JP2001004473A

JP2001004473A - 半導体圧力センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001004473A
Application number: JP11179622A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saito; 宏齊藤; Sumio Akai; 澄夫赤井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-01-12
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: JP3562390B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス台座の圧力導入孔周辺部分に過度の応
力が集中せず品質的に優れた半導体圧力センサを提供す
る。【解決手段】一面の中央部をエッチングすることによ
り凹部１１ａを形成して設けたダイヤフラム１５を有す
る半導体基板１１と、凹部に連通する圧力導入孔１２ａ
を有するガラス台座１２と、圧力導入孔に連通する連通
孔を有するパッケージ１４と、を有する半導体圧力セン
サにおいて、半導体よりなり圧力導入孔に重合する重合
孔１３ｂを備えた支持台１３をガラス台座のパッケージ
に対向する一面に陽極接合法により接合し、支持台のパ
ッケージに対向する一面をメタライズして、支持台とパ
ッケージとを接合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検出した圧力を電
位として取り出すピエゾ抵抗素子が形成されている半導
体基板を用いたダイヤフラム型の半導体圧力センサに関
し、特にガラス台座とパッケージの接合性に優れた半導
体圧力センサの構造及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業上の様々な分野において、圧
力センサが多岐にわたって用いられるようになってい
る。中でも、信頼性、コスト、小型軽量化の点から、車
載関係や家電製品等における半導体圧力センサの使用が
急増している。

【０００３】半導体圧力センサの従来の技術としては、
図１６、図１７に示すように、ダイヤフラム１ａを形成
した半導体基板であるシリコン基板１の一方の面にピエ
ゾ抵抗（不図示）を形成した構造のものが知られてい
る。このシリコン基板１にあっては、ガラス台座２を介
してパッケージ３に接合されるが、シリコン基板１とガ
ラス台座２とは陽極接合法により接合されている。ま
た、ガラス台座２とパッケージ３とはガラス台座２のメ
タライズ層２ａ及び半田４を介して半田ろう接合されて
いる。パッケージ３は具体的にはＰＰＳ（Polyphenylen
e Sulfide）やＰＢＴ（Polybutylene Terephthalate）
等のプラスチックパッケージや、金属ステムのパッケー
ジ（ＴＯ−５形パッケージ等、コバールとホウケイ酸ガ
ラスのハーメチックシール）の中心に、コバール製の金
属パイプ３ａが配置されたものであり、この金属パイプ
３ａの一端がガラス台座２と半田ろう接合されている。
メタライズ層２ａは最上層から最下層にかけて、Ｃｒ／
Ｐｔ／Ａｕの順とされたもの、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの順に
されたもの、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの順にされたもの等があ
り、最上層Ａｕの表面が半田ろう接合される。そしてシ
リコン基板１の表面のピエゾ抵抗は、ワイヤ５を介して
リード６またはピン７に接続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような図１６、
図１７に示す半導体圧力センサにあっては、ガラス台座
２と金属パイプ３ａの半田ろう接合時において、ガラス
台座２の圧力導入孔２ｂと金属パイプ３ａの連通孔３ｂ
の接合位置にずれが発生した場合や、孔径の違いにより
連通孔３ｂがガラス台座２の圧力導入孔２ｂの周縁部を
含むように配置された場合に、圧力導入孔２ｂの縁部に
半田が溜まってしまう。そして該半田が固化するときに
引っ張り応力が生じてガラス台座２の圧力導入孔２ｂ周
辺部分にクラックが発生し、該クラックがガラス台座２
の内部方向へ広がり、ひいてはシリコン基板１が破壊さ
れるおそれが生じる。

【０００５】本発明は、上記問題点を改善するために成
されたもので、その目的とするところは、ガラス台座の
圧力導入孔とパッケージの連通孔の接合位置のずれや、
圧力導入孔の直径より連通孔の直径が大きい場合におい
て、ガラス台座の圧力導入孔周辺部分に過度の応力が集
中せず品質的に優れた半導体圧力センサを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体圧力セン
サは上記の問題を解決するために、一面の中央部をエッ
チングすることにより凹部を形成して設けたダイヤフラ
ムを有する半導体基板と、前記凹部に連通する圧力導入
孔を有するガラス台座と、前記圧力導入孔に連通する連
通孔を有するパッケージと、を有する半導体圧力センサ
において、半導体よりなり前記圧力導入孔に重合する重
合孔を備えた支持台を前記ガラス台座のパッケージに対
向する一面に陽極接合法により接合し、該支持台のパッ
ケージに対向する一面をメタライズして、支持台とパッ
ケージとを接合したことを特徴とするものである。

