JPH06163941A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH06163941A JPH06163941A JP31355292A JP31355292A JPH06163941A JP H06163941 A JPH06163941 A JP H06163941A JP 31355292 A JP31355292 A JP 31355292A JP 31355292 A JP31355292 A JP 31355292A JP H06163941 A JPH06163941 A JP H06163941A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体圧力センサをより小型かつ高感度とし
得る。 【構成】 第一のシリコン層３８と第二のシリコン層３
６とがガラス層４０を挟んで配置され、かつ、第二のシ
リコン層３６とガラス層との間にＳｉＯ2膜４１が配置
されて、第一シリコン層３８、ガラス層４０、ＳｉＯ2
膜４１、及び第二のシリコン層３６が接合されており、
第二のシリコン層３６の厚さが第一のシリコン層３８の
厚さより薄く、第一のシリコン層３８に、前記ガラス層
４０の反対面側から前記ガラス層４０の近傍に亙って穴
４２が形成され、前記ガラス層４０に、前記第二のシリ
コン層３６と略平行に広がる空間４４が前記穴４２に連
通して形成されている。なお、第一のシリコン層とガラ
ス層との間にＳｉＯ2膜を設けることができる。
得る。 【構成】 第一のシリコン層３８と第二のシリコン層３
６とがガラス層４０を挟んで配置され、かつ、第二のシ
リコン層３６とガラス層との間にＳｉＯ2膜４１が配置
されて、第一シリコン層３８、ガラス層４０、ＳｉＯ2
膜４１、及び第二のシリコン層３６が接合されており、
第二のシリコン層３６の厚さが第一のシリコン層３８の
厚さより薄く、第一のシリコン層３８に、前記ガラス層
４０の反対面側から前記ガラス層４０の近傍に亙って穴
４２が形成され、前記ガラス層４０に、前記第二のシリ
コン層３６と略平行に広がる空間４４が前記穴４２に連
通して形成されている。なお、第一のシリコン層とガラ
ス層との間にＳｉＯ2膜を設けることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体圧力センサに係
り、例えば、自動車、家庭電化製品、工業計測機器等に
広範囲に使用されている半導体圧力センサの小型化に関
するものである。
り、例えば、自動車、家庭電化製品、工業計測機器等に
広範囲に使用されている半導体圧力センサの小型化に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の製作に用いられ
る半導体微細加工技術を生かして、物理的な動きをする
超小型の機械（マイクロマシン）を製作する、マイクロ
マシニングと呼ばれる技術が脚光を浴びており、このマ
イクロマシニングを生かして半導体圧力センサ等の半導
体センサの開発が進んでいる。半導体圧力センサは、自
動車、家庭電化製品、工業計測機器等に広範囲に使用さ
れている。
る半導体微細加工技術を生かして、物理的な動きをする
超小型の機械（マイクロマシン）を製作する、マイクロ
マシニングと呼ばれる技術が脚光を浴びており、このマ
イクロマシニングを生かして半導体圧力センサ等の半導
体センサの開発が進んでいる。半導体圧力センサは、自
動車、家庭電化製品、工業計測機器等に広範囲に使用さ
れている。
【０００３】半導体圧力センサには、ピエゾ抵抗効果型
のものがある。図６は、従来のピエゾ抵抗効果型の半導
体圧力センサの半導体チップ１０の構造を示すものであ
る。図６の（ａ）はその縦断面構造、図６の（ｂ）はそ
の平面構造である。
のものがある。図６は、従来のピエゾ抵抗効果型の半導
体圧力センサの半導体チップ１０の構造を示すものであ
る。図６の（ａ）はその縦断面構造、図６の（ｂ）はそ
の平面構造である。
【０００４】図６の半導体チップ１０は、シリコンＳｉ
からなり、略平板状の形状を有する。以下においては、
半導体チップ１０の上方を向いている面を上面１０ａと
し、下方を向いている面を下面１０ｂとする。前記半導
体チップ１０は、その中央部に下面１０ｂ側から上面１
０ａの裏面に向かって角型（角錘台）形状に穴１２が穿
設され、該穴１２の周囲が台座１４とされている。この
場合、前記穴１２の深部１６（前記上面１０ａの裏面に
最も近い所に相当する）と上面１０ａとの間でダイアフ
ラム部１８が形成されている。このダイアフラム部１８
の上面１０ａ側には、拡散層に歪み検出用のゲージ抵抗
２０が形成されている。なお、穴１２のテーパー状の内
側面をテーパー部２２という。このテーパー部２２の上
側の部分とダイアフラム部１８が歪んで圧力を検出して
おり、これら歪みの生じるのが有効なダイアフラム領域
である。
からなり、略平板状の形状を有する。以下においては、
半導体チップ１０の上方を向いている面を上面１０ａと
し、下方を向いている面を下面１０ｂとする。前記半導
体チップ１０は、その中央部に下面１０ｂ側から上面１
０ａの裏面に向かって角型（角錘台）形状に穴１２が穿
設され、該穴１２の周囲が台座１４とされている。この
場合、前記穴１２の深部１６（前記上面１０ａの裏面に
最も近い所に相当する）と上面１０ａとの間でダイアフ
ラム部１８が形成されている。このダイアフラム部１８
の上面１０ａ側には、拡散層に歪み検出用のゲージ抵抗
２０が形成されている。なお、穴１２のテーパー状の内
側面をテーパー部２２という。このテーパー部２２の上
側の部分とダイアフラム部１８が歪んで圧力を検出して
おり、これら歪みの生じるのが有効なダイアフラム領域
