JPH07218365A - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力センサの歩留りを上げるとともにセンサ
感度の低下を防ぐ。 【構成】 フレーム１に窪み４を形成し、窪み４と空間
的につながれた配線部６及びパッド部５を凹設する。パ
ッド部５には可動電極８と接続した可動電極取出しパッ
ド９と固定電極取出しパッド１０を形成する。また配線
部６には取出し配線１４及び圧着パッド１３を形成す
る。カバー２の内面に固定電極８とそれと接続された接
続配線１４を形成し、カバー２の周辺部を陽極接合法等
によりフレーム１に接合する。このとき、接続配線１４
は圧着パッド１３に圧着され、固定電極８は固定電極取
出しパッド１０に電気的に接続される。カバー２に取出
し穴１５をカバー２の端部にかからない位置に２つ開口
し、取出し穴１５、１５よりそれぞれ両取出しパッド
９、１０に接続されたボンディングワイヤをそれぞれ引
き出す。また、取出し穴１５より窪み４内に基準圧力を
導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体圧力センサ及びそ
の製造方法に関する。具体的には、静電容量型の半導体
圧力センサの電極取出し構造及びその半導体圧力センサ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６（ａ）（ｂ）はそれぞれ、従来の静
電容量検出式の半導体圧力センサＥを示す平面図及び断
面図である。圧力センサＥは、薄膜状のダイアフラム５
１がほぼその中央に配設されたフレーム５２に、ダイア
フラム５１が揺動自在にその厚さ方向に変位できるよう
窪み５４が形成され、その上面にカバー５３が接合され
ている。ダイアフラム５１の上面には可動電極５５が形
成され、可動電極５５はフレーム５２上面のボンディン
グパッド６２に電気的に接続されている。また、カバー
５３の内面には可動電極５５と微小なギャップを隔てて
固定電極５６が形成され、固定電極５６はカバー５３の
内面に設けられた接続配線５７と圧着パッド５８とが圧
着されて取出し配線５９に電気的に接続され、フレーム
５２上の露出箇所に設けられた別なボンディングパッド
６０に電気的に接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造を有する圧力センサＥにあっては取出し配線５
９は、フレーム５２の上面に窪み５４からフレーム５２
の側端部にかけて凹設された溝状の取出し部６１内に絶
縁膜６３を介して配設されており、この取出し部６１に
おいてフレーム５２とカバー５３との間に隙間６４を生
じていた。このため、圧力センサ作成の際のダイシング
工程において使用する冷却水がこの隙間６４から窪み５
４内に浸入して、可動電極５５と固定電極５６とが固着
し、その結果圧力センサＥの歩留りが低下する恐れがあ
った。

【０００４】さらに、冷却水とともにダイシングにより
発生した塵粉が窪み５４内に入り込み、ダイアフラム５
１の変位を阻害し、センサ特性の劣化を引き起こしてい
た。

【０００５】また図示はしないが、取出し部６１を凹設
せずにフレーム５２に不純物を導入して取出し配線５９
を形成し、フレーム５２上面のボンディングパッド６０
に電気的に接続させることも考えられるが、このような
構成にすると圧力センサの製造方法が複雑になるという
問題点もあった。しかも、導電層を形成させることによ
って取出し配線５９を形成すると取出し配線５９の表面
がわずかながら盛り上がる。このため、取出し配線５９
とフレーム５２との境界において微小な段差を生じ、フ
レーム５２とカバー５３との間の隙間は完全にはなくせ
なかった。

【０００６】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、冷却水や塵
粉の侵入を防いで圧力センサの歩留りを上げるとともに
センサ特性の劣化を防ぎ、しかも、圧力センサの製造工
程を簡略化することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の静電容量型圧力
センサは、接合した２枚の基板間に圧力室を形成し、前
記圧力室の内面に設けた電極間の静電容量の変化として
圧力を検知する静電容量型センサにおいて、前記圧力室
に圧力を導入するための穴と前記電極と電気的に接続し
た取出し配線を引き出すための穴とを兼ねた穴部を、前
記基板のいずれか一方の基板の端部にかからない位置に
設けたことを特徴としている。この穴部を１つ設け、こ
の穴部から２本の取出し配線を引き出すようにしてもよ
い。

