JP4186669B2 - Pressure sensor - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板のダイアフラム部に複数の歪みゲージをブリッジ状に形成し、ダイアフラム部が受ける圧力を電気信号として出力することで圧力を検出する半導体式圧力センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の半導体式圧力センサにあっては、例えば肉薄のダイアフラム部と、このダイアフラム部の外側周囲に形成される肉厚の支持部とを有する半導体基板を備え、前記ダイアフラム部にピエゾ抵抗素子からなる歪みゲージを形成し、前記ダイアフラム部が受ける圧力によって歪みゲージに歪みを発生させ、前記歪みゲージのピエゾ抵抗効果による抵抗値の変化をブリッジ回路の電圧変化として取り出して圧力の値を検出するセンサ素子を備えるものが知られている(特許文献1参照)。
【0003】
このような圧力センサは、前記センサ素子と、前記ダイアフラム部に圧力を伝達するための圧力導入孔部を備えたガラス台座(ガラス基板)とを陽極接合法によって接合し、前記ガラス台座を金属製のベース板上に低融点ガラスを介して固定する構造が一般的である。また、陽極接合による前記センサ素子と前記ガラス台座との接合強度を向上させるために、前記センサ素子の前記支持部の前記ガラス台座との接合面にアルミニウム(Al)層を形成し、両部材の接合強度を高めるものが提案されている(特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−38726号公報
【特許文献2】
特開2001−284603号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
かかる圧力センサは、前記センサ素子の前記支持部に前記アルミニウム層を形成し、前記ガラス台座との強固な接合を得て高圧測定用として用いられるものであるが、前記圧力センサの製造工程において、前記アルミニウム層の形成工程が必要となることから製造工程が煩雑となり、また前記圧力センサの製造コストが高くなってしまうといった問題点を有している。
【0006】
本発明は前述した問題点に着目し、高圧測定が可能で、かつ製造工程を簡素化することのできる圧力センサを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、請求項1に記載の圧力センサのように、(100)面からのエッチング処理に伴って開口部及び薄肉のダイアフラム部が形成されてなる半導体基板を圧力導入孔を有するガラス基板上に配設し、前記半導体基板と前記ガラス基板とを陽極接合法によって接合してなる圧力センサであって、前記半導体基板の前記ガラス基板との接合面の幅をAとし、前記ダイアフラム部の略中心から前記開口部の端部までの長さをBとした場合に、AとBとの比A/Bが、0.2≦A/B≦0.5になるように設定され、前記半導体基板の前記接合面近傍の内壁に曲面部が形成されていることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
【0010】
図1〜図3を用いて圧力センサの構造を説明する。1は例えば軸方位<100>の図示しないシリコンウエハを一辺が2.2mmの正方形に切断してなる単結晶シリコンからなるn型の半導体基板であり、この半導体基板1は、(100)面からのエッチング処理によって肉薄状に形成されるダイアフラム部2と、このダイアフラム部2の周囲に一体形成される肉厚状からなる支持部3とを有している。なお本実施形態の場合、ダイアフラム部2の厚さは60〜100μm、ダイアフラム部2の大きさは1辺が1.3mmの正方形に設定されている。このダイアフラム部2内の支持部3側にピエゾ抵抗素子からなる4つの歪みゲージ4(4a,4b,4c,4d)を備えている。
【0011】
これら歪みゲージ4a〜4dは低抵抗体からなる複数のリード部5によって電気的に接続され、各リード部5と歪みゲージ4a〜4dによってブリッジ回路6が構成されている。なお、7は熱酸化法により半導体基板1の表面に形成されている二酸化珪素(SiO↓2)からなる熱酸化膜、8は水分やナトリウム(Na)等の外部からの汚染から熱酸化膜7を保護するシリコンナイトライド膜である。
【0012】