である。
【０００５】図６の半導体圧力センサで圧力を検出する
際には、該センサに圧力を導入する。この圧力により、
ダイアフラム部１８（ダイアフラム領域全体にも）に歪
みが生じ、この歪みで前記ゲージ抵抗２０の抵抗値が変
化し、この抵抗値変化から圧力を検出している。
際には、該センサに圧力を導入する。この圧力により、
ダイアフラム部１８（ダイアフラム領域全体にも）に歪
みが生じ、この歪みで前記ゲージ抵抗２０の抵抗値が変
化し、この抵抗値変化から圧力を検出している。
【０００６】上記の構造の半導体圧力センサにおいて、
図６の（ａ）に示すように、ダイアフラム部１８の径を
ｗとし、ダイアフラム部１８の厚さをｈとすれば、該半
導体圧力センサの感度Ｓは、これら径ｗと厚さｈに対し
て次式（１）の関係を有する。 Ｓ∝（ｗ／ｈ）2 ・ ・ ・ （１） 即ち、感度Ｓは、径ｗと厚さｈの比（ｗ／ｈ）の２乗に
比例する。したがって、感度Ｓを向上させるためには、
（ａ）ダイアフラム部１８の厚さｈは、できるだけ薄
く、（ｂ）ダイヤフラム部１８の面積（∝ｗ2）は、で
きるだけ大きくする必要がある。
図６の（ａ）に示すように、ダイアフラム部１８の径を
ｗとし、ダイアフラム部１８の厚さをｈとすれば、該半
導体圧力センサの感度Ｓは、これら径ｗと厚さｈに対し
て次式（１）の関係を有する。 Ｓ∝（ｗ／ｈ）2 ・ ・ ・ （１） 即ち、感度Ｓは、径ｗと厚さｈの比（ｗ／ｈ）の２乗に
比例する。したがって、感度Ｓを向上させるためには、
（ａ）ダイアフラム部１８の厚さｈは、できるだけ薄
く、（ｂ）ダイヤフラム部１８の面積（∝ｗ2）は、で
きるだけ大きくする必要がある。
【０００７】今日、圧力センサへの小型化の要請は強
く、例えば腕時計にまで圧力センサ（気圧、水圧等の検
出用）を備えたものがある。この要請に応えるべく、前
記の半導体圧力センサを小型化するためには、半導体チ
ップ１０を小型化する必要がある。
く、例えば腕時計にまで圧力センサ（気圧、水圧等の検
出用）を備えたものがある。この要請に応えるべく、前
記の半導体圧力センサを小型化するためには、半導体チ
ップ１０を小型化する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ここで、半導体チップ
１０を小型化すると、テーパー部２２がダイアフラム領
域に占める割合が増加し、その分、有効なダイアフラム
領域の面積が減少する。そのため、従来は、半導体チッ
プ１０を小型化するに際して、以前のチップと同様の感
度を得るために、前記（１）式により、ダイアフラム部
１８の厚さｈをできるだけ薄くする必要があった。
１０を小型化すると、テーパー部２２がダイアフラム領
域に占める割合が増加し、その分、有効なダイアフラム
領域の面積が減少する。そのため、従来は、半導体チッ
プ１０を小型化するに際して、以前のチップと同様の感
度を得るために、前記（１）式により、ダイアフラム部
１８の厚さｈをできるだけ薄くする必要があった。
【０００９】しかしながら、一般のエッチング等による
半導体の薄膜化技術により、ダイアフラム部１８の膜厚
をμｍオーダーで制御することは、困難な面が多く、コ
ストが上昇する要因となるという問題点がある。また、
テーパー部２２の領域は、ウェーハの厚さを薄くするこ
とにより減らすことができると考えられるが、ウェーハ
の厚さを薄くすることは、各熱処理工程でのウェーハの
変形を防ぐために限界があり、事実上困難であるという
問題点がある。
半導体の薄膜化技術により、ダイアフラム部１８の膜厚
をμｍオーダーで制御することは、困難な面が多く、コ
ストが上昇する要因となるという問題点がある。また、
テーパー部２２の領域は、ウェーハの厚さを薄くするこ
とにより減らすことができると考えられるが、ウェーハ
の厚さを薄くすることは、各熱処理工程でのウェーハの
変形を防ぐために限界があり、事実上困難であるという
問題点がある。
【００１０】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたものであって、半導体チップを小型化しても
ダイアフラム領域の有効な面積の減少を最小限にできる
ようにして、より小型かつ高感度とし得る半導体圧力セ
ンサを提供することを課題とする。
くなされたものであって、半導体チップを小型化しても
ダイアフラム領域の有効な面積の減少を最小限にできる
ようにして、より小型かつ高感度とし得る半導体圧力セ
ンサを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体の一部
にダイアフラムが形成されていて、このダイアフラムの
歪みにより圧力を検出する半導体圧力センサにおいて、
第一のシリコン層と第二のシリコン層とがガラス層を間
に挟んで配置され、かつ、第一のシリコン層とガラス層
との間または第二のシリコン層とガラス層との間の少な
くともいずれかの間にシリコン酸化膜が配置されて、第
一のシリコン層、ガラス層、シリコン酸化膜及び第二の
シリコン層が接合されており、第二のシリコン層の厚さ
が第一のシリコン層の厚さより薄く、第一のシリコン層
に、前記ガラス層の反対面側から前記ガラス層の近傍に
亙って穴が形成され、前記ガラス層に、前記第二のシリ
コン層と略平行に広がる空間が前記穴に連通して形成さ
れていることにより、前記課題を解決するものである。
にダイアフラムが形成されていて、このダイアフラムの
歪みにより圧力を検出する半導体圧力センサにおいて、
第一のシリコン層と第二のシリコン層とがガラス層を間
に挟んで配置され、かつ、第一のシリコン層とガラス層
との間または第二のシリコン層とガラス層との間の少な
くともいずれかの間にシリコン酸化膜が配置されて、第
