JPH09185947A - Electric field type vacuum tube, pressure sensor and acceleration sensor using the same, and manufacture of them - Google Patents

Electric field type vacuum tube, pressure sensor and acceleration sensor using the same, and manufacture of them

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JPH09185947A
JPH09185947A JP11403496A JP11403496A JPH09185947A JP H09185947 A JPH09185947 A JP H09185947A JP 11403496 A JP11403496 A JP 11403496A JP 11403496 A JP11403496 A JP 11403496A JP H09185947 A JPH09185947 A JP H09185947A
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emitter
collector
vacuum tube
electric field
gate
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Kazuo Matsuzaki
一夫 松崎
Naoki Ito
直樹 伊藤
Takahiko Uematsu
隆彦 植松
Youichi Riyoukai
洋一 了戒
Masato Nishizawa
正人 西澤
Akira Amano
彰 天野
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric field type vacuum tube capable of using in severe environment such as high temperature, with no difference between individuals, and in which electron current varies by the outside force, and provide a pressure sensor and an acceleration sensor using this vacuum tube. SOLUTION: An electric field type vacuum tube is formed in such a way that an emitter made of a silicon thin film and having sharped tip, and a collector 13 are formed on a silicon substrate 11 through an oxide film 14, and a cap part comprising a second silicon thin film and an oxide film 18 are placed thereon through an oxide film 16. The silicon substrate 11 is used as a first gate and the second silicon thin film is used as a second gate, and voltage is applied between the emitter 12 and the silicon substrate 11 to emit electrons. When the outside force is applied to the cap part, current flowing to the collector 13 and the second gate varies, and therefore, the vacuum tube can be utilized as a pressure sensor. By using the whole current or the current to the first gate as reference, the individual difference can be erased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は気体の圧力計測用の
圧力センサや、自動車用加速度計に代表されるような移
動物体に加わっている加速度計測用の加速度センサ等
の、シリコンを用い、マイクロマシニング技術を駆使し
た半導体式の小型センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a silicon-based microsensor such as a pressure sensor for measuring gas pressure or an acceleration sensor for measuring acceleration applied to a moving object such as an automobile accelerometer. The present invention relates to a semiconductor-type small sensor that makes full use of machining technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】図15(a)はシリコン半導体を用い、
マイクロマシニング技術を駆使した半導体式の圧力セン
サの断面図である。凹み52を設けたシリコンのセンサ
チップ51は、凹み52部分が真空に保たれるように台
53に実装されている。図中のセンサチップ51の凹み
52の裏側には、不純物導入による拡散抵抗層のセンサ
部54が形成されており、キャップ58内の気体圧力
と、凹み52の真空との圧力差によってセンサ部54に
力が加わり、拡散抵抗層が歪み、抵抗が変化する。セン
サチップ51の表面に設けられた電極55と、台53を
貫通するリード56との間はボンディングワイヤ57で
結ばれており、リード56間の抵抗変化からキャップ5
8内の圧力をセンシングできるようになっている。
2. Description of the Related Art FIG. 15 (a) uses a silicon semiconductor,
It is sectional drawing of the semiconductor type pressure sensor which made full use of the micromachining technique. The silicon sensor chip 51 provided with the recess 52 is mounted on the base 53 so that the recess 52 is kept in a vacuum. A sensor portion 54 of a diffusion resistance layer formed by introducing impurities is formed on the back side of the recess 52 of the sensor chip 51 in the figure, and the sensor portion 54 is formed by the pressure difference between the gas pressure in the cap 58 and the vacuum of the recess 52. When a force is applied to the diffusion resistance layer, the diffusion resistance layer is distorted and the resistance changes. An electrode 55 provided on the surface of the sensor chip 51 and a lead 56 penetrating the base 53 are connected by a bonding wire 57, and the cap 5 is prevented from changing resistance between the leads 56.
The pressure inside 8 can be sensed.

【0003】図15(b)はやはりシリコン半導体を用
いた加速度センサの断面図である。上下にストッパ60
を接合した片持ち梁式のセンサチップ61がセラミック
ケース63に取りつけられている。そのセンサチップ6
1のセンサ部64にはシリコンへの不純物導入による拡
散抵抗層が形成されており、その先の重り69が加速度
を受けてセンサ部64が変形すると、拡散抵抗層の抵抗
が変化する。図では一つしか示されていないが、センサ
部64を挟んで設けられた二つの電極65間の抵抗変化
をボンディングワイヤ67、リード66を通して測定し
て加速度をセンシングできるようになっている。ダンピ
ングのためセラミックケース63内にシリコーンオイル
を充填することもある。
FIG. 15B is a sectional view of an acceleration sensor also using a silicon semiconductor. Vertical stopper 60
A cantilever type sensor chip 61 in which the above is joined is attached to a ceramic case 63. The sensor chip 6
A diffusion resistance layer is formed in the first sensor unit 64 by introducing impurities into silicon, and when the weight 69 at the tip of the sensor unit 64 is accelerated and the sensor unit 64 is deformed, the resistance of the diffusion resistance layer changes. Although only one is shown in the figure, the acceleration change can be sensed by measuring the resistance change between the two electrodes 65 sandwiching the sensor section 64 through the bonding wire 67 and the lead 66. The ceramic case 63 may be filled with silicone oil for damping.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般に半導体のセンサ
は次のような欠点をもっている。 半導体特性を利用するセンサは高温での使用が困難で
ある。特に、最も一般的に用いられているシリコンで
は、150℃以上での使用はできない。 温度による特性変化があり温度補償が必要である。
Generally, semiconductor sensors have the following drawbacks. Sensors that utilize semiconductor properties are difficult to use at high temperatures. In particular, most commonly used silicon cannot be used above 150 ° C. There is a characteristic change due to temperature, and temperature compensation is necessary.

【0005】センサ出力を絶対値で読み取る方式が一
般的であり、センサのばらつきは外部回路で修正すると
いう方法が取られているため、手間がかかる。更に、 特に圧力センサでは真空封止が必要であり、真空パッ
ケ−ジング工程など後工程が厄介である。
A method of reading the sensor output by an absolute value is generally used, and since the method of correcting the variation of the sensor by an external circuit is taken, it takes time and effort. Further, especially in a pressure sensor, vacuum sealing is necessary, and a post process such as a vacuum packaging process is troublesome.

【0006】という欠点もある。上記の問題に鑑みて本
発明の目的は、高温で使用でき、温度補償が不要で、個
々の素子の特性ばらつきのない、製造の容易なセンサお
よびその製造方法を提供することにある。
There is also a drawback. In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sensor that can be used at high temperature, does not require temperature compensation, has no characteristic variation of individual elements, and is easy to manufacture, and a manufacturing method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1)一般に半導体など固体の物性を利用したセンサ
は、温度特性を無視することはできないし、使用可能な
温度にも自ずと制限があるのは必然である。従って、上
記課題を解決するためには 温度耐性に優れ、温度変化の小さい材料を見出すか、
もしくは 固体の物性を利用しない方法をとるしかないように思
われる。
(1) In general, a sensor using solid physical properties such as a semiconductor cannot ignore temperature characteristics, and it is inevitable that usable temperature is naturally limited. Therefore, in order to solve the above problems, it is necessary to find a material with excellent temperature resistance and a small temperature change,
Or it seems that there is no choice but to take a method that does not utilize the physical properties of solids.

【0008】本発明では上記(1)の課題に対して、
の方法を選択した。すなわち、真空管内部の応答をセン
サとして利用することにする。真空管内部では、センサ
部が外界から完全に遮断されているという点で、温度に
限らず、耐環境性に優れることが期待できる。特に、電
界型電子放出素子でコレクタ電流が外界からの圧力や加
速度で変化する構造とすれば、真空中を走る電子の多少
がセンサ応答関数であるため、環境の影響を全く受けな
い理想的なセンサが実現できる。
In the present invention, in order to solve the above problem (1),
I chose the method. That is, the response inside the vacuum tube is used as a sensor. Inside the vacuum tube, the sensor part is completely shielded from the outside world, so that it can be expected to have excellent environmental resistance as well as temperature. In particular, if the structure is such that the collector current changes in the field-type electron-emitting device due to the pressure or acceleration from the outside world, some of the electrons running in the vacuum are the sensor response function, so it is ideally not affected by the environment. A sensor can be realized.