そして、熱酸化膜7、シリコンナイトライド膜8には、各リード部5同士の各接合部9(9a,9b,9c,9d)に対応する部分にコンタクトホール10が形成されるとともに、このコンタクトホール10の形成箇所にアルミニウム等の導電材料からなる電極部11が形成され、この電極部11を外方に延長形成することでボンディングパッド部12が構成されている。
【0013】
かかる構成の半導体式圧力センサは、図4に示すように、ブリッジ回路6の接合部9a,9bとなるボンディングパッド12にワイヤボンディングにより接続されるボンディングワイヤ13を介し電源電圧Vccを印加することにより、ダイアフラム部2の表裏の圧力差によって生じる歪みを各歪みゲージ4の変化に応じた出力電圧Voとして、ブリッジ回路6の接合部9c,9dとなるボンディングパッド12からボンディングワイヤ13を介し外部に取り出すものである。
【0014】
一方、半導体基板1の裏面側には、半導体基板1における支持部3の接合面3aと陽極接合により接合されるガラス台座20を備えている。ガラス台座20は、例えばアルミノホウケイ酸ガラスからなり、半導体基板1と略同等に一辺の長さが2.2mmの正方形形状をなしている。半導体基板1は、半導体基板1のダイアフラム部2に対応する略中央に圧力導入孔20aが切削法やサンドブラスト法あるいは超音波法等により形成されている。
【0015】
次に、図5及び図6を用いて圧力センサの構造を更に詳述する。
【0016】
圧力センサは、一辺の長さL1が2.2mmの正方形で、厚さW1が150〜220μmのn型半導体基板1を用い、支持部3を残すように水酸化カリウム(KOH)等のアルカリエッチング液に所定時間浸してなる異方性エッチングにより厚さW2が80〜120μm、ダイアフラム部2の一辺の長さL2が1.2〜1.3mmの肉薄状のダイアフラム部2を形成する。この場合、半導体基板1は、半導体基板1の幅方向の略中心Pであり、かつダイアフラム部2の幅方向の略中心Pを基準として一辺の長さL2が1.2〜1.3mmからなるダイアフラム部2が得られるように、開口部の幅L3を1.33mmに設定し、異方性エッチングを行うことで、支持部3のガラス台座20との接合面3aの幅(幅方向の長さ)L4(A)を0.44mm(小数点以下3桁を四捨五入)とすることができる(図5(a))。尚、半導体基板1の厚さW1は、ガラス台座20との接合強度及び圧力センサの出力特性のばらつきを考慮すると、135〜215μmのものを用いることが望ましい。
【0017】
半導体基板1は、ダイアフラム部2と支持部3との境界部14に対応する半導体基板1のエッチング面側に形成される角部15(図5(a)参照)と、支持部3のガラス台座20との接合面3aの近傍の内壁16とを除去する処理がなされる。半導体基板1は、六フッ化硫黄と水素の混合ガスを用いてプラズマエッチング法からなる等方性エッチングにより、角部15が丸まり曲面部17が形成されるとともに、支持部3の接合面3aの近傍の内壁16に曲面部18が形成される(図2及び図3,図5(b)参照)。尚、前述の等方性エッチング後におけるダイアフラム部2の厚さW2は、60〜100μmになる。
【0018】
半導体基板1は、酸化炉に投入され表裏面に熱酸化膜7が形成される。
【0019】
尚、図5(a),(b)において図示はされていないが前記異方性、等方性エッチング時には、半導体基板1表面及び支持部3の背面に熱酸化膜7、シリコンナイトライド膜8が重ねて形成されており、前記等方性エッチング後に熱酸化膜7、シリコンナイトライド膜8が除去されるようになっている。
【0020】
半導体基板1は、ダイアフラム部2において、各歪みゲージ4a〜4dの形成箇所に対応する表面の熱酸化膜7が除去され、ボロン等のp型の半導体材料を用いて熱拡散によりダイアフラム部2内の所定位置に各歪みゲージ4a〜4dが形成され、再び、各歪みゲージ4a〜4dの形成部分に熱酸化膜7が形成される(図5(c)参照)。半導体基板1は、各歪みゲージ4a〜4dを図1及び図4で示すブリッジ回路6状にするため、例えば、各歪みゲージ4a〜4dの両端から所定パターンで熱酸化膜7が除去され、各歪みゲージ4a〜4dよりも濃度が高いボロン等のp型の半導体材料を用い、熱拡散により各リード部5が形成されることでブリッジ回路6が得られる。
【0021】
