the SOI substrate. ing. Then, a second bonding layer bonded to the first bonding layer and a sensor element that outputs a physical quantity as an electrical signal are provided on the surface of the matching substrate, and an end portion of the surface sensor element passes through a predetermined portion on the back surface of the matching substrate. And a second electrode in conduction. The two substrates are combined with the SOI substrate so as to enclose the sensor element, the substrates are bonded, and the first electrode and the second electrode are formed so as to face each other with both substrates interposed therebetween.
Here, the SOI substrate refers to a Silicon On Insulator substrate.
At this time, the other end of the sensor element on the combined substrate is brought into contact with the signal extraction electrode on the SOI substrate. That is, the first electrode on the back surface of the SOI substrate, the sensor element on the front surface of the laminated substrate, and the second electrode on the back surface are brought into conduction. That is, when the characteristic of the sensor element changes depending on the physical quantity, the change is output between the first electrode and the second electrode.
When bonded as described above, the first electrode and the second electrode are opposed to each other with both substrates interposed therebetween. That is, it is not necessary to form a takeout terminal such as a hermetic terminal, for example, in the same plane as the sensor device as in the prior art and to connect each with a bonding wire. That is, a change in physical quantity can be easily detected by simply connecting terminals to both ends (first electrode and second electrode) of two bonded substrates. That is, the sensor device can be made smaller than before. In addition, since the wire-bonding process can be omitted, the working efficiency is improved. In addition, since there is no bonding wire, the sensor device can be made more robust than before.
Note that the first substrate and the second substrate are bonded by, for example, an adhesive. Since the sensor device and the first bonding layer are separated, the influence of the adhesive does not reach the sensor element.
The piezoresistive element is an element that is easily formed on silicon by a semiconductor manufacturing technique, and is an element whose resistance value changes due to stress. Therefore, the stress can be easily estimated by measuring the amount of change. For example, if the diaphragm is provided with a pressure transmission block and the piezo element is pressed by the pressure transmission block, the pressure detection device can be easily realized. That is, a compact and robust pressure detection device can be realized. The main surface of the silicon substrate is preferably a (110) surface having a large piezoelectric effect, but is not particularly limited. Other plane orientations may be used.
[0016]
The sensor device according to claim 2 is the sensor device according to claim 1 , wherein the first bonding layer and the second bonding layer are bonding layers for anodic bonding, and the SOI substrate and the combined substrate are anodes. It is joined by joining. At this time, the first bonding layer is insulated from the sensor element. That is, it is insulated from the sensor element. Here, the bonding layer is, for example, a glass thin film containing impurities formed on a conductor (p-type silicon, n-type silicon). In this bonding method, the first bonding layer and the second bonding layer are brought into contact with each other and, for example, a voltage is applied between the two layers at a high temperature. When a voltage is applied to both layers, since the bonding layer is a thin film, a high electrostatic field is generated between the two thin films, and since it is at a high temperature, movable ions contained in an insulator such as glass move due to the high electrostatic field. As a result, a new covalent bond occurs at both interfaces (anodic bonding). Since it is a covalent bond, the SOI substrate and the laminated substrate are bonded extremely firmly. Therefore, it can be set as the sensor apparatus strong to a vibration etc.