【０００８】また、前記基板の外周域を環状に接合する
のが望ましい。

【０００９】さらに、前記圧力室と空間的につながれた
凹部を前記穴部の設けられていない残る基板に設け、前
記両電極と電気的に接続された１対の取出しパッドを前
記凹部内に前記穴部の位置に対応させて設けることとし
てもよい。このとき、前記穴部を設けた基板の内面に設
けた電極を、当該電極と電気的に接続された接続配線を
当該基板の内面に設け、前記接続配線と前記残る基板に
設けた前記取出しパッドと電気的に接続された接続配線
との圧着により当該取出しパッドに電気的に接続するこ
ととしてもよい。

【００１０】また、前記取出しパッドと前記接続パッド
とを前記取出し配線によって接続するとよい。さらに、
前記接続パッドを前記穴部の外周部に円環状に設けるこ
ととしてもよい。

【００１１】また、前記接続パッドの表面が当該接続パ
ッドを設けた基板表面より低くなるように当該基板に設
けた凹部内に前記接続パッドを設けるのが望ましい。

【００１２】本発明の静電容量型圧力センサの製造方法
は、上記の静電容量型圧力センサを多数製造するための
方法であって、２枚の親基板を接合して多数の圧力セン
サチップを形成し、前記穴部を設けた親基板にシート材
を接着し前記穴部を塞いだ後、接合された２枚の親基板
をカットして当該圧力センサを製造することを特徴とし
ている。

【００１３】

【作用】本発明の静電容量型圧力センサにあっては、取
出し配線を引き出すための穴を兼ねる穴部を基板の端部
にかからない位置に設けているので、基板接合面の内周
域に取出し配線を接続するためのパッドなどを設けるこ
とができる。したがって、従来の圧力センサのように取
出し配線のために基板の接合面に隙間を生じることがな
く、しかも、複雑な製造工程によらずに圧力センサを製
造することができる。

【００１４】例えば、多数の圧力センサチップが形成さ
れた親基板をダイシングソーなどでカットして多数の圧
力センサを製造する場合にあっても、基板の接合面から
冷却水等が入り込まない。このため、冷却水による電極
間の固着等を防ぎ、ダイアフラムの変位が妨げられるこ
とがない。したがって、圧力センサの歩留りを向上さ
せ、センサ感度の低下を防ぐことができる。この場合に
あっても、穴部は基板の端部にかからない位置に設けら
れているので、穴部を塞ぐようにしてダイシングテープ
などのシート材で接着してカットすれば、穴部から冷却
水や削り粉などの異物が圧力室に入り込むのを防ぐこと
ができるのはいうまでもない。

【００１５】さらに、穴部は圧力室に圧力を導入するた
めの穴を兼ねているので、圧力を導入するための穴を別
個に開口する必要がなく、穴部を１つにしてこの穴部か
ら２本の取出し配線を引き出すようにすれば圧力センサ
の構造及び製造工程をさらに簡略化することができる。

【００１６】このためには、その周辺部を環状に接合し
ておけば、２枚の基板の間から圧力室内に冷却水などが
入ることもない。

【００１７】また、穴部の設けられていない基板に設け
られた凹部内に、穴部の位置と対応させて電極と電気的
に接続された取出しパッドを設けておけば、この取出し
パッドに取出し配線を接続させることで、取出し配線の
引き出しを簡単にすることができる。

【００１８】さらに、穴部を設けた基板上に接続パッド
を設け、電極と接続された取出し配線を接続パッドに接
続している（もちろん、取出しパッドに取出し配線を接
続してもよい。）ので、この取出し配線を検知回路等に
容易に接続することができ、また、穴部のエッジ等によ
り取出し配線が切断されることが少なくなる。この接続
パッドを穴部外周部に円環状に設けることとすれば、取
出し配線の接続を行ない易くできる。

【００１９】また、接続パッドの表面が当該接続パッド
を設けた基板表面から低くなるように当該基板に設けた
凹部内に接続パッドを設けているので、穴部を塞ぐよう
にシート材を接着しても接着剤等が接続パッドに付着せ
ず、取出し配線などの接続を確実に行なうことができ
る。

【００２０】本発明の製造方法にあっては、多数の圧力
センサチップが形成された親基板にシート材を接着して
穴部を塞いだ後カットしているので、穴部等から冷却水
などが浸入せず、歩留りよく圧力センサを多数同時に形
成することができる。

