JPH0831609B2 - 静電接合方法および半導体圧力センサ - Google Patents
静電接合方法および半導体圧力センサInfo
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- JPH0831609B2 JPH0831609B2 JP61256200A JP25620086A JPH0831609B2 JP H0831609 B2 JPH0831609 B2 JP H0831609B2 JP 61256200 A JP61256200 A JP 61256200A JP 25620086 A JP25620086 A JP 25620086A JP H0831609 B2 JPH0831609 B2 JP H0831609B2
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- ceramic insulating
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本第１発明は静電接合方法に関し、特に製造工程の少
ないかつ高信頼性の半導体圧力センサ等を製作するため
の静電接合方法に関する。本第２発明は本第１発明の静
電接合方法を用いて製作された半導体圧力センサに関す
る。特に本第２発明の半導体圧力センサは自動車用エン
ジンの吸気圧検出等に利用される。
ないかつ高信頼性の半導体圧力センサ等を製作するため
の静電接合方法に関する。本第２発明は本第１発明の静
電接合方法を用いて製作された半導体圧力センサに関す
る。特に本第２発明の半導体圧力センサは自動車用エン
ジンの吸気圧検出等に利用される。
［従来の技術］ 従来の半導体圧力センサのうち絶対圧構造のものは、
例えば第８図に示すように、外圧により弾性歪を生ずる
とともにピエゾ抵抗効果に基づく歪を電気信号に変換す
る拡散抵抗を配置した薄肉の起歪領域12aをその一部に
有しその起歪領域12a周辺を固定すべき肉厚の固定領域1
2bを有する圧力センサにおいて、前記抵抗と同じ面の該
固定領域12b上に導電層10を設けるとともに、この抵抗
を配置した起歪領域12aを含むように圧力基準室82を作
るべく有底孔を有したガラスキッヤップ72を該導電層10
と静電接合したことを特徴とするものが知られている
（特開昭55-44786）。
例えば第８図に示すように、外圧により弾性歪を生ずる
とともにピエゾ抵抗効果に基づく歪を電気信号に変換す
る拡散抵抗を配置した薄肉の起歪領域12aをその一部に
有しその起歪領域12a周辺を固定すべき肉厚の固定領域1
2bを有する圧力センサにおいて、前記抵抗と同じ面の該
固定領域12b上に導電層10を設けるとともに、この抵抗
を配置した起歪領域12aを含むように圧力基準室82を作
るべく有底孔を有したガラスキッヤップ72を該導電層10
と静電接合したことを特徴とするものが知られている
（特開昭55-44786）。
この半導体圧力センサにおいては拡散面に段差のない
領域をシリコンダイアフラム12の周りに設けてその領域
上に例えばポリシリコンのような導電層10を設け、その
導電層10とシリコンダイアフラム部に真空室を作るため
のガラスキャップ72を静電接合方法で接合して圧力基準
室82を作ったものである。
領域をシリコンダイアフラム12の周りに設けてその領域
上に例えばポリシリコンのような導電層10を設け、その
導電層10とシリコンダイアフラム部に真空室を作るため
のガラスキャップ72を静電接合方法で接合して圧力基準
室82を作ったものである。
この静電接合方法を用いた半導体圧力センサでは良好
な静電接合方法を行うために導電層10を設ける工程を必
要としその工程が複雑となる。
な静電接合方法を行うために導電層10を設ける工程を必
要としその工程が複雑となる。
また他の従来の半導体圧力センサにおいては、第９図
に示すようにピエゾ抵抗効果を示す半導体からなるダイ
アフラム63表面上にセラミックからなる表面保護絶縁膜
43が形成されこの絶縁膜43上にカバー部材73を接合し圧
力基準室83を形成するのに金属等からなる封着剤15を用
いて接合して形成されたものが知られている（特開昭58
-28876）。
に示すようにピエゾ抵抗効果を示す半導体からなるダイ
アフラム63表面上にセラミックからなる表面保護絶縁膜
43が形成されこの絶縁膜43上にカバー部材73を接合し圧
力基準室83を形成するのに金属等からなる封着剤15を用
いて接合して形成されたものが知られている（特開昭58
-28876）。
この圧力センサにおいてはピエゾ拡散ゲージおよびリ
ード領域の表面には表面保護絶縁膜43が形成されている
のでこのゲージ等が保護され圧力センサ素子の耐久性が
向上するという利点を有するが、カバー部材73は金属ま
たは樹脂製接着剤を用いて封着されているのでこの接合
強度が充分でない等の欠点を有する。またこれは封着剤
と他の材料との熱膨張係数の違いにより安定かつ耐久性
のある接合が必ずしも行われない。
ード領域の表面には表面保護絶縁膜43が形成されている
のでこのゲージ等が保護され圧力センサ素子の耐久性が
向上するという利点を有するが、カバー部材73は金属ま
たは樹脂製接着剤を用いて封着されているのでこの接合