半導体基板1の各リード部5により形成される各接合部9a〜9dは、コンタクトホール10,電極部11及びボンディングパッド12が形成できるような接合部形状に形成される。そして、ブリッジ回路6が形成された半導体基板1は、半導体基板1の表面の熱酸化膜7上にシリコンナイトライド膜8が形成される(図5(d)参照)。
【0022】
半導体基板1は、ダイアフラム部2において、各接合部9a〜9dの形成箇所に対応するシリコンナイトライド膜8をプラズマエッチング法等により除去され、このシリコンナイトライド膜8を除去した部分の熱酸化膜7がフッ酸混合液等を用いて除去される。従って半導体基板1は、シリコンナイトライド膜8から熱酸化膜7を介し各接合部9a〜9dに達する各コンタクトホール10が形成される(図5(e)参照)。この場合、熱酸化膜7の除去により半導体基板1の背面側に形成される熱酸化膜7は除去されることになる。
【0023】
半導体基板1は、コンタクトホール10の形成位置に、アルミニウム等からなる導電部材が蒸着やスパッタリング法等の手段によって電極部11及びボンディングパッド12が形成される(図5(f))。
【0024】
そして、半導体基板1をガラス台座20に配設し、半導体基板1側を陽極とし、ガラス台座20側を陰極とし、所定の直流電圧を印加する陽極接合法によりガラス台座20上に半導体基板1を固定することで圧力センサが完成する。
【0025】
尚、ボンディングパッド12は、図3に示すようにボンディングワイヤ13によって図示しない外部回路と電気的に接続される。
【0026】
かかる圧力センサは、検出精度が高くかつ調整の容易性を考慮すると、圧力センサのフルスケール電圧(出力電圧)の温度特性における直線性が最も良くなるためには、図6に示すように各歪みゲージ4(4a〜4d)の略中心Qとダイアフラム部2の略中心Pとの距離をX、ダイアフラム部2と支持部3との境界部14とダイアフラム部2の略中心Pとの距離をRとしたときのXとRとの比X/Rが0.93から0.98となるようにダイアフラム部2に歪ゲージ4を配設することが望ましい。このことは、本願出願人によって特願2002−285604号にて提案している。
【0027】
図7は、支持部3のガラス台座20との接合面3aの幅L4と、ダイアフラム部2の略中心Pから開口部の端部までの長さL5(B)との比L4/L5と、半導体基板1とガラス台座20との接合強度との関係を示す図であり、ガラス台座20の圧力導入孔20aの孔径を0.8mmとし、この圧力導入孔20aから圧力をダイアフラム部2の裏面側から印加して、半導体基板1がガラス台座20から剥がれる方向に前記圧力が作用する場合の強度を示すものである。図6を用いて説明したことを前提とし、厚さW1が150μmの半導体基板1を用いた場合の圧力センサは、図7に示すように比L4/L5が「0.5」となる付近で破壊強度がほぼ一定となるため、この付近の比L4/L5のものを用いることが望ましいが、接合面3aの幅L4の寸法を大きくし比L4/L5を「0.5」に近づけると、半導体基板1が大型化することなり、シリコンウエハからの半導体基板1の取り数が減少し、大幅な製造コストのアップにつながる。
【0028】
よって、半導体基板1のサイズを変更せず、ダイアフラム部2の一辺の長さL2を1.2〜1.3mmとし、ダイアフラム部2の厚さW2を60〜100μmとすると、各歪みゲージ4(4a〜4d)の略中心Qとダイアフラム部2の略中心Pとの距離をX、ダイアフラム部2と支持部3との境界部14とダイアフラム部2の略中心Pとの距離をRとしたときのXとRとの比X/Rを0.93から0.98とする為には、開口部の幅L3を1.33mmとして設定し異方性エッチングすることで、支持部3のガラス台座20との接合面3aの幅L4と、ダイアフラム部2の略中心Pから開口部の端部までの長さL5(B)との比L4/L5を0.2〜0.5の範囲とすることが可能となる。尚、ダイアフラム部2の一辺の長さL2は、圧力センサの定格圧力と設計上のダイアフラム部2の破壊強度との関係を示す安全率や、圧力センサの出力電圧のフルスケール電圧の直線性等を考慮し、1.2〜1.3mmに設定される。
【0029】
尚、比L4/L5が0.2〜0.5を用いた圧力センサが2000kpa以上の高圧に耐えうることは、図7からも明らかである。
【0030】
