JPH10281908A - 半導体圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラス台座と金属台座との接合時にガラス台
座にストレスを与えることが少なく、耐熱性や耐久性に
優れ、信頼性が高い半導体圧力センサおよびその製造方
法を提供。 【解決手段】 シリコン素子１に感圧ダイヤフラム1aを
形成し、このシリコン素子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におけるガ
ラス台座２の一表面に軟ろう６に接着する接合用金属膜
４を形成して金属台座５への接合表面とし、この接合表
面を金属台座５に軟ろう６によって接合して成る半導体
圧力センサにおいて、接合表面の外周縁部を除く部分に
接合用金属膜４を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性および耐久
性が良く、信頼性の高い半導体圧力センサおよびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体圧力センサとしては、図18
に示されるようなものを例示することができる。この半
導体圧力センサは、特公平６−７６９３８号公報に示さ
れるものであって、（Ａ) の図は同半導体圧力センサの
断面図、（Ｂ) および（Ｃ) は、製造工程途中の状態を
示す断面図である。

【０００３】（Ａ) に示すように、この半導体圧力セン
サは、感圧ダイヤフラム1aを形成したシリコン素子１と
ガラス台座２とを接合して感圧チップ３を形成してい
る。そして、この感圧チップ３におけるガラス台座２の
一表面に、軟ろうに接着する三層の金属膜から成る接合
用金属膜４を形成して金属台座２への接合表面とし、こ
の接合表面を金属台座５に軟ろうによって接合して形成
されている。

【０００４】また、ガラス台座２には貫通孔2aが形成さ
れ、この貫通孔2aは金属台座５の圧力導入孔5aに連通し
て、感圧ダイヤフラム1aに圧力が導入されるように形成
されている。

【０００５】このような半導体圧力センサにおける感圧
チップ３は、（Ｂ) に示すように、ガラスウエハ７に貫
通孔2aを多数形成するとともに、接合用金属膜４を一方
の面の全面に形成し、（Ｃ) に示すようにして、このガ
ラスウエハ７と感圧ダイヤフラム1aが形成されたシリコ
ンウエハ８とを、感圧ダイヤフラム1aと貫通孔2aとの位
置を一致させて、陽極接合によって接合している。そし
て、このガラスウエハ７とシリコンウエハ８との接合体
を、感圧ダイヤフラム1aと貫通孔2aとを有する個々の小
片に切断して、感圧チップ３を形成している。

【０００６】上記のガラスウエハ７の貫通穴2aは超音波
ホーンなどによって加工され、また、個々の小片に切断
して感圧チップ３を形成するするには、ダイシングソー
などを用いて行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例にあっては、超音波ホーンまたはダイシングソー
による加工が行われているので、ガラス台座２の切断面
および貫通孔2a内面などに多数の細かい傷がマイクロク
ラックとして形成されている。この結果、感圧チップ３
と金属台座５との接合において、接合材料として用いた
軟ろうとガラス台座２との線膨張係数の差に起因する接
合時の熱応力によって、ガラス台座２の金属台座５との
接合部あるいは接合部近傍で、脆性材料であるガラス台
座２が前記マイクロクラックを起点に破壊しやすくなっ
ている。したがって、高強度材料を接合材料に使用でき
なかったり、ガラス台座２と近似の線膨張係数を有する
材料しか使用できないなどの制限があり、ガラス台座２
と金属台座５との接合信頼性を高めることが難しいもの
であった。

【０００８】本発明は、このような点を鑑みてなされた
ものであり、その目的は、ガラス台座と金属台座との接
合時にガラス台座にストレスを与えることが少なく、耐
熱性や耐久性に優れ、信頼性が高い半導体圧力センサお
よびその製造方法を提供しようとするものである。

【０００９】

【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記載の発明は、シリコン素子１に感圧ダイヤフラム
1aを形成し、このシリコン素子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におけ
るガラス台座２の一表面に軟ろう６に接着する接合用金
属膜４を形成して金属台座５への接合表面とし、この接
合表面を金属台座５に軟ろう６によって接合して成る半
導体圧力センサにおいて、接合表面の外周縁部を除く部
分に接合用金属膜４を形成して成ることを特徴として構
成している。

【００１０】このような半導体圧力センサでは、軟ろう
６による接合の際に、この軟ろう６の硬化によって、金
属台座５との接合部からガラス台座２の側面に加わる応
力が発生する。しかし、接合表面の外周縁部に接合用金
属膜４が存在せず、軟ろう６が接着しないので、前記軟
ろう６の硬化による応力が減少しており、ガラス台座２
を破損させにくくなっている。

【００１１】請求項２記載の発明は、シリコン素子１に
感圧ダイヤフラム1aを形成し、ガラス台座２に貫通孔2a
を形成し、感圧ダイヤフラム1aを貫通孔2aの位置に合致
させて、シリコン素子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における貫通孔
2aが開口しているガラス台座２の表面を接合表面とし、
圧力導入孔5aを備えた金属台座５に、圧力導入孔5aと貫
通孔2aとを連通させて、前記接合表面を軟ろう６によっ
て金属台座５に接合して成る半導体圧力センサにおい
て、接合表面の少なくとも貫通孔2a周縁部を除く部分に
接合用金属膜４を形成して成ることを特徴として構成し
ている。

