JPS62259475A - 半導体圧力変換器及びその製造方法 - 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、サファイア基板上にピエゾ抵抗素子を設は圧
力測定を行う半導体圧力変換器及びその製造方法に関す
るものである。

［従来技術］ 従来よりサファイア基板を使用した半導体圧力変換器が
周知であり、この半導体圧力変換器は絶縁性に優れたサ
ファイア基板上に半導体エピタキシャル層を被覆し、こ
の半導体エピタキシャル層を拡散処理し圧力測定用のピ
エゾ抵抗素子を形成している。このため、従来のＰＮ接
合絶縁構造型の半導体圧力変換器に比しリーク電流が極
めて少なく、しかも高温環境下においても使用できると
いう優れた特徴を有している。

ところで、このような圧力変換器は、サファイア基板を
圧力測定用のダイアフラムとして機能させるため、基板
を筒状の支持体と接合してやる必要が市る。

しかし、このような両部材の接合に、接着剤や低融点ガ
ラス等の糊剤を用いると、この糊剤に起因する残留歪み
、クリープ、ヒステリシスなどの悪影響により充分な初
期接着性能とダイアフラム固定条件を満足することがで
きず、しかもこの糊剤を使用したことに起因して接合部
に残留歪み変化、気密性劣化、変質等が発生しその接着
信頼性が不安定なものとなるという問題があった。

このため、近年においては糊剤によらずり゛ファイア基
板と支持体とを直に静電接合する方法が多用されるよう
になってきた。

第６図にはこのような半導体圧力変換器の好適な一例が
示されている。

この圧力変換器は、ダイアフラムとして□能するサファ
イア基板１０と、このサファイア基板１０の第１の表面
１０ａ側に静電接合される支持体１２とを含む。そして
、圧力導入孔１４を介して基板１０の第１の表面１０ａ
に印加される圧力Ｐと、基板１０の第２の表面１０ｂに
印加される圧力Ｐｓと、の差圧をピエゾ抵抗素子１６を
用いて測定するよう形成されている。

このような半導体圧力変換器の製造は、まず１ノフアイ
ア基板１０の一方の表面１０ｂの略中央に第１の半導体
エピタキシャル層（図示せず）を被覆形成し、他方の表
面１０ａ上に静電接合用の第２の半導体エピタキシャル
１２０を被覆形成する。

次に、基板１０の片方表面１０ｂに設（プられた第１の
半導体エピタキシャル層に、拡散などのＩＣプロセス処
理を施し、これをピエゾ抵抗素子１６として形成する。

このとき、前記拡散処理により基板１０の両面１０ｂ及
び１０ａに設けられたピエゾ抵抗素子１６及び第２の半
導体エピタキシャル層２０の各表面は、同質の絶縁保護
膜２２により被覆されることになる。

そして、前記ピエゾ抵抗素子１６上には、電気的信号の
入出力を目的として形成したピエゾ抵抗素子用電極２４
が設けられ、その電気的信号はリード線２６を介して外
部と電気的に導通されるよう形成される。

また、前記支持体１２は、例えば結晶化ガラス又は非晶
質ガラス等の絶縁性部材を用いて形成されており、前述
したようにその中央部には半径Ｒの圧力導入孔１４が形
成されている。

そして、この支持体１２と基板１０との静電接合を行う
ために、第２の半導体エピタキシャル層２０の表面には
静電接合用電極２８が設けられている。通常、この電極
２８は基板表面１０ａの外縁部に設けられることが多い
ため、基板１０は支持体１２の接合面１２ａの幅より大
きなものを用いる必要がある。

周知のように、静電接合は、熱膨張係数の近接した金属
やシリコン半導体などの導電性部材と、ガラス、ガラス
セラミックなどの高温で固体電解質として作用する絶縁
部材と、の接合に好適である。例えばシリコン半導体と
、パイレックスガラスから成る支持体との静電接合は、
予め平滑平面に仕上げたシリコン半導体の接合面と、パ
イレックス支持体の接合面とを当接し、次に両者を４（
）Ｏ°Ｃ前後に昇温加熱した後、シリコン半導体を陽極
として両者の間に数１００Ｖの直流電圧を数分間印加す
ることにより行われる。

従って、ザファイア基板１０と支持体１２どの静電接合
も同様にして行われ、まず支持体１０゜１２の接合面１
２を平滑平面に研磨仕上げし、次に支持体１２と基板１
Ｑとの位置合せを行い、その後、静電接合用電極２８と
支持体１２との間に外部電源３０から所定の直流電圧を
同様に印１１［］することにより行われる。

このようにして形成された半導体圧力変換器は、圧力導
入孔１４により囲まれた基板部分がダイアフラム領域１
００として機能することとなる。従って、ダイアフラム
領ｔｆｆ１００の第１の表面１０ａ側から測定圧力Ｐを
印加し、第２の表１面１０ｂ側から基準圧力ＰＳを印加
することにより、両者の差圧をピエゾ抵抗素子１６の抵
抗変化として良好に測定することが可能となる。