【００２１】

【実施例】図１（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施
例である静電容量型の圧力センサＡを示す平面図及び断
面図である。圧力センサＡは角枠状をしたフレーム１の
ほぼ中央にダイアフラム３が配設されており、フレーム
１の上面にはダイアフラム３がその厚さ方向に自由に変
位できるように窪み４が形成されている。また、フレー
ム１の外端部にはフレーム１の端部にかからないように
パッド部５が凹設され、窪み４とパッド部５はフレーム
１に凹設された溝状の配線部６により空間的に接続され
ている。フレーム１及びダイアフラム３はシリコン基板
（ウエハ）から異方性エッチングなどによって一体とし
て形成されており、窪み４やパッド部５及び配線部６も
エッチングなどによって形成されている。ダイアフラム
３の上面は不純物が拡散されて導電性を有し可動電極７
となっており、パッド部５に設けられた可動電極取出し
パッド９に電気的に接続されている。フレーム１の上面
にはガラス製のカバー２が重ねられ、窪み４やパッド部
５及び配線部６の周辺は陽極接合法等により接合されて
いる。配線部６からパッド部５にかけてのフレーム１上
面にはＳｉＯ₂による絶縁膜１１が設けられており、絶
縁膜１１上には固定電極８を引き出すための取出し配線
１２が配設され、パッド部５に設けられた固定電極取出
しパッド１０に接続されている。さらに取出し配線１２
には圧着パッド１３が形成されており、圧着パッド１３
や取出し配線１２及び固定電極取出しパッド１０はＡｌ
などによって蒸着された金属薄膜がパターニングされ一
体として形成されている。

【００２２】カバー２の内面には金属薄膜からなる固定
電極８及び接続配線１４が一体として配設されており、
フレーム１とカバー２との接合によって接続配線１４が
圧着パッド１３に圧着されて電気的に接続され、固定電
極８は固定電極取出しパッド１０に電気的に接続されて
いる。また、カバー２には可動電極取出しパッド９及び
固定電極取出しパッド１０の位置に対応して取出し穴１
５，１５がカバー２の端部にかからない位置に２つ開口
されていて、それぞれの穴から両パッド９，１０にそれ
ぞれ接続されたボンディングワイヤ（図示せず）を外部
へ取り出すことができる。

【００２３】次にこの圧力センサＡの製造方法について
簡単に説明する。フレーム１となるシリコンウエハのセ
ンサ１個分にドライエッチングを施し、窪み４や配線部
６及びパッド部５を一体として形成する。次に配線部６
からパッド部５に酸化膜を形成して絶縁膜１１を形成し
たのち、Ａｌなどが蒸着された金属薄膜をパターニング
して固定電極取出しパッド１０や取出し配線１２及び圧
着パッド１３を形成する。また、これとは別に金属薄膜
をパターニングして可動電極取出しパッド９を形成す
る。次にシリコンウエハを水酸化カリウム水溶液により
エッチングしてダイアフラム３を形成して、フレーム１
が多数形成されたシリコンウエハを作成する。

【００２４】カバー２となるガラス基板に取出し穴１５
を開口する。ガラス基板の裏面にＡｌなどを蒸着形成さ
せた金属薄膜をパターニングして固定電極８及び接続配
線１４を形成させ、カバー２が多数形成されたガラス基
板を作成する。このようにして作成されたシリコンウエ
ハとガラス基板とを接合したのち、図２に示すようにガ
ラス基板に取出し穴１５を塞ぐようにしてダイシングテ
ープなどのシート材１６を接着したのちに個々の圧力セ
ンサ間をブレード１７にてダイシングカットして、同じ
構造をした圧力センサＡを多数同時に製造することがで
きる。

【００２５】しかして、このような構造の圧力センサＡ
にあっては、ダイアフラム３の下に測定圧力が導入され
ると窪み４内の基準圧力との差圧に応じてダイアフラム
３がその厚さ方向に変位し、その変位に応じて固定電極
８と可動電極７との間の静電容量が変化する。この静電
容量の変化をボンディングワイヤに接続された検知回路
等によって検知することにより、導入された測定圧力を
知ることができる。また、取出し穴１５はパッド部５及
び配線部６を通じて窪み４と空間的につながっているの
で、取出し穴１５から窪み４内に基準圧力を導入するこ
ともでき、基準圧力を導入するための導入口を別個開口
させる必要がなく、圧力センサＡの製造工程を簡略化す
ることもできる。