【０００７】また、支持台のパッケージ対向面に凹凸部
を形成することは、支持台とパッケージの接合強度が高
くなり好ましい。

【０００８】また、支持台とパッケージの接合に関して
は、支持台のパッケージ対向面にＡｇ層を形成し、前記
パッケージの支持台対向面にＳｎ層を形成し、前記Ａｇ
層とＳｎ層とを加熱してＳｎ−Ａｇ合金を形成すること
により支持台とパッケージを接合することにより、半田
ろう接合の工程を省略できるという利点がある。

【０００９】また、支持台のパッケージ対向面に該面に
略垂直に溝を刻設することは、応力の半導体基板への悪
影響をより緩和する観点からより好ましい。

【００１０】また、前記支持台のガラス台座接触面の面
積をガラス台座対向面の面積より小さくすることも、応
力の半導体基板への悪影響をより緩和する観点からより
好ましく、具体的には、支持台のガラス台座対向面に凹
部を設けたり、支持台のガラス台座対向面に段部を設け
たりすればよい。

【００１１】また、半導体基板に伝達される歪みの観点
からは、前記支持台を平面略円形状としすることが好ま
しい。支持台を平面略円形にすることにより、略均一の
応力分布とすることができる。

【００１２】一方、上記の問題を解決する半導体圧力セ
ンサの製造方法として、本発明は、一面の中央部をエッ
チングすることにより凹部を形成して設けたダイヤフラ
ムを有する半導体基板が複数形成された半導体ウェハ
と、前記凹部に連通する圧力導入孔を有するガラス台座
が複数形成され前記半導体ウェハより大きな外形を有す
るガラス材とを、半導体ウェハのガラス材に対向する一
面と反対側の他面に正電圧を印加しガラス材の半導体ウ
ェハに対向する一面と反対側の他面の外縁部に負電圧を
印加して陽極接合法により接合して、前記ガラス材内部
から偏析するナトリウムをガラス材他面の外縁部に集中
させ、前記ガラス材の他面のナトリウムが偏析していな
い部分に半導体よりなる支持台を構成する支持台用半導
体ウェハを陽極接合法により接合し、該支持台のガラス
材対向面の反対側の面に前記圧力導入孔に連通する連通
孔を有するパッケージを接合することを特徴としてい
る。

【００１３】また、一面の中央部をエッチングすること
により凹部を形成して設けたダイヤフラムを有する半導
体基板が複数形成された半導体ウェハと、前記凹部に連
通する圧力導入孔を有するガラス台座が複数形成された
ガラス材と、半導体よりなる支持台を構成する支持台用
半導体ウェハとを重合させ、前記半導体ウェハと支持台
用半導体ウェハとに正電圧を印加し、前記ガラス材の側
面の一部分に負電圧を印加し陽極接合法により半導体ウ
ェハとガラス材と支持台用半導体ウェハとを接合するこ
とを特徴とするものであってもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明にかかる半導体圧力センサ
の第一実施の形態を図１に基づいて、第二実施の形態を
図２、図３に基づいて、第三実施の形態を図４に基づい
て、第四実施の形態を図５、図６に基づいて、第五実施
の形態を図７，図８に基づいて、第六実施の形態を図９
に基づいて、第七実施の形態を図１０に基づいて、第八
実施の形態を図１１，図１２に基づいて、第九実施の形
態を図１３、図１４に基づいて説明する。

【００１５】〔第一実施の形態〕図１は本発明の半導体
圧力センサの断面図である。図１において、半導体圧力
センサは、半導体基板に相当するシリコン基板１１の凹
部１１ａを有する一主表面（図１中下側面）に、ガラス
台座１２を陽極接合法により接合し、ガラス台座１２の
一主表面（図１中下側面）に支持台１３を陽極接合法に
より接合し、該支持台１３の一主表面（図１中下側面）
をメタライズしてメタライズ層１３ａを設け、支持台１
３とパッケージ１４の金属パイプ１４ａとを接合して構
成してある。

【００１６】シリコン基板１１は、単結晶シリコン基板
に、片面に受圧面が形成され圧力を応力に変換するダイ
ヤフラム１５、歪みゲージ（不図示）及び電極（不図
示）を形成したもので、ピエゾ抵抗効果により圧力の変
化を電気抵抗の変化に変換して出力するものである。シ
リコン基板１１に形成された電極（不図示）と、パッケ
ージ１４に設けられたリード１６とは、Ａｕ線等のボン
ディングワイヤ１７により接続されている。

【００１７】ガラス台座１２は、凹部１１ａに連通する
圧力導入孔１２ａを有する筒状体であって、シリコン基
板１１を載置するものである。ガラス台座１２の一主表
面（図１中下側面）には支持台１３が陽極接合法により
接合されており、二主表面（図１中上側面）は陽極接合
法によりシリコン基板１１に接合されている。