特に、静電接合を用いて形成された従来装置は、その接
合に糊剤を用いた従来装置に比し格段に優れた初期性能
及び信頼性を発揮することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、今日の激しい技術革新及び軽薄短小の時代的
風潮を背景として、このような半導体変換器に対しても
、より高い性能と小型化が求められている。

しかし、このような観点から見ると、従来の半導体圧力
変換器及びその製造方法では、以下に示す問題点を有し
ているため、前述した時代の要請に十分応えることがで
きず、その有効な対策が求められていた。

（Ａ＞第１にこのような従来技術では、半導体圧力変換
器の初期性能のばらつきを抑制し、信頼性の高い圧力測
定を行うことが難しいという問題があった。

すなわち、従来の半導体圧力変換器では、支持体１２に
設けた圧力導入孔１４の口径Ｒにより４ノフアイア基板
１０のダイアフラムｆＨ１ｌｏｏの大ぎざが決定してし
まう。

しかし、支持体１２の圧力導入孔１４は、　Ｗｚに超音
波加工などの機械的方法により形成されるため、加工精
度の不揃い、加工歪みなどが発生しやすい。

従って、ダイアフラム領域１００の大きざにばらつきが
発生しやすく、各半導体圧力変換器の初期性能のばらつ
き、信頼性の低下を招いていた。

また、前記圧力導入孔１４の領域を、加工歪み、加工精
度の不揃いが生じることないよう化学的方法により行っ
たとしても、このような従来技術では、サファイア基板
１０と支持体１２との静電接合を、ピエゾ抵抗素子１６
とダイアフラム領域１００との相対位置がずれることの
ないように精度良く行うことが難しく、この結果、各半
導体圧力変換器の出力電圧のばらつきが避けられないと
いう問題がおった。

（８）第２に、従来の製造方法によれば、支持体１２に
比しサファイア基板１０が大きなものとなり、装置全体
の小型軽量化を図ることができないという問題があった
。

すなわち、従来の装置は、基板１０の表面上にピエゾ抵
抗素子用の電極２４と、静電接合用の電極２８とが形成
されており、しかも静電接合用の電極２８は、基板１０
の表面１０ａ上において、支持体１２との接合面外周側
に位置して設けられている。

従って、サファイア基板１０は、支持体１２の静電接合
面１２ａの面積より大きく形成してやることが必要とな
る。

しかし、このようにすると、支持体１２に対し基板１０
の周縁部がでつばった形状となってしまい、圧力変換器
の取扱い時に人為的な破損を招ぎやすく、しかも装置全
体を小型軽岳化することができないという問題があった
。

（Ｃ）第３に、このような従来技術ではサファイア基板
１０と支持体１２との接合部に測定圧力による大ぎな剥
離力が作用し、その耐圧特性が低いという問題があった
。

すなわち、このような従来装置では、１ノ゛フアイア基
板１０の第２の表面１０ｂ側にピエゾ抵抗索子１６が設
けられている。このため、このピエゾ抵抗素子１６に高
温、高圧でかつ腐蝕性の高い圧力媒体が作用することが
ないよう、圧力導入孔１４を介して第１の表面１０ａ側
から測定圧力Ｐが印加されている。

しかし、通常、この測定圧力Ｐは極めて高い値であるた
め、基板１０と支持体１４との接合部に大きな剥離力が
作用する。このため、このような圧力変換器では、その
構造上、耐圧が極めて低い値となってしまうという問題
があった。

特に、このような半導体圧力変換器は、高温、高圧の圧
力媒体の測定用として用いられる場合が多いため、その
有効な対策が望まれていた。

（Ｄ＞第１にこのような従来技術によれば、サファイア
基板１０と支持体１２との静電接合を簡単に行うことが
できないという問題がめった。

すなわち、１）゛ファイア基板１０の一方の表面上に被
覆された第１の半導体エピタキシャル層に、拡散等のＩ
Ｃプロセス処理を施しピエゾ抵抗素子１６を形成すると
、このピエゾ抵抗素子１６の表面には絶縁保護膜２２が
形成される。

このとき、前記ＩＣプロセス処理により、基板１０の他
の表面上に被覆された第２の半導体エピタキシャル層２
０上にも、前記絶縁保護膜２２と同質の絶縁保護膜が形
成される。

従来、第２の半導体エピタキシャル層２０上に形成され
たこのような絶縁保護膜は、基板１０と支持体１２との
静電接合を行う上で支障をきたすと考えられていた。こ
のため、この絶縁保護膜の除去を、静電接合に先立ち行
う必要がおり、基板１０に対するＩＣプロセス処理工程
を簡単に行うことができないという問題があった。