【００２６】このようにして圧力センサＡを製造すれ
ば、パッド部５に可動電極取出しパッド９及び固定電極
取出しパッド１０を設け、フレーム１とカバー２とをそ
の外周域において環状に接合しているので、窪み４やパ
ッド部５の周辺には隙間がない。また、取出し穴１５を
塞ぐようにしてダイシングテープなどのシート材を接着
したのちにダイシングカットしているので、フレーム１
とカバー２との間や取出し穴１５から冷却水や塵粉など
が窪み４内に入ることがない。このため、歩留りよく圧
力センサＡを製造することができ、センサの感度が低下
することもない。

【００２７】また、図３に示すものは本発明の別な圧力
センサＢであって、パッド部５に位置させて取出し穴１
５を１つ開口させ、開口された１つの取出し穴１５から
２本のボンディングワイヤを取り出すこともできる。こ
のように、１つの取出し穴１５を開口させることにすれ
ばさらに構造及び製造工程を簡略化することができる。

【００２８】図４（ａ）（ｂ）に示すものは本発明のさ
らに別な実施例である圧力センサＣを示す平面図及び断
面図である。カバー２上面の取出し穴１５の周辺部にそ
れぞれ接続パッド２１，２２が設けられている。パッド
部５の固定電極取出しパッド１０からはボンディングワ
イヤ２３によって接続パッド２１に一旦接続され、さら
に接続パッド２１から検知回路等に別なボンディングワ
イヤによって電気的に接続されている。また、パッド部
５の可動電極取出しパッド９からも同様に一旦接続パッ
ド２２にボンディングワイヤ２３によって接続され、さ
らに検知回路等に接続されている。第１の実施例である
圧力センサＡにおいて、直接パッド部５の固定電極取出
しパッド１０（可動電極取出しパッド９）から実装基板
上の検知回路等にボンディングワイヤで接続した場合、
取出し穴１５の開口部においてカバー２とボンディング
ワイヤとが接触して断線や接触不良を起こす場合があ
る。しかしながら、この圧力センサＣにおいては一旦接
続パッド２１，２２に接続したのち検知回路等に接続し
ているので、取出し穴１５の開口部に接触しないように
余裕を持たせてボンディングワイヤ２３を配設すること
ができ、かかる不都合をなくすことができる。

【００２９】また、図５（ａ）（ｂ）に示すものはさら
に別な実施例である圧力センサＤを示す平面図及び断面
図である。接続パッド２１，２２はカバー２に凹設され
た窪み２４内の取出し穴１５の外周域に円環状に設けら
れている。このように窪み２４内に接続パッド２１，２
２を形成させておくと、あらかじめ接続パッド２１，２
２を設けたのちにダイシングカットした場合でも、シー
ト材１６が接続パッド２１，２２に接触することがな
い。このため、接続パッド２１，２２の表面が汚れず、
ボンディングワイヤ２３の接続を確実に行なうことがで
きる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の静電容量型圧力センサにあって
は、取出し配線を引き出すための穴を兼ねる穴部を基板
の端部にかからない位置に設けているので、基板の内周
域に取出し配線を接続するためのパッド等を設けること
ができる。このため、基板の接合面に隙間を生じること
なく、簡単に圧力センサを製造することができる。した
がって、例えば、ダイシングカットなどにより多数の圧
力センサを同時に製造する場合であっても、基板の隙間
から冷却水や削り粉が圧力室内に入り込むことがなく、
歩留りの低下やセンサ感度の低下を防ぐことができる。

【００３１】また、圧力室に導入するための穴を兼ねる
穴部を設けているので、別個に圧力導入口を設ける必要
がなく、穴部を１つにしてこの穴部から２本の取出し配
線を引き出すようにすればさらに圧力センサの構造や製
造工程を簡略化することができる。