[0017]
In addition, since the sensor element is separated and insulated from the first bonding layer during anodic bonding, it is not affected by voltage application during anodic bonding. That is, the sensor element is not destroyed by an overcurrent or a high electrostatic field. Therefore, if anodic bonding using an SOI substrate is used, both can be firmly bonded without affecting the sensor element. Furthermore, if the bonded substrate and the SOI substrate are anodic bonded, dicing after the anodic bonding becomes possible. In other words, fear of chipping and mixing of cutting powder into the sensor element can be prevented. That is, a highly reliable sensor device can be obtained. Further, since the anodic bonding can be batch-processed, productivity can be dramatically improved.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific examples of the present invention will be illustrated. The present invention is not limited to the following examples.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a sensor device according to a specific embodiment of the present invention. This sensor device is a stress sensor device that changes a resistance value in accordance with an applied stress. Moreover, the figure is the front view (a) and the bird's-eye view (b). The stress sensor device according to the present embodiment includes an SOI substrate 100 in which an electrode 80, which is a first electrode, is formed on the back surface, and a sensor element and a first bonding layer, which will be described later, on the front surface. 90 is formed, and includes a laminated substrate 120 on the surface of which a second bonding layer and a signal extraction electrode for extracting a signal from one end of the sensor element are formed. The sensor device according to the present embodiment is characterized in that the electrodes 80 and 90 are provided on both surfaces to form a counter electrode structure and the size is reduced. In addition, this structure is characterized by eliminating the need for wire bonding during packaging and improving earthquake resistance.
[0022]
The internal view is shown in FIGS. A piezoresistive element 105, which is a sensor element, is formed at the center of the surface of the SOI substrate 100, and a first bonding layer 104 that is separated and insulated from the piezoresistive element 105 is formed on the outer periphery thereof. These are formed by a semiconductor manufacturing technique such as a lithography technique and an etching technique. In manufacturing, for example, an SOI substrate 100 including a p-type silicon substrate 101, an insulating layer 102 (SiO ₂ layer), and a p-type silicon layer 103 having a p ⁺ -type silicon layer on the surface is prepared. Then, the piezoresistive element 105 is formed by a semiconductor manufacturing technique such as a lithography technique or an etching technique, and the first bonding layer 104 is formed thereon. The bonding layer is a glass layer containing impurities, for example, Pyrex glass (registered trademark). Then, the electrodes 106 and 107 are formed by a lithography technique, an etching technique, a sputtering technique, or the like. Thereby, the SOI substrate 100 with the piezoresistive element 105 is formed. It is assumed that the electrode 106 is electrically connected to the p-type silicon substrate 101 through the insulating layer 102.
[0023]
Further, the alignment substrate 120 is composed of a p-type silicon substrate 121 having p ⁺ -type layers on both sides in order to facilitate ohmic contact with the electrodes, has a second electrode 90 on the entire back surface thereof, and an SOI substrate on the surface. The second bonding layer 122 (Pyrex glass layer) bonded to the first bonding layer 104 of the 100 and the signal extraction electrode 123 that contacts the electrode 107 of the SOI substrate 100 and extracts a signal are included. It is assumed that the signal extraction electrode 123 passes through the second bonding layer 122 and is electrically connected to the p-type silicon substrate 121. In detail, the second bonding layer 122 is formed on the SiO ₂ layer 122 a sputtered on the p-type silicon substrate 121 in advance. Then, the SOI substrate 100 with the piezoresistive element 105 and the laminated substrate 120 are anodically bonded.
[0024]
A method of anodic bonding is shown in FIG. In the anodic bonding, the SOI substrate 100 and the laminated substrate 120 are overlapped so as to include the piezoresistive element 105, the first bonding layer 104 and the second bonding layer 122 are brought into contact with each other, and a high electrostatic field is applied between both layers at a high temperature. Is done. For example, the whole is heated to 300 to 400 ° C., and several tens to several hundreds V are applied between both layers. When a voltage is applied to both layers, since both layers are thin films, a high electrostatic field is generated between the two thin films, and at a high temperature, ionized impurities in the Pyrex glass move due to the high electrostatic fields. As a result, a new covalent bond occurs at the interface between the two layers (anodic bonding). Since it is a covalent bond, the SOI substrate 100 and the laminated substrate 120 are bonded extremely firmly at the bonding portion S shown in FIG. Therefore, a sensor device that is robust against vibration and the like is formed.
When a voltage is applied between the electrodes 90 and 80 of this sensor device, a current flows through the piezoresistive element 105 as shown in FIG. If this current value, in other words, the resistance value of the piezoresistive element 105 is detected, the stress applied to the sensor element is detected.