更に、このように絶縁保護膜を除去すると、静電接合面
でおる第２の半導体エピタキシャル層２０の表面が粗面
化され、支持体１２との静電接合に支障をきたす恐れが
あるという問題があった。

［発明の目的］ 本発明はこのような従来の課題に鑑み為されたものであ
り、その目的は印加圧力に対する測定精度及び耐圧が高
く、しかも小型でその制作工程を簡略化することが可能
な半導体圧力変換器及びその製造方法を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 第１の発明 前記目的を遅成するため、本発明の半導体圧力変換器は
、一方の表面にそのダイアフラム領域を囲むよう静電接
合用半導体エピタキシャル層が所定の段差を持って設け
られたサファイア基板と、内部に圧力導入孔を有し、前
記サファイア基板と半導体エピタキシャル層を介して静
電接合される支持体と、 を含み、前記ダイアフラム領域に印加される圧力をピエ
ゾ抵抗素子を用いて測定する半導体圧力変換器であって
、 前記ピエゾ抵抗素子は、サファイア基板のダイアフラム
領域内に圧力導入孔に面して設けられ、測定圧力はサフ
ァイア基板の他の一方の表面側から印′ｉＪロシその圧
力測定を行うよう形成されて成ることを特徴とする。

第２の発明 また、本発明の半導体圧力変換器は、一方の表面にその
ダイアフラム領域を囲むよう所定の段差をもって静電接
合用半導体エピタキシャル層が設けられたサファイア基
板と、 内部に圧力導入孔を有し、前記サファイア基板と半導体
エピタキシャル層を介して静電接合される支持体と、 を含み、基板に印加される圧力をピエゾ抵抗素子を用い
て測定する半導体圧力変換器であって、前記静電接合用
半導体エピタキシャル層は、その口径が支持体の圧力導
入孔の口径よりやや大きめに形成され、 前記ピエゾ抵抗素子は、す“ファイア基板のダイアフラ
ム領域内に圧力導入孔に而して設けられ、測定圧力をサ
ファイア基板の他の一方の表面側からダイアフラム領域
に印加しその圧力測定を行うよう形成されて成ることを
特徴とする。

第３の発明 前記第１及び第２の発明に係る半導体圧力変換器を製造
するため本発明の方法は、リーファイア基板の少なくと
も一方の表面上に半導体エピタキシャル層を被覆形成す
るエピタキシャル層形成工程と、 この半導体エピタキシャル層を、基板中央の素子形成領
域、基板周縁の静電接合領域、これら両領域を電気的に
接続するリード領域を残してエツチング除去するエツチ
ング処理工程と、前記素子形成領域及びリード領域を拡
散処理してピエゾ抵抗素子及びリード部を形成するとと
もに、ピエゾ抵抗素子、リード部及び静電接合領域とし
て残された半導体エピタキシャル層上に絶、豫保迎膜を
形成する拡散処理工程と、 圧力導入孔の口径が前記静電接合用半導体エピタキシャ
ル層の口径より小ざな支持体を、絶縁保護膜、半導体エ
ピタキシャル層を介してサファイア基板と位置合ぜ当接
し、その後ピエゾ抵抗素子用電極と支持体との間に静電
接合電圧を印７ＪＯすることにより支持体をサファイア
基板に静電接合する静電接合工程と、 を含み、サファイア基板の半導体エピタキシャル層によ
り囲まれた領域をダイアフラムとし、（）。

ファイア基板の他の一方の表面側から印加される圧力を
ピエゾ抵抗素子の抵抗変化として測定する半導体圧ノコ
変換器を製造する口とを特徴とする。

［作用］ 次にこれら第１発明〜第３の発明に係る半導体圧力変換
器及びその製造方法の作用を説明する。

本発明の半導体圧力変換器は、サファイア基板の同一面
上にピエゾ抵抗素子と静電接合用半導体エピタキシャル
層とを設け、この半導体エピタキシャル層を用いてサフ
ァイア基板と支持体とを静電接合することにより形成さ
れている。

従って、ナファイア基板のダイアフラム領域には、ピエ
ゾ抵抗素子がεシけられている側と反対側の表面、すな
わち１．サファイア基板の他の一方の表面側から測定圧
力が印７Ｊｎされることになる。

このように、本発明によれば支持体の設けられている表
面と反対側の表面から４ノフアイア基板に対して測定圧
力が印加されることとなるため、仮にこの測定圧力の圧
力媒体が高温、高圧で腐蝕姓として作用するものでおっ
ても、基板と支持体との静電接合部に従来のように剥離
力が生ずることがなく、半導体圧力変換器の性能、特に
耐圧を著しく向上することができる。

また、本発明の半導体圧力変換器は、サファイア基板上
にそのダイアフラム領域を囲むよう一定のＦ２差をもっ
て静電接合用半導体エピタキシＡ・ル層を設けている。

前記第２の発明は、この段差を有効に利用し、前記半導
体エピタキシャル層の口径を支持体に設けた圧力導入孔
の口径よりわずかに大きく形成することを特徴とするも
ので必る。

