專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于測量絕對壓力、片(gauge)壓力或差壓的 壓力傳感器。
背景技術：
現在，以下這樣的壓力傳感器已被廣泛地使用，該壓力傳感器，例 如通過在半導體芯片上的一部分中形成膜片，將壓電電阻元件在該膜片 上配置成橋狀，將膜片隨被測量介質的壓力產生的位移變換為壓電電阻 元件的電阻值的變化，來測量出被測量介質的壓力(例如，參照專利文 獻l)。在具有該專利文獻l所記載的這樣的半導體壓電電阻元件的壓力傳 感器的傳感器芯片中，特別是對于由電阻元件構成橋式電路的傳感器芯 片，其構造上用鋁等金屬進行布線，而且電阻與布線的接觸部位存在電 阻數x2個。但是，在對具有這樣構造的壓力傳感器本身施加了熱量等 的情況下，由于鋁、絕緣膜、半導體電阻彼此間的線膨脹系數的差異而 會產生熱變化，從而在這些構成要素中隨著熱變化產生應力(熱應力)， 這是導致傳感器輸出的零點偏移的主要原因。專利文獻1:日本特開2002 - 277337號公才艮(第2頁、圖2 )另一方面，日本特開平9-126922號公凈艮(以下作為"專利文獻2") 中所記載的壓力傳感器，在厚度300fim的>^141的(110)面上，通過利 用熱擴散擴散硼，形成了壓電電阻元件，并JJt用與壓電電阻元件的形成 方法同樣的方法形成了由擴散電阻構成的電極布線。而且，在硅基板的 (110 )面上用電子束蒸鍍法形成了鋁層，通過光刻工序將該鋁層圖案化為 規定形狀，而形成了電極焊盤。另外，在>^141的(110)面的背面側，通 過用氫氧化鉀進行各向異性蝕刻形成了膜片。更具體地說，才艮據專利文獻2的附圖可知，該文獻所記載的壓力傳感 器，在形成膜片和擴散電阻的單晶基硅板中使用了 (110)面，而且將壓電電阻元件的形成方向配置成與^^i4i的(no)面上的<111>方向大致相同。另外，擴散電阻所形成的布線僅具有朝向硅基長的(110)面上的<100>方 向和<110>方向的結構。而且，具有這樣的結構，僅僅是要解決使布線具 有壓力靈敏度并盡量提高壓力靈敏度的課題。因此，專利文獻2記載的壓 力傳感器，不具有用于解決以下i果題的結構壓力靈凝:度高，并且不受傳 感器上的布線等所產生的微小應力的影響。除此之外，專利文獻2所記載的壓力傳感器，因為未用絕緣膜保護半 導體電阻，所以耐環境性顯著不良，而且漂移等噪聲成分對傳感器的輸出 影響很大，因此不能達到高精度。發明內容本發明的目的在于，提供一種耐環境性優異、壓力靈敏度高且不受 傳感器上的布線等所產生的微小應力的影響的壓力傳感器.本發明的技術方案一涉及的壓力傳感器，在由半導體制成的傳感器 芯片的規定位置形成有膜片，在至少包含上述膜片的傳感器芯片上設置 了差壓或壓力檢測用傳感片(sensor gauge )，上述傳感片，包括共同形成橋式電路的多個傳感片，上述傳感片間 通過半導體電阻連接，且該半導體電阻和傳感片被絕緣膜覆蓋，貫通上述絕緣膜的一部分而形成的電極引出用接觸孔，用于形成與 上述半導體電阻電連接的接觸，上述電極引出用接觸孔的個數在上述傳 感片的數量以下。由于壓力傳感器具有這樣的結構，因此在與接觸孔對應的區域中可以 減少由線膨脹系數分別不同的金屬、絕緣膜和半導體構成的部分的個數， 因此，不易受到傳感器上的布線等所產生的微小應力的影響。另外，由于 用絕緣膜覆蓋半導體電阻和傳感片，因此可以得到耐環境性優異的壓力傳 感器。另外，本發明的技術方案二所涉及的壓力傳感器的特征在于，在技術 方案一所述的壓力傳感器中，上述傳感器芯片由硅構成，該傳感器芯片形 成于(100)面，上述傳感片形成在<110>方向上，上述半導體電阻形成在 <100>方向上。通過由硅構成上述傳感器芯片，且傳感片形成在<110>方向上，該 <110>方向對施加于膜片的壓力所產生的壓力具有靈敏度，半導體電阻形 成在對該壓力不具有靈敏度的<100>方向上，由此可以得到壓力靈敏度高且不易受傳感器上的布線等所產生的微小應力的影響的、耐環境性優異的 壓力傳感器。根據本發明，可以提供一種耐環境性優異、壓力靈敏度高且不受傳感 器上的布線等所產生的微小應力的影響的壓力傳感器。
