JPH1030972A - 半導体センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、半導体センサの製造方法に関し、
非常に簡単な方法によりメタライズ層をガラス材料から
なる台座とステムとの接合面のみに形成させる方法を提
供する。 【解決手段】 連通孔形成工程は、ガラス台座（台座）
２の表面から裏面に連通し、一方側の孔径を径大、他方
側の孔径を径小とし、内面２ｃ’がテーパー状の圧力導
入孔（連通孔）２ａ’を形成する。メタライズ層形成工
程は、ガラス台座２の前記他方側にガラス台座２と金属
ベース板（ステム）４とを半田６により接合させるため
のメタライズ層７を真空蒸着法により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体，気体等の媒
体の圧力を検出する圧力センサ，加速度センサ，流量セ
ンサ等の半導体センサに関し、ガラス台座とステムとを
半田を用いて接合する場合の接合方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体センサの製造方法を圧力セ
ンサを用いて説明する。従来の圧力センサは、特開平６
−７６９３８号公報等に開示されるものがある。かかる
圧力センサは、図３に示すようにシリコン単結晶によっ
て薄肉状の受圧起歪ダイアフラム１を多数有するシリコ
ンウエハ（図示しない）と、前記ダイアフラム１の位置
に相当する圧力導入孔２ａがあき、かつ熱膨張係数がダ
イヤフラム１に略等しいガラス台座２となるガラス基板
（図示しない）とが陽極接合法によって接合された後、
前記各ダイアフラム１間を切削加工により切断し、個々
のセンサチップ３を得るものである。

【０００３】そして、前記媒体を導入する圧力導入部４
ａが形成された金属材料からなる金属ベース板（ステ
ム）４上にセンサチップ３の圧力導入孔２ａが金属ベー
ス板４の圧力導入部４ａに対向するようセンサチップ３
を配設し、金属ベース板４とセンサチップ３とを半田接
合させるものであるが、この場合、前記ガラス台座２の
底面２ｂ側に蒸着あるいはスパッタリング法によりメタ
ライズ層５を形成し、このメタライズ層５と金属ベース
板１との間にリング状半田６を配設してリフロー炉に投
入することでセンサチップ３と金属ベース板４との接合
を図るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる圧力センサの製
造方法において、圧力導入孔２ａが形成されたガラス台
座２の底面２ｂにメタライズ層５を形成させる際に、圧
力導入孔２ａが予め形成されているため、圧力導入孔２
ａの内面２ｃにもメタライズ層５が同時に形成されるこ
とから、半田６の溶融時に圧力導入孔２ａの内面２ｃに
も半田６が濡れて、半田６が溜まり易くなり、溜まった
半田６が固化するときに発生する応力によりガラス台座
２にクラックが発生してしまうと言った問題点があっ
た。

【０００５】また、メタライズ層５を圧力導入孔２ａの
内面２ｃに形成させない方法として、メタライズ層５を
ガラス台座２に形成した後に圧力導入孔２ａを形成する
ことが考えられるが、メタライズ層５を形成後にガラス
台座２に圧力導入孔２ａを形成すると、孔明け工程によ
りメタライズ層５にキズを付けてしまい、このキズによ
りガラス台座２と金属ベース板４とを半田接合しても前
記媒体の圧力を気密的に確保できないと言う問題点があ
る。また、前記キズを付けないようにするためには保護
層をメタライズ層５上に形成し、圧力導入孔２ａ形成後
に前記保護層を除去しなくてならなく、製造工程が非常
に煩雑になると言った問題点があった。そこで、本発明
は、非常に簡単な方法により前記メタライズ層を前記ガ
ラス台座の金属ベース板との接合面のみに形成させる方
法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス材料か
らなる台座を有する半導体チップをステム上に配設し、
前記台座と前記ステムとを半田を用いて接合する半導体
センサの製造方法において、前記台座の表面から裏面に
連通し、一方側の孔径を径大、他方側の孔径を径小と
し、内面がテーパー状の連通孔を形成する連通孔形成工
程と、前記台座の前記他方側に前記台座と前記ステムと
を前記半田により接合させるためのメタライズ層を真空
蒸着法により形成するメタライズ層形成工程と、を含む
ものである。