【0009】すなわち、本発明の電界型真空管は、エミ
ッタ、コレクタおよび第一、第二のゲ−トを備え、エミ
ッタ、第一ゲート間に印加した電圧によりエミッタから
電子を放出する電界型真空管で、外力が第二ゲ−トに加
わることによって、第二ゲートが変形し、エミッタ、第
二ゲ−ト、コレクタが作る電位分布が変化して、コレク
タ電流の変化を引き起こすものとする。
That is, the electric field type vacuum tube of the present invention is an electric field type vacuum tube which includes an emitter, a collector and first and second gates, and emits electrons from the emitter by a voltage applied between the emitter and the first gate. By applying an external force to the second gate, the second gate is deformed and the potential distribution created by the emitter, the second gate and the collector is changed, causing a change in the collector current.

【0010】特に、その真空管がシリコンおよびシリコ
ン酸化膜を微細加工して微小に形成されてなり、エミッ
タおよびコレクタが基板上の絶縁膜上に一定の間隔をお
いて平行に向かいあうように載置され、エミッタ、コレ
クタ間の空間の上下に2つのゲ−トを備えるものとす
る。具体的には図12(a)、(b)に示した概念的断
面図のような構成とする。図12(a)は圧力センサに
応用した場合、同図(b)は加速度センサに応用した場
合である。
In particular, the vacuum tube is formed by minutely processing silicon and a silicon oxide film, and the emitter and the collector are mounted on the insulating film on the substrate so as to face each other in parallel at regular intervals. Two gates are provided above and below the space between the emitter, the collector. Specifically, the structure is as shown in the conceptual cross-sectional views shown in FIGS. FIG. 12A shows a case applied to a pressure sensor, and FIG. 12B shows a case applied to an acceleration sensor.

【0011】図12(a)において、第一ゲート1上の
絶縁膜4a上に置かれたエミッタ2とコレクタ3があ
り、またエミッタ2、コレクタ3上に絶縁膜4bを介し
て第二ゲート5が設けられている。エミッタ2、コレク
タ3の先端の置かれている空間は真空である。このエミ
ッタ2と第一ゲート1間に電圧VG1を印加してエミッタ
2から電子を放出させる。放出された電子電流は、空間
内部の電界に従って、第一ゲート1、コレクタ3、第二
ゲート5に流れる。この第二ゲート5に外力(この場合
は圧力)がかかると、第二ゲート5が変形して、コレク
タ3に流れる電流ICE(X) 、または第二ゲ−ト5に流れ
る電流IG2(X) が変化する構造とすれば、逆にICE(X)
またはIG2(X) の変化から、第二ゲ−トに加わった力
(X) が検知できる。
In FIG. 12 (a), there is an emitter 2 and a collector 3 placed on an insulating film 4a on a first gate 1, and a second gate 5 on the emitter 2 and collector 3 via an insulating film 4b. Is provided. The space in which the tips of the emitter 2 and collector 3 are placed is a vacuum. A voltage V G1 is applied between the emitter 2 and the first gate 1 to cause the emitter 2 to emit electrons. The emitted electron current flows through the first gate 1, the collector 3 and the second gate 5 according to the electric field inside the space. When an external force (pressure in this case) is applied to the second gate 5, the second gate 5 is deformed and a current I CE (X) flowing through the collector 3 or a current I G2 (current flowing through the second gate 5) If the structure of (X) changes, conversely I CE (X)
Or the force applied to the second gate from the change of I G2 (X)
(X) can be detected.

【0012】同図(b)においても、外力が第二ゲート
5’上のおもり6の質量と加速度による力になるだけ
で、第二ゲート5’の変形による電子電流の変化を利用
することは同じである。 (2)個々のセンサのばらつき問題を解消する手段とし
て、絶対測定ではなく基準値に対する差或いは比を計測
するものとした。
Also in FIG. 2B, only the external force is a force due to the mass and acceleration of the weight 6 on the second gate 5 ', and it is possible to utilize the change in the electron current due to the deformation of the second gate 5'. Is the same. (2) As a means for solving the problem of dispersion of individual sensors, not the absolute measurement but the difference or ratio with respect to the reference value is measured.

【0013】エミッタからの放出電流は、基本的にはエ
ミッタの材料、エミッタの幾何学的形状、表面状態およ
びエミッタと第一ゲ−ト間の電界強度によって決定され
る。幾何学的形状はフォトプロセス等により、一定の範
囲内に収めることとするが、エミッタの表面状態により
個体差を生じる可能性がある。そこで、全電流を一定に
し、或いは全電流に対する比をとることにより、個体差
を消失させる。すなわち、 I=ICE(X) +IG1(X) +IG2(X) =constant 故に、 IG2(X) =I−ICE(X) −IG1(X) ここでIG1(X) は、第二ゲートに外力(この場合は圧
力)がかかったときの第一ゲート1に流れる電流であ
る。第二ゲートに外力(この場合は圧力)がかかったと
き、外力(X) で変形するのが第二ゲ−トだけとなる構造
とするので、全電流が一定ならば第一ゲートに流れる電
流IG1(X) は変化しない。
The emission current from the emitter is basically determined by the emitter material, the emitter geometry, the surface conditions and the electric field strength between the emitter and the first gate. The geometrical shape is set within a certain range by a photo process or the like, but individual differences may occur depending on the surface state of the emitter. Therefore, the individual difference is eliminated by keeping the total current constant or taking the ratio to the total current. That is, I = I CE (X) + I G1 (X) + I G2 (X) = constant Therefore, I G2 (X) = I−I CE (X) −I G1 (X) where I G1 (X) is , Current flowing through the first gate 1 when an external force (pressure in this case) is applied to the second gate. When an external force (pressure in this case) is applied to the second gate, only the second gate is deformed by the external force (X). I G1 (X) does not change.

【0014】または、ICE(X) /I、IG2(X) /Iの値
を評価することによって、個々のセンサのばらつきとは
無関係に外部から加わった力の大きさをセンシングでき
る。上の理由で、第一ゲート電流を基準とすることもで
きる。具体的には図12(a)のように、エミッタ2の
下方に第一ゲート1を設け、エミッタ2の上方に第二ゲ
ート5を設ける。この第二ゲート5に外力(この場合は
圧力)がかかったとき、第二ゲ−トに流れる電流I
G2(X) が変化するが、これを全電流I、または第一ゲー
トに流れる電流IG1に対して評価して、個体差を消失さ
せることができる。
Alternatively, by evaluating the values of I CE (X) / I and I G2 (X) / I, the magnitude of the externally applied force can be sensed irrespective of the variations of the individual sensors. For the above reason, the first gate current may be used as a reference. Specifically, as shown in FIG. 12A, the first gate 1 is provided below the emitter 2 and the second gate 5 is provided above the emitter 2. When an external force (pressure in this case) is applied to the second gate 5, a current I flowing to the second gate
G2 (X) changes, but this can be evaluated with respect to the total current I or the current I G1 flowing through the first gate to eliminate individual differences.

【0015】(3)真空パッケ−ジング工程の簡略化手
段として、インプロセスで真空封止する方法を考案し
た。すなわち、上下の2つのゲ−トのうち、一方は基板
であり、他方はエミッタ、コレクタ間の空間を真空に封
止するためのキャップ部を兼ねているものとし、エミッ
タ、コレクタ間の空間を覆うキャップに、予めその空間
と繋がる孔が設けられており、その孔に埋め込んだ金属
でエミッタおよびコレクタ間の空間を真空に保持するも
のとする。
(3) An in-process vacuum sealing method was devised as a means for simplifying the vacuum packaging process. That is, of the upper and lower gates, one is the substrate, and the other is also the cap portion for sealing the space between the emitter and the collector in a vacuum. The covering cap is provided with a hole connected to the space in advance, and the space between the emitter and the collector is kept in vacuum by the metal embedded in the hole.