強度が充分でない等の欠点を有する。またこれは封着剤
と他の材料との熱膨張係数の違いにより安定かつ耐久性
のある接合が必ずしも行われない。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記欠点を克服するものであり、製造工数の
少ないまた高信頼性でありかつ接合強度の大きな静電接
合方法を、更にはこの静電接合方法を用いて小型化、低
コスト化、高信頼性を有する半導体圧力センサを提供す
ることを目的とする。
少ないまた高信頼性でありかつ接合強度の大きな静電接
合方法を、更にはこの静電接合方法を用いて小型化、低
コスト化、高信頼性を有する半導体圧力センサを提供す
ることを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本第１発明の静電接合方法は、一部にリード拡散領域
が形成された表面に二酸化珪素または窒化珪素からなる
表面段差が50オングストローム未満のセラミック絶縁膜
を有する第１部材の該セラミック絶縁膜を接合面として
該セラミック絶縁膜上にガラス等から成る第２部材を当
接させて、該第１部材と該第２部材を加熱および電圧印
加により静電接合することを特徴とする。
が形成された表面に二酸化珪素または窒化珪素からなる
表面段差が50オングストローム未満のセラミック絶縁膜
を有する第１部材の該セラミック絶縁膜を接合面として
該セラミック絶縁膜上にガラス等から成る第２部材を当
接させて、該第１部材と該第２部材を加熱および電圧印
加により静電接合することを特徴とする。
この静電接合方法において、第１部材は、その表面に
ピエゾ拡散ゲージ、該ピエゾ拡散ゲージと接続するリー
ド拡散領域および該リード拡散領域と接続する電極が形
成され、更に該ピエゾ拡散ゲージおよび該リード拡散領
域のほとんどの表面にセラミック絶縁膜が形成されたシ
リコンダイアフラムであり、第２部材はガラス製カバー
部材であり、該第１部材と該第２部材に囲まれた空間を
圧力基準室とすることができる。
ピエゾ拡散ゲージ、該ピエゾ拡散ゲージと接続するリー
ド拡散領域および該リード拡散領域と接続する電極が形
成され、更に該ピエゾ拡散ゲージおよび該リード拡散領
域のほとんどの表面にセラミック絶縁膜が形成されたシ
リコンダイアフラムであり、第２部材はガラス製カバー
部材であり、該第１部材と該第２部材に囲まれた空間を
圧力基準室とすることができる。
本第２発明の半導体圧力センサは、薄膜の起歪領域と
該起歪領域周辺を固定すべき厚肉の固定領域とを有し、
ピエゾ抵抗効果を示す半導体からなるダイアフラムと、
該ダイアフラムの表面に形成された、ピエゾ拡散ゲージ
および該ピエゾ拡散ゲージと接続するリード拡散領域お
よび該リード拡散領域と接続する電極とを有し、さらに
該ピエゾ拡散ゲージおよび該リード拡散領域のほとんど
の表面に形成されたセラミック絶縁膜と、を有する半導
体圧力センサ素子と、 該半導体圧力センサ素子の該ピエゾ拡散ゲージの部分
を囲み該ピエゾ拡散ゲージと該電極の間の該リード拡散
領域を覆う該セラミック絶縁膜のリング状表面部分であ
って表面段差が50オングストローム未満の部分を接合面
とし、加熱および電圧印加による静電接合方法により直
接接合されたカバー部材と、を有し、 該半導体圧力センサ素子および該カバー部材に囲まれ
た空間を圧力基準室としたことを特徴とする。
該起歪領域周辺を固定すべき厚肉の固定領域とを有し、
ピエゾ抵抗効果を示す半導体からなるダイアフラムと、
該ダイアフラムの表面に形成された、ピエゾ拡散ゲージ
および該ピエゾ拡散ゲージと接続するリード拡散領域お
よび該リード拡散領域と接続する電極とを有し、さらに
該ピエゾ拡散ゲージおよび該リード拡散領域のほとんど
の表面に形成されたセラミック絶縁膜と、を有する半導
体圧力センサ素子と、 該半導体圧力センサ素子の該ピエゾ拡散ゲージの部分
を囲み該ピエゾ拡散ゲージと該電極の間の該リード拡散
領域を覆う該セラミック絶縁膜のリング状表面部分であ
って表面段差が50オングストローム未満の部分を接合面
とし、加熱および電圧印加による静電接合方法により直
接接合されたカバー部材と、を有し、 該半導体圧力センサ素子および該カバー部材に囲まれ
た空間を圧力基準室としたことを特徴とする。
［実施例］ 以下、実施例により本発明を説明する。
実施例１ 本実施例により製作された半導体圧力センサの断面図
を第１図にその平面図を第２図に示す。
を第１図にその平面図を第２図に示す。
この半導体圧力センサは、薄肉の起歪領域1aと該起歪
領域1a周辺を固定すべき厚肉の固定領域1bとを有しピエ
ゾ抵抗効果を示すシリコン半導体からなるダイアフラム
１と、ピエゾ拡散ゲージ２、リード領域３および電気信
号取出し用電極５と、セラミック絶縁膜４と、を有する
半導体圧力センサ素子６と、カバー部材７とを有し、該
半導体圧力センサ素子６および該カバー部材７に囲まれ
た空間を圧力基準室８としている。
領域1a周辺を固定すべき厚肉の固定領域1bとを有しピエ
ゾ抵抗効果を示すシリコン半導体からなるダイアフラム
１と、ピエゾ拡散ゲージ２、リード領域３および電気信
号取出し用電極５と、セラミック絶縁膜４と、を有する
半導体圧力センサ素子６と、カバー部材７とを有し、該