【００１２】このような半導体圧力センサでは、軟ろう
６による接合の際に、この軟ろう６の硬化によって、金
属台座５との接合部からガラス台座２の貫通孔2a内面に
加わる応力が発生している。しかし、接合表面の少なく
とも貫通孔2a周縁部に軟ろう６が接着しないので、前記
軟ろう６の硬化による応力が減少しており、ガラス台座
２を破損させにくくなっている。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、軟ろう６として金系の半田材料を用いて成
ることを特徴として構成し、軟ろう６が耐食性、耐熱性
に優れ、接合部の信頼性を向上させている。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項２記載の発
明において、圧力導入孔5aの径を貫通孔2aの径より小さ
く形成して成ることを特徴として構成し、軟ろう６の熱
収縮をガラス台座２より広い面積で接着している金属台
座５が保持するため、ガラス台座２の貫通孔2a表面に加
わる応力が減少し、ガラス台座２を破損させにくくなっ
ている。

【００１５】請求項５記載の発明は、以下の１）〜５）
の工程を経て製造されることを特徴とする半導体圧力セ
ンサの製造方法において、ガラス台座２における金属台
座５への接合表面の外周縁部を除く部分に接合用金属膜
４を形成することを特徴として構成している。 １）ガラスウエハ７の一方の面を接合表面とし、この接
合表面に軟ろう６に接着する接合用金属膜４を形成する
工程 ２）シリコンウエハ８に複数の感圧ダイヤフラム1aを配
列形成する工程 ３）ガラスウエハ７の接合用金属膜４が形成された面と
反対側の面にシリコンウエハ８を陽極接合する工程 ４）上記ガラスウエハ７とシリコンウエハ８との接合体
を個々の感圧ダイヤフラム1aを有する小片に切断し、こ
の小片のシリコンウエハ８の部分をシリコン素子１と
し、ガラスウエハ８の部分をガラス台座２とした感圧チ
ップ３を形成する工程 ５）上記感圧チップ３の接合表面を金属台座５に軟ろう
６によって接合する工程このような半導体圧力センサの
製造方法によれば、接合用金属膜４を接合表面の外周縁
部を除く部分に限定することによって、軟ろう６の硬化
にともなってガラス台座２の側面に伝わる応力が減少し
ており、ガラス台座２を破損させにくくなっている。

【００１６】請求項６記載の発明は、以下の１）〜５）
の工程を経て製造されることを特徴とする半導体圧力セ
ンサの製造方法において、ガラス台座２における金属台
座５への接合表面の貫通孔2a周縁部を除く部分に接合用
金属膜４を形成することを特徴として構成している。 １）ガラスウエハ７の一方の面を接合表面とし、貫通孔
2aと軟ろう６とに接着する接合用金属膜４とを形成する
工程 ２）シリコンウエハ８に複数の感圧ダイヤフラム1aを配
列形成する工程 ３）ガラスウエハ７の接合用金属膜４が形成された面と
反対側の面に、感圧ダイヤフラム1aを貫通孔２の位置に
合致させて、シリコンウエハ８を陽極接合する工程 ４）上記ガラスウエハ７とシリコンウエハ８との接合体
を個々の感圧ダイヤフラム1aと貫通孔2aとを有する小片
に切断し、この小片のシリコンウエハ８の部分をシリコ
ン素子１とし、ガラスウエハ７の部分をガラス台座２と
した感圧チップ３を形成する工程 ５）上記感圧チップ３の接合表面を圧力導入孔5aを有す
る金属台座５に、貫通孔2aと圧力導入孔5aを連通させ
て、軟ろう６によって接合する工程このような半導体圧
力センサの製造方法によれば、接合用金属膜４を接合表
面の貫通孔2a周縁部を除く部分に限定することによっ
て、軟ろう６の硬化にともなってガラス台座２の貫通孔
2a内面に伝わる応力が減少しており、ガラス台座２を破
損させにくくなっている。

【００１７】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、ガラス台座２における金属台座５への接合
表面の外周縁部および貫通孔2a周縁部を除く部分に接合
用金属膜４を形成することを特徴として構成しているの
で、軟ろう６の硬化にともなってガラス台座２の側面お
よび貫通孔2a内面に伝わる応力が減少しており、ガラス
台座２を破損させにくくなっている。

【００１８】請求項８記載の発明は、請求項５ないし７
のいずれかに記載の発明において、接合用金属膜４の外
形を略円形に形成することを特徴として構成しているの
で、ガラス台座２に加わる応力が、角部などに集中する
ことがなく、均一になっているので、ガラス台座２を破
損させにくくなっている。

【００１９】請求項９記載の発明は、請求項６または７
のいずれかに記載の発明において、貫通孔2aが形成され
たガラスウエハ７をフッ酸系溶液を用いて表面エッチン
グすることを特徴として構成しているので、ガラスウエ
ハ７の表面が平滑化され、破壊の起点となる表面のマイ
クロクラックが除去されている。

【００２０】請求項10記載の発明は、請求項５ないし９
のいずれかに記載の発明において、最表面の金属膜を接
合用金属膜４とした多層構膜を形成することを特徴とし
て構成しているので、最表面の金属膜の下層は全面に成
膜するだけでよいので、容易に多層膜が形成される。

【００２１】請求項11記載の発明は、請求項10記載の発
明において、多層膜を最下層、中間層および表面層の三
層構成とし、最下層をチタンまたはクロム、中間層を白
金、ニッケルまたはパラジウム、表面層を金によって成
膜することを特徴として構成しているので、最下層がガ
ラス台座２に良く密着して接合強度が高く、中間層のバ
リヤー効果が高いので、陽極接合時に拡散等の問題が起
こって、接合用金属膜４の性能が劣化することが防止さ
れている。

