JPS6336582A - 半導体圧力変換器 - 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、工業計測をはじめとする種々の用途に広く用
いられる半導体圧力変換器に関するものである。

〔従来の技術〕

この糧の変換器は、例えば第５図に示すように。

固定部となる厚肉部１人と薄肉ダイアプラム部１Ｂとを
備えたシリコンチップ等の半導体単結晶基板、１を用い
、その薄肉ダイアフラム部ＩＢＩＣ，拡散領域からなる
ピエゾ抵抗素子２を形成した構成を有している。この半
導体単結晶基板１は、厚肉部１Ａにおいて、圧力導入口
を備えたガラスチューブ等の支持部材に固定され、ピエ
ゾ抵抗素子２によシ、半導体単結晶基板１０表裏の圧力
ｐ、およびＰ２の差圧に対応した電気的出力が得られる
。

ピエゾ抵抗素子２を形成した半導体単結晶基板１０表面
は、ＳｉＯ、からなるパッシベーション膜３によって覆
われ、これを開口したコンタクト孔を通してピエゾ抵抗
素子２と接続する引出し電極４が、外周部まで延在して
いる。外部この接続は。

通常ワイヤポンディングにより行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の構成において、バンシペーション膜３は
、通常膜厚１．５００Ｘ程度の熱酸化５ｉｎ２膜上に、
サラＫ　３，０００〜１０．０００　Ｘａ＆（７）　Ｃ
ＶＤ５ｉＯ鵞膜を積層した厚いもので、Ａｔ等からなる
引出し電極４と上記ＳｉＯ２パツシベーシヨン膜３この
間のマイクロスリップにょシ、圧カ変撚器としてヒステ
リシスおよびサーマルヒステリシスが大きいという問題
があった。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、ピエゾ抵抗素子を半導体単結晶基板に形成し
た導電性ノーを介して厚肉部に形成した接続端子電極に
接続し、かつパッシベーション膜を。

上記接続端子電極部においてのみ他より厚く形成したも
のである。

〔作用〕

ＡＡ等の電極面積が局限され、かつ厚いパッシベーショ
ン膜も当該接続端子電極部に限定されるため、電極とパ
ッシベーション膜あるいは厚いパッシベーション膜と半
導体単結晶基板間のマイクロスリップが減少する。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。

第５図に示したものと同様に、矩形板状のシリコンチッ
プからなる半導体単結晶基板１１は、外周部に厚肉部１
１Ａｔ−有するとともに、中央部に円形状の薄肉ダイア
プラム部１１Ｂ　’ｅ有している。

−薄肉ダイアプラム部１１Ｂには、拡散領域からなるピ
エゾ抵抗素子１２が形成しであるが、本実施例ではさら
に、このピエゾ抵抗素子１２に連結して拡散領域からな
る引出し層１３ｔ−形成し、厚肉部ＩＡにおいて、Ｓ１
０！からなるパッシベーション膜１４に開口したコンタ
クト孔１４Ａｔｌ−通して、Ａｔからなる接続端子電極
１５に接続しである。

引出し層１３は、ピエゾ抵抗素子１２に比較して高不純
物濃度とすることにより、抵抗値を例えば１７１００程
度に低く抑え、ゲインの低下金防いでいる。

ここで、パッシベーション膜１４は、従来と同様に１．
５００　Ｘ程度の熱酸化ＳｉＯ２膜を形成し、その上に
Ｃ■によｐ　３，０００〜５，０００　Ｘ程度のノンド
ープＳＩＯ：Ｍオヨヒ３，０００〜５．ｏｏｏＸ程度ノ
程度ビリンドープ５１０２膜形成した後、エツチングに
ヨシ、接続部１４Ａ’ｉ残して他ノＣＶＤ　　ＳｉＯ２
Ｂ！Ｘ　’！ｆ”除去して形成する。つまシ、接続部１
４Ａのみは厚いＣＶＤ５ｉＯｚ膜を有するが、他の部分
はごく薄く形成されている。また、Ａｔからなる電極は
、上記接続部１４ｔ−覆うように形成した接続端子電極
１５のみである。

このようにＡｔ電極の面積が縮小し、パッシベーション
膜が薄くなったことによシ、電極とパッシベーション膜
、するいはパッシベーション膜と半導体単結晶基板間の
マイクロスリップが極小とすり、ヒステリシスおよびサ
ーマルヒステリシスが小さくなる。パッシベーション膜
１４を薄くすることは、ピエゾ抵抗素子１２を形成した
半導体単結晶基板１１の保護が薄くなることが考えられ
るが、例えば工業計測用等の変換器は、封入液に封入さ
れるなど、比較的良好な環境で用いられ。

直接外気に触れ、あるいは他の物に接触するような状態
にないことが多く、上述した熱酸化５ｉ０２膜のみでも
、十分保護の目的を達することができる。本実施例では
、ｐ膨拡散層からなるピエゾ抵抗素子１２の表面をｎ形
反転層で覆った構成をとっておシ、保護はさらに万全で
ある。

