JPH073380B2 - 集積化圧力センサ - Google Patents
集積化圧力センサInfo
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- JPH073380B2 JPH073380B2 JP58097477A JP9747783A JPH073380B2 JP H073380 B2 JPH073380 B2 JP H073380B2 JP 58097477 A JP58097477 A JP 58097477A JP 9747783 A JP9747783 A JP 9747783A JP H073380 B2 JPH073380 B2 JP H073380B2
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- pressure sensor
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- thin film
- thick portion
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
- G01L7/02—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
- G01L7/04—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges in the form of flexible, deformable tubes, e.g. Bourdon gauges
- G01L7/043—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges in the form of flexible, deformable tubes, e.g. Bourdon gauges with mechanical transmitting or indicating means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体圧力センサに係り、特に信号処理回路を
集積化した圧力センサに好適なセンサ構造に関する。
集積化した圧力センサに好適なセンサ構造に関する。
J.Electrochem,Soc.vol.119,No.4,pp545−546（1972）,
A.D.Brooksによる従来例を第１図に示す。１は圧力を検
出するシリコン（Si）チップ、２はSiチップを固定する
台座、３は圧力により、ピエゾ抵抗効果で抵抗値が変化
する拡散抵抗（ゲージ抵抗）、４はシリコンチップ１と
台座２を静電接着するためのほう硅酸ガラス薄膜、５は
真空室である。
A.D.Brooksによる従来例を第１図に示す。１は圧力を検
出するシリコン（Si）チップ、２はSiチップを固定する
台座、３は圧力により、ピエゾ抵抗効果で抵抗値が変化
する拡散抵抗（ゲージ抵抗）、４はシリコンチップ１と
台座２を静電接着するためのほう硅酸ガラス薄膜、５は
真空室である。
しかしながら、上記従来技術は、チップ１と台座２との
接着部のチップ厚さがダイアフラム部６と同一厚さのた
め、接着層の厚さむら、台の表面のあらさによって、接
着部と反対面のチップ表面7a,7bに大きな応力が発生す
る。このため、チップ表面7a,7b上に能動素子を配置す
ると応力により特性が大幅に変化してしまうという問題
があった。また、ダイアフラム部と固定部の区別がチッ
プにないためチップ１と台２の位置合わせが困難という
問題があった。
接着部のチップ厚さがダイアフラム部６と同一厚さのた
め、接着層の厚さむら、台の表面のあらさによって、接
着部と反対面のチップ表面7a,7bに大きな応力が発生す
る。このため、チップ表面7a,7b上に能動素子を配置す
ると応力により特性が大幅に変化してしまうという問題
があった。また、ダイアフラム部と固定部の区別がチッ
プにないためチップ１と台２の位置合わせが困難という
問題があった。
本発明の目的は、特性のそろった温度補償のしやすい集
積化圧力センサを提供することにある。
積化圧力センサを提供することにある。
上記目的は、薄肉部及び厚肉部を有するシリコンチップ
と、前記厚肉部を接着固定する台と、前記薄肉部の表面
に形成され、圧力によって生ずる前記薄肉部の変形を検
出するためのゲージ抵抗と、前記ゲージ抵抗の抵抗変化
によって生ずる信号を処理する信号処理回路とを備えた
集積化圧力センサにおいて、前記信号処理回路を前記厚
肉部表面に形成し、前記台を前記シリコンチップと同じ
材質で形成し、かつ前記厚肉部裏面と前記台とをガラス
薄膜を介して静脈接着することによって達成される。
と、前記厚肉部を接着固定する台と、前記薄肉部の表面
に形成され、圧力によって生ずる前記薄肉部の変形を検
出するためのゲージ抵抗と、前記ゲージ抵抗の抵抗変化
によって生ずる信号を処理する信号処理回路とを備えた
集積化圧力センサにおいて、前記信号処理回路を前記厚
肉部表面に形成し、前記台を前記シリコンチップと同じ
材質で形成し、かつ前記厚肉部裏面と前記台とをガラス
薄膜を介して静脈接着することによって達成される。
シリコンチップと台とを同じ材質で形成するとともにガ
ラス薄膜を介して接合することにより、シリコンチップ
と台との熱膨張係数を完全に一致させた。また、シリコ
ンチップの厚肉部と台とをガラス薄膜を介して静電接着
し、かつ信号処理回路を厚肉部に形成することによって
接着する熱応力の影響を受けないようにした。そのた
め、接着による信号処理回路の特性変化しない。
ラス薄膜を介して接合することにより、シリコンチップ
と台との熱膨張係数を完全に一致させた。また、シリコ
ンチップの厚肉部と台とをガラス薄膜を介して静電接着