【００２２】請求項12記載の発明は、請求項10記載の発
明において、全面に多層膜を形成し、イオンビームを用
いて少なくとも最表面の金属膜における接合表面の外周
縁部または貫通孔2a周縁部を除去することを特徴として
構成しているので、エッチングなどのウエット法と異な
り、成膜用のフィルムが不必要な上、ウエットエッチン
グの工程がないため金属膜表面の清浄性を保ちやすくな
っている。

【００２３】請求項13記載の発明は、請求項10記載の発
明において、最表面の金属膜直下の金属膜における接合
表面の外周縁部または貫通孔2a周縁部を酸化させた後、
最表面の金属膜を形成することを特徴として構成してい
るので、接合表面に凹凸がなくなっている。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を以下に添
付図を参照して説明する。

【００２５】図１ないし図３を用いて、この実施の形態
の一つの半導体圧力センサを以下に説明する。

【００２６】図１はこの実施の形態の半導体圧力センサ
を構成する部品の一例を示す断面図であり、感圧チップ
３を金属台座５に接合した状態のものである。図２また
は図３は上記の部品を用いて形成される半導体圧力セン
サをそれぞれ示す断面図である。

【００２７】図１に示すように、この半導体圧力センサ
を構成する部品は、シリコン素子１に感圧ダイヤフラム
1aを形成し、このシリコン素子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におけ
るガラス台座２の一表面に軟ろう６に接着する接合用金
属膜４を形成して金属台座５への接合表面とし、この接
合表面を金属台座５に軟ろう６によって接合して形成さ
れている。

【００２８】金属台座５としてはコバール、42アロイな
どの合金が用いられる。また、ガラス台座２の材質とし
ては、シリコン素子１と近似の線膨張係数を有する材
料、例えば硼珪酸ガラスなどが用いられている。

【００２９】この感圧チップ３は、シリコンチップ１と
反対側の面を接合表面とし、軟ろう６としてたとえば半
田を用いて、金属台座５に接合されているが、この場
合、前記接合表面の外周縁部を除く部分に接合用金属膜
４を形成している。つまり、この接合用金属膜４は軟ろ
う６に良く接着し、ガラス台座２に強力に接着するよう
な構成に形成されているものであって、接合表面の感圧
チップ３側面近傍このような接合用金属膜４がないた
め、半田が付着しない構造となっているのである。

【００３０】図２には一つの半導体圧力センサの完成状
態が示されている。つまり、以上のようにして感圧チッ
プ３と金属台座５とが接合形成された部品に、信号引き
出しピン９をワイヤボンディングなどで電気的に接続
し、圧力導入穴付きのカバー10を、感圧チップ３を覆っ
た状態に取り付けて形成されている。

【００３１】また、図３に示される半導体圧力センサで
は、カバー10内に液体を封入して、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。

【００３２】図４ないし図６を用いて、この実施の形態
の一つの半導体圧力センサを以下に説明する。

【００３３】図４は半導体圧力センサを構成する上記の
ものとは異なる部品の一例を示す断面図であり、感圧チ
ップ３を金属台座５に接合した状態のものである。図５
または図６は、上記の部品における金属台座５を異なる
形状のものとして形成される半導体圧力センサをそれぞ
れ示す断面図である。

【００３４】図４に示すように、この部品では前記図１
のものとは異なり、ガラス台座２に貫通孔2aが形成さ
れ、この貫通孔2aから検出しようとする圧力を感圧ダイ
ヤフラム1aに導くように、感圧ダイヤフラム1aを貫通孔
2aの位置に合致させて、シリコン素子１とガラス台座２
とを接合して感圧チップ３が形成されている。そして、
この部品では、接合表面の貫通孔2a周縁部をも除いて接
合用金属膜４が形成され、この接合表面を圧力導入孔5a
を備えた金属台座５に、圧力導入孔5aと貫通孔2aとの中
心を略合致させて、軟ろう６によって接合されている。

【００３５】図５の半導体圧力センサでは、パイプの開
口部分を金属台座５として形成し、この金属台座５と信
号引き出しピン９とを、合成樹脂などの封止材料から形
成されるベース部11に一体に突出形成し、このベース部
11にカバー10を取り付けている。

【００３６】また、図６の半導体圧力センサでは、ベー
ス部11を上方開口の容器として形成し、このベース部11
の底部に同様なパイプ状の金属台座５を突出させるとと
もに、信号引き出しピン９を水平方向に突出させ、ベー
ス部11の上方の開口部に平板蓋状のカバー10を取り付け
ている。

【００３７】以上のような半導体圧力センサでは、ガラ
ス台座２の接合表面の外周縁部または貫通孔2a周縁部に
接合用金属膜４がなく、この部分に軟ろう６が接着しな
い構造になっている。このため、軟ろう６の硬化に伴っ
て発生する応力がガラス台座２の外周部または貫通孔2a
内壁面に伝わりにくくなっている。したがって、ガラス
台座２に存在するマイクロクラックを起点とする破損が
起こりにくくなって、耐久性、耐熱性が向上した信頼性
が高い半導体圧力センサになっている。つまり、ガラス
台座２の外形および貫通孔2aはダイシングソーまたは超
音波ホーンなどの機械的な加工によって形成され、この
ような機械的加工によってマイクロクラックができてい
るのであって、このマイクロクラックがあるがゆえにガ
ラス台座２の機械的強度が低下しているのである。そし
て、軟ろう６を用いた接合加工によって、接合部に応力
を発生しこの応力が内在されて強度がより弱い状態にな
りやすいのであるが、上記したように前記応力がマイク
ロクラックが形成されている部分に伝わりにくなって、
強度が高く耐食性、耐熱性などの信頼性に優れたものに
なっているのである。

