JPS6281774A - 半導体圧力センサ製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力
センサ、特にカテーテルの先端に実装可能な超小型の半
導体圧力センサに関する。

従来技術とその問題点 圧力センサの需要は近年（ａ）医療用の）自動車用（Ｃ
）工業計測用などの分野で急速に高まっている。これら
シテ対応できる唯一のものとしてピエゾ抵抗効果を利用
したシリコン・ダイアフラム型の圧力センサが注目され
ている。その理由は次の多くの利点または可能性による
。即ち■大量生産可能■低価格■高精度■高信頼性■小
型軽量■多機能化可能等である。

その中でも最近特に注目されているのが（、）医療用と
して■小型軽量を利用したカテーテル先端型血圧センサ
である。これはＩＣＵ（集中処置室）などの重症患者の
体内に挿入して心臓内や血管内の局所部位の血圧を精密
に測定しようとするものである。

第２図にカテーテル先端型血圧センサの一例を示す。（
ａ）がその断面構造図で、（１））は平面模式図である
。

このようなカテーテル（６）は直径が１．５〜２．４皿
程度の非常に細長いものでシリコン・ダイアフラム型の
圧力センサチップ（１）がセラミック基板（２）上シテ
固定され感圧部たるダイアフラムα［有］には上部から
被測定圧たる血圧が加わり、下部は空気孔（７）からナ
イロン製などの伝導用チューブ（３）を介して大気圧に
開放されている。電気的にはチップ（１）上の金属パッ
ドとボンディングワイヤー（８）によりセラミック基板
上の金属配線（９）とが接線され、さらにノ１ンダ付け
されたリード線α０により外部のモニタとつながってい
る。またボンディングワイヤーなど切断等の破損が心配
な部分は硬質性樹脂（４）、例えばエポキシ樹脂によっ
て補強され、他の部分は適切な軟度を持たせるために軟
質性樹脂（５）例えばウレタン樹脂により形成されてい
る。さらに採血及び心拍出量の測定等に用いるルーメン
（６）と呼ばれる穴とそれに付属するポリエチレン製な
どのチューブαυがありセンサチップ（１）のダイアフ
ラム部α的の上も含めて、カテーテルの外壁（６）はウ
レタン系樹脂でコーティングされている。

さて従来一般に用いられている半導体圧力センサチップ
（１）の形状は、第３図に示すカテーテル先端の断面図
から明らかなようにダイア・フラム部α［有］の凹みを
除くと直方体である。これは一般の半導体集積回路製造
技術をそのまま適用してシリコン・ウェファからのチッ
プの切り出しをダイシング・ソーで行なっているためで
ある。

しかし、このことはより、次の様な問題点が生じてくる
。

（Ｉ）円形断面を持つカテーテルに直方体のセンサチッ
プを装着するのでスペースの有効利用ができない。これ
を細かく言えば■ダイアフラム面積を大きくできない、
■チップとセラミック基板との接着面積を大きくできな
い、ということになり、■高感度化■特性の安定化に対
応できない。

（ｎ）チップの角がカテーテル外壁（６）に鋭角シζ接
近しているため、この部分でカテーテル外壁が裂は易い
ので■歩留りが低い、■安全性に欠ける等の問題がある
。

これらの問題を解決するには理想的にはセンサチップの
断面形状を七ラミック基板と接着する部分を除きカテー
テルの外壁形状にあわせて円形にすればよいことは明ら
かである。しかし実際には１、ＯＸ８．ＯＸｏ、４−程
度の非常に小さなセンサチップを円形に加工することは
至難であり、ましてＷｔｐ−から数十師程度の均一なダ
イアフラムをその中に作り込むことは不可能に近い。

このため第４図に示すような平面もしくは平面に近い面
で斜面と称すべき基板の表裏両面と直角以外の角度をな
す面を形成することによりカテーテルの外壁＆て近接す
るセンサチップの角を鈍角的にして上記の問題点を解決
することが提案されている。しかし、このような斜面を
有するセンサチップを簡単に製造できる実際的な製造方
法は未だ提案されていない。