一のシリコン層、ガラス層、シリコン酸化膜及び第二の
シリコン層が接合されており、第二のシリコン層の厚さ
が第一のシリコン層の厚さより薄く、第一のシリコン層
に、前記ガラス層の反対面側から前記ガラス層の近傍に
亙って穴が形成され、前記ガラス層に、前記第二のシリ
コン層と略平行に広がる空間が前記穴に連通して形成さ
れていることにより、前記課題を解決するものである。
【００１２】
【作用】以下、本発明の原理について説明する。従来の
半導体圧力センサのチップにおいては、穴の深部のみに
よりダイアフラム部を構成しているため、小型化しよう
とするとテーパー部に影響されて、有効なダイアフラム
領域が減少していた。即ち、例えば前記図６に示した従
来の半導体圧力センサであれば、穴の深部の径が有効ダ
イアフラム領域の径にほぼ相当し、図６に示すように、
有効ダイアフラム領域は、径がほぼＷになる。
半導体圧力センサのチップにおいては、穴の深部のみに
よりダイアフラム部を構成しているため、小型化しよう
とするとテーパー部に影響されて、有効なダイアフラム
領域が減少していた。即ち、例えば前記図６に示した従
来の半導体圧力センサであれば、穴の深部の径が有効ダ
イアフラム領域の径にほぼ相当し、図６に示すように、
有効ダイアフラム領域は、径がほぼＷになる。
【００１３】ここで、従来のいわゆるＳＯＩ（ｓｉｌｉ
ｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；非晶質二酸化シリ
コンＳｉＯ2上に単結晶シリコン薄膜を形成する）構造
により、半導体圧力センサチップを構成する場合を考え
る。この場合、例えば図２に示すように、中間層３０を
熱酸化膜（例えばＳｉＯ2）とし、その両面に２枚のシ
リコンウェーハ３２ａ、３２ｂをそれぞれ接合して、半
導体圧力センサのチップを構成する。しかしながら、こ
のセンサチップにおいては、その中間層３０は、熱酸化
膜のためその厚さの上限が２μｍ程度である。これでは
中間層をエッチングしたとしても、十分な大きさのダイ
アフラムを形成できない。すなわち、前記中間層３０で
は、エッチングによる横方向のアンダーカットはせいぜ
い１０μｍのオーダーであり、それ以上はアンダーカッ
トを広げることは困難であり、この手法によっては、ダ
イアフラムの実効面積を拡大することには限度があるも
のと言える。
ｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；非晶質二酸化シリ
コンＳｉＯ2上に単結晶シリコン薄膜を形成する）構造
により、半導体圧力センサチップを構成する場合を考え
る。この場合、例えば図２に示すように、中間層３０を
熱酸化膜（例えばＳｉＯ2）とし、その両面に２枚のシ
リコンウェーハ３２ａ、３２ｂをそれぞれ接合して、半
導体圧力センサのチップを構成する。しかしながら、こ
のセンサチップにおいては、その中間層３０は、熱酸化
膜のためその厚さの上限が２μｍ程度である。これでは
中間層をエッチングしたとしても、十分な大きさのダイ
アフラムを形成できない。すなわち、前記中間層３０で
は、エッチングによる横方向のアンダーカットはせいぜ
い１０μｍのオーダーであり、それ以上はアンダーカッ
トを広げることは困難であり、この手法によっては、ダ
イアフラムの実効面積を拡大することには限度があるも
のと言える。
【００１４】そこで、発明者は、前記中間層を十分大き
なものとするべく、中間層をガラス層で形成することを
着想した。ガラス層は熱酸化膜のような厚さの制限がな
く形成できる。したがって、このガラス層の厚さを大き
くして例えばフッ化水素ＨＦ系の溶剤でエッチングして
アンダーカットを大きくすることにより、いくらでもダ
イアフラムの有効サイズを大きくすることが可能とな
る。
なものとするべく、中間層をガラス層で形成することを
着想した。ガラス層は熱酸化膜のような厚さの制限がな
く形成できる。したがって、このガラス層の厚さを大き
くして例えばフッ化水素ＨＦ系の溶剤でエッチングして
アンダーカットを大きくすることにより、いくらでもダ
イアフラムの有効サイズを大きくすることが可能とな
る。
【００１５】ここで、前記ガラス層をガラススート層に
よりシリコンウェーハ間に形成することが考えられる。
この場合（後述するＩＳＰＳＤ’８８で発表された貼り
合わせ技術）、貼り合わせの時及び圧力センサの製造プ
ロセスにおいて、熱処理が加えられるため、ガラススー
ト層に含まれるボロン（ホウ素Ｂ）がそれに接合される
シリコンウェーハ内に拡散する可能性がある。特に、小
型圧力センサとしてシリコンウェーハの厚さを２０μｍ
程度に薄くしたものに関してその影響は大きく、最も不
具合な場合には、半導体圧力センサのウェーハ工程で形
成されるゲージ抵抗と、ガラススート層からの拡散層が
厚さ方向で接続してしまうことがある。また、水酸化カ
リウムＫＯＨ等のエッチング液を使用してエッチングに
より穴を形成するに際して、高濃度のボロンがシリコン
ウェーハ内に拡散していた場合、このボロンによりエッ
チストップが生じ、所望の穴を形成できない。これで
は、半導体チップ製造時の歩留まりが低下する恐れがあ
る。
よりシリコンウェーハ間に形成することが考えられる。
この場合（後述するＩＳＰＳＤ’８８で発表された貼り
合わせ技術）、貼り合わせの時及び圧力センサの製造プ
ロセスにおいて、熱処理が加えられるため、ガラススー
ト層に含まれるボロン（ホウ素Ｂ）がそれに接合される
シリコンウェーハ内に拡散する可能性がある。特に、小
型圧力センサとしてシリコンウェーハの厚さを２０μｍ
程度に薄くしたものに関してその影響は大きく、最も不
具合な場合には、半導体圧力センサのウェーハ工程で形
成されるゲージ抵抗と、ガラススート層からの拡散層が
