压力传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种小型且高性能的压力传感器及其制造方法。本发明专利技术的压力传感器（３０）包括：传感器芯片（１０），其具备：具有开口部（１ａ）的第一半导体层（１），和设置在第一半导体层（１）上且具有成为隔膜（４）的凹部（１２）的第二半导体层（３）；和基座（１１），其具有与开口部（１ａ）连通的压力导入孔（１７）并与传感器芯片（１０）接合。第二半导体层（３）的凹部（１２）比第一半导体层（１）的开口部（１ａ）大。第一半导体层（１）的开口部（１ａ）的第二半导体层（３）侧的开口口径比基座（１１）侧的开口口径大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别详细地说涉及具有隔膜(diaphragm) 的。
技术介绍
利用半导体的压电电阻效应的压力传感器具有小型、轻量、高灵敏度的特点，因此 广泛应用于工业计测、医疗等领域。在这样的压力传感器中，在半导体隔膜上形成有应变 片。利用施加于隔膜的压力，应变片发生变形。检测基于压电电阻效应的应变片的电阻变 化，测定压力。而且，为了缓和来自封装的应力，形成有隔膜的传感器芯片与玻璃等的基座 接合(专利文献1)。在此，使用图5对压力传感器的结构进行说明。图5是表示现有的压力传感器的 结构的侧视截面图。传感器芯片10例如由单结晶硅基板形成。而且，在传感器芯片10上 形成有具有压电电阻效应的应变片5、15。传感器芯片10的中央部分被蚀刻，形成有隔膜 4。在此，传感器芯片10的中央部分被蚀刻为锥状。由此，传感器芯片背面的隔膜传感器开 口尺寸比隔膜尺寸大。基座11与传感器芯片10接合。在隔膜4的周边部，基座11与传感 器芯片10接合。另外，在专利文献2中公开了隔膜的压敏区域侧的边缘部为了缓和应力集中而作 成R形状的压力传感器。专利文献1日本特开2002-277337号公报专利文献2日本特开2002-208708号公报为了提高压力传感器的压力灵敏度，需要增大隔膜4。此外，为了确保与基座11的 接合强度，需要增大接合区域(接合部)的面积。但是，在传感器芯片10的大小一定的情 况下，如果为了提高灵敏度而增大隔膜4则与基座的接合区域变小，如果为了提高接合的 信赖性而增大接合区域则隔膜4变小。因此，为了提高压力灵敏度并且确保接合强度，存在 不得不增大传感器芯片10的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种小型且高性能的 。本专利技术涉及的压力传感器，包括传感器芯片，其具备具有开口部的第一半导体 层，和形成在上述第一半导体层上并具有成为隔膜的凹部的第二半导体层；和基座，其具有 与上述开口部连通的压力导入孔，并与上述传感器芯片接合，上述第二半导体层的凹部比 上述第一半导体层的开口部大，上述第一半导体层的开口部的上述第二半导体层侧的开口 径比上述基座侧的开口径大。由此，在增大隔膜的情况下，也能够扩大与基座的接合面积。 因此，能够实现更小型且接合的信赖性高的压力传感器。优选在上述第一半导体层和上述第二半导体层之间形成有具有开口部的绝缘层。由此，能够使隔膜的厚度均勻。优选在上述传感器芯片与上述基座间的接合部的周边形成 有非接合部，利用该非接合部在所述传感器芯片和所述基座之间设置出间隙。由此，能够提高S/N比。优选上述第二半导体层的凹部的开口边缘与上述第一半导体层中的上述第二半 导体层侧的开口部的侧壁相比向外方超出5 ym以上50 ym以下的宽度尺寸。本专利技术涉及的压力传感器的制造方法，其中压力传感器具有设有第一半导体层和 第二半导体层的传感器芯片，第二半导体层成为作为压敏区域的隔膜，该压力传感器的制 造方法的特征在于，包括下述工序对上述第一半导体层进行各向异性蚀刻，在成为上述压 敏区域的部分在上述第一半导体层上形成开口部的工序；在上述第一半导体层的开口部的 侧壁形成保护膜的工序，其中该保护膜具有所述第二半导体层侧的膜厚变薄的厚度分布； 在形成上述保护膜后，对上述第一半导体层的开口部的侧壁进行蚀刻，从而将上述第一半 导体层的开口部形成为在上述第二半导体层侧的开口径比在相对侧的开口径大，并且对成 为上述压敏区域的部分的上述第二半导体层进行蚀刻以形成所述隔膜，从而在上述第二半 导体层上形成比上述第一半导体层的开口部更大的凹部的工序；和使基座与上述传感器芯 片接合的工序。