かかる圧力センサは、(100)面からのエッチング処理に伴って開口部及び薄肉のダイアフラム部2が形成されてなる半導体基板1を圧力導入孔20aを有するガラス台座20上に配設し、前記接合面3aとガラス台座20とを陽極接合法によって接合するものであり、半導体基板1のガラス台座20との接合面3aの幅をL4とし、ダイアフラム部2の略中心Pから開口部の端部までの長さをL5とした場合に、L4とL5との比L4/L5が、0.2≦L4/L5≦0.5になるように設定されるものである。従って、従来のような接合強度を向上させるための専用の工程を必要とすることなく、比L4/L5の設定のみで高圧測定に耐えうる圧力センサを得ることができるため、製造工程を簡素化することが可能となり、また、製造工程の簡素化に伴い圧力センサの製造コストも低減することが可能となる。
【0031】
また、圧力センサは、半導体基板1の接合面3aの近傍の内壁16に曲面部18を形成するものであり、ガラス台座20の圧力導入孔20aから導入される圧力による半導体基板1の剥がし方向に作用する応力、即ちガラス台座20と接合面3aに作用する前記応力を曲面部18によって分散させることができ、接合強度を更に向上させることが可能となる。
【0032】
【発明の効果】
本発明は、(100)面からのエッチング処理に伴って開口部及び薄肉のダイアフラム部が形成されてなる半導体基板を圧力導入孔を有するガラス基板上に配設し、前記半導体基板と前記ガラス基板とを陽極接合法によって接合してなる圧力センサに関し、 高圧測定が可能で、かつ製造工程を簡素化することのできる圧力センサを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の圧力センサを示す平面図。
【図2】図1のA−A断面図。
【図3】図1のB−B断面図。
【図4】同上圧力センサの回路構成を示す図。
【図5】同上圧力センサの製造工程を示す図。
【図6】同上圧力センサの出力特性を説明する図。
【図7】同上圧力センサの接合強度を説明する図。
【符号の説明】
1 半導体基板
2 ダイアフラム部
3 支持部
3a 接合面
16 内壁
18 曲面部
20 ガラス台座(ガラス基板)
20a 圧力導入孔
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor pressure sensor that detects a pressure by forming a plurality of strain gauges in a bridge shape on a diaphragm portion of a semiconductor substrate and outputting the pressure received by the diaphragm portion as an electrical signal.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of semiconductor pressure sensor includes a semiconductor substrate having, for example, a thin diaphragm portion and a thick support portion formed around the outer periphery of the diaphragm portion, and the diaphragm portion includes a piezoresistor. A strain gauge consisting of elements is formed, strain is generated in the strain gauge by the pressure received by the diaphragm section, and the change in resistance value due to the piezoresistance effect of the strain gauge is taken out as a voltage change in the bridge circuit to detect the pressure value There is known a sensor provided with a sensor element (see Patent Document 1).
