JPH0810170B2 - 半導体絶対圧力センサの製造方法 - Google Patents

半導体絶対圧力センサの製造方法

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JPH0810170B2
JPH0810170B2 JP62049981A JP4998187A JPH0810170B2 JP H0810170 B2 JPH0810170 B2 JP H0810170B2 JP 62049981 A JP62049981 A JP 62049981A JP 4998187 A JP4998187 A JP 4998187A JP H0810170 B2 JPH0810170 B2 JP H0810170B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体絶対圧力センサの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
基準圧力室(基準真空室)を有する絶対圧力センサに
おいて、例えば、特開昭53−125879号公報に記載してあ
るように、基準圧力室を密封するための接合部に粉末ガ
ラスを使用している。
また、特開昭58−45533号公報,特開昭58−118159号
公報に開示されるようにダイヤフラム付のシリコンチッ
プ或いはウエハとガラス基台(パイレックスガラス)と
を、この両者に高電圧印加することによって静電接合す
るものや、 特開昭59−72775号公報に開示されるようにガラス基
台に代わってシリコン基台とシリコンチップとを接合す
る場合には、シリコン基台・シリコンチップ間にパイレ
ックスガラス膜を介在させて、シリコン基台とシリコン
チップとを高電圧印加することにより両者を静電接合す
るものが知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
絶対圧力センサを構成する基準真空室を形成するの
に、従来、低融点ガラスによる接合法が提案されてい
る。しかし、この方法は、量産性に乏しく、低コスト化
に問題があった。
また、絶対圧力センサにおいて、基準圧力室を有する
封止キャップをシリコン製とし、キャップ被着対象のチ
ップ部材もシリコン製とした場合、両者を接合するの
に、上記した従来技術(特開昭59−72775号)のように
接合対象となるシリコン部材間にパイレックスガラス膜
(可動イオンを含むガラス膜)を介在させて、可動イオ
ンを含むガラス膜のイオンの移動の特徴を応用した静電
接合法を用いることが考えられるが、接合部界面にナト
リウムイオン(Na+)が残存するので、センサの信頼
性,ドリフト等の特性に悪影響を及ぼし、また、種々の
拡散工程や表面処理等のプロセスを経由するので、電圧
印加が高くなると沿面放電が考えられ、歩留りからいっ
ても好ましいものではなかった。
なお、特開昭58−118159号公報に開示されるように、
シリコンチップとガラス基台とを静電接合する場合にも
ガラス基台の下面(接合面と反対の面)にNa+が偏析す
る問題があり、この場合には、このガラス基台下面を除
去する工程が付されており、プロセス工程が増加する問
題がある。
本発明の目的は、以上の点に鑑みてなされ、その目的
は、絶対圧力センサを構成するチップとその基準圧力室
形成用キャップとをシリコン製とする場合、量産性を配
慮してチップ切断前のウエハの形態のままでそのチップ
サイズ領域とシリコンキャップとを静電接合させること
ができ、また、静電接合時にシリコンウエハ中を高電圧
が通過させないようにして、ピエゾ抵抗素子,絶縁層膜
等に悪影響を与えず、且つ、センサチップの接合部にNa
+が偏析せず、ドリフトがなく信頼性が高いものにで
き、かつ、プロセス作業を軽減できてシリコンウエハの
歩留りを向上できる半導体絶体圧力センサの製造方法に
提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の特徴は次の通りである。なお、構成要素に付