厚さ方向で接続してしまうことがある。また、水酸化カ
リウムＫＯＨ等のエッチング液を使用してエッチングに
より穴を形成するに際して、高濃度のボロンがシリコン
ウェーハ内に拡散していた場合、このボロンによりエッ
チストップが生じ、所望の穴を形成できない。これで
は、半導体チップ製造時の歩留まりが低下する恐れがあ
る。
【００１６】したがって、ボロンのシリコン中への拡散
を防止する必要がある。発明者は、その拡散を防止する
ためには、シリコンウェーハのガラス層接合面にＳｉＯ
2等のシリコン酸化膜を形成して、ボロンの拡散をブロ
ックすることが好適であることに着目したものである。
なお、ＳｉＯ2の厚さはウェーハ貼り合わせの温度、時
間及び半導体圧力センサのウェーハ工程での熱履歴に依
存するものであるが、０．５〜２μｍ程度であれば、一
般的なウェーハに関しては充分である。本発明によれ
ば、中間層をガラス層とするので、半導体圧力センサの
半導体チップを小型化しても、有効なダイアフラム領域
の面積の減少を最小限にできるため、半導体圧力センサ
をより小型かつ高感度とし得る。また、シリコン酸化膜
を介してシリコンウェーハを接合するので、ガラススー
ト層からのボロンの拡散を確実に防止して、半導体圧力
センサの製造時の歩留まりを向上させ得る。
を防止する必要がある。発明者は、その拡散を防止する
ためには、シリコンウェーハのガラス層接合面にＳｉＯ
2等のシリコン酸化膜を形成して、ボロンの拡散をブロ
ックすることが好適であることに着目したものである。
なお、ＳｉＯ2の厚さはウェーハ貼り合わせの温度、時
間及び半導体圧力センサのウェーハ工程での熱履歴に依
存するものであるが、０．５〜２μｍ程度であれば、一
般的なウェーハに関しては充分である。本発明によれ
ば、中間層をガラス層とするので、半導体圧力センサの
半導体チップを小型化しても、有効なダイアフラム領域
の面積の減少を最小限にできるため、半導体圧力センサ
をより小型かつ高感度とし得る。また、シリコン酸化膜
を介してシリコンウェーハを接合するので、ガラススー
ト層からのボロンの拡散を確実に防止して、半導体圧力
センサの製造時の歩留まりを向上させ得る。
【００１７】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明の第一実施例に係る半導体圧
力センサの半導体チップ３４の構成を示すものである。
図１に示されるように、本第一実施例の半導体チップ３
４は、第二のシリコン層３６の中央部に比較的大きなダ
イアフラム３６ａが形成されている。この半導体チップ
３４は、図示されない歪み抵抗ゲージでこのダイアフラ
ム３６ａの歪みを検出して、これにより、圧力を検出す
る半導体圧力センサに用いるものである。
説明する。図１は、本発明の第一実施例に係る半導体圧
力センサの半導体チップ３４の構成を示すものである。
図１に示されるように、本第一実施例の半導体チップ３
４は、第二のシリコン層３６の中央部に比較的大きなダ
イアフラム３６ａが形成されている。この半導体チップ
３４は、図示されない歪み抵抗ゲージでこのダイアフラ
ム３６ａの歪みを検出して、これにより、圧力を検出す
る半導体圧力センサに用いるものである。
【００１８】第一実施例の半導体チップ３４は、図１に
おいて、下側から、第一のシリコン層３８、ガラス層４
０、ＳｉＯ2膜４１、及び、第二のシリコン層３６が積
層されて、主に構成されている。すなわち、前記半導体
チップ３４は、ガラス層４０の一面に第一のシリコン層
３８が接合され、ガラス層の他面にＳｉＯ2膜４１を介
して第二のシリコン層３６が接合されている。この場
合、第二のシリコン層３６の厚さが第一のシリコン層３
８の厚さより薄い。また、第一のシリコン層３８に、下
側、つまり、前記ガラス層４０の反対面側から前記ガラ
ス層４０の近傍に亙って穴４２が形成される。前記ガラ
ス層４０は、その中央部付近がエッチングにより除去さ
れていて、前記第二のシリコン層３８と略平行に広がる
空間４４が前記穴４２に連通して形成されている。
おいて、下側から、第一のシリコン層３８、ガラス層４
０、ＳｉＯ2膜４１、及び、第二のシリコン層３６が積
層されて、主に構成されている。すなわち、前記半導体
チップ３４は、ガラス層４０の一面に第一のシリコン層
３８が接合され、ガラス層の他面にＳｉＯ2膜４１を介
して第二のシリコン層３６が接合されている。この場
合、第二のシリコン層３６の厚さが第一のシリコン層３
８の厚さより薄い。また、第一のシリコン層３８に、下
側、つまり、前記ガラス層４０の反対面側から前記ガラ
ス層４０の近傍に亙って穴４２が形成される。前記ガラ
ス層４０は、その中央部付近がエッチングにより除去さ
れていて、前記第二のシリコン層３８と略平行に広がる
空間４４が前記穴４２に連通して形成されている。
【００１９】なお、各シリコン層３８、３６は、ｐ型あ
るいはｎ型の適宜の半導体層とされる。また、ＳｉＯ2
膜４１は、第二のシリコン層３６を熱酸化処理すること
により形成される。
るいはｎ型の適宜の半導体層とされる。また、ＳｉＯ2
膜４１は、第二のシリコン層３６を熱酸化処理すること
により形成される。
【００２０】前記半導体チップ３４は、次のように製造
する。図３は、前記半導体チップ３４の製造過程を示す
ものであって、ウェーハを１チップ単位に示したもので
ある。まず、図３（ａ）に示すような断面構造の平坦な
シリコンからなるウェーハ５０を構成する。このウェー
ハ５０の表面に熱酸化処理により、ＳｉＯ2膜４１を形
成する。次いで、このウェーハ５０の上面にさらにガラ
ススート層４８を形成する。その後、図３（ｂ）に示す
ように、上下を逆にして前記ガラススート層４８を下方