【0016】以下にその封止方法を説明する。図13は
その封止機構を説明するための図であって、図13
(a)および(b)は、それぞれ封止前の斜視図と断面
図、図13(c)、(d)は封止後の断面図である。凹
みを有するベース部8と、穴(この場合2つの穴)の開
いたキャップ部9を張り合わせる〔図13(b)〕。そ
の手段としては、例えば張り合わせSOI(シリコンオ
ンインシュレータ)ウェハのように熱処理で接着するこ
とができる。
The sealing method will be described below. FIG. 13 is a view for explaining the sealing mechanism, and FIG.
13A and 13B are a perspective view and a cross-sectional view before sealing, and FIGS. 13C and 13D are cross-sectional views after sealing. The base portion 8 having a recess and the cap portion 9 having a hole (two holes in this case) are attached to each other [FIG. 13 (b)]. As a means thereof, for example, a bonded SOI (silicon on insulator) wafer can be bonded by heat treatment.

【0017】その状態で、キャップ部9の穴が完全に埋
まる程度に例えばAlなどの封止金属7を真空蒸着すれ
ば、少なくとも蒸着時の真空度の真空室10が形成でき
る〔同図(c)〕。キャップ部9の穴のアスペクト比
(穴の深さ/穴の大きさ)が高いほど、真空室10への
封止金属7の回り込みが少なく、良好な真空封止が可能
となる。
In this state, if the sealing metal 7 such as Al is vacuum-deposited to such an extent that the hole of the cap portion 9 is completely filled, a vacuum chamber 10 having a vacuum degree at least during vapor deposition can be formed [FIG. )]. The higher the aspect ratio (hole depth / hole size) of the holes of the cap portion 9, the less the wraparound of the sealing metal 7 into the vacuum chamber 10, and the better vacuum sealing becomes possible.

【0018】キャップ部に封止孔とつながる溝が設けら
れていれば、真空室10と溝がつながっていればよいの
で、キャップ部の位置合わせが容易になる。特に、エミ
ッタ・コレクタ間の空間を真空に保持するために孔に埋
めこむ金属の少なくとも一部が残留ガスをゲッタするも
の、とするのがよい。その様な残留ガスをゲッタするゲ
ッタ金属7aを用いれば、残留ガス、放出ガスをゲッタ
するので、真空室10内の真空度が劣化することがなく
高真空が保たれ、真空管の信頼性が向上し、また寿命が
のびる〔同図(d)〕。
If the cap portion is provided with a groove connected to the sealing hole, the vacuum chamber 10 and the groove may be connected to each other, so that the position of the cap portion can be easily adjusted. In particular, it is preferable that at least a part of the metal embedded in the hole for keeping the space between the emitter and the collector in a vacuum getter the residual gas. By using the getter metal 7a for gettering such residual gas, the residual gas and the released gas are gettered, so that the degree of vacuum in the vacuum chamber 10 is not deteriorated and a high vacuum is maintained, and the reliability of the vacuum tube is improved. And the life is extended [(d) in the figure].

【0019】残留ガスをゲッタするゲッタ金属として
は、例えば7〜30重量%のアルミニウムを含むジルコ
ニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−鉄合金が知
られている。上記構造のような真空管は、第二ゲートと
なるキャップ部に加えられる外力が、圧力であれば圧力
センサとなり、キャップの上のおもりにかかる加速度に
よるものであれば、加速度センサとなる。
As getter metals for gettering residual gas, for example, zirconium-aluminum alloys and zirconium-iron alloys containing 7 to 30% by weight of aluminum are known. The vacuum tube having the above structure serves as a pressure sensor if the external force applied to the cap portion serving as the second gate is pressure, and serves as an acceleration sensor if the external force exerted on the weight on the cap is acceleration.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】上記の手段を講じる方策として
は、エミッタ・コレクタを結ぶ線の下方に第一ゲート、
上方に第二ゲートを設け、第二ゲートに加えられる外力
によって、第二ゲートが変形し、エミッタ、第二ゲ−
ト、コレクタが作る電位分布が変化して、コレクタ電流
の変化を引き起こすものとする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As a measure to take the above means, a first gate is provided below a line connecting an emitter and a collector.
A second gate is provided above, and the second gate is deformed by an external force applied to the second gate, and the emitter and the second gate are
It is assumed that the potential distribution created by the collector and the collector changes, causing a change in the collector current.

【0021】特に、シリコンおよびシリコン酸化膜を微
細加工して微小に形成されてなり、第一ゲートがシリコ
ン基板、エミッタ・コレクタが、シリコン基板上に酸化
膜を介して形成されたシリコン薄膜、第二ゲートが別の
シリコン薄膜からなるものとする。以下、図面を参照し
ながら、本発明の実施例について説明する。
In particular, silicon and a silicon oxide film are finely processed to be minutely formed, the first gate is a silicon substrate, and the emitter / collector is a silicon thin film formed on the silicon substrate via an oxide film. The two gates consist of another thin silicon film. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0022】[0022]

【実施例】図1は本発明第一の実施例の圧力センサのチ
ップの斜視断面図である。シリコン基板11上に、一部
を欠いた酸化膜14を介してシリコン薄膜からなり先端
が櫛歯状のエミッタ12と、それに対向してやはりシリ
コン薄膜からなるコレクタ13とが設けられている。エ
ミッタ12とコレクタ13との上には酸化膜16を挟ん
でシリコン薄膜からなる第二ゲート15があり、その上
を酸化膜18が覆っている。最上の酸化膜18は開口さ
れていて、その開口を通じてAl合金からなる上部ゲー
ト電極25が第二ゲート15と接触している。酸化膜1
8、第二ゲート15および酸化膜16にも接続孔が設け
られ、その孔を通じてAl合金からなるエミッタ電極2
2がエミッタ12と、コレクタ電極23がコレクタ13
とそれぞれ接触している。接続孔の側壁は酸化膜で覆わ
れていて、第二ゲート15とは絶縁されている。最上の
酸化膜18上には、エミッタ12とコレクタ13との間
の空間すなわち真空室27と通じる孔を封止したAl合
金からなる真空封止パッド26も見られる。エミッタ1
2、コレクタ13と第二ゲート15との間の酸化膜16
は一部が除かれていて、第二ゲート15が真空室27に
面している。シリコン基板11は第一ゲートでもあり、
その裏面にTi/Ni/Auの三層膜が形成されて、下
部ゲート電極21となつている。エミッタ12とコレク
タ13との間の真空室27は4×10-4Paの真空に保
たれている。
1 is a perspective sectional view of a chip of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention. On a silicon substrate 11, an emitter 12 made of a silicon thin film and having a comb-teeth-shaped tip is provided with an oxide film 14 partially lacking, and a collector 13 also made of a silicon thin film, which is opposed to the emitter 12. A second gate 15 made of a silicon thin film is provided on the emitter 12 and the collector 13 with an oxide film 16 interposed therebetween, and an oxide film 18 covers the second gate 15. The uppermost oxide film 18 is opened, and the upper gate electrode 25 made of Al alloy is in contact with the second gate 15 through the opening. Oxide film 1
8, the second gate 15 and the oxide film 16 are also provided with connection holes, and the emitter electrode 2 made of an Al alloy is passed through the connection holes.
2 is the emitter 12 and the collector electrode 23 is the collector 13
Are in contact with each. The side wall of the connection hole is covered with an oxide film and is insulated from the second gate 15. On the uppermost oxide film 18, a vacuum sealing pad 26 made of an Al alloy that seals the space between the emitter 12 and the collector 13, that is, the hole communicating with the vacuum chamber 27 is also seen. Emitter 1
2, oxide film 16 between collector 13 and second gate 15
Is partially removed, and the second gate 15 faces the vacuum chamber 27. The silicon substrate 11 is also the first gate,
A three-layer film of Ti / Ni / Au is formed on the back surface thereof and serves as the lower gate electrode 21. The vacuum chamber 27 between the emitter 12 and the collector 13 is kept at a vacuum of 4 × 10 −4 Pa.

【0023】図2〜図11は図1の本発明の実施例の圧
力センサの製造方法を説明するための、各部分の工程順
断面図であって、便宜上3つのブロック、即ちエミッタ
−コレクタ部の形成されたベース部の形成プロセス〔図
2(a)〜(e)、図3(a)〜(f)、図4(a)〜
(c)〕、キャップ部の溝形成プロセス〔図5(a)〜
(e)〕、真空封止プロセス〔図6〜図11〕に分けて
以下に説明する。
2 to 11 are cross-sectional views in order of steps of respective parts for explaining the method of manufacturing the pressure sensor of the embodiment of the present invention shown in FIG. 1. For convenience, three blocks, that is, an emitter-collector part are shown. Forming process of the formed base portion [FIGS. 2 (a) to (e), FIG. 3 (a) to (f), and FIG.
(C)], Groove forming process of cap portion [FIG.
(E)] and the vacuum sealing process [FIGS. 6 to 11] will be described below separately.