このようにすることにより、支持体と、表面中央部にピ
エゾ抵抗素子を配置したサファイア基板との静電接合時
に、若干の位置合せ誤差がめったとしても、サファイア
基板のダイアフラム６１　Ｉｆｆは前記静電接合用半導
体エピタキシャル層により安定に支持され、半導体圧力
変換器の出力電圧のばらつきを有効に抑制することが可
能となる。

また、前記第３の発明は、以上説明した第１及び第２の
発明に係る半導体圧力変換器を製造する方法に関するも
のである。

すなわち、この第３の発明は、まずサファイア基板の一
方の表面上に半導体エビタギシャル層を形成し、この半
導体エビクキシャル層を、基板中央部の素子形成領域、
基板周縁部の静電接合領域、前記各領域を電気的に接続
するリード領域の３つの領域を残し、基板表面からエツ
チング除去する。

そして、前記素子形成領域及び１ノード饋賊を拡散処理
することにより、これらの領域をピエゾ抵抗素子及びリ
ード部として形成する。このとき、前記拡散処理により
、ピエゾ抵抗素子、リード部、前記静電接合用半導体エ
ピタキシャル層には絶縁保護膜が形成される。

本発明の特徴的事項は、このようにして、静電接合用半
導体エピタキシャル層とピエゾ抵抗素子とをリード部を
介して電気的に接続し、ピエゾ抵抗素子用電極を静電接
合用の電極として兼用することにある。

このようにすることにより、本発明によれば、従来装置
のような特別な静電接合用電極を必要としないため、基
板の大ぎざを支持体の接合面の大きざとほぼ同一に形成
し、装置全体を小型軽量なものとすることが可能となる
。

また、本発明者らは、静電接合用半導体エピタキシャル
層上に被覆形成された絶縁保護膜を、静電接合に先立っ
て予め除去しておく必要がおるか否かの検討を行った。

この検討の結果、前記絶縁保護膜を除去しなくても、静
電接合時の接合条件、特に電界強度を調整することによ
り、基板と支持体との静電接合を良好に１１うことかで
きることが確認された。

従って、本発明の方法によれば、静電接合用半導体エピ
タキシャル層上に被覆された絶縁保護膜を除去すること
なく、サファイア基板と支持体とを、半導体エピタキシ
ャル層を介して良好に静電接合することができ、従来技
術に比しその製造工程を大幅に簡素化することができる
。

次に、本発明の理解を更に確実なものとするために、本
発明の作用を従来技術に対比して説明する。

（イ）第１に、従来技術では、サファイア基板の一方の
表面にピエゾ抵抗素子が形成され、他方の表面側に支持
体が静電接合されている。このため、高温高圧で腐蝕性
として作用する圧力媒体は、支持体に設けた圧力導入孔
側からナファイア基板に印加されることになる。

この結果、このような従来技術では支持体と１ナフアイ
ア基板との接合部に剥離力が作用し、半導体圧力変換器
の耐圧が低いものとなる。

これに対し本発明は、サファイア基板の同−表ｍｉ上に
ピエゾ抵抗素子と静電接合用半導体エピタキシャル層を
形成しているため、ピエゾ抵抗素子は基板と支持体との
接合部側に設けられることとなる。

従って、高温高圧で腐蝕性として作用する圧力媒体は、
４ノフアイア基板の他の一方の表面に印加されることに
なるため、前記静電接合部には従来技術のように剥離力
が生ずることなく、半導体圧力変換器の性能、特に耐圧
を著しく向上可能であることが理解される。

（ロ）第２に、従来技術ではサファイア基板の表面上に
静電接合用半導体エピタキシャル層を均一にｖ２けてい
るため、基板と支持体とを静電接合した場合に、サファ
イア基板は支持体の圧力導入孔と対向する領！戎がその
ままダイアフラムとして機能することとなる。

従って基板中央部にピエゾ抵抗素子を予め配置したとし
ても圧力導入孔の口径にばらつきがおったり、また基板
と支持体との静電接合時に若干の位置合せ誤差があると
、半導体圧力変換器の電圧出力にばらつきが発生すると
いう問題があった。

これに対し本発明では、半導体エピタキシャル層の表面
上にそのダイアフラム６Ｊｉ　Ｉｔを囲むよう静電接合
用半導体エピタキシャル層を被覆形成しているため、ダ
イアフラム領域の表面と半導体エピタキシャル層の表面
との］ｊ９に設差が生ずることになる。

従って、この半導体エピタキシャル層の口径より幾分小
さな口径の圧力導入孔を有する支持体を用いることによ
り、圧力導入孔の口径に多少のばらつきがあっても、ま
た静電接合時に基板と支持体との間に多少の位置合せ誤
差が生じても、半導体エピタキシャル層により囲まれた
ダイアフラム領域が感圧部として確実に作ＦｉＪするこ
とになり、前記従来技術の問題点を良好に解決すること
ができる。

