JPH08313380A - 半導体感歪センサ - Google Patents
半導体感歪センサInfo
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- JPH08313380A JPH08313380A JP7118320A JP11832095A JPH08313380A JP H08313380 A JPH08313380 A JP H08313380A JP 7118320 A JP7118320 A JP 7118320A JP 11832095 A JP11832095 A JP 11832095A JP H08313380 A JPH08313380 A JP H08313380A
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- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体圧力センサにおいて、接合用薄膜を用
いることなく、半導体チップ表面にガラス台座を陽極接
合する。 【構成】 半導体基板１のダイヤフラム部１ａ上に歪み
ゲージ２が形成され、その上に、ＰＳＧ６ａが形成され
た保護膜６が形成されている半導体圧力センサにおい
て、ガラス台座７がＰＳＧ６ａとの間で陽極接合されて
いる。
いることなく、半導体チップ表面にガラス台座を陽極接
合する。 【構成】 半導体基板１のダイヤフラム部１ａ上に歪み
ゲージ２が形成され、その上に、ＰＳＧ６ａが形成され
た保護膜６が形成されている半導体圧力センサにおい
て、ガラス台座７がＰＳＧ６ａとの間で陽極接合されて
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、応力を検出する半導体
感歪センサ、例えばダイヤフラム部を有する半導体圧力
センサに関する。
感歪センサ、例えばダイヤフラム部を有する半導体圧力
センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガラス陽極接合技術を用いて半導
体チップの表面（拡散面）にガラスを接合して基準圧室
を形成した半導体圧力センサとして、特開昭６２ー２９
１０７３号公報に示すものがある。このものの構成を図
５に示す。図５において、３１は単結晶シリコンからな
る半導体基板であり、その主表面上にはシリコン酸化膜
による絶縁層３２が形成され、この絶縁層３２上に多結
晶シリコン層３３が形成されている。この多結晶シリコ
ン層３３内の４ケ所の所定領域には歪みゲージ３４が形
成され、さらにこれらの歪みゲージ３４を電気的に接続
しブリッジ回路を構成するための配線層３５が形成され
ている。さらに、この配線層３５上にはＡｌ電極３６が
形成されている。
体チップの表面（拡散面）にガラスを接合して基準圧室
を形成した半導体圧力センサとして、特開昭６２ー２９
１０７３号公報に示すものがある。このものの構成を図
５に示す。図５において、３１は単結晶シリコンからな
る半導体基板であり、その主表面上にはシリコン酸化膜
による絶縁層３２が形成され、この絶縁層３２上に多結
晶シリコン層３３が形成されている。この多結晶シリコ
ン層３３内の４ケ所の所定領域には歪みゲージ３４が形
成され、さらにこれらの歪みゲージ３４を電気的に接続
しブリッジ回路を構成するための配線層３５が形成され
ている。さらに、この配線層３５上にはＡｌ電極３６が
形成されている。
【０００３】そして、多結晶シリコン層３３、歪みゲー
ジ３４及び配線層３５上の所定領域にパッシベーション
層３７が形成され、さらにパッシベーション層３７上
に、陽極接合するための接合用薄膜としての多結晶シリ
コン３８が形成されている。また、半導体基板３１には
ダイヤフラム部３１ａが形成されている。そして、ダイ
ヤフラム部３１ａに相当する部分を含むようにして、有
底孔を有するガラス台座３９を接合用薄膜３８上に配置
し、この状態で接合用薄膜３８とガラス台座３９の陽極
接合を行い、真空室（基準圧室）４０を形成するように
している。