【0024】図2(a)〜(d)は、ベース部のスクラ
イブライン用の溝形成工程の主な製造工程における断面
図を示したものである。シリコン基板11(ρ =10Ω-c
m ,n型,4 inchφウェハ)/酸化膜14(厚さt=1μ
m)/シリコン薄膜17(ρ= 10Ω-cm,t=2μm)から
なるSOIウェハを用いる〔図2(a)〕。本発明では
シリコンウェハと熱酸化したシリコンウェハを重ねて熱
処理することにより接合し、片方の面を所望の厚さまで
ラップした、いわゆる貼り合わせSOIウェハを用いた
が、シリコンウェハに酸素をイオン注入し、熱処理する
ことによってSOI層を形成したいわゆるSIMOXウ
ェハを用いてもよい。
FIGS. 2A to 2D are sectional views showing the main manufacturing steps of the groove forming step for the scribe line of the base portion. Silicon substrate 11 (ρ = 10Ω-c
m, n type, 4 inchφ wafer) / oxide film 14 (thickness t = 1μ
m) / silicon thin film 17 (ρ = 10 Ω-cm, t = 2 μm) is used [FIG. 2 (a)]. In the present invention, a so-called bonded SOI wafer in which a silicon wafer and a thermally oxidized silicon wafer are stacked and bonded by heat treatment, and one surface is wrapped to a desired thickness is used. However, oxygen is ion-implanted into the silicon wafer. Alternatively, a so-called SIMOX wafer having an SOI layer formed by heat treatment may be used.

【0025】このウェハを熱酸化して 1μm厚の酸化膜
16を形成した〔同図(b)〕後、図4(a)に示すフ
ォトマスクを用いてフォトレジストのパタ−ニングを行
い、スクライブライン用と真空封止用の溝形成部の酸化
膜16とその下のシリコン薄膜17とを、バッファー弗
酸液(以下BHFと記す)浸漬及び反応性イオンエッチ
ングによりエッチアウトし、その下の酸化膜14に達す
る溝を形成する〔同図(c)〕。
After this wafer is thermally oxidized to form an oxide film 16 having a thickness of 1 μm (FIG. 4B), photoresist patterning is performed using the photomask shown in FIG. 4A to scribe. The oxide film 16 in the groove forming portion for line and vacuum sealing and the silicon thin film 17 thereunder are etched out by immersion in a buffer hydrofluoric acid solution (hereinafter referred to as BHF) and reactive ion etching, and the underlying oxide film is oxidized. A groove reaching the film 14 is formed [FIG.

【0026】その後、熱酸化して溝側面に露出している
シリコン薄膜17を酸化し厚さ 1μm程度の酸化膜1
6’を形成した〔同図(d)〕。以上でベース部の真空
封止用およびスクライブライン用の溝37の形成工程は
完了する。図2(e)は、この工程が完了したものの斜
視図である。この真空封止用およびスクライブライン用
の溝形成工程が完了したベース部は次のエミッタ−コレ
クタ部の形成プロセスに移行する。
After that, the silicon thin film 17 exposed on the side surface of the groove is thermally oxidized to oxidize the oxide film 1 having a thickness of about 1 μm.
6'was formed [(d) in the figure]. This completes the process of forming the groove 37 for vacuum sealing and the scribe line in the base portion. FIG. 2 (e) is a perspective view of the completed product. The base portion on which the groove forming process for the vacuum sealing and the scribe line has been completed shifts to the next emitter-collector forming process.

【0027】図3(a)〜(d)は、図2(d)に続く
エミッタ−コレクタ部の形成工程の主な製造工程におけ
る断面図を示したものである。図2(d)までの溝形成
プロセスが完了したベース部に、図4(b)示すマスク
を用いてレジストパタ−ニングを行いBHFに浸漬し
て、真空室形成部を露出し、同時に酸化膜16にエミッ
タ電極接続孔28、コレクタ電極接続孔29を開口する
〔図3(a)〕。
FIGS. 3A to 3D are sectional views showing the main manufacturing steps of the step of forming the emitter-collector portion, which is subsequent to FIG. 2D. 2D, the base portion on which the groove forming process is completed is subjected to resist patterning using the mask shown in FIG. 4B and immersed in BHF to expose the vacuum chamber forming portion, and at the same time, the oxide film 16 is formed. An emitter electrode connection hole 28 and a collector electrode connection hole 29 are opened in the above [FIG. 3 (a)].

【0028】続いて、フォトレジスト19aを塗布し、
図4(c)に示すマスクを用いレジストパタ−ニングを
行い、反応性イオンエッチングによりシリコン薄膜17
を、先端を櫛歯状に加工したエミッタ12およびコレク
タ13に加工する〔図3(b)〕。次に、BHF液に浸
漬してエミッタ12及びコレクタ13の下の酸化膜14
をエッチングして、エミッタ12、コレクタ13より1
μm程度後退させた〔同図(c)〕後、フォトレジスト
を除去してエミッタ−コレクタ部の形成プロセスは完了
する〔同図(d)〕。この間に、水酸化カリウム溶液に
浸して、櫛歯状のエミッタ12の先端を尖鋭化するとよ
い。
Subsequently, a photoresist 19a is applied,
Resist patterning is performed using the mask shown in FIG. 4C, and a silicon thin film 17 is formed by reactive ion etching.
Is processed into an emitter 12 and a collector 13 whose tips are processed into a comb shape [FIG. 3 (b)]. Then, the oxide film 14 under the emitter 12 and the collector 13 is immersed in a BHF solution.
By etching the emitter 12 and collector 1
After retreating by about [mu] m [(c) in the figure], the photoresist is removed and the process of forming the emitter-collector section is completed [(d) in the figure]. During this period, the tip of the comb-shaped emitter 12 may be sharpened by immersing it in a potassium hydroxide solution.

【0029】図3(e)はこのエミッタ−コレクタ部が
形成された後のエミッタ−コレクタ部の拡大斜視図であ
り、エミッタ12とコレクタ13とが対向している様子
が良くわかる。酸化膜16の四角い孔は、エミッタ電極
接続孔28’、コレクタ電極接続孔29’である。図5
(a)〜(d)は、キャップ部となる溝付SOIウェハ
を形成するための工程を断面で示したものである。
FIG. 3E is an enlarged perspective view of the emitter-collector portion after the formation of the emitter-collector portion, and it can be seen that the emitter 12 and the collector 13 face each other. The square holes of the oxide film 16 are an emitter electrode connecting hole 28 'and a collector electrode connecting hole 29'. FIG.
(A)-(d) shows the process for forming the SOI wafer with a groove used as a cap part in the cross section.

【0030】別のSi基板31(ρ =10Ω-cm,n型,3.
5 inchφウェハ)/SiO2 18(t=1 μm)/シリコ
ン薄膜32(ρ= 10Ω-cm,t= 30μm)からなるSOI
ウェハのシリコン薄膜32を酸化し、厚さ1μmの酸化
膜34を形成する〔図5(a)〕。次に溝形成部の酸化
膜34を通常のフォトプロセスで選択的に除去し、更に
この酸化膜34をマスクとしてプラズマエッチングによ
りシリコン薄膜32をエッチングして所望の溝を形成す
る〔同図(b)〕。
Another Si substrate 31 (ρ = 10 Ω-cm, n type, 3.
SOI consisting of 5 inch φ wafer) / SiO 2 18 (t = 1 μm) / silicon thin film 32 (ρ = 10 Ω-cm, t = 30 μm)
The silicon thin film 32 of the wafer is oxidized to form an oxide film 34 having a thickness of 1 μm [FIG. 5 (a)]. Next, the oxide film 34 in the groove forming portion is selectively removed by a normal photo process, and the silicon thin film 32 is etched by plasma etching using the oxide film 34 as a mask to form a desired groove [FIG. )].