[0025]
A pressure sensor using this sensor device is shown in FIG. The figure is a sectional view of the pressure sensor. This pressure sensor device includes a diaphragm 141 that is curved by pressure, a force transmission rod 142 that is attached immediately below the diaphragm, a sensor device 130 (matching substrate 120 + SOI substrate 100), electrode terminals 143 and 144, and a housing 145 in which they are installed. Composed. The electrode terminal 143 is sandwiched between the force transmission rod 142 and the sensor device, and is connected to the second electrode 90 of the sensor device 130. The electrode terminal 144 is connected to the first electrode 80 of the sensor device 130.
[0026]
In use, for example, the sensor element 130 is sealed in the housing 145, and this pressure sensor is installed so that the diaphragm 141 is exposed to, for example, the engine combustion chamber. When the pressure in the engine chamber increases due to ignition, the diaphragm 141 is bent by the pressure, and the amount of bending is transmitted by the force transmission rod 142 and detected by the piezoresistance value of the sensor element 130. That is, the pressure is detected at every ignition. In this pressure sensor, the sensor elements are not connected by wire bonding as in the prior art. Therefore, it is not destroyed even in a vibration environment such as engine combustion. Moreover, since there is no wire bonding space between the electrode terminal and the sensor device, the pressure sensor can be miniaturized. That is, the influence on the combustion chamber installation accompanying the installation of the pressure sensor can be minimized.
[0027]
Further, the sensor device of this embodiment is also excellent in mass productivity. A large number of sensor devices of this embodiment can be formed on a silicon wafer by a semiconductor manufacturing technique, and each sensor device has an anode of the first matching layer 104 and the second bonding layer 122 surrounding the piezoresistive element 105. The structure is completely sealed by joining (FIG. 2). Therefore, if the bonded silicon wafer is set on the dicing table 20 and the bonded portion S is cut with a dicing saw as shown in FIG. At this time, since the structure is hermetically sealed, silicon wafer cutting powder or the like by the dicing saw is not mixed. Therefore, it can be set as the sensor apparatus excellent in mass-productivity.
[0028]
(Second embodiment)
In the first embodiment, the piezoresistive element is formed on the surface of the SOI substrate, but conversely, it may be formed on the surface of the matching substrate (silicon substrate). The second embodiment is an example in which a piezoresistive element is formed on a laminated substrate and a signal extraction electrode is formed on an SOI substrate. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the sensor device of this embodiment.
The sensor device of this embodiment includes an SOI substrate 200 in which an electrode 80 as a first electrode is formed on the back surface and a signal extraction electrode 203 and a first bonding layer 204 are formed on the front surface, and an electrode that is the second electrode on the back surface. 90 is formed of a laminated substrate 220 on which a piezoresistive element 205 and a second bonding layer 222 are formed.
[0029]
Specifically, in the SOI substrate 200, an insulating layer 202 (SiO ₂ layer) is formed on a p-type silicon substrate 201, and a signal extraction electrode 203 is formed through the insulating layer 202. Further, a first bonding layer 204 (pyrex glass layer) is formed around the signal extraction electrode 203 so as to be separated and insulated from the signal extraction electrode 203. These are also formed by a semiconductor manufacturing technique as in the first embodiment. Note that the silicon immediately below the signal extraction electrode 203 is of p ⁺ type, making it easy to make ohmic contact with the electrode 203.