ジ３４及び配線層３５上の所定領域にパッシベーション
層３７が形成され、さらにパッシベーション層３７上
に、陽極接合するための接合用薄膜としての多結晶シリ
コン３８が形成されている。また、半導体基板３１には
ダイヤフラム部３１ａが形成されている。そして、ダイ
ヤフラム部３１ａに相当する部分を含むようにして、有
底孔を有するガラス台座３９を接合用薄膜３８上に配置
し、この状態で接合用薄膜３８とガラス台座３９の陽極
接合を行い、真空室（基準圧室）４０を形成するように
している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものは、半導体チップ表面にガラス台座３９を陽極
接合するために、接合用薄膜３８を用いなければならい
という問題がある。このような接合用薄膜３８を用いる
ことは加工工程を複雑にするとともに製造コストを高く
する。
来のものは、半導体チップ表面にガラス台座３９を陽極
接合するために、接合用薄膜３８を用いなければならい
という問題がある。このような接合用薄膜３８を用いる
ことは加工工程を複雑にするとともに製造コストを高く
する。
【０００５】本発明は上記問題に鑑みたもので、接合用
薄膜を用いることなく基板表面にガラス台座が陽極接合
された構造を得ることを目的とする。
薄膜を用いることなく基板表面にガラス台座が陽極接合
された構造を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この種の半導体圧力セン
サにおいて、半導体歪みゲージをＮａ+ イオン等から保
護するために、保護膜としての酸化膜表面にリンガラス
（ＰＳＧ）を形成したものがある。本発明者は、このＰ
ＳＧを利用し、ＰＳＧとガラス台座との陽極接合を行う
ことを着想した。
サにおいて、半導体歪みゲージをＮａ+ イオン等から保
護するために、保護膜としての酸化膜表面にリンガラス
（ＰＳＧ）を形成したものがある。本発明者は、このＰ
ＳＧを利用し、ＰＳＧとガラス台座との陽極接合を行う
ことを着想した。
【０００７】このような観点に基づく本発明の第１の特
徴は、請求項１に記載されているように、半導体基板
（１）の変位部（１ａ）に歪みゲージ（２）が形成され
るとともに、その表面にりんを含むシリケイトガラス
（６ａ）が保護膜として形成されており、前記歪みゲー
ジ（２）の抵抗値により前記変位部（１ａ）の変位を検
出するようにした半導体感歪センサにおいて、前記変位
検出のための基準圧室（８）を形成するガラス台座
（７）が前記りんを含むシリケイトガラス（６ａ）との
間で陽極接合されていることにある。
徴は、請求項１に記載されているように、半導体基板
（１）の変位部（１ａ）に歪みゲージ（２）が形成され
るとともに、その表面にりんを含むシリケイトガラス
（６ａ）が保護膜として形成されており、前記歪みゲー
ジ（２）の抵抗値により前記変位部（１ａ）の変位を検
出するようにした半導体感歪センサにおいて、前記変位
検出のための基準圧室（８）を形成するガラス台座
（７）が前記りんを含むシリケイトガラス（６ａ）との
間で陽極接合されていることにある。
【０００８】りんを含むシリケイトガラスとしては、Ｐ
ＳＧあるいはＢＰＳＧとすることができる。また、半導
体圧力センサにおける他の構成として、圧力検出を行う
電気的処理回路が半導体基板に設けられているものがあ
る。このものにおいては電気的処理回路を保護するため
に基板表面に窒化膜（ＳｉＮ）が形成されている。本発
明者は、この窒化膜を利用し、窒化膜とガラス台座との
陽極接合を行うことを着想した。
ＳＧあるいはＢＰＳＧとすることができる。また、半導
体圧力センサにおける他の構成として、圧力検出を行う
電気的処理回路が半導体基板に設けられているものがあ
る。このものにおいては電気的処理回路を保護するため
に基板表面に窒化膜（ＳｉＮ）が形成されている。本発
明者は、この窒化膜を利用し、窒化膜とガラス台座との
陽極接合を行うことを着想した。
【０００９】このような観点に基づく本発明の第２の特
徴は、請求項２に記載されているように、半導体基板