半導体圧力センサ素子６および該カバー部材７に囲まれ
た空間を圧力基準室８としている。
ダイヤフラム１は、薄肉の起歪領域1aと該起歪領域1a
周辺を固定すべき厚肉の固定領域1bとを有しピエゾ抵抗
効果を示すシリコン半導体からなる。
周辺を固定すべき厚肉の固定領域1bとを有しピエゾ抵抗
効果を示すシリコン半導体からなる。
ピエゾ拡散ゲージ２および該ピエゾ拡散ゲージ２と接
続するリード領域３はダイアフラム１の表面に形成され
ており、該このリード領域３は電極５と接続されてい
る。この電極５はAl等の金属薄膜により形成されてい
る。
続するリード領域３はダイアフラム１の表面に形成され
ており、該このリード領域３は電極５と接続されてい
る。この電極５はAl等の金属薄膜により形成されてい
る。
セラミック絶縁膜４は二酸化珪素又は窒化珪素で構成
され、その膜厚は以下で述べるように通常約0.1〜1.0μ
ｍである。
され、その膜厚は以下で述べるように通常約0.1〜1.0μ
ｍである。
カバー部材７はパイレックスガラスから構成され、上
記ピエゾ拡散ゲージ２およびリード領域３の主要部を囲
み、即ち、起歪領域1aを囲むように圧力基準室８が形成
される如く配置される。そしてこのカバー部材７は断面
がコの字状であり内部に空間部を有する箱型形状をして
いる。そしてこのカバー部材７は半導体圧力センサ素子
のセラミック絶縁膜４上に静電接合方法により直接接合
されている。
記ピエゾ拡散ゲージ２およびリード領域３の主要部を囲
み、即ち、起歪領域1aを囲むように圧力基準室８が形成
される如く配置される。そしてこのカバー部材７は断面
がコの字状であり内部に空間部を有する箱型形状をして
いる。そしてこのカバー部材７は半導体圧力センサ素子
のセラミック絶縁膜４上に静電接合方法により直接接合
されている。
この半導体圧力センサの製造方法は以下の通りであ
る。まずこのダイアフラム１表面にピエゾ拡散ゲージ２
およびリード拡散領域３をイオン注入により形成する。
この場合ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いてＰ型半導体とす
る。なおこの場合第１図に示すようにリード拡散領域３
はピエゾ拡散ゲージ２と比べて高濃度のホウ素を注入し
かつその拡散の深さも深いものとすることができる。次
いで二酸化珪素まは窒化珪素のセラミック材料によるセ
ラミック絶縁膜４からなる保護膜がこれらのゲージ２お
よびリード領域３の主要部であるほぼ中央部全域にCVD
法またはスパッタ法により所定の厚さにデポジットする
ことにより形成される。なお拡散領域２、３とそうでな
い領域との間に50オングストローム以上の段差が生じな
いようにホトレジストを選択拡散マスクとしたイオン注
入によりこのゲージ２およびリード３形成を行う。電極
５はアルミニウム等の蒸着により形成する。またシリコ
ンダイアフラム１における起歪領域1aは、通常カバー部
材７を接合する前にドライエッチング法等の方法により
形成させるが、カバー部材７を接合した後に形成させる
こともできる。
る。まずこのダイアフラム１表面にピエゾ拡散ゲージ２
およびリード拡散領域３をイオン注入により形成する。
この場合ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いてＰ型半導体とす
る。なおこの場合第１図に示すようにリード拡散領域３
はピエゾ拡散ゲージ２と比べて高濃度のホウ素を注入し
かつその拡散の深さも深いものとすることができる。次
いで二酸化珪素まは窒化珪素のセラミック材料によるセ
ラミック絶縁膜４からなる保護膜がこれらのゲージ２お
よびリード領域３の主要部であるほぼ中央部全域にCVD
法またはスパッタ法により所定の厚さにデポジットする
ことにより形成される。なお拡散領域２、３とそうでな
い領域との間に50オングストローム以上の段差が生じな
いようにホトレジストを選択拡散マスクとしたイオン注
入によりこのゲージ２およびリード３形成を行う。電極
５はアルミニウム等の蒸着により形成する。またシリコ
ンダイアフラム１における起歪領域1aは、通常カバー部
材７を接合する前にドライエッチング法等の方法により
形成させるが、カバー部材７を接合した後に形成させる
こともできる。
本発明ではゲージ形成側ダイアフラム表面に電気絶縁
性のセラミック絶縁膜４を形成し、これとカバー部材７
とを陽極接合により気密接合し圧力基準室８を形成する
ことを特徴とするものである。
性のセラミック絶縁膜４を形成し、これとカバー部材７
とを陽極接合により気密接合し圧力基準室８を形成する
ことを特徴とするものである。
通常この陽極接合は導体とガラスとの接合に適用され
るが接合時の印加電圧と絶縁膜厚を制御することにより
安定な接合が可能であることを本発明者等は確認したも
のである。この接合条件は第４図に示す通りであり、印
加電圧、絶縁膜厚、接合温度、更には絶縁膜厚の材質、
更にこれらの絶縁膜厚の形成方法、即ち絶縁膜厚の緻密
度等によりこの接合条件は種々変動する。最適条件とし
てはセラミック絶縁膜の厚さは0.1〜0.5μｍであり、加
熱温度は300〜450℃であり、印加電圧は600〜1000Vであ
る。
るが接合時の印加電圧と絶縁膜厚を制御することにより