【００１８】支持台１３はシリコンよりなり、圧力導入
孔１２ａに重合し圧力導入孔１２ａと略同一の直径を有
する重合孔１３ｂを備えた高さ方向長さが幅方向長さに
比べて短い筒体である。ここでシリコンのヤング率は約
１６４７００ｋｇ／ｍｍ²であり、ガラスのヤング率
（約６４００ｋｇ／ｍｍ²〜約８０００ｋｇ／ｍｍ²）に
比べて大きい。従って、シリコンは、半田等の固化時の
引っ張り応力に対して、クラックを生じにくいという特
性を有している。

【００１９】支持台１３の一主表面（図１中下側面）に
はメタライズ層１３ａが設けられており、メタライズ層
１３ａの構成は例えば最上層から最下層にかけて、Ｃｒ
／Ｐｔ／Ａｕの順とされたもの、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの順
にされたもの、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの順にされたもの等が
あり、最上層Ａｕの表面が半田ろう接合される。

【００２０】パッケージ１４はＰＰＳ（Polyphenylene
Sulfide）やＰＢＴ（Polybu Tyleneterephthalate）等
のプラスチックパッケージや、金属ステムのパッケージ
（ＴＯ−５形パッケージ等、コバールとホウケイ酸ガラ
スのハーメチックシール）であって、その中心に、例え
ばコバール製の金属パイプ１４ａを配置してある。

【００２１】金属パイプ１４ａは筒状部と該筒状部の一
端側に設けられた鍔状の載置部とを有して構成されてお
り、金属パイプ１４ａ内部の連通孔１４ｂは圧力導入孔
１２ａに連通している。従って、圧力媒体は連通孔１４
ｂの一端側から流入して重合孔１３ｂ、圧力導入孔１２
ａを通過して凹部１１ａに至る。連通孔１４ｂの直径は
圧力導入孔１２ａの直径と略同一としている。

【００２２】以上の半導体圧力センサにあっては、パッ
ケージ１４とガラス台座１２との間に支持台１３を介在
させてあるので、半田固化時の引っ張り応力をシリコン
の支持台１３が吸収して、ガラス台座１２にクラックが
生じにくいものとなしている。

【００２３】以下に本発明の半導体圧力センサの製造方
法を説明する。まず、ダイヤフラム１５を形成したシリ
コン基板が複数形成された半導体ウェハの一主表面と、
圧力導入孔１２ａを設けたガラス台座が複数形成された
ガラス材の二主表面とを接合する。該接合は、陽極接合
法により行い、具体的には真空雰囲気中で約４００℃に
加熱して、半導体ウェハを正電極側、ガラス材を負電極
側として、約５００Ｖ〜８００Ｖの直流電圧を印加して
行う。なおこの上記陽極接合法の条件は一例であって、
部材の厚みによっても異なるものであり、両部材を接合
できればよく上記条件に限られるものではない。

【００２４】次に支持台１２が複数形成された支持台用
半導体ウェハに重合孔１３ｂを穿設する。重合孔１３ｂ
の加工方法は、加重を加えながら剣山状のホーンを振動
させて孔を穿設する超音波加工法やＫＯＨ等のアルカリ
薬液によるエッチング、サンドブラスト法等適宜選択可
能である。その後、重合孔１３ｂを穿設した支持台１２
の一主表面にメタライズ層１３ａがスパッタリングによ
り形成される。

【００２５】そして、重合孔１３ｂを形成した支持台用
半導体ウェハと、前記工程にて半導体ウェハに陽極接合
したガラス材とを、陽極接合法により接合する。その際
各圧力導入孔１２ａと重合孔１３ｂとが重合するように
しておく。陽極接合法の条件としては、例えば上記のよ
うに真空雰囲気中で約４００℃に加熱して、支持台用半
導体ウェハを正電極側、ガラス材を負電極側として、約
５００Ｖ〜８００Ｖの直流電圧を印加して行う。

【００２６】最後に、以上のようにして半導体ウェハと
ガラス材と支持台用半導体ウェハとを接合して得られた
圧力センサウェハを、ダイシングして例えば約２ｍｍ〜
３ｍｍ角のチップとし、該チップのメタライズ層１３ａ
とパッケージ１４の金属パイプ１４ａの一端とを半田層
２３を介在させて半田ろう接合法により接合する。

【００２７】〔第二実施の形態〕図２は本発明の半導体
圧力センサの他の製造方法を示す略断面図であり、
（ａ）は半導体ウェハとガラス材とを陽極接合している
状態を説明するものであり、（ｂ）はガラス材と支持台
用半導体ウェハとを陽極接合している状態を説明するも
のである。図３は半導体ウェハとガラス材とを陽極接合
する際の負極側電極の平面図である。なお、本第二の実
施の形態では前述の第一実施の形態で説明したところの
製造方法と同等の箇所の詳細な説明は省略する。

【００２８】図２に示す本実施の形態の半導体圧力セン
サの製造方法が、前述の第一実施の形態で説明したとこ
ろの半導体圧力センサの製造方法と異なり特徴となるの
は次の点である。

