JP2000019040A - 圧力センサの製造方法 - Google Patents
圧力センサの製造方法Info
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- JP2000019040A JP2000019040A JP10183680A JP18368098A JP2000019040A JP 2000019040 A JP2000019040 A JP 2000019040A JP 10183680 A JP10183680 A JP 10183680A JP 18368098 A JP18368098 A JP 18368098A JP 2000019040 A JP2000019040 A JP 2000019040A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコンチップとガラス台座の接合時に残留
応力を発生させない圧力センサの製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコン部材１をエッチングなどにより
薄くしたダイヤフラム７（受圧部）上に拡散やイオン打
ち込みで形成したピエゾ抵抗素子３を設け、保護膜４に
導通孔としてコンタクトホール５を介して電極６を設
け、そのシリコン部材１を台座のガラス部材２に重ねあ
わせ、接合界面に希フッ酸（ＨＦ：水＝５０：１）を滴
下する。すると、毛管現象により滴下された希フッ酸は
界面に沿って拡散するが、この後所定時間上方から荷重
を加えながら両者を接合する。このように常温で接合す
るので残留応力は発生しない。
応力を発生させない圧力センサの製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコン部材１をエッチングなどにより
薄くしたダイヤフラム７（受圧部）上に拡散やイオン打
ち込みで形成したピエゾ抵抗素子３を設け、保護膜４に
導通孔としてコンタクトホール５を介して電極６を設
け、そのシリコン部材１を台座のガラス部材２に重ねあ
わせ、接合界面に希フッ酸（ＨＦ：水＝５０：１）を滴
下する。すると、毛管現象により滴下された希フッ酸は
界面に沿って拡散するが、この後所定時間上方から荷重
を加えながら両者を接合する。このように常温で接合す
るので残留応力は発生しない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサの製造方
法に関し、特にシリコンチップとガラス台座を貼り合わ
せて製作される圧力センサの製造方法に関する。
法に関し、特にシリコンチップとガラス台座を貼り合わ
せて製作される圧力センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子式ダイヤフラム型圧力センサとして
ピエゾ抵抗型と容量型がある。いずれも、ダイヤフラム
のたわみによって圧力を検出するセンサであり、検出信
号は電気的に外部に取り出される。ダイヤフラムのたわ
みから電気信号の変換方法として、前者はピエゾ抵抗、
後者は電極―ダイヤフラム間の容量変化を用いている。
圧力以外の要因によるダイヤフラムのたわみは検出信号
の誤差となるため、センサチップにパッケージ外部から
の力や温度等によるストレスが加わらない構造、構成材
料を検討する必要がある。このため構成材料の線膨張係
数や、接着材料とその接着方法などに工夫を要する。従
来、シリコンチップとガラス台座の接合にはガラスバイ
ンダーを両面に塗付し、両部材を重ねあわせた状態で、
５００℃以上に加熱して、その後徐冷する方法や、両部
材を４００℃程度にまで加熱して高電圧を加えて接合す
る陽極接合が行われている。
ピエゾ抵抗型と容量型がある。いずれも、ダイヤフラム
のたわみによって圧力を検出するセンサであり、検出信
号は電気的に外部に取り出される。ダイヤフラムのたわ
みから電気信号の変換方法として、前者はピエゾ抵抗、
後者は電極―ダイヤフラム間の容量変化を用いている。
圧力以外の要因によるダイヤフラムのたわみは検出信号
の誤差となるため、センサチップにパッケージ外部から
の力や温度等によるストレスが加わらない構造、構成材
料を検討する必要がある。このため構成材料の線膨張係
数や、接着材料とその接着方法などに工夫を要する。従
来、シリコンチップとガラス台座の接合にはガラスバイ
ンダーを両面に塗付し、両部材を重ねあわせた状態で、
５００℃以上に加熱して、その後徐冷する方法や、両部
材を４００℃程度にまで加熱して高電圧を加えて接合す
る陽極接合が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子式ダイヤフ
ラム型の圧力センサは以上のような方法で製作されてい
るが、ガラスバインダーを用いた接着方法では、両部材