[0003]
In such a pressure sensor, the sensor element and a glass pedestal (glass substrate) provided with a pressure introduction hole for transmitting pressure to the diaphragm are joined by an anodic bonding method, and the glass pedestal is made of metal. A structure in which the base plate is fixed via a low-melting glass is common. Further, in order to improve the bonding strength between the sensor element and the glass pedestal by anodic bonding, an aluminum (Al) layer is formed on the bonding surface of the sensor element with the glass pedestal, One that increases the bonding strength has been proposed (see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-38726 [Patent Document 2]
JP 2001-284603 A
[Problems to be solved by the invention]
Such a pressure sensor is used for high-pressure measurement by forming the aluminum layer on the support portion of the sensor element and obtaining a strong bond with the glass pedestal. Since the step of forming the aluminum layer is required, the manufacturing process is complicated, and the manufacturing cost of the pressure sensor is increased.
[0006]
The present invention pays attention to the above-mentioned problems, and provides a pressure sensor capable of measuring high pressure and simplifying the manufacturing process.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a semiconductor substrate in which an opening portion and a thin diaphragm portion are formed along with an etching process from the (100) plane, as in the pressure sensor according to claim 1. A pressure sensor disposed on a glass substrate having an introduction hole and bonding the semiconductor substrate and the glass substrate by an anodic bonding method, wherein the width of the bonding surface of the semiconductor substrate to the glass substrate is A When the length from the approximate center of the diaphragm portion to the end of the opening portion is B, the ratio A / B of A and B is 0.2 ≦ A / B ≦ 0.5. The curved surface portion is formed on the inner wall in the vicinity of the bonding surface of the semiconductor substrate .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0010]
The structure of the pressure sensor will be described with reference to FIGS. Reference numeral 1 denotes an n-type semiconductor substrate made of single crystal silicon obtained by cutting a silicon wafer (not shown) having an axial orientation <100> into a square having a side of 2.2 mm. The semiconductor substrate 1 is formed from the (100) plane. The diaphragm portion 2 is formed thin by the etching process, and the support portion 3 is formed integrally with the periphery of the diaphragm portion 2. In the case of this embodiment, the thickness of the diaphragm portion 2 is set to 60 to 100 μm, and the size of the diaphragm portion 2 is set to a square having a side of 1.3 mm. Four strain gauges 4 (4a, 4b, 4c, 4d) made of piezoresistive elements are provided on the support part 3 side in the diaphragm part 2.
[0011]
These strain gauges 4a to 4d are electrically connected by a plurality of lead portions 5 made of a low resistance body, and a bridge circuit 6 is constituted by each lead portion 5 and the strain gauges 4a to 4d. Reference numeral 7 denotes a thermal oxide film made of silicon dioxide (SiO ↓ 2) formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation method. Reference numeral 8 denotes a thermal oxide film 7 due to external contamination such as moisture or sodium (Na). This is a silicon nitride film for protecting the film.
[0012]
In the thermal oxide film 7 and the silicon nitride film 8, contact holes 10 are formed in portions corresponding to the joint portions 9 (9a, 9b, 9c, 9d) between the lead portions 5, and this contact. An electrode portion 11 made of a conductive material such as aluminum is formed at a location where the hole 10 is formed, and the bonding pad portion 12 is configured by extending the electrode portion 11 outward.
[0013]
As shown in FIG. 4, the semiconductor pressure sensor having such a configuration is configured by applying a power supply voltage Vcc via a bonding wire 13 connected by wire bonding to a bonding pad 12 serving as the bonding portions 9a and 9b of the bridge circuit 6. The strain caused by the pressure difference between the front and back surfaces of the diaphragm portion 2 is taken out as an output voltage Vo corresponding to the change of each strain gauge 4 from the bonding pad 12 serving as the joint portions 9c and 9d of the bridge circuit 6 through the bonding wire 13. Is.
[0014]
On the other hand, on the back surface side of the semiconductor substrate 1, a glass pedestal 20 is provided that is bonded to the bonding surface 3 a of the support portion 3 in the semiconductor substrate 1 by anodic bonding. The glass pedestal 20 is made of, for example, aluminoborosilicate glass, and has a square shape with a side length of 2.2 mm substantially the same as the semiconductor substrate 1. In the semiconductor substrate 1, a pressure introducing hole 20 a is formed in a substantially center corresponding to the diaphragm portion 2 of the semiconductor substrate 1 by a cutting method, a sandblast method, an ultrasonic method, or the like.
