JPH09280985A

JPH09280985A - 半導体圧力センサおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH09280985A
Application number: JP9549396A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yoshioka; 浩一吉岡
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性および耐久性などの信頼性に優れた半
導体圧力センサおよびその製造方法を提供。【解決手段】感圧ダイヤフラム1aを有するシリコンチ
ップ１と、ガラス台座２とを接合して感圧チップ３を形
成し、この感圧チップ３のガラス台座２をベース台座４
に接合して成る半導体圧力センサにおいて、少なくとも
ベース台座４に対する接合表面が平滑化処理されたガラ
ス台座２を、ベース台座４との接合に用いている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特に耐熱性および耐
久性等の信頼性を向上させた半導体圧力センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体圧力センサとしては、たと
えば、図18に示すような、特公平６ー７６９３８に記載
されているものがある。

【０００３】この半導体圧力センサは、この図の（Ｄ）
に示すように、感圧ダイヤフラム1aを有するシリコンチ
ップ１と、このシリコンチップ１に接合され、このシリ
コンチップ１の感圧ダイヤフラム1aに検出圧力を導入す
る貫通孔2aを有するガラス台座２と、このガラス台座２
に接合されるベース台座４とから成るものである。上記
シリコンチップ１は、ガラス台座２の貫通孔2aの一端に
蓋をするような状態で、感圧ダイヤフラム1aが陽極接合
によって気密に接合されている。そして、このガラス台
座２は、接着剤や低融点ガラス、はんだなどによって、
ガラス台座２の貫通孔2aへ検出圧力を導入する圧力導入
孔4aを有するベース台座４に気密接合されている。

【０００４】このような構造の半導体圧力センサは、
（Ａ）に示すように、多数の貫通孔2aを有するガラスウ
エハ12の一方の面に、金属膜14を形成する工程、（Ｂ）
に示すように、金属膜14を形成したガラスウエハ12の他
方の面に圧力を検出するシリコンウエハ11を陽極接合に
よって接合する工程、（Ｃ）に示すように、接合一体化
されたガラスおよびシリコンのウエハ11、12を切断して
感圧チップ３を形成する工程、（Ｄ）に示すように、感
圧チップ３を半田によってベース台座４に接合する工程
を経て製造される。また、一般にガラス台座２の貫通孔
2aは超音波ホーンによって加工が行われる。

【０００５】また、図19に示すような、特開昭６１−１
８４４３５号公報に記載されている構造の半導体圧力セ
ンサもある。この半導体圧力センサは、上述の図18にお
ける方法において、ガラス台座２に金属膜14を形成せず
に、得られた感圧チップ３を、接着剤や低融点ガラスに
よってベース台座４に接合しているものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】上述のように、従来
の半導体圧力センサは、ガラスウエハ12とシリコンウエ
ハ11とを接合して機械的（ダイシングソーなどが使用さ
れる）に切断するため、接合されたウエハ12、11のガラ
ス表面に多数の細かい傷が存在している。さらに、ガラ
ス台座２の貫通孔2aも機械的加工が行われるため（前述
したように、主に超音波ホーンが使用される。）、同様
に多数の細かい傷が存在している。また、分断された個
々の感圧チップ３におけるガラス台座２とベース台座４
との接合時に、接合材料との線膨張係数の差に起因する
熱応力が発生している。

【０００７】このような傷の存在と熱応力の発生とによ
って、脆性材料であるガラス台座２が、ガラス台座２と
ベース台座４との接合表面またはその近傍で、この傷を
起点に破壊しやすくなっている。このため、使用できる
接合材料に高強度材料が使用できない、または、ガラス
台座２と近似の線膨張係数を有するベース台座４および
接合材料などを使用しなければならないなどの制約があ
る。

【０００８】また、使用時の温度サイクルなどによって
は、ガラス台座２が破壊する可能性があり、商品として
の信頼性が低いものとなっているのである。

【０００９】本発明はこのような点に鑑みて創造された
もので、信頼性、特に耐熱性および耐久性に優れた半導
体圧力センサおよびその製造方法を提供するものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１記載の発明の半導体圧力センサは、感圧ダイヤフラ
ム1aを有するシリコンチップ１と、ガラス台座２とを接
合して感圧チップ３を形成し、この感圧チップ３のガラ
ス台座２をベース台座４に接合して成る半導体圧力セン
サにおいて、少なくともベース台座４に対する接合表面
が平滑化処理されたガラス台座２を、ベース台座４との
接合に用いて成ることを特徴として構成している。

【００１１】このような半導体圧力センサでは、ガラス
台座２の接合表面が平滑になって傷が存在せず、接合時
に生じる熱応力または使用時の温度サイクルなどに起因
しておこるガラス台座２の脆性破壊が起こりにくくなっ
ている。

【００１２】請求項２記載の発明の半導体圧力センサ
は、感圧ダイヤフラム1aを有するシリコンチップ１と、
このシリコンチップ１の感圧ダイヤフラム1aに検出圧力
を導入する貫通孔2aを有するガラス台座２とを接合して
感圧チップ３を形成し、検出圧力を前記貫通孔2aに導入
する圧力導入孔4aを有するベース台座４と前記感圧チッ
プ３とを接合して成る半導体圧力センサにおいて、少な
くともベース台座４に対する接合表面が平滑化処理され
たガラス台座２を、ベース台座４との接合に用いて成る
ことを特徴として構成している。

