JPS62260371A - 半導体圧力センサの製造方法 - 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】 〔発明の分野〕 本発明は抵抗が形成されたシリコンダイヤフラム型をシ
リコン台座上に接合して構成される半導体圧力センサの
製造方法に関するものである。

（発明の概要〕 本発明による半導体圧力センサは、抵抗が形成されたシ
リコンダイヤフラムの一面に不純物を注入し、この層を
介してシリコンダイヤフラムとシリコンによる台座とを
陽極接台によって接続して半虱体圧力センサを構成した
ものである。

〔従来技術とその問題点〕

（従来技術） 年内変化に基づくでピエゾ抵抗効果を利用したシリコン
ダイヤフラム型の半導体圧力センサにおいては、取付部
の温度変化に基づく圧力変動を防止するためにシリコン
半導体又はホウケイ酸ガラス等の台座が設けられる。第
５図はシリコンダイヤフラム１の下部に陽極接合法によ
って直方体形状で中心に貫通孔２を有するホウケイ酸ガ
ラスの台座３を取付ける状態を示す図である。陽極接合
法によれば、ホットプレート４を用いて例えば４００℃
程度の高温雰囲気下で電極５．６よりシリコンダイヤフ
ラム１と台座３に高圧の直流電圧を印加することによっ
て、シリコンダイヤフラム１とホウケイ酸ガラスの台座
３とが強力に接続される。

しかるにホウケイ酸ガラスの熱膨張係数は３２．５ＸＩ
Ｏ−’、　　シリコンは３３ｘ１０−ｔであり、ホウケ
イ酸ガラスの熱膨張係数がわずかに小さいため温度が大
幅に変化するとシリコンダイヤフラム１に応力を与え温
度特性を悪影響を及ぼすことがある。又ウェハー毎に接
合する場合にはその熱膨張の差によって剥離を生じたり
することがある。そのため台座としてはシリコンダイヤ
フラムと同一の熱膨張係数を有するシリコンを用いるこ
とが好ましい。

しかしシリコン台座を用いた場合にはシリコンダイヤフ
ラム１と直接陽極接合ができない。従って特開昭５９−
２２０９７５号では第６図に示すようにシリコン台座７
の上面にスパッタによってホウケイ酸ガラス層８を形成
し、この層を介してシリコンダイヤフラム１と陽極接合
することによって半導体圧力センサを構成している。又
シリコン台座７に金をスパッタしてシリコン台座と共晶
させて構成された半導体圧力センサもある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらホウケイ酸ガラス層８をスパッタにより形
成する場合には製造工程が複雑となり、又シリコン台座
７にスパッタで形成されたホウケイ酸ガラス層８は接続
強度が弱いという問題点がある。又シリコンと金を共晶
して接続する場合にも工程が複雑となり気密性が悪く、
半導体圧力センサの信頼性が低下するという問題点があ
る。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の半導体圧力センサの問題点に
鑑みてなされたものであって、シリコン台座を用いると
共に工程数を増やすことなく陽極接合して強力な接合を
得るようにした半導体圧力センサとすることを技術的課
題とする。

〔発明の構成と効果〕

（構成） 本発明は抵抗が形成されたシリコンダイヤフラム（１５
）をシリコン台座（１７）を介して金属ステム（２０）
に固定して形成される半導体圧力センサの製造方法であ
って、第１図に示すように、シリコンダイヤフラム（１
５）の一方の面に形成される二酸化シリコン層（１ｌ　
ｂ＞に不純物を注入する工程と、シリコンダイヤフラム
（１５）を中心に貫通孔を有するシリコン台座（１７）
上に配置し、不純物が注入されたシリコンダイヤフラム
（１５）の面を該シリコン台座に向けて陽極接合法によ
って接続する工程と、を有することを特徴とするもので
ある。

（作用） このように本発明によれば、シリコンダイヤフラムの製
造時にダイヤフラムの裏面の二Ｍ化シリコン層にアルカ
リ金属イオン等の不純物をあらかじめ注入している。従
って陽極接合法によって直接シリコン台座の上部にシリ
コンダイヤフラムを接続することができる。

（効果） そのため本発明では、台座としてシリコンダイヤフラム
と同一の熱膨張係数を有するシリコン台座を用いても台
座の上部にホウケイ酸ガラス層をスパッタする必要がな
く、陽極接合法によって強固に接続することができる。

そしてシリコン台座に直接シリコンダイヤフラムを陽極
接合するため接続強度が強く、高い気密性を得ることが
できる。

又ホウケイ酸ガラスによる台座を用いた半導体圧力セン
サに比べて同一の熱膨張係数を有するため、温度変化に
よってシリコンダイヤフラムに応力が加わることがなく
、検出精度を向上させることができる。