【００２９】即ち、半導体ウェハ１８とガラス材１９と
を陽極接合する際に、ガラス材１９の外形を半導体ウェ
ハ１８の外形より大きなものとし、ガラス材１９の半導
体ウェハ１８より外方に突出する部分、換言するとガラ
ス材１９のうち半導体ウェハ１８と重ならない部分、に
接するようにして電極２０を形成し、図２（ａ）に示す
ように、半導体ウェハ１８を正電極側、ガラス材１９を
負電極側として、約５００Ｖ〜８００Ｖの直流電圧を印
加して行うようになしている。電極２０は具体的にはガ
ラス材１９の一主表面の外縁部近傍に接するようにドー
ナツ状に形成されている。該陽極接合の工程において、
ガラス中のナトリウムをガラス材１９の一主表面の外縁
部近傍に集中して偏析させる。

【００３０】そして、図２（ｂ）に示すように、ガラス
材１９の一主表面の前記電極２０が当接されていなかっ
た部分、即ちナトリウムの偏析していない部分であって
半導体ウェハ１８と重合する部分、に支持台用半導体ウ
ェハ２１を陽極接合する。

【００３１】ガラス材１９のナトリウムが偏析している
部分１９ａは、ナトリウムが空気中の水分や酸素と反応
して絶縁体の炭酸ナトリウムや酸化ナトリウムとなって
おり接合電流が流れない。本製造方法によれば支持台用
半導体ウェハ２１が接合される部分以外の部位にナトリ
ウムが偏析しているため、陽極接合がナトリウムの偏析
による悪影響を受けにくく、確実に支持台用半導体ウェ
ハ２１とガラス材１９とを陽極接合することができる。

【００３２】〔第三実施の形態〕図４は本発明の半導体
圧力センサの他の製造方法を示す略断面図であり、
（ａ）は半導体ウェハとガラス材とを陽極接合している
状態を説明するものであり、（ｂ）はガラス材と支持台
用半導体ウェハとを陽極接合している状態を説明するも
のである。なお、本第三の実施の形態では前述の第二実
施の形態で説明したところの製造方法と同等の箇所の詳
細な説明は省略する。

【００３３】図４に示す本実施の形態の半導体圧力セン
サの製造方法が、前述の第二実施の形態で説明したとこ
ろの半導体圧力センサの製造方法と異なり特徴となるの
は次の点である。

【００３４】即ち、ガラス材１９の一主表面の外縁部の
一部又は全周にわたって段部１９ｂを形成して外縁部を
肉薄とし、ガラス材１９と半導体ウェハ１８との陽極接
合の際に、該段部１９ｂに負極側電極２０を当接させる
ようになしてある。該陽極接合においては、ガラス材１
９の肉厚部分の段部１９ｂより一主表面側の部分１９ｃ
のナトリウムは滞留して殆ど移動することがない。一
方、ガラス材１９の他の部分のナトリウムは、ガラス材
１９の負極側電極２０と当接している部分に偏析する。

【００３５】次に、ガラス材１９の一主表面に支持台用
半導体ウェハ２１を陽極接合する。その際、図４（ｂ）
に示すように、支持台用半導体ウェハ２１を正極とし、
ガラス材１９を負極として陽極接合するが、この場合に
は先程滞留していたナトリウムが移動して支持台用半導
体ウェハ２１とガラス材１９とが接合されることにな
る。従って、支持台用半導体ウェハ２１とガラス材１９
とを陽極接合する際のガラス中のナトリウム移動量を多
くすることができ、両者の接合強度を強くすることがで
きる。

【００３６】〔第四実施の形態〕図５は本発明の半導体
圧力センサの他の製造方法を示す略断面図である。図６
は本発明の半導体圧力センサの更に他の製造方法を示す
略断面図である。なお、本第四の実施の形態では前述の
第一実施の形態で説明したところの製造方法と同等の箇
所の詳細な説明は省略する。

【００３７】図５に示す本実施の形態の半導体圧力セン
サの製造方法が、前述の第二実施の形態で説明したとこ
ろの半導体圧力センサの製造方法と異なり特徴となるの
は次の点である。

【００３８】即ち、半導体ウェハ１８と、ガラス材１９
と、支持台用半導体ウェハ２１とを重合させ、半導体ウ
ェハ１８と支持台用半導体ウェハ２１とに正電圧を印加
し、ガラス材１９に負電圧を印加し陽極接合法により半
導体ウェハ１８とガラス材１９と支持台用半導体ウェハ
２１とを接合するようになした点である。

【００３９】詳しくは、ガラス材１９の側面に凸部１９
ｄを設けて、該凸部１９ｄに負電圧を印加するようにな
してある。該構成によると、陽極接合により偏析するナ
トリウムは凸部１９ｄに集中するため、ダイシングによ
り凸部を切除すれば、切り出された各圧力センサチップ
にはナトリウム偏析部分がなく、ナトリウムを除去する
洗浄工程が不要になるという利点がある。