なお、接続部１４Ａのみ厚くパッシベーション膜１４ｔ
−形成するには、上述したように全体に厚く形成して不
要な部分を除去する方法の他、例えば接続部のみ開口し
たメタルマス°りを装着し、スパッタリングすることに
よシ、当該接続部にのみ厚く形成する方法を用いてもよ
いことはいうまでもない。また、ｓｔｏ　ｚの代シに他
の絶縁物、例えばん６０３等を用いてもよい。

ここで、外部回路この接続は、接続部１４Ａにおいてワ
イヤーボンディングにより行なわれる。こＯと！、ワイ
ヤーボンディング部のパッシベーション膜が例えば１．
５００１穆度と薄いと、ボンディング時の抑圧によシ破
壊することがあるが、上述したようにこの接続部１４Ａ
のみは厚く形成しであるところから、安定にワイヤーボ
ンディングが行なえる。

なお、接続端子電極１５は、第１図に示したように、接
続部１４Ａを覆うように形成しなければならないもので
はなく、例えば第２図に示すように接続部１４Ａの上面
のみに配置してもよい。また。

Ａｔに限らず他の金属でもよく、１層構造にも限定され
ない。例えば、ＴＩ　もしくはＷ／Ｐｔ／Ａｕの３層構
造またはＴｉもしくはＷ／Ｎ　ｉ　／Ａ　ｕの３層構造
の電極を用いてもよい。

また、ピエゾ抵抗素子１２の配置は任意である。

第３図はその一例を示す。１６は引出し層１３と同様の
低抵抗の拡散領域からなる接続層である。

なお、第３図ではパッシベーション膜１４は省略したが
、接続端子電極１５の下部において厚く、他は薄く形成
されていることはいうまでもない。

各実施例の半導体単結晶基板１１は、外周部の厚肉部１
１Ａにおいて、ピエゾ抵抗素子１２を形成した例とは反
対側の主表面で、圧力導入口を備えた台座状の支持部材
に固定され、さらにヘッダ内に実装される。

第４図は、この実装例を示す断面図でおる。３１は、半
導体単結晶基板１１に熱膨張係数の近いガラスチューブ
からなる支持部材であり、圧力導入口３１Ａ　全備えて
いる。この支持部材３１は、底部にリードピン３２を気
密に貫通させたヘッダ３３の内部に固定され、前述した
接続端子電極１５において、引出し層１３全介してピエ
ゾ抵抗素子１２−に接続されたボンディングワイヤ３４
は、端子板３５の表面のメタライズ膜を介して、リード
ビン３２に電気的に接続される。３６は絶縁性のスペー
サ、３７は圧力導入口３７Ａｆｔ備えたキャップである
。

なお、半導体単結晶基板１１は、シリコンチップに限定
されるものではなく１例えば、いわゆるＳＯ８構造の基
板を用いてもよい。つまシ、サファイア、スピネルある
いは単結晶セラミックのような絶縁性の結晶基板上にシ
リコン、ゲルマニウム等の半導体単結晶層を成長させた
ものでもよい。

シリコンチップを用い、ｐｎ接合で分離をはかったもの
に比較して、ＳＯ８構造を用いたものは、アイソレーシ
ョンが良好で、扁温での使用が可能となる。その結果、
耐熱性が１５０℃程度から２００℃程度に向上し、使用
温度範囲の上限全１００〜１２０℃程度から１５０〜１
６０℃程度まで引上げることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように５本発明によれば、接続用電極面積
を局限し、かつパッシベーション膜は、接続端子電極部
のみ厚くして他は薄く形成したことにより、電標とパッ
シベーション膜あるいはノくツシベーション膜と半導体
単結晶基板間のマイクロストリップを減少させ５ワイヤ
ーボンデイングの安定性を確保しながら、ヒステリシス
およびサーマルヒステリシスを軽減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図。 第２図は接続端子電極の他の構成例を示す要部断面図、
第３図はピエゾ抵抗素子の配置例を示す平面図、第４図
は半導体単結晶基板の実装例を示す断面図、第５図は従
来例を示す概略断面図である。 １１・・・・半導体単結晶基板、１１Ａ・・・・厚肉部
、１１Ｂ・・・・薄肉ダイアプラム部、１２・・・・ピ
エゾ抵抗素子、１３・・・・引出し層、１４−一〇−パ
ンシペーション［、１４Ａ・・・−接続部、１５・・・
・接続端子電極。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 薄肉ダイアフラムを有する半導体単結晶基板にピエゾ抵
   抗素子を形成し、このピエゾ抵抗素子を半導体単結晶基
   板に形成した導電性層を介して半導体単結晶基板の厚肉
   部上に形成した接続端子電極部に接続し、かつ半導体単
   結晶基板を覆うパッシベーション膜を、接続端子電極部
   において、他より厚く形成してなる半導体圧力変換器。