【０００７】また、前記台座の前記一方側の表面の前記
連通孔形成位置を除く領域に保護膜を形成し、前記形成
位置をサンドブラスト法もしくはウエットブラスト法を
用いて前記連通孔を形成するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、ガラス台座（台座）を
有する半導体チップを金属ベース板（ステム）上に配設
し、前記ガラス台座と前記金属ベース板とを半田を用い
て接合させる半導体チップの製造方法において、前記ガ
ラス台座の表面から裏面に連通し、一方側の孔径を径
大、他方側の孔径を径小とする連通孔からなる圧力導入
孔（連通孔）を形成し、前記ガラス台座の前記他方側に
前記ガラス台座と前記ステムとを前記半田により接合さ
せるためのメタライズ層を真空蒸着法により形成するも
のであり、前記圧力導入孔を前記他方側から前記一方側
に向かって孔径が徐々に径大となるテーパー状に形成す
ることで、真空蒸着法を用いて前記メタライズ層を前記
ガラス台座と前記ステムとの接合部に形成する場合、径
小の孔径を有する前記他方側の圧力導入孔の開口部が、
前記圧力導入孔のテーパー状の内面を塞ぐ状態になるた
め、前記メタライズ層を形成する粒子が前記内面に回り
込みにくくなり、前記メタライズ層が前記内面に形成さ
れることが無く、従来に比べ非常に簡単な方法で前記接
合部のみにメタライズ層を形成することができる。ま
た、前記メタライズ層を前記圧力導入孔に形成しないた
め、半田接合時に前記内面に前記半田が濡れず、前記半
田が溜まらなくなることから、半田接合時に前記ガラス
台座にクラックを生じさせないものである。

【０００９】また、前記圧力導入孔を形成する場合、前
記ガラス台座の圧力導入孔形成位置（所定位置）を除く
領域に保護膜を形成し、前記形成位置をサンドブラスト
法もしくはウエットブラスト法を用いて圧力導入孔を形
成することで、前記圧力導入孔の内面を簡単にテーパー
状に形成することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を添付図面に記載した実施例に
基づき説明するが、従来例と同一または相当箇所には同
一符号を付してその詳細な説明は省く。

【００１１】図１において、１は、シリコン単結晶によ
って形成した薄肉状の受圧起歪ダイアフラム、２は、パ
イレックス製のガラス台座（台座）であり、このガラス
台座２の略中央部には、上端部（一方側）の孔径が径
大、底部（他方側）の孔径が径小の連通孔からなり、前
記連通孔の内面２ｃ’がテーパー状の媒体の圧力を導入
する圧力導入孔２ａ’が形成されている。そして、ダイ
アフラム１とガラス台座２とは陽極接合され圧力センサ
チップ（半導体チップ）３を構成している。４は、ガラ
ス台座２の圧力導入孔２ａ’に連通する圧力導入部４ａ
を形成し、表面に金（Au）メッキが施されたコバール
（Fe-Ni-Co合金）等の金属材料からなる金属ベース板
（ステム）である。７は、ガラス台座２の圧力導入孔２
ａ’部分を除いた底面（接合部）２ｂに後述する製造方
法により形成されるメタライズ層、６は、メタライズ層
７に対応する箇所に配設され、ガラス台座２と金属ベー
ス板４とを接合させるための半田であり、以上により圧
力センサの一部分を構成している。

【００１２】かかる圧力センサは、前述した従来の圧力
センサに比べて、ガラス台座２の圧力導入孔２ａ’が前
記底部から前記上端部に向かって孔径が徐々に径大とな
り、圧力導入孔２ａ’の内面２ｃ’がテーパー状に形成
されている点、また、メタライズ層７がガラス台座２の
内面２ｃ’に形成されず、ガラス台座２の底面２ｂだけ
に形成されている点で相違する。