【００３２】また、穴部の設けられていない基板に凹部
を設け、穴部の位置に対応させて凹部内に電極と接続さ
れた取出しパッドを設けてあるので、取出しパッドに取
出し配線を接続させて、穴部から簡単に取出し配線を引
き出すことができる。もちろん、取出しパッドと穴部が
設けられた基板上の接続パッドを取出し配線によって接
続してもよい。このようにすれば、検知回路との接続が
容易になり、取出し配線の断線や接触不良が少なくな
る。

【００３３】また、接続パッドの表面が当該基板表面よ
り低くなるように、当該接続パッドを当該基板に設けた
凹部内に設けているので、穴部を塞ぐためのシート材な
どの接着剤が接続パッドに付着せず、取出し配線などを
確実に接続することができる。

【００３４】本発明の製造方法によれば、穴部を塞いだ
後にカットしているので、圧力室内に冷却水などが浸入
せず、歩留りよく多数の圧力センサを簡単に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施例で
ある静電容量型圧力センサを示す平面図及び断面図であ
る。

【図２】同上の静電容量型圧力センサの製造方法の一工
程を示す断面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、本発明の別な実施例
である静電容量型圧力センサを示す平面図及び断面図で
ある。

【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、本発明のさらに別な
実施例である静電容量型圧力センサを示す平面図及び断
面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、本発明のさらに別な
実施例である静電容量型圧力センサを示す平面図及び断
面図である。

【図６】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、従来例である静電容
量型圧力センサを示す平面図及び断面図である。

【符号の説明】

２ カバー ４ 窪み ８ 固定電極 １０ 固定電極取出しパッド １５ 圧力導入口を兼ねる取出し穴 １６ シート材 ２１ 接続パッド ２３ ボンディングワイヤ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接合した２枚の基板間に圧力室を形成
   し、前記圧力室の内面に設けた電極間の静電容量の変化
   として圧力を検知する静電容量型センサにおいて、 前記圧力室に圧力を導入するための穴と前記電極と電気
   的に接続した取出し配線を引き出すための穴とを兼ねた
   穴部を、前記基板のいずれか一方の基板の端部にかから
   ない位置に設けたことを特徴とする静電容量型圧力セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記穴部を１つ設け、当該穴部より２本
   の取出し配線を引き出すようにしたことを特徴とする請
   求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記基板の外周域を環状に接合したこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型圧力セ
   ンサ。
4. 【請求項４】 前記圧力室と空間的につながれた凹部を
   前記穴部の設けられていない残る基板に設け、前記両電
   極と電気的に接続された１対の取出しパッドを前記凹部
   内に前記穴部の位置に対応させて設けたことを特徴とす
   る請求項１、２又は３に記載の静電容量型圧力センサ。
5. 【請求項５】 前記穴部を設けた基板の内面に設けた電
   極と電気的に接続された接続配線を当該基板の内面に設
   け、前記接続配線と前記残る基板に設けた前記取出しパ
   ッドと電気的に接続された接続配線との圧着により、当
   該電極を当該取出しパッドに電気的に接続したことを特
   徴とする請求項４に記載の静電容量型圧力センサ。
6. 【請求項６】 前記穴部を設けた基板上に１対の接続パ
   ッドを設け、前記各電極と電気的に接続された取出し配
   線を各接続パッドに接続したことを特徴とする請求項４
   又は５に記載の静電容量型圧力センサ。
7. 【請求項７】 前記取出し用パッドと前記接続パッドと
   を前記取出し配線によって接続したことを特徴とする請
   求項６に記載の静電容量型圧力センサ。
8. 【請求項８】 前記接続パッドを前記穴部の外周部に円
   環状に設けたことを特徴とする請求項６又は７に記載の
   静電容量型圧力センサ。
9. 【請求項９】 前記接続パッドの表面が当該接続パッド
   を設けた基板表面より低くなるように当該基板に設けた
   凹部内に前記接続パッドを設けたことを特徴とする請求
   項６、７又は８に記載の静電容量型圧力センサ。
10. 【請求項１０】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８又は９に記載の静電容量型圧力センサを多数製造する
    ための方法であって、 ２枚の親基板を接合して多数の圧力センサチップを形成
    し、前記穴部を設けた親基板にシート材を接着し前記穴
    部を塞いだ後、接合された２枚の親基板をカットして個
    々の圧力センサを製造することを特徴とする静電容量型
    圧力センサの製造方法。