JP2000193548A - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板と台座との接合強度が十分であ
り、耐環境性に優れた半導体圧力センサおよびその製造
方法を提供する。 【解決手段】 一面の中央部をエッチングすることによ
り凹部１１ａを形成して設けたダイヤフラム１５を有す
る半導体基板１１と、凹部に連通する圧力導入孔１７ａ
を有するガラス台座１７と、を有し、半導体基板の一面
に前記半導体台座を陽極接合法により接合してなる半導
体圧力センサにおいて、凹部表面に保護膜１６を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検出した圧力を電
位として取り出すピエゾ抵抗素子が形成されている半導
体基板を用いたダイヤフラム型の半導体圧力センサに関
し、特に耐環境性に優れた半導体圧力センサの構造及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業上の様々な分野において、圧
力センサが多岐にわたって用いられるようになってい
る。中でも、信頼性、コスト、小型軽量化の点から、車
載関係や家電製品等における半導体圧力センサの使用が
急増している。

【０００３】半導体圧力センサの従来の技術としては、
ダイヤフラムを形成したシリコン基板の一方の面にピエ
ゾ抵抗を形成した構造のものが知られている。このシリ
コン基板にあっては、ガラス台座を介してパッケージに
接合されるが、シリコン基板とガラス台座とは陽極接合
法により接合されている。また、ガラス台座とパッケー
ジとはメタライズ層を介して半田ろう接合されている。
これらの物理的に強固な接合により、使用温度領域にお
いてリークのないセンサを得ることができる。

【０００４】しかしながら、圧力を検知するダイヤフラ
ム部分がシリコンであることから、例えば圧力媒体がア
ルカリ性雰囲気である場合は、シリコンダイヤフラムが
腐食し、センサデバイスが破壊するこいうことがあっ
た。そこで、図５に示すように、シリコン基板１の裏面
にシリコン酸化膜２を形成した後ガラス台座３を接合す
る半導体圧力センサが検討されてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような図５に示
す半導体圧力センサにあっては、シリコンダイヤフラム
上にシリコン酸化膜２を形成することから、腐食性の媒
体には効果がある。しかしながら、シリコン酸化膜２を
介してシリコン基板１とガラス台座３とを陽極接合する
ことから、シリコン基板１とガラス台座３との間の接合
強度が小さくなるという問題点があった。

【０００６】本発明は、上記問題点を改善するために成
されたもので、その目的とするところは、半導体基板と
台座との接合強度が十分であり、耐環境性に優れた半導
体圧力センサおよびその製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体圧力セン
サは上記の問題を解決するために、一面の中央部をエッ
チングすることにより凹部を形成して設けたダイヤフラ
ムを有する半導体基板と、前記凹部に連通する圧力導入
孔を有するガラス台座と、を有し、前記半導体基板の一
面に前記半導体台座を陽極接合法により接合してなる半
導体圧力センサにおいて、前記凹部表面に保護膜を形成
したことを特徴とするものである。この場合、前記保護
膜はシリコン窒化膜であることが好ましい。

【０００８】また、本発明の半導体圧力センサの製造方
法は、半導体基板の一面の中央部をエッチングすること
により凹部を形成してダイヤフラムを設け、前記凹部に
連通する圧力導入孔を有するガラス台座を前記半導体基
板の前記一面に陽極接合法により接合してなる半導体圧
力センサの製造方法において、前記凹部表面に保護膜を
形成する工程を設けたことを特徴とするものでる。この
場合、前記保護膜はシリコン窒化膜であることが好まし
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図４
を用いて説明する。図１は本発明の半導体圧力センサの
略断面図である。図２は本発明の一実施の形態の半導体
圧力センサの製造工程を示す略断面図であり、（ａ）は
シリコン基板の両面にシリコン酸化膜及びシリコン窒化
膜を形成した状態を示し、（ｂ）はシリコン基板の片面
のシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の非マスク部分を
エッチングした状態を示し、（ｃ）はシリコン基板に対
し異方性エッチングにより凹部を形成した状態を示し、
（ｄ）は該凹部に保護膜を形成した状態を示し、（ｅ）
はシリコン基板にガラス台座を接合した状態を示す。図
３はシリコンウエハーから圧力センサチップを切り出す
ことを説明するイメージ図である。図４は圧力センサチ
ップを支持台に載置する様子を示す略断面図である。