を重ねあわせた状態で５００℃以上に加熱するため、ガ
ラスの材質としてシリコンと熱膨張係数のほぼ等しいも
のが用いられるが、接合温度から室温に戻った時の残留
応力の発生が避けられない。また陽極接合の場合も、両
部材を４００℃程度にまで加熱して接合するので同様に
残留応力が発生する。これらの残留応力がセンサ出力の
オフセット変化となって現れ、圧力測定精度を低下させ
るという問題があった。
ラム型の圧力センサは以上のような方法で製作されてい
るが、ガラスバインダーを用いた接着方法では、両部材
を重ねあわせた状態で５００℃以上に加熱するため、ガ
ラスの材質としてシリコンと熱膨張係数のほぼ等しいも
のが用いられるが、接合温度から室温に戻った時の残留
応力の発生が避けられない。また陽極接合の場合も、両
部材を４００℃程度にまで加熱して接合するので同様に
残留応力が発生する。これらの残留応力がセンサ出力の
オフセット変化となって現れ、圧力測定精度を低下させ
るという問題があった。
【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、ガラス部材とシリコン部材の接合方法
を高温接合による方法でなく、残留応力が発生しない方
法で製作できる圧力センサの製造方法を提供することを
目的とする。
たものであって、ガラス部材とシリコン部材の接合方法
を高温接合による方法でなく、残留応力が発生しない方
法で製作できる圧力センサの製造方法を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の圧力センサの製造方法は、シリコンチップと
ガラス台座を接合してなる圧力センサの製造方法におい
て、接合面に酸化膜を形成したシリコンチップとガラス
台座の両部材を溶解させるための溶液を接合面に介在さ
せ固着することを特徴とする。
め本発明の圧力センサの製造方法は、シリコンチップと
ガラス台座を接合してなる圧力センサの製造方法におい
て、接合面に酸化膜を形成したシリコンチップとガラス
台座の両部材を溶解させるための溶液を接合面に介在さ
せ固着することを特徴とする。
【０００６】本発明の圧力センサの製造方法は上記のよ
うな方法で製作されており、両部材を溶解する溶液を用
いて常温で接合するため、残留応力を発生させない方法
で製作することができる。
うな方法で製作されており、両部材を溶解する溶液を用
いて常温で接合するため、残留応力を発生させない方法
で製作することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の圧力センサの接合方法の
一実施例を図１、図２により説明する。図１はピエゾ抵
抗型絶対圧センサの構造図を示す。１はシリコン部材で
エッチングによって一部が薄く作られたダイヤフラム７
（受圧部）を形成し、３はダイヤフラム７上に拡散やイ
オン打ち込みで形成されたピエゾ抵抗層（ゲージ抵抗）
で、４はシリコン部材１の保護膜で、その保護膜４に孔
（コンタクトホール５）を開けてピエゾ抵抗層３との導
通をとることのできる電極６を形成している。一方、下
部には台座としてのガラス部材２が本発明の接合方法で
シリコン部材１に常温接合されている。
一実施例を図１、図２により説明する。図１はピエゾ抵
抗型絶対圧センサの構造図を示す。１はシリコン部材で
エッチングによって一部が薄く作られたダイヤフラム７
（受圧部）を形成し、３はダイヤフラム７上に拡散やイ
オン打ち込みで形成されたピエゾ抵抗層（ゲージ抵抗）
で、４はシリコン部材１の保護膜で、その保護膜４に孔
（コンタクトホール５）を開けてピエゾ抵抗層３との導
通をとることのできる電極６を形成している。一方、下
部には台座としてのガラス部材２が本発明の接合方法で
シリコン部材１に常温接合されている。
【０００８】図１において上方から圧力が加わるとダイ
ヤフラム７が圧力を受けてたわみ、ピエゾ抵抗層３には
ダイヤフラム７のたわみ量に応じた応力が発生する。こ
の応力に応じてピエゾ抵抗層３の抵抗率（電気導電率）
が変化する。図２は圧力センサの製作プロセスを示す図
である。（ａ）工程は酸化膜８を有するシリコン基板
（ｎ型）にｐ型不純物（例えばホウ素）をイオン注入な
どの方法により導入し、ピエゾ抵抗層３を形成する。
（ｂ）工程では基板表面に保護膜４（例えばシリコン窒
化膜など）を形成し、ピエゾ抵抗層３からの信号を検出
するためのコンタクトホール５を形成する。（ｃ）工程
では、信号取り出し用の電極６を形成する。（ｄ）工程
では裏面からシリコンのエッチングを行ない、ダイヤフ
ラム７を形成する。（ｅ）工程ではダイシングによりチ
ップを分割する。以上でシリコン部材が完成する。
（ｆ）工程ではアセトン、メタノールによる有機洗浄、
純水洗浄を済ませたシリコン部材１及びガラス部材２を
重ねあわせ、接合界面に希フッ酸（ＨＦ：水＝５０：