（１）の変位部（１ａ）に歪みゲージ（２）が形成され
るとともに、この歪みゲージ（２）の抵抗値により前記
変位部（１ａ）の変位を検出する電気的処理回路（２
０）が前記半導体基板（１）に形成されており、さらに
前記変位部（１ａ）および前記電気的処理回路（２０）
の上部表面に窒化膜（２１）が形成されている半導体感
歪センサにおいて、前記変位検出のための基準圧室
（８）を形成するガラス台座（７）が前記窒化膜（２
１）との間で陽極接合されていることにある。
徴は、請求項２に記載されているように、半導体基板
（１）の変位部（１ａ）に歪みゲージ（２）が形成され
るとともに、この歪みゲージ（２）の抵抗値により前記
変位部（１ａ）の変位を検出する電気的処理回路（２
０）が前記半導体基板（１）に形成されており、さらに
前記変位部（１ａ）および前記電気的処理回路（２０）
の上部表面に窒化膜（２１）が形成されている半導体感
歪センサにおいて、前記変位検出のための基準圧室
（８）を形成するガラス台座（７）が前記窒化膜（２
１）との間で陽極接合されていることにある。
【００１０】なお、上記各手段のカッコ内の符号は、後
述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。
述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。
【００１１】
【発明の作用効果】請求項１又は２に記載の発明によれ
ば、上述したように、半導体感歪センサに用いられてい
る既存の保護膜、すなわちりんを含むシリケイトガラス
あるいは窒化膜を利用して、従来のもののように余分な
接合用薄膜を用いなくても基板表面ガラス台座が陽極接
合された構造を得ることができる。
ば、上述したように、半導体感歪センサに用いられてい
る既存の保護膜、すなわちりんを含むシリケイトガラス
あるいは窒化膜を利用して、従来のもののように余分な
接合用薄膜を用いなくても基板表面ガラス台座が陽極接
合された構造を得ることができる。
【００１２】
（第１実施例）図１に本発明の第１実施例を示す半導体
圧力センサの断面構成を示す。１はＮ型の単結晶シリコ
ンからなる半導体基板であり、図中の矢印方向から圧力
を受けて変位するダイヤフラム部１ａが形成されてい
る。この半導体基板１には、歪みゲージ２及び拡散リー
ド３及びコンタクト拡散層４が形成されている。この歪
みゲージ２は、ダイヤフラム部１ａの変位により抵抗値
が変化するものであり、その変化に応じた電気信号がＰ
+ 型コンタクト拡散層４を介しＡｌ電極５から外部に取
り出される。
圧力センサの断面構成を示す。１はＮ型の単結晶シリコ
ンからなる半導体基板であり、図中の矢印方向から圧力
を受けて変位するダイヤフラム部１ａが形成されてい
る。この半導体基板１には、歪みゲージ２及び拡散リー
ド３及びコンタクト拡散層４が形成されている。この歪
みゲージ２は、ダイヤフラム部１ａの変位により抵抗値
が変化するものであり、その変化に応じた電気信号がＰ
+ 型コンタクト拡散層４を介しＡｌ電極５から外部に取
り出される。
【００１３】半導体基板１の表面には、保護膜としての
絶縁膜６が形成されている。この絶縁膜６は、熱酸化に
より形成されたＳｉＯ2 の表面にＰＳＧ６ａが形成され
たものであり、ＰＳＧ６ａはアルカリ金属（Ｎａ+ イオ
ン、Ｋ+ イオン）をゲッタリングし半導体基板１内の拡
散層を保護する。また、ダイヤフラム部１ａに相当する
部分を含むようにして有底孔を有するガラス台座７が絶
縁層６におけるＰＳＧ６ａとの間で陽極接合され、基準
圧室８が形成されている。
絶縁膜６が形成されている。この絶縁膜６は、熱酸化に
より形成されたＳｉＯ2 の表面にＰＳＧ６ａが形成され
たものであり、ＰＳＧ６ａはアルカリ金属（Ｎａ+ イオ
ン、Ｋ+ イオン）をゲッタリングし半導体基板１内の拡
散層を保護する。また、ダイヤフラム部１ａに相当する
部分を含むようにして有底孔を有するガラス台座７が絶
縁層６におけるＰＳＧ６ａとの間で陽極接合され、基準
圧室８が形成されている。
【００１４】ここで、ガラス台座７としては、ほうけい