[0030]
Further, the alignment substrate 220 is made from an n-type silicon substrate 221. The surface is a p ⁺ type layer, and a piezoresistive element 205 is formed on the p ⁺ type layer by a semiconductor manufacturing technique. A second bonding layer 222 (SiO ₂ layer) is formed so as to cover the piezoresistive element 205. A part of one end of the piezoresistive element 205 is n ⁺ by ion implantation technique or the like, and one end of the p ⁺ -type piezoresistive element 205 is connected to the n ⁺ type via the electrode 206b. The electric resistance is formed small. An electrode 206 is formed on the other end of the piezoresistive element 205 so as to penetrate the second bonding layer 222. The electrode 206 is electrically connected to the signal extraction electrode 203 when the SOI substrate 200 and the laminated substrate 220 are joined. Then, the laminated substrate 220 and the SOI substrate 200 are stacked so as to enclose the piezoresistive element 205 as in the first embodiment, and are anodically bonded. That is, the impurities on the first bonding layer 204 side (pyrex glass impurities) diffuse into the second bonding layer 222, whereby both layers are firmly bonded. At this time, the voltage is applied to the bonding layer 204 on the outer periphery of the SOI substrate 200 and the second bonding layer 222 of the laminated substrate 220, so that only the outer periphery is bonded. Further, since the first bonding layer 204 is separated and insulated from the piezoresistive element 205, it is not destroyed by voltage application during anodic bonding.
[0031]
FIG. 8 shows the sensor device of the second embodiment after anodic bonding. When a voltage is applied between the electrodes 90 and 80 of this sensor device, a current is passed through the p ⁺ region of the silicon substrate 201, the signal extraction electrode 203, the piezoresistive element 205, and the n ⁺ type region as shown in FIG. Flowing. If this current value, that is, the resistance value of the piezoresistive element 205 is detected, the stress applied to this sensor element is detected. Even if it forms in this way, the same effect is acquired.
[0032]
(Third embodiment)
The first embodiment and the second embodiment are examples in which a sensor device is formed by bonding an SOI substrate and a combined substrate by anodic bonding. The sensor device of the present invention can be produced without using anodic bonding. The third embodiment is an example of a sensor device formed using a p-type silicon substrate and an n-type silicon substrate. FIG. 9 shows a sensor device of a third embodiment. The figure is a sectional view. The sensor device of the present embodiment includes a first substrate 300 having an electrode 80 as a first electrode on the back surface of an n-type silicon substrate 301 and a piezoresistive element 305 as a sensor element on the surface, and a p-type silicon substrate. The second substrate 320 includes an electrode 90 which is a second electrode on the rear surface of 321 and a signal extraction electrode 323 on the front surface.
[0033]
Specifically, in the first substrate 300, the back surface of the n-type silicon substrate 301 is a high-concentration n ⁺ -type layer 302, and the resistance to the electrode 80 is reduced. Further, a p ⁺ type layer 303 is formed on the surface, and a piezoresistive element 305 equivalent to the piezoresistive element 105 shown in FIG. 2, for example, is formed on the p ⁺ type layer 303 by a semiconductor manufacturing technique. A bonding layer (SiO ₂ ) 304 is formed on the piezoresistive element 305. One end of the piezoresistive element 305 is formed with an electrode 307 that penetrates the bonding layer 304 and comes into contact with the signal extraction electrode of the second substrate 320, and an n ⁺ type is formed on a part of the other end by an ion implantation technique or the like. A region 306 is formed and connected to the other end of the piezoresistive element 305 via an electrode. This is to reduce the electrical resistance between the n-type silicon substrate 301 and the other end of the piezoresistive element 305. That is, the structure is such that current passes from the electrode 307 through the piezoresistive element 305 in the lateral direction and flows into the n ⁺ -type region 306.
[0034]
The second substrate 320 is composed of a p-type silicon substrate 321 having p ⁺ -type layers on both sides, the second electrode 90 is formed on the back surface, and the second bonding layer (SiO ₂ ) 322 is formed on the front surface. ing. Further, a signal extraction electrode 323 is formed on the surface so as to penetrate a predetermined portion of the second bonding layer 322. That is, the electrode 323 is brought into contact with the electrode 307 of the first substrate 300 so that a current flows through the piezoresistive element 305. In the third embodiment, the first substrate 300 and the second substrate 320 are bonded with an adhesive. Specifically, as shown in FIG. 10, the two substrates are overlapped, and the adhesive B is applied to the side surfaces. When the two substrates are overlapped, a minute gap is formed between the bonding layer 304 and the bonding layer 322, and the adhesive B penetrates into the inside by, for example, a capillary phenomenon, and the two substrates are firmly fixed. The bonding layer 304 is formed so as to be separated from the piezoresistive element 305 and the groove M. The groove M can be formed by, for example, trench etching. If the groove M is formed, the penetration of the adhesive B can be prevented here, and the influence on the contact portion with the electrode 307 and the electrode 323 and the piezoresistive element 305 can be eliminated.