【００４０】また、図６に示すように、凸部１９ｄを設
ける代わりに、ガラス材１９の側面に先端が尖った形状
の負電極２２を当接させて陽極接合してもよい。この場
合も、ナトリウムは負電極２２の当接部分に集中して偏
析するため、ダイシングにより偏析した部分を切除すれ
ば、切り出した圧力センサチップにはナトリウム偏析部
分がないものとなっている。

【００４１】〔第五実施の形態〕図７は本発明の半導体
圧力センサの断面図である。なお、図７においては前述
の第一実施の形態で説明したところの半導体圧力センサ
と同等の箇所には同じ符号を付してあるので、同等の箇
所の詳細な説明は省略する。

【００４２】図７に示す本第五実施の形態の半導体圧力
センサが、前述の第一実施の形態で説明したところの半
導体圧力センサと異なり特徴となるのは次の構成であ
る。

【００４３】即ち、支持台１３のパッケージ対向面であ
る一主表面に凹凸部１３ｃを形成した構成である。該凹
凸部１３ｃは、メタライズ層１３ａを形成する前の支持
台１３の一主表面に対して、ＫＯＨ等のアルカリ薬品に
よる異方性エッチングにより形成する。

【００４４】支持台１３には結晶方位が（１１０）のシ
リコンを用いており、異方性エッチングされた傾斜面に
はエッチングレートの遅い（１１１）面が現れる。支持
台１３の表面の（１１０）面は結晶欠陥やピット（窪
み）が多く存在するが、堀込まれた傾斜面の（１１１）
面にはこのような欠陥がなく、平坦な面となっている。
従って、次工程でスパッタリングによりメタライズ層１
３ａを設ける場合に、（１１１）面とメタライズ層１３
ａとの接合性が良くなり、支持台１３の一主表面とメタ
ライズ層１３ａとの接合強度が高くなるという利点があ
る。また、支持台１３の一主表面に凹凸部１３ｃが存在
することによりメタライズ層１３ａにも凹凸部が存在す
ることとなり、その結果メタライズ層１３ａの半田に濡
れる面積が増加する。よってメタライズ層１３ａと半田
層２３との接合強度も高くなるという利点がある。

【００４５】また、図８に示すように、支持台１３のパ
ッケージ対向面である一主表面に凹凸部１３ｄを、フッ
酸による等方性エッチングや研磨によって形成するもの
であってもよい。この場合には、支持台１３の一主表面
にメタライズ層の形成はせず、エポキシ樹脂やシリコン
樹脂の接着剤２４を介在させてパッケージ１４の金属パ
イプ１４ａに接合する。接着剤２４は支持台１３の一主
表面に形成された凹凸部１３ｄの窪みに入り込むため、
アンカー効果により強固に支持台１３と金属パイプ１４
ａとを接合する。

【００４６】〔第六実施の形態〕図９は本発明の半導体
圧力センサの断面図である。なお、図９においては前述
の第一実施の形態で説明したところの半導体圧力センサ
と同等の箇所には同じ符号を付してあるので、同等の箇
所の詳細な説明は省略する。

【００４７】図９に示す本第六実施の形態の半導体圧力
センサが、前述の第一実施の形態で説明したところの半
導体圧力センサと異なり特徴となるのは次の構成であ
る。

【００４８】即ち、支持台１３の一主表面にメタライズ
層１３ａの代わりにＡｇ層１３ｅを例えばスパッタリン
グにて形成し、パッケージ１４の金属パイプ１４ａの支
持台対向面にＳｎ層１４ｃをメッキ処理にて形成し、Ａ
ｇ層１３ｅとＳｎ層１４ｃとを加熱してＳｎ−Ａｇ合金
を形成することにより支持台１３とパッケージ１４を接
合した構成である。Ａｇ層１３ｅは、例えば、まず支持
台１３の一主表面を粗く研磨し、次にバリア層のＮｉを
約５０００Å〜数μｍの厚みまでスパッタリングにより
形成し、その後にＡｇ層を約５０００Å〜数μｍの厚み
までスパッタリングにより形成して設ける。

【００４９】このようにして構成されたＡｇ層１３ｅ
は、金属パイプ１４ａに設けられたＳｎ層１４ｃと接合
させて荷重を加え、約３００℃で加熱することにより、
Ｓｎ−Ａｇ合金層となって、支持台１３と金属パイプ１
４ａとを接合する。

【００５０】このようにして構成した半導体圧力センサ
にあっては、半田により支持台１３と金属パイプ１４ａ
を接合していた工程を省力して構成することができると
いう利点がある。

【００５１】〔第七実施の形態〕図１０は本発明の半導
体圧力センサの断面図である。なお、図１０においては
前述の第一実施の形態で説明したところの半導体圧力セ
ンサと同等の箇所には同じ符号を付してあるので、同等
の箇所の詳細な説明は省略する。

