JPS61230382A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シリコンチップとシリコン基板などをガラス
薄膜を介して陽極接合する半導体圧カセ／すに係り、特
開陽極接合により発生する残留応力を小さくするように
した半導体圧力センサに関する。

（従来技術） 第３図は％特開昭５９−７２７７５号公報等で公知の半
導体圧力変換器の説明図で、シリコンチップとシリコン
基板とを陽極接合する半導体素子を示しである。

第３図（ａ）において％　１は圧力を感知する円板状の
シリコンのダイヤフラムであり％　２はダイヤフラムｌ
の開放面３を封じる円板状のシリコン基板である。シリ
コン基板２０片面にはスバ、タリングによ抄ガラス薄膜
４が形成され、またシリコン基板２の中央には圧力導入
孔５が穿たれている。

また、ダイヤフラムｌの開放面３の背部には半導体歪ゲ
ージ６が不純物の拡散により形成されている。

第３図（ｂｌおいて、ダイヤ７２ムｌとシリコン基板２
は衝合されて４００℃〜５００℃に保持された恒温槽の
中に挿入される。被接合物であるダイヤフラム］は電源
８の正極がワイアリード９を介してダイヤフラム１とシ
リコン基板２との固定も兼用して接続され、電源８の負
極はシリコン基板２に接続される。

電源８より約１５０ボルトの電圧を３〜５分間印加する
と４００℃〜５００℃の温度で軟化したガラス薄膜４に
電源８から印加された電圧による静電力によりダイヤフ
ラムｌとシリコン基板２とが陽極接合される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、陽極接合前にダイヤフラム１若しくはシ
リコン基板２にそりが生じていると、陽極接合に用いら
れるガラス薄膜４は剛性が大きく歪゛を吸収しないので
、そりのないシリコン基板２若しくはダイヤフラム１は
接合によってそりの影響を受ける。この結果、ダイヤフ
ラムｌの形状が陽極接合の前後で変化し、残留応力が発
生する。

第４図は、ダイヤフラム１が平面度曳く構成され、シリ
コン基板２にそりか生じている場合に、陽極接合後ダイ
ヤフラムｌにどれだけのそりが生じ残留応力が発生する
かを示すための説明図である。ダイヤフラム１及びシリ
コン基板の直径は５ｍｍで板厚は２００μｍＫなってい
る。第４図（ａ）に示すようにシリコン基板２の中央部
と周縁部より定まる平面とが０．０４１Ｊｍずれる上知
を生じていると仮定する。このとき、第４図（ｂ）　Ｋ
示す如く計算によれば、陽極接合後ダイヤフラムｌの中
央部と周縁部より定まる平面とが０．０２　ｐ　ｍずれ
るそりを発生し、ダイヤフラム１の半導体歪ゲージ６を
形成した主面には最大残留応力として。

σ＝　０．０５　（ｋｇｆｚｆｎｍ２）σ６　＝　０．
０５　（ｋｇｔＡｎｍ２）が生じることが確認された。

ここにσはダイヤフ２ムｌの半径方向の応力、σθは円
周方向の応力を表わす、この残留応力によって、半導体
歪ゲージ°０τに０″″苛Ｖごエヵや７ケ。１□８□オ
るという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決したもので、シリコンチ
ップ若しくはシリコン基板にそりがあっても、陽極接合
により残留応力が発生しない半導体圧力センナを実現す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） このような目的を達成する本発明は、一方の主面に圧力
検出素子が形成された第１のシリコンチップと、この第
１のシリコンチップの反対側の主面（以下接合面という
）と接合される接合面にガラス薄膜を有する第２のシリ
コンチップとからなる半導体上ンサにおいて、前記第１
シリコンチ。

プの接合面と前記第２シリコンチップの接合面の少なく
とも一方を平面度を高くするように研磨加工後に鏡面仕
上げし１次にこれらの接合面の間に電圧を印加して前記
第１及び第２シリコンチップを陽極接合したことを特徴
とするものである。

（実施例） 以下図面に基づいて本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す説明図である。

尚第１図において、前記第３図と同一作用をするものＫ
は同一符号をつけ説明を省略する。図において、１０は
ダイヤフラム１の主面に形成されたせん断力検出素子、
１１はダイヤフラムｌの反対側の主面に形成された接合
面、　１２はガラス薄膜４の開放面たる接合面である。

第１図（ａ）は陽極接合前のダイヤフラムｌとシリコン
基板２とを示し、ここではダイヤ７：７ＡＩＫそｂが生
じている。ダイヤフラム１の厚さは２００μｍ程度であ
り１反りを除くために接合面１１を研摩する厚さは０．
１１Ｊｍ程度である。従って第１同色）に示す如くに接
合面１１を研摩機等により平面度を高くしてそりを除く
ように研摩した後鏡面仕上げする。

その後、第１図（ｃ）に示すように陽極接合すれば。

接合後の半導体圧力変換器には第１図（ｄ）に示すよう
にダイヤフラム１の形状が第１図（ｂ）　Ｋ示したもの
と変化していないので、ダイヤフラム１に残留応力が生
じない。

せん断力検出素子１０における主応力をσ、σでｙ あられすと、せん断力τは次式で表わされる。

ｙ τ　＝　□ 陽極接合前のダイヤフラムＩＫは応力が作用していない
ので、せん断力τは零になっている。陽極接合前にダイ
ヤフラム１のそりを除いているのＩ陽極接合後もダイヤ
フラム１は平面のままであるため、せん断力τはやはり
零になっている。即ち陽極接合の前後で零点が変化しな
い。

第２図は本発明の他の実施例を示す構成図で、シリコン
基板２にそりが生じている場合を示している。ガラス薄
膜４は厚さ３〜５！ｍであり、シリコン基板２のそりを
除くために必要な研摩量は０．１１Ｊｍ程度であるから
、ガラス薄膜４を研摩しても陽極接合に悪影響を及埋さ
ない。そこで第２図（ｂ）Ｋ示す如く接合面１２をそ抄
を除くように鏡面仕上げする。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、接
合面１１．１２を陽極接合前に平面度を高くするように
鏡面仕上げしてもよい。

また本発明は半導体圧力センサに限定されるものではな
く、差圧膨圧力センナでもよく、要するにシリコンチッ
プをガラス薄膜を有するシリコン基板に陽極接合する工
程を含む半導体センサであればよい。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、陽極接合前にシリコ
ンチップ又はシリコン基板に生じたそ９を研摩により除
いているので、陽極接合の前後で残留応力が発生せず、
センサの零点変動なく、そのため長期安定性が良く信頼
性の高い半導体圧力センサを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１固状本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図は従来装置の構成
図、第４図は従来装置におけるそりの影響を計算した場
合の説明図である。 １・・・ダイヤフラム、２・・・シリコン基板、４・・
・ガラス薄膜、　１０・・・せん断力検出素子、１１．
１２・・・接合面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一方の主面に圧力検出素子が形成された第１のシリコン
   チップと、この第１のシリコンチップの反対側の主面（
   以下接合面という）と接合される接合面にガラス薄膜を
   有する第２のシリコンチップとからなる半導体センサに
   おいて、前記第１シリコンチップの接合面と前記第２シ
   リコンチップの接合面の少なくとも一方を平面度を高く
   するように研磨加工後に鏡面仕上げし、次にこれらの接
   合面の間に電圧を印加して前記第１及び第２シリコンチ
   ップを陽極接合したことを特徴とする半導体圧力センサ
   。