【００１３】このような半導体圧力センサでは、ガラス
台座２の接合表面が平滑になって傷が存在せず、接合時
に生じる熱応力または使用時の温度サイクルなどに起因
しておこるガラス台座２の脆性破壊が起こりにくくなっ
ている。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、感圧チップ３とベース台座４とを
接着剤または低融点ガラスによって接合して成ることを
特徴として構成している。

【００１５】このような半導体圧力センサでは、ガラス
台座２と接着剤または低融点ガラスとの熱膨張率の差が
小さいため、両者の間に熱応力が発生しにくく、したが
って、加熱冷却によるガラス台座２の脆性破壊が起こり
にくく、耐熱性が向上している。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、感圧チップ３とベース台座４とを
半田によって接合して成ることを特徴として構成してい
る。

【００１７】このような半導体圧力センサでは、耐食性
を有する半田によって接合されて、接合部の耐水性など
の耐食性が向上している。

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、感圧チップ３とベース台座４とを
金系のろう材によって接合して成ることを特徴として構
成している。

【００１９】このような半導体圧力センサでは、耐食性
および耐熱性を有する金系のろう材によって接合され
て、接合部の耐食性および耐熱性が向上している。

【００２０】請求項６記載の発明の半導体圧力センサの
製造方法は、以下の１）〜５）の各工程を経て製造され
ることを特徴として構成している。１）シリコンチップ１となるシリコンウエハ11に複数の
感圧ダイヤフラム1aを形成する工程２）上記シリコンウエハ11とガラス台座２となるガラス
ウエハ12とを接合して複合ウエハ13を形成する工程３）上記複合ウエハ13を個々の感圧ダイヤフラム1aを有
する感圧チップ３に分断する工程４）上記感圧チップ３におけるガラス台座２の少なくと
もシリコンチップ１と反対側の表面を平滑化処理して接
合表面を形成する工程５）上記接合表面をベース台座４に接合する工程このような半導体圧力センサの製造方法では、ガラス台
座２の接合表面が平滑になって傷が存在せず、接合時に
生じる熱応力または完成品の使用時の温度サイクルなど
に起因しておこる脆性破壊が起こりにくくなっている。

【００２１】なお、上記の接合表面とは、ガラス台座２
のシリコンチップ１と反対側の表面のみ、または側面を
も含めた表面に相当している。

【００２２】請求項７記載の発明の半導体圧力センサの
製造方法は、以下の１）〜５）の各工程を経て製造され
ることを特徴として構成している。１）ガラス台座２となるガラスウエハ12の、ベース台座
４と接合される面に溝12a を穿設したのち、このガラス
ウエハ12を溝12a 表面も含めて平滑化処理して接合表面
を形成する工程２）シリコンチップ１となるシリコンウエハ11に複数の
感圧ダイヤフラム1aを形成する工程３）上記シリコンウエハ11と上記ガラスウエハ12とを接
合して複合ウエハ13を形成する工程４）上記複合ウエハ13を溝12a の部分にて分断し、個々
の感圧ダイヤフラム1aを有する感圧チップ３に分断する
工程５）上記感圧チップ３におけるガラス台座２側の接合表
面をベース台座４に接合する工程このような半導体圧力センサの製造方法では、ガラス台
座２の接合表面が平滑になって傷が存在せず、接合時に
生じる熱応力または完成品の使用時の温度サイクルなど
に起因しておこる脆性破壊が起こりにくくなっている。

【００２３】また、溝12a を形成後、平滑化処理をする
ことによって、この平滑化処理がガラスウエハ12を単位
として効率よくなされる。また、溝12a 表面が感圧チッ
プ３におけるガラス台座２側面に相当し、この側面をも
含めて、接合材料によって接着させる接合表面とするこ
とができている。

【００２４】なお、上記の１）の工程と２）の工程と
は、いずれかを先に行うことができる。また、１）の工
程における平滑化処理は、３）の工程の後に行うことも
できる。

【００２５】請求項８記載の発明は、請求項７記載の発
明において、ガラスウエハ12の溝12a を穿設した面に金
属膜14を形成して、この金属膜14が形成された面を、半
田または金系のろう材によってベース台座４に接合させ
ることを特徴として構成している。

【００２６】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、金属膜14が形成されているので、この金属膜14を介
して、耐水性が良好な半田または金系のろう材によって
強固に接合される。

【００２７】請求項９記載の発明は、請求項６記載の発
明において、ガラスウエハ12に貫通孔12b を複数穿設
し、この貫通孔12b をシリコンウエハ11の感圧ダイヤフ
ラム1aに合致させてシリコンウエハ11と接合し、感圧チ
ップ３とベース台座４との接合を接着剤または低融点ガ
ラスによって行うことを特徴として構成している。

【００２８】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、ガラス台座２の方向から貫通孔12b を通して検出圧
力を導入する半導体圧力センサが製造される。また、こ
の半導体圧力センサは、ガラス台座２と接着剤または低
融点ガラスとの熱膨張率の差が小さいため、両者の間に
熱応力が発生しにくく、したがって、加熱冷却によるガ
ラス台座２の脆性破壊が起こりにくく、耐熱性が向上し
ている。

【００２９】請求項10記載の発明は、請求項７記載の発
明において、ガラスウエハ12に貫通孔12b を複数穿設
し、この貫通孔12b をシリコンウエハ11の感圧ダイヤフ
ラム1aに合致させてシリコンウエハ11と接合し、溝12a
の幅より小さい切り代で切断して個別の感圧チップ３に
分断し、この感圧チップ３とベース台座４との接合を接
着剤または低融点ガラスによって行うことを特徴として
構成している。