安定な接合が可能であることを本発明者等は確認したも
のである。この接合条件は第４図に示す通りであり、印
加電圧、絶縁膜厚、接合温度、更には絶縁膜厚の材質、
更にこれらの絶縁膜厚の形成方法、即ち絶縁膜厚の緻密
度等によりこの接合条件は種々変動する。最適条件とし
てはセラミック絶縁膜の厚さは0.1〜0.5μｍであり、加
熱温度は300〜450℃であり、印加電圧は600〜1000Vであ
る。
セラミック絶縁膜の厚さが0.1μ以下では保護膜とし
ての機能が不十分であり、0.5μを超える場合はSi4+イ
オンの移動が起こりにくく良好な接合が得にくいからで
ある。
ての機能が不十分であり、0.5μを超える場合はSi4+イ
オンの移動が起こりにくく良好な接合が得にくいからで
ある。
また加熱温度が300℃未満ではガラス中のNa+イオンの
移動が接合に不十分であり450℃を超える場合には半導
体に用いられるアルミニウム電極が拡散して好ましくな
いからである。
移動が接合に不十分であり450℃を超える場合には半導
体に用いられるアルミニウム電極が拡散して好ましくな
いからである。
また印加電圧は絶縁膜厚が厚ければ印加電圧を高くす
れば接合が可能となるが絶縁膜厚を約0.1〜0.5μｍとす
る場合には印加電圧は通常上記値である。600V未満では
充分な接合ができない場合があり1000Vを超える場合に
は接合時放電を起こしたり、素子にダメージを与える可
能性があり、実際には1500V位までは十二分に可能であ
るが経済上、装置上好ましくないためである。
れば接合が可能となるが絶縁膜厚を約0.1〜0.5μｍとす
る場合には印加電圧は通常上記値である。600V未満では
充分な接合ができない場合があり1000Vを超える場合に
は接合時放電を起こしたり、素子にダメージを与える可
能性があり、実際には1500V位までは十二分に可能であ
るが経済上、装置上好ましくないためである。
メカニズム上は接合時の電圧を高めに設定し絶縁膜中
のSi4+イオンの移動を起こさせ絶縁膜及びガラス界面で
二酸化珪素を形成させて接合させるものである。また接
合面は表面あらさRaが0.05μｍ未満の平滑な面を必要と
する。ゲージおよびリード拡散形成時ホトレジストを選
択拡散マスクとしたイオン注入による不純物拡散後、CV
D法により絶縁膜を形成し不活性ガス雰囲気中でアニー
ルすることにより、Ｐ−Ｎ接合界面に段差のない平滑な
接合面を確保することができた。
のSi4+イオンの移動を起こさせ絶縁膜及びガラス界面で
二酸化珪素を形成させて接合させるものである。また接
合面は表面あらさRaが0.05μｍ未満の平滑な面を必要と
する。ゲージおよびリード拡散形成時ホトレジストを選
択拡散マスクとしたイオン注入による不純物拡散後、CV
D法により絶縁膜を形成し不活性ガス雰囲気中でアニー
ルすることにより、Ｐ−Ｎ接合界面に段差のない平滑な
接合面を確保することができた。
本接合過程のモデル化を以下に示す。第５図に示すよ
うにまず表面平滑なダイヤフラム１（Siから成る）とセ
ラミック絶縁膜４が部分的に接触する。次いで高温雰囲
気下高電圧の印加によりガラス７が弱導電性となる（ρ
≦105Ω・cm）。
うにまず表面平滑なダイヤフラム１（Siから成る）とセ
ラミック絶縁膜４が部分的に接触する。次いで高温雰囲
気下高電圧の印加によりガラス７が弱導電性となる（ρ
≦105Ω・cm）。
するとガラス７中においてはガラス中のイオン移動が
起る。即ちガラス７中のNa2Ｏが2Na+＋Ｏ2-に解離しこ
のＯ2-が陽電極側に移動する。一方ダイヤフラム１のSi
がイオン化しSi4+が陰極側に移動する。
起る。即ちガラス７中のNa2Ｏが2Na+＋Ｏ2-に解離しこ
のＯ2-が陽電極側に移動する。一方ダイヤフラム１のSi
がイオン化しSi4+が陰極側に移動する。
次いで第６図に示すようにSi4+がセラミック絶縁膜４
中を移動する。そしてガラスと絶縁膜界面に約106V/cm
の高電界が生じ密に接し融合型接合を起し（Si4+＋2O2-
→SiO2）、二酸化珪素（SiO2）が形成されて強固な接合
が行われる。
中を移動する。そしてガラスと絶縁膜界面に約106V/cm
の高電界が生じ密に接し融合型接合を起し（Si4+＋2O2-
→SiO2）、二酸化珪素（SiO2）が形成されて強固な接合
が行われる。
また窒化珪素絶縁膜0.2μｍの場合の接合電流波形で
あって時間と電流値の関係を第７図に示す。この場合の
接合条件は電圧800V、接合温度380℃、真空下である。
なおこの接合電流波形はSiO2膜、Si面でも同一である。
あって時間と電流値の関係を第７図に示す。この場合の
接合条件は電圧800V、接合温度380℃、真空下である。
なおこの接合電流波形はSiO2膜、Si面でも同一である。
接合過程でSi4+の窒化珪素膜、二酸化珪素膜中の拡散
が起りガラス界面でSi4+とＯ2-が融合型接合をするが、
この拡散移動のし易さが膜質により異なるため印加電圧
に差が生じると考えられる。なお絶縁膜形成方法がCVD
法以外で膜厚形成しても緻密度等の膜質が同じであれば
ほぼ同じような条件及び結果が得られるものと考えられ
る。また接合温度は高温になるほど印加電圧は低く設定
できる。
が起りガラス界面でSi4+とＯ2-が融合型接合をするが、
この拡散移動のし易さが膜質により異なるため印加電圧