圖l是表示本發明的第一實施方式所涉及的壓力傳感器的概略結構 的剖視圖。圖2是表示圖1所示的壓力傳感器的俯視圖。圖3是表示圖l所示的壓力傳感器的接觸孔附近區域的剖視圖。圖4是表示本發明的第二實施方式中的壓力傳感器的概略結構的剖 視圖。圖5是表示圖4所示的壓力傳感器的俯視圖。圖6是表示第二實施方式中的本實施例和比較例的評價試驗結果的 輸出特性圖。圖中符號說明1、 2-壓力傳感器；2A-壓力檢測部；2B-靜壓檢測部；10 -傳 感器芯片；11-膜片；12-厚壁部；13-凹部；15-基座；15a -導壓 路徑；210 ( 211 ~ 214)傳感片；220 ( 221 ~ 224 )擴散電阻布線(半導 體電阻)；230-氧化膜(絕緣膜)；240 ( 241 ~ 244)-接觸孔；250 ( 251 ~ 254)-接觸；250a (251a~254a)-嵌入部；250b ( 251b ~ 254b ) -接觸焊盤；310 ( 311 ~ 314)-片電阻；320 ( 321 ~ 324)-擴散電阻布 線；330 -氧化膜；340 ( 341 ~ 344)-接觸孔；350 ( 351 ~ 356 ) -接 觸；360 (361 ~364)-片電阻；370 (371~374)-擴散電阻布線具體實施方式
以下，根據附圖對本發明的第一實施方式所涉及的壓力傳感器l進行說明。本發明的第一實施方式所涉及的壓力傳感器1，如圖1和圖2 所示，具有由晶面方位為(100)面的n型單晶硅構成的正方形的傳感 器芯片10。另外，在本實施方式和接下來的第二實施方式的說明中僅使 用"壓力" 一詞，但是在這些實施方式中當然也包括對膜片的兩面施加 不同的壓力，測量其差壓的情況。傳感器芯片10，由形成在芯片表面的規定位置的正方形的膜片11 和形成傳感器芯片IO的外周部并圍繞膜片11的厚壁部12構成。而且， 在傳感器芯片IO的背面中央，由于膜片11的形成而形成正方形的凹部 13，厚壁部12被陽極接合在底座15上。底座15,由派熱克斯(Pyrex， 注冊商標)玻璃或陶瓷等形成為具有與傳感器芯片10大致相同大小的 棱柱體。另外，在底座15中，形成有用于將被測量介質的壓力導入膜 片11的背側的導壓路徑15a。在圖2所示的俯視圖中，在相對于傳感器芯片10傾斜了大致45。 的狀態下，以膜片ll的對角線與傳感器芯片IO的對角線正交的方式形 成有膜片11 (參照圖2中的虛線所示的膜片11的邊緣部)。而且，在膜 片表面的周緣部附近，在平行于傳感器芯片10的對角線的位置，形成 有發揮壓電區域的作用來檢測壓力的四個壓力檢測用傳感片210(211~ 214)。即，這些傳感片211~214,在傳感器芯片10的(100)面中，形 成在壓電電阻系數最大的<110>方向上。另外，形成橋式電路的多個傳感片210的各個傳感片之間，通過擴 散電阻布線(半導體電阻)220 ( 221 ~ 224)連接，且傳感片210和擴 散電阻布線220，除了后述的一部分接觸孔240 ( 241 ~ 244)以外，都 被圖3所示的氧化膜(絕緣膜)230覆蓋。另外，擴散電阻布線220，如圖2所示，寬度表示得較寬，實際上 電阻值較低，而且，傳感片210，在圖2中寬度表示得較窄，實際上電 阻值較高。由此，擴散電阻布線220和傳感片210共同地形成橋式電路。