【0031】その後、このウェハを全面酸化し、溝側面
に厚さ1μmの酸化膜34’を形成する〔同図
(c)〕。最後に、シリコン薄膜32の溝部以外の酸化
膜34の除去とシリコン薄膜32の薄層化のため、機械
化学的にポリッシングを行い、シリコン薄膜32を、貼
り合わせ接着が行える程度に平坦に仕上げる〔同図
(d)〕。
Thereafter, the entire surface of this wafer is oxidized to form an oxide film 34 'having a thickness of 1 μm on the side surface of the groove [FIG. 7 (c)]. Finally, in order to remove the oxide film 34 other than the groove portion of the silicon thin film 32 and thin the silicon thin film 32, mechanically polishing is performed to finish the silicon thin film 32 flat enough to be bonded and bonded [ The same figure (d)].

【0032】図5(e)は、このキャップ部となる溝付
SOIウェハの形成プロセスが完了した後の斜視図であ
る。側面を酸化膜で覆われた溝が形成されている。四角
い孔は、エミッタ電極接続孔28、コレクタ電極接続孔
29である。ただし、これらの接続孔は、この段階では
酸化膜18で止まっている。次に、図3(d)のエミッ
タ−コレクタ部の形成プロセスが完了したベース部に対
して、図5(d)のキャップ部の溝付SOIウェハを、
溝部を有する面を接合面として張り合わせる。
FIG. 5E is a perspective view after the process of forming the grooved SOI wafer to be the cap portion is completed. A groove whose side surface is covered with an oxide film is formed. The square holes are the emitter electrode connecting hole 28 and the collector electrode connecting hole 29. However, these connection holes stop at the oxide film 18 at this stage. Next, with respect to the base portion on which the emitter-collector portion formation process of FIG. 3D has been completed, the grooved SOI wafer of the cap portion of FIG.
The surface having the groove is bonded as a joint surface.

【0033】具体的には図6に示すように、ウェハに始
めから設けられているオリエンテーションフラット(但
し、オリエンテーションフラットの長さは何れのウェハ
でも同じ長さにしておく)同志を揃えて重ね合わせて熱
処理する。キャップ部の溝付きSOIウェハの直径を少
し小さくしてあるのは、貼り合わせ時に、ベース部のS
OIウェハの外周近傍に設けられたアライメントマ−カ
−を上から見て、アライメントできるようにするためで
ある。
Specifically, as shown in FIG. 6, the orientation flats provided on the wafer from the beginning (however, the length of the orientation flat is the same on all wafers) are aligned and superposed. And heat it. The diameter of the SOI wafer with a groove in the cap part is made slightly smaller because the S-type
This is because the alignment marker provided near the outer periphery of the OI wafer can be aligned when viewed from above.

【0034】図7(a)〜(d)および図8(a)〜
(d)は、溝付きのキャップ部SOIウェハと、エミッ
タ・コレクタの形成されたベース部のSOIウェハとを
接合した後の真空封止プロセスを、図1のD─D’線に
沿った部分断面図で示したもの、図9(a)〜(d)お
よび図10(a)〜(d)は、図1に示すE─E’線に
沿った部分断面図で示したものである。
FIGS. 7A to 7D and 8A to 8D.
(D) shows the vacuum sealing process after bonding the grooved cap SOI wafer and the base SOI wafer on which the emitter / collector is formed, along the line D-D 'in FIG. The cross-sectional views, FIGS. 9A to 9D, and FIGS. 10A to 10D are partial cross-sectional views along the line EE ′ shown in FIG.

【0035】エミッタ−コレクタ部が形成されたベース
部のSOIウェハとキャップ部のSOIウェハとを、ベ
ース部のSOIウェハの酸化膜16とキャップ部のSO
Iウェハのシリコン薄膜32とを合わせて貼り合わせる
〔図7(a)〕。この断面図においてキャップ部のSO
Iウェハのシリコン薄膜32のない部分は、エミッタ電
極接続孔28、コレクタ電極用接続孔29であり、ベー
ス部のSOIウェハの酸化膜16のエミッタ電極接続孔
28’、コレクタ電極接続孔29’とそれぞれ合わされ
ている。
The SOI wafer of the base portion on which the emitter-collector portion is formed and the SOI wafer of the cap portion are replaced with the oxide film 16 of the SOI wafer of the base portion and the SO wafer of the cap portion.
The silicon thin film 32 of the I wafer is put together and bonded [FIG. 7 (a)]. In this sectional view, the SO of the cap part
The portion of the I wafer that does not have the silicon thin film 32 is an emitter electrode connection hole 28 and a collector electrode connection hole 29, and an emitter electrode connection hole 28 'and a collector electrode connection hole 29' of the oxide film 16 of the SOI wafer of the base portion. Each is matched.

【0036】キャップ部のSOIウェハのSi基板31
をエッチング除去し、酸化膜18を露出させる〔同図
(b)〕。次に露出した酸化膜18上にフォトレジスト
19bを塗布し、パタ−ニングを行う〔同図(c)〕。
エミッタ電極接続孔28、コレクタ電極接続孔29、上
部ゲ−ト電極接続孔の上部および真空封止孔30形成部
の酸化膜18をドライエッチングで除去する〔同図
(d)〕。エミッタ電極接続孔28、コレクタ電極接続
孔29、上部ゲ−ト電極接続孔が貫通している。
Si substrate 31 of the SOI wafer of the cap portion
Are removed by etching to expose the oxide film 18 [FIG. Next, a photoresist 19b is applied on the exposed oxide film 18 and patterned [FIG. 7 (c)].
The oxide film 18 on the emitter electrode connection hole 28, the collector electrode connection hole 29, the upper part of the upper gate electrode connection hole and the portion where the vacuum sealing hole 30 is formed is removed by dry etching [FIG. The emitter electrode connection hole 28, the collector electrode connection hole 29, and the upper gate electrode connection hole are penetrated.

【0037】図9(a)〜(d)は、図7(a)〜
(d)にそれぞれ対応する段階での別断面での断面図で
ある。エミッタ−コレクタ部が形成されたベース部のS
OIウェハとキャップ部のSOIウェハとを貼り合わせ
る〔図9(a)〕。この断面図においては、ベース部の
SOIウェハの酸化膜16およびシリコン薄膜17はな
く、キャップ部のSOIウェハのシリコン薄膜32と接
合されない。キャップ部のSOIウェハのシリコン薄膜
32のない部分は、形成された溝である。この断面から
外れた部分にあるエミッタ12を点線で示してある。
FIGS. 9A to 9D are shown in FIGS.
It is sectional drawing in another cross section in the step corresponding to each of (d). S of the base portion where the emitter-collector portion is formed
The OI wafer and the SOI wafer of the cap portion are bonded together [FIG. 9 (a)]. In this cross-sectional view, the oxide film 16 and the silicon thin film 17 of the SOI wafer of the base portion are not present and are not bonded to the silicon thin film 32 of the SOI wafer of the cap portion. The portion of the SOI wafer of the cap portion where the silicon thin film 32 is not present is the formed groove. The emitter 12 located outside the cross section is indicated by a dotted line.

【0038】キャップ部のSOIウェハのSi基板31
をエッチング除去し、酸化膜18を露出させる〔同図
(b)〕。次に露出した酸化膜18上にフォトレジスト
19bを塗布し、パタ−ニングを行う〔同図(c)〕。
真空封止孔形成部の酸化膜18をドライエッチングで除
去する〔同図(d)〕。封止孔30は、エミッタ12の
ある真空室27と連通する。
Si substrate 31 of the SOI wafer of the cap portion
Are removed by etching to expose the oxide film 18 [FIG. Next, a photoresist 19b is applied on the exposed oxide film 18 and patterned [FIG. 7 (c)].
The oxide film 18 in the vacuum sealing hole forming portion is removed by dry etching [FIG. The sealing hole 30 communicates with the vacuum chamber 27 having the emitter 12.