に差が生じると考えられる。なお絶縁膜形成方法がCVD
法以外で膜厚形成しても緻密度等の膜質が同じであれば
ほぼ同じような条件及び結果が得られるものと考えられ
る。また接合温度は高温になるほど印加電圧は低く設定
できる。
また膜厚の範囲は（１）表面保護機能の安定性、
（２）膜形成時の膜応力によるクラックの発生がないこ
と及び（３）陽極接合性の３項目から決まるものであ
る。そして窒化珪素膜の場合には約0.1〜0.3μｍ、二酸
化珪素絶縁膜の場合には0.5〜１μｍが妥当と考えられ
る。また陽極接合に使用するガラスとしては線膨張率が
Siと同一か類似であること、ガラス成分中に可動イオン
Na＋、Ｋ＋を含有することが必要であり、これを満たせ
ばどんなガラスでも接合可能である。
（２）膜形成時の膜応力によるクラックの発生がないこ
と及び（３）陽極接合性の３項目から決まるものであ
る。そして窒化珪素膜の場合には約0.1〜0.3μｍ、二酸
化珪素絶縁膜の場合には0.5〜１μｍが妥当と考えられ
る。また陽極接合に使用するガラスとしては線膨張率が
Siと同一か類似であること、ガラス成分中に可動イオン
Na＋、Ｋ＋を含有することが必要であり、これを満たせ
ばどんなガラスでも接合可能である。
実施例２ 本実施例において製作された半導体圧力センサの断面
図を第３図に示す。この圧力センサにおいては、ゲージ
形成側面の薄肉部分11aに相当する領域を予めエッチン
グにより掘り下げて凹部９を形成させ、この表面にゲー
ジ21等を形成し、かつカバー部材71として平板ガラスを
用いこれらに囲まれた領域を圧力基準室81とするもので
ある。この圧力センサにおいては、上記以外は材質、及
び各種拡散膜等の形成方法は実施例１と同様である。
図を第３図に示す。この圧力センサにおいては、ゲージ
形成側面の薄肉部分11aに相当する領域を予めエッチン
グにより掘り下げて凹部９を形成させ、この表面にゲー
ジ21等を形成し、かつカバー部材71として平板ガラスを
用いこれらに囲まれた領域を圧力基準室81とするもので
ある。この圧力センサにおいては、上記以外は材質、及
び各種拡散膜等の形成方法は実施例１と同様である。
本実施例においては平板ガラスをカバー部材71として
用いるので、（１）カバーガラスの加工を必要としない
こと、（２）ドライエッチングによりゲージ形成側面に
凹部９を形成するがこれはドライエッチングによること
ができ極めて容易であること、（３）いくつか同時にこ
の凹部９を形成することができ、その反対側のダイアフ
ラムを形成する部分の凹部と同時にエッチングすること
ができること、このように加工が簡単であること、
（４）製造工程が少ないこと、更に（５）製造される半
導体圧力センサがコンパクトになること等の特徴を有す
る。
用いるので、（１）カバーガラスの加工を必要としない
こと、（２）ドライエッチングによりゲージ形成側面に
凹部９を形成するがこれはドライエッチングによること
ができ極めて容易であること、（３）いくつか同時にこ
の凹部９を形成することができ、その反対側のダイアフ
ラムを形成する部分の凹部と同時にエッチングすること
ができること、このように加工が簡単であること、
（４）製造工程が少ないこと、更に（５）製造される半
導体圧力センサがコンパクトになること等の特徴を有す
る。
なお本発明においては上記実施例１及び実施例２に示
すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内
で種々変更して適用可能である。
すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内
で種々変更して適用可能である。
例えば本第１発明の静電接合方法において用いられる
第１部材はシリコンの半導体以外にも、ゲルマニウム、
ガリウム−ヒ素等の半導体または金属等を用いることが
できる。また第２部材はパイレックスガラス以外のソー
ダガラス、結晶化ガラス等を用いることができ、加熱に
より導電性を示す材料であればガラスに限られない。
第１部材はシリコンの半導体以外にも、ゲルマニウム、
ガリウム−ヒ素等の半導体または金属等を用いることが
できる。また第２部材はパイレックスガラス以外のソー
ダガラス、結晶化ガラス等を用いることができ、加熱に
より導電性を示す材料であればガラスに限られない。
また接合する部材間に印加する電圧は第１部材、第２
部材の材質更にはセラミック絶縁膜の材質または厚さ等
によって種々の値を設定することができ、接合温度が高
ければ比較的低電圧でよいし又セラミック絶縁膜が厚い
場合には高電圧が必要となる。このセラミック絶縁膜の
材料は、二酸化珪素、窒化珪素等とすることができる。
部材の材質更にはセラミック絶縁膜の材質または厚さ等
によって種々の値を設定することができ、接合温度が高
ければ比較的低電圧でよいし又セラミック絶縁膜が厚い
場合には高電圧が必要となる。このセラミック絶縁膜の
材料は、二酸化珪素、窒化珪素等とすることができる。
又上記実施例ではチップ状での陽極接合による構造例
であるが、ウエハ状で陽極接合を行ってからペレタイズ
してもよく、この場合には量産性を更に向上させること
ができる。又上記ピエゾ拡散ゲージ及び該リード領域は