【００３８】また、図７に示すように、圧力導入孔5aの
径を貫通孔2aの径より小さく形成するとより好ましい。
このような構造によれば、ガラス台座２より広い面積で
金属台座５軟ろう６に接着している。このため、軟ろう
６の熱収縮をガラス台座２より金属台座５が大きく保持
することになり、ガラス台座２の貫通孔2a表面に加わる
応力が減少し、ガラス台座２を破損させにくくなってお
り、より耐久性、耐熱性などの信頼性が向上している。

【００３９】また、軟ろう６として、Au-20Sn 、Au-12G
e 、Au-3Siなどの金系の半田材料を用いることも好まし
く、このような半田材料は耐食性、耐熱性が高く、接合
部の耐食性、耐熱性をより向上させることができる。

【００４０】図８〜図10を用いて、この実施の形態にお
ける半導体圧力センサの一つの製造方法を以下に説明す
る。

【００４１】図８〜図10はそれぞれ異なる製造方法を示
し、（Ａ) ないし（Ｅ) にそれぞれの工程における製品
の状態を示している。

【００４２】図８に示す製造方法について以下に説明す
る。この製造方法では、以下の１）〜５）の工程を行っ
て半導体圧力センサ製造しており、特に、ガラス台座２
における金属台座５への接合表面の外周縁部を除く部分
に接合用金属膜４を形成することを特徴として構成して
いる。 １）ガラスウエハ７の一方の面を接合表面とし、この接
合表面に軟ろう６に接着する接合用金属膜４を形成する
工程 ２）シリコンウエハ８に感圧ダイヤフラム1aを形成する
工程 ３）ガラスウエハ７の接合用金属膜４が形成された面と
反対側の面にシリコンウエハ８を陽極接合する工程 ４）上記ガラスウエハ７とシリコンウエハ８との接合体
を個々の感圧ダイヤフラム1aを有する小片に切断し、こ
の小片のシリコンウエハ８の部分をシリコン素子１と
し、ガラスウエハ８の部分をガラス台座２とした感圧チ
ップ３を形成する工程 ５）上記感圧チップ３の接合表面を金属台座５に軟ろう
６によって接合する工程また、（Ｂ) または（Ｃ) に示
すように、シリコンウエハ７としては、半導体単結晶ウ
エハなどが用いられ、このシリコンウエハ７の一面か
ら、エッチングにより有底穴を形成し、多数のダイヤフ
ラムを形成している。そして、ダイヤフラムの有底穴と
反対側の面に拡散歪ゲージを形成して、感圧ダイヤフラ
ム1aを形成している。このような拡散歪ゲージを形成す
る処理は、シリコンウエハ７全面を熱処理により酸化形
成した絶縁層を選択マスクとし、フォトエッチングによ
り所望箇所にのみ開口された窓から、部分的に、例えば
ボロン等の不純物を熱拡散している。

【００４３】また、ガラスウエハ８としては、シリコン
ウエハ７と線膨張係数が類似した材料、例えば、硼珪酸
ガラスウエハなどが用いられ、その一方の面に最表面に
接合用金属膜４を有する多層膜として、ガラス側からTi
/Pt/Au、Ti/Ni/Au、Ti/Pd/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Ni/Auまた
はCr/Pd/Auの３層の金属膜が形成している。なお、これ
らの金属種は元素記号で示している。この多層膜は、
（Ａ) に示すように、略正方形に多数形成され、マトリ
クス状に配列されている。この場合、多層膜の間隔は、
シリコンウエハ７に形成された感圧ダイヤフラム1aと等
ピッチであって、約0.4mm 程度の隙間をあけて形成され
ている。

【００４４】上記それぞれの金属膜の厚さは、金が500
〜5000オングストローム、その他金属は2000オングスト
ロームである。また、上記のようにマトリクス状に配列
形成するには、全面に三層の金属膜を形成した後、フォ
トレジスト膜を密着させ、露光現像によってフォトレジ
ストパターンを形成した後、例えば、王水などによって
それぞれの金属膜をエッチングして不要部を選択的に除
去するとよい。なお、このとき、最表層の金膜だけを除
去してもよく、これは、エッチレートが異なる３種類の
金属膜をエッチングするより、最表層だけのエッチング
であって容易となるからであり、この最表層の金属膜が
軟ろう６に対して接着性を有する接合用金属膜４となっ
ているのである。また、フォトレジスト膜はエッチング
後除去される。

【００４５】（Ｂ) に示すように、多層膜を形成後、シ
リコンウエハ７の有底穴と、ガラスウエハの多層膜の中
心とが一致するように、シリコンウエハ７の有底孔の形
成された面とガラスウエハ８の多層膜が形成されていな
い面とを陽極接合によって接合する。

【００４６】この後、（Ｃ) に示すように、ガラスウエ
ハ８に形成した多層膜の隙間より薄いダイシングソーに
よって、多層膜の隙間のセンター部分で切断し、シリコ
ンウエハ８の部分をシリコン素子１とし、ガラスウエハ
７の部分をガラス台座２とした感圧チップ３を形成す
る。