（ハ）第３に、従来技術では、リファイア基板と支持体
との静電接合に先立って、静電接合用半導体エピタキシ
ャル層上の絶縁保護膜の除去を行っていた。

これに対し本発明では、静電接合条件、特に電界強度を
調整することにより、半導体圧力変換器の製造を、その
絶縁保護膜を除去する工程を省略した簡単な工程で行う
ことが可能となる。

（ニ）第４に、従来技術は、サファイア基板の表面上に
形成された静電接合用半導体エピタキシャル層上に、静
電接合専用の電極を設ける必要がおり、特にその電極は
支持体との接合面外周部に設けられていた。従って、サ
ファイア基板を支持体の接合面より大ぎくする必要が市
り、装置全体が大型で取扱性が良くないものとなるとい
う問題がおった。

これに対し、本発明では、サファイア基板の周縁部側に
設けられた静電接合用半導体エピタキシャル層をそのダ
イアフラム領域に設けられたピエゾ抵抗素子とリード部
を介して電気的に導通させ、ピエゾ抵抗素子用電極を静
電接合用電極として兼用している。従って、サファイア
基板を支持体の接合面とほぼ同程度まで小さくすること
ができ、装置全体を小型かつ取扱いの良いものとするこ
とができる。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明によれば、印加圧力を精度
良く測定するこができ、しかも印加圧力に対し充分な破
壊耐圧を有する半導体圧力変換器を提供することができ
る。

更に、本発明の方法によれば、その製造工程を簡単化し
しかも小型で特性のばらつきのない優れた特性の半導体
圧力変換器を製造することが可能となる。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。

第１実施例 第１図及び第２図には本発明に係る半導体圧力変換器の
好適な一例が示されており、第１図はその側断面の概略
説明図を表し、第２図はこの圧力変換器を底面側から見
た場合の概略説明図を表している。

本発明の圧力変換器は、１ナフアイア基板１０と支持体
１２とを静電接合することにより形成され、基板１０の
ダイアフラム領域１００の両面側から基準圧力ｐｓ及び
測定圧力Ｐを印加し、このとき発生するピエゾ抵抗素子
１６の抵抗変化に基づいて圧力Ｐの測定を行うよう形成
されている。

実施例において、前記ナファイア基板１０は、厚さが２
５０μｍ、その表面が４　Ｘ　４　ｍｍ２の正方形状に
形成されてあり、また、支持体１２は硼硅荘ガラスを用
いて形成されている。

そして、前記→ノ゛ファイア基板１０の一方の表面１０
ａ上にはピエゾ抵抗素子１６及び静電接合用半導体エピ
タキシャル層４０が設けられている。

実施例のピエゾ抵抗索子１６は、ダイアフラム領１ｔ１
００の表面中央に設けられ４個のピエゾ抵抗素子から成
り、各素子１６は拡散リード部１７を介して互いに接続
されホイートストーンブリッジを構成している。そして
、これら各ピエゾ抵抗素子１６は、表面不純物濃度が約
１　Ｘ　１０２０／Ｃｍ３となるようボロンを拡散形成
したシリコンの半導体エピタキシャル層を用い、約１．
５μｍの厚さに形成されている。

また、前記静電接合用半導体エピタキシャル層否４０は
、リフ１イア基板１０の表面１０ａ上にそのダイアフラ
ムｆｉｌｌｉ１００を取囲むよう被覆形成されている。

ここにおいて、この半導体エピタキシャル層４０は、エ
ピタキシャル層表面とダイアフラム領域表面との間に段
差が生ずるよう所定の厚みをもって形成する必要があり
、このため約１゜５μｍの膜厚に形成されている。

そして、この半導体エピタキシャル層４０は、基板１０
の表面上に設けられたリード部／１２を介してピエゾ抵
抗索子１６に電気的に接続され、ピエゾ抵抗素子１６用
電極を、基板１０と支持体１２どの静電接合時における
静電接合電極として兼用できるように形成されている。

また、前記ピエゾ抵抗素子１６を形成する際に行う拡散
処理により、このピエゾ抵抗索子１６及び静電接合用半
導体エピタキシャル層４０の表面には膜厚的３０００人
の３　（０２から成る！合縁保護膜４４が被覆形成され
ている。

そして、各ピエゾ抵抗素子１６の抵抗変化を電圧出力と
して取出すために、基板１０の表面所定位置にアルミ電
（へ４８が設けられ、この電極４８は、絶縁保護膜２２
に形成された開口部４６を介して対応するピエゾ抵抗素
子１６に接続されている。実施例において、このアルミ
電極４８はＥＢ蒸看法により厚さ１．５μｍに形成され
ている。

