JPS5940252B2 - 半導体圧力センサ− - Google Patents
半導体圧力センサ−Info
- Publication number
- JPS5940252B2 JPS5940252B2 JP10187577A JP10187577A JPS5940252B2 JP S5940252 B2 JPS5940252 B2 JP S5940252B2 JP 10187577 A JP10187577 A JP 10187577A JP 10187577 A JP10187577 A JP 10187577A JP S5940252 B2 JPS5940252 B2 JP S5940252B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- silicon substrate
- extraction electrode
- main surface
- pressure sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体圧力センサーに関するものであり、特に
構造の単純化、取扱いの容易さ、及び量産性の向上を図
つた新規な構造に関するものである。
構造の単純化、取扱いの容易さ、及び量産性の向上を図
つた新規な構造に関するものである。
従来、単結晶シリコン基板に不純物拡散等により感圧素
子を配置したダイアフラム形成型の圧力センサーでは、
例えば厚さ２００μ程度のＮ型単結晶シリコン基板にＰ
型の不純物拡散により歪ゲージをつくり、さらにＡｌや
Ａｕ蒸着等により配線部を形成し、この歪ゲージを形成
した面の反対の面を部分的にエッチングにより例えば２
０〜１００μ程度に薄くしたダイアフラムを形成して圧
力を測定している。
子を配置したダイアフラム形成型の圧力センサーでは、
例えば厚さ２００μ程度のＮ型単結晶シリコン基板にＰ
型の不純物拡散により歪ゲージをつくり、さらにＡｌや
Ａｕ蒸着等により配線部を形成し、この歪ゲージを形成
した面の反対の面を部分的にエッチングにより例えば２
０〜１００μ程度に薄くしたダイアフラムを形成して圧
力を測定している。
しかしこのような単結晶シリコン基板から外部への電極
取出しはＡｌやＡｕによるリード線のワイヤーボンディ
ングによつて行つていたので、量産性の面においても十
分でなく、又リード線は３０〜５０μ程度と非常に細く
取扱いに注意を要し、めんどうであつた。さらに圧力を
測定するために気密もれがあつてはならず、単結晶シリ
コン基板のパッケージへの接着は細心の注意が必要であ
り、時間を要し、コストの非常にかかるものであつた。
本発明は上記問題点を解決するもので、所定の領域に感
圧素子を形成したシリコン基板を、拡散により予定の導
体配線を施したシリコン基台の一主面に一度に接着する
構成とすることにより、電極取出しの単純化、取扱いの
容易さ、接着作業の単純化等により量産性を向上でき、
かつ基板と基台を同一の熱膨脹特性をもつシリコンにて
構成して感圧素子の出力特性を向上できる半導体圧力セ
ンサーを提供することを目的とする。
取出しはＡｌやＡｕによるリード線のワイヤーボンディ
ングによつて行つていたので、量産性の面においても十
分でなく、又リード線は３０〜５０μ程度と非常に細く
取扱いに注意を要し、めんどうであつた。さらに圧力を
測定するために気密もれがあつてはならず、単結晶シリ
コン基板のパッケージへの接着は細心の注意が必要であ
り、時間を要し、コストの非常にかかるものであつた。
本発明は上記問題点を解決するもので、所定の領域に感
圧素子を形成したシリコン基板を、拡散により予定の導
体配線を施したシリコン基台の一主面に一度に接着する
構成とすることにより、電極取出しの単純化、取扱いの
容易さ、接着作業の単純化等により量産性を向上でき、
かつ基板と基台を同一の熱膨脹特性をもつシリコンにて
構成して感圧素子の出力特性を向上できる半導体圧力セ
ンサーを提供することを目的とする。
次に、本発明をよりよく理解するために図に示す一実施
例を用いて具体的に説明する。
例を用いて具体的に説明する。
まず、第１図ａ、ｂにおいてシリコン基台Ａは次のよう
に形成される。すなわちＮ型単結晶シリコン基板１に所