【００４７】さらに、（Ｄ) に示すように、感圧チップ
３を軟ろう６として錫系半田、金系半田などの半田を用
いて金属台座５に接合する。錫系半田としてはSn-0〜1
0.5Sb、Sn-0〜5Ag などがある。金系半田はAu-20Sn な
どを用いることができる。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され
る。

【００４８】この後、（Ｅ) に示すように、シリコン素
子１と信号引き出しピン９とをワイヤボンディングなど
で電気的に接続し、シリコン素子１のワイヤボンディン
グ部ををシリコンゲルで封止し、カバー10を嵌着させて
半導体圧力センサを完成させている。

【００４９】図９に示す製造方法について以下に説明す
る。この製造方法では、以下の１）〜５）の工程を行っ
て半導体圧力センサを製造しており、特に、ガラス台座
２における金属台座５への接合表面の貫通孔2a周縁部を
除く部分に接合用金属膜４を形成することを特徴として
構成している。 １）ガラスウエハ７の一方の面を接合表面とし、貫通孔
2aと軟ろう６とに接着する接合用金属膜４とを形成する
工程 ２）シリコンウエハ８に感圧ダイヤフラム1aを配列形成
する工程 ３）ガラスウエハ７の接合用金属膜４が形成された面と
反対側の面に、感圧ダイヤフラム1aと貫通孔2aとの位置
を略一致させて、シリコンウエハ８を陽極接合する工程 ４）上記ガラスウエハ７とシリコンウエハ８との接合体
を個々の感圧ダイヤフラム1aと貫通孔2aとを有する小片
に切断し、この小片のシリコンウエハ８の部分をシリコ
ン素子１とし、ガラスウエハ７の部分をガラス台座２と
した感圧チップ３を形成する工程 ５）上記感圧チップ３の接合表面を、圧力導入孔5aを有
する金属台座５に、貫通孔2aと圧力導入孔5aを連通させ
て、金属台座５に軟ろう６によって接合する工程つま
り、この製造方法では、前述の図８に示した方法と異な
り、ガラスウエハ７に貫通孔2aを形成して感圧チップ３
を形成し、圧力導入孔5aを有する金属台座５に、貫通孔
2aと圧力導入孔5aを連通させて、金属台座５に感圧チッ
プ３を接合している。したがって、このように製造され
るこの半導体圧力センサでは、検出しようとする圧力
は、圧力導入孔5aから貫通孔2aを経て、感圧チップ１の
感圧ダイヤフラム1aに達することになる。

【００５０】また、接合用金属膜４は、少なくとも貫通
孔2a近傍0.1mm に、残存しないように形成される。

【００５１】また、上記貫通孔2aは、超音波加工によっ
て形成されるものであって、この場合、この貫通孔2a
は、接合用金属膜４を形成する前後いづれでもよい。

【００５２】また、この図の製造方法では、（Ｅ) に示
すように、金属台座５をパイプの開口部として形成し、
このパイプの通路を圧力導入孔5aとしており、この金属
台座５と信号引き出しピン９とを、合成樹脂などの封止
材料から成るベース部11に一体に突出形成し、ベース部
11にカバー10を取り付けている。

【００５３】図10に示す製造方法について以下に説明す
る。この製造方法では、上記図９の製造方法において、
ガラス台座２における金属台座５への接合表面の貫通孔
2a周縁部のみならず、この接合表面の外周縁部をも除い
た部分に接合用金属膜４を形成している。

【００５４】以上のような製造方法によれば、接合用金
属膜４をガラス台座２における接合表面の外周縁部ない
し貫通孔2a周縁部を除く部分に限定して形成する簡単な
工程によって、軟ろう６の硬化にともなって発生し、ガ
ラス台座２の側面に伝わる応力が減少している。したが
って、ガラス台座２を破損させにくくなっており、耐久
性、耐熱性などの信頼性が向上した半導体圧力センサを
容易に製造することができる。

【００５５】なお、上記のいずれの製造方法において
も、接合用金属膜４の外形を略方形に形成しているが、
略円形に形成することも好ましく、この場合、ガラス台
座２に加わる応力が角部などに集中することがなくて均
一になるので、ガラス台座２を破損させにくくなり、耐
久性、耐熱性などの信頼性をより向上させた半導体圧力
センサを製造することができる。

【００５６】また、貫通孔2aが形成されたガラスウエハ
７をフッ酸系溶液を用いて表面エッチングした後、接合
用金属膜４を形成することも好ましい方法である。この
場合、ガラスウエハ７の表面が平滑化され、破壊の起点
となる表面のマイクロクラックが除去されるので、この
点からもガラス台座２を破損させにくくなり、耐熱性な
どの信頼性をより向上させた半導体圧力センサを製造す
ることができる。

【００５７】また、全面に多層膜を形成し、この多層膜
の最表面層を接合用金属膜４として、接合表面の外周縁
部または貫通孔2a周縁部を、イオンビームによって除去
するようにしてもよい。この場合、エッチングなどのウ
エット法と異なり、成膜用のフィルムが不必要な上、ウ
エットエッチングの工程がないため表面の清浄性を保ち
やすく、安定した接着力を有する接合用金属膜４を形成
することができる。