このアルミ電極４８には、ピエゾ抵抗索子１６よりの電
気的信号の入出力を目的としてアルミリード５０の一端
側が超音波ボンディングにより接続されている。

ところで、前記静電接合用半導体エピタキシャル層４０
は、その口径ＲＤが支持体１２の圧力導入孔１４の口径
Ｒより幾分大ぎめに形成され、具体的には基板１０のダ
イアフラム領Ｉｉ！！１００が直径２ｍｍの円形となる
よう形成されている。

本実施例において、前記サファイア基板１０と支持体１
２どの静電接合は、両部材を第１図に示すように位置合
せし、これを３５０’ｃ前後まで昇温加熱した後、外部
電源３０から約１０００Ｖの直流電圧を印加することに
より行われた。

このとぎ、半導体エピタキシャル層４０上に被覆される
絶縁保護膜４４は、前述したように３０００人程度０厚
みを有する。このため、その電界強度は３Ｘ１０人Ｖ／
μｍと十分大ぎな値となり、基板１０及び支持体１２は
充分な強度をもって静電接合されることになる。

なあ、実施例の半導体圧力変換器は、前述したように４
　Ｘ　４　ｍｍ２基板１０を用い、しかも各ピエゾ抵抗
素子１６を定電流作動させ、測定温度の変動に対し電圧
出力の変動を自己υ制御する小型の自己感度補償タイプ
のものとして形成されている。

本実施例は以上の構成から成り次にその作用を説明する
。

本実施例の半導体圧力変換器は、ピエゾ抵抗素子１６が
基板１０の圧力導入孔側表面１０ａに設けられている。

従って、サファイア基板１０のダイアフラム領ｌ或１０
０には、圧力導入孔側表面１０ａに基ｇｔ圧力Ｐｓが印
加され、その反対側表面１０ｂに測定圧力Ｐが印加され
ることになる。

このように、本発明においては、サファイア基板１０の
他の一方の表面１０ｂ側から測定圧力Ｐか印加されるた
め、仮にこの測定圧力Ｐの圧力媒体が高温、高圧で腐蝕
性のものとして作用する場合でおっても、基板１０と支
持体１２との静電接合部に剥離力が生ずることなく、そ
の耐圧が著しく向上することが理解される。

また、本実施例の半導体圧力変換器は、サファイア基板
１０の表面１０ａ上にそのダイアフラム領域１００を囲
むよう静電接合用半導体エピタキシＡ・ル層４０が形成
されている。そして、この半導体エピタキシャル層４０
の静電接合部と、その内側のサファイア基板１０の表面
１０ａとの間には一定の厚みをもって段差が存在する。

従って、実施例のようにこの半導体エピタキシャル層４
０の口径ＲＤを圧力導入孔１４の口径Ｒよりわずかに人
ぎく形成することにより、基板１０と支持体１２との静
電接合時に若干の位置合せ誤差があったとしても、サフ
ァイア基板１０のダイアフラム領域１００はこの半導体
エピタキシャル層４０により安定に支持され、確実に感
圧部としては能することになる。

このようにして、本実施例によれば、静電接合時にｄ３
ける基板１０と支持体１２との位置合せ誤差の影響を受
けることなく、かつ性能のばらつきが少なく、しかも信
頼性の高い半導体圧力変換器を（７ることか可能となる
。

また、実施例の半導体圧力変換器は、静電接合用半導体
エピタキシャル層４０とピエゾ抵抗素子１６とがリード
部４２を介して電気的に接続され、ピエゾ抵抗素子１６
用電極４８を、静電接合用の電極としても兼用している
。

従って、従来のように特別な静電接合用の電極を必要と
しないため、基板１０の大ぎざを支持体１２の接合面の
大きざとほぼ同一に形成することができ、装置全体を取
り扱いが容易で、しかも小型軽重なものとすることが可
能となる。

なお、前記実施例においては、基板１０の両面側から圧
力を印加する差圧タイプの圧力変換器を例に採り説明し
たが、本発明はこれに限らず、圧力導入孔１４側を真空
とし、基板１０の表面１０ｂ側から印７］Ｅｌする圧力
を測定する絶対圧タイプの圧力変換器に対しても有効で
あることは言うまでもない。

製造方法 第３図には、前記第１実施例に係る半導体圧力変換器の
！！！造方法の好適な一例が示されている。

なお、前記第１図及び第２図に示す半導体圧力変換器と
対応丈る部材には同一符号を付しその説明は省略する。

まず、第３図（１）に示すように、サファイア基板１０
の主表面上に半導体エピタキシャル層２００を成長させ
金。

なお、本実施例では、サファイア基板１０の片面にのみ
半導体エピタキシャル層２００を成長する場合を例に採
り説明するが、本発明はこれに限らず基板１０の両面に
半導体エピタキシャル層２００を成長させ、これら両面
のいずれか一方を主表面として用いることも可能である
。