定の大、きさの凹部２をあけ、引続きシリコン基板１に
熱酸化膜３を形成し、一般におこなわれている集積回路
製造における写真食刻法により熱酸化膜３の一部を開孔
してたとえばＰ型の不純物であるボロンを高濃度に拡散
し、引続き酸化性ふん囲気で再び全面を熱酸化膜で被覆
してボロン拡散層による配線層４を形成する。引続き外
部への電極の取り出しをおこなうために配線層４上の熱
酸化膜の一部を開孔し、たとえばアルミニウム（Ａｌ）
を蒸着し写真食刻法によりＡｌ電極部５を形成した。引
続き絶縁体膜として熱酸化膜６をＣＶＤ法やスパッタリ
ング法により形成し、Ａｌ電極部５上の一部を開孔し、
たとえばクロム（Ｃｒ）層Ｔと銅（Ｃｕ）層８を蒸着し
、写真食刻法によりパターンを形成した。ここで上記の
パターン上にハンダ層９を形成する事により第１取出し
電極１０｜第１接着部１１｜外部電極１２を形成した。
なお、第１図ａには示してないがシリコン基板１は第
１取出し電極１０｜第１接着部１１｜外部電極１２の部
分を除いてすべて絶縁体３｜６で被覆されている。 こ
こで、基台Ａをシリコン基板１で形成し、この基板１中
に拡散にて信号取出し用の配線層４を形成することによ
り次のような特徴がある。
に形成される。すなわちＮ型単結晶シリコン基板１に所
定の大、きさの凹部２をあけ、引続きシリコン基板１に
熱酸化膜３を形成し、一般におこなわれている集積回路
製造における写真食刻法により熱酸化膜３の一部を開孔
してたとえばＰ型の不純物であるボロンを高濃度に拡散
し、引続き酸化性ふん囲気で再び全面を熱酸化膜で被覆
してボロン拡散層による配線層４を形成する。引続き外
部への電極の取り出しをおこなうために配線層４上の熱
酸化膜の一部を開孔し、たとえばアルミニウム（Ａｌ）
を蒸着し写真食刻法によりＡｌ電極部５を形成した。引
続き絶縁体膜として熱酸化膜６をＣＶＤ法やスパッタリ
ング法により形成し、Ａｌ電極部５上の一部を開孔し、
たとえばクロム（Ｃｒ）層Ｔと銅（Ｃｕ）層８を蒸着し
、写真食刻法によりパターンを形成した。ここで上記の
パターン上にハンダ層９を形成する事により第１取出し
電極１０｜第１接着部１１｜外部電極１２を形成した。
なお、第１図ａには示してないがシリコン基板１は第
１取出し電極１０｜第１接着部１１｜外部電極１２の部
分を除いてすべて絶縁体３｜６で被覆されている。 こ
こで、基台Ａをシリコン基板１で形成し、この基板１中
に拡散にて信号取出し用の配線層４を形成することによ
り次のような特徴がある。
すなわち、拡散層により複雑な配線パターンが可能であ
り、また配線層４の形成後も基板１の表面には全く凹凸
がなく平らであるため、基板１上に第１取出し電極１０
｜第１接着部１１｜及び外部電極１２を設け、さらにそ
れらの上にハンダ層を設ける際にも、全体に均一になり
ハンダの高さ調整が不要になるという利点がある。また
、この基台Ａは後述するダイアフラムチップＢと同様の
熱膨脹係数を有し、かつ基台表面を平らにできるため基
台Ａ中の応力分布も比較的均一になり、そのためダイア
フラムチップＢへの熱歪等の間接的影響を少なくできる
という利点がある。 次に、第２図ａ，ｂは前記シリコ
ン基台Ａに取付けるダイアフラムチップＢを示すもので
あり、０．６〜１．５Ω儂のＮ型単結晶シリコン基板１
０１にＰ型であるボロンを前記と同様な力法で拡散し歪
ゲージ１０２を形成した。
り、また配線層４の形成後も基板１の表面には全く凹凸
がなく平らであるため、基板１上に第１取出し電極１０
｜第１接着部１１｜及び外部電極１２を設け、さらにそ
れらの上にハンダ層を設ける際にも、全体に均一になり
ハンダの高さ調整が不要になるという利点がある。また
、この基台Ａは後述するダイアフラムチップＢと同様の
熱膨脹係数を有し、かつ基台表面を平らにできるため基
台Ａ中の応力分布も比較的均一になり、そのためダイア
フラムチップＢへの熱歪等の間接的影響を少なくできる
という利点がある。 次に、第２図ａ，ｂは前記シリコ
ン基台Ａに取付けるダイアフラムチップＢを示すもので
あり、０．６〜１．５Ω儂のＮ型単結晶シリコン基板１
０１にＰ型であるボロンを前記と同様な力法で拡散し歪
ゲージ１０２を形成した。
さらに本実施例においては歪ゲージ１０２からの配線は