【００１０】図１において、半導体圧力センサは、半導
体基板に相当する面方位（１１０）又は面方位（１０
０）のシリコン基板１１の一主表面（図１中下側面）に
凹部１１ａが形成されることにより薄肉部であるダイヤ
フラム１５が形成されている。そして、ガラス台座とシ
リコン基板１１とを陽極接合法により接合し、支持台２
１にマウントして、パッケージ２２に封止したものであ
る。

【００１１】シリコン基板１１は、単結晶シリコン基板
に、片面に受圧面が形成され圧力を応力に変換するダイ
ヤフラム１５、歪みゲージ（不図示）及び電極（不図
示）を形成したもので、ピエゾ抵抗効果により圧力の変
化を電気抵抗の変化に変換して出力するものである。シ
リコン基板１１に形成された電極と、パッケージ２２に
設けられたリード２３とは、Ａｕ線等のボンディングワ
イヤ２５により接続されている。

【００１２】支持台２１は、筒体である圧力導入筒２１
ｂと、圧力導入筒２１ｂの一端側に設けられた鍔状の載
置部とを有して構成されており、圧力導入筒２１ｂ内部
の圧力導入孔２１ａがシリコン台座１７の圧力導入孔１
７ａと重合するようになされている。

【００１３】以下に本発明の半導体圧力センサの製造方
法を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、二主表
面及び一主表面の両面に鏡面研磨処理を施した例えば面
方位（１１０）の単結晶シリコン基板１１の両面に、熱
酸化等によりシリコン酸化膜１２を形成し、更に化学的
気相成長法（以下、ＣＶＤ（ＣｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法という）等によりシリコン窒
化膜１３を形成する。そして、イオン注入法、ドライエ
ッチング法、ウェットエッチング法等により二主表面
（図２（ａ）において上面）に拡散抵抗（不図示）と層
間絶縁膜を形成する。

【００１４】次に、シリコン基板１１の一主表面（図２
（ａ）において下面）において、ダイヤフラム形成予定
領域以外の部分にレジストマスク１４を所定のパターン
にて形成した後、図２（ｂ）に示すように、ＲＩＥ（Ｒ
ｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のドライ
エッチング技術を用いて、非マスク部分のシリコン酸化
膜１２及びシリコン窒化膜１３をエッチングにより除去
する。

【００１５】そして、レジストマスク１４をアッシング
等により除去した後、例えば８０℃の水酸化カリウム溶
液等の非アルカリ系のエッチャントにてシリコン窒化膜
１３をマスクとして異方性エッチングを行い、図２
（ｃ）に示す凹部１１ａを形成して、薄肉のダイヤフラ
ム１５を形成する。

【００１６】更に、シリコン酸化膜１２及びシリコン窒
化膜１３をマスクとして、窒素イオンをイオン注入した
後に例えば９００℃にてアニール処理を行って、図２
（ｄ）に示すように、シリコン基板１１の一主表面の凹
部１１ａ表面に保護膜に相当するシリコン窒化膜１６を
形成する。シリコン窒化膜１６はシリコン基板１１を浸
食から保護するものである。

【００１７】次に、シリコン基板１１の裏面に形成され
ているシリコン酸化膜１２及びシリコン窒化膜１３をエ
ッチングにて除去する。

【００１８】そして、圧力導入孔１７ａを形成した陽極
接合用ガラス台座１７のシリコン基板１１に対向する面
に対し、表面の凹凸が小さくなるように研磨処理を行
い、更に該シリコン台座１７のシリコン基板１１対向面
の裏面に対し、金属蒸着により金属よりなる金属薄膜１
８を形成する。その後に、シリコン台座１７の前記研磨
処理をした面と、シリコン基板１１の一主表面とを、圧
力導入孔１７ａとダイヤフラム１５とが重合するように
位置合わせをした後、図２（ｅ）に示すように、例えば
直流電圧６００Ｖ、４００℃、真空雰囲気の条件下にお
いて、陽極接合法により接合する。そして、図３に示す
ように、ダイシングレーンに沿ってシリコンウエハー２
４からチップを切り出して、シリコン台座付き圧力セン
サチップ１９を得る。