【００５８】また、図11ないし図13に示すように、接合
用金属膜４を含む多層膜を形成することも好ましい製造
方法の一つである。

【００５９】これらの図は、多層膜が形成されたそれぞ
れ異なるガラスウエハ７を、（Ａ)に平面図として、
（Ｂ) に断面図として示している。

【００６０】これらの図に示すように、上記多層膜は最
下層4c、中間層4bおよび表面層4aの三層構成に形成され
ているものであって、最下層4cをチタンまたはクロム、
中間層4bを白金、ニッケルまたはパラジウム、接合用金
属膜４である表面層4aを金によって成膜するようにして
いる。このような金属種の層構成によれば、最下層4cが
ガラス台座２に強力に密着するとともに、中間層4bがよ
いバリヤーとなっているので、陽極接合時に拡散等の問
題が起こって、接合用金属膜４の性能が劣化することが
防止されるので好ましい。

【００６１】そして、以上の三層の内、特に最表面の金
属膜である表面層4aを、接合表面の外周縁部または貫通
孔2a周縁部を除く部分に限定して形成するようにしてお
り、多層構成の下層は全面に成膜するだけとなるので、
多層膜を容易に形成することができている。

【００６２】より具体的には、図11のものは、ガラスウ
エハ７に貫通孔2aを形成しない場合を示しており、表面
層4aの金属膜を、接合表面の外周部に限定して除去され
た状態に形成している。また、図12または図13のもの
は、貫通孔2aを形成する場合であって、除去する範囲
を、図12では貫通孔2aの周縁部に限定し、図13では、接
合表面の外周部と貫通孔2aの周縁部に限定している。

【００６３】また、図14の（Ａ) または（Ｂ) に示すよ
うに、少なくとも表面層4aの金属膜の外形を略円形に形
成することも好ましい方法の一つである。なお、（Ａ)
の図はガラスウエハ７に貫通孔2aが形成されていないも
のを示し、（Ｂ) の図は貫通孔2aが形成されている場合
を示している。これらの場合、ガラス台座２に加わる応
力が、矩形の場合のように、角部に集中することがな
く、均一になっているので、ガラス台座２を破損させに
くくなって、耐熱性、耐久性の向上した半導体圧力セン
サを製造することができる。

【００６４】また、少なくとも表面層4aの金属膜を、イ
オンビームを照射して、走査することによって除去して
もよく、接合用金属膜４の表面を清浄に保って、軟ろう
６との接着力のよい接合を行うことができる。

【００６５】また、図15ないし図17に示すように、最表
面の金属膜のベースとなる下地層を形成することも好ま
しい製造方法の一つである。

【００６６】これらの図は、最表面の金属膜のベースと
なる下地層が形成されたそれぞれ異なるガラスウエハ７
を、（Ａ) に平面図として、（Ｂ) に断面図として示し
ている。

【００６７】これらの図に示すように、この製造方法で
は、接合用金属膜４の最表面の金属層直下の金属膜表面
にあって、接合表面の外周縁部または貫通孔2a周縁部を
酸化させて残した後、最表面の金属膜として金膜を形成
するのである。この場合、金膜が全面に形成され、接合
表面に凹凸がなくなっている。

【００６８】より詳しくは、ガラスウエハ７側から最下
層4cとしてチタンまたはクロムを成膜し、さらに中間層
4bとしてニッケルまたはパラジウムを成膜する。これら
の最下層4cまたは中間層4bの金属膜の厚さは2000オング
ストローム程度としている。

【００６９】そして、中間層4bの金属膜表面全面を酸化
させて酸化膜12を形成した後、フォトレジスト膜を密着
させ、露光現像によってフォトレジストパターンを形成
した後、酸化膜12をエッチングによって選択的に除去
し、フォトレジスト膜を除去した後、表面層4aとなる金
膜を形成するようにしている。

【００７０】また、これらの図の内、図15は貫通孔2aを
有しないガラスウエハ７を示し、この場合、略方形に酸
化膜12をエッチング除去しているが、円形に除去しても
よい。また、図16は貫通孔2aを形成したガラスウエハ７
を示し、接合表面の貫通孔2a周縁部のみに酸化膜12を残
している。また、図17は同様に貫通孔2aを形成したガラ
スウエハ７を示し、接合表面の外周縁部および貫通孔2a
周縁部にその外形を略円形に酸化膜12を残しているが、
略方形または矩形に酸化膜12を残してもよい。

【００７１】以上のようにして形成されるガラスウエハ
７を用いて形成される感圧チップ３を、錫系半田または
金系半田などの半田で金属台座５に接合する場合、接合
時に、最表面の金膜は半田中に溶融して、下地層表面に
酸化膜12が存在する部分は半田をはじき（ディウエッテ
ィング）、半田の接合表面への付着が阻止される。一
方、酸化膜12がない部分は、半田が付着し、金属台座４
と感圧チップ３との接合部を形成することになる。

【００７２】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、ガラス台座の
接合表面の外周縁部に接合用金属膜がないので、この外
周縁部に軟ろうが接着しない構造になっている。このた
め、軟ろうの硬化に伴って発生する応力がガラス台座の
側面に伝わりにくくなっており、ガラス台座側面に存在
するマイクロクラックを起点とする破損が起こりにくく
なっている。したがって、耐久性、耐熱性が向上した信
頼性が高い半導体圧力センサになっている。

【００７３】請求項２記載の発明では、ガラス台座の接
合表面の少なくとも貫通孔周縁部に接合用金属膜がない
ので、この貫通孔周縁部に軟ろうが接着しない構造にな
っている。このため、軟ろうの硬化に伴って発生する応
力がガラス台座の貫通孔内壁面に伝わりにくくなってお
り、ガラス台座の貫通孔内壁面に存在するマイクロクラ
ックを起点とする破損が起こりにくくなっている。した
がって、耐久性、耐熱性が向上した信頼性が高い半導体
圧力センサになっている。

