JPS6281775A - 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、（ｂ）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。

これらに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９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（ａ）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　　（集中処理室）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ーの一例を示す。

（ａ）がその断面構造図で、（ｂ）は平面模式図である
。

この上つなカテーテル（６）は直径が１．０〜２．４ｍ
ｍ程度の非常に細長いもので、シリコン・ダイアプラム
型の圧力センサチップ（１）が、セラミック基板（２）
上に固・定され感圧部たるダイアフラムα■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、さらにハンダ付けされたリード線００
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
分は適切な軟度全持たせるために、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＠と呼ばれる穴
とそれに付属スルポリエチレン［２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■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、第３図にこのようなカテーテル先端型血圧センサ
のセンサチップ装着部の断面図を示すがこの図からも明
らかなように、カテーテルの径ヲ小さくするには、セン
サチップ（１）そのもののサイズを小さくしなくてはな
らない。

一般には、（ｃ）に示すような表裏両面に垂直な側面を
持つセンサチップを用いるが、（ａ）　、　（ｂ）の如
く斜面と称すべき表裏両面とは垂直には交わらない側面
ヲ持つセンサチップによりスペースを有効利用する方法
も提案されている。

しかし、この方法もカテーテルの径が２．０　ｍｍ以下
になってきたときには、本質的な解決策とはなり得ない
。

これは、カテーテルの径に対して、センサチップの厚さ
が無視できなくなるからである。一般の半導体集積回路
の製造で用いる基板は、そり、割れ等を防ぐために、そ
の径が大きくなればなる程厚くなっている。

例えば、２インチ基板では約３００μｍ、３インチで４
００μｍ％　４インチで５００μｍ、５インチで６５０
μｍ　等である。

研磨等により基板を薄くすると、どうしてもそり、割れ
が生じ、全体としての歩留りが著しく低下する。このた
め非常に小さなセンサを製造するときには、できるだけ
小さな径の基板を用い、その基板厚さをそり、割れが生
じない範囲でできる限り薄くしている。例えば厚さ約１
８０μｍの２インチ径の基板を用いる。しかし、これで
は小型化には限界があり、作業効率も悪く低価格化にも
限界がある。またセンサチップ切り出し後、研磨する方
法も考えられるが、微小なチップを取り扱うのが困難で
実用性に乏しい。

〔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超
小型の半導体圧力センサを製造することができる方法を
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、半導体圧力センサの製造工程において最も
特徴的な技術であるダイアフラム製造技術を最大限に利
用することにより、上記の問題点を解決している。

半導体圧力センサの性能は、ダイアフラムがどの程度精
度よく加工されているかによって大部分決定される。一
般に数μｍから数十μｍの厚さのダイアフラムをチップ
内に、バラツキ１μｍ以内の均一性で形成しないと実用
性の高いセンサは得られない。

本発明では、この技術を応用しセンサチップを切り出す
前に、基板内に所望の厚さのセンサチップ形成領域を予
め形成しておき、この領域にセンサチップを作り込むこ
とにより、非常に薄いセンサチップを高精度に製造する
ことを可能とした。

換言すれば少し厚いダイアフラムを形成し、このダイア
プラム内に、さらに薄いダイアフラムを有するセンサチ
ップを形成することになる。

〔作用及び実施例〕

以下本発明を具体的な実施例に基づき説明する。

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、必要な構成要素のみを
表示しである。図は工程順に表示しであるのでこれに従
って説明する。

（ａ）図までに、半導体圧力センサの構成要素を基板内
に作り込んでおく。即ちシリコン単結晶基板（１４）の
表面に感圧素子たるピエゾ抵抗α０を形成し、これを表
面保護膜（ト）を介して形成するＡｎｎバッド乃と拡散
リード部ｑＱにより電気的に接続された状態にしておく
。このとき表面保護膜（ト）は熱酸化膜を一般に用いる
。

（１））図の工程において、基板α→を裏面から加工し
てセンサチップ形成領域α０を形成する。この加工方法
はダイアフラム形成と同じく機械的な方法や化学的エツ
チングによる方法、あるいはこれらを組み合せた方法が
考えられるが、この工程ではダイアフラム形成のような
高精度は要求されないので、機械的な研磨でも充分実用
的である。

ｔｈｅ）図の工程において、ダイアプラムを形成する。

この工程では最終的な加工精度が要求されるので機械的
な方法を用いる場合にも、化学的な方法を併用した方が
望ましい。また、このときエツチング−・・スフ等の形
成は、図には示してないが化学的な方法を用、いるとき
には必要である。

最終の（ｄ）図の工程において、センサチップを切り出
し製造工程が終了する。この切り出す方法はダイアモン
ドカッターによるダイシングが一般的であるが、化学的
エツチングによる方法も考えられる。

〔発明の効果〕

本発明により、非常に小さな半導体圧力センサの加工が
可能となり、カテーテル先端型血圧センサとして応用し
たときに、カテーテル最外径が、１．０〜１．５　ｍｍ
のものも製造可能となる。従来は２インチ基板を用いて
厚さ約１８０μｍのセンサチップを製造するのが、はぼ
限界であったが５０μｍ　程度の厚さのセンサチップの
製造が可能となり、原理的にはさらに薄いものも可能で
ある。

また厚さの薄い超小型のセンサチップを作る場合にも径
の小さな基板を用いる必要はなく、例えば′５インチ程
度の径の基板であってもよく、実際５インチ基板の約半
分の面積に厚さ１００μｍ　のセンサチップ形成領域を
設け０．５Ｘ１．５ｍｍ　　の大きさのセンサを作ると
歩留りを考慮しても約３０００個のセンサチップが１枚
の基板から製造できる。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（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（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）は、第２図のカ
テーテル先端型血圧センサのセンサチップ装着部の断面
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　　　　−　　　　ド　　　線１１
＋１．Ｊτ／田≦　−ゴ １２、　　　ル　　−　　メ　　ン １３、ダイアフラム １４、　　シリコン単結晶基板 １５、ピエゾ抵抗 １６、拡散リード部 １７、　Ａｄパッド １８、表面保護膜（ｅｘ　Ｓｉｎｇ） １９、　　センサチップ形成領域 ！２で 代理人　弁理士　上　代　哲　司（、・θ第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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てなる半導体圧力センサの製造方法
   において、センサチップ自体の形状・寸法と比較して充
   分大きくかつ厚い半導体結晶板を用い該基板内にセンサ
   チップ形成領域たる薄板部を形成する工程と該薄板部に
   センサチップ構成要素を形成する工程とを有し、最終工
   程においてセンサチップを切り出すことを特徴とする半
   導体圧力センサ製造方法。