に向けた状態のウェーハ５０を、シリコンからなるウェ
ーハ４６の上面に貼り付ける。
する。図３は、前記半導体チップ３４の製造過程を示す
ものであって、ウェーハを１チップ単位に示したもので
ある。まず、図３（ａ）に示すような断面構造の平坦な
シリコンからなるウェーハ５０を構成する。このウェー
ハ５０の表面に熱酸化処理により、ＳｉＯ2膜４１を形
成する。次いで、このウェーハ５０の上面にさらにガラ
ススート層４８を形成する。その後、図３（ｂ）に示す
ように、上下を逆にして前記ガラススート層４８を下方
に向けた状態のウェーハ５０を、シリコンからなるウェ
ーハ４６の上面に貼り付ける。
【００２１】このガラススート層４８の形成、及び、ウ
ェーハ４６上面へのウェーハ５０の貼り付けには、種々
の技術を用いることができる。好適には、例えば沢田ら
が電力用半導体素子国際シンポジウム（１９８８年９月
東京）の講演で示した絶縁層分離基板作製のための貼り
付け方法（接合方法）を用いることができる（当該講演
録１４１〜１４６ページ参照）。すなわち、前記ウェー
ハ４６（ＳｉＯ2膜４１）上にバーナ５２から酸素と水
素を混合した酸水素炎（ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4を混入させ
る）を当てて、炎中で加水分解させ該ウェーハ４６表面
にガラススート（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ）層４８を形成する。次
いで、このガラススート層４８を下向きにしてウェーハ
５０をウェーハ４６上に重ね、焼結させる。これによ
り、ガラススート層４８を透明なガラス層４０にする。
この場合、ウェーハ５０及びガラススート層４８間にＳ
ｉＯ2膜４１が存在するため、ガラススート層４８のボ
ロンがウェーハ５０内に拡散しない。なお、上記技術は
一例であり、ガラス層４０の形成、第一及び第二のシリ
コン層３８及び３６のガラス層４０を介した接合は、他
の方法で行い得ることはもちろんである。例えば、ガラ
ス化温度を下げるためにボロンやリンの化合物を酸水素
炎中に入れることができる。
ェーハ４６上面へのウェーハ５０の貼り付けには、種々
の技術を用いることができる。好適には、例えば沢田ら
が電力用半導体素子国際シンポジウム（１９８８年９月
東京）の講演で示した絶縁層分離基板作製のための貼り
付け方法（接合方法）を用いることができる（当該講演
録１４１〜１４６ページ参照）。すなわち、前記ウェー
ハ４６（ＳｉＯ2膜４１）上にバーナ５２から酸素と水
素を混合した酸水素炎（ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4を混入させ
る）を当てて、炎中で加水分解させ該ウェーハ４６表面
にガラススート（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ）層４８を形成する。次
いで、このガラススート層４８を下向きにしてウェーハ
５０をウェーハ４６上に重ね、焼結させる。これによ
り、ガラススート層４８を透明なガラス層４０にする。
この場合、ウェーハ５０及びガラススート層４８間にＳ
ｉＯ2膜４１が存在するため、ガラススート層４８のボ
ロンがウェーハ５０内に拡散しない。なお、上記技術は
一例であり、ガラス層４０の形成、第一及び第二のシリ
コン層３８及び３６のガラス層４０を介した接合は、他
の方法で行い得ることはもちろんである。例えば、ガラ
ス化温度を下げるためにボロンやリンの化合物を酸水素
炎中に入れることができる。
【００２２】ガラス層が形成された後に、図３の（ｂ）
に示すように、上側のウェーハ５０の上部を研磨する。
これにより、該ウェーハ５０が第二のシリコン層３６に
要求される厚さ、すなわち、ダイアフラムに要求される
厚さのウェーハ５０ａになり、一方、下側のウェーハ４
６が第一のシリコン層３８に要求される厚さになる。
に示すように、上側のウェーハ５０の上部を研磨する。
これにより、該ウェーハ５０が第二のシリコン層３６に
要求される厚さ、すなわち、ダイアフラムに要求される
厚さのウェーハ５０ａになり、一方、下側のウェーハ４
６が第一のシリコン層３８に要求される厚さになる。
【００２３】前記半導体チップ３４は、上記のように構
成されたウェーハに対して種々のエッチングが施されて
製造される。すなわち、図３（ｃ）に示したウェーハ４
６に対して、裏面（図において下側）から、異方性のエ
ッチング液、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）液、ＥＰ
Ｗ（エチレンジアミン・ピロカテコール・水）液等を用
いたウェットエッチングを行う。該エッチングにより図
１に示すように、穴４２に相当するシリコンが除去され
て、第一のシリコン層３８になる。
成されたウェーハに対して種々のエッチングが施されて
製造される。すなわち、図３（ｃ）に示したウェーハ４
６に対して、裏面（図において下側）から、異方性のエ
ッチング液、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）液、ＥＰ
Ｗ（エチレンジアミン・ピロカテコール・水）液等を用
いたウェットエッチングを行う。該エッチングにより図
１に示すように、穴４２に相当するシリコンが除去され
て、第一のシリコン層３８になる。
【００２４】次いで、前記ガラス層４０に対して、等方
性のエッチングを行う。ガラス用のエッチング液例えば
ＨＦ溶液はシリコンを何らエッチングしないため、ガラ
ス層４０だけが第二のシリコン層３６に平行な方向にエ
ッチングされて、図１に示すよう形状の半導体チップ３
４が得られる。このガラス層４０のエッチングされた部