した符号は実施例の第1図〜第3図の符号を引用した。
すなわち、シリコンウエハ1の切断前における各チッ
プサイズ領域にダイヤフラム9となる凹部1Aを加工し、
このチップサイズ領域の凹部1Aと反対側表面には、ピエ
ゾ抵抗素子2,2′となる拡散抵抗層15,絶縁層膜3,素子接
続用の導電膜配線5を形成し、さらにその凹部1A反対側
表面のダイヤフラム9周辺に絶縁層膜3の上に乗るよう
にして可動イオンを含むガラス層8を形成し、このガラ
ス層8を介して基準圧力室14となる凹部を有するシリコ
ンキャップ12をシリコンウエハ1上に静電接合した後、
この接合部外周近傍の各チップサイズ領域境界部にて前
記シリコンウエハ1及びシリコンキャップ12を格子状に
切断して、チップ化された半導体絶対圧力センサを多数
得るようにし、 且つ、前記静電接合工程では、ガラス層8は、シリコ
ンウエハ1側の各チップサイズ領域のダイヤフラム9周
辺とシリコンキャップ12側の各基準圧力室14の周辺とを
静電接合するようにシリコンウエハ1上に格子状に予め
形成してあり、また該ガラス層8の格子幅がシリコンウ
エハ1・シリコンキャップ12の接合領域からウエハ切断
箇所たるチップサイズ領域境界部にはみ出すようにして
あり、このガラス層8のはみ出した部分8′と絶縁層膜
3との間に静電接合の負電位用の導電膜配線6をシリコ
ンウエハ1全体にわたり格子状に配設して、その負電位
用の導電膜配線6の端子7をシリコンウエハ外部に引き
出し、この引き出された負電位用の端子7を介して導電
膜配線6に静電接合用電源11の負の電位を印加し、一
方、シリコンキャップ12に静電接合用電源11の正の電位
を印加することを特徴とする。
〔作用〕
上記構成によれば、静電接合用電源11の負電位をシリ
コンウエハ1の外部に引き出された負電位用の端子7
に、一方、正電位をシリコンキャップ12に電圧印加すれ
ば、シリコンウエハ1の各チップサイズ領域のダイヤフ
ラム周辺とシリコンキャップ12の各基準圧力室14周辺と
がガラス層8のイオン移動の特徴を応用して静電接合さ
せることができ、各基準圧力室14が密封されつつ、それ
ぞれチップサイズ領域が同時にシリコンキャップ12に接
合され、多数のセンサチップが実質チップ単位で同時に
接合される。
この場合、静電接合用の負電位については絶縁膜3と
ガラス層8のうちの接合領域からはみ出た部位8′間に
介在する格子状導電膜配線6に印加されるので、この負
電位によって正のナトリウムイオン(Na+)はシリコン
ウエハ1(各チップサイズ領域のダイヤフラム周辺)・
シリコンキャップ12(各基準室14周辺)の接合部からは
み出たガラス層部位8′に集中し、負の酸素イオン
(O-)は接合面の界面に寄るように移動するので、セン
サ部の接合部分にはNa+が生ぜず、ドリフトがなくセン
サ信頼性を高める。なお、ガラス層8のうち接合領域か
らはみ出した部位8′は、負電位の格子状の導電膜配線
6と共にチップ形成用の切断箇所となるチップサイズ領
域境界部に位置するので、シリコンウエハ1・シリコン
キャップ12との接合後になされるチップ形成工程(ウエ
ハ切断工程)で切断により除去される。
また、上記導電膜配線6とシリコンキャップ12とに静
電接合用の電圧を印加する場合には、シリコンウエハ1
中を静電接合用の高電圧が通過しないので、ピエゾ抵抗
素子2,絶縁層膜5等に悪影響を及ぼさない。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図〜第4図を用いて詳細に説
明する。
第1図は本実施例に係る半導体絶対圧力センサのシリ
コンウエハの一部を示す斜視図、第2図はウエハ状態で
の静電接合の概略断面図、第3図は第2図の部分拡大断
面図である。
シリコンウエア1の切断前(チップ化する前)におけ
る各チップサイズ領域には、中央部がダイヤフラム9と
なるように凹部1Aが形成してある。また、シリコンウエ
ハ1の片面(凹部1Aと反対側のウエハ表面)の各チップ
サイズ領域内には、拡散により形成されたピエゾ抵抗素
子2,2′となる拡散抵抗層15が形成してあり(拡散抵抗
