JPH01187426A - Manufacture of semiconductor pressure sensor - Google Patents

Manufacture of semiconductor pressure sensor

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JPH01187426A
JPH01187426A JP1198388A JP1198388A JPH01187426A JP H01187426 A JPH01187426 A JP H01187426A JP 1198388 A JP1198388 A JP 1198388A JP 1198388 A JP1198388 A JP 1198388A JP H01187426 A JPH01187426 A JP H01187426A
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JP
Japan
Prior art keywords
glass substrate
pressure sensor
semiconductor pressure
silicon film
conductive silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP1198388A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Miyaji
宣夫 宮地
Tatsuhiko Miyauchi
龍彦 宮内
Nobuaki Kono
信明 河野
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、シリコンなどの半導体単結晶の持つピエゾ抵
抗効果を利用して圧力を電気信号に変換する半導体圧力
センサの製造方法に係り、特にセンサチップ、ガラス基
板、金属の支持台とを接合する接合方法を改良した半導
体圧力センサの製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor pressure sensor that converts pressure into an electrical signal by utilizing the piezoresistance effect of a semiconductor single crystal such as silicon, and particularly relates to The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor pressure sensor that improves the bonding method for bonding a sensor chip, a glass substrate, and a metal support.

〈従来の技術〉 第4図は従来の半導体圧力センサの構造を示すav!f
r面図である。
<Prior art> Fig. 4 shows the structure of a conventional semiconductor pressure sensor. f
It is an r-plane view.

10はn形のシリコン単結晶で作られたセンサチップで
あり、凹部11を有しさらに凹部11の形成により単結
晶の厚さの薄くなった起歪部12とその周辺の固定部1
3とを有している。
Reference numeral 10 denotes a sensor chip made of n-type silicon single crystal, which has a concave portion 11, and further includes a strain-generating portion 12 in which the thickness of the single crystal is reduced due to the formation of the concave portion 11, and a fixed portion 1 around it.
3.

起歪部12は単結晶の(100)面とされ、その上には
その中心を通る結晶軸<100>方向で固定部13との
境界付近に例えば剪断形ゲージ14が不純物の拡散によ
り伝導形がP形として形成されている。
The strain-generating part 12 is a (100) plane of a single crystal, and on the strain-generating part 12, for example, a shear type gauge 14 is placed near the boundary with the fixed part 13 in the <100> direction of the crystal axis passing through the center of the single crystal. is formed as a P-type.

剪断形ゲージ14はその長手方向に一対の電源端を持ち
ここに電源電圧が印加され、この長平方向のほぼ中央部
に一対の出力端が形成されここで出力電圧を得る。
The shear type gauge 14 has a pair of power supply ends in its longitudinal direction, to which a power supply voltage is applied, and a pair of output ends formed approximately at the center in the longitudinal direction from which an output voltage is obtained.

センサチップ10は、その固定部13が例えば中央に導
圧孔15を持つパイレックスガラスなどのガラス基板1
6に固定され、このガラス基板16は中央に導圧孔17
を持つ金属の支持台18に固定されている。
The sensor chip 10 has a fixing portion 13 formed on a glass substrate 1 such as Pyrex glass having a pressure guiding hole 15 in the center.
6, and this glass substrate 16 has a pressure guiding hole 17 in the center.
It is fixed to a metal support stand 18 with a holder.

以上のような構成において、測定圧力Pが起歪部12に
印加されると、これによって剪断応力τが剪断形ゲージ
14に発生しこれに対応する出力電圧が出力端に得られ
る。
In the above configuration, when the measurement pressure P is applied to the strain-generating portion 12, a shear stress τ is generated in the shear type gauge 14, and a corresponding output voltage is obtained at the output end.