酸ガラス（商品名パイレックスガラス）、結晶化ガラス
（商品名デビトロン）、あるいはけい酸アルミナガラス
（３Ａｌ2 Ｏ3 、２ＳｉＯ2 ）等を用いることができ
る。本実施例では、ガラス台座７をほうけい酸ガラスに
より構成している。また、陽極接合を基準圧力下、例え
ば真空状態にて行えば基準圧室８の圧力は真空圧に保持
され、被測定媒体の絶対圧力を測定することができる。
酸ガラス（商品名パイレックスガラス）、結晶化ガラス
（商品名デビトロン）、あるいはけい酸アルミナガラス
（３Ａｌ2 Ｏ3 、２ＳｉＯ2 ）等を用いることができ
る。本実施例では、ガラス台座７をほうけい酸ガラスに
より構成している。また、陽極接合を基準圧力下、例え
ば真空状態にて行えば基準圧室８の圧力は真空圧に保持
され、被測定媒体の絶対圧力を測定することができる。
【００１５】図２に、図１に示す半導体圧力センサの平
面的構成を示す。なお、図１は図２中のＡ−Ａ断面図と
なっている。この図２に示すように、歪みゲージ２は４
ケ所に形成されており、それぞれが拡散リード３により
接続されてブリッジ回路を構成している。そして、それ
ぞれの拡散リード３はＡｌ電極５から外部の電気的処理
回路に接続され、その電気処理回路にて圧力が検出され
る。なお、図２中の点線は、ガラス台座７が陽極接合さ
れる位置を示している。
面的構成を示す。なお、図１は図２中のＡ−Ａ断面図と
なっている。この図２に示すように、歪みゲージ２は４
ケ所に形成されており、それぞれが拡散リード３により
接続されてブリッジ回路を構成している。そして、それ
ぞれの拡散リード３はＡｌ電極５から外部の電気的処理
回路に接続され、その電気処理回路にて圧力が検出され
る。なお、図２中の点線は、ガラス台座７が陽極接合さ
れる位置を示している。
【００１６】次に、図１に示す半導体圧力センサの製造
方法について説明する。図３にその製造工程を示す。Ｎ
型の単結晶シリコンからなる半導体基板１を用意すると
ともに、その表面を酸化し、０．５μｍ厚の酸化膜１０
を形成し、コンタクト拡散用の窓を酸化膜に開け、再び
酸化して薄い酸化膜１１を形成する。この後、Ｂ+ イオ
ンを注入してＰ+ 型コンタクト拡散層４を形成し、全面
にＣＶＤ−ＳｉＯ2 １２を堆積し、さらに活性化アニー
ルを行って、コンタクト拡散層４を電気的に活性化する
（図３（ａ））。
方法について説明する。図３にその製造工程を示す。Ｎ
型の単結晶シリコンからなる半導体基板１を用意すると
ともに、その表面を酸化し、０．５μｍ厚の酸化膜１０
を形成し、コンタクト拡散用の窓を酸化膜に開け、再び
酸化して薄い酸化膜１１を形成する。この後、Ｂ+ イオ
ンを注入してＰ+ 型コンタクト拡散層４を形成し、全面
にＣＶＤ−ＳｉＯ2 １２を堆積し、さらに活性化アニー
ルを行って、コンタクト拡散層４を電気的に活性化する
（図３（ａ））。
【００１７】次に、歪みゲージ２及び拡散リード３を形
成するエリアの酸化膜１０、１２をエッチングで窓開け
し酸化して薄い酸化膜（ＳｉＯ2 ）６を形成し、レジス
トをマスク材としてＢ+ イオンを注入し、歪みゲージ２
及び拡散リード３を構成するＰ+ 型拡散層を形成する
（図３（ｂ））。この後、歪みゲージ２及び拡散リード
３の活性化アニールを兼ねてリン処理を行う（図３
（ｃ））。リン処理とはＰＯＣｌ3 等を拡散炉内に導入
し、酸化膜６の表面にＰＳＧ６ａを形成することであ
る。
成するエリアの酸化膜１０、１２をエッチングで窓開け
し酸化して薄い酸化膜（ＳｉＯ2 ）６を形成し、レジス
トをマスク材としてＢ+ イオンを注入し、歪みゲージ２
及び拡散リード３を構成するＰ+ 型拡散層を形成する
（図３（ｂ））。この後、歪みゲージ２及び拡散リード
３の活性化アニールを兼ねてリン処理を行う（図３
（ｃ））。リン処理とはＰＯＣｌ3 等を拡散炉内に導入
し、酸化膜６の表面にＰＳＧ６ａを形成することであ
る。
【００１８】次に、コンタクト拡散層４のコンタクト部
に窓開けし、Ａｌ配線５を形成する（図３（ｄ））。こ
の後、裏面にダイヤフラム部１ａを形成し（図３
（ｅ））、基板表面にガラス台座７を陽極接合する（図