【００１３】次に図２を用いて本発明の製造方法を説明
する。

【００１４】かかる圧力センサの製造方法は以下に示す
ように、先ず、ガラス台座２となるパイレックス製等の
ガラス基板８の上面の圧力導入孔２ａ’の形成箇所を除
く領域にスクリーン印刷等の手段によりレジスト膜（保
護膜）を形成する［レジスト膜形成工程（ａ）］。

【００１５】次に、圧力導入孔２ａ’の形成位置をレジ
スト膜９側からサンドブラスト法もしくはウエットブラ
スト法を用いてガラス台座２の表面から裏面に貫通する
圧力導入孔２ａ’を形成する。この場合、サンドブラス
ト法もしくはウエットブラスト法を用いることにより、
圧力導入孔２ａ’の内面２ｃ’が10°〜30°のテーパー
状に形成され、レジスト膜９（上端部）側の孔径が径
大、裏面（底部）側の孔径が径小の圧力導入孔２ａ’が
得られる［圧力導入孔形成工程（b）］。

【００１６】圧力導入孔２ａ’を形成した後、前述した
工程により形成したレジスト膜９をレジスト除去液を用
いて除去する［レジスト膜剥離工程（ｃ）］。

【００１７】そして、ガラス基板８の裏面側（圧力導入
孔２ａ’の孔径が径小となる裏面側）に、真空蒸着法を
用いて例えば、下地にチタン（Ti）、表面に金（Au）等
を形成してなるメタライズ層７を形成する［メタライズ
層形成工程（ｄ）］。また、メタライズ層７の下地とし
てクロム（Cr），ニッケル（Ni）等を使用しても良い。

【００１８】次に、シリコン単結晶によって形成した薄
肉状のダイアフラム１を多数有するシリコンウエハ１０
を、ダイアフラム１が圧力導入孔２ａ’の形成位置に対
応するようにガラス基板８上に配設し、このガラス基板
８とシリコンウエハ１０とを陽極接合する［陽極接合工
程（ｅ）］。

【００１９】ガラス基板８とシリコンウエハ１０とを陽
極接合した後、分割部位ａをダイシング・ソー等を用い
て切断し、個々の圧力センサチップ３を得る［切断工程
（ｆ）］。

【００２０】そして、表面から裏面に連通した連通孔か
らなる圧力導入部４ａを形成し、コバール金属にニッケ
ルメッキを施した金属ベース板４上に、圧力センサチッ
プ３を、ガラス台座２の圧力導入孔２ａ’と金属ベース
板４の圧力導入部４ａ’とが対向するように、Sn-Sb合
金のリング状の半田６成形体を介在させて配設し、これ
を専用の治具にセットし、リフロー炉にて半田６を溶
融，固化させ圧力センサの一部分を完成させる［金属ベ
ース板接合工程（ｇ）］。

【００２１】前述した半田６以外では、Au-Sn合金系半
田を用いても良く、また、金属ベース板として熱膨張係
数が圧力センサチップ３に近いもの、例えば42％Ni-Fe
合金に金メッキを施した金属ベース板を用いても良い。
また、本実施例の接合ではリフロー炉を使用したが、別
法としてダイボンダを用いることも可能である。

【００２２】かかる製造方法により、ガラス台座２の圧
力導入孔２ａ’の内面２ｃ’をサンドブラスト法もしく
はウエットブラスト法を用いてテーパー状に形成した
後、ガラス台座２の裏面側から真空蒸着法を用いてメタ
ライズ層７を形成することにより、径小の孔径を有する
裏面側の圧力導入孔２ａ’の開口部が、圧力導入孔２
ａ’のテーパー状の内面２ｃ’を塞ぐ状態（マスクする
状態）になり、メタライズ層７を形成する粒子が内面２
ｃ’に回り込みにくくなるため、メタライズ層７が内面
２ｃ’に形成されず、ガラス台座２と金属ベース板４と
の接合部のみに形成されることから、従来に比べ簡単な
方法によりメタライズ層７を前記接合部のみに形成する
ことができる。また、圧力導入孔２ａ’の内面２ｃ’に
メタライズ層が形成されないため、半田接合時に内面２
ｃ’に半田６が濡れないことから半田６が溜まらず、ガ
ラス台座２にクラックを発生させないものである。