【0039】フォトレジスト19bを灰化して除去した
後、電子ビ−ム蒸着装置の真空蒸着チャンバ−内にセッ
トし、300℃の基板加熱で4時間、真空排気した。到
達真空度は7×10-6Paであった。その後、基板温度
200℃にし、Zr−15%Al合金をアルゴンスパッ
タ蒸着する。スパツタ条件は0.27Pa、DC3kW
である。真空封止用の溝に到達する封止孔30の底部に
Zr−15%Al合金のゲッタ膜20が堆積する〔図1
0(a)〕。このときエミッタ電極接続孔28、コレク
タ電極接続孔29および上部ゲ−ト電極接続孔の底部に
もゲッタ膜20が堆積し、またS0Iウェハ上にも堆積
する〔図8(a)〕。
After removing the photoresist 19b by ashing, the photoresist 19b was set in a vacuum evaporation chamber of an electron beam evaporation apparatus, and the substrate was heated to 300 ° C. and evacuated for 4 hours. The ultimate vacuum was 7 × 10 −6 Pa. Then, the substrate temperature is set to 200 ° C., and a Zr-15% Al alloy is deposited by argon sputter deposition. Sputter condition is 0.27Pa, DC3kW
It is. A getter film 20 of Zr-15% Al alloy is deposited on the bottom of the sealing hole 30 which reaches the groove for vacuum sealing [FIG.
0 (a)]. At this time, the getter film 20 is also deposited on the bottoms of the emitter electrode connecting hole 28, the collector electrode connecting hole 29, and the upper gate electrode connecting hole, and also on the S0I wafer [FIG. 8 (a)].

【0040】続いて、Alを5μm電子ビ−ム蒸着す
る。真空封止用の溝に到達する封止孔30が、Alで充
填されるため、真空室(即ち、エミッタ−コレクタが配
設された空間)27は真空封止される〔図10
(b)〕。同時にエミッタ電極接続孔28、コレクタ電
極接続孔29および上部ゲ−ト電極接続孔にAlが充填
される〔図8(b)〕。S0Iウェハ上のゲッタ膜20
上にもAl膜24が堆積する。
Subsequently, Al is vapor-deposited by 5 μm electron beam. Since the sealing hole 30 reaching the groove for vacuum sealing is filled with Al, the vacuum chamber (that is, the space where the emitter-collector is arranged) 27 is vacuum-sealed [FIG.
(B)]. At the same time, the emitter electrode connecting hole 28, the collector electrode connecting hole 29 and the upper gate electrode connecting hole are filled with Al [FIG. 8 (b)]. Getter film 20 on S0I wafer
The Al film 24 is also deposited on the upper surface.

【0041】引き続きフォトレジストのパタ−ニングを
行い、Al膜24およびゲッタ膜20をエッチングする
ことにより、エミッタ電極22、コレクタ電極23、上
部ゲ−ト電極25および真空封止パッド26を形成する
〔図8(c)、図10(c)〕。最後に、裏面にTi/
Ni/Auを蒸着し、これを下部ゲ−ト電極21として
プロセスを完了する〔図8(d)、図10(d)〕。A
l蒸着時の真空度は4×10-4Paであったため真空室
27の真空度は当初それと同程度と推定されるが、冷却
およびゲッタ膜20によるゲッタリングにより真空度は
向上し、しかも長期間保たれる。
Subsequently, the photoresist is patterned and the Al film 24 and the getter film 20 are etched to form the emitter electrode 22, the collector electrode 23, the upper gate electrode 25 and the vacuum sealing pad 26. 8 (c) and 10 (c)]. Finally, Ti / on the back
Ni / Au is vapor-deposited, and this is used as the lower gate electrode 21 to complete the process [FIG. 8 (d), FIG. 10 (d)]. A
Since the degree of vacuum during vapor deposition was 4 × 10 −4 Pa, the degree of vacuum in the vacuum chamber 27 is estimated to be about the same as that at the beginning, but the degree of vacuum is improved by cooling and gettering by the getter film 20. To be kept for a period.

【0042】図11は図3(d)のエミッタ−コレクタ
部を形成したベース部35のSOIウェハに、図5
(d)のキャップ部36のSOIウェハを溝形成面で張
り合わせた様子の透視平面図で、図中の実線はベース部
35のSOIウェハの加工パターン、点線はキャップ部
36のSOIウェハの加工パターンを示す。真空室27
内に、櫛歯状のエミッタ12とコレクタ13が見られ
る。28はエミッタ電極用接続孔、29はコレクタ電極
用接続孔である。真空室27の横方のキャップ部36の
溝上に真空封止孔30が見られる。
FIG. 11 shows the SOI wafer of the base portion 35 having the emitter-collector portion of FIG.
(D) is a perspective plan view of the SOI wafer of the cap portion 36 bonded to each other on the groove forming surface. In the figure, the solid line is the processing pattern of the SOI wafer of the base portion 35, and the dotted line is the processing pattern of the SOI wafer of the cap portion 36 Indicates. Vacuum chamber 27
Inside, a comb-shaped emitter 12 and collector 13 can be seen. 28 is an emitter electrode connection hole, and 29 is a collector electrode connection hole. The vacuum sealing hole 30 can be seen on the groove of the cap portion 36 lateral to the vacuum chamber 27.

【0043】図1のセンサチップを用いた圧力測定の様
子を図14(a)に示す。チップを通気孔をもった容器
40にいれ、エミッタ電極22、コレクタ電極23、下
部ゲート電極21および上部ゲート電極25をそれぞれ
E、C、G1 、G2 端子と接続する。EC間に電圧
CE、EG1 間に電圧VG1、EG2 間に電圧VG2を印加
し、それぞれの電流ICE、IG1、IG2を測定する。
FIG. 14A shows the state of pressure measurement using the sensor chip of FIG. The chip is placed in a container 40 having a vent, and the emitter electrode 22, collector electrode 23, lower gate electrode 21 and upper gate electrode 25 are connected to the E, C, G 1 and G 2 terminals, respectively. A voltage V CE is applied between EC, a voltage V G1 is applied between EG 1 , and a voltage V G2 is applied between EG 2 , and respective currents I CE , I G1 , and I G2 are measured.

【0044】ICEの実測結果を図14(b)に示す。図
中の横軸はエミッタ−コレクタ間電圧(VCE)、縦軸は
エミッタ−コレクタ間を流れる電流(ICE)である。V
CEの増大とともにICEも増大している。また、1×10
5Pa (大気圧)から1Paまで外部圧力を減じてゆくに従
って、ICEがある一定の割合で増加してゆくのが観測さ
れた。
The measured result of I CE is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis is the emitter-collector voltage (V CE ) and the vertical axis is the current (I CE ) flowing between the emitter and collector. V
As CE increases, I CE also increases. Also, 1 × 10
It was observed that I CE increased at a constant rate as the external pressure was reduced from 5 Pa (atmospheric pressure) to 1 Pa.

【0045】下部ゲ−ト電極及び上部ゲ−ト電極にそれ
ぞれ20Vの電圧を印加し、それぞれのゲ−ト電極に流
れる電流をIG1,IG2として計測する。このセンサ全体
を流れる電流をIとすると、
A voltage of 20 V is applied to each of the lower gate electrode and the upper gate electrode, and the currents flowing through the respective gate electrodes are measured as I G1 and I G2 . If the current flowing through the entire sensor is I,

【0046】[0046]

【数1】I[VCE=70V, P=P(X)] = ICE[VCE=70V, P=P
(X)] + IG1[VCE=70V, P=P(X)]+ IG2[VCE=70V, P=P
(X)] ここで、第一のゲート電極に流れ込む電流 IG1は圧力変
化を受けないため、
[Equation 1] I [V CE = 70V, P = P (X)] = I CE [V CE = 70V, P = P
(X)] + I G1 [V CE = 70V, P = P (X)] + I G2 [V CE = 70V, P = P
(X)] Here, the current I G1 flowing into the first gate electrode is not subject to pressure change,

【0047】[0047]

【数2】IG1[VCE=70V, P=P(X)] = IG1[VCE=70V, P=P0]
= IG1[VCE=70V] 評価関数としてICEの変化分、ΔICE/Iをとれば
[Equation 2] I G1 [V CE = 70V, P = P (X)] = I G1 [V CE = 70V, P = P 0 ]
= I G1 [V CE = 70V] If the change of I CE , ΔI CE / I, is taken as the evaluation function,

【0048】[0048]

【数3】 となり、圧力とICEの変化を規格化できてセンサの個体
差をキャンセルできる。表1に、上記演算回路を組み込
み評価した結果を示す。
(Equation 3) Therefore, changes in pressure and I CE can be standardized, and individual differences of the sensor can be canceled. Table 1 shows the result of evaluation by incorporating the arithmetic circuit.

【0049】[0049]

【表1】 ここで、 VCE=70V、 VG1= VG2=20V 、 P0= 1×10-3
Pa である。すなわち、全電流または第一ゲート電極の
電流をリファレンスとすることによって、素子ばらつき
のない圧力センサが得られる。しかもこの圧力センサ
は、半導体特性を使用していないので、温度補償の必要
がなく、150℃以上の高温環境でも使用できる。
[Table 1] Where V CE = 70V, V G1 = V G2 = 20V, P 0 = 1 × 10 -3
Pa. That is, by using the total current or the current of the first gate electrode as a reference, a pressure sensor without element variation can be obtained. Moreover, since this pressure sensor does not use semiconductor characteristics, there is no need for temperature compensation and it can be used in a high temperature environment of 150 ° C. or higher.

【0050】また、製造方法として、上記のように二枚
のSOIウェハを使用する方法を取れば、製造が容易で
ある。そして、小さな直径の封止孔を蒸着金属で埋める
真空封止方法を取れば、真空プロセス中にできるので、
特別な真空封止プロセスが不要である。特に封止金属と
して、ゲッタ作用のある金属膜を用いることにより、高
真空度の実現、維持が容易になり信頼性が向上した。
If a method of using two SOI wafers is used as a manufacturing method as described above, the manufacturing is easy. And if you take a vacuum sealing method that fills the small diameter sealing hole with evaporated metal, it can be done during the vacuum process,
No special vacuum sealing process is required. In particular, by using a metal film having a getter action as the sealing metal, it is easy to realize and maintain a high degree of vacuum and reliability is improved.

【0051】[実施例2]加速度センサとして用いる場
合には図8(c)の工程後 フォトレジストパタ−ニン
グを行い、Pdなどの金属を蒸着した後リフトオフによ
り第二ゲート上に重りとなるべき金属を選択的に形成す
ることで容易に実現できることは自明である。
[Embodiment 2] When used as an acceleration sensor, photoresist patterning should be performed after the step of FIG. 8C to deposit a metal such as Pd and then lift off to become a weight on the second gate. It is obvious that it can be easily realized by selectively forming a metal.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ゲ
−トを二つ設け、その二つのゲ−ト間の真空領域をエミ
ッタから放出された電子電流が、第二のゲ−トに加わる
外力の変化に応じて変化する真空管、外力が圧力である
圧力センサ、または第二のゲ−トに加わる力である加速
度センサとすることによって、下記する効果を奏する。
As described above, according to the present invention, two gates are provided, and a vacuum region between the two gates is provided with an electron current emitted from the emitter so that the second gate can receive the electron current. The following effects are achieved by using a vacuum tube that changes according to a change in the external force applied to the pressure sensor, a pressure sensor in which the external force is pressure, or an acceleration sensor in which the external force is applied to the second gate.

【0053】基本的には真空管構造のため固体中を流れ
るキャリアのように周囲温度の影響を受けにくいなど、
耐環境に優れたセンサを具現化できるという効果があ
る。また、高感度のセンサが得られるとともに、規格化
した方法でセンシングするため、従来のセンサでは問題
となっていた個体差の問題を回避できる。更に、その製
造方法において、SOI構造のウェハを用いて製造する
ため、工程の大幅な簡略化が図れ、インプロセスでの真
空封止を実現したため、パッケ−ジング工程の簡素化な
ど量産的に優れるなどの効果がある。
Basically, since it is a vacuum tube structure, it is unlikely to be affected by ambient temperature like a carrier flowing in a solid.
There is an effect that a sensor having excellent environment resistance can be realized. In addition, since a highly sensitive sensor is obtained and sensing is performed by a standardized method, the problem of individual difference, which has been a problem with conventional sensors, can be avoided. Further, in the manufacturing method, since the wafer having the SOI structure is used for manufacturing, the process can be greatly simplified, and the in-process vacuum sealing is realized, which is excellent in mass production such as simplification of the packaging process. And so on.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明第一の実施例の圧力センサの斜視断面図FIG. 1 is a perspective sectional view of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)ないし(d)は図1の圧力センサの主な
製造工程ごとの断面図、(e)はその斜視断面図
2A to 2D are cross-sectional views of the pressure sensor of FIG. 1 for each main manufacturing process, and FIG. 2E is a perspective cross-sectional view thereof.

【図3】(a)ないし(e)は図2(d)に続く図1の
圧力センサの電子放出部の主な製造工程ごとの断面図
3 (a) to 3 (e) are cross-sectional views of the main manufacturing steps of the electron emitting portion of the pressure sensor of FIG. 1 following FIG. 2 (d).

【図4】(a)ないし(c)は図2、図3の製造工程で
使用するフォトマスクの図
4A to 4C are views of a photomask used in the manufacturing process of FIGS.

【図5】(a)ないし(d)は図1の圧力センサのキャ
ップ部の主な製造工程ごとの断面図、(e)はその斜視
断面図
5A to 5D are cross-sectional views of the cap portion of the pressure sensor of FIG. 1 for each main manufacturing process, and FIG. 5E is a perspective cross-sectional view thereof.

【図6】図1の圧力センサの貼り合わせ工程の状況を示
す図
FIG. 6 is a diagram showing a situation of a bonding process of the pressure sensor of FIG.

【図7】(a)ないし(d)は図1の圧力センサの貼り
合わせ工程の主な製造工程ごとの断面図
7 (a) to 7 (d) are cross-sectional views of each main manufacturing process of the bonding process of the pressure sensor of FIG.

【図8】(a)ないし(d)は図7(d)に続く図1の
圧力センサの貼り合わせ工程の主な製造工程ごとの断面
8A to 8D are cross-sectional views of main manufacturing steps of a bonding step of the pressure sensor of FIG. 1 following FIG. 7D.

【図9】(a)ないし(d)は図1の圧力センサの貼り
合わせ工程の主な製造工程ごとの別の断面における断面
9A to 9D are cross-sectional views in different cross-sections in each main manufacturing process of the bonding process of the pressure sensor of FIG.

【図10】(a)ないし(d)は図9(d)に続く図1
の圧力センサの貼り合わせ工程の主な製造工程ごとの断
面図
10 (a) to (d) is a diagram following FIG. 1 (d).
Cross-sectional view of each main manufacturing process of the pressure sensor bonding process

【図11】図1の圧力センサの貼り合わせ状況を示す透
視図
FIG. 11 is a perspective view showing a bonding state of the pressure sensor of FIG.

【図12】(a)は図1の圧力センサの動作原理の説明
図、(b)は加速度センサの動作原理の説明図
12A is an explanatory diagram of the operating principle of the pressure sensor of FIG. 1, and FIG. 12B is an explanatory diagram of the operating principle of the acceleration sensor.

【図13】(a)は図1の圧力センサの真空封止前の斜
視図、(b)はそのA−A’線における断面図、(c)
は真空封止後の断面図、(d)は別の真空封止方法後の
断面図
13A is a perspective view of the pressure sensor of FIG. 1 before vacuum sealing, FIG. 13B is a sectional view taken along the line AA ′, and FIG.
Is a cross-sectional view after vacuum sealing, (d) is a cross-sectional view after another vacuum sealing method

【図14】(a)は図1の圧力センサの動作原理の説明
図、(b)は圧力センサの特性図
14A is an explanatory diagram of the operating principle of the pressure sensor of FIG. 1, and FIG. 14B is a characteristic diagram of the pressure sensor.