層15はウエハ1の導電形とは反対の導電形拡散層であ
る)、さらに、これらのピエゾ抵抗素子を配線間で絶縁
するため、また、汚染等から保護するため、絶縁層膜3
が形成してある。ピエゾ抵抗素子2,2′間の端子4,4′は
絶縁層膜3で絶縁してあり、その端子4,4′間を素子接
続用の導電膜配線5で接続してある。
シリコンウエハ1のダイヤフラム9周辺(肉厚部1B)
の表面には、外部引出用の入出力端子17を形成し、併せ
て、絶縁層膜3の上に重なるようにして可動イオンを含
むガラス層8を形成する。第2図、第3図に示すシリコ
ンキャップ12には、各ダイヤフラム9に臨む基準圧力室
14となるべき凹部18を有し、このシリコンキャップ12が
ガラス層8を介してシリコンウエハ1に接合される。こ
の接合は、シリコンキャップ12の基準圧力室(凹部)周
辺肉厚部とシリコンウエハ1の各チップサイズ領域のダ
イヤフラム周辺肉厚部とを可動イオンを含むガラス層8
を介した静電接合することで行われる。
ガラス層8は、シリコンウエハ1(各チップサイズ領
域のダイヤフラム周辺)・シリコンキャップ12(基準圧
力室周辺)同士を静電接合するようにシリコンウエハ1
上に格子状に形成してあり、第3図に示すように、その
ガラス層8の格子幅が上記したシリコン1・シリコンキ
ャップ12の接合すべき領域からシリコンウエハ1におけ
る各チップサイズ領域境界(この境界は後でウエハ1を
チップ化する場合の切断箇所となる)にはみ出す(符号
8′)ように形成してある。このガラス層8のはみ出し
た部分8′と絶縁層膜3との間に静電接合の負電位用の
導電膜配線6をシリコンウエハ1全体にわたり格子状に
配設して、その負電位用の導電膜配線6の端子7を第1
図,第2図に示すようにシリコンウエハ1外部に引き出
してある。
可動イオンを含むガラス層8は、スパッタリングまた
は蒸着により形成され、ピエゾ抵抗素子2,2′間の端子
4,4′及びその間の導電膜配線5附近部分はエッチング
によって除去する。また、ガラス層8の不必要部分をマ
スクで覆ってスパッタリング及び蒸着でガラス層を形成
するようにしてもよい。
シリコンキャップ12には、その片面にチップ化すると
きの切断用の溝13,13′,13″が格子状に設けてあり、他
面には基準圧力室14用の凹部18のほかに、導電膜配線6
付近に静電接合時にNa+が集まりやすいように、さらに
入出力端子17から避けるための凹部19が形成してある。
なお、これらは同時に形成する。
次に第2図〜第4図を用いて、本実施例に係る半導体
絶対圧力センサの製造工程について説明する。
第2図において、10は静電接合工程に用いる真空容
器、11は静電接合のための電源である。
センサウエハ1とシリコンキャップ12は、互いに合マ
ークによって重ね合わせ、真空容器10内にセットし、排
気を行い加熱する。そして、所定の排気、所定の温度に
保持し、電源11によりシリコンキャップ12の不定位置21
には正側の、格子状に配設した導電膜配線6の端子7に
は負側の電圧を印加して静電接合を行なう。シリコンキ
ヤップ12は全面にわたって同電位であり、センサウエハ
1は各チップサイズ領域毎に四辺にわたって負の電位を
持った導電膜配線6があるので、実質チップ単位の接合
状態となり、基準圧力室14内は密封されて真空状態を維
持することができる。基準圧力室14内の結線群は、第3
図に示すように、拡散層15によって穴16,16′,16″を介
して外部の入出力端子群17に導かれる。
ところで、上記静電接合を行う場合には、接合力を損
わずにシリコンウエハ上の接合面からNa+を除去しなけ
ればならない。本実施例においては、シリコンウエハ1
の各センサのチップサイズ領域間の境界に導電膜配線6
が格子状に配設してあり、また、ガラス層8の格子幅が
ウエハ1・キヤップ12の接合部間からはみ出して、その
はみ出した部分8′がチップサイズ領域境界に位置させ
てあるので、各センサチップサイズ領域の接合領域の外
周近傍の導電膜配線6による負の電位によって、ガラス
層8の接合領域からそのはみ出し領域8′にNa+が移動