この歪ゲージ１０２と同じ導電型の高濃度拡散層でもつ
てつくり、導体層１０３を形成した。さらに絶縁体層１
０４及び薄肉状ダイアフラム部１０５を形成し前記シリ
コン基台の第１取出し電極１０｜第１接着部１１を形成
したのと同様な力法で導体層１０３と接続した第２取出
し電極１０６｜さらに絶縁体層１０４上に第２接着部Ｉ
ＯＴを形成した。なお第２取出し電極１０６はＡｌ層１
０８，Ｃｒ層１０９，Ｃｕ層１１０｜及びハンダ層１１
１からなる。 次に、第３図に示すものはハンダ層９等
を形成したシリコン基台Ａを熱板上においてこのハンダ
層９を溶かし、その後ハンダ層１１１等を形成したダイ
アフラムチップＢを、ハンダ層９とハンダ層１１１が向
かい合わせになるようにして重ねる’事により第１取出
し電極１０と第２取出し電極１口６とを電気的に接続し
、又第１接続部１１と第２接着部ＩＯＴとを気密性をも
つて接着する。
この歪ゲージ１０２と同じ導電型の高濃度拡散層でもつ
てつくり、導体層１０３を形成した。さらに絶縁体層１
０４及び薄肉状ダイアフラム部１０５を形成し前記シリ
コン基台の第１取出し電極１０｜第１接着部１１を形成
したのと同様な力法で導体層１０３と接続した第２取出
し電極１０６｜さらに絶縁体層１０４上に第２接着部Ｉ
ＯＴを形成した。なお第２取出し電極１０６はＡｌ層１
０８，Ｃｒ層１０９，Ｃｕ層１１０｜及びハンダ層１１
１からなる。 次に、第３図に示すものはハンダ層９等
を形成したシリコン基台Ａを熱板上においてこのハンダ
層９を溶かし、その後ハンダ層１１１等を形成したダイ
アフラムチップＢを、ハンダ層９とハンダ層１１１が向
かい合わせになるようにして重ねる’事により第１取出
し電極１０と第２取出し電極１口６とを電気的に接続し
、又第１接続部１１と第２接着部ＩＯＴとを気密性をも
つて接着する。
このようにして歪ゲージ１０２は電気的に外部へ接続さ
れるとともに、この作業を真空中でおこなえば凹部２は
真空の基準圧力室を構成する事になり絶対圧型の圧力セ
ンサーとして使用する事ができる。なお、第３図は主要
な部分のみを図示し他は省略してある。引続き電気的接
続用端子に複数個のリードフレーム２０１をシリコン基
台Ａの側面にハンダでもつて接着した。又このリードフ
レームの取りつけ方向は一方向だけに限らない。この圧
力センサーを１つのユニットとして考える事により非常
に広い範囲にわたつた応用が考えられる。たとえば第４
図に示すようにこのユニットに接着剤３０１等でバイブ
３０２をつければ一般的な絶対圧測定用として使用出来
る。このように本発明の圧力センサーの形状、配置は上
記実施例にもとづいて類推出来るような他の様態を取り
得る事は当然可能である。又本発明は歪ゲージ１０２を
形成した圧力センサーに限らず、感圧素子を形成したも
のにはすべて適用出来る事はいうまでもない。さらに、
シリコン基台Ａに形成した配線層４及びダイアフラムチ
ップＢに形成した導体層１０３は拡散層で形成しなくて
も金属の蒸着、厚膜印刷、メッキ等により形成してもよ
い。又本実施例においては第１接着部１１と第２接着部
ＩＯＴの接着、及び第１取出し電極１０と第２取出し電
極１０６の接着はハンダ層でもつておこなつたが適当な
金属層を選択してたとえばＡｕ，Ｓｎ等により熱圧着等
でおこなう事もできる。又このシリコン基台Ａにトラン
ジスター，ダイオード，抵抗等の素子を形成又は装着す
れば増巾器等を含めた出力調整をおこなう事ができ、さ
らに小型化を進める事が出来る。又実施例のように高濃
度Ｐ型拡散層で配線層４｜導体層１０３を形成した場合
はピエゾ抵抗係数の小さい１１０面の結晶軸１００方向
に配置する事により接着等により発生する歪による影響
を防ぐことができる。又、基準圧室２を作製する別の方
法としては第５図に示すように封止用の小穴４０１を形
成し、引続き金属蒸着部４０２を形成したものを基準圧
状態でハンダ４０３でもつて封止をおこない基準圧室２
を形成する事もできる。以上述べたように本発明におい
ては、シリコン基台と同じシリコンからなるダイアフラ
ムチップとを用いて両者を接着するようにしているから
、物理的特性、とりわけ圧力センサーに非常な影響を与
える熱歪の発生を抑えることができ、またシリコン基台
の電気配線は拡散層により行つているから、複雑な配線