発明の目的 本発明はカテーテル等の非常に狭い場所に実装して安全
にかつ安定に高精度な測定を行なうことができる半導体
圧力士ンサを安価かつ大量に製造できる方法を提案する
ことを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明では従来ダイアフラム形成工程において用いられ
ていた異方性エツチングをそのまま利用して基板の表裏
両面と直角以外の角度をなす面を形成することにより上
記問題点を解決している。

即チ半導体圧力七ンサのチップに数μｍから数十μｍ程
度の均一なダイアフラムをその中に作り込むのに（Ｉ　
Ｕ　Ｏ）面を表面とするシリコン単結晶基板の中にエツ
チング停止層を予め形成しておきアルカリ系の液でエツ
チングすると（１００）面に比べ（１１１）面のエツチ
ング速度が極端に遅いので（１１１）面がエッチ面とし
て残り、幾何学的に形状が決定できる。この（１１１）
面を利用するもので（１００）面となす角は５４，７°
である。

作用及び実施例 以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例たる半導体圧力センサの製造
方法を模式的に説明する図である。本実施例では斜面を
ダイアフラム形成のための異方性エツチングにより形成
するだけでなくセンサチップの切り出し工程をもこの工
程で完了させている。

以下、図に従って説明する。

（ａ）図までシテ、ｎ型の（１００）面を表面とするシ
リコン単結晶基板（ハ）の中にエツチング停止層として
のボロン高濃度層ｔｐｎを形成し、シリコン基板（イ）
の表面には感圧素子たるピエゾ抵抗α→を形成し、これ
は表面の熱酸化膜（ト）を介して形成するＡｌパッド（
２６）と拡散リード部αＱと電気的シー接続された状態
にしておき、この表面のセンサチップ切り出し用エツチ
ング領域のを除いた全面をＣＶＤ　１　スパッタ等で形
成した５ｉＯｚ　　膜０８）で覆いさらにこの５ｉ０２
膜の上をリード取り出し部■を除いてプラズマＣＶＤ。

スパッタ等で形成したＳｉＮ膜ａ（ト）で覆っておく。

このときＳｉＮ膜ａωの上に、ＳｉＮ膜をパターニング
するときのマスクとして用いる５ｉ０２膜ωが形成され
ていることもある。これはドライエツチングではＳｉＮ
膜とＳｉｎｇ　ＰＡとの選択比が充分でないので、熱リ
ン酸によるウェットエツチングでパターニングすること
が多いからである。また基板（１）の裏面には全面に熱
酸化膜σカを形成しておく。

（ｂ）図の工程では、裏面の熱酸化膜α力のセンサチッ
プ切り出し用のエツチング領域例とダイアフラム形成用
エツチング領域（ハ）の部分をエツチングにより除去す
る。

次に（Ｃ）図の工程では、表面と裏面のセンサチップ切
り出し用エツチング領域（２３，２４）及びダイアフラ
ム形成用エツチング領域（イ）の露出したシリコン単結
晶（１００）面をアルカリ系の液でエツチングする。こ
のとき他の部分は全て５ｉ０２膜（１７，１８，２０）
あるいはＳｉＮ膜口９）により保護されている。エツチ
ング液としてはＫＯＨ、ヒドラジン褌、’ＮＨ２）等を
主成分とする液も有力であるが、エツチング停止層とし
て用いるボロン高濃度層（２１＋との選択性等からエチ
レンヂアミン［Ｆ］２Ｎ　−ＣＨ２・ＣＨ２・ＮＩ（２
）とピロカテコール（ＣａＨ４■Ｉ（）、）及び水［Ｆ
］２０）の混合液に触媒としてピラジン（Ｃ４Ｈ４Ｎ　
２）を少量混入させた液が最適である。エツチングはα
１１）面が完全シζ現われかつボロン高濃度層（２１１
をζ到達することシーよりほぼ自動的に終了すると考え
てよく加工精度は非常に高い。またボロン高濃度層（２
Ｂはボロン濃度が７Ｘ１０”　ｉ　ｏｎ　ｓ／ｃｍ３以
上の層が２μｍ程度形成しであることが望ましい。そし
て、この工程において、シリコン基板勾はセンサチップ
に切り出されその側面は（１１１）面であり、（１００
）面の表裏両面とは５４・、７°　をなす斜面で構成さ
れる。このとき、エツチング速度を基板内で一定に保ち
、センサチノブノ特性のバラツキを防ぐために、センサ
チップに切り出される段階は遅い方が望ましいので裏面
のセンサチップ切り出し用エツチング領域はできるだけ
小さい方がよい。