〔実施例の説明〕

第１図は本発明の一実施例による半導体圧力センサのシ
リコンダイヤフラムを製造する工程を示す図である。ま
ず第１図（ａ）、　（ｂｌに示すようにシリコンチップ
１０の両面に図示のように二酸化シリコンの酸化膜１１
ａ、ｌｌｂを形成し、その上面にブリッジ抵抗となるボ
ロン層１２を拡散させる。

そして第１図（Ｃ１に示すようにボロン層１２を接続す
る配線１３及びボロン層１２から外部に引き出す電極１
４を形成し、次いで第１図ｔｄ）に示すようにシリコン
チップ１０の下面よりボロン抵抗層の厚さが薄くなるよ
うにエツチングしてダイヤフラムを形成する。このとき
シリコンチップ１０の裏面の酸化膜１１ｂはエツチング
時のプロテクトとして用いており、その後アルカリ金属
イオン等例えばナトリウムイオンやカリウムイオンの不
純物を下方より注入する。尚エツチング時には水酸化カ
リウム溶液等が用いられるが、エツチング時にはある程
度のカリウムイオンがシリコンチップ裏面の酸化膜１１
ｂに注入される。そして第１図（ｅ）に示すように夫々
のチップ毎にダイシングを行って夫々のダイヤフラムを
分離してシリコンダイヤフラム１５を形成する。こうす
れば第２図に示すようにシリコンダイヤフラム１５の裏
面にはホウケイ酸ガラスと同一の不純物成分を有するガ
ラス薄膜１６がシリコンチップ１５の下面にそのまま形
成されたことになる。アルカリ金属イオンの注入は第１
図中）のボロン拡散と同時にナトリウムイオン等を注入
して生成することもできる。

こうして形成されたシリコンダイヤフラム１５を第３図
に示すようにシリコン台座１７の上部に固定して陽極接
合法によって接続する。シリコン台座１７は前述した従
来例のホウケイ酸ガラスから成る台座と同様に、中央に
円筒状の貫通孔１８が設けられている。

陽極接合法では第３図に示すようにシリコンダイヤフラ
ム１５とシリコンの台座１７を４００℃の高温雰囲気下
におき、電極５．６を介してシリコンダイヤフラム１５
とシリコン台座１７間に高圧の直流電圧を印加する。そ
うすればガラス薄膜１６を介して電流が流れるため接着
用のはんだ層等を用いることなく強力に接着することが
できる。

こうして形成されたシリコンダイヤフラム１５及び台座
１７を第４図に示すようにはんだ層１９を介して金属ス
テム２０上に固定し、シリコン台座１７の貫通孔１８と
圧力導入パイプ２１とを連通させる。そしてステムのピ
ン２２にシリコンダイヤフラム１５の電極をワイヤポン
ディングによって接続して半導体圧力センサを完成させ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（ｅ、）は本発明の一実施例による半導
体圧力センサのシリコンダイヤプラムを製造する過程を
示す図、第２図はこうして形成されたシリコンダイヤプ
ラムとシリコン台座とを接続する状態を示す図、第３図
は本実施例の陽極接合法による接続状態を示す図、第４
図はシリコンダイヤフラム及びシリコン台座と金属ステ
ムとを接続して完成した半導体圧力センサを示す側面図
、第５図は従来の陽極接合法による接続状態を示す図、
第６図は従来の半導体圧力センサのシリコンダイヤフラ
ムと台座との関係を示す斜視図である。 １．１５・−・−・−シリコンダイヤフラム　　１０−
・・−シリコンチップ　　ｌｌａ、Ｉｌｂ・・−−−−
一酸化膜１６−・・・−ガラス薄膜　　１７−−−−−
・・台座　　ＬＬ−一・貫通孔　　２０−・−・−金属
ステム特許出願人　　　立石電機株式会社 代理人　弁理士　岡本官喜（他１名） 第１図 １１ａ、１１ｂ　−−−−−−＃イｗＪｌｌＬ１５−−
−−・・−−−−−ン１ｊコンダ゛イＶフラム第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）抵抗が形成されたシリコンダイヤフラムをシリコ
   ン台座を介して金属ステムに固定して形成される半導体
   圧力センサの製造方法であって、前記シリコンダイヤフ
   ラムの一方の面に形成される二酸化シリコン層に不純物
   を注入する工程と、前記シリコンダイヤフラムを中心に
   貫通孔を有するシリコン台座上に配置し、不純物が注入
   されたシリコンダイヤフラムの面を該シリコン台座に向
   けて陽極接合法によって接続する工程と、を有すること
   を特徴とする半導体圧力センサの製造方法。