[0015]
Next, the structure of the pressure sensor will be described in more detail with reference to FIGS.
[0016]
The pressure sensor is an n-type semiconductor substrate 1 with a side length L1 of 2.2 mm and a thickness W1 of 150 to 220 μm, and alkali etching such as potassium hydroxide (KOH) so as to leave the support 3. A thin diaphragm portion 2 having a thickness W2 of 80 to 120 μm and a length L2 of one side of the diaphragm portion 2 of 1.2 to 1.3 mm is formed by anisotropic etching that is immersed in a liquid for a predetermined time. In this case, the semiconductor substrate 1 is approximately the center P in the width direction of the semiconductor substrate 1 and the length L2 of one side is 1.2 to 1.3 mm with respect to the approximately center P in the width direction of the diaphragm portion 2. By setting the width L3 of the opening to 1.33 mm and performing anisotropic etching so that the diaphragm portion 2 is obtained, the width (length in the width direction) of the joint surface 3a with the glass pedestal 20 of the support portion 3 is obtained. S) L4 (A) can be set to 0.44 mm (3 decimal places are rounded off) (FIG. 5A). The thickness W1 of the semiconductor substrate 1 is desirably 135 to 215 μm in consideration of the bonding strength with the glass pedestal 20 and the variation in the output characteristics of the pressure sensor.
[0017]
The semiconductor substrate 1 includes a corner portion 15 (see FIG. 5A) formed on the etching surface side of the semiconductor substrate 1 corresponding to the boundary portion 14 between the diaphragm portion 2 and the support portion 3, and a glass pedestal of the support portion 3. The process of removing the inner wall 16 in the vicinity of the joint surface 3a with the 20 is performed. In the semiconductor substrate 1, the corner portion 15 is rounded to form the curved surface portion 17 by isotropic etching using a plasma etching method using a mixed gas of sulfur hexafluoride and hydrogen, and the bonding surface 3 a of the support portion 3 is formed. A curved surface portion 18 is formed on the adjacent inner wall 16 (see FIGS. 2, 3 and 5B). In addition, the thickness W2 of the diaphragm part 2 after the above-mentioned isotropic etching is 60 to 100 μm.
[0018]
The semiconductor substrate 1 is put into an oxidation furnace, and a thermal oxide film 7 is formed on the front and back surfaces.
[0019]
Although not shown in FIGS. 5A and 5B, during the anisotropic or isotropic etching, a thermal oxide film 7 and a silicon nitride film 8 are formed on the surface of the semiconductor substrate 1 and the back surface of the support portion 3. The thermal oxide film 7 and the silicon nitride film 8 are removed after the isotropic etching.
[0020]
In the semiconductor substrate 1, the thermal oxide film 7 on the surface corresponding to the formation positions of the strain gauges 4 a to 4 d is removed in the diaphragm portion 2, and the inside of the diaphragm portion 2 is formed by thermal diffusion using a p-type semiconductor material such as boron. The strain gauges 4a to 4d are formed at the predetermined positions, and the thermal oxide film 7 is formed again at the portions where the strain gauges 4a to 4d are formed (see FIG. 5C). Since the semiconductor substrate 1 has the strain gauges 4a to 4d in the shape of the bridge circuit 6 shown in FIGS. 1 and 4, for example, the thermal oxide film 7 is removed in a predetermined pattern from both ends of the strain gauges 4a to 4d. A bridge circuit 6 is obtained by forming each lead portion 5 by thermal diffusion using a p-type semiconductor material such as boron having a higher concentration than the strain gauges 4a to 4d.
[0021]
Each joint portion 9a to 9d formed by each lead portion 5 of the semiconductor substrate 1 is formed in a joint portion shape so that the contact hole 10, the electrode portion 11, and the bonding pad 12 can be formed. Then, in the semiconductor substrate 1 on which the bridge circuit 6 is formed, a silicon nitride film 8 is formed on the thermal oxide film 7 on the surface of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 5D).