【００７４】請求項３記載の発明では、軟ろうとして金
系の半田材料を用いているので、この軟ろうによる接合
部の耐食性、耐熱性が向上している。

【００７５】請求項４記載の発明では、軟ろうの熱収縮
をガラス台座より広い面積で接着している金属台座が大
きく保持するため、ガラス台座の貫通孔表面に加わる応
力が減少している。したがって、ガラス台座を破損させ
にくくなっており、耐久性、耐熱性などの信頼性が向上
している。

【００７６】請求項５記載の発明では、接合用金属膜を
接合表面の外周縁部を除く部分に限定して形成する簡単
な工程によって、軟ろうの硬化にともなって発生しガラ
ス台座の側面に伝わる応力が減少している。したがっ
て、ガラス台座を破損させにくくなっており、耐久性、
耐熱性などの信頼性が向上した半導体圧力センサを容易
に製造することができる。

【００７７】請求項６記載の発明では、接合用金属膜を
接合表面の少なくとも貫通孔周縁部を除く部分に限定す
ることによって、軟ろうの硬化にともなって発生しガラ
ス台座の貫通孔内面に伝わる応力が減少している。した
がって、ガラス台座を破損させにくくなっており、耐久
性、耐熱性などの信頼性が向上している。

【００７８】請求項７記載の発明では、軟ろうの硬化に
ともなってガラス台座の側面および貫通孔内面に伝わる
応力が減少している。したがって、ガラス台座をより破
損させにくくなっており、耐久性、耐熱性などの信頼性
が向上している。

【００７９】請求項８記載の発明では、接合用金属膜の
外形に角部がなく、ガラス台座に加わる応力が前記角部
などに集中することがなくて、均一になっている。した
がって、ガラス台座を破損させにくくなっている。

【００８０】請求項９記載の発明では、フッ酸系溶液を
用いた表面エッチングによって、ガラスウエハの表面が
平滑化され、破壊の起点となる表面のマイクロクラック
が除去されている。したがって、ガラス台座を破損させ
にくくなっており、耐久性、耐熱性などの信頼性が向上
している。

【００８１】請求項10記載の発明では、最表面の金属膜
のみを加工することになって、多層構成の下層は全面に
成膜するだけであり、接合用金属膜を形成する工程が容
易になっている。請求項11記載の発明では、接合用金属
膜が適正な金属種の三層構成になっているので、陽極接
合時に拡散等の問題が起こって、接合用金属膜の性能が
劣化することが防止されている。したがって、ガラス台
座とシリコン素子との接合信頼性が高い半導体圧力セン
サを製造することができる。

【００８２】請求項12記載の発明では、イオンビームを
用いているので、エッチングなどのウエット法と異な
り、成膜用のフィルムが必要なく、最表面の不要部の金
属膜の除去が容易になっている。また、ウエットエッチ
ングの工程がないため、接合用金属膜表面の清浄性を保
ちやすく、接合信頼性が向上している。

【００８３】請求項13記載の発明では、酸化層が最表面
の金属膜の隙間に存在し、接合表面に凹凸がなくなって
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の半導体圧力センサを構成
する部品の一例を示す断面図である。

【図２】同上の半導体圧力センサの一例を示す断面図で
ある。

【図３】同上の半導体圧力センサの異なる例を示す断面
図である。

【図４】同上の半導体圧力センサを構成する部品の異な
る例を示す断面図である。

【図５】同上の半導体圧力センサの一例を示す断面図で
ある。

【図６】同上の半導体圧力センサの異なる例を示す断面
図である。

【図７】同上の半導体圧力センサを構成する部品のさら
に異なる例を示す断面図である。

【図８】同上の半導体圧力センサの製造方法を示す説明
図であって、（Ａ) ないし（Ｅ) にそれぞれの工程にお
ける製品の状態を示している。

【図９】同上の半導体圧力センサの製造方法を示す説明
図であって、（Ａ) ないし（Ｅ) にそれぞれの工程にお
ける製品の状態を示している。

【図10】同上の半導体圧力センサの製造方法を示す説明
図であって、（Ａ) ないし（Ｅ) にそれぞれの工程にお
ける製品の状態を示している。

【図11】同上の半導体圧力センサの製造方法における一
工程の接合用金属膜が形成されたガラスウエハを、
（Ａ) に平面図として、（Ｂ) に断面図として示してい
る。

【図12】同上の半導体圧力センサの製造方法における一
工程の接合用金属膜が形成されたガラスウエハを、
（Ａ) に平面図として、（Ｂ) に断面図として示してい
る。

【図13】同上の半導体圧力センサの製造方法における一
工程の接合用金属膜が形成されたガラスウエハを、
（Ａ) に平面図として、（Ｂ) に断面図として示してい
る。

【図14】同上の半導体圧力センサの製造方法における一
工程の接合用金属膜が形成されたガラスウエハの一例を
平面図として、（Ａ) または（Ｂ) に断面図として示し
ている。

【図15】同上の半導体圧力センサの製造方法における一
工程の接合用金属膜が形成されたガラスウエハを、
（Ａ) に平面図として、（Ｂ) に断面図として示してい
る。

【図16】同上の半導体圧力センサの製造方法における一
工程の接合用金属膜が形成されたガラスウエハを、
（Ａ) に平面図として、（Ｂ) に断面図として示してい
る。

【図17】同上の半導体圧力センサの製造方法における一
工程の接合用金属膜が形成されたガラスウエハを、
（Ａ) に平面図として、（Ｂ) に断面図として示してい
る。