【００３０】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、ガラス台座２の方向から貫通孔12b を通して検出圧
力を導入する半導体圧力センサが得られる。また、溝12
a 表面が感圧チップ３におけるガラス台座２側面に相当
し、この側面をも含めて、接合材料によって接着させる
接合表面とすることができている。また、この半導体圧
力センサは、ガラス台座２と接着剤または低融点ガラス
との熱膨張率の差が小さいため、両者の間に熱応力が発
生しにくく、したがって、加熱冷却によるガラス台座２
の脆性破壊が起こりにくく、耐熱性が向上している。

【００３１】請求項11記載の発明は、請求項10記載の発
明において、感圧チップ３とベース台座４との接合と同
時に、信号引出しピン15とベース台座４との接合を行う
ことを特徴として構成している。

【００３２】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、信号引出しピン15とベース台座４との接合が一工程
となって、製造容易になっている。

【００３３】請求項12記載の発明は、請求項８記載の発
明において、ガラスウエハ12に貫通孔12b を複数穿設
し、この貫通孔12b をシリコンウエハ11の感圧ダイヤフ
ラム1aに合致させてシリコンウエハ11と接合し、溝12b
の幅より小さい切り代で切断して個別の感圧チップ３に
分断し、この感圧チップ３を半田または金系のろう材に
よってベース台座４に接合することを特徴として構成し
ている。

【００３４】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、ガラス台座２の方向から貫通孔12b を通して検出圧
力を導入する半導体圧力センサが得られる。また、溝12
a 表面が感圧チップ３におけるガラス台座２側面に相当
し、この側面をも含めて、接合材料によって接着させる
接合表面とすることができている。また、耐食性および
耐熱性を有する金系のろう材によって接合されて、接合
部の耐食性および耐熱性が向上している。

【００３５】請求項13記載の発明は、請求項６または９
記載の発明において、平滑化処理ををエキシマレーザを
照射して行うことを特徴として構成している。

【００３６】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、平滑化処理がドライプロセスとなって、スピーディ
ーに行われる。

【００３７】請求項14記載の発明は、請求項６ないし12
のいずれかに記載の発明において、平滑化処理をフッ酸
系溶液によるエッチング加工によって行うことを特徴と
して構成している。

【００３８】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、フッ酸系溶液によって、立体形状の表面であっても
容易に平滑化処理される。つまり、溝12a または貫通孔
2a内部をも平滑化処理することができるので、感圧チッ
プ３側面の傷による脆性破壊を防ぐことができる。

【００３９】請求項15記載の発明は、請求項７または８
記載の発明において、ダイシングソーによって溝12a を
穿設することを特徴として構成している。

【００４０】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、ダイシングソーによって高精度に溝12a が形成され
る。

【００４１】請求項16記載の発明は、請求項15記載の発
明において、ダイシングソーの歯を複数枚並設して用
い、複数条の溝12a を同時に穿設することを特徴として
構成している。

【００４２】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、複数条の溝12a が一括形成されて、スピーディーな
製造が行われる。

【００４３】請求項17記載の発明は、請求項７または８
記載の発明において、ブラスト加工によって溝12a を穿
設することを特徴として構成している。

【００４４】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、コーナー部の角がとれた形状に溝12a が形成され
て、コーナー部への応力集中が緩和される。また、溝12
a が一括形成され、生産性がよい。

【００４５】請求項18記載の発明は、請求項７または８
記載の発明において、ダイシングソーによってシリコン
ウエハ１側から切断し、個別の感圧チップ３に分断する
ことを特徴として構成している。

【００４６】このような半導体圧力センサの製造方法で
は、平滑化処理された感圧チップ３の側面をも含む接合
表面を傷付けずに加工される。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一つの実施の形
態を添付図を参照して説明する。

【００４８】この実施の形態の半導体圧力センサを、図
１ないし図９を参照して説明する。図１ないし図８は、
この実施の形態のそれぞれ異なる半導体圧力センサを概
略示す断面図である。図９は図８に示した半導体圧力セ
ンサを示す斜視図である。

【００４９】これらの半導体圧力センサは、検出する圧
力に反応する感圧ダイヤフラム1aを有するシリコンチッ
プ１とガラス台座２とを接合して感圧チップ３を形成
し、この感圧チップ３のガラス台座２に接合されるベー
ス台座４とから成るものである。そして、このような半
導体圧力センサにおいて、少なくともベース台座４に対
する接合表面が平滑化処理されたガラス台座２を、ベー
ス台座４との接合に用いているものである。つまり、ガ
ラス台座２の接合表面が平滑になって傷が存在しないの
で、接合時に生じる熱応力または使用時の温度サイクル
などに起因しておこる脆性破壊が起こりにくく、耐熱
性、耐食性などの信頼性が十分に高い半導体圧力センサ
となっているのである。

【００５０】以下、上記各々の図に示される半導体圧力
センサについて、具体的に説明する。

【００５１】図１または図２は、感圧チップ３のガラス
台座２とベース台座４とが接合された半導体圧力センサ
の要部を示す拡大断面図である。

【００５２】この図に示すように、感圧チップ３は感圧
ダイヤフラム1aを形成したシリコンチップ１の感圧ダイ
ヤフラム1a側と、このシリコンチップ１と近似の線膨張
係数を有するガラス台座２とを接合して形成されてい
る。ガラス台座２の材質は、例えば硼珪酸ガラスなどで
あり、ベース台座４はコバールまたは42アロイなどであ
る。