[0035]
When a voltage is applied between the electrodes 90 and 80 of this sensor device, a current flows through the piezoresistive element 305 as shown in FIG. If this current value, that is, the resistance value of the piezoresistive element 305 is detected, the stress applied to this sensor element can be detected. Even if it forms in this way, the effect equivalent to the sensor apparatus of 1st Example and 2nd Example can be acquired.
The second substrate 320 made of silicon may be a metal block 330 as shown in FIG. That is, a second bonding layer (SiO ₂ ) 322 may be formed on the metal block 330, and a signal extraction electrode 323 connected to the metal block 330 may be formed by opening a window therethrough.
[0036]
(Modification)
Although one embodiment representing the present invention has been described above, various other modifications are conceivable. For example, in the above embodiment, a piezoresistive element is used as the sensor element. However, instead of this, a capacitive sensor may be configured to detect the pressure from a change in the capacitor capacity. Alternatively, a minute cantilever may be formed by a MEMS technique or the like to form a contact switch type sensor device. That is, the sensor device may be turned on or off when an acceleration of a predetermined level or higher is applied. In adopting any sensor element, according to the present invention, the electrodes are formed so as to face each other, so that the size is reduced. Further, if an SOI substrate is used, anodic bonding is possible, so that a robust sensor device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view (a) and a bird's eye view (b) of a sensor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an internal explanatory diagram of the sensor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the bonding of the sensor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a current path of the sensor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a pressure sensor using the sensor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a dicing part of the sensor device (wafer) according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a sensor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a current path of a sensor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a sensor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a current path explanatory view of a sensor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a current path of a sensor device according to a modification of the third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a bird's-eye view of a small pressure sensor using a conventional piezo gauge.
FIG. 13 is a top view of mounting of a sensor device in a conventional diaphragm type pressure sensor.
FIG. 14 is a sectional view of a conventional diaphragm type pressure sensor.
[Explanation of symbols]
80 ... 1st electrode 90 ... 2nd electrode 100, 200 ... SOI substrate 101, 201, 321 ... p-type silicon substrate 102, 202 ... Insulating layer 104, 204, 304 ... 1st junction layer 105, 205, 305 ... Piezoresistor Elements 106, 107, 206, 307 ... Electrodes 120, 220 ... Matching substrate 121 ... P-type silicon substrates 122, 222, 322 ... Second bonding layers 123, 203, 323 ... Signal extraction electrode 141 ... Diaphragm 142 ... Force transmission rod 145 ... Housing 300 ... First substrate 320 ... Second substrate 301 ... n-type silicon substrate

Claims

A signal extraction electrode at a predetermined location on the surface of the SOI substrate; a first bonding layer formed separately from the extraction electrode on the outer periphery thereof; and a first electrode electrically connected to the signal extraction electrode on the back surface.
A sensor element that is a piezoresistive element that outputs a physical quantity as an electrical signal is provided on the surface of the laminated substrate, and a second bonding layer that bonds to the first bonding layer. A second electrode connected to the end of the
A sensor device, wherein the SOI substrate and the alignment substrate are bonded so as to contain the sensor element, and the first electrode and the second electrode are formed to face each other with the both substrates interposed therebetween.

The first bonding layer and the second bonding layer are bonding layers for anodic bonding, the first bonding layer is insulated from the sensor element, and the SOI substrate and the alignment substrate are bonded by anodic bonding. The sensor device according to claim 1 .