次に、第３図（２）に示すように、基、仮１０の主表面
上に形成された半導体エピタキシャル層２００を、基板
中央の素子形成領域２００ａ、基板周縁の静電接合領域
２００ｂ、これら両領域２００ａ及び２００ｂを電気的
に接続するリード領域２００Ｇを残して、基板表面から
全てエツチング除去する。

このとき前記静電接合領域２００ｂは、基板１０のダイ
アフラム領域１００を取囲むよう形成する必要がある。

また、この静電接合領域２００ｂは、その口径ＲＤを支
持体１２の圧力導入孔１／１の口径Ｒよりいくらか大き
く形成する必要がある。

次に、第３図（３）に示すように、静電接合領域２００
ｂを除いた台頭＋ｔ２００ａ、２００Ｇを拡散処理し、
素子形成領ＶＡ２００　ａをＰ型のピエゾ抵抗素子１６
及び拡散リード部１７として形成し、またリード領域２
００Ｇを半導体エピタキシャル層リード部４２として形
成する。

このとき、残された静電接合領域２００ｂは、後工程に
おいて、前記第１実施例の静電接合用半導体エピタキシ
ャル層４０として用いられることとなる。

また、このような拡散処理を行うと、ピエゾ抵抗素子１
６、拡散リード部１７、静電接合用半導体エピタキシャ
ル層４０及びリード部４２上にはＳｉＯ２より成る同質
の絶縁保護膜４４が被覆形成される。

次に、第３図（４）に示すように、ピエゾ抵抗素子１６
よりの電気的信号の入出力を行うため、前記絶縁保護膜
４４を選択的に除去し開口部４６を形成する。

次に、第３図（５）に示すように、絶縁保護膜４４を介
してピエゾ抵抗素子１６上にアルミを蒸着し電極４８を
設ける。このアルミ電極４８は、開口部４６を介してピ
エゾ抵抗素子１６と電気的に接続されることになる。　
なお、この電極４８として、前記アルミに代え、耐薬品
性に侵れた金属、例えば金などを使用した場合には、よ
り信頼性の高い半導体圧力変換器を形成可能であること
は言うまでもない。

次に、第３図（６）に示すように、電極４８へ電圧出力
取出し用のアルミリード５０をボンディングする。

ここにおいて、ピエゾ抵抗素子１６用電極４８及びアル
ミリード５０は、従来の半導体圧力変換器では電圧出力
取出しのみを目的として形成されていた。これに対し、
本発明では、ピエゾ抵抗素子１６の拡散１ノード１７と
静電接合用半導体エピタキシＡ・ル層４０とがリード部
４２を介して電気的に導通されていることから、ザファ
イア基板１０と支持体１２どの静電接合用の電極又はリ
ードとして兼用することができる。

次に、第３図（７）に示すように、静電接合用半導体エ
ピタキシャルＧ４０上に被覆形成された絶縁保護膜４４
を除去することなく、υファイア基板１０と支持体］２
とを位置合ｕ当接し、これを３５０’ｃ前後に胃温加熱
する。

これに続いて、アルミリード５０を陽極とし、支持体１
２の底面に図示しない陰極電（木板を配置して、電源３
０から約１０００Ｖの直流電圧を５分間通電する。この
ようにすることにより、基板１０と支持体１２とは絶縁
保護膜４４及び半導体エピタキシャル層４０を介して良
好に静電接合されることになる。

特に、本発明によれば、リファイア基板１０の半導体エ
ピタキシャル層４０により囲まれる領域が、測定圧力に
対しダイアフラム領１ｉｉ１００として良好に作用する
。このため、静電接合時に基板１０と支持体１２との間
に若干の位置合せ誤差がおったとしても、ピエゾ抵抗素
子１６から出力される電圧にばらつきがなく、信頼性の
高い半導体圧力変換器を提供することができる。

更に、本発明によれば、静電接合用半導体エピタキシャ
ル層４０上に被覆された絶縁保護膜４４を除去すること
なく、静電接合を行うことができるため、従来技術に比
しその製造工程を極めて簡素化することができる。

その他の実施例 また、前記第１実施例においては、ピエゾ抵抗素子１６
及び半導体エピタキシトル層４０をリード部４２を介し
て電気的に接続し、ピエゾ抵抗素子１６用電極を支持体
との静電接合用電極として兼用した。

しかし、本発明はこれに限らず、例えば第４図に示すよ
うに、ダイアフラム領域１００の第１の表面１０ａ上に
静電接合専用の電極５２を設（〕、該電極５２と半導体
エピタキシャル層４０を同様にしてリード部４２を介し
て電気的に接続してもよい。