３（ｆ））。この陽極接合は、Ｓｉウエハ（図３（ｅ）
の状態のもの）とガラス台座７を重ね合わせ、その両側
に電極をおき、Ｓｉウエハ側の電極を陽極、ガラス台座
７側の電極を陰極として、４００℃程度に加熱し１００
０Ｖ程度の電圧を印加することにより行う。
に窓開けし、Ａｌ配線５を形成する（図３（ｄ））。こ
の後、裏面にダイヤフラム部１ａを形成し（図３
（ｅ））、基板表面にガラス台座７を陽極接合する（図
３（ｆ））。この陽極接合は、Ｓｉウエハ（図３（ｅ）
の状態のもの）とガラス台座７を重ね合わせ、その両側
に電極をおき、Ｓｉウエハ側の電極を陽極、ガラス台座
７側の電極を陰極として、４００℃程度に加熱し１００
０Ｖ程度の電圧を印加することにより行う。
【００１９】この陽極接合によりＰＳＧ６ａとガラス台
座７が結合する。この結合のメカニズムは、ガラス台座
７内でＮａ2 Ｏが分極し、Ｏ- が陽極側（Ｓｉウエハ
側）へ移動し、この移動したＯ- がＰＳＧ６ａ表面のＳ
ｉと結合する。なお、ＰＳＧ６ａ中の導電はその中のＨ
+ によっておこると考えられる。なお、上記実施例にお
いては、酸化膜６表面にＰＳＧ６ａを形成するものを示
したが、リンを含むシリケイトガラスであればよく、Ｂ
ＰＳＧを用いることもできる。
座７が結合する。この結合のメカニズムは、ガラス台座
７内でＮａ2 Ｏが分極し、Ｏ- が陽極側（Ｓｉウエハ
側）へ移動し、この移動したＯ- がＰＳＧ６ａ表面のＳ
ｉと結合する。なお、ＰＳＧ６ａ中の導電はその中のＨ
+ によっておこると考えられる。なお、上記実施例にお
いては、酸化膜６表面にＰＳＧ６ａを形成するものを示
したが、リンを含むシリケイトガラスであればよく、Ｂ
ＰＳＧを用いることもできる。
【００２０】また、上記実施例では、ガラス台座７によ
り形成される基準圧室８を真空圧として絶対圧を検出す
るものを示したが、ガラス台座７に開口部を設けて相対
圧を検出するようにしてもよい。 （第２実施例）上記第１実施例では、圧力検出を行う電
気的処理回路を外部に設けるものを示したが、この第２
実施例では、半導体基板１に電気的処理回路を形成する
ようにしている。このものの断面構造を図４に示す。
り形成される基準圧室８を真空圧として絶対圧を検出す
るものを示したが、ガラス台座７に開口部を設けて相対
圧を検出するようにしてもよい。 （第２実施例）上記第１実施例では、圧力検出を行う電
気的処理回路を外部に設けるものを示したが、この第２
実施例では、半導体基板１に電気的処理回路を形成する
ようにしている。このものの断面構造を図４に示す。
【００２１】図４において、圧力検出を行う電気的処理
回路をバイポーラトランジスタ２０により構成してい
る。このようなバイポーラトランジスタ２０を形成した
場合には、基板表面に窒化膜（ＳｉＮ）２１が保護膜と
して形成される。そして、この実施例においては、窒化
膜２１とガラス台座７とが陽極接合される。この場合
も、陽極接合時にガラス台座７中のＯ- と窒化膜２１表
面のＳｉとが結合する。
回路をバイポーラトランジスタ２０により構成してい
る。このようなバイポーラトランジスタ２０を形成した
場合には、基板表面に窒化膜（ＳｉＮ）２１が保護膜と
して形成される。そして、この実施例においては、窒化
膜２１とガラス台座７とが陽極接合される。この場合
も、陽極接合時にガラス台座７中のＯ- と窒化膜２１表
面のＳｉとが結合する。
【００２２】なお、この第２実施例において、バイポー
ラトランジスタ２０はガラス台座７の外側に位置してい
るが、内側に形成するようにしてもよい。また、上記第
１、第２実施例とも、本発明を半導体圧力センサに適用
するものを示したが、加速度を検出する加速度センサに
適用するようにしてもよい。
ラトランジスタ２０はガラス台座７の外側に位置してい
るが、内側に形成するようにしてもよい。また、上記第
１、第２実施例とも、本発明を半導体圧力センサに適用
するものを示したが、加速度を検出する加速度センサに
適用するようにしてもよい。
【図１】本発明の第１実施例を示す半導体圧力センサの
断面図である。
断面図である。