パターンが可能であり、かつ拡散配線のため基台表面を
全く平らにでき、そのため基台とダイアフラムチップと
を接着するための接着剤の高さ調整が不要になると共に
、外部への電極取出しはＡｌやＡｕリード線によるワイ
ヤボンディング１ど代つてフエースダウンボンデイング
によつて行うことができ、取扱いが容易になつて量産性
を上げることができる。
れるとともに、この作業を真空中でおこなえば凹部２は
真空の基準圧力室を構成する事になり絶対圧型の圧力セ
ンサーとして使用する事ができる。なお、第３図は主要
な部分のみを図示し他は省略してある。引続き電気的接
続用端子に複数個のリードフレーム２０１をシリコン基
台Ａの側面にハンダでもつて接着した。又このリードフ
レームの取りつけ方向は一方向だけに限らない。この圧
力センサーを１つのユニットとして考える事により非常
に広い範囲にわたつた応用が考えられる。たとえば第４
図に示すようにこのユニットに接着剤３０１等でバイブ
３０２をつければ一般的な絶対圧測定用として使用出来
る。このように本発明の圧力センサーの形状、配置は上
記実施例にもとづいて類推出来るような他の様態を取り
得る事は当然可能である。又本発明は歪ゲージ１０２を
形成した圧力センサーに限らず、感圧素子を形成したも
のにはすべて適用出来る事はいうまでもない。さらに、
シリコン基台Ａに形成した配線層４及びダイアフラムチ
ップＢに形成した導体層１０３は拡散層で形成しなくて
も金属の蒸着、厚膜印刷、メッキ等により形成してもよ
い。又本実施例においては第１接着部１１と第２接着部
ＩＯＴの接着、及び第１取出し電極１０と第２取出し電
極１０６の接着はハンダ層でもつておこなつたが適当な
金属層を選択してたとえばＡｕ，Ｓｎ等により熱圧着等
でおこなう事もできる。又このシリコン基台Ａにトラン
ジスター，ダイオード，抵抗等の素子を形成又は装着す
れば増巾器等を含めた出力調整をおこなう事ができ、さ
らに小型化を進める事が出来る。又実施例のように高濃
度Ｐ型拡散層で配線層４｜導体層１０３を形成した場合
はピエゾ抵抗係数の小さい１１０面の結晶軸１００方向
に配置する事により接着等により発生する歪による影響
を防ぐことができる。又、基準圧室２を作製する別の方
法としては第５図に示すように封止用の小穴４０１を形
成し、引続き金属蒸着部４０２を形成したものを基準圧
状態でハンダ４０３でもつて封止をおこない基準圧室２
を形成する事もできる。以上述べたように本発明におい
ては、シリコン基台と同じシリコンからなるダイアフラ
ムチップとを用いて両者を接着するようにしているから
、物理的特性、とりわけ圧力センサーに非常な影響を与
える熱歪の発生を抑えることができ、またシリコン基台
の電気配線は拡散層により行つているから、複雑な配線
パターンが可能であり、かつ拡散配線のため基台表面を
全く平らにでき、そのため基台とダイアフラムチップと
を接着するための接着剤の高さ調整が不要になると共に
、外部への電極取出しはＡｌやＡｕリード線によるワイ
ヤボンディング１ど代つてフエースダウンボンデイング
によつて行うことができ、取扱いが容易になつて量産性
を上げることができる。
また、シリコン基台上の第１接着部及び第１取出し電極
と、ダイアフラムチップ上の第２接着部及び第２取出し
電極とをそれぞれ一度に接着して、両者の電気的接続と
、圧力センサーにおいて非常に重要な気密性の保持が同
時に行え、耐環境性に優れた構造が得られる。
と、ダイアフラムチップ上の第２接着部及び第２取出し
電極とをそれぞれ一度に接着して、両者の電気的接続と
、圧力センサーにおいて非常に重要な気密性の保持が同
時に行え、耐環境性に優れた構造が得られる。
第１図ａ，ｂは本発明の半導体圧力センサーに用いるシ
リコン基台の一実施例を示す平面図、及び側面断面図、
第２図ａ，ｂは本発明センサーに用いるダイアフラムチ
ップの一実施例を示す平面図、及び側面断面図、第３図
は本発明センサーの全体構成を示す側面断面図、第４図
、第５図は本発明センサーの変形例を示す側面断面図で
ある。
リコン基台の一実施例を示す平面図、及び側面断面図、
第２図ａ，ｂは本発明センサーに用いるダイアフラムチ
ップの一実施例を示す平面図、及び側面断面図、第３図