【００５３】図１の半導体圧力センサは、感圧チップ３
が主にガラス台座２の側面を、接着剤または低融点ガラ
スなどの接合材料21によって、ベース台座４に固着され
た構造になっている。また、図２の半導体圧力センサ
は、シリコンチップ１と反対側のガラス台座２の面を接
着剤または低融点ガラスもしくは半田などの接合材料21
で固着した構造になっている。

【００５４】ガラス台座２は、接着剤などの接合材料21
との界面である接合表面およびその近傍が、フッ酸など
の薬品による処理または研磨などによって平滑化された
のち、ベース台座４との接合に用いられている。

【００５５】このようにして感圧チップ３がベース台座
４に接合された接合部品は、この半導体圧力センサを構
成するボディブロックに固着させられ、シリコンチップ
１と基板または信号引出しピン15などとをワイヤボンデ
ィングなどによって、電気的に接続されて半導体圧力セ
ンサとして完成される。

【００５６】図３または図４は、感圧センサ３と信号引
出しピン15とが封止されたベース台座４を有する半導体
圧力センサを示す拡大断面図である。

【００５７】これらの図に示すように、この半導体圧力
センサは、上記した図２に示したような、感圧チップ３
がベース台座４に接合された接合部品を用いて構成され
ているものである。この半導体圧力センサでは、シリコ
ンチップ１と信号引出しピン15とをワイヤボンディング
によって電気的に接続している。そして、上方に開放さ
せた圧力導入孔22a 付きのカバー22を、ベース台座４上
に保持されている感圧チップ３および信号引出しピン15
などを覆うようにして、ベース台座４上に嵌着してい
る。

【００５８】図３のものは、カバー22内部が圧力導入孔
22a を通して外気に連通しているが、図４のものでは、
カバー22内にシリコンオイルなどの液体を封入して、こ
の液体を介して圧力を検知するように構成されている。

【００５９】図５または図６は、感圧チップ３のガラス
台座２とベース台座４とが接合された半導体圧力センサ
の要部を示す拡大断面図である。

【００６０】この半導体圧力センサでは、図１または図
２に示したものに対して、ガラス台座２とベース台座４
とにそれぞれ貫通孔2aと圧力導入孔4aを有せしめている
ものである。つまり、これらの貫通孔2aと圧力導入孔4a
とを通して、シリコンチップ１の感圧ダイヤフラム1aに
検出圧力が導入される構成になっているのである。

【００６１】図７ないし図９は、検出圧力を感圧ダイヤ
フラム1aに導入する圧力導入管23を有する半導体圧力セ
ンサを示す断面図または斜視図である。

【００６２】これらの図に示す半導体圧力センサにおい
ても、感圧チップ３は上記の図５または図６のものと略
同様に構成されている。

【００６３】図８および図９に示す半導体圧力センサで
は、ベース台座４に、圧力導入孔4aをその下端部に有す
る圧力導入管23と、信号引出しピン15とを一体に具備し
ている。また、圧力導入管23はベース台座４の中央部
に、その上端部をわずかに、下端部を大きく突出させて
配され、信号引出しピン15はこの圧力導入管23の周囲に
立設状態に配されている。そして、感圧チップ３は、こ
のようなベース台座４の圧力導入管23の上端部に接着剤
または低融点ガラスもしくは半田などの接合材料21によ
って固着されている。さらに、シリコンチップ１と信号
引出しピン15とをワイヤーボンデングによって接続し、
カバー22をベース台座４に嵌着させて、このようなワイ
ヤーボンデングによる接続部などを封止保護している。

【００６４】図７に示す半導体圧力センサでは、樹脂材
料で形成されたベース台座４の本体部分4bの中央部に、
その上端部をわずかに、下端部を大きく突出させて配さ
れ、信号引出しピン15は同ベース台座４の本体部分4bの
周囲に略水平に延出されている。また、前記本体部分4b
は周壁を有する容器の形状に形成され、その開口部に平
板状のカバーを嵌着させている。

【００６５】これらの図に示す半導体圧力センサにおい
ても、接合材料23との界面であるガラス台座２の接合表
面およびその近傍が、フッ酸などの薬品または研磨等に
よって平滑化処理されている。そして、シリコンチップ
１と信号引出しピン15とを、ワイヤボンディングなどに
よって電気的に接続し、カバー22を装着させるなどして
半導体圧力センサとして完成されているのである。

【００６６】なお、図９に示すように、シリコンチップ
１上面にシリコンゲル1bを供給し、ワイヤーボンデング
による接続部を保護するようにするとより好ましいもの
である。

【００６７】以上のようないずれの半導体圧力センサに
おいても、接合材料23を接着剤または低融点ガラスなど
にした場合には、ガラス台座２と接着剤または低融点ガ
ラスとの熱膨張率の差が小さいため、両者の間に熱応力
が発生しにくくなる。このため、加熱冷却によるガラス
台座２の脆性破壊が起こりにくく、耐熱性が高いものに
なっている。

【００６８】また、接合材料23を半田とした場合には、
接合部の耐水性などの耐食性が向上し、金系のろう材と
すれば、接合部の耐食性および耐熱性を向上させること
ができる。