【００２３】また、圧力導入孔２ａ’の形成方法とし
て、サンドブラスト法もしくはウエットブラスト法を用
いることにより、製造工程を煩雑にすることなく、圧力
導入孔２ａ’の内面２ｃ’をテーパー状に形成すること
ができるものである。

【００２４】尚、本実施例では、ガラス台座２の圧力導
入孔２ａ’をサンドブラスト法もしくはウエットブラス
ト法を用いて形成したが、他の手段として、超音波加工
法を用いても前記圧力導入孔２ａ’と同様な圧力導入孔
を形成することが可能である。

【００２５】また、本実施例の製造工程では、レジスト
膜９を圧力導入孔２ａ’を形成した後に除去している
が、例えばメタライズ層７を形成してから除去しても良
く、本発明は、テーパー状の圧力導入孔（連通孔）２
ａ’及び真空蒸着法によるメタライズ層７の製造工程を
含むものであれば、工程順序は本実施例に限定されるも
のではない。

【００２６】また、圧力導入孔２ａ’の内面２ｃ’のテ
ーパー角は任意であるが、前述したように10°〜30°程
度のテーパー角とすることが望ましい。

【００２７】また、本実施例では圧力センサを例に挙げ
て説明したが、加速度センサ及び水量センサ等の半導体
センサに適用しても、本実施例同様な効果が得られるも
のである。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、ガラス材料からなる台座を有
する半導体チップをステム上に配設し、前記台座と前記
ステムとを半田を用いて接合する半導体センサの製造方
法において、前記台座の表面から裏面に連通し、一方側
の孔径を径大、他方側の孔径を径小とし、内面がテーパ
ー状の連通孔を形成する連通孔形成工程と、前記台座の
前記他方側に前記台座と前記ステムとを前記半田により
接合させるためのメタライズ層を真空蒸着法により形成
するメタライズ層形成工程と、を含むものであり、径小
の孔径を有する前記他方側の圧力導入孔の開口部が、前
記圧力導入孔のテーパー状の内面を塞ぐ状態になり、前
記メタライズ層を形成する粒子が前記内面に回り込みに
くくなるため、前記メタライズ層が前記内面に形成され
ず、従来に比べ非常に簡単な方法で前記台座と前記ステ
ムとの接合部のみに前記メタライズ層を形成することが
でき、また、前記接合部のみに前記メタライズ層を形成
できることから、半田接合時に前記内面に半田が溜まる
ことが無く、前記台座のクラックの発生を防止すること
ができる。

【００２９】また、前記連通孔の形成方法としてサンド
ブラスト法もしくはウエットブラスト法を用いることに
より、製造工程を煩雑にすることなく、前記連通孔の内
面をテーパー状に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部断面図。

【図２】同上本発明の製造方法を示す図。

【図３】従来例を示す要部断面図。

【符号の説明】

１ ダイアフラム ２ ガラス台座（台座） ２ａ’圧力導入孔（連通孔） ２ｃ’内面 ３ 圧力センサチップ（半導体チップ） ４ 金属ベース板（ステム） ６ 半田 ７ メタライズ層 ９ レジスト膜（保護膜）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス材料からなる台座を有する半導体
   チップをステム上に配設し、前記台座と前記ステムとを
   半田を用いて接合する半導体センサの製造方法におい
   て、前記台座の表面から裏面に連通し、一方側の孔径を
   径大、他方側の孔径を径小とし、内面がテーパー状の連
   通孔を形成する連通孔形成工程と、前記台座の前記他方
   側に前記台座と前記ステムとを前記半田により接合させ
   るためのメタライズ層を真空蒸着法により形成するメタ
   ライズ層形成工程と、を含むことを特徴とする半導体セ
   ンサの製造方法。
2. 【請求項２】 前記台座の前記一方側の表面の前記連通
   孔形成位置を除く領域に保護膜を形成し、前記形成位置
   をサンドブラスト法もしくはウエットブラスト法を用い
   て前記連通孔を形成することを特徴とする請求項１に記
   載の半導体センサの製造方法。