し、かつ信号処理回路を厚肉部に形成することによって
接着する熱応力の影響を受けないようにした。そのた
め、接着による信号処理回路の特性変化しない。
本発明の実施例を第２図に示す。７は、チップ中央部を
薄く加工したダイアフラム11上にゲージ抵抗10a−10dを
拡散したシリコンチップでダイアフラム以外の肉厚部上
に、ゲード抵抗により生ずる信号を増幅あるいは処理す
る信号処理回路12が集積化して形成されている。チップ
７とSiの台８はほう硅酸ガラスの薄膜９を介して接着さ
れている。穴13は圧力導入口である。もちろん、ダイア
フラム下の空間を真空にする必要のあるときは、穴13を
なくすればよい。
薄く加工したダイアフラム11上にゲージ抵抗10a−10dを
拡散したシリコンチップでダイアフラム以外の肉厚部上
に、ゲード抵抗により生ずる信号を増幅あるいは処理す
る信号処理回路12が集積化して形成されている。チップ
７とSiの台８はほう硅酸ガラスの薄膜９を介して接着さ
れている。穴13は圧力導入口である。もちろん、ダイア
フラム下の空間を真空にする必要のあるときは、穴13を
なくすればよい。
さて、我々のチップを台に接着したときのオフセット電
圧の変化を調べた実験例を第３図に示す。（ａ）は台の
材料が、ほう硅酸ガラスのときで、（ｂ）が本発明の例
である。本発明の方式によれば、接着前後でほとんどオ
フセット電圧に変化のないことがわかる。理由は次のよ
うに考えられる。第２図に示したように、増幅回路等は
ダイアフラム部上に配置されないようにしてある。これ
は、ダイアフラムのひずみで増幅回路等の特性が影響を
受けないようにしたためである。このため、ペアー性を
とらなければならない抵抗，トランジスタ等をすべて近
傍にかつ同一方向に配置することが困難なため、接着に
よって受ける応力が（ａ）では異なったためである。一
方法発明例の（ｂ）では台座の材料がチップと同一のSi
であるため、接着によって熱応力がほとんど発生しな
い。そこで、オフセット電圧が接着前後で変化しないの
である。このように、抵抗やトランジスタは受ける応力
に影響するため、たとえ応力が加わったとしても、増幅
回路等の特性が変化しないようにするためには、ペアー
性の必要な素子同志をとなりあわせ同一方向としなけれ
ばならない。しかし、前記したように、ダイアフラム上
にそうしたペアー性の必要な素子を配置できないため
（極端に応力が加わるから）周辺部に配置しなければな
らない。このとき、周辺部はリング状になり、レイアウ
トに制限を受け十分ペアー性をとることが困難である。
従って本質的に応力が発生しない本発明の構成にすれ
ば、レイアウトにきびしい制限をつけなくてすむ。
圧の変化を調べた実験例を第３図に示す。（ａ）は台の
材料が、ほう硅酸ガラスのときで、（ｂ）が本発明の例
である。本発明の方式によれば、接着前後でほとんどオ
フセット電圧に変化のないことがわかる。理由は次のよ
うに考えられる。第２図に示したように、増幅回路等は
ダイアフラム部上に配置されないようにしてある。これ
は、ダイアフラムのひずみで増幅回路等の特性が影響を
受けないようにしたためである。このため、ペアー性を
とらなければならない抵抗，トランジスタ等をすべて近
傍にかつ同一方向に配置することが困難なため、接着に
よって受ける応力が（ａ）では異なったためである。一
方法発明例の（ｂ）では台座の材料がチップと同一のSi
であるため、接着によって熱応力がほとんど発生しな
い。そこで、オフセット電圧が接着前後で変化しないの
である。このように、抵抗やトランジスタは受ける応力
に影響するため、たとえ応力が加わったとしても、増幅
回路等の特性が変化しないようにするためには、ペアー
性の必要な素子同志をとなりあわせ同一方向としなけれ
ばならない。しかし、前記したように、ダイアフラム上
にそうしたペアー性の必要な素子を配置できないため
（極端に応力が加わるから）周辺部に配置しなければな
らない。このとき、周辺部はリング状になり、レイアウ
トに制限を受け十分ペアー性をとることが困難である。
従って本質的に応力が発生しない本発明の構成にすれ
ば、レイアウトにきびしい制限をつけなくてすむ。
一方、チップ形状を第１図に示した平面形状にすると、
先述したように、ほう硅酸ガラス厚さばらつき，台表
面，チップ裏面の面あらさの影響のため、チップ固定部
表面に、局所的に異なる応力が発生し、増幅回路等の特
性は接着により大きく変動する。
先述したように、ほう硅酸ガラス厚さばらつき，台表
面，チップ裏面の面あらさの影響のため、チップ固定部
表面に、局所的に異なる応力が発生し、増幅回路等の特
性は接着により大きく変動する。
また、ダイアフラムは普通100μｍ以上であるため、現
在のようにICプロセスに使うウエハが大口径化すると20
0μｍ以下のウエハは事実上プロセスを通らず、ハンド
リングですぐ割れてしまう。従って200μｍ以上の厚い
ウエハを使う必要がある。とすれば、本発明のようにダ
イアフラムとして必要なところのみ薄く加工する方が加
工面積が少なく有効である。
在のようにICプロセスに使うウエハが大口径化すると20
0μｍ以下のウエハは事実上プロセスを通らず、ハンド
リングですぐ割れてしまう。従って200μｍ以上の厚い
ウエハを使う必要がある。とすれば、本発明のようにダ
イアフラムとして必要なところのみ薄く加工する方が加
工面積が少なく有効である。
第４図に、本発明の圧力センサの製法を説明する。
（ａ）において、８はSi台座、９は薄膜ほう硅酸ガラス
である。13は圧力導入口。ほう硅酸ガラスの形成法には
いくつかあるが、普通はスパッタ法で形成する。（ｂ）
はダイアフラム11が形成され、チップ７の表面に信号処
理回路を集積されたウエハと、台８を静電接着する方法
を示す。周囲を適当な温度（例えば400℃）にしウエハ
側に正，台側に負電圧16を印加し接着する。電極の位置
としては、ウエハ側に正，ほう硅酸ガラス側に負となる
ようにすればこの方法に限らない。また、ほう硅酸ガラ
スをあらかじめチップ側に形成し、そのガラスと台８を
静電接着してもよい。
（ａ）において、８はSi台座、９は薄膜ほう硅酸ガラス
である。13は圧力導入口。ほう硅酸ガラスの形成法には
いくつかあるが、普通はスパッタ法で形成する。（ｂ）
はダイアフラム11が形成され、チップ７の表面に信号処
理回路を集積されたウエハと、台８を静電接着する方法
を示す。周囲を適当な温度（例えば400℃）にしウエハ
側に正，台側に負電圧16を印加し接着する。電極の位置
としては、ウエハ側に正，ほう硅酸ガラス側に負となる
ようにすればこの方法に限らない。また、ほう硅酸ガラ
スをあらかじめチップ側に形成し、そのガラスと台８を
静電接着してもよい。
また、ダイアフラム下空間が気密状態とする必要のある
ときは穴13をなくすればよい。
ときは穴13をなくすればよい。
以上の説明は、薄膜ガラスをほう硅酸ガラスとしたが、
これに限らずSiと静電接着できる材料であればよい。な
ぜならば、たとえ線膨腸係数が大きくとも、例えば４μ
程度の薄膜のため、その応力がチップに影響することは
ない。ほとんどすべて、薄膜層に応力が集中するからで
ある。接着部のシリコンウエハの厚さが厚く剛性が大き
いから、薄膜層の応力がチップ表面にはほとんど伝わら
ない。
これに限らずSiと静電接着できる材料であればよい。な
ぜならば、たとえ線膨腸係数が大きくとも、例えば４μ
程度の薄膜のため、その応力がチップに影響することは
ない。ほとんどすべて、薄膜層に応力が集中するからで
ある。接着部のシリコンウエハの厚さが厚く剛性が大き
いから、薄膜層の応力がチップ表面にはほとんど伝わら
ない。
尚、薄膜とは、薄膜内の静電接着による応力が、チップ
表面にほとんど影響を受けない厚さをいう。
表面にほとんど影響を受けない厚さをいう。
本発明によれば、圧力センサチップを台座に接着すると
き、ほとんど特性変化がない圧力センサを得ることがで
きる。
き、ほとんど特性変化がない圧力センサを得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】 第１図は従来の圧力センサの断面図、第２図は本発明に
なる集積化圧力センサの一部断面した斜視図、第３図は
オフセット電圧の変化の度合を示す図、第４図は本発明
の集積化圧力センサの製造方法を説明する図である。 ７……シリコンチップ、８……台、９……薄膜、10a〜1
0d……ゲージ抵抗、11……ダイアフラム、12……信号処
理回路。
なる集積化圧力センサの一部断面した斜視図、第３図は
オフセット電圧の変化の度合を示す図、第４図は本発明
の集積化圧力センサの製造方法を説明する図である。 ７……シリコンチップ、８……台、９……薄膜、10a〜1
0d……ゲージ抵抗、11……ダイアフラム、12……信号処
理回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神沢 良策 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 良一 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (72)発明者 佐藤 英雄 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内 (56)参考文献 特開 昭53−22385（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】薄肉部及び厚肉部を有するシリコンチップ
と、前記厚肉部を接着固定する台と、前記薄肉部の表面
に形成され、圧力によって生ずる前記薄肉部の変形を検
出するためのゲージ抵抗と、前記ゲージ抵抗の抵抗変化
によって生ずる信号を処理する信号処理回路とを備えた
集積化圧力センサにおいて、前記信号処理回路を前記厚
肉部表面に形成し、前記台を前記シリコンチップと同じ
材質で形成し、かつ前記厚肉部裏面と前記台とをガラス
薄膜を介して静電接着することを特徴とする集積化圧力
センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58097477A JPH073380B2 (ja) | 1983-05-31 | 1983-05-31 | 集積化圧力センサ |
| KR840002921A KR850000148A (ja) | 1983-05-31 | 1984-05-28 | |
| EP84106127A EP0127176A3 (en) | 1983-05-31 | 1984-05-29 | Integrated pressure sensor |
| US06/615,524 US4550612A (en) | 1983-05-31 | 1984-05-31 | Integrated pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58097477A JPH073380B2 (ja) | 1983-05-31 | 1983-05-31 | 集積化圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59220975A JPS59220975A (ja) | 1984-12-12 |
| JPH073380B2 true JPH073380B2 (ja) | 1995-01-18 |
Family
ID=14193370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58097477A Expired - Lifetime JPH073380B2 (ja) | 1983-05-31 | 1983-05-31 | 集積化圧力センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4550612A (ja) |
| EP (1) | EP0127176A3 (ja) |
| JP (1) | JPH073380B2 (ja) |
| KR (1) | KR850000148A (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3772514D1 (de) * | 1986-10-28 | 1991-10-02 | Sumitomo Electric Industries | Messverfahren fuer einen halbleiter-druckmessfuehler. |
| US5058435A (en) * | 1989-06-22 | 1991-10-22 | Ic Sensors, Inc. | Single diaphragm transducer with multiple sensing elements |
| US5184515A (en) * | 1989-06-22 | 1993-02-09 | Ic Sensors, Inc. | Single diaphragm transducer with multiple sensing elements |
| JP2508406B2 (ja) * | 1990-11-21 | 1996-06-19 | 三菱電機株式会社 | 半導体圧力センサ |
| JPH04357881A (ja) * | 1991-06-04 | 1992-12-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体圧力センサウエハ及びその製造方法 |
| JPH05203522A (ja) * | 1992-01-23 | 1993-08-10 | Mitsubishi Electric Corp | モールドパッケージ半導体圧力センサおよびその製造方法 |
| US6113216A (en) | 1996-08-09 | 2000-09-05 | Hewlett-Packard Company | Wide array thermal ink-jet print head |
| DE10036284A1 (de) * | 2000-07-26 | 2002-02-07 | Bosch Gmbh Robert | Herstellungsverfahren für ein Sensorbauelement, insbesondere Dünnschicht-Hochdrucksensor und Sensorbauelement |
| DE10211559B4 (de) * | 2001-03-15 | 2004-07-01 | Benq Corp. | Piezo-resistive thermische Erfassungsvorrichtung |
| RU2247342C1 (ru) * | 2003-08-11 | 2005-02-27 | Криворотов Николай Павлович | Мультипликативный микроэлектронный датчик давления (варианты) |
| RU2009147327A (ru) * | 2009-12-22 | 2011-06-27 | Борис Иванович Пивоненков (RU) | Способ измерений физических величин пьезорезистивными преобразователями и преобразователь |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4121334A (en) * | 1974-12-17 | 1978-10-24 | P. R. Mallory & Co. Inc. | Application of field-assisted bonding to the mass production of silicon type pressure transducers |
| JPS5322385A (en) * | 1976-08-13 | 1978-03-01 | Hitachi Ltd | Diffusion type semiconductor pr essure receiving element |
-
1983
- 1983-05-31 JP JP58097477A patent/JPH073380B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1984
- 1984-05-28 KR KR840002921A patent/KR850000148A/ko active Granted
- 1984-05-29 EP EP84106127A patent/EP0127176A3/en not_active Withdrawn
- 1984-05-31 US US06/615,524 patent/US4550612A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0127176A3 (en) | 1986-02-19 |
| US4550612A (en) | 1985-11-05 |
| KR850000148A (ja) | 1985-02-25 |
| EP0127176A2 (en) | 1984-12-05 |
| JPS59220975A (ja) | 1984-12-12 |
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