分が空間４４になり、第二のシリコン層３６の空間４４
の上部に隣接する部分がダイアフラム３６ａになる。な
お、第二のシリコン層３６は、その上部にピエゾ抵抗か
らなるゲージ抵抗（図示省略）を、拡散もしくはイオン
インプラント（イオン打ち込み）等により形成しておく
ことはもちろんである。
性のエッチングを行う。ガラス用のエッチング液例えば
ＨＦ溶液はシリコンを何らエッチングしないため、ガラ
ス層４０だけが第二のシリコン層３６に平行な方向にエ
ッチングされて、図１に示すよう形状の半導体チップ３
４が得られる。このガラス層４０のエッチングされた部
分が空間４４になり、第二のシリコン層３６の空間４４
の上部に隣接する部分がダイアフラム３６ａになる。な
お、第二のシリコン層３６は、その上部にピエゾ抵抗か
らなるゲージ抵抗（図示省略）を、拡散もしくはイオン
インプラント（イオン打ち込み）等により形成しておく
ことはもちろんである。
【００２５】以上のように、前記接合されたウェーハ
は、前記の手順のエッチングが施されて、図１の構成が
多数できることとなり、その後、このウェーハをダイシ
ングすることにより、個々の半導体チップ３４が構成さ
れる。
は、前記の手順のエッチングが施されて、図１の構成が
多数できることとなり、その後、このウェーハをダイシ
ングすることにより、個々の半導体チップ３４が構成さ
れる。
【００２６】次に、第二実施例について説明する。図４
は、本発明の第二実施例に係る半導体圧力センサの半導
体チップ５４の構成を示すものである。
は、本発明の第二実施例に係る半導体圧力センサの半導
体チップ５４の構成を示すものである。
【００２７】図４に示すように、第二実施例の半導体チ
ップ５４は、図の下側から、第一のシリコン層５６、第
一のＳｉＯ2膜５８、ガラス層４０、第二のＳｉＯ2膜５
２、及び、第二のシリコン層３６が積層されて、主に構
成されている。すなわち、前記半導体チップ５４は、ガ
ラス層４０の一面に第一のＳｉＯ2膜５８を介して第一
のシリコン層５６が接合され、ガラス層の他面に第二の
ＳｉＯ2膜４１を介して第二のシリコン層３６が接合さ
れている。第一実施例がガラス層４０の上面のみにＳｉ
Ｏ2膜を形成したものであるのに対して、この第二実施
例は、ガラス層４０の両面に第一、第二のＳｉＯ2膜５
８、５２を形成したものである。なお、その他の構成は
前記第一実施例と同様であるため同様の部分に同一の符
号を付してその説明を略する。
ップ５４は、図の下側から、第一のシリコン層５６、第
一のＳｉＯ2膜５８、ガラス層４０、第二のＳｉＯ2膜５
２、及び、第二のシリコン層３６が積層されて、主に構
成されている。すなわち、前記半導体チップ５４は、ガ
ラス層４０の一面に第一のＳｉＯ2膜５８を介して第一
のシリコン層５６が接合され、ガラス層の他面に第二の
ＳｉＯ2膜４１を介して第二のシリコン層３６が接合さ
れている。第一実施例がガラス層４０の上面のみにＳｉ
Ｏ2膜を形成したものであるのに対して、この第二実施
例は、ガラス層４０の両面に第一、第二のＳｉＯ2膜５
８、５２を形成したものである。なお、その他の構成は
前記第一実施例と同様であるため同様の部分に同一の符
号を付してその説明を略する。
【００２８】図５は、前記半導体チップ５４の製造過程
を示すものである。すなわち、図５（ａ）に示すよう
に、第一のシリコン層５６を形成するための第一のウェ
ーハ６０上に熱処理により第一のＳｉＯ2膜５８を形成
する。また、同時に前記図３（ａ）に示した第一実施例
と同様に、第二のシリコン層３６を形成するための第二
のウェーハ５０上に第二のＳｉＯ2膜５２を形成し、さ
らにその上にガラススート層４８を形成する。この第二
のＳｉＯ2膜５２は、前記第一実施例のＳｉＯ2膜４１と
同様に形成される。
を示すものである。すなわち、図５（ａ）に示すよう
に、第一のシリコン層５６を形成するための第一のウェ
ーハ６０上に熱処理により第一のＳｉＯ2膜５８を形成
する。また、同時に前記図３（ａ）に示した第一実施例
と同様に、第二のシリコン層３６を形成するための第二
のウェーハ５０上に第二のＳｉＯ2膜５２を形成し、さ
らにその上にガラススート層４８を形成する。この第二
のＳｉＯ2膜５２は、前記第一実施例のＳｉＯ2膜４１と
同様に形成される。
【００２９】次いで、図５の（ｂ）に示すように、第二
のウェーハ５０上に第一のウェーハ６０を重ねて、熱処
理により接合させ、その後、ウェーハ５０の上部を研磨
により除去して、（ｃ）に示すように、各ウェーハ５０
及び６０、ガラス層４０が接合された状態のものとす
る。これら接合や研磨、さらには穴４２、空間４４の形
成、各半導体チップ５４へのダイシングは第一実施例と
同様であるため、その説明は略する。
のウェーハ５０上に第一のウェーハ６０を重ねて、熱処
理により接合させ、その後、ウェーハ５０の上部を研磨
により除去して、（ｃ）に示すように、各ウェーハ５０
及び６０、ガラス層４０が接合された状態のものとす
る。これら接合や研磨、さらには穴４２、空間４４の形
成、各半導体チップ５４へのダイシングは第一実施例と
同様であるため、その説明は略する。
【００３０】第二実施例によれば、第二のＳｉＯ2膜５
８により、ウェーハ接合時の熱処理に際して、ボロンが
ウェーハ６０中に拡散せず、穴４２のエッチング時のエ
ッチストップ（ボロンが高濃度になった際に生じる）が
生じることを確実に防止できる。
８により、ウェーハ接合時の熱処理に際して、ボロンが
ウェーハ６０中に拡散せず、穴４２のエッチング時のエ
ッチストップ（ボロンが高濃度になった際に生じる）が
生じることを確実に防止できる。
【００３１】前記第一実施例、第二実施例では、前記文
献に示された方法でガラススート層４８上にＳｉＯ2膜