【００６９】以下に、図10ないし図12を参照して、上記
したような半導体圧力センサの、第一の形態の製造方法
を具体的に説明する。

【００７０】図10はこの製造方法における各工程を示す
説明図である。この図に示すように、この実施の形態の
半導体圧力センサの製造方法は、（Ａ）〜（Ｇ）の工程
を経て製造されるものである。なお、この図の（Ｆ）ま
たは（Ｇ）に示される半導体圧力センサは、前述した図
７および図９に示されるものに、（Ｆｂ）のものは図５
に、（Ｆｃ）のものは図６のものに相当している。

【００７１】この図の（Ａ）に示すように最初の工程で
は、シリコンウエハ11に複数の感圧ダイヤフラム1aを形
成し、ガラスウエハ12に貫通孔2aを感圧ダイヤフラム1a
に対応する位置に形成している。このような感圧ダイヤ
フラム1aの形成は、まず、半導体単結晶ウエハであるシ
リコンウエハ11に、エッチングなどによって有底穴を形
成する。そして、この有底穴と反対側の面に拡散歪ゲー
ジを設けるが、この拡散歪みゲージは、シリコンウエハ
11全面を熱処理して酸化形成した絶縁層を選択マスクと
し、フォトエッチングによって所望箇所にのみ開口させ
た窓から、部分的に例えばボロン等の不純物を熱拡散し
て形成することができる。また、ガラスウエハ12は、上
記シリコンウエハ11と線膨張係数が類似した材料、例え
ば、硼珪酸ガラスなどが好ましくもちいられ、貫通孔2a
は超音波加工等によって形成することができる。

【００７２】そして、（Ｂ）に示すように、これらのシ
リコンウエハ11とガラスウエハ12とを接合して複合ウエ
ハ13を形成する。この場合、複合ウエハ13はシリコンウ
エハ11の有底穴と、ガラスウエハ12の貫通孔2aのそれぞ
れの中心が一致するようにあわせ、陽極接合によって接
合形成される。この陽極接合の条件は、温度400 〜500
℃、電圧800 〜900V程度が好ましい。

【００７３】さらに、（Ｃ）または（Ｄ）に示すよう
に、この複合ウエハ13を感圧ダイヤフラム1aを有する個
々の感圧チップ３に分断している。なお、（Ｄ）は分断
された一個の感圧チップ３を示し、シリコンチップ11の
部分はシリコンチップ１となり、ガラスウエハ12の部分
はガラス台座２となっている。この場合、複合ウエハ13
はダイシングソーによって切断して、個々の感圧チップ
３に分断することができる。

【００７４】さらに、（Ｅ）に示す工程では、ガラス台
座２の少なくともシリコンチップ１と反対側の表面を、
側面も含めてシリコンチップ１の極めて近傍の部分まで
平滑化処理し、この処理面を接合表面に形成している。
この図では、想像線より下方の部分2bがこの処理面に相
当している。つまり、切断された感圧チップ３における
ガラス台座４の切断面および貫通孔2aには微細な傷が多
く存在して表面粗度が大きく、耐疲労性や強度が低いの
であるが、この平滑化処理によってこのような傷を除
き、熱サイクルにによる耐久性能を向上させるのであ
る。

【００７５】図11または図12はこのような平滑化処理を
して、接合表面を形成している状態を示しており、図11
は斜視図であり、図12は図11とは異なる方法を示す説明
図であって、（Ａ）〜（Ｃ）に各工程が示されている。

【００７６】つまり、図11に示すように、エキシマレー
ザによるドライエッチングを行うことができる。このド
ライエッチングでは、感圧チップ３の周囲にミラー24を
配して、側方からもエッチングしているのである。

【００７７】または、図12に示すように、フッ酸系の溶
液に浸漬するウエットエッチングを行って、周囲および
貫通孔2a内面をも平滑化した処理面の部分2bとすること
ができる。この他、機械的に研磨することもできる。

【００７８】そして、（Ｆ）に示すように、上記接合表
面をベース台座４の圧力導入管23に接合している。この
場合、接合材料21として接着剤または低融点ガラスを用
い、例えばPbO-B2O3系ガラスを使用して、窒素中あるい
は大気中で500 ℃前後で接合することができる。

【００７９】さらに、（Ｇ）に示すように、信号引出し
ピン15とシリコンチップ１とをワイヤボンデングにて接
続する。そして、ワイヤボンデングの配線部をシリコン
ゲルで封止し、カバー22を嵌着させることによって半導
体圧力センサを製造する。

【００８０】なお、（Ｆｂ）または（Ｆｃ）に示すよう
に、ハウジングと成り得るベース台座４に直接感圧チッ
プ３を接合してから、ワイヤボンディングを実施するこ
ともできる。（Ｆｂ）のものは、圧力導入孔4aを有する
器状のベース台座４の内底面に感圧チップ３を載置した
状態で、この感圧チップ３のガラス台座側壁を接合材21
によって接合している。また、（Ｆｃ）のものは、圧力
導入孔4aを有する平板状のベース台座４に感圧チップ３
を載置した状態で、この感圧チップ３のガラス台座底面
を接合材21によって接合しているものである。

【００８１】なお、貫通孔2aを有しないガラスウエハ11
を用いて、略同様な工程を行うことによって、前述した
図１、図２、図３または図４に示す構成の半導体圧力セ
ンサを製造することもできる。