【００１９】更に、図４に示すように、例えばＡｕ−Ｓ
ｎ系の半田２０を用いて、例えば３６０℃にて、シリコ
ン台座付き圧力センサチップ１９と、表面に金層を蒸着
形成した支持台２１とを、例えば窒素雰囲気中で半田ろ
う接合する。

【００２０】そして、シリコン台座付き圧力センサチッ
プ１９の電極と支持台２１のリード２３とをワイヤボン
ディングにて結線した後、シリコン基板１１の表面に樹
脂を塗布し、パッケージ２２に封止して半導体圧力セン
サが完成する。

【００２１】なお、保護膜はシリコン窒化膜であるとし
て説明しているが、これに限られるものではなく、シリ
コン基板１１を浸食から保護できるものであればよい。
従って、例えばシリコン酸化膜等であってもよい。シリ
コン窒化膜の場合には、耐環境性がより向上するという
利点がある。

【００２２】

【発明の効果】本発明の半導体圧力センサ及びその製造
方法は上述のように構成してあるから、請求項１記載の
発明にあっては、一面の中央部をエッチングすることに
より凹部を形成して設けたダイヤフラムを有する半導体
基板と、前記凹部に連通する圧力導入孔を有するガラス
台座と、を有し、前記半導体基板の一面に前記半導体台
座を陽極接合法により接合してなる半導体圧力センサに
おいて、前記凹部に保護膜を形成したので、半導体基板
と台座との接合強度が十分であり、耐環境性に優れた半
導体圧力センサを提供できるという効果を奏する。

【００２３】請求項２記載の発明にあっては、半導体基
板の一面の中央部をエッチングすることにより凹部を形
成してダイヤフラムを設け、前記凹部に連通する圧力導
入孔を有するガラス台座を前記半導体基板の前記一面に
陽極接合法により接合してなる半導体圧力センサの製造
方法において、前記凹部に保護膜を形成する工程を設け
たので、半導体基板と台座との接合強度が十分であり、
耐環境性に優れた半導体圧力センサの製造方法を提供で
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの略
断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製
造工程を示す略断面図であり、（ａ）はシリコン基板の
両面にシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を形成した状
態を示し、（ｂ）はシリコン基板の片面のシリコン酸化
膜及びシリコン窒化膜の非マスク部分をエッチングした
状態を示し、（ｃ）はシリコン基板に対し異方性エッチ
ングにより凹部を形成した状態を示し、（ｄ）は該凹部
に保護膜を形成した状態を示し、（ｅ）はシリコン基板
にガラス台座を接合した状態を示す。

【図３】シリコンウエハーから圧力センサチップを切り
出すことを説明するイメージ図である。

【図４】圧力センサチップを支持台に載置する様子を示
す略断面図である。

【図５】従来の技術の半導体圧力センサの略断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ 半導体基板 １１ａ 凹部 １５ ダイヤフラム １６ 保護膜 １７ ガラス台座 １７ａ 圧力導入孔

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14 FF38 FF49 GG01 GG12 HH05 HH11 4M112 AA01 BA01 CA05 CA14 CA15 DA04 DA18 EA03 EA07 EA13 FA08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面の中央部をエッチングすることによ
   り凹部を形成して設けたダイヤフラムを有する半導体基
   板と、前記凹部に連通する圧力導入孔を有するガラス台
   座と、を有し、前記半導体基板の一面に前記半導体台座
   を陽極接合法により接合してなる半導体圧力センサにお
   いて、 前記凹部に保護膜を形成したことを特徴とする半導体圧
   力センサ。
2. 【請求項２】 半導体基板の一面の中央部をエッチング
   することにより凹部を形成してダイヤフラムを設け、前
   記凹部表面に連通する圧力導入孔を有するガラス台座を
   前記半導体基板の前記一面に陽極接合法により接合して
   なる半導体圧力センサの製造方法において、 前記凹部表面に保護膜を形成する工程を設けたことを特
   徴とする半導体圧力センサの製造方法。