而且，在由這些傳感片210和擴散電阻布線220的組合形成的橋式 電路的各個擴散電阻布線221 ~ 224的各個規定位置，相對應地形成有6接觸孔240 ( 241 ~ 244 )，該接觸孔240 ( 241 ~ 244 )是貫通氧化膜230 的一部分而形成的，用于形成從擴散電阻布線220引出電極的接觸250 (251~254)。另外，在本實施方式的情況下，該接觸孔240由對橋式 電路提供電力用的兩個接觸孔242、 244,和引出橋式電路的輸出用的兩 個接觸孔241、 243合計4個接觸孔構成，接觸孔240的個數在傳感片 211 ~ 214的數量(4個)以下。如上所述，以與各個接觸孔240對應的方式所形成接觸250 ( 251 ~ 254)是用鋁制成的。而且，接觸250,如圖3所示，按照作為其一部分 的嵌入部250a ( 251a ~ 254a)嵌入到接觸孔中的方式形成，其剩余部分 在氧化膜上形成為接觸焊盤250b ( 251b ~ 254b )。而且，通過該接觸250 使擴散電阻布線220與接觸焊盤250b分別電導通，通過對接觸焊盤250b 施以未圖示的引線鍵合，可以對橋式電路供給電力，或從橋式電路引出 輸出。另外，在圖2所示的壓力傳感器1中，在壓力傳感器芯片的上表面， 配置具有異形方形U字狀的、寬度較寬的四個擴散電阻布線221~224， 各個擴散電阻布線221~224的各自的兩端部分別位于圖中虛線所示的 菱形的膜片ll的上面邊緣部附近。而且，各個擴散電阻布線221~224 的端部與相鄰的各個擴散電阻布線221~224的端部隔著微小的距離。 而且，在該間隔之間在<110>方向上配置有寬度窄、電阻值高的傳感片 211 ~ 214。但是，該圖2所示的橋式電路圖案，不過是為了便于理解本發明而 例示的圖案的俯視結構的一例，當然，只要傳感器芯片被形成在(100) 面上，擴散電阻布線被配置在傳感器芯片上表面的<100>方向上，傳感 片被配置在傳感器芯片上表面的<110>方向上，用絕緣膜覆蓋擴散電阻 布線和傳感片，電極引出用接觸孔的個數在傳感片的個數以下，就不必 局限于圖2所示的傳感片和擴散電阻布線的配置圖案。接著，對該壓力傳感器l的制造方法進行說明。在制造該壓力傳感 器1時，通過日本特開2000 - 171318號公才艮的段落(0008 ) ~段落(0012 ) 所記載的公知工藝，在例如厚度300nm的硅基板的規定位置上形成膜 片11。而且，如圖3所示，在該硅基板的(100)面上通過熱擴散來擴 散硼，而形成傳感片210。接著，用與傳感片210的形成方法同樣的方法，形成由擴散電阻構成的擴散電阻布線220。然后，使局部地形成了 上述傳感片210和擴散電阻布線220后的珪基板的(100)面整體地氧 化，從而在該面上形成由Si02層構成的氧化膜230。然后，通過光刻工 序和蝕刻在期望位置形成接觸孔240。接著，形成接觸250。在形成該 接觸250時，通過進行鋁蒸鍍，填充接觸孔240而形成嵌入部250a,并 且在其周圍形成鍵合用的接觸焊盤250b。然后，按照需要對接觸焊盤 250b進行引線鍵合。通過利用這樣的制造工藝制造本實施方式所涉及的壓力傳感器1， 可以減少線膨脹系數分別不同的由金屬制成的接觸250、氧化膜230和 由半導體制成的擴散電阻布線220所構成的接觸孔240這部分的個數。 其結果，不易受到傳感器上的布線等所產生的微小應力的影響。另外， 通過用氧化膜230覆蓋擴散電阻布線220和傳感片210,可以制成耐易 于附著灰塵或污染成分的環境的、耐環境性優異的壓力傳感器。接著，對本發明的第二實施方式所涉及的壓力傳感器2進行說明。 另外，對于與第一實施方式相同的結構，賦予對應的標號并省略其詳細 的說明。