【００８２】以下に、図13ないし図16を参照して、前述
したような半導体圧力センサの、第二の形態の製造方法
を具体的に説明する。

【００８３】図13は、この製造方法における各工程を、
（Ａ）〜（Ｄ）の順に示す説明図である。また、図14は
ガラスウエハ12の平滑化処理工程を行っている状態を示
す説明図であり、図15は複合ウエハ13を個別の感圧チッ
プ３に分断している状態を示す断面図である。また、図
16は、感圧チップ３をベース台座４に接合する工程を、
（Ａ）〜（Ｂ）に示す説明図である。

【００８４】図13の（Ａ）に示すように、この製造方法
は第一の形態に示したものと異なり、ガラスウエハ12の
一方に面に溝12a を格子状に形成している。この溝12a
と貫通孔2aは、各格子の中心付近に貫通孔2aが１個ずつ
配置されるような位置関係としている。

【００８５】このような溝12a はダイシングソーを用い
て形成されるが、このとき、刃を複数枚同軸上に等ピッ
チに配置して、一度に多数の溝2aを加工することもでき
る。また、ブラスト加工によって、この溝加工を行うこ
ともでき、この場合の溝形状は角部に丸みを有したもの
となる。

【００８６】さらに、以上のような溝加工を行ったの
ち、図14に示すように、ガラス台座２のベース台座４へ
の接合表面を形成する平滑化処理を、フッ酸溶液などに
浸漬するエッチング処理によって行っている。

【００８７】以下、前述の第一の形態に示されると略同
様の手順にて、半導体圧力センサを完成させることがで
きる。すなわち、（Ｂ）に示すように、両ウエハ11、12
を接合して複合ウエハ13を形成し、（Ｃ）に示すよう
に、個別の感圧チップ３に分断し、（Ｄ）に示すよう
に、ベース台座２に接合するのである。

【００８８】なお、シリコンウエハ11とガラスウエハ12
との複合ウエハ13の切断は、溝12aの幅より薄い刃25を
有するダイシングソーによって、溝12a のセンター部に
て切断することが好ましい。

【００８９】また、図15に示すように、上記の切断は、
シリコンチップ１からダイシングソーの刃25を挿入して
行い、平滑化処理した接合面を保護するように行うこと
が好ましい。

【００９０】また、図16に示すように、信号引出しピン
15および圧力導入管23を一体に接合してベース台座４を
形成するとともに、このベース台座４の圧力導入管23に
感圧チップ３を接合することもでき、このようにすれ
ば、一工程で信号引出しピン15および感圧チップ３をベ
ース台座４に接合することができる。

【００９１】以下に、図17を参照して、前述したような
半導体圧力センサの、第三の形態の製造方法を具体的に
説明する。

【００９２】この図17は、この製造方法における各工程
を、（Ａ）〜（Ｄ）の順に示す説明図である。

【００９３】この製造工程では、同図の（Ｂ）に示す工
程が、上記第二の形態に示したものと異なり、この工程
では、（Ａ）においてガラスウエハ12をエッチング加工
して平滑化処理したのち、溝12a を形成した面に金属膜
14を形成している。このような金属膜14は、蒸着または
スパッタによって形成することができるものであって、
この金属膜14はガラスウエハ側からTi,Pt,Au、Ti,Ni,A
u、Cr,Pt,AuまたはCr,Ni,Au等の３層構造に形成するこ
とが好ましい。

【００９４】このあと、上記第二の形態に示したものと
略同様な手順で半導体圧力センサを完成させることがで
きる。すなわち、（Ｃ）に示すようにして複合ウエハ13
を形成し、（Ｄ）に示すように、個別の感圧チップ３に
分断し、（Ｅ）に示すようにしてベース台座４に感圧チ
ップ３を接合するのである。

【００９５】なお、個々に分断された感圧チップ３を、
半田、例えば、Sn系半田、Au系半田などによって、ベー
ス台座４に接合することがより好ましい。このような半
田を用いることによって、あらかじめ金属膜14を形成し
ているので、形成された金属膜14を介して、ガラス台座
２とベース台座４との強固な接合がなされるのである。
また、Sn系半田としてはSn-0〜10.5Sb、Sn-0〜5Ag など
が用いられ、Au系半田としてはAu-20Sn などが用いられ
る。そして、これらの半田はフラックスを含有せず、窒
素あるいは還元雰囲気中で加熱接合することができる。

【００９６】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、ガラス台座の
接合表面に傷が存在しないため、ガラス台座とベース台
座との接合時に生じる熱応力または使用時の温度サイク
ルなどに起因しておこる脆性破壊が起こりにくくなって
いる。したがって、ガラス台座とベース台座との接合に
使用できる接合材料の選択範囲が広がるので、ガラス台
座と近似の線膨張係数を有するベース台座および接合材
料を特に選定する必要もなくなるのである。つまり、高
強度な接合材料を用いることによって、ベース台座とガ
ラス台座との接合強度が高くなり、使用時に熱サイクル
などによって破壊しにくい高信頼性の半導体圧力センサ
となっているのである。

【００９７】請求項２記載の発明では、上記請求項１記
載の発明の効果を奏するとともに、検出圧力をベース台
座の圧力導入孔からガラス台座の貫通孔を通して、感圧
ダイヤフラムへの導いて検出することができる。

【００９８】請求項３記載の発明では、ガラス台座と接
着剤または低融点ガラスとの熱膨張率の差が小さいた
め、加熱冷却によるガラス台座の脆性破壊が起こりにく
く、耐熱性が向上したものになっている。