由此，在增大隔膜的情况下，也能够扩大与基座的接合面积。因此，能够实 现更小型且接合的信赖性高的压力传感器。优选对上述第一半导体层进行各向异性蚀刻而形成开口部的工序后，还具备对设 置在上述第一半导体层和上述第二半导体层之间的绝缘层进行蚀刻而形成开口部的工序， 在上述第一半导体层上形成开口部的工序中，将设置在上述第一半导体层和上述第二半导 体层之间的绝缘层作为蚀刻阻挡层，进行上述各向异性蚀刻。由此，能够使隔膜的厚度均 勻。优选在使基座与上述传感器芯片接合的工序中，在上述传感器芯片和上述基座间 的接合部的周边形成非接合部，利用该非接合部在上述传感器芯片和上述基座之间设置出 间隙。由此，能够提高S/N比。根据本专利技术，能够提供一种小型且高性能的。 附图说明图1是表示本专利技术的实施方式涉及的压力传感器的结构的侧视截面图。图2是表示本专利技术的实施方式涉及的压力传感器的结构的平面图。图3是表示将本专利技术的实施方式涉及的压力传感器的第二半导体层的侧端加工 成R形状时的效果的图。图4是表示本专利技术的实施方式涉及的压力传感器的制造工序的工序截面图。图5是表示现有的压力传感器的结构的侧视截面图。符号说明1…第一半导体层；la…第一半导体层的开口部；2…绝缘层；2a…绝缘层的开口 部；3…第二半导体层；4…隔膜；5a 5d…应变片；6…隔膜的边缘部；7…保护膜；10…传 感器芯片；10a…第一半导体层的厚壁部；11…基座；12…第二半导体层的凹部；13…非接 合部；13A…接合部；14…台阶部；15a 15d…应变片；17…贯通孔；30…压力传感器。具体实施例方式以下参照附图对应用本专利技术的具体实施方式进行详细说明。图1是表示本实施方 式涉及的压力传感器的结构的侧视截面图。图2是本压力传感器的俯视图。图1是图2的 II-II截面图，本实施方式涉及的压力传感器是利用半导体的压电电阻效应的半导体压力 传感器。压力传感器30具有由结晶面方位为(100)面的n型单结晶硅构成的正方形的传 感器芯片10、和与传感器芯片10接合的基座11。传感器芯片10具备成为基台的第一半导 体层1、绝缘层2和第二半导体层3。即，传感器芯片10具有由第一半导体层1、绝缘层2和 第二半导体层3构成的三层构造。第一半导体层1和第二半导体层3由n型单结晶硅构成。 绝缘层2例如由Si02构成。在第一半导体层1上形成有绝缘层2。此外，在绝缘层2上形 成有第二半导体层3。因而，在第一半导体层1和第二半导体层3之间配设有绝缘层2。绝 缘层2在对第一半导体层1进行蚀刻时作为蚀刻阻挡层(etching stopper)起作用。第二 半导体层3构成隔膜4。隔膜4配设在传感器芯片10的中央部分。在成为压敏区域的部分中，在第一半导体层1和绝缘层2上形成有开口部la、2a， 第二半导体层3超出。第一半导体层1的开口部la的第二半导体层3侧开口径比基座11 侧的开口径大。本实施方式的第一半导体层1的开口部la的侧壁作成相对于与第一半导 体层1的第二半导体层3侧的接合面正交的方向倾斜角度0的倒锥状的倾斜面。此时，倾 斜面的角度0为3° 20°左右。绝缘层2的开口部2a与第一半导体层1的开口部la 的第二半导体层3侧的开口径大致相等。另外，在本实施方式中，绝缘层2的开口部2a与 第一半导体层1的开口部la的第二半导体层3侧的开口径大致相等，但并不是一定要大致 相等。另外，角度e比0大即可，只要第二半导体层3侧的开口径比基座11侧的开口径 大，则线性或阶梯性的锥形状等形状都可以。此外，角度e越大则越能较大地确保与基座 11的接合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，其特征在于，包括：传感器芯片，其具备：具有开口部的第一半导体层，和形成在所述第一半导体层上并具有成为隔膜的凹部的第二半导体层；和基座，其具有与所述开口部连通的压力导入孔，并与所述传感器芯片接合，所述第二半导体层的凹部比所述第一半导体层的开口部大，所述第一半导体层的开口部的所述第二半导体层侧的开口口径比所述基座侧的开口口径大。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：德田智久，东条博史，
申请(专利权)人：株式会社山武，
类型：发明
国别省市：JP[日本]