該第二實施方式所涉及的壓力傳感器2，如圖4和圖5所示，除了 與第一實施方式涉及的壓力傳感器l所具備的壓力檢測部為同樣結構的 壓力檢測部2A之外，在傳感器芯片10的厚壁部12的上表面還具備靜 壓測量用的壓力檢測部2B。該靜壓檢測用的壓力檢測部2B,具有與上 述的膜片上所形成的壓力檢測部2A同樣的結構，但是，主要配置在壓 力檢測部2A的外側。而且，通過由該壓力檢測部2B測量施加在壓力 傳感器2上的靜壓，來修正壓力測量。具體地說，在傳感器芯片的(100)面上所形成的膜片11的<110> 方向上，形成壓力檢測用的四個傳感片310(311~314)，而且在傳感器 芯片的(100)面上形成有用于使這四個壓力傳感片之間電連接的擴散 電阻布線320 (321 ~324)。另外，在厚壁部12的<110>方向上形成有 靜壓檢測用的四個傳感片360 (361~364)，且在傳感器芯片的(100) 面上形成有用于使這四個傳感片之間電連接的擴散電阻布線370( 371 ~ 374)。另外，靜壓檢測用的擴散電阻布線370 ( 371 ~ 374)的形狀，在圖5中表示為與壓力檢測部2A的擴散電阻布線320(321 ~324)同等的圖 中寬度寬的異形方形U字狀，且在規定的部分朝向膜片形成了延伸部， 實際上電阻值變小。另外，在本實施方式中，擴散電阻布線372和322 構成為以下這樣的一體構造壓力測量用的擴散電阻布線322從靜壓測 量用的擴散電阻布線372的一部分，向膜片ll突出；擴散電阻布線374 和324構成為以下這樣的一體構造壓力測量用的擴散電阻布線324從 靜壓測量用的擴散電阻布線374的一部分，向膜片突出。而且，與在圖中上下所示的兩個接觸孔342、 344對應形成的接觸 352、354,分別構成電源用接觸，與圖中內側的左右所示兩個接觸孔341、 343對應形成的接觸351、 353，分別構成壓力檢測用的接觸，與圖中左 右的外側所示的兩個接觸孔345、 346對應形成的接觸355、 356，表示 靜壓檢測用的接觸。即，在本實施方式中，接觸孔341、 343和與它們分別對應地形成 的接觸351、 353形成壓力檢測用的接觸孔和接觸，接觸孔345、 346和 與它們分別對應地形成的接觸355、 356形成靜壓檢測用的接觸孔和接 觸。另一方面，接觸孔342、 344和與它們分別對應地形成的接觸352、 354被公用為壓力檢測用和靜壓檢測用的電源接觸孔和電源接觸。但是，上述實施方式的橋式電路圖案，與第一實施方式所涉及的橋 式電路圖案一樣，不過是為了便于理解本發明而例示的圖案的俯視結構 的一例，當然，只要傳感器芯片被形成在(100)面上，壓力測量用和 靜壓測量用的擴散電阻布線均被配置在傳感器芯片的(100)面上的 <100>方向上，壓力測量用和靜壓測量用的傳感片均被配置在傳感器芯 片的(100)面上的<110>方向上，就不必局限于圖5所示的傳感片和擴 散電阻布線的配置圖案。另外，壓力傳感器2的制造方法，因為與第一實施方式中的壓力傳 感器l的制造方法相同，所以在這里省略其詳細的說明。在這樣的壓力檢測部2A和靜壓檢測部2B設置為一體的壓力傳感器 2中，上述的條件，即電極引出用接觸孔的個數在傳感片的數量以下成 立。即，因為傳感片的數量為8個，接觸孔的數量為6個，所以接觸孔 的個數在傳感片的總數以下，滿足上述的條件，可發揮與第一實施方式 同等的作用效果。具體地說，可以減少線膨脹系數分別不同的由金屬制9成的接觸350、氧化膜330、和由半導體制成的擴散電阻布線320或擴 散電阻布線370構成的接觸孔340這部分的個數。其結果，不易受到傳 感器上的布線等所產生的微小應力的影響。