【００５２】図１０に示す本第七実施の形態の半導体圧
力センサが、前述の第一実施の形態で説明したところの
半導体圧力センサと異なり特徴となるのは次の構成であ
る。

【００５３】即ち、支持台１３の一主表面に該面に略垂
直な溝１３ｆを刻設した構成である。この溝１３ｆは単
数であってもよいが、複数であることが好ましい。溝１
３ｆは、メタライズ層１３ａを形成した支持台１３の一
主表面に対して、ダイシングのハーフカットや、傾斜面
約６０゜〜８０゜によるサンドブラスト法により形成す
る。溝１３ｆの深さは、支持台１３の厚みより小さいも
のであって、約１００μｍ〜約１ｍｍとしている。

【００５４】該構成によると、パッケージ１４からの応
力と、半田層２３とメタライズ層１３ａとの接合面に生
じる応力とが、溝１３ｆによって緩衝され、該応力のシ
リコン基板１１への悪影響を低減することができる。

【００５５】〔第八実施の形態〕図１１は本発明の半導
体圧力センサの断面図である。図１２は本発明の半導体
圧力センサの断面図である。なお、図１１においては前
述の第一実施の形態で説明したところの半導体圧力セン
サと同等の箇所には同じ符号を付してあるので、同等の
箇所の詳細な説明は省略する。

【００５６】図１１に示す本第八実施の形態の半導体圧
力センサが、前述の第一実施の形態で説明したところの
半導体圧力センサと異なり特徴となるのは次の構成であ
る。

【００５７】即ち、支持台１３のガラス台座接触面の面
積をガラス台座対向面の面積より小さくした構成であ
る。具体的には、支持台１３のガラス台座対向面である
二主表面（図１０中上側面）に凹部１３ｇを設け、支持
台１３とガラス台座１２とが接合されることにより凹部
１３ｇが真空の空洞部となるように構成している。つま
り、凹部１３ｇを支持台１３に設けることにより、支持
台１３のガラス台座１２に接触する面積は凹部１３ｇの
平面視面積の分だけ減少し、実際に支持台１３がガラス
台座１２に対向している全面積よりも小さくなってい
る。

【００５８】該構成によると、パッケージ１４からの応
力と、半田層２３とメタライズ層１３ａとの接合面に生
じる応力とが、凹部１３ｇによって緩衝され、該応力の
シリコン基板１１への悪影響を低減することができる。

【００５９】また、図凹部１３ｇの代わりに、支持台１
３の二主表面の外縁部に段部１３ｈを設けるものであっ
てもよい。つまり、該段部１３ｈを設けることにより、
支持台１３のガラス台座接触面の面積がガラス台座対向
面の面積より小さくなっている。該構成によると、パッ
ケージ１４からの応力と、半田層２３とメタライズ層１
３ａとの接合面に生じる応力とが、段部１３ｈによって
緩衝され、該応力のシリコン基板１１への悪影響を低減
することができる。

【００６０】〔第九実施の形態〕図１３は本発明の半導
体圧力センサの断面図である。図１４は本発明の半導体
圧力センサの支持台の平面図である。なお、図１３にお
いては前述の第一実施の形態で説明したところの半導体
圧力センサと同等の箇所には同じ符号を付してあるの
で、同等の箇所の詳細な説明は省略する。

【００６１】図１３に示す本第九実施の形態の半導体圧
力センサが、前述の第一実施の形態で説明したところの
半導体圧力センサと異なり特徴となるのは次の構成であ
る。

【００６２】即ち、図１４に示すように、支持台１３を
平面略円形状とした構成である。該構成によれば、ガラ
ス台座１２に加わる、パッケージ１４からの応力と、半
田層２３とメタライズ層１３ａとの接合面に生じる応力
とが、略均一の応力分布となり、シリコン基板１１へ伝
達される歪みを軽減することができる。

【００６３】なお、本実施の形態においては、支持台１
３を平面視１２角形としているがこれに限られるもので
はなく、平面略円形状であればよい。また、平面略円形
状に近づくほど、前記応力分布は均一なものとなりより
好ましくなる。

【００６４】また、本第一乃至第九の実施の形態では、
圧力導入孔１２ａと、重合孔１３ｂと、連通孔１４ｂと
の直径は略同一として説明しているがこれに限られるも
のではない。図１５に示すように、重合孔１３ｂを連通
孔１４ｂよりも大きなものとした場合、例えば連通孔１
４ｂの直径を０．８ｍｍとし重合孔１３ｂの直径を１．
１〜１．４ｍｍとした場合には、支持台１３とパッケー
ジ１４との間の半田ろう接合の際に半田が連通孔１４ｂ
に流れ込み難くなり、よって金属パイプ１４ａの連通孔
１４ｂの半田詰まりを防止することができるという利点
がある。