【００９９】請求項４記載の発明では、ガラス台座とベ
ース台座とが耐食性を有する半田によって接合されるの
で、この接合部の耐水性などの耐食性が向上している。

【０１００】請求項５記載の発明では、ガラス台座とベ
ース台座とが耐食性および耐熱性を有する金系のろう材
によって接合されてるので、この接合部の耐食性および
耐熱性が向上している。

【０１０１】請求項６記載の発明では、上記請求項１記
載の発明の効果を奏する半導体圧力センサが、ガラスま
たはシリコンのウエハによる一括処理によって、容易に
製造される。

【０１０２】請求項７記載の発明では、平滑化処理をガ
ラスウエハを一単位として行うため、生産の効率がよく
なる。その上、ガラスウエハに穿設された溝によって、
ガラス台座側面をも平滑化して接合表面とし、この側面
をも接合して接合強度が高いとともに、この側面からの
破壊も防ぐことができる。請求項８記載の発明では、ガ
ラスウエハに形成された金属膜によって、ガラス台座と
ベース台座との接合材料に半田または金系のろう材を用
いることができる。このような接合材料は、耐蝕性が高
くかつ強固な接合を行うことができ、信頼性の高い半導
体圧力センサを製造することができる。

【０１０３】請求項９記載の発明では、ガラス台座の方
向から貫通孔を通して検出圧力を感圧ダイヤフラムに導
入する半導体圧力センサを製造することができる。ま
た、ガラス台座と接着剤または低融点ガラスとの熱膨張
率の差が小さいため、加熱冷却によるガラス台座の脆性
破壊が起こりにくく、耐熱性を向上させた半導体圧力セ
ンサを製造することができる。

【０１０４】請求項10記載の発明では、ガラス台座の方
向から貫通孔を通して検出圧力を感圧ダイヤフラムに導
入する半導体圧力センサを製造することができる。ま
た、ガラス台座と接着剤または低融点ガラスとの熱膨張
率の差が小さいため、加熱冷却によるガラス台座の脆性
破壊が起こりにくく、耐熱性を向上させた半導体圧力セ
ンサを製造することができる。

【０１０５】請求項11記載の発明では、信号引出しピン
とベース台座とを一工程で接合することができ、製造容
易になっている。

【０１０６】請求項12記載の発明では、ガラス台座の方
向から貫通孔を通して検出圧力を感圧ダイヤフラムに導
入する半導体圧力センサを製造することができる。ま
た、ガラス台座とベース台座とが耐食性および耐熱性を
有する金系のろう材によって接合されるので、耐食性お
よび耐熱性のよい半導体圧力センサを製造することがで
きる。

【０１０７】請求項13記載の発明では、エッチング加工
がドライプロセスとなるので、スピーディーに製造する
ことができる。

【０１０８】請求項14記載の発明では、フッ酸系溶液に
よって、立体形状の表面についても容易に均一にエッチ
ング加工でき、耐熱性のよい半導体圧力センサを製造す
ることができる。

【０１０９】請求項15記載の発明では、ダイシングソー
によって高精度に溝を形成することができ、寸法精度の
よい半導体圧力センサを製造することができる。

【０１１０】請求項16記載の発明では、複数条の溝を一
括形成することができ、スピーディーに製造することが
できる。

【０１１１】請求項17記載の発明では、ウエハ一括で溝
加工可能であり、生産性が向上している。また、コーナ
ー部の角がとれた形状に溝を形成することができるの
で、接合時の応力集中が発生しにくく、信頼性の高い半
導体圧力センサを製造することができる。

【０１１２】請求項18記載の発明では、平滑化処理され
た接合面を傷付けずに加工することができるので、耐熱
性のよい半導体圧力センサを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における一つの半導体圧力
センサを概略示す断面図である。

【図２】同上実施の形態の異なる半導体圧力センサを概
略示す断面図である。

【図３】同上実施の形態のさらに異なる半導体圧力セン
サを概略示す断面図である。

【図４】同上実施の形態のさらに異なる半導体圧力セン
サを概略示す断面図である。

【図５】同上実施の形態のさらに異なる半導体圧力セン
サを概略示す断面図である。

【図６】同上実施の形態のさらに異なる半導体圧力セン
サを概略示す断面図である。

【図７】同上実施の形態のさらに異なる半導体圧力セン
サを概略示す断面図である。

【図８】同上実施の形態のさらに異なる半導体圧力セン
サを概略示す断面図である。

【図９】同上の半導体圧力センサを概略示す斜視図であ
る。

【図１０】本発明の実施の形態における第一の形態の製
造方法を示す説明図であって、（Ａ）〜（Ｇ）に各工程
を示している。

【図１１】同上第一の形態の製造方法における平滑化処
理を行っている状態を示す斜視図である。

【図１２】同上の異なる平滑化処理を行っている状態
を、（Ａ）〜（Ｃ）に各工程を示した説明図である。

【図１３】本発明の実施の形態における第二の形態の製
造方法を示す説明図であって、（Ａ）〜（Ｄ）に各工程
を示している。

【図１４】同上第二の形態の製造方法における平滑化処
理を行っている状態を示す説明図である。

【図１５】同上第二の形態の製造方法における複合ウエ
ハを個別の感圧チップに分断している状態を示す断面図
である。

【図１６】同上第二の形態の製造方法における感圧チッ
プをベース台座に接合する工程を、（Ａ）〜（Ｂ）に示
す説明図である。

【図１７】本発明の実施の形態における第三の形態の製
造方法を示す説明図であって、（Ａ）〜（Ｅ）に各工程
を示している。

【図１８】従来例の工程を示す説明図である。

【図１９】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１シリコンチップ 1a 感圧ダイヤフラム２ガラス台座 2a 貫通孔３感圧チップ４ベース台座 4a 圧力導入孔 11 シリコンウエハ 12 ガラスウエハ 13 複合ウエハ 14 金属膜 15 信号引出しピン 21 接合材料 22 カバー 23 圧力導入管 24 ミラー 25 刃