その不純物濃度が異なるが、これを同一材料としたもの
とすることもできる。又上記実施例ではピエゾ拡散ゲー
ジ及び該リード領域はＰ型半導体であるが、該リード領
域はＰ型半導体としなくても金属薄膜とすることもでき
る。
であるが、ウエハ状で陽極接合を行ってからペレタイズ
してもよく、この場合には量産性を更に向上させること
ができる。又上記ピエゾ拡散ゲージ及び該リード領域は
その不純物濃度が異なるが、これを同一材料としたもの
とすることもできる。又上記実施例ではピエゾ拡散ゲー
ジ及び該リード領域はＰ型半導体であるが、該リード領
域はＰ型半導体としなくても金属薄膜とすることもでき
る。
なお上記実施例２における構造を有する半導体センサ
においては静電接合により圧力基準室を形成させてい
る。一方本発明の範囲に含まれないがこの平板状カバー
部材と凹部を有するシリコンダイアフラムとの接合は、
この静電接合方法に限らず金属またはエポキシ樹脂等の
接着剤を用いて接合することができる。更にこのように
セラミック絶縁膜を有さずに直接この凹部を有する表面
側のシリコンダイアフラムと平板ガラスとを静電接合に
より直接接合することもできる。
においては静電接合により圧力基準室を形成させてい
る。一方本発明の範囲に含まれないがこの平板状カバー
部材と凹部を有するシリコンダイアフラムとの接合は、
この静電接合方法に限らず金属またはエポキシ樹脂等の
接着剤を用いて接合することができる。更にこのように
セラミック絶縁膜を有さずに直接この凹部を有する表面
側のシリコンダイアフラムと平板ガラスとを静電接合に
より直接接合することもできる。
［発明の効果］ 本第１発明の静電接合方法は一部にリード拡散領域が
形成された表面に二酸化珪素または窒化珪素からなる表
面段差が50オングストローム未満のセラミック絶縁膜を
有する第１部材の該セラミック絶縁膜を接合面として該
セラミック絶縁膜上にガラス等から成る第２部材を当接
させて、該第１部材と該第２部材を加熱および電圧印加
により静電接合することを特徴とする。
形成された表面に二酸化珪素または窒化珪素からなる表
面段差が50オングストローム未満のセラミック絶縁膜を
有する第１部材の該セラミック絶縁膜を接合面として該
セラミック絶縁膜上にガラス等から成る第２部材を当接
させて、該第１部材と該第２部材を加熱および電圧印加
により静電接合することを特徴とする。
従って該セラミック絶縁膜で第１部材を保護すること
ができるとともに、又直接セラミック絶縁膜を介して第
１部材と第２部材を接合させるので接合強度が極めて高
い。又本接合方法によれば、接合材を金属または樹脂等
を用いる場合と異なって接合強度が高いとともに、接合
面で当接する２種の材料の熱膨張率差が極めて小さいの
で極めて安定かつ耐久性のある接合をすることができ
る。又本接合方法は、直接セラミック絶縁膜上に導電性
膜を形成する必要もないので製造工程が少なく容易かつ
簡便に低コストな静電接合方法である。
ができるとともに、又直接セラミック絶縁膜を介して第
１部材と第２部材を接合させるので接合強度が極めて高
い。又本接合方法によれば、接合材を金属または樹脂等
を用いる場合と異なって接合強度が高いとともに、接合
面で当接する２種の材料の熱膨張率差が極めて小さいの
で極めて安定かつ耐久性のある接合をすることができ
る。又本接合方法は、直接セラミック絶縁膜上に導電性
膜を形成する必要もないので製造工程が少なく容易かつ
簡便に低コストな静電接合方法である。
また、接合面は空隙を残すことなく気密的に接合がで
きる。このため外部と完全に遮断された空間を形成する
接合方法とてして利用できる。
きる。このため外部と完全に遮断された空間を形成する
接合方法とてして利用できる。
本第２発明の半導体圧力センサは、薄肉の起歪領域と
該起歪領域周辺を固定すべき厚肉の固定領域とを有し、
ピエゾ抵抗効果を示す半導体からなるダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの表面に形成されたピエゾ拡散ゲージお
よび該ピエゾ拡散ゲージと接続するリード拡散領域およ
び該リード拡散領域と接続する電極とを有し、さらに該
ピエゾ拡散ゲージおよび該リード拡散領域のほとんどの
表面に形成されたセラミック絶縁膜と、を有する半導体
圧力センサ素子と、 該半導体圧力センサ素子の該ピエゾ拡散ゲージの部分
を囲み該ピエゾ拡散ゲージと該電極の間の該リード拡散
領域を覆う該セラミック絶縁膜のリング状表面部分であ
って表面段差が50オングストローム未満の部分を接合面
とし、加熱および電圧印加による静電接合方法により直
接接合されたカバー部材と、を有し、該半導体圧力セン
サ素子および該カバー部材に囲まれた空間を圧力基準室
としたことを特徴とする。
該起歪領域周辺を固定すべき厚肉の固定領域とを有し、
ピエゾ抵抗効果を示す半導体からなるダイヤフラムと、
該ダイヤフラムの表面に形成されたピエゾ拡散ゲージお
よび該ピエゾ拡散ゲージと接続するリード拡散領域およ
び該リード拡散領域と接続する電極とを有し、さらに該
ピエゾ拡散ゲージおよび該リード拡散領域のほとんどの
表面に形成されたセラミック絶縁膜と、を有する半導体
圧力センサ素子と、 該半導体圧力センサ素子の該ピエゾ拡散ゲージの部分