ただし、このようにすると、前記第１実施例に比しその
製造工程が複雑化し作業性が若干損われることは言うま
でもない。

また、これ以外にも、例えば第５図に２点鎖線で示すよ
うに、４ノフアイア基板１０を支持体１２の接合面１２
ａより幅広に形成し、支持体１２の接合面外周側に位置
して静電接合専用の電１※をδジけてもよい。この場合
には、基板１０と支持体１２との静電接合を行った後、
静電接合用電極か設けられた基板１０の外周部を切断除
去すればよい。

ただしこのようにすると、前記第１実施例に比し半導体
圧力変換器の製造工程が複雑化することは避けられない
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る半導体圧力変換器の好
適な第１実施例を示す説明図、第３図は本発明に係る半
導体圧力変換器の！！遣方法の好適な一例を示す説明図
、 第４図及び第５図は本発明の半導体圧力変換器の他の実
施例を示す説明図、 第６図は従来の半導体圧力変換器の一例を示す説明図お
る。 １０　・・・　サファイア基板 １０ａ　　・・・　第１の表面 １０ｂ　　・・・　第２の表面 １２　・・・　支持体 １４　・・・　圧力導入孔 １６　・・・　ピエゾ抵抗素子 ４０　・・・　静電接合用半導体エピタキシャル層４２
　・・・　リード部 ４４　・・・　絶縁保護膜 ４８　・・・　アルミ電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の表面にそのダイアフラム領域を囲むよう静
   電接合用半導体エピタキシャル層が所定の段差を持つて
   設けられたサファイア基板と、内部に圧力導入孔を有し
   、前記サファイア基板と半導体エピタキシャル層を介し
   て静電接合される支持体と、 を含み、前記ダイアフラム領域に印加される圧力をピエ
   ゾ抵抗素子を用いて測定する半導体圧力変換器であつて
   、 前記ピエゾ抵抗素子は、サファイア基板のダイアフラム
   領域内に圧力導入孔に面して設けられ、測定圧力はサフ
   ァイア基板の他の一方の表面側から印加しその圧力測定
   を行うよう形成されて成ることを特徴とする半導体圧力
   変換器。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の変換器におい静電接
   合用半導体エピタキシャル層とピエゾ抵抗素子とを電気
   的に導通させ、ピエゾ抵抗素子用電極を静電接合用電極
   と兼用することを特徴とする半導体圧力変換器。
3. （３）特許請求の範囲（１）、（２）のいずれかに記載
   の変換器において、 静電接合用半導体エピタキシャル層及びピエゾ抵抗素子
   は、絶縁保護膜により被覆され、前記支持体はこの絶縁
   保護膜及び半導体エピタキシャル層を介してサファイア
   基板と静電接合されて成ることを特徴とする半導体圧力
   変換器。
4. （４）一方の表面にそのダイアフラム領域を囲むよう所
   定の段差をもって静電接合用半導体エピタキシャル層が
   設けられたサファイア基板と、内部に圧力導入孔を有し
   、前記サファイア基板と半導体エピタキシャル層を介し
   て静電接合される支持体と、 を含み、基板に印加される圧力をピエゾ抵抗素子を用い
   て測定する半導体圧力変換器であつて、前記静電接合用
   半導体エピタキシャル層は、その口径が支持体の圧力導
   入孔の口径よりやや大きめに形成され、 前記ピエゾ抵抗素子は、サファイア基板のダイアフラム
   領域内に圧力導入孔に面して設けられ、測定圧力をサフ
   ァイア基板の他の一方の表面側からダイアフラム領域に
   印加しその圧力測定を行うよう形成されて成ることを特
   徴とする半導体圧力変換器。
5. （５）サファイア基板の少なくとも一方の表面上に半導
   体エピタキシャル層を被覆形成するエピタキシャル層形
   成工程と、 この半導体エピタキシャル層を、基板中央の素子形成領
   域、基板周縁の静電接合領域、これら両領域を電気的に
   接続するリード領域を残してエッチング除去するエッチ
   ング処理工程と、 前記素子形成領域及びリード領域を拡散処理してピエゾ
   抵抗素子及びリード部を形成するとともに、ピエゾ抵抗
   素子、リード部及び静電接合領域として残された半導体
   エピタキシャル層上に絶縁保護膜を形成する拡散処理工
   程と、 圧力導入孔の口径が前記静電接合用半導体エピタキシャ
   ル層の口径より小さな支持体を、絶縁保護膜、半導体エ
   ピタキシャル層を介してサファイア基板と位置合せ当接
   し、その後ピエゾ抵抗素子用電極と支持体との間に静電
   接合電圧を印加することにより支持体をサファイア基板
   に静電接合する静電接合工程と、 を含み、サファイア基板の半導体エピタキシャル層によ
   り囲まれた領域をダイアフラムとし、サファイア基板の
   他の一方の表面側から印加される圧力をピエゾ抵抗素子
   の抵抗変化として測定する半導体圧力変換器を製造する
   ことを特徴とする半導体圧力変換器の製造方法。