JPH09113390A - Semiconductor pressure measuring device and fabrication thereof - Google Patents
Semiconductor pressure measuring device and fabrication thereofInfo
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- JPH09113390A JPH09113390A JP26839495A JP26839495A JPH09113390A JP H09113390 A JPH09113390 A JP H09113390A JP 26839495 A JP26839495 A JP 26839495A JP 26839495 A JP26839495 A JP 26839495A JP H09113390 A JPH09113390 A JP H09113390A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶シリコンで
構成された精度、感度、過大圧特性が良好な半導体圧力
測定装置及びその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure measuring device composed of single crystal silicon and having good accuracy, sensitivity and overpressure characteristics, and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図５は従来例の要部構成説明図で、例え
ば、学会紙「Transducer's 89 」において発表された、
「Single-crystal Silicon Pressure Sensors with 500
× Overpressure Protection」Lee Christel et al. No
va Sensor U.S.A. Sensors and Actuators, (1990) pp.
84-88に示されている。2. Description of the Related Art FIG. 5 is an explanatory view of a main part of a conventional example. For example, it was announced in an academic paper "Transducer's 89".
`` Single-crystal Silicon Pressure Sensors with 500
× Overpressure Protection '' Lee Christel et al. No
va Sensor USA Sensors and Actuators, (1990) pp.
84-88.
【０００３】図５において、１１は第１シリコン基板、
１２は第１シリコン基板１１と空隙室１３を構成するシ
リコン単結晶よりなるダイアフラムである。１４は、ダ
イアフラム１２の表面に形成されたピエゾ抵抗ストレン
ゲージである。In FIG. 5, 11 is a first silicon substrate,
Reference numeral 12 is a diaphragm made of a silicon single crystal that forms the first silicon substrate 11 and the cavity 13. Reference numeral 14 is a piezoresistive strain gauge formed on the surface of the diaphragm 12.
【０００４】この様な半導体圧力測定装置では、空隙室
１３は、第１シリコン基板１１の対応する部分を、エッ
チングなどにより段差を形成し、第２シリコン基板１５
を接合し、その後所定の厚さまで研磨する。その後ダイ
アフラム１２の表面にピエゾ抵抗ストレンゲージ１４を
半導体プロセスにより作り込む。In such a semiconductor pressure measuring device, in the void chamber 13, a step is formed in the corresponding portion of the first silicon substrate 11 by etching or the like, and the second silicon substrate 15 is formed.
Are bonded and then polished to a predetermined thickness. After that, the piezoresistive strain gauge 14 is formed on the surface of the diaphragm 12 by a semiconductor process.
【０００５】ここで、第１シリコン基板１１と第２シリ
コン基板１５の接合を真空中で行えば、空隙室１３は真
空となり絶対圧センサとなる。また、図６のごとく、空
隙室２３に到達する導圧孔２６をエッチング等により形
成し、空隙室２３にも圧力を導入できるように構成すれ
ば、ゲージ圧や差圧の測定が可能となる。If the first silicon substrate 11 and the second silicon substrate 15 are bonded in a vacuum, the void chamber 13 becomes a vacuum and serves as an absolute pressure sensor. Further, as shown in FIG. 6, when the pressure guiding hole 26 reaching the void chamber 23 is formed by etching or the like so that the pressure can be introduced also into the void chamber 23, the gauge pressure and the differential pressure can be measured. .
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な半導体圧力測定装置においては、 （１）２枚のシリコン基板１１，１５を真空中で接合し
た場合、大気圧中ではダイアフラム１２はたわみ、大き
な歪みが発生する。接合のための熱処理や、ピエゾ抵抗
ストレンゲージ１４を形成するための熱処理により、ダ
イアフラム１２が塑性変形し、ピエゾ抵抗ストレンゲー
ジ１４の出力のオフセットなど特性ばらつきの原因とな
る。また低圧用のダイアフラム１２の場合は、大気中で
は空隙室１３の対向面に接触し、接合の熱処理時に同時
に接合されてしまう。However, in such a semiconductor pressure measuring device, (1) when two silicon substrates 11 and 15 are bonded in a vacuum, the diaphragm 12 bends and becomes large in atmospheric pressure. Distortion occurs. Due to the heat treatment for joining and the heat treatment for forming the piezoresistive strain gauge 14, the diaphragm 12 is plastically deformed, which causes characteristic variations such as an output offset of the piezoresistive strain gauge 14. Further, in the case of the low-pressure diaphragm 12, it contacts the facing surface of the void chamber 13 in the atmosphere and is bonded at the same time during the heat treatment for bonding.