ところで、この様なセンサチップ10、ガラス基板16
および金属の支持台18の相互間を陽極接合して半導体
圧力センサを実現しようとする場合は、第5図に示すよ
うにガラス基板16に対してセンサチップ10を電源E
1により正電位に保持し、かつガラス基板16に対して
金属の支持台18を電源E2により正電位に保持して陽
極接合する。
By the way, such a sensor chip 10 and a glass substrate 16
When attempting to realize a semiconductor pressure sensor by anodic bonding between the metal support bases 18, the sensor chip 10 is connected to the glass substrate 16 as shown in FIG.
1 to maintain a positive potential, and a metal support 18 to the glass substrate 16 is held to a positive potential by a power source E2 to perform anodic bonding.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な従来の半導体圧力センサの製造
方法では、電源E1、E2の負電位側をガラス基板16
の側面に設けた電極19に印加費せざるを得ない。この
ような形で電圧印加するとガラス基板16の中の電界が
場所的に不均一となり、このためカラス基板16に対す
るセンサチップ10と支持台18との接合強度に片寄り
が生じるという問題があった。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in such a conventional manufacturing method of a semiconductor pressure sensor, the negative potential sides of the power supplies E1 and E2 are connected to the glass substrate 16.
The voltage must be applied to the electrode 19 provided on the side surface of the electrode. When voltage is applied in this manner, the electric field within the glass substrate 16 becomes uneven locally, which causes a problem in that the bonding strength between the sensor chip 10 and the support base 18 with respect to the glass substrate 16 is uneven. .

〈課題を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するために、第1ガラ
ス基板の片面に導電性シリコン膜を形成し、この導電性
シリコン膜の第1ガラス基板とは反対側に第2ガラス基
板を配置し、この第2カラス基板を負電位に導電性シリ
コン膜を正電位にして陽極接合し、次にピエゾ抵抗素子
を有するダイアフラムが形成されたセンサチップと金属
の支持台とを第1、第2カラス基板の両側にそれぞれ配
置して導電性シリコン膜に対してこれ等のカラス基板を
正電位に保持して陽極接合するようにしたものである。
<Means for Solving the Problems> In order to solve the above problems, the present invention forms a conductive silicon film on one side of a first glass substrate, and what is the first glass substrate of this conductive silicon film? A second glass substrate is placed on the opposite side, and the second glass substrate is placed at a negative potential and the conductive silicon film is placed at a positive potential for anodic bonding. Next, a sensor chip on which a diaphragm having a piezoresistive element is formed and a metal Support stands are placed on both sides of the first and second glass substrates, and these glass substrates are held at a positive potential and anodic bonded to the conductive silicon film.

く作 用〉 第1ガラス基板の片面に導電性シリコン膜を形成しこの
導電性シリコン膜の上に第2のカラス基板を陽極接合し
、この第1、第2のガラス基板の上にそれぞれセンサチ
ップと金属の支持台を配置して陽極接合することにより
、第1、第2のガラス基板の中に均一な電界が形成され
、この結果ガラス基板の両面のセンサチップと支持台の
接合強度が安定に得られる。
Function> A conductive silicon film is formed on one side of the first glass substrate, a second glass substrate is anodically bonded onto this conductive silicon film, and sensors are placed on each of the first and second glass substrates. By arranging and anodic bonding the chip and the metal support, a uniform electric field is formed in the first and second glass substrates, and as a result, the bonding strength between the sensor chip and the support on both sides of the glass substrate is increased. Stably obtained.

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。<Example> Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

なお、従来の技術と同一の機能を有する部分には同一の
記号を付して適宜にその説明を省略する。
Note that parts having the same functions as those in the prior art are given the same symbols, and the explanation thereof will be omitted as appropriate.

第1図は本発明により製造された半導体圧力センサの縦
断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor pressure sensor manufactured according to the present invention.

20はポリジノコン膜であり、このポリシリコン膜20
は導電性を持たせるなめにリンをドープしである。21
.22はそれぞれポリシリコン膜20に接合されたガラ
ス基板である。
20 is a polydinocon film, and this polysilicon film 20
It is doped with phosphorus to make it conductive. 21
.. 22 are glass substrates bonded to the polysilicon film 20, respectively.

ガラス基板21の上には剪断形ゲージ14が形成された
センサチップ10の固定部13が接合されている。
A fixing portion 13 of the sensor chip 10 on which a shear gauge 14 is formed is bonded onto the glass substrate 21 .