１）を滴下する。このとき、毛管現象により滴下された
希フッ酸は界面に沿って拡散する。（ｇ）工程では室温
で上部シリコンに荷重（例えば１平方センチメートル当
たり３１ｇｆ）を加え、適当な時間（例えば２４時間）
放置後、純水で洗浄し、表面の余分のフッ酸を除去す
る。上記の方法ではシリコン部材１とガラス部材２とを
希フッ酸で常温で気密接合するので、残留応力の発生が
ない。
ヤフラム７が圧力を受けてたわみ、ピエゾ抵抗層３には
ダイヤフラム７のたわみ量に応じた応力が発生する。こ
の応力に応じてピエゾ抵抗層３の抵抗率（電気導電率）
が変化する。図２は圧力センサの製作プロセスを示す図
である。（ａ）工程は酸化膜８を有するシリコン基板
（ｎ型）にｐ型不純物（例えばホウ素）をイオン注入な
どの方法により導入し、ピエゾ抵抗層３を形成する。
（ｂ）工程では基板表面に保護膜４（例えばシリコン窒
化膜など）を形成し、ピエゾ抵抗層３からの信号を検出
するためのコンタクトホール５を形成する。（ｃ）工程
では、信号取り出し用の電極６を形成する。（ｄ）工程
では裏面からシリコンのエッチングを行ない、ダイヤフ
ラム７を形成する。（ｅ）工程ではダイシングによりチ
ップを分割する。以上でシリコン部材が完成する。
（ｆ）工程ではアセトン、メタノールによる有機洗浄、
純水洗浄を済ませたシリコン部材１及びガラス部材２を
重ねあわせ、接合界面に希フッ酸（ＨＦ：水＝５０：
１）を滴下する。このとき、毛管現象により滴下された
希フッ酸は界面に沿って拡散する。（ｇ）工程では室温
で上部シリコンに荷重（例えば１平方センチメートル当
たり３１ｇｆ）を加え、適当な時間（例えば２４時間）
放置後、純水で洗浄し、表面の余分のフッ酸を除去す
る。上記の方法ではシリコン部材１とガラス部材２とを
希フッ酸で常温で気密接合するので、残留応力の発生が
ない。
【０００９】本実施例では、ピエゾ抵抗型絶対圧力セン
サに本接合方法を用いた例を示したが、その他にも図３
に示したガラス部材に貫通孔を形成した差圧センサ、図
４に示したダイヤフラム対向電極間の容量変化で圧力を
検出する容量型圧力センサにも本発明は適用可能であ
る。
サに本接合方法を用いた例を示したが、その他にも図３
に示したガラス部材に貫通孔を形成した差圧センサ、図
４に示したダイヤフラム対向電極間の容量変化で圧力を
検出する容量型圧力センサにも本発明は適用可能であ
る。
【００１０】本実施例では５０：１の希フッ酸を用いた
が、この他にも接合部材を溶解するものであればよく、
例えば混合比の異なる希フッ酸、バッファードフッ酸
（フッ化アンモニウムとフッ酸の混合液）、あるいは、
市販されているフッ酸原液（５０％）、水酸カリウム溶
液などを用いてもよい。また、工程（ｅ）を工程（ｇ）
の後に行なうことも可能である。この場合、工程（ｆ）
の接合をウエハ単位で行なうことができるため、量産に
適している。
が、この他にも接合部材を溶解するものであればよく、
例えば混合比の異なる希フッ酸、バッファードフッ酸
（フッ化アンモニウムとフッ酸の混合液）、あるいは、
市販されているフッ酸原液（５０％）、水酸カリウム溶
液などを用いてもよい。また、工程（ｅ）を工程（ｇ）
の後に行なうことも可能である。この場合、工程（ｆ）
の接合をウエハ単位で行なうことができるため、量産に
適している。
【００１１】
【発明の効果】本発明の圧力センサの製造方法は上記の
ように、シリコン酸化膜とガラスを高温接合による方法
でなく、常温で気密接合することが可能である。このた
め、常温での使用において、残留応力が発生してセンサ
出力のオフセットを変化させることもないので、圧力測
定精度を向上させることができる。さらに、本方法は接
合界面における液体の毛管現象を利用しているため、基
板全面にわたり均一な接合が可能である。また、顕微鏡
下で適当な駆動機構（例えば半導体製造工程で用いられ
ているマスクアライメント装置と同様の機構）を用いて
接合を行なうことによって部材同士の位置合わせも容易
にできる。
ように、シリコン酸化膜とガラスを高温接合による方法
でなく、常温で気密接合することが可能である。このた
め、常温での使用において、残留応力が発生してセンサ
出力のオフセットを変化させることもないので、圧力測
定精度を向上させることができる。さらに、本方法は接
合界面における液体の毛管現象を利用しているため、基
板全面にわたり均一な接合が可能である。また、顕微鏡
下で適当な駆動機構（例えば半導体製造工程で用いられ
ているマスクアライメント装置と同様の機構）を用いて
接合を行なうことによって部材同士の位置合わせも容易
にできる。
【図１】 本発明の圧力センサの一実施例を示す図であ
る。
る。
【図２】 本発明の圧力センサの製作プロセスを示す図
である。
である。
【図３】 本発明の圧力センサの他の実施例を示す図で