[0022]
In the semiconductor substrate 1, in the diaphragm portion 2, the silicon nitride film 8 corresponding to the formation positions of the joint portions 9 a to 9 d is removed by a plasma etching method or the like, and the portion of the thermal oxide film from which the silicon nitride film 8 is removed 7 is removed using a hydrofluoric acid mixed solution or the like. Accordingly, in the semiconductor substrate 1, contact holes 10 reaching the junctions 9a to 9d from the silicon nitride film 8 through the thermal oxide film 7 are formed (see FIG. 5E). In this case, the thermal oxide film 7 formed on the back side of the semiconductor substrate 1 is removed by removing the thermal oxide film 7.
[0023]
In the semiconductor substrate 1, the electrode part 11 and the bonding pad 12 are formed at a position where the contact hole 10 is formed by means of a conductive member made of aluminum or the like by vapor deposition or sputtering (FIG. 5F).
[0024]
Then, the semiconductor substrate 1 is disposed on the glass pedestal 20, the semiconductor substrate 1 is used as an anode, the glass pedestal 20 is used as a cathode, and the semiconductor substrate 1 is placed on the glass pedestal 20 by an anodic bonding method in which a predetermined DC voltage is applied. The pressure sensor is completed by fixing.
[0025]
The bonding pad 12 is electrically connected to an external circuit (not shown) by a bonding wire 13 as shown in FIG.
[0026]
Such a pressure sensor has high detection accuracy and easy adjustment, so that the linearity in the temperature characteristics of the full-scale voltage (output voltage) of the pressure sensor is best, as shown in FIG. The distance between the approximate center Q of the gauge 4 (4a to 4d) and the approximate center P of the diaphragm part 2 is X, and the distance between the boundary part 14 between the diaphragm part 2 and the support part 3 and the approximate center P of the diaphragm part 2 is R. It is desirable to dispose the strain gauge 4 on the diaphragm portion 2 so that the ratio X / R of X and R is 0.93 to 0.98. This is proposed in Japanese Patent Application No. 2002-285604 by the applicant of the present application.
[0027]
FIG. 7 shows a ratio L4 / L5 between the width L4 of the joint surface 3a of the support portion 3 with the glass pedestal 20 and the length L5 (B) from the approximate center P of the diaphragm portion 2 to the end of the opening, It is a figure which shows the relationship between the joining strength of the semiconductor substrate 1 and the glass pedestal 20, and the hole diameter of the pressure introduction hole 20a of the glass pedestal 20 is 0.8 mm, and the pressure from the pressure introduction hole 20a is the back side of the diaphragm portion The strength when the pressure is applied in the direction in which the semiconductor substrate 1 is peeled off from the glass pedestal 20 is shown. Assuming that the semiconductor substrate 1 having a thickness W1 of 150 μm is used, it is assumed that the pressure sensor has a ratio L4 / L5 of “ 0.5 ” as shown in FIG. Since the fracture strength is substantially constant, it is desirable to use a material having a ratio L4 / L5 in the vicinity. However, when the dimension of the width L4 of the joint surface 3a is increased and the ratio L4 / L5 is brought close to “ 0.5 ”, will be the semiconductor substrate 1 is enlarged, reduced the number of take of the semiconductor substrate 1 from the silicon wafer, leading to up significant production cost.
[0028]
Therefore, if the length L2 of one side of the diaphragm part 2 is 1.2 to 1.3 mm and the thickness W2 of the diaphragm part 2 is 60 to 100 μm without changing the size of the semiconductor substrate 1, each strain gauge 4 ( 4a to 4d) when the distance between the approximate center Q and the approximate center P of the diaphragm part 2 is X, and the distance between the boundary part 14 between the diaphragm part 2 and the support part 3 and the approximate center P of the diaphragm part 2 is R. In order to set the ratio X / R between X and R of 0.93 to 0.98, the width L3 of the opening is set to 1.33 mm and anisotropic etching is performed, so that the glass pedestal of the support 3 The ratio L4 / L5 of the width L4 of the joint surface 3a to 20 and the length L5 (B) from the approximate center P of the diaphragm portion 2 to the end of the opening is in the range of 0.2 to 0.5. It becomes possible. The length L2 of one side of the diaphragm 2 is a safety factor indicating the relationship between the rated pressure of the pressure sensor and the designed breaking strength of the pressure sensor, the linearity of the full-scale voltage of the output voltage of the pressure sensor, etc. Is set to 1.2 to 1.3 mm.