【００６５】

【発明の効果】本発明の半導体圧力センサ及びその製造
方法は上述のように構成してあるから、請求項１記載の
発明にあっては、半導体よりなり前記圧力導入孔に重合
する重合孔を備えた支持台を前記ガラス台座のパッケー
ジに対向する一面に陽極接合法により接合し、該支持台
のパッケージに対向する一面をメタライズして、支持台
とパッケージとを接合したので、ガラス台座の圧力導入
孔周辺部分に過度の応力が集中せず品質的に優れた半導
体圧力センサを提供できるという効果を奏するという効
果を奏する。

【００６６】請求項２記載の発明にあっては、請求項１
記載の発明の効果に加えて、前記支持台のパッケージ対
向面に凹凸部を形成したので、支持台とパッケージの接
合強度を高くすることができるという効果を奏する。

【００６７】請求項３記載の発明にあっては、請求項１
記載の発明の効果に加えて、前記支持台のパッケージ対
向面にＡｇ層を形成し、前記パッケージの支持台対向面
にＳｎ層を形成し、前記Ａｇ層とＳｎ層とを加熱してＳ
ｎ−Ａｇ合金を形成することにより支持台とパッケージ
を接合したので、支持台とパッケージの半田ろう接合の
工程を省力でき、生産性を向上させることができるとい
う効果を奏する。

【００６８】請求項４記載の発明にあっては、請求項１
記載の発明の効果に加えて、前記支持台のパッケージ対
向面に該面に略垂直に溝を刻設したので、支持台とパッ
ケージとの間に生じる応力が、溝によって緩衝され、該
応力の半導体基板への悪影響を低減することができると
いう効果を奏する。

【００６９】請求項５乃至請求項７記載の発明にあって
は、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記支持台の
ガラス台座接触面の面積をガラス台座対向面の面積より
小さくしているので、凹部や段部が支持台とパッケージ
との間に生じる応力を緩衝し、該応力の半導体基板への
悪影響を低減することができるという効果を奏する。

【００７０】請求項８記載の発明にあっては、請求項１
記載の発明の効果に加えて、前記支持台を平面略円形状
としたので、支持台とパッケージとの間に生じる応力を
略均一の応力分布とすることができ、半導体基板へ伝達
される歪みを軽減することができるという効果を奏す
る。

【００７１】請求項９記載の発明にあっては、一面の中
央部をエッチングすることにより凹部を形成して設けた
ダイヤフラムを有する半導体基板が複数形成された半導
体ウェハと、前記凹部に連通する圧力導入孔を有するガ
ラス台座が複数形成され前記半導体ウェハより大きな外
形を有するガラス材とを、半導体ウェハのガラス材に対
向する一面と反対側の他面に正電圧を印加しガラス材の
半導体ウェハに対向する一面と反対側の他面の外縁部に
負電圧を印加して陽極接合法により接合して、前記ガラ
ス材内部から偏析するナトリウムをガラス材他面の外縁
部に集中させ、前記ガラス材の他面のナトリウムが偏析
していない部分に半導体よりなる支持台を構成する支持
台用半導体ウェハを陽極接合法により接合し、該支持台
のガラス材対向面の反対側の面に前記圧力導入孔に連通
する連通孔を有するパッケージを接合するので、ガラス
台座の圧力導入孔周辺部分に過度の応力が集中せず品質
的に優れた半導体圧力センサを製造することができると
ともに、陽極接合がナトリウムの偏析による悪影響を受
けにくく、確実に支持台用半導体ウェハとガラス材とを
陽極接合することができるという効果を奏する。

【００７２】請求項１０記載の発明にあっては、一面の
中央部をエッチングすることにより凹部を形成して設け
たダイヤフラムを有する半導体基板が複数形成された半
導体ウェハと、前記凹部に連通する圧力導入孔を有する
ガラス台座が複数形成されたガラス材と、半導体よりな
る支持台を構成する支持台用半導体ウェハとを重合さ
せ、前記半導体ウェハと支持台用半導体ウェハとに正電
圧を印加し、前記ガラス材の側面の一部分に負電圧を印
加し陽極接合法により半導体ウェハとガラス材と支持台
用半導体ウェハとを接合するので、ガラス台座の圧力導
入孔周辺部分に過度の応力が集中せず品質的に優れた半
導体圧力センサを製造することができるとともに、ガラ
ス材の側面の一部分に集中してナトリウムが偏析するの
で、ダイシングによりナトリウムの偏析した部分を切除
すれば、切り出された圧力センサチップはナトリウムの
洗浄工程を省力することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半第一実施の形態の導体圧力センサの
断面図である。

【図２】本発明の第二実施の形態の半導体圧力センサの
製造方法を示す略断面図であって、（ａ）は半導体ウェ
ハとガラス材とを陽極接合している状態を説明するもの
であり、（ｂ）はガラス材と支持台用半導体ウェハとを
陽極接合している状態を説明するものである。