ガラス基板22の下には、ガラス基板21.22の熱膨
張係数に近い熱膨張係数を持つ金属の支持台18が接合
されている。支持台18の他端は例えば圧力容器などに
固定される。
A metal support 18 having a thermal expansion coefficient close to that of the glass substrates 21 and 22 is bonded to the bottom of the glass substrate 22. The other end of the support base 18 is fixed to, for example, a pressure vessel.

第2図は第1図に示す半導体圧力センサを接合する接合
工程を示す工程図である。
FIG. 2 is a process diagram showing a joining process for joining the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 1.

第2図(イ)の工程では、ウェハ状のガラス基板22W
の上にウェハ状の導電性のポリシリコン膜20Wをスパ
ッタリングにより形成する工程を示している。
In the process of FIG. 2(a), a wafer-shaped glass substrate 22W
This figure shows a step of forming a wafer-shaped conductive polysilicon film 20W on the film by sputtering.

第2図(ロ)の工程では、この様にポリシリコン膜20
Wが形成されたガラス基板22Wの上にウェハ状のガラ
ス基板21Wを配置し、ポリシリコンWA20Wとガラ
ス基板21Wとの間にポリシリコンM2OW側を正電位
として電圧を印加してポリシリコン膜20Wとガラス基
板21Wとを陽極接合をする。
In the process of FIG. 2(b), the polysilicon film 20 is
A wafer-shaped glass substrate 21W is placed on the glass substrate 22W on which W is formed, and a voltage is applied between the polysilicon WA 20W and the glass substrate 21W with the polysilicon M2OW side at a positive potential to form the polysilicon film 20W. Anodic bonding is performed with the glass substrate 21W.

第2図(ハ)の工程は、このガラス基板21Wの上に例
えばセンサチップIOA、IOB、10Cを搭載し、さ
らに支持台18A、18B、18Cをカラス基板22W
側にそれぞれセンサチップ10A、IOB、10Cに対
応して配置し、この後ポリシリコン膜20Wに対してセ
ンサチップ10A、10b、10Cと支持台18A、1
8B、18Cがそれぞれ正電位になるように電源E4、
E5を印加してこれ等の相互間を一挙に陽極接合する。
In the step of FIG. 2(C), for example, sensor chips IOA, IOB, and 10C are mounted on the glass substrate 21W, and support stands 18A, 18B, and 18C are mounted on the glass substrate 22W.
The sensor chips 10A, 10b, 10C and the support bases 18A, 1 are arranged on the sides corresponding to the sensor chips 10A, IOB, 10C, respectively, and then the sensor chips 10A, 10b, 10C and the support stands 18A, 1 are placed on the polysilicon film 20W.
Power supply E4, so that 8B and 18C have positive potential, respectively.
By applying E5, these are anodic-bonded all at once.

この後、ウェハ状のガラス基板をダイシングして第1図
に示す半導体圧力センサを作る。
Thereafter, the wafer-shaped glass substrate is diced to produce the semiconductor pressure sensor shown in FIG.

第3図は第1図に示す接合工程とほぼ同じであるが、第
3図(イ)に示すようにウェハ状のガラス基板22Wの
上にポリシリコン膜の代りに不純物がドープされた導電
性のシリコン基板23を陽極接合した点が異なる。
The bonding process shown in FIG. 3 is almost the same as that shown in FIG. 1, but as shown in FIG. The difference is that the silicon substrate 23 is anodically bonded.

シリコン基板23W側を正電極、ガラス基板22W側を
負電極として電源E6により所定の環境条件の中で陽極
接合をする。
Anodic bonding is performed under predetermined environmental conditions using a power source E6 with the silicon substrate 23W side as a positive electrode and the glass substrate 22W side as a negative electrode.

第3図(ロ)、(ハ)はシリコン基板23Vが異なるだ
けで第2図(ロ)、(ハ)に対応している。
3(B) and 3(C) correspond to FIGS. 2(B) and 2(C), except that the silicon substrate 23V is different.

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、ガラス基板の中に導電性のシリコン膜を介在させ
てその表裏に配置されたシリコンチップと支持台とを陽
極接合するようにしたので、電界分布が−様となり、ガ
ラス基板の両面に安定した接合強度が得られる。さらに
、電界分布が−様なため複数のセンサチップと支持台を
同時に接合することができるので、大量生産が可能とな
り、コストの低減が出来る。また、この様な接合方法を
とれば、ガラスと金属との接合が直接接合でき、このた
め熱膨張係数の異なる中間車をこれ等の間に介在させる
必要がないので、出力のゼロドリフト、ゼロオフセット
も効果的に抑えることができる。
<Effects of the Invention> As specifically explained above in conjunction with the embodiments, according to the present invention, a silicon chip and a support stand are arranged on the front and back sides of a glass substrate with a conductive silicon film interposed therebetween. Since anodic bonding is used, the electric field distribution becomes -like, and stable bonding strength can be obtained on both sides of the glass substrate. Furthermore, since the electric field distribution is uniform, a plurality of sensor chips and the support base can be bonded at the same time, making mass production possible and reducing costs. In addition, by using this type of bonding method, glass and metal can be directly bonded, and there is no need to interpose an intermediate wheel with a different coefficient of thermal expansion between them, so there is no output drift or zero. Offset can also be effectively suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明により製造された半導体圧力センサの縦
断面図、第2図は第1図に示す半導体圧力センサを接合
する接合方法を示す工程図、第3図は第2図に示す接合
方法とは異なる他の接合力−7= 法を示す工程図、第4図は従来の半導体圧力センサの構
成を示す縦断面図、第5図は第4図に示す半導体圧力セ
ンサを組み立てる接合方法を示す説明図である。 10、IOA、IOB、IOC・・・センサチップ、1
2・・・起歪部、13・・・固定部、14・・・剪断形
ゲージ、16.21.22.21W、22W・・・ガラ
ス基板、18・・・支持台、20.20W・・・ポリシ
リコン膜。 第3図 第4図 第5図
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a semiconductor pressure sensor manufactured according to the present invention, FIG. 2 is a process diagram showing a joining method for joining the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a joining method shown in FIG. 2. A process diagram showing a bonding force -7= method different from the method, Fig. 4 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a conventional semiconductor pressure sensor, and Fig. 5 shows a bonding method for assembling the semiconductor pressure sensor shown in Fig. 4. FIG. 10, IOA, IOB, IOC...sensor chip, 1
2... Strain generating part, 13... Fixed part, 14... Shear type gauge, 16.21.22.21W, 22W... Glass substrate, 18... Support stand, 20.20W...・Polysilicon film. Figure 3 Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  第1ガラス基板の片面に導電性シリコン膜を形成し、
この導電性シリコン膜の前記第1ガラス基板とは反対側
に第2ガラス基板を配置し、この第2ガラス基板を負電
位に前記導電性シリコン膜を正電位にして陽極接合し、
次にピエゾ抵抗素子を有するダイアフラムが形成された
センサチップと金属の支持台とを前記第1、第2ガラス
基板の両側にそれぞれ配置して前記導電性シリコン膜に
対してこれ等のガラス基板を正電位に保持して陽極接合
したことを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
forming a conductive silicon film on one side of the first glass substrate;
A second glass substrate is placed on the opposite side of the conductive silicon film to the first glass substrate, and anodic bonding is performed with the second glass substrate at a negative potential and the conductive silicon film at a positive potential;
Next, a sensor chip on which a diaphragm having a piezoresistive element is formed and a metal support are placed on both sides of the first and second glass substrates, and these glass substrates are placed against the conductive silicon film. A method for manufacturing a semiconductor pressure sensor, characterized in that it is held at a positive potential and anodic bonded.
JP1198388A 1988-01-22 1988-01-22 Manufacture of semiconductor pressure sensor Pending JPH01187426A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03233429A (en) * 1990-02-08 1991-10-17 Mitsubishi Electric Corp Production of liquid crystal display element
DE19736306C2 (en) * 1996-08-27 2001-05-17 Bosch Gmbh Robert Process for the production of pressure sensors

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