は本発明センサーの全体構成を示す側面断面図、第４図
、第５図は本発明センサーの変形例を示す側面断面図で
ある。
Claims (1)
- １ シリコン基板、このシリコン基板の少なくとも一主
面上に拡散形成された所定の配線層、少なくともこの配
線層上に形成された絶縁体層、及び前記配線層の一端よ
り前記絶縁体層を介して取出された第１取出し電極を有
し、かつ前記一主面上の予定の領域に貫通孔又は凹部を
有するとともにこの貫通孔又は凹部、及び前記第１取出
し電極の周囲に環状の第１接着部を有してなるシリコン
基台と、一主面に凹部を有するとともにこの凹部に対応
する反対主面に感圧素子及びこの感圧素子からの導体層
を有するシリコン基板、少なくとも前記感圧素子及び前
記導体層上に形成された絶縁層、前記シリコン基板の反
対主面において前記基板の凹部領域外に位置させて形成
された環状の第２接着部、及び前記導体層から前記絶縁
層を介して取出された第２取出し電極を有してなるダイ
アフラムチップとを備え、前記第１接着部と前記第２接
着部とを接着し、かつ前記第１取出し電極と前記第２取
出し電極とを接着したことを特徴とする半導体圧力セン
サー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10187577A JPS5940252B2 (ja) | 1977-08-25 | 1977-08-25 | 半導体圧力センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10187577A JPS5940252B2 (ja) | 1977-08-25 | 1977-08-25 | 半導体圧力センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5435791A JPS5435791A (en) | 1979-03-16 |
| JPS5940252B2 true JPS5940252B2 (ja) | 1984-09-28 |
Family
ID=14312135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10187577A Expired JPS5940252B2 (ja) | 1977-08-25 | 1977-08-25 | 半導体圧力センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5940252B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012225925A (ja) * | 2011-04-21 | 2012-11-15 | Freescale Semiconductor Inc | 封止構造を有するセンサデバイス |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57125827A (en) * | 1981-01-29 | 1982-08-05 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor pressure sensor for car |
| JPH03220436A (ja) * | 1990-01-25 | 1991-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力検出装置 |
-
1977
- 1977-08-25 JP JP10187577A patent/JPS5940252B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012225925A (ja) * | 2011-04-21 | 2012-11-15 | Freescale Semiconductor Inc | 封止構造を有するセンサデバイス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5435791A (en) | 1979-03-16 |
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