しやすくなる。
第3図はシリコンウエハの部分拡大断面図で、シリコ
ンウエハ1とシリコンキャップ12の静電接合後の接合面
になるガラス層8のイオンの移動状態を示している。電
圧の印加によってNa+は接合部近傍の空洞19(シリコン
キャップ12側の凹部19)に位置するガラス層はみ出し部
8′に負の電位部(導電膜配線6)によって集中し、O-
イオンは、接合面の界面に寄るように移動するので、セ
ンサ部の接合部分は、接合力を損わないで、特性に悪影
響を及ぼNa+を除去した半導体絶対圧力センサを得るこ
とができる。
第4図は本実施例に係る半導体絶対圧力センサのチッ
プ化の工程を示す図で、第4図(a)は切断1段階での
概略断面図、同図(b)は切断1段階でのチップ化部分
の拡大断面図、同図(c)は最終切断状態での拡大断面
図である。
第4図において、30はダミーのウエハ、31はシリコン
キャップ12とシリコンウエハ1が静電接合されたシリコ
ンウエハを示す。ダミーのウエハ30に低温溶融のワック
ス32でシリコンウエハ31を貼り付けて固定する。第4図
(a),(b)は第1段階で、シリコンキャップ12の溝
13″全数の部分を所定寸法深さまで切断してある。第4
図(c)は第2,第3段階の切断を終了したものを示して
あり、まず、シリコンキャップ12の溝13″を全数所定深
さまで切断し、次に、溝13′のところでダミーウエハ30
を所定深さまで一気に切断する。この切断により、チッ
プサイズ領域境界に位置するガラス層8のはみ出し部
8′及び接合用の負電位の同電膜配線6も除去される。
次に、溝13を全数ダミーウエハ30の所定深さまで一気に
切断する。以上のように、シリコンウエハのチップ化
は、シリコンキャップ12の溝13,13′,13″によって指示
できるので、容易に切断することができる。
第5図に上記実施例のシリコンウエハ1上に可動イオ
ンを含むガラス層8を成形する工程を示す。第5図にお
いて、Aは拡散プロセス終了後の部分断面図で、1はシ
リコンウエハ、2,2′はピエゾ抵抗素子、3は絶縁層
膜、4,4′は端子、6は負電位用同電膜配線、15は拡散
層、17は入出力端子で、この表面全域は、選択エッチン
グ層用膜40で覆われている。Bは選択エッチング層用膜
40の表面上に可動イオンを含むガラス層8をスパッタリ
ングした状態を示す。Cはガラス層8を部分エッチング
するため、ホト用レジスト41を塗布した状態を示す図、
Dはレジスト41を保護膜としてガラス層8を部分エッチ
ングした状態を示す図、Eはガラス層8上のレジスト41
を剥離し、その後入出力端子17上の選択エッチング層用
膜40を工程C,Dの方法にてエッチングした状態を示す図
である。本実施例のシリコンウエハの工程C,Dは、レジ
スト41の選択、エッチング液の選択,方法,時間等の新
しいノウハが必要であるが、それを十分こなすことがで
きた。
本実施例によれば、センサチップの接合部のガラス層
にナトリウム(Na+)がなくなるので、ドリフトのない
信頼性の高い半導体絶対圧力センサとすることができ、
また、製造時にシリコンウエハ中を高電圧が通過しない
ので、ピエゾ抵抗素子,絶縁層膜等に悪影響を与えるこ
とがなく、さらに、ガラス層への穴あけが不要となりプ
ロセス作業が簡単になり、シリコンウエハの歩留りが向
上し、シリコンウエハのチップ化は、溝によって指示で
きるので、切断時間が半減し、静電接合時の電圧印加に
よって沿面放電を生じないという効果がある。なお、格
子状に配設する負電位用の配線は、チップ化の際切り取
られるので悪影響を与えることはない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、多数のセンサ
チップサイズ領域を有するシリコンウエハと基準圧力室
付きのシリコンキャップとを実質チップ単位で同時に接
合することができ、プロセス作業が簡単になり、 また、センサチップの接合部のガラス層にナトリウム
(Na+)がなくなるので、ドリフトのない信頼性の高い
半導体絶対圧力センサとすることができ、 さらに、製造時にシリコンウエハ中を高電圧が通過し