【図18】従来例の同上の半導体圧力センサの製造方法を
示し、（Ａ) の図は同半導体圧力センサの断面図、
（Ｂ) および（Ｃ) は、製造工程途中の状態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ シリコン素子 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 接合用金属膜 4a 表面層 4b 中間層 4c 最下層 ５ 金属台座 5a 圧力導入孔 ６ 軟ろう ７ シリコンウエハ ８ ガラスウエハ ９ 信号引き出しピン 10 カバー 11 ベース部 12 酸化膜

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン素子に感圧ダイヤフラムを形成
   し、このシリコン素子とガラス台座とを接合して感圧チ
   ップを形成し、この感圧チップにおけるガラス台座の一
   表面に軟ろうに接着する接合用金属膜を形成して金属台
   座への接合表面とし、この接合表面を金属台座に軟ろう
   によって接合して成る半導体圧力センサにおいて、接合
   表面の外周縁部を除く部分に接合用金属膜を形成して成
   ることを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 シリコン素子に感圧ダイヤフラムを形成
   し、ガラス台座に貫通孔を形成し、感圧ダイヤフラムを
   貫通孔の位置に合致させて、シリコン素子とガラス台座
   とを接合して感圧チップを形成し、この感圧チップにお
   ける貫通孔が開口しているガラス台座の表面を接合表面
   とし、圧力導入孔を備えた金属台座に、圧力導入孔と貫
   通孔とを連通させて、前記接合表面を軟ろうによって金
   属台座に接合して成る半導体圧力センサにおいて、接合
   表面の少なくとも貫通孔周縁部を除く部分に接合用金属
   膜を形成して成ることを特徴とする半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】 軟ろうとして金系の半田材料を用いて成
   ることを特徴とする請求項２記載の半導体圧力センサ。
4. 【請求項４】 圧力導入孔の径を貫通孔の径より小さく
   形成して成ることを特徴とする請求項２記載の半導体圧
   力センサ。
5. 【請求項５】 以下の１）〜５）の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におい
   て、ガラス台座における金属台座への接合表面の外周縁
   部を除く部分に接合用金属膜を形成することを特徴とす
   る半導体圧力センサの製造方法。 １）ガラスウエハの一方の面を接合表面とし、この接合
   表面に軟ろうに接着する接合用金属膜を形成する工程 ２）シリコンウエハに複数の感圧ダイヤフラムを配列形
   成する工程 ３）ガラスウエハの接合用金属膜が形成された面と反対
   側の面にシリコンウエハを陽極接合する工程 ４）上記ガラスウエハとシリコンウエハとの接合体を個
   々の感圧ダイヤフラムと接合用金属膜とを有する小片に
   切断し、この小片のシリコンウエハの部分をシリコン素
   子とし、ガラスウエハの部分をガラス台座とした感圧チ
   ップを形成する工程 ５）上記感圧チップの接合表面を金属台座に軟ろうによ
   って接合する工程
6. 【請求項６】 以下の１）〜５）の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におい
   て、ガラス台座における金属台座への接合表面の貫通孔
   周縁部を除く部分に接合用金属膜を形成することを特徴
   とする半導体圧力センサの製造方法。 １）ガラスウエハの一方の面を接合表面とし、貫通孔と
   軟ろうに接着する接合用金属膜とを形成する工程 ２）シリコンウエハに複数の感圧ダイヤフラムを配列形
   成する工程 ３）ガラスウエハの接合用金属膜が形成された面と反対
   側の面に、感圧ダイヤフラムを貫通孔の位置に合致させ
   て、シリコンウエハを陽極接合する工程 ４）上記ガラスウエハとシリコンウエハとの接合体を個
   々の感圧ダイヤフラムと貫通孔とを有する小片に切断
   し、この小片のシリコンウエハの部分をシリコン素子と
   し、ガラスウエハの部分をガラス台座とした感圧チップ
   を形成する工程 ５）上記感圧チップの接合表面を、圧力導入孔を有する
   金属台座に、貫通孔と圧力導入孔を連通させて、金属台
   座に軟ろうによって接合する工程
7. 【請求項７】 ガラス台座における金属台座への接合表
   面の外周縁部および貫通孔周縁部を除く部分に接合用金
   属膜を形成する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。
8. 【請求項８】 接合用金属膜の外形を略円形に形成する
   ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の
   半導体圧力センサの製造方法。
9. 【請求項９】 貫通孔が形成されたガラスウエハをフッ
   酸系溶液を用いて表面エッチングすることを特徴とする
   請求項６または７のいずれかに記載の半導体圧力センサ
   の製造方法。
10. 【請求項10】 最表面の金属膜を接合用金属膜とした多
    層膜を形成することを特徴とする請求項５ないし９のい
    ずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法。
11. 【請求項11】 多層膜を最下層、中間層および表面層の
    三層構成とし、最下層をチタンまたはクロム、中間層を
    白金、ニッケルまたはパラジウム、表面層を金によって
    成膜する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。
12. 【請求項12】 全面に多層膜を形成し、イオンビームを
    用いて少なくとも最表面の金属膜における接合表面の外
    周縁部または貫通孔周縁部を除去することを特徴とする
    請求項10記載の半導体圧力センサの製造方法。
13. 【請求項13】 最表面の金属膜直下の金属膜における接
    合表面の外周縁部または貫通孔周縁部を酸化させた後、
    最表面の金属膜を形成する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。