另外，通過用絕緣膜覆蓋擴 散電阻布線320、 370和傳感片310、 360，可以制成耐環境性優異的壓 力傳感器。接著，進行了評價試驗，確認與現有例相比，本發明收到了特有的 作用效果，以下對該試驗結果進行說明。圖6是表示所謂的熱滯后比較的溫度循環施加試驗中的壓力傳感器 的反復輸出特性的評價試驗結果。另外，這里，橫軸表示反復加熱和冷 卻的時間軸，縱軸表示壓力傳感器在被施加了一定壓力的狀態下的與橫 軸的加熱特性曲線對應的輸出。在該圖中，對現有的壓力傳感器(以下， 將其稱為比較例)的輸出特性測量了 4次，其輸出特性表示為B (bl~ b4)，對本發明的上述第二實施方式中的壓力傳感器(以下，稱為"本 實施例，，)的輸出特性測量了 4次，其輸出特性表示為A (al~a4)。根據該熱滯后特性圖可知對于比較例，輸出隨著溫度變化而大幅 變動，與此相反，在本實施例中，輸出收斂在一定的輸出范圍內，并不 那么不受溫度變化的影響，表現出穩定的輸出特性。如以上的說明那樣，本發明所涉及的壓力傳感器，在由半導體制成 的傳感器芯片的規定位置形成膜片，在至少包含該膜片的傳感器芯片上 設置差壓或壓力檢測用的傳感片，該傳感片，由共同形成橋式電路的多 個傳感片構成，這些傳感片間通過擴散電阻布線(半導體電阻)被連接， 且用氧化膜(絕緣膜)覆蓋這些擴散電阻布線和傳感片，電極引出用接 觸孔是貫通上述絕緣膜的一部分而形成的，用于形成與半導體電阻電連 接的接觸，該電極引出用接觸孔的個數在上述傳感片的數量以下。通過 這樣的結構，可以減少在與接觸孔對應的區域中由線膨脹系數分別不同的 金屬、絕緣膜和半導體構成的部分的個數，其結果，不易受到傳感器上的 布線等所產生的微小應力的影響。另外，通過用絕緣膜覆蓋半導體電阻和 傳感片，可以得到耐環境性優異的壓力傳感器。另外，優選，在本發明所涉及的壓力傳感器中，傳感器芯片由硅構成， 該傳感器芯片被形成于(100)面，且傳感片形成在<110>方向上，且半導 體電阻形成在<100>方向上。由此可以得到壓力靈敏度更高且不易受傳感 器上的布線等所產生的微小應力的影響的、耐環境性優異的壓力傳感器。
權利要求
1.一種壓力傳感器，在由半導體制成的傳感器芯片的規定位置形成有膜片，在至少包含上述膜片的傳感器芯片上設置有差壓或壓力檢測用傳感片，其特征在于，上述傳感片，由共同形成橋式電路的多個傳感片構成，上述傳感片間通過半導體電阻連接，且該半導體電阻和傳感片被絕緣膜覆蓋，貫通上述絕緣膜的一部分而形成的電極引出用接觸孔，用于形成與上述半導體電阻電連接的接觸，該電極引出用接觸孔的個數在上述傳感片的數量以下。
2. 根據權利要求l所述的壓力傳感器，其特征在于，上述傳感器芯片由硅構成，該傳感器芯片形成于(100)面，上述傳感 片形成在<110>方向上，上述半導體電阻形成在<100>方向上。
全文摘要
本發明提供一種壓力傳感器，其耐環境性優異、壓力靈敏度高且不受傳感器上的布線等所產生的微小應力的影響。在由半導體制成的傳感器芯片(10)的規定位置形成有膜片(11)，在至少包含該膜片的傳感器芯片上設置了差壓或壓力檢測用傳感片(210)，該傳感片，由共同形成橋式電路的多個傳感片構成，傳感片間通過半導體電阻(220)連接，且該半導體電阻和傳感片被絕緣膜(230)覆蓋，貫通絕緣膜的一部分而形成的電極引出用接觸孔(240)，用于形成與半導體電阻電連接的接觸(250)，該電極引出用接觸孔(240)的個數在上述傳感片的數量以下。
文檔編號G01L9/06GK101256100SQ200810006319
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月26日 優先權日2007年2月28日
發明者東條博史, 德田智久, 米田雅之 申請人:株式會社山武