【図２】図１に示す半導体圧力センサの平面図である。
【図３】図１に示す半導体圧力センサの製造工程を示す
工程図である。
工程図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す半導体圧力センサの
断面図である。
断面図である。
【図５】従来の半導体圧力センサの断面図である。
１…半導体基板、１ａ…ダイヤフラム部、２…歪みゲー
ジ、３…拡散リード、４…コンタクト拡散層、５…Ａｌ
電極、６…絶縁膜、６ａ…ＰＳＧ、７…ガラス台座、８
…基準圧室。
ジ、３…拡散リード、４…コンタクト拡散層、５…Ａｌ
電極、６…絶縁膜、６ａ…ＰＳＧ、７…ガラス台座、８
…基準圧室。
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板の変位部に歪みゲージが形成
されるとともに、その表面にりんを含むシリケイトガラ
スが保護膜として形成されており、前記歪みゲージの抵
抗値により前記変位部の変位を検出するようにした半導
体感歪センサにおいて、 前記変位検出のための基準圧室を形成するガラス台座が
前記りんを含むシリケイトガラスとの間で陽極接合され
ていることを特徴とする半導体感歪センサ。 - 【請求項２】 半導体基板の変位部に歪みゲージが形成
されるとともに、この歪みゲージの抵抗値により前記変
位部の変位を検出する電気的処理回路が前記半導体基板
に形成されており、さらに前記変位部および前記電気的
処理回路の上部表面に窒化膜が形成されている半導体感
歪センサにおいて、 前記変位検出のための基準圧室を形成するガラス台座が
前記窒化膜との間で陽極接合されていることを特徴とす
る半導体感歪センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11832095A JP3401992B2 (ja) | 1995-05-17 | 1995-05-17 | 半導体感歪センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11832095A JP3401992B2 (ja) | 1995-05-17 | 1995-05-17 | 半導体感歪センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08313380A true JPH08313380A (ja) | 1996-11-29 |
| JP3401992B2 JP3401992B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=14733757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11832095A Expired - Fee Related JP3401992B2 (ja) | 1995-05-17 | 1995-05-17 | 半導体感歪センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3401992B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009506323A (ja) * | 2005-08-24 | 2009-02-12 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 圧力センサ及び製造方法 |
| JP2009122113A (ja) * | 2008-12-22 | 2009-06-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 加速度センサの製造方法 |
| CN107024303A (zh) * | 2016-02-02 | 2017-08-08 | 亚太优势微系统股份有限公司 | 微型压阻式压力传感器 |
Families Citing this family (1)
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