を介してウェーハ５０を張り合わせてガラス化するの
で、二枚のウェーハ４６及び５０の間、６０及び５０の
間にボイドが入りにくい。
献に示された方法でガラススート層４８上にＳｉＯ2膜
を介してウェーハ５０を張り合わせてガラス化するの
で、二枚のウェーハ４６及び５０の間、６０及び５０の
間にボイドが入りにくい。
【００３２】また、ガラススート層４８は、酸水素バー
ナーでウェーハ上に形成されるので、酸水素バーナーの
スキャンの繰り返しを行う等して、ＣＶＤ（化学的気相
成長法）と同様に所望の厚さにガラススート層を形成で
きるため、その厚さに制限がない。これは、前述のよう
にＳｉＯ2膜のみを介して、シリコン層を接合した場合
に熱酸化膜は１０μｍであるのに比較して、はるかに大
きな実効ダイアフラム領域を確保することができるもの
である。したがって、センサの高感度化を図ることがで
きる。
ナーでウェーハ上に形成されるので、酸水素バーナーの
スキャンの繰り返しを行う等して、ＣＶＤ（化学的気相
成長法）と同様に所望の厚さにガラススート層を形成で
きるため、その厚さに制限がない。これは、前述のよう
にＳｉＯ2膜のみを介して、シリコン層を接合した場合
に熱酸化膜は１０μｍであるのに比較して、はるかに大
きな実効ダイアフラム領域を確保することができるもの
である。したがって、センサの高感度化を図ることがで
きる。
【００３３】また、前記ガラス層は自由にその厚さを変
えることができるため、アンダーカット量を自由に変え
ることができる。また、センサチップに台座を接着する
場合、その面積を大きくすることができる。これにより
接着箇所でのリークの確率が減少する。
えることができるため、アンダーカット量を自由に変え
ることができる。また、センサチップに台座を接着する
場合、その面積を大きくすることができる。これにより
接着箇所でのリークの確率が減少する。
【００３４】本発明に係る導体チップを構成するに際し
て、穴の形状は図１または図４に示した形状（円錐の一
部の側面形状）に限定されず、ガラス層の空間に亙る穴
であればいずれの形状でもよい。また、同様に、空間も
第一の半導体層と第二の半導体層の接合面と同一平面を
含むものであれば、いずれの形状でもよい。
て、穴の形状は図１または図４に示した形状（円錐の一
部の側面形状）に限定されず、ガラス層の空間に亙る穴
であればいずれの形状でもよい。また、同様に、空間も
第一の半導体層と第二の半導体層の接合面と同一平面を
含むものであれば、いずれの形状でもよい。
【００３５】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、半
導体圧力センサの半導体チップを小型化しても、有効な
ダイアフラム領域の面積の減少を最小限にできるため、
半導体圧力センサをより小型かつ高感度とし得る。ま
た、シリコン酸化膜を介してシリコンウェーハを接合す
るので、ガラススート層からのボロンの拡散を確実に防
止して、半導体圧力センサの製造時の歩留まりを向上さ
せ得る等の優れた効果が得られる。
導体圧力センサの半導体チップを小型化しても、有効な
ダイアフラム領域の面積の減少を最小限にできるため、
半導体圧力センサをより小型かつ高感度とし得る。ま
た、シリコン酸化膜を介してシリコンウェーハを接合す
るので、ガラススート層からのボロンの拡散を確実に防
止して、半導体圧力センサの製造時の歩留まりを向上さ
せ得る等の優れた効果が得られる。
【図１】本発明の半導体圧力センサの第一の実施例に係
る半導体チップの説明図である。
る半導体チップの説明図である。
【図２】本発明の半導体チップを説明するための比較例
の説明図である。
の説明図である。
【図３】図１の半導体チップの製作手順を説明する図で
あり、（ａ）〜（ｃ）は各途中構成の説明図である。
あり、（ａ）〜（ｃ）は各途中構成の説明図である。
【図４】本発明の半導体圧力センサの第二の実施例に係
る半導体チップの説明図である。
る半導体チップの説明図である。
【図５】図４の半導体チップの製作手順を説明する図で
あり、（ａ）〜（ｃ）は各途中構成の説明図である。
あり、（ａ）〜（ｃ）は各途中構成の説明図である。
【図６】従来の半導体圧力センサの半導体チップの構成
説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図であ
る。
説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図であ
る。
３４ 半導体チップ ３６ 第二のシリコン層 ３６ａ ダイアフラム ３８ 第一のシリコン層 ４０ ガラス層 ４１ ＳｉＯ2膜 ４２ 穴 ４４ 空間 ４８ ガラススート層 ５２ 第二のＳｉＯ2膜 ５６ 第一のシリコン層 ５８ 第一のＳｉＯ2膜
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体の一部にダイアフラムが形成され
ていて、このダイアフラムの歪みにより圧力を検出する
半導体圧力センサにおいて、 第一のシリコン層と第二のシリコン層とがガラス層を間
に挟んで配置され、かつ、第一のシリコン層とガラス層
との間または第二のシリコン層とガラス層との間の少な
くともいずれかの間にシリコン酸化膜が配置されて、第
一のシリコン層、ガラス層、シリコン酸化膜及び第二の
シリコン層が接合されており、 第二のシリコン層の厚さが第一のシリコン層の厚さより
薄く、 第一のシリコン層に、前記ガラス層の反対面側から前記
ガラス層の近傍に亙って穴が形成され、 前記ガラス層に、前記第二のシリコン層と略平行に広が
る空間が前記穴に連通して形成されていることを特徴と