を囲み該ピエゾ拡散ゲージと該電極の間の該リード拡散
領域を覆う該セラミック絶縁膜のリング状表面部分であ
って表面段差が50オングストローム未満の部分を接合面
とし、加熱および電圧印加による静電接合方法により直
接接合されたカバー部材と、を有し、該半導体圧力セン
サ素子および該カバー部材に囲まれた空間を圧力基準室
としたことを特徴とする。
従って本半導体センサは本第１発明で用いた静電接合
方法を用いて製作されるので、半導体圧力センサ素子と
カバー部材の接合強度が極めて強いものであり、又半導
体圧力センサ素子表面にはセラミック絶縁膜の保護層を
有するのでこれらのピエゾ拡散ゲージ等が保護されるの
で高信頼性を有する。
方法を用いて製作されるので、半導体圧力センサ素子と
カバー部材の接合強度が極めて強いものであり、又半導
体圧力センサ素子表面にはセラミック絶縁膜の保護層を
有するのでこれらのピエゾ拡散ゲージ等が保護されるの
で高信頼性を有する。
また、電極と拡散ゲージとが半導体圧力センサ素子の
同一主面上に形成され、かつ電極がカバー部材の外側に
位置させることが可能となっているため、本発明の半導
体圧力センサはその製造が極めて容易である。
同一主面上に形成され、かつ電極がカバー部材の外側に
位置させることが可能となっているため、本発明の半導
体圧力センサはその製造が極めて容易である。
第１図は実施例１で製作された半導体圧力センサの、要
部を示すように切断した断面図である。第２図は実施例
１で製作された半導体圧力センサの平面図である。第３
図は実施例２で製作された半導体圧力センサの、要部を
示すように切断した断面図である。第４図は実施例１に
おいて検討された結果を示すものでありセラミック絶縁
膜の膜厚と印加電圧とセラミック材質の関係を示すグラ
フである。第５図は高電圧印加による接合過程をモデル
化したグラフである。第６図は本実施例の静電接合方法
により接合された状態の概略を示す説明図である。第７
図は実施例１において行われた接合電流波形であって時
間と電流値の関係を示すグラフである。 第８図は従来の半導体圧力センサを示す断面図である。
第９図は従来の他の半導体圧力センサの態様を示す断面
図である。 １……ダイアフラム、２……ピエゾ拡散ゲージ ３……リード領域、４……セラミック絶縁膜 ５……電極、６……半導体圧力センサ ７……カバー部材、８……圧力基準室 ９……ゲージ形成側面の凹部 10……導電層、15……封着剤
部を示すように切断した断面図である。第２図は実施例
１で製作された半導体圧力センサの平面図である。第３
図は実施例２で製作された半導体圧力センサの、要部を
示すように切断した断面図である。第４図は実施例１に
おいて検討された結果を示すものでありセラミック絶縁
膜の膜厚と印加電圧とセラミック材質の関係を示すグラ
フである。第５図は高電圧印加による接合過程をモデル
化したグラフである。第６図は本実施例の静電接合方法
により接合された状態の概略を示す説明図である。第７
図は実施例１において行われた接合電流波形であって時
間と電流値の関係を示すグラフである。 第８図は従来の半導体圧力センサを示す断面図である。
第９図は従来の他の半導体圧力センサの態様を示す断面
図である。 １……ダイアフラム、２……ピエゾ拡散ゲージ ３……リード領域、４……セラミック絶縁膜 ５……電極、６……半導体圧力センサ ７……カバー部材、８……圧力基準室 ９……ゲージ形成側面の凹部 10……導電層、15……封着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−15293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−72775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−291073（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−66957（ＪＰ，Ｕ)
Claims (7)
- 【請求項１】一部にリード拡散領域が形成された表面に
二酸化珪素または窒化珪素から成る表面段差が50オング
ストローム未満のセラミック絶縁膜を有する第１部材の
該セラミック絶縁膜を接合面として該セラミック絶縁膜
上にガラス等から成る第２部材を当接させて、該第１部
材と該第２部材を加熱および電圧印加により静電接合す
ることを特徴とする静電接合方法。 - 【請求項２】第１部材は、その表面にピエゾ拡散ゲー
ジ、該ピエゾ拡散ゲージと接続するリード拡散領域およ
び該リード拡散領域と接続する電極が形成され、さらに
該ピエゾ拡散ゲージおよび該リード拡散領域のほとんど
の表面にセラミック絶縁膜が形成され、該ピエゾ拡散ゲ
ージと該電極の間の該リード拡散領域を覆う該セラミッ
ク絶縁膜の表面部分を接合面とするシリコンダイヤフラ
ムであり、第２部材はガラス製カバー部材であり、該第
１部材と該第２部材に囲まれた空間を圧力基準室とする
特許請求の範囲第１項記載の静電接合方法。 - 【請求項３】セラミック絶縁膜の厚さは0.1〜0.5μｍで
あり、加熱温度は300〜450℃であり、印加電圧は600〜1
000Vである特許請求の範囲第２項記載の静電接合方法。 - 【請求項４】薄肉の起歪領域と該起歪領域周辺を固定す