ないので、ピエゾ抵抗素子,絶縁層膜等に悪影響を与え
ることがなく、さらに、シリコンウエハの歩留りが向上
し、 また、チップ化工程で自ずとNa+の偏析したガラス層
はみ出し部位及び負電位電極を削除するので、プロセス
工程の簡略化を図ることができ、しかも、このようなセ
ンサへ与える悪影響を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体絶対圧力センサの一実施例に係
るシリコンウエハを示す部分斜視図、第2図は上記実施
例のウエハ状態での静電接合の概略断面図、第3図は第
2図の部分拡大断面図、第4図は上記実施例の半導体絶
対圧力センサのチップ化を説明するための工程図、第5
図は上記実施例に用いるシリコンウエハの可動イオンを
含むガラス層の成形工程を示す説明図である。 1……シリコンウエハ、2,2′……ピエゾ抵抗素子、3
……絶縁層膜、5……導電膜配線、6……負電位用の導
電膜配線、7……端子部、8……イオンを含むガラス
層、8′……ガラス層のはみ出した部位、9……ダイヤ
フラム、11……静電接合用電源、12……シリコンキャッ
プ、14……基準圧力室、15……拡散層。
フロントページの続き (72)発明者 宮崎 敦史 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (72)発明者 鈴木 清光 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−28876(JP,A) 特開 昭58−45533(JP,A) 特開 昭59−72775(JP,A) 特開 昭58−118159(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコンウエハ(1)の切断前における各
    チップサイズ領域にダイヤフラム(9)となる凹部(1
    A)を加工し、このチップサイズ領域の凹部(1A)と反
    対側表面には、ピエゾ抵抗素子(2,2′)となる拡散抵
    抗層(15),絶縁層膜(3),素子接続用の導電膜配線
    (5)を形成し、さらにその凹部(1A)反対側表面のダ
    イヤフラム(9)周辺に前記絶縁層膜(3)の上に乗る
    ようにして可動イオンを含むガラス層(8)を形成し、
    このガラス層(8)を介して基準圧力室(14)となる凹
    部を有するシリコンキャップ(12)をシリコンウエハ
    (1)上に静電接合した後、この接合部外周近傍の各チ
    ップサイズ領域境界部にて前記シリコンウエハ1及びシ
    リコンキャップ(12)を格子状に切断して、チップ化さ
    れた半導体絶対圧力センサを多数得るようにし、 且つ、前記静電接合工程では、前記ガラス層(8)は、
    シリコンウエハ(1)側の各チップサイズ領域のダイヤ
    フラム(9)周辺とシリコンキャップ(12)側の各基準
    圧力室(14)の周辺とを静電接合するようにシリコンウ
    エハ(1)上に格子状に予め形成してあり、また該ガラ
    ス層(8)の格子幅が前記シリコンウエハ(1)・シリ
    コンキャップ(12)の接合領域からウエハ切断箇所たる
    チップサイズ領域境界部にはみ出すようにしてあり、こ
    のガラス層(8)のはみ出した部分(8′)と前記絶縁
    層膜(3)との間に静電接合の負電位用の導電膜配線
    (6)をシリコンウエハ(1)全体にわたり格子状に配
    設して、その負電位用の導電膜配線(6)の端子(7)
    をシリコンウエハ外部に引き出し、この引き出された負
    電位用の端子(7)を介して前記導電膜配線(6)に静
    電接合用電源(11)の負の電位を印加し、一方、前記シ
    リコンキャップ(12)に静電接合用電源(11)の正の電
    位を印加することを特徴とする半導体絶対圧力センサの
    製造方法。
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