【０００７】一方、２枚のシリコン基板１１，１５を大
気圧中で接合した場合には、熱処理の際に空隙室１３内
の気体が膨張し、ダイアフラム１２はたわみ、大きな歪
みが発生し、ダイアフラム１２が塑性変形し、特性のば
らつきとなる。特に、低圧用のダイアフラム１２の場合
は、熱処理の際に空隙室１３内の気体の膨張によりダイ
アフラム１２は破壊する。On the other hand, when the two silicon substrates 11 and 15 are bonded at atmospheric pressure, the gas in the void chamber 13 expands during the heat treatment, the diaphragm 12 bends and a large strain occurs, and the diaphragm is deformed. 12 is plastically deformed, resulting in variations in characteristics. Particularly, in the case of the low-pressure diaphragm 12, the diaphragm 12 is destroyed by the expansion of the gas in the void chamber 13 during the heat treatment.
【０００８】以上のような状況を避けるため、図６のよ
うに、空隙室２３に到達する導圧孔２６を、シリコン基
板１１，１５の接合の前に、開けておくことも考えられ
るが、ピエゾ抵抗ストレンゲージ２４を形成するための
熱処理の前の洗浄や、フォトリソグラフィ時の現像や水
洗などで、空隙室２３内に薬液や水などが入り、除去が
困難となる。In order to avoid the above situation, it is conceivable to open the pressure guiding hole 26 reaching the void chamber 23 before joining the silicon substrates 11 and 15 as shown in FIG. During cleaning before the heat treatment for forming the piezoresistive strain gauge 24, development during photolithography, washing with water, etc., chemical liquid, water, etc. enter the void chamber 23, making removal difficult.
【０００９】（２）図７の如き、ゲージ圧センサや差圧
センサとしての用途では、導圧孔３６より、空隙室３３
内にも圧力が印加されるので、、接合面に引剥し力が発
生する。接合部エッジ３７の接合強度は不安定であるた
め、耐圧低下やヒステリシスの原因となる可能性があ
る。(2) In the application as a gauge pressure sensor or a differential pressure sensor as shown in FIG.
Since pressure is also applied inside, a peeling force is generated on the joint surface. Since the joint strength of the joint edge 37 is unstable, it may cause a decrease in breakdown voltage or hysteresis.
【００１０】本発明は、これらの問題点を解決するもの
である。本発明の目的は、精度、感度、過大圧特性が良
好な半導体圧力測定装置に関するもので、作製プロセス
が安定で特性のばらつきが少なく、低圧レンジも作製可
能な半導体圧力測定装置を提供するにある。The present invention solves these problems. An object of the present invention is to provide a semiconductor pressure measuring device having good accuracy, sensitivity, and overpressure characteristics, and to provide a semiconductor pressure measuring device which has a stable manufacturing process and little characteristic variation and can manufacture a low pressure range. .
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、 （１）ダイアフラムの一面側に空隙室が設けられ該ダイ
アフラムの他面側に測定圧が印加される半導体圧力測定
装置において、第１単結晶シリコン基板と、該第１単結
晶シリコン基板の一面に半導体導体プロセスにより形成
されたポリシリコン層と、該ポリシリコン層に設けられ
た空隙室と、前記ポリシリコン層の他面に一面が接して
設けられ該ポリシリコン層の前記空隙室が設けられてい
る部分とダイアフラムを形成する第２単結晶シリコン基
板と、該第２単結晶シリコン基板の他面側に設けられた
歪検出素子と、前記第１単結晶シリコン基板の他面ある
いは前記第２単結晶シリコン基板の他面から前記空隙室
に連通され該空隙室と外部とを連通する導圧孔とを具備
したことを特徴とする半導体圧力測定装置。 （２）ダイアフラムの一面側に空隙室が設けられ該ダイ
アフラムの他面側に測定圧が印加される半導体圧力測定
装置の製造方法において、以下の工程を有する事を特徴
とする半導体圧力測定装置の製造方法。 （ａ）フォトリソグラフィにより第１単結晶シリコン基
板の一面の酸化シリコン薄膜の所要箇所を残して除去す
る工程。 （ｂ）前記第１単結晶シリコン基板の一面に一面が接す
るポリシリコン層を半導体プロセスにより形成する工
程。 （ｃ）該ポリシリコン層の表面を平坦化し且つ所定厚さ
に研磨する工程。 （ｄ）前記ポリシリコン層の他面に第２結晶シリコン基
板の一面を接合する工程。 （ｅ）所定のダイアフラムの厚さを形成する様に第２結
晶シリコン基板の他面を研磨する工程。 （ｆ）該第２結晶シリコン基板の他面側に歪検出素子を
形成する工程。 （ｇ）前記第１単結晶シリコン基板の他面あるいは前記
第２単結晶シリコン基板の他面から前記酸化シリコン薄
膜に達する導圧孔を形成する工程。 （ｈ）該導圧孔より選択エッチングにより前記酸化シリ
コン薄膜を除去する工程。To achieve this object, the present invention provides: (1) Semiconductor pressure measurement in which a void chamber is provided on one side of the diaphragm and a measurement pressure is applied to the other side of the diaphragm. In the device, a first single crystal silicon substrate, a polysilicon layer formed on one surface of the first single crystal silicon substrate by a semiconductor conductor process, a void chamber provided in the polysilicon layer, and the polysilicon layer A second single crystal silicon substrate which is provided in contact with the other surface and forms a diaphragm with a portion of the polysilicon layer in which the void chamber is provided, and is provided on the other surface side of the second single crystal silicon substrate. And a pressure guiding hole that communicates with the void chamber from the other surface of the first single crystal silicon substrate or the other surface of the second single crystal silicon substrate and that communicates between the void chamber and the outside. A semiconductor pressure measuring device characterized in that (2) A method of manufacturing a semiconductor pressure measuring device, wherein a void chamber is provided on one side of a diaphragm and a measuring pressure is applied to the other side of the diaphragm, and the method has the following steps. Production method. (A) A step of removing the silicon oxide thin film on one surface of the first single crystal silicon substrate by photolithography, leaving a required portion. (B) A step of forming a polysilicon layer, one surface of which is in contact with one surface of the first single crystal silicon substrate, by a semiconductor process. (C) A step of flattening the surface of the polysilicon layer and polishing it to a predetermined thickness. (D) A step of joining one surface of the second crystalline silicon substrate to the other surface of the polysilicon layer. (E) A step of polishing the other surface of the second crystalline silicon substrate so as to form a predetermined diaphragm thickness. (F) A step of forming a strain detecting element on the other surface side of the second crystalline silicon substrate. (G) A step of forming pressure guiding holes reaching the silicon oxide thin film from the other surface of the first single crystal silicon substrate or the other surface of the second single crystal silicon substrate. (H) A step of removing the silicon oxide thin film from the pressure guiding hole by selective etching.
【００１２】[0012]
【作用】以上の構成において、高圧側測定圧力が第２単
結晶シリコン基板に印加され、低圧側測定圧力が空隙室
に印加される。この結果、高圧側と低圧側との圧力差に
応じてダイアフラムが歪み、この歪量が歪検出素子によ
って電気的に検出され、圧力の測定が行われる。In the above structure, the high pressure side measurement pressure is applied to the second single crystal silicon substrate, and the low pressure side measurement pressure is applied to the void chamber. As a result, the diaphragm is distorted in accordance with the pressure difference between the high-pressure side and the low-pressure side, and the strain amount is electrically detected by the strain detecting element, and the pressure is measured.
【００１３】この様な装置は、以下の如くして製作され
る。フォトリソグラフィにより、第１単結晶シリコン基
板の一面の、酸化シリコン薄膜の所要箇所を残して除去
する。Such a device is manufactured as follows. By photolithography, the silicon oxide thin film is removed from the one surface of the first single crystal silicon substrate, leaving a required portion.
【００１４】第１単結晶シリコン基板の一面に、一面が
接するポリシリコン層を、半導体プロセスにより形成す
る。ポリシリコン層の表面を平坦化し、且つ、所定厚さ
に研磨する。ポリシリコン層の他面に、第２結晶シリコ
ン基板の一面を接合する。A polysilicon layer, one surface of which is in contact with one surface of the first single crystal silicon substrate, is formed by a semiconductor process. The surface of the polysilicon layer is flattened and polished to a predetermined thickness. One surface of the second crystalline silicon substrate is bonded to the other surface of the polysilicon layer.
【００１５】所定のダイアフラムの厚さを形成する様
に、第２結晶シリコン基板の他面を研磨する。第２結晶
シリコン基板の他面側に、歪検出素子を形成する。The other surface of the second crystalline silicon substrate is polished so as to form a predetermined diaphragm thickness. A strain detecting element is formed on the other surface side of the second crystalline silicon substrate.
【００１６】第１単結晶シリコン基板の他面あるいは第
２単結晶シリコン基板の他面から酸化シリコン薄膜に達
する導圧孔を形成する。導圧孔より、選択エッチングに
より、酸化シリコン薄膜を除去する。以下、実施例に基
づき詳細に説明する。A pressure guiding hole reaching the silicon oxide thin film is formed from the other surface of the first single crystal silicon substrate or the other surface of the second single crystal silicon substrate. The silicon oxide thin film is removed from the pressure guiding hole by selective etching. Hereinafter, detailed description will be given based on examples.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の要部構
成説明図、図２は図１の製作工程説明図である。図にお
いて、４１は、第１単結晶シリコン基板である。４２
は、第１単結晶シリコン基板４１の一面に、半導体導体
プロセスにより形成されたポリシリコン層である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an explanatory view of the essential structure of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view of the manufacturing process of FIG. In the figure, 41 is a first single crystal silicon substrate. 42
Is a polysilicon layer formed on one surface of the first single crystal silicon substrate 41 by a semiconductor conductor process.
【００１８】４３は、ポリシリコン層４２に設けられた
空隙室である。４４は、ポリシリコン層４２の他面に、
一面が接して設けられ、ポリシリコン層４２の空隙室４
３が設けられている部分と、ダイアフラム４５を形成す
る第２単結晶シリコン基板である。Reference numeral 43 is a void chamber provided in the polysilicon layer 42. 44 is on the other surface of the polysilicon layer 42,
The void chamber 4 of the polysilicon layer 42 is provided in contact with one surface
2 is a second single crystal silicon substrate that forms the diaphragm 45 and a portion where 3 is provided.
【００１９】４６は、第２単結晶シリコン基板４４の他
面側に設けられた歪検出素子である。この場合は、ピエ
ゾ抵抗ストレンゲージや両端固定梁の振動式ストレンゲ
ージなどが使用されている。Reference numeral 46 is a strain detecting element provided on the other surface side of the second single crystal silicon substrate 44. In this case, a piezoresistive strain gauge or a vibrating strain gauge with fixed beams at both ends is used.
【００２０】４７は、第１単結晶シリコン基板の他面か
ら空隙室に連通され、空隙室と外部とを連通する導圧孔
である。Reference numeral 47 is a pressure guide hole which is communicated with the void chamber from the other surface of the first single crystal silicon substrate and which communicates the void chamber with the outside.
【００２１】この様な装置は、図２に示す如く、以下の
如くして製作される。 （１）図２（ａ）に示す如く、フォトリソグラフィによ
り、第１単結晶シリコン基板１０１の一面の、酸化シリ
コン薄膜１０２の所要箇所を残して除去する。As shown in FIG. 2, such a device is manufactured as follows. (1) As shown in FIG. 2A, the silicon oxide thin film 102 is removed by photolithography on one surface of the first single crystal silicon substrate 101, leaving a required portion.
【００２２】（２）図２（ｂ）に示す如く、第１単結晶
シリコン基板１０１の一面に、一面が接するポリシリコ
ン層１０３を、半導体プロセスにより形成する。 （３）図２（ｃ）に示す如く、ポリシリコン層１０３の
表面を平坦化し、且つ、所定厚さｔに研磨する。(2) As shown in FIG. 2B, a polysilicon layer 103 having one surface in contact with one surface of the first single crystal silicon substrate 101 is formed by a semiconductor process. (3) As shown in FIG. 2C, the surface of the polysilicon layer 103 is flattened and polished to a predetermined thickness t.
【００２３】（４）図２（ｄ）に示す如く、ポリシリコ
ン層１０３の他面に、第２結晶シリコン基板１０４の一
面を接合する。 （５）図２（ｅ）に示す如く、所定のダイアフラムの厚
さｕを形成する様に、第２結晶シリコン基板１０４の他
面を研磨する。(4) As shown in FIG. 2D, one surface of the second crystalline silicon substrate 104 is bonded to the other surface of the polysilicon layer 103. (5) As shown in FIG. 2E, the other surface of the second crystalline silicon substrate 104 is polished so as to form a predetermined diaphragm thickness u.
【００２４】（６）図２（ｆ）に示す如く、第２結晶シ
リコン基板１０４の他面側に、歪検出素子１０５を形成
する。 （７）図２（ｇ）に示す如く、第１単結晶シリコン基板
１０１の他面から、酸化シリコン薄膜１０２に達する導
圧孔を形成する。(6) As shown in FIG. 2F, the strain detecting element 105 is formed on the other surface side of the second crystalline silicon substrate 104. (7) As shown in FIG. 2G, pressure guiding holes reaching the silicon oxide thin film 102 are formed from the other surface of the first single crystal silicon substrate 101.
【００２５】（８）図２（ｈ）に示す如く、導圧孔１０
６より、選択エッチングにより、酸化シリコン薄膜１０
２を除去する。(8) As shown in FIG. 2 (h), the pressure guiding hole 10
6, the silicon oxide thin film 10 is formed by selective etching.
Remove 2.
【００２６】この結果、 （１）ゲージ圧や差圧の測定装置として使用する場合に
は、空隙室４３の内部が正圧になることもあり、図６に
示す従来例の構造では、図７に示す如く、第１単結晶シ
リコン基板４１と第２単結晶シリコン基板４４との接合
面に、引剥し力が発生していた。As a result, (1) When used as a gauge pressure or differential pressure measuring device, the inside of the void chamber 43 may become a positive pressure, and in the structure of the conventional example shown in FIG. As shown in, the peeling force was generated at the bonding surface between the first single crystal silicon substrate 41 and the second single crystal silicon substrate 44.
【００２７】本発明装置においては、図１に示す如く、
第１単結晶シリコン基板４１とポリシリコン層４２との
間に引剥し力が発生するが、ポリシリコン層４２は、第
１単結晶シリコン基板４１の一面に、半導体プロセスに
より形成されたものであり、第１単結晶シリコン基板４
１とポリシリコン層４２との接合力は比較的強い。従っ
て、耐圧やヒステリシス特性が向上された半導体圧力測
定装置が得られる。In the device of the present invention, as shown in FIG.
Although a peeling force is generated between the first single crystal silicon substrate 41 and the polysilicon layer 42, the polysilicon layer 42 is formed on one surface of the first single crystal silicon substrate 41 by a semiconductor process. , The first single crystal silicon substrate 4
The bonding force between 1 and the polysilicon layer 42 is relatively strong. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor pressure measuring device having improved breakdown voltage and hysteresis characteristics.
【００２８】（２）シリコン直接接合技術を用いて作製
した半導体圧力測定装置において、空隙室４３の形成
を、ポリシリコン層４２と第２単結晶シリコン基板４４
との接合熱処理や、圧力検出センサ４６作製のための熱
処理などの高温プロセスの終了後に行うことができるよ
うにしたので、ダイアフラム４５の変形等が無いため、
低圧レンジのセンサが実現でき、また特性のばらつきの
小さな半導体圧力測定装置が得られる。(2) In the semiconductor pressure measuring device manufactured by using the silicon direct bonding technique, the void chamber 43 is formed by forming the polysilicon layer 42 and the second single crystal silicon substrate 44.
Since it can be performed after the high temperature process such as the heat treatment for joining with and the heat treatment for producing the pressure detection sensor 46, there is no deformation of the diaphragm 45.
A low-pressure range sensor can be realized, and a semiconductor pressure measuring device with a small variation in characteristics can be obtained.
【００２９】図３は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例において、５１は、第２単結晶シリ
コン基板４４の他面から、空隙室４３に連通され、空隙
室４３と外部とを連通する導圧孔である。５２は、導圧
孔５１を塞ぐ薄膜である。空隙室４３に所定圧力を封入
する場合に採用される。FIG. 3 is an explanatory view of the essential structure of another embodiment of the present invention. In the present embodiment, 51 is a pressure guide hole that communicates with the void chamber 43 from the other surface of the second single crystal silicon substrate 44 and that communicates the void chamber 43 with the outside. Reference numeral 52 is a thin film that closes the pressure guiding hole 51. This is adopted when a predetermined pressure is sealed in the void chamber 43.
【００３０】図３に示す装置は、図４に示す如く、以下
の如くして製作される。 （１）図４（ａ）に示す如く、フォトリソグラフィによ
り、ＳＯＩウエハ２０１のＳＯＩシリコン層２０１１
と、シリコン酸化膜２０２の所要個所を残して除去す
る。このＳＯＩウエハ２０１本体が、図３の第１単結晶
シリコン基板４１に相当する。As shown in FIG. 4, the device shown in FIG. 3 is manufactured as follows. (1) As shown in FIG. 4A, the SOI silicon layer 2011 of the SOI wafer 201 is formed by photolithography.
Then, the silicon oxide film 202 is removed leaving a required portion. This SOI wafer 201 body corresponds to the first single crystal silicon substrate 41 of FIG.
【００３１】（２）図４（ｂ）に示す如く、第１単結晶
シリコン基板２０１の一面に、一面が接するポリシリコ
ン層２０３を、半導体プロセスにより形成する。 （３）図４（ｃ）に示す如く、ポリシリコン層２０３の
表面を平坦化し、且つ、所定厚さｔに研磨する。(2) As shown in FIG. 4B, a polysilicon layer 203 whose one surface is in contact with one surface of the first single crystal silicon substrate 201 is formed by a semiconductor process. (3) As shown in FIG. 4C, the surface of the polysilicon layer 203 is flattened and polished to a predetermined thickness t.
【００３２】（４）図４（ｄ）に示す如く、ポリシリコ
ン層２０３の他面に、第２結晶シリコン基板２０４の一
面を接合する。 （５）図４（ｅ）に示す如く、所定のダイアフラムの厚
さｕを形成する様に、第２結晶シリコン基板２０４の他
面を研磨する。(4) As shown in FIG. 4D, one surface of the second crystalline silicon substrate 204 is bonded to the other surface of the polysilicon layer 203. (5) As shown in FIG. 4E, the other surface of the second crystalline silicon substrate 204 is polished so as to form a predetermined diaphragm thickness u.
【００３３】（６）図４（ｆ）に示す如く、第２結晶シ
リコン基板２０４の他面側に、歪検出素子２０５を形成
する。 （７）図４（ｇ）に示す如く、第２単結晶シリコン基板
２０４の他面から、酸化シリコン薄膜２０２に達する導
圧孔２０６を形成する。(6) As shown in FIG. 4F, the strain detecting element 205 is formed on the other surface side of the second crystalline silicon substrate 204. (7) As shown in FIG. 4G, pressure guiding holes 206 reaching the silicon oxide thin film 202 are formed from the other surface of the second single crystal silicon substrate 204.
【００３４】（８）図４（ｈ）に示す如く、導圧孔２０
６より、選択エッチングにより、酸化シリコン薄膜２０
２を除去する。 （９）なお、図４（ｉ）に示す如く、導圧孔２０６を塞
ぐ薄膜２０７を形成すれば、空隙室４３が真空であれば
絶対圧計として、空隙室４３が大気圧であればゲージ圧
計として使用することができる。(8) As shown in FIG. 4 (h), the pressure guiding hole 20
6, a silicon oxide thin film 20 is formed by selective etching.
Remove 2. (9) As shown in FIG. 4 (i), if a thin film 207 that closes the pressure guiding hole 206 is formed, an absolute pressure gauge is used when the void chamber 43 is vacuum, and a gauge pressure gauge is used when the void chamber 43 is atmospheric pressure. Can be used as
【００３５】なお、前述の実施例においては、ダイアフ
ラム４５の歪検出センサとして、ピエゾ抵抗素子を例に
取り説明したが、これに限ることはなく、例えば、容量
検出素子，振動検出素子でも良い。要するに、歪が検出
出来る素子であればよい。In the above-described embodiment, the piezoresistive element has been described as an example of the strain detecting sensor for the diaphragm 45, but the present invention is not limited to this, and a capacitance detecting element or a vibration detecting element may be used. In short, any element that can detect strain may be used.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、請求項
１によれば、ゲージ圧や差圧の測定装置として使用する
場合には、空隙室の内部が正圧になることもある。この
場合、第１単結晶シリコン基板とポリシリコン層との間
に引剥し力が発生するが、ポリシリコン層は、第１単結
晶シリコン基板の一面に、半導体プロセスにより形成さ
れたものであり、第１単結晶シリコン基板とポリシリコ
ン層との接合力は強い。従って、耐圧やヒステリシス特
性が向上された半導体圧力測定装置が得られる。As described above, according to the present invention, when used as a gauge pressure or differential pressure measuring device, the inside of the void chamber may become a positive pressure. In this case, a peeling force is generated between the first single crystal silicon substrate and the polysilicon layer, but the polysilicon layer is formed on one surface of the first single crystal silicon substrate by a semiconductor process, The bonding force between the first single crystal silicon substrate and the polysilicon layer is strong. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor pressure measuring device having improved breakdown voltage and hysteresis characteristics.
【００３７】請求項２によれば、シリコン直接接合技術
を用いて作製した半導体圧力測定装置において、空隙室
の形成を、ポリシリコン層と第２単結晶シリコン基板と
の接合熱処理や、圧力検出センサ作製のための熱処理な
どの高温プロセスの終了後に行うことができるようにし
たので、ダイアフラムの変形等が無いため、低圧レンジ
のセンサが実現でき、また特性のばらつきの小さな半導
体圧力測定装置が得られる。According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor pressure measuring apparatus manufactured by using the silicon direct bonding technique, the void chamber is formed by heat treatment for bonding the polysilicon layer and the second single crystal silicon substrate or by a pressure detection sensor. Since it can be performed after the high temperature process such as heat treatment for fabrication, there is no deformation of the diaphragm, so that a low pressure range sensor can be realized and a semiconductor pressure measuring device with small variation in characteristics can be obtained. .
【００３８】従って、本発明によれば、単結晶シリコン
で構成された精度、感度、過大圧特性が良好な半導体圧
力測定装置を実現することが出来る。Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a semiconductor pressure measuring device which is made of single crystal silicon and has good accuracy, sensitivity and overpressure characteristics.
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a main part configuration of an embodiment of the present invention.
【図２】図１の製作工程説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of the manufacturing process of FIG.
【図３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a main part configuration of another embodiment of the present invention.
【図４】図３の製作工程説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of the manufacturing process of FIG.
【図５】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional example that is generally used in the past.
【図６】従来より一般に使用されている他の従来例の構
成説明図である。FIG. 6 is a configuration explanatory view of another conventional example that is generally used in the past.
【図７】図６の動作説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory diagram of FIG. 6;
４１ 第１単結晶シリコン基板 ４２ ポリシリコン層 ４３ 空隙室 ４４ 第２単結晶シリコン基板 ４５ ダイアフラム ４６ 歪検出センサ ５１ 導圧孔 ５２ 薄膜 １０１ 第１単結晶シリコン基板 １０２ シリコン酸化膜 １０３ ポリシリコン層 １０４ 第２単結晶シリコン基板 １０５ 歪検出センサ １０６ 導圧孔 ２０１ 第１単結晶シリコン基板 ２０１１ ＳＯＩシリコン層 ２０２ シリコン酸化膜 ２０３ ポリシリコン層 ２０４ 第２単結晶シリコン基板 ２０５ 歪検出センサ ２０６ 導圧孔 ２０７ 薄膜 41 first single crystal silicon substrate 42 polysilicon layer 43 void chamber 44 second single crystal silicon substrate 45 diaphragm 46 strain detection sensor 51 pressure guiding hole 52 thin film 101 first single crystal silicon substrate 102 silicon oxide film 103 polysilicon layer 104th 2 Single Crystal Silicon Substrate 105 Strain Detection Sensor 106 Pressure Conducting Hole 201 First Single Crystal Silicon Substrate 2011 SOI Silicon Layer 202 Silicon Oxide Film 203 Polysilicon Layer 204 Second Single Crystal Silicon Substrate 205 Strain Detection Sensor 206 Pressure Conducting Hole 207 Thin Film
Claims (2)
該ダイアフラムの他面側に測定圧が印加される半導体圧
力測定装置において、 第１単結晶シリコン基板と、 該第１単結晶シリコン基板の一面に半導体導体プロセス
により形成されたポリシリコン層と、 該ポリシリコン層に設けられた空隙室と、 前記ポリシリコン層の他面に一面が接して設けられ該ポ
リシリコン層の前記空隙室が設けられている部分とダイ
アフラムを形成する第２単結晶シリコン基板と、 該第２単結晶シリコン基板の他面側に設けられた歪検出
素子と、 前記第１単結晶シリコン基板の他面あるいは前記第２単
結晶シリコン基板の他面から前記空隙室に連通され該空
隙室と外部とを連通する導圧孔とを具備したことを特徴
とする半導体圧力測定装置。1. A semiconductor pressure measuring apparatus in which a void chamber is provided on one side of a diaphragm and a measurement pressure is applied to the other side of the diaphragm, wherein a first single crystal silicon substrate and a first single crystal silicon substrate are provided. A polysilicon layer formed by a semiconductor conductor process on one surface, a cavity provided in the polysilicon layer, and one surface contacting the other surface of the polysilicon layer, the cavity of the polysilicon layer is provided. A second single crystal silicon substrate forming a portion and a diaphragm, a strain sensing element provided on the other surface side of the second single crystal silicon substrate, the other surface of the first single crystal silicon substrate or the first single crystal silicon substrate. 2. A semiconductor pressure measuring device, comprising: a pressure guiding hole that communicates with the void chamber from the other surface of the single crystal silicon substrate and that communicates the void chamber with the outside.
該ダイアフラムの他面側に測定圧が印加される半導体圧
力測定装置の製造方法において、 以下の工程を有する事を特徴とする半導体圧力測定装置
の製造方法。 （ａ）フォトリソグラフィにより第１単結晶シリコン基
板の一面の酸化シリコン薄膜の所要箇所を残して除去す
る工程。 （ｂ）前記第１単結晶シリコン基板の一面に一面が接す
るポリシリコン層を半導体プロセスにより形成する工
程。 （ｃ）該ポリシリコン層の表面を平坦化し且つ所定厚さ
に研磨する工程。 （ｄ）前記ポリシリコン層の他面に第２結晶シリコン基
板の一面を接合する工程。 （ｅ）所定のダイアフラムの厚さを形成する様に第２結
晶シリコン基板の他面を研磨する工程。 （ｆ）該第２結晶シリコン基板の他面側に歪検出素子を
形成する工程。 （ｇ）前記第１単結晶シリコン基板の他面あるいは前記
第２単結晶シリコン基板の他面から前記酸化シリコン薄
膜に達する導圧孔を形成する工程。 （ｈ）該導圧孔より選択エッチングにより前記酸化シリ
コン薄膜を除去する工程。2. A method for manufacturing a semiconductor pressure measuring device, wherein a void chamber is provided on one side of a diaphragm and a measuring pressure is applied to the other side of the diaphragm, the method comprising the steps of: Device manufacturing method. (A) A step of removing the silicon oxide thin film on one surface of the first single crystal silicon substrate by photolithography, leaving a required portion. (B) A step of forming a polysilicon layer, one surface of which is in contact with one surface of the first single crystal silicon substrate, by a semiconductor process. (C) A step of flattening the surface of the polysilicon layer and polishing it to a predetermined thickness. (D) A step of joining one surface of the second crystalline silicon substrate to the other surface of the polysilicon layer. (E) A step of polishing the other surface of the second crystalline silicon substrate so as to form a predetermined diaphragm thickness. (F) A step of forming a strain detecting element on the other surface side of the second crystalline silicon substrate. (G) A step of forming pressure guiding holes reaching the silicon oxide thin film from the other surface of the first single crystal silicon substrate or the other surface of the second single crystal silicon substrate. (H) A step of removing the silicon oxide thin film from the pressure guiding hole by selective etching.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2001194201A (en) * | 2000-01-12 | 2001-07-19 | Denso Corp | Sensor and its manufacturing method |
| JP2003014519A (en) * | 2001-07-03 | 2003-01-15 | Denso Corp | Sensor and its manufacturing method |
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1995
- 1995-10-17 JP JP26839495A patent/JP3196194B2/en not_active Expired - Fee Related
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