べき厚肉の固定領域とを有し、ピエゾ抵抗効果を示す半
導体からなるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表面に
形成されたピエゾ拡散ゲージおよび該ピエゾ拡散ゲージ
と接続するリード拡散領域および該リード拡散領域と接
続する電極とを有し、さらに該ピエゾ拡散ゲージおよび
該リード拡散領域の表面のほとんどに形成されたセラミ
ック絶縁膜と、を有する半導体圧力センサ素子と、 該半導体圧力センサ素子の該ピエゾ拡散ゲージの部分を
囲み該ピエゾ拡散ゲージと該電極の間の該リード拡散領
域を覆う該セラミック絶縁膜のリング状表面部分であっ
て表面段差が50オングストローム未満の部分を接合面と
し、加熱および電圧印加による静電接合方法により直接
接合されたカバー部材と、を有し、 該半導体圧力センサ素子および該カバー部材に囲まれた
空間を圧力基準室としたことを特徴とする半導体圧力セ
ンサ。 - 【請求項５】ダイヤフラムのセラミック絶縁膜形成側表
面は平滑であり、カバー部材は有底孔を有するガラス部
材である特許請求の範囲第４項記載の半導体圧力セン
サ。 - 【請求項６】ダイヤフラムのセラミック絶縁膜形成側表
面は凹部を有し、カバー部材は平板状ガラス部材である
特許請求の範囲第４項記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項７】セラミック絶縁膜は二酸化珪素又は窒化珪
素から構成され、カバー部材はガラスから構成され、該
セラミック絶縁膜の厚さは0.1〜0.5μｍである特許請求
の範囲第４項記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61256200A JPH0831609B2 (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 静電接合方法および半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61256200A JPH0831609B2 (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 静電接合方法および半導体圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63110670A JPS63110670A (ja) | 1988-05-16 |
| JPH0831609B2 true JPH0831609B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17289302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61256200A Expired - Lifetime JPH0831609B2 (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 静電接合方法および半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831609B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3401992B2 (ja) * | 1995-05-17 | 2003-04-28 | 株式会社デンソー | 半導体感歪センサ |
| US5917264A (en) * | 1996-09-05 | 1999-06-29 | Nagano Keiki Co Ltd | Electrostatic capacitance type transducer and method for producing the same |
| JP2000065662A (ja) * | 1998-08-20 | 2000-03-03 | Unisia Jecs Corp | 圧力センサおよびその製造方法 |
| US8800895B2 (en) | 2008-08-27 | 2014-08-12 | Woodward, Inc. | Piloted variable area fuel injector |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5515293A (en) * | 1978-07-20 | 1980-02-02 | Hitachi Ltd | Absolute pressure type pressure senser |
| JPS5972775A (ja) * | 1982-10-20 | 1984-04-24 | Hitachi Ltd | シリコン歪ゲ−ジ式感圧装置およびその製造方法 |
-
1986
- 1986-10-28 JP JP61256200A patent/JPH0831609B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63110670A (ja) | 1988-05-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |