JPS5810868B2 - 半導体歪変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体歪変換器に係り、特に半導体部材と金属
起歪体との間の電気的絶縁特性の優れた半導体歪変換器
に関する。

一般に半導体歪変換器は第１図に示す各部材より構成さ
れている。

同図において、１は歪測定部材、２は半導体歪計、３は
接着材料、そして４は半導体歪計と外部回路を結ぶリー
ド線である。

歪測定部材１の変位による歪を接着材３を介して半導体
歪計２に伝達し、その伝達歪量に対する電気出力をリー
ド線４を通して外部回路に取出す。

この際、半導体歪計２は種々の誘導雑音から分離するた
め歪測定部材１から電気的に絶縁されるとともに、歪測
定部材１は接地される。

かかる構成物が歪測定器として有効に作動するためには
、半導体歪計２を歪測定部材１に強固に取付けるととも
に、両者間を電気的に絶縁する必要がある。

このような要請から、従来の半導体歪変換器においては
、（１）半導体歪計と歪測定部材間をエポキシ樹脂やア
クリレート樹脂などの有機樹脂を用いて接着する方法、
（２）半導体歪計内にＰｎ接合を形成し、とのＰｎ接合
により半導体歪感応部と歪測定部材間を絶縁分離する方
法、そして（３）半導体歪計と歪測定部材をガラス材で
接着する方法が用いられてきた。

しかしく１）の場合は樹脂本来の性質から、クリープ現
象などの生じない強固な接着は困難であること、および
耐熱性が劣る欠点があった。

一方（２）の方法では半導体歪計を普通の合金処理によ
り歪測定部材に接着できるため強固な接着が可能となる
。

しかしＰｎ接合はこの接合に順方向電圧が印加されるよ
うな電位に対しては絶縁障壁として働き得ないばかりで
なく、高温雰囲気下での絶縁性劣化をまぬがれ得ない。

また（３）の方法は半導体歪計と歪測定部材間の絶縁は
完全に達成さハるが、ガラス材そのものがきわめて脆い
こととあいまって、半導体と熱膨張係数の類似した低融
点の接着ガラス材を見出しがたく、この結果両者の完全
な接着が困難である。

以上の背景から、本出願人は前記（２）および（３）の
特徴を生かし、半導体歪計と歪測定部材間を絶縁物を介
して合金で接着する方法を提案した。

第２図はこの方法より得られる半導体歪変換器の構成図
であシ、この半導体歪変換器は半導体単結晶１１の第１
主面１２側に不感応領域１３を形成し、前記主面１２に
対向した第２主面１４側に絶縁性酸化物１５を有する半
導体歪計１６と金属材料よりなる歪測定部材１７とを合
金材１８を介して一体化している。

しかし、この方法では半導体歪計１６と歪測定部材１７
とを合金材１８を介して一体化する際、合金材は溶融し
て接着領域の外に流出し半導体側面１９と接触しやすく
、半導体歪計１６と歪測定部材１７とは導通状態になシ
易い欠点があった。

本発明は以」二に記述した従来の半導体歪変換器の欠点
を改善し、半導体歪計と歪測定部材間が電気的に完全に
絶縁され、そして両者間が強固に接着された新規な半導
体歪変換器を提供するものである。

第３図は以上の目的を達成して得られる本発明の半導体
歪変換器の基本的構造図である。

本発明の半導体歪変換器は半導体単結晶１１の第１主面
１２側に不感応領域１３を設けてなる半導体歪計１６と
金属材料よりなる歪測定部材１７とを合金材１８を介し
て一体化した構成において前記半導体単結晶１１の第１
主面１２に対向する第２主面１４の全域に絶縁性物質１
５を被覆するとともに、この第２主面は上記合金材によ
り中央近傍でのみ接着され、少なくとも周辺部では接着
されていないことを特徴とする。

以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明によシ得られたシリコン歪変換器を説明
する図である。

このシリコン歪変換器は面方向１１０、比抵抗１０Ωｃ
ｍのｎ型シリコン単結晶３１の第１主面３２側にマスク
拡散法により、硼素を拡散してＰ型抵抗３３を形成し、
かつ第２主面３４の全面にスパッタリング法により厚さ
１μの二酸化シリコン膜３６を形成してなるシリコン歪
計３７をコバールを材料とする歪測定部材３９の両主面
に、金−ゲルマニウム系合金材４０を介して一体化して
いる。

この時、上記シリコン歪計は、上記第２主面の中央部近
傍でのみ上記合金材に接着されており、第２主面の周辺
部近傍は上記合金材と接着されていない。

そしてその寸法はシリコン歪計の第２主面は３．２×３
．２ｍｍ、接着部は２．７×２．７７ｍｍである。

第５図は本実施例におけるシリコン歪計３７と歪測定部
材３９の接着部の詳細構造を示す。

シリコン歪形３７は第２主而３４全体に二酸化シリコン
膜３６を有し、この二酸化シリコン膜上少なくとも周辺
部を除く一部に二酸化シリコン膜との付着力の強いクロ
ムを最下層とするクロム４１−銅４２−金４３の三層の
蒸着膜を有する。

本実施例ではこのシリコン歪計の第２主面の金属薄膜部
上に金−ゲルマニウム合金層４０を蒸着し、金メッキ層
４４を有するコバール製歪測定部材３９と上記シリコン
歪計３７とを上記金−ゲルマニウム合金層４０をソルダ
ーとして接着した構造よりなる。

接着工程中に銅４２、金４３の蒸着膜は金−ゲルマニウ
ム合金層４０中に溶は込み、金−銅−ゲルマニウム合金
となるがクロム４１は合金化せずにそのまま残シ、二酸
化シリコン膜３６と金−銅一ゲルマニウム合金層の間の
中間層となる。

金−銅−ゲルマニウム合金層は二酸化シリコン膜３６と
の親和力がほとんどないので、このシリコン歪計３７は
クロム４１を介してコバール製歪測定部材３９に第２主
面３４０周辺部を除く領域でのみ接着されている。

以上の如き構成で得られたシリコン歪変換器の歪測定部
材３９に変位を与えたところ、シリコン歪計は５０００
マイクロスドレン以上の歪においてはじめて破壊し、シ
リコン歪計３７は歪測定部材３９から剥離することはな
かった。

このように本実施例によるシリコン歪計と歪測定部材間
の接着強度は従来のシリコン歪計と金ろう層を合金化さ
せる金・シリコン接着法によるものとほぼ同等であり実
用上充分であることがわかった。

−力筒６図の曲線Ａは第４図における歪感応抵抗３３と
歪測定部材３９間の電圧電流特性である。

同図から明らかのようにもれ電流は印加電圧１００Ｖに
おいても１Ｏ−１０Ａ以下と極めて微少であり、この時
の絶縁抵抗は１０１２Ωｃｍ以上である。

通常シリコン歪変換器に使用するブリッジ励起電圧は２
５Ｖ以下であるため、本シリコン歪変換器の絶縁特性は
実用に足るものである。

第７図に示す本発明シリコン歪変換器は前記実施例にお
いて、二酸化シリコン膜をシリコン歪計３７中第２主面
の他に側面にも設けた点を特徴としている。

本実施例になるシリコン歪変換器のシリコン歪計と歪測
定部材間の接着強度は５０００マイクロスドレン以上で
あり、歪感応抵抗と歪測定部材間の絶縁特性は第６図中
の曲線Ｂに示すように印加電圧３００■にお−ても１Ｏ
−１０Ａ以下と極めて微少である。

特に第６図の実施例に比べ絶縁耐圧が向上した原因はシ
リコン歪計３７の側面に二酸化シリコン膜３６を被覆し
たため、シリコン裸部と金属製測定部材間とでの気中放
電が発生しなくなったためと考えられる。

このようにシリコン歪計３７の第２主面の他に側面にも
二酸化酸化膜を被覆すると本発明の効果は倍加する。

第８図に示す本発明によるシリコン歪変換器はシリコン
歪計３７の第２主面３４側の周囲部に溝部４５を形成し
、第２主面およびこの第２主面の延長である溝部に二酸
化シリコン膜を形成した点を特徴としている。

本実施例になるシリコン歪変換器のシリコン歪計と歪測
定部材間の接着強度は５０００マイクロスドレン以上で
あり、歪感応抵抗と歪み測定部材間の絶縁特性は第７図
の１実施例と同じく第６図の曲線Ｂで表わされ、印加電
圧３００Ｖにおいても１Ｏ−１０Ａ以下と極めて微少で
ある。

このように第２主面の周囲部に溝４５を形成し、第２主
面とその延長である溝部だけに二酸化シリコン膜を形成
することによっても本発明の効果は倍加する。

第９図に示すシリコン歪変換器は第７図の実施例におい
てシリコン歪計３７の側面部に二酸化シリコン膜が付着
し易い構造にしたものである。

第７図の実施例においてはスパッタリングにより第２主
面および側面部に二酸化シリコン膜３６を形成した構造
を示したが、スパッタリング法では二酸化シリコンの付
着に方向性がありシリコン歪計の側面部は第２主面部に
比較し二酸化シリコン膜の厚さが薄くなる。

これに対し気相反応法により二酸化シリコン膜を形成す
る方法では膜の付着の方向依存性は少なく、側面部も第
２主面側とほぼ同じ厚さの二酸化シリコン膜を形成でき
る。

しかし気相反応による二酸化シリコン膜は膜組成がポー
ラスであり、シリコンとの付着力も弱い欠点があるため
、それだけではシリコン歪計の絶縁膜としては適当でな
い。

ところがこの気相反応法によシ形成した二酸化シリコン
膜上にスパッタリングによシ二酸化シリコン膜を形成す
ると、スパッタリング時に上記気相反応による二酸化シ
リコン膜はデンシファイされて膜組成が密となりシリコ
ンとの付着力が強くなることを見出した。

第９図に示す実施例は本発明にもとづいてなされたシリ
コン歪変換器の構造であり、第７図の実施例においてシ
リコン歪計３７の第２主面３４側および側面３５に気相
反応法により形成した０、５μの二酸化シリコン膜４６
およびスパッタリング法により形成した０、５μの二酸
化シリコン膜４７の二層の絶縁膜を形成した点に特徴が
ある。

本実施例になるシリコン歪変換器のシリコン歪計３１と
歪測定部材３９間の接着強度は５０００マイクロスドレ
ン以上であり、歪感応抵抗３３と歪測定部材３９間の絶
縁％性は第６図中曲線Ｃで表わされ、印加電圧５００■
においてももれ電流は、１Ｏ−１０Ａ以下と極めて微少
である。

本発明は前述した例にのみ拘束されるものではなく次の
場合にも適用し得るとともに本発明の効果を奏すること
ができる。

（１）絶縁物質として二酸化シリコン以外にボロシリケ
ートガラスなどのガラス薄膜を用いる場合。

（２）絶縁物質を積層するに際し、互いに異なった物質
よりなる積層膜を形成する場合。

（３）半導体歪計の第２主面の絶縁物質上に形成する金
属膜はクロム以外にチタン、モリブデン、アルミニウム
等絶縁膜と付着力の強い金属物質を最下層とする場合。

（４）接着材としては金ゲルマニウム以外に金を主成分
とするンルダーを使用する場合。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体歪変換器の一般的な断面図、第２図は従
来法による半導体歪変換器の断面図、第３図は本発明に
よる半導体歪変換器の基本的断面図、第４図は本発明の
一実施例を示すシリコン歪変換器の断面図、第５図は本
発明に用いる接着部の詳細図、第６図は本発明を実施し
て得られた半導体歪変換器の絶縁特性を示す図、第７図
〜第９図は各々本発明の他の実施例を示す断面図である
。 １１・・・半導体単結晶、１２・・・第一主面、１３・
・・歪感窓領域、１４・・・第二主面、１５・・・絶縁
性酸化膜、１６・・・半導体歪計、１７・・・歪測定部
材、１８・・・合金材、１９・・・側面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第一主面に歪感応領域、第二主面全面に絶縁性薄膜
   を有する半導体歪計と金属材料よりなる歪測定部材とを
   前記第二主面と前記歪測定部材間に合金材を介在させて
   一体化した半導体歪変換器において、前記合金材は前記
   絶縁性薄膜との親和力のない金を主成分とするもので、
   前記絶縁性薄膜上には前記第二主面の周辺部近傍を除く
   領域に前記絶縁性薄膜と付着力の強い金属層が設けられ
   ており、前記合金層は前記金属層を介して前記半導体歪
   計と少なくとも前記第二主面の周辺部近傍を除く領域で
   のみ接着したことを特徴とする半導体歪変換器。 ２、特許請求の範囲第１項において、半導体歪計はその
   側面部にも絶縁性薄膜を有していることを特徴とする半
   導体歪変換器。 ３ 特許請求の範囲第２項において、絶縁性薄膜は、気
   相反応法による膜およびスパッタリング法による膜の二
   層膜からなることを特徴とする半導体歪変換器。