[0029]
It is apparent from FIG. 7 that the pressure sensor using the ratio L4 / L5 of 0.2 to 0.5 can withstand a high pressure of 2000 kpa or more.
[0030]
Such a pressure sensor includes a semiconductor substrate 1 having an opening and a thin diaphragm portion 2 formed in accordance with an etching process from the (100) plane on a glass pedestal 20 having a pressure introduction hole 20a. The surface 3a and the glass pedestal 20 are joined by an anodic bonding method. The width of the joining surface 3a of the semiconductor substrate 1 with the glass pedestal 20 is L4, from the approximate center P of the diaphragm 2 to the end of the opening. When L5 is L5, the ratio L4 / L5 between L4 and L5 is set to satisfy 0.2 ≦ L4 / L5 ≦ 0.5. Therefore, since a pressure sensor that can withstand high pressure measurement can be obtained only by setting the ratio L4 / L5 without requiring a dedicated process for improving the bonding strength as in the prior art, the manufacturing process is simplified. In addition, the manufacturing cost of the pressure sensor can be reduced with the simplification of the manufacturing process.
[0031]
The pressure sensor forms a curved surface portion 18 on the inner wall 16 in the vicinity of the bonding surface 3 a of the semiconductor substrate 1, and in the peeling direction of the semiconductor substrate 1 due to the pressure introduced from the pressure introduction hole 20 a of the glass pedestal 20. The acting stress, that is, the stress acting on the glass pedestal 20 and the joining surface 3a can be dispersed by the curved surface portion 18, and the joining strength can be further improved.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, a semiconductor substrate in which an opening and a thin diaphragm portion are formed in accordance with an etching process from the (100) plane is disposed on a glass substrate having a pressure introducing hole, and the semiconductor substrate and the glass substrate With respect to the pressure sensor formed by joining together by the anodic bonding method, it becomes possible to obtain a pressure sensor capable of measuring high pressure and simplifying the manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the pressure sensor.
FIG. 5 is a view showing a manufacturing process of the pressure sensor.
FIG. 6 is a view for explaining output characteristics of the pressure sensor.
FIG. 7 is a view for explaining the bonding strength of the pressure sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Diaphragm part 3 Support part 3a Joint surface 16 Inner wall 18 Curved surface part 20 Glass base (glass substrate)
20a Pressure introduction hole

Claims (1)

(100)面からのエッチング処理に伴って開口部及び薄肉のダイアフラム部が形成されてなる半導体基板を圧力導入孔を有するガラス基板上に配設し、前記半導体基板と前記ガラス基板とを陽極接合法によって接合してなる圧力センサであって、
前記半導体基板の前記ガラス基板との接合面の幅をAとし、前記ダイアフラム部の略中心から前記開口部の端部までの長さをBとした場合に、AとBとの比A/Bが、
0.2≦A/B≦0.5
になるように設定され、前記半導体基板の前記接合面近傍の内壁に曲面部が形成されていることを特徴とする圧力センサ。
A semiconductor substrate having an opening and a thin diaphragm portion formed by etching from the (100) plane is disposed on a glass substrate having a pressure introducing hole, and the semiconductor substrate and the glass substrate are anodically connected. A pressure sensor joined by law,
A / B ratio A / B where A is the width of the bonding surface of the semiconductor substrate to the glass substrate and B is the length from the approximate center of the diaphragm portion to the end of the opening. But,
0.2 ≦ A / B ≦ 0.5
The pressure sensor is characterized in that a curved surface portion is formed on an inner wall in the vicinity of the bonding surface of the semiconductor substrate .
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