する半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31355292A JPH06163941A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31355292A JPH06163941A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163941A true JPH06163941A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18042698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31355292A Pending JPH06163941A (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06163941A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5578528A (en) * | 1995-05-02 | 1996-11-26 | Industrial Technology Research Institute | Method of fabrication glass diaphragm on silicon macrostructure |
| US6025209A (en) * | 1997-08-12 | 2000-02-15 | Industrial Technology Research Institute | Deep groove structure for semiconductors |
| JP2006105908A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Ushio Inc | 電子ビーム管 |
| JP2008539666A (ja) * | 2005-04-25 | 2008-11-13 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 |
| CN114487547A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-05-13 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 一种硅衬底反置键合玻璃结构的压电压阻型电场传感器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54103684A (en) * | 1978-02-01 | 1979-08-15 | Mitsubishi Electric Corp | Production of semiconductor pressure transducing element |
-
1992
- 1992-11-24 JP JP31355292A patent/JPH06163941A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54103684A (en) * | 1978-02-01 | 1979-08-15 | Mitsubishi Electric Corp | Production of semiconductor pressure transducing element |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5578528A (en) * | 1995-05-02 | 1996-11-26 | Industrial Technology Research Institute | Method of fabrication glass diaphragm on silicon macrostructure |
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| JP2006105908A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Ushio Inc | 電子ビーム管 |
| JP4676737B2 (ja) * | 2004-10-08 | 2011-04-27 | ウシオ電機株式会社 | 電子ビーム管 |
| JP2008539666A (ja) * | 2005-04-25 | 2008-11-13 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 |
| JP4812139B2 (ja) * | 2005-04-25 | 2011-11-09 | アナログ デバイシス， インコーポレイテッド | マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 |
| CN114487547A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-05-13 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 一种硅衬底反置键合玻璃结构的压电压阻型电场传感器 |
| CN114487547B (zh) * | 2022-01-14 | 2023-08-04 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 一种硅衬底反置键合玻璃结构的压电压阻型电场传感器 |
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