ある。
ある。
【図４】 本発明の圧力センサの他の実施例を示す図で
ある。
ある。
１、１Ａ、１Ｂ…シリコン部材 ２、２Ａ、２Ｂ…ガラス部材 ３、３Ａ…ピエゾ抵抗層 ４、４Ａ…保護膜 ５、５Ａ…コンタクトホール ６、６Ａ…電極 ７、７Ａ、７Ｂ…ダイヤフラム ８…酸化膜 ９…ＨＦ溶液 １０…荷重 １１…上部電極 １２…下部電極
Claims (1)
- 【請求項１】シリコンチップとガラス台座を接合してな
る圧力センサの製造方法において、接合面に酸化膜を形
成したシリコンチップとガラス台座の両部材を溶解させ
るための溶液を接合面に介在させ固着することを特徴と
する圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10183680A JP2000019040A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 圧力センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10183680A JP2000019040A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 圧力センサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000019040A true JP2000019040A (ja) | 2000-01-21 |
Family
ID=16140055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10183680A Pending JP2000019040A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 圧力センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000019040A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006275660A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体センサおよびその製造方法 |
| CN101520350A (zh) * | 2009-03-24 | 2009-09-02 | 无锡市纳微电子有限公司 | 一种改良型高灵敏度微压力传感器芯片制作工艺 |
| JP2009266928A (ja) * | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Yamaha Corp | Ｍｅｍｓおよびｍｅｍｓ製造方法 |
| CN103364118A (zh) * | 2012-03-29 | 2013-10-23 | 中国科学院电子学研究所 | 压阻式压力传感器及其制造方法 |
| CN105200971A (zh) * | 2015-10-22 | 2015-12-30 | 青岛理工大学 | 一种桩土界面土和孔隙水压力测试装置及方法 |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP10183680A patent/JP2000019040A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006275660A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体センサおよびその製造方法 |
| JP4670427B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2011-04-13 | パナソニック電工株式会社 | 半導体センサおよびその製造方法 |
| JP2009266928A (ja) * | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Yamaha Corp | Ｍｅｍｓおよびｍｅｍｓ製造方法 |
| CN101520350A (zh) * | 2009-03-24 | 2009-09-02 | 无锡市纳微电子有限公司 | 一种改良型高灵敏度微压力传感器芯片制作工艺 |
| CN103364118A (zh) * | 2012-03-29 | 2013-10-23 | 中国科学院电子学研究所 | 压阻式压力传感器及其制造方法 |
| CN105200971A (zh) * | 2015-10-22 | 2015-12-30 | 青岛理工大学 | 一种桩土界面土和孔隙水压力测试装置及方法 |
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