【図15】(a)は従来の圧力センサの断面図、(b)
は従来の加速度センサの断面図
15A is a cross-sectional view of a conventional pressure sensor, FIG.
Is a cross-sectional view of a conventional acceleration sensor

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第一ゲート 2 エミッタ 3 コレクタ 4a、4b 絶縁膜 5 第二ゲート 6 おもり 7 封止金属 7a ゲッタ金属 8 ベース部 9 キャップ部 10 真空領域 11 シリコン基板 12 エミッタ 13 コレクタ 14 酸化膜 15 第一ゲート 16、16’ 酸化膜 17 シリコン薄膜 18 酸化膜 19a、19bフォトレジスト 20 ゲッタ金属 21 下部ゲート電極 22 エミッタ電極 23 コレクタ電極 24 Al膜 25 上部ゲート電極 26 真空封止パッド 27 真空室 28、28’ エミッタ電極接続孔 29、29’ コレクタ電極接続孔 30 真空封止孔 31 シリコン基板 32 シリコン薄膜 34、34’ 酸化膜 35 ベース部 36 キャップ部 37 ベース部溝 38 キャップ部溝 39 スクライブライン 40 容器 51、61 センサチップ 52 凹み 53 台 54 センサ部 55、65 電極 56、66 リード 57、67 ボンディングワイヤ 58 キャップ 60 ストッパ 63 セラミックケース 69 おもり 1 First Gate 2 Emitter 3 Collector 4a, 4b Insulation Film 5 Second Gate 6 Weight 7 Sealing Metal 7a Getter Metal 8 Base Part 9 Cap Part 10 Vacuum Region 11 Silicon Substrate 12 Emitter 13 Collector 14 Oxide Film 15 First Gate 16 , 16 'Oxide film 17 Silicon thin film 18 Oxide film 19a, 19b Photoresist 20 Getter metal 21 Lower gate electrode 22 Emitter electrode 23 Collector electrode 24 Al film 25 Upper gate electrode 26 Vacuum sealing pad 27 Vacuum chamber 28, 28' Emitter electrode Connection hole 29, 29 'Collector electrode connection hole 30 Vacuum sealing hole 31 Silicon substrate 32 Silicon thin film 34, 34' Oxide film 35 Base part 36 Cap part 37 Base part groove 38 Cap part groove 39 Scribe line 40 Container 51, 61 Sensor Tip 2 indentation 53 units 54 sensor unit 55, 65 electrode 56, 66 lead 57 and 67 bonding wire 58 cap 60 stopper 63 ceramic case 69 weight

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 了戒 洋一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 西澤 正人 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 天野 彰 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoichi Yoichi Tanabe Nitta 1-1 Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd. (72) Masato Nishizawa 1 Nitta Tanabe, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 in Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akira Amano 1-1 No. Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エミッタ、コレクタおよび第一、第二のゲ
−トを備え、エミッタ、第一ゲート間に印加した電圧に
よりエミッタから電子を放出する電界型真空管におい
て、外力が第二ゲ−トに加わることによって、第二ゲー
トが変形し、エミッタ、第二ゲ−ト、コレクタが作る電
位分布が変化して、コレクタ電流の変化を引き起こすこ
とを特徴とする電界型真空管。
1. An electric field type vacuum tube comprising an emitter, a collector and first and second gates, wherein electrons are emitted from the emitter by a voltage applied between the emitter and the first gate, and an external force is applied to the second gate. The electric field type vacuum tube characterized by deforming the second gate, changing the potential distribution created by the emitter, the second gate, and the collector, and causing a change in the collector current.
【請求項2】シリコンおよびシリコン酸化膜を微細加工
して微小に形成されてなることを特徴とする請求項1に
記載の電界型真空管。
2. The electric field type vacuum tube according to claim 1, wherein the electric field type vacuum tube is formed by minutely processing silicon and a silicon oxide film.
【請求項3】エミッタおよびコレクタが基板上の絶縁膜
上に一定の間隔をおいて平行に向かいあうように載置さ
れ、エミッタ、コレクタ間の空間の上下に2つのゲ−ト
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の電
界型真空管。
3. An emitter and a collector are mounted on an insulating film on a substrate so as to face each other in parallel at a constant interval, and two gates are provided above and below a space between the emitter and the collector. The electric field type vacuum tube according to claim 1 or 2, which is characterized.
【請求項4】第一ゲートがシリコン基板であり、第二ゲ
ートがエミッタ、コレクタ間の空間を真空に封止するた
めのキャップ部を兼ねていることを特徴とする請求項3
に記載の電界型真空管。
4. The first gate is a silicon substrate, and the second gate also serves as a cap portion for sealing a space between the emitter and the collector in a vacuum.
The electric field type vacuum tube according to 1.
【請求項5】第一ゲートに流れる電流を基準として第二
ゲートに流れる電流を評価することを特徴とする請求項
4に記載の電界型真空管。
5. The electric field type vacuum tube according to claim 4, wherein the current flowing through the second gate is evaluated with reference to the current flowing through the first gate.
【請求項6】エミッタ、コレクタ間の空間を覆うキャッ
プ部に、予めその空間と繋がる封止孔が設けられてお
り、その封止孔に埋め込んだ金属でエミッタ・コレクタ
間の空間を真空に保持することを特徴とする請求項5に
記載の電界型真空管。
6. A cap portion covering a space between the emitter and the collector is provided with a sealing hole which is connected to the space in advance, and the space between the emitter and the collector is kept vacuum by a metal embedded in the sealing hole. The electric field type vacuum tube according to claim 5, wherein:
【請求項7】キャップ部に封止孔とつながる溝が設けら
れていることを特徴とする請求項6に記載の電界型真空
管。
7. The electric field type vacuum tube according to claim 6, wherein the cap portion is provided with a groove connected to the sealing hole.
【請求項8】エミッタ・コレクタ間の空間を真空に保持
するために封止孔に埋めこむ金属の少なくとも一部が残
留ガスをゲッタするものであることを特徴とする請求項
7に記載の電界型真空管。
8. The electric field according to claim 7, wherein at least a part of the metal embedded in the sealing hole for keeping the space between the emitter and the collector in a vacuum is a getter for the residual gas. Type vacuum tube.
【請求項9】残留ガスをゲッタする金属が7〜30重量
%のアルミニウムを含むアルミニウム・ジルコニウム合
金であることを特徴とする請求項8に記載の電界型真空
管。
9. The electric field type vacuum tube according to claim 8, wherein the metal for gettering the residual gas is an aluminum-zirconium alloy containing 7 to 30% by weight of aluminum.
【請求項10】前記キャップ部に圧力が加わることによ
って、上下2つのゲ−ト電極間距離が変動する構造とな
っていることを特徴とする請求項5ないし9のいずれか
に記載の電界型真空管を用いた圧力センサ。
10. The electric field type apparatus according to claim 5, wherein the distance between the upper and lower gate electrodes is changed by applying pressure to the cap portion. A pressure sensor using a vacuum tube.
【請求項11】前記キャップ部の上には重りが形成され
ており、その重りに加速度が加わることによって、キャ
ップ部に力が加わり、上下2つのゲ−ト電極間距離が変
動する構造となっていることを特徴とする請求項5ない
し9のいずれかに記載の電界型真空管を用いた加速度セ
ンサ。
11. A structure in which a weight is formed on the cap portion, and a force is applied to the cap portion by applying an acceleration to the weight, and a distance between two upper and lower gate electrodes is changed. An acceleration sensor using the electric field type vacuum tube according to any one of claims 5 to 9.
【請求項12】2枚のSOI(シリコンオンインシュレ
ータ)ウェハを加工し、貼り合わせることを特徴とする
請求項1ないし11のいずれかに記載の電界型真空管、
圧力センサまたは加速度センサの製造方法。
12. An electric field type vacuum tube according to claim 1, wherein two SOI (silicon on insulator) wafers are processed and bonded together.
A method for manufacturing a pressure sensor or an acceleration sensor.
【請求項13】エミッタ、コレクタ間の空間を覆うキャ
ップに、予めその空間と繋がる封止孔が設けられてお
り、エミッタおよびコレクタ上に該キャップを接合した
後、前記封止孔を真空中で蒸着した金属で埋め込むこと
によってその空間を真空に保持することを特徴とする請
求項12に記載の電界型真空管、圧力センサまたは加速
度センサの製造方法。
13. A cap that covers a space between the emitter and the collector is provided with a sealing hole that is connected to the space in advance. After the cap is joined on the emitter and the collector, the sealing hole is vacuumed. 13. The method for manufacturing an electric field type vacuum tube, a pressure sensor or an acceleration sensor according to claim 12, wherein the space is kept in a vacuum by being filled with a vapor-deposited metal.
【請求項14】ゲッタ作用のある金属を蒸着後、アルミ
ニウム合金を蒸着して封止孔を埋め込むことを特徴とす
る請求項13に記載の電界型真空管、圧力センサまたは
加速度センサの製造方法。
14. A method of manufacturing an electric field type vacuum tube, a pressure sensor or an acceleration sensor according to claim 13, wherein after depositing a metal having a getter action, an aluminum alloy is deposited to fill the sealing hole.
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