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感圧ダイヤフラムを有するシリコンチッ
プと、ガラス台座とを接合して感圧チップを形成し、こ
の感圧チップのガラス台座をベース台座に接合して成る
半導体圧力センサにおいて、少なくともベース台座に対
する接合表面が平滑化処理されたガラス台座を、ベース
台座との接合に用いて成ることを特徴とする半導体圧力
センサ。
【請求項２】感圧ダイヤフラムを有するシリコンチッ
プと、このシリコンチップの感圧ダイヤフラムに検出圧
力を導入する貫通孔を有するガラス台座とを接合して感
圧チップを形成し、検出圧力を前記貫通孔に導入する圧
力導入孔を有するベース台座と前記感圧チップとを接合
して成る半導体圧力センサにおいて、少なくともベース
台座に対する接合表面が平滑化処理されたガラス台座
を、ベース台座との接合に用いて成ることを特徴とする
半導体圧力センサ。
【請求項３】感圧チップとベース台座とを接着剤また
は低融点ガラスによって接合して成ることを特徴とする
請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】感圧チップとベース台座とを半田によっ
て接合して成ることを特徴とする請求項１ないし２のい
ずれかに記載の半導体圧力センサ。
【請求項５】感圧チップとベース台座とを金系のろう
材によって接合して成ることを特徴とする請求項１また
は２に記載の半導体圧力センサ。
【請求項６】以下の１）〜５）の各工程を経て製造さ
れることを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。１）シリコンチップとなるシリコンウエハに複数の感圧
ダイヤフラムを形成する工程２）上記シリコンウエハとガラス台座となるガラスウエ
ハとを接合して複合ウエハを形成する工程３）上記複合ウエハを個々の感圧ダイヤフラムを有する
感圧チップに分断する工程４）上記感圧チップにおけるガラス台座の少なくともシ
リコンチップと反対側の表面を平滑化処理して接合表面
を形成する工程５）上記接合表面をベース台座に接合する工程
【請求項７】以下の１）〜５）の各工程を経て製造さ
れることを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。１）ガラス台座となるガラスウエハの、ベース台座と接
合される面に溝を穿設したのち、このガラスウエハを溝
表面も含めて平滑化処理して接合表面を形成する工程２）シリコンチップとなるシリコンウエハに複数の感圧
ダイヤフラムを形成する工程３）上記シリコンウエハと上記ガラスウエハとを接合し
て複合ウエハを形成する工程４）上記複合ウエハを溝の部分にて分断し、個々の感圧
ダイヤフラムを有する感圧チップに分断する工程５）上記感圧チップにおけるガラス台座側の接合表面を
ベース台座に接合する工程
【請求項８】ガラスウエハの溝を穿設した面に金属膜
を形成して、この金属膜が形成された面を、半田または
金系のろう材によってベース台座に接合させることを特
徴とする請求項７記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項９】ガラスウエハに貫通孔を複数穿設し、こ
の貫通孔をシリコンウエハの感圧ダイヤフラムに合致さ
せてシリコンウエハと接合し、感圧チップとベース台座
との接合を接着剤または低融点ガラスによって行うこと
を特徴とする請求項６記載の半導体圧力センサの製造方
法。
【請求項10】ガラスウエハに貫通孔を複数穿設し、こ
の貫通孔をシリコンウエハの感圧ダイヤフラムに合致さ
せてシリコンウエハと接合し、溝の幅より小さい切り代
で切断して個別の感圧チップに分断し、この感圧チップ
とベース台座との接合を接着剤または低融点ガラスによ
って行うことを特徴とする請求項７記載の半導体圧力セ
ンサの製造方法。
【請求項11】感圧チップとベース台座との接合と同時
に、信号引出しピンとベース台座との接合を行うことを
特徴とする請求項10記載の半導体圧力センサの製造方
法。
【請求項12】ガラスウエハに貫通孔を複数穿設し、こ
の貫通孔をシリコンウエハの感圧ダイヤフラムに合致さ
せてシリコンウエハと接合し、溝の幅より小さい切り代
で切断して個別の感圧チップに分断し、この感圧チップ
を半田または金系のろう材によってベース台座に接合す
ることを特徴とする請求項８記載の半導体圧力センサの
製造方法。
【請求項13】平滑化処理をエキシマレーザを照射して
行うことを特徴とする請求項６または９記載の半導体圧
力センサの製造方法。
【請求項14】平滑化処理をフッ酸系溶液によるエッチ
ング加工によって行うことを特徴とする請求項６ないし
１２のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項15】ダイシングソーによって溝を穿設するこ
とを特徴とする請求項７または８記載の半導体圧力セン
サの製造方法。
【請求項16】ダイシングソーの歯を複数枚並設して用
い、複数条の溝を同時に穿設することを特徴とする請求
項15記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項17】ブラスト加工によって溝を穿設すること
を特徴とする請求項７または８記載の半導体圧力センサ
の製造方法。
【請求項18】ダイシングソーによってシリコンウエハ
側から切断し、個別の感圧チップに分断することを特徴
とする請求項７または８記載の半導体圧力センサの製造
方法。