最後に（ｄ）図の工程においてリード取り出し部の（７
）　Ｓｉｎｇ　膜Ｑ８１　ヲＳ　ｉＮ　膜（１ｇ）をマ
スクとしてエツチングする。このエツチングは下地がＡ
βバッド（２６）のためＨＦ系の液によるウェットエツ
チングとドライエツチングの併用もしくはドライエツチ
ングのみで行なう。この作業はチップ状態で行なわなく
てはならないが、ＳｉＮ膜０ωをマスクとして用いるの
でフォト処理は不必要となり比較的容易である。

また膜の特性を加味して膜厚をコントロールすることに
よりこの工程の間に裏面の熱酸化膜ａηと、ＳｉＮ膜０
膜上９上ｉ０２膜のを自動的に除去することも可能であ
る。

発明の効果 本発明により、カテーテルの様に非常に狭くかつ円形の
場所に実装してもスペースを有効に利用できるので、（
Ｄ安定かつ安全に測定でき、■高精度化が可能で■他の
機能のセンサを同時に組み込む多機能カテーテルにも対
応可能な半導体圧力センサを初めて安価かつ大量に製造
することが可能になった。

即ち、■ダイアフラム形成工程■スペ、−スを有効に利
用するための斜面の形成工程■センサチップ切り出し工
程の３つの工程を１つの異方性エツチング工程により行
なうことができるため工程が簡単であり、センサチップ
切り出し後のエツチングもフォト処理が不要であるため
比較的容易に行なえる。

これにより安価なカテーテル先端型の血圧センサを大量
に製造し得るので、このセンサの使い捨て化を実現し利
用範囲を飛躍的に拡大するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）Φ）（Ｃ）（ｄ）は本発明の一実施例たる
半導体圧力センサの製造方法を模式的に説明する図であ
る。 第２図はカテーテル先端型血圧センサの構造を示す図で
、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面模式図である。 第３図は従来技術による半導体圧力センサをカテーテル
の先端に装着したときの断面図で、同じく第４図（、）
（ｂ）は本発明の製造方法により製造した半導体圧力セ
ンサを装着したときの断面図である。 １、　半導体圧力センサ ２、　セラミック基板 ３、　大気圧伝達用チューブ ４、　硬質性樹脂（ｅｘエポキシ） ５、　軟質性樹脂（ｅｘウレタン） ６、　カテーテル外壁 ７、空気孔 ８、　ボンディングワイヤー ９、　金属配線 １０、　　　リード線 １１、　　ルーメン用チューブ １２、　　ルーメン １３、　　ダイアフラム ■４．　　ピエゾ抵抗 １５、　　拡散リード部 １６、表面熱酸化膜 １７、裏面熱酸化膜 １８、　５ｉｎｇ膜 １９、　　ＳｉＮ膜 ２０、　　　ＳｉＮ膜エツチングマスク用膜（ｅｘｓｉ
ＯＪ２１、　　ボロン高濃度層 ２２、　　リード取り出し部 ２３、　　　センサチップ切り出し用エツチング領域（
表面〕２４、　　　センサチップ切り出し用エツチング
領域（裏面）２５、　　　ダイアフラム形成用エツチン
グ領域２６、　　Ａｇパッド ２７、ｎ型シリコン単結晶基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体結晶板の中央部に被測定雰囲気により変形
   するダイアフラムを設け、該ダイアフラム部に感圧素子
   としての拡散抵抗を形成し、その結晶板の側面に一対の
   平行な面を形成する結晶板の表裏両面と垂直には交わら
   ない斜面を少なくとも１つ形成してなる半導体圧力セン
   サの製造方法において、前記斜面の形成をアルカリ系の
   液を用いた異方性エッチングにより行なうことを特徴と
   する半導体圧力センサ製造方法。
2. （２）上記半導体結晶板がシリコン単結晶の（１００）
   面を表面とする基板であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体圧力センサ製造方法。
3. （３）上記アルカリ系の液がエチレンジアミン、ピロカ
   テコール及び水の混合液もしくは、この混合液に若干の
   触媒を加えたものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項及び第２項記載の半導体圧力センサ製造方法。