【図３】第二実施の形態の半導体ウェハとガラス材とを
陽極接合する際の負極側電極の平面図である。

【図４】本発明の第三実施の形態の半導体圧力センサの
製造方法を示す略断面図であって、（ａ）は半導体ウェ
ハとガラス材とを陽極接合している状態を説明するもの
であり、（ｂ）はガラス材と支持台用半導体ウェハとを
陽極接合している状態を説明するものである。

【図５】本発明の第四実施の形態の半導体圧力センサの
他の製造方法を示す略断面図である。

【図６】本発明の第四実施の形態の半導体圧力センサの
更に他の製造方法を示す略断面図である。

【図７】本発明の第五実施の形態の半導体圧力センサの
断面図である。

【図８】本発明の第五実施の形態の他の半導体圧力セン
サの断面図である。

【図９】本発明の第六実施の形態の半導体圧力センサの
断面図である。

【図１０】本発明の第七実施の形態の半導体圧力センサ
の断面図である。

【図１１】本発明の第八実施の形態の半導体圧力センサ
の断面図である。

【図１２】本発明の第八実施の形態の他の半導体圧力セ
ンサの断面図である。

【図１３】本発明の第九実施の形態の半導体圧力センサ
の断面図である。

【図１４】本発明の第九実施の形態の半導体圧力センサ
の支持台の平面図である。

【図１５】本発明の他の半導体圧力センサの断面図であ
る。

【図１６】従来の半導体圧力センサの断面図である。

【図１７】従来の他の半導体圧力センサの断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ａ凹部１５ダイヤフラム１１半導体基板１２ａ圧力導入孔１２ガラス台座１４ｂ連通孔１４パッケージ１３ｂ重合孔１３支持台１３ｃ凹凸部１３ｄ凹凸部１３ｅＡｇ層１４ｃＳｎ層１３ｆ溝１３ｇ凹部１３ｈ段部１８半導体ウェハ１９ガラス材２１支持台用半導体ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F055 AA40 CC02 DD05 EE14 FF23 GG01 GG14 GG25 HH05 4M112 AA01 BA01 CA15 CA16 DA02 DA18 DA20 EA02 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一面の中央部をエッチングすることによ
り凹部を形成して設けたダイヤフラムを有する半導体基
板と、前記凹部に連通する圧力導入孔を有するガラス台
座と、前記圧力導入孔に連通する連通孔を有するパッケ
ージと、を有する半導体圧力センサにおいて、半導体よりなり前記圧力導入孔に重合する重合孔を備え
た支持台を前記ガラス台座のパッケージに対向する一面
に陽極接合法により接合し、該支持台のパッケージに対
向する一面をメタライズして、支持台とパッケージとを
接合したことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】前記支持台のパッケージ対向面に凹凸部
を形成したことを特徴とする請求項１記載の半導体圧力
センサ。
【請求項３】前記支持台のパッケージ対向面にＡｇ層
を形成し、前記パッケージの支持台対向面にＳｎ層を形
成し、前記Ａｇ層とＳｎ層とを加熱してＳｎ−Ａｇ合金
を形成することにより支持台とパッケージを接合したこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】前記支持台のパッケージ対向面に該面に
略垂直に溝を刻設したことを特徴とする請求項１記載の
半導体圧力センサ。
【請求項５】前記支持台のガラス台座接触面の面積を
ガラス台座対向面の面積より小さくしたことを特徴とす
る請求項１記載の半導体圧力センサ。
【請求項６】前記支持台のガラス台座対向面に凹部を
設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体圧力セン
サ。
【請求項７】前記支持台のガラス台座対向面に段部を
設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体圧力セン
サ。
【請求項８】前記支持台を平面略円形状としたことを
特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。
【請求項９】一面の中央部をエッチングすることによ
り凹部を形成して設けたダイヤフラムを有する半導体基
板が複数形成された半導体ウェハと、前記凹部に連通す
る圧力導入孔を有するガラス台座が複数形成され前記半
導体ウェハより大きな外形を有するガラス材とを、半導
体ウェハのガラス材に対向する一面と反対側の他面に正
電圧を印加しガラス材の半導体ウェハに対向する一面と
反対側の他面の外縁部に負電圧を印加して陽極接合法に
より接合して、前記ガラス材内部から偏析するナトリウ
ムをガラス材他面の外縁部に集中させ、前記ガラス材の
他面のナトリウムが偏析していない部分に半導体よりな
る支持台を構成する支持台用半導体ウェハを陽極接合法
により接合し、該支持台のガラス材対向面の反対側の面
に前記圧力導入孔に連通する連通孔を有するパッケージ
を接合することを特徴とする半導体圧力センサの製造方
法。
【請求項１０】一面の中央部をエッチングすることに
より凹部を形成して設けたダイヤフラムを有する半導体
基板が複数形成された半導体ウェハと、前記凹部に連通
する圧力導入孔を有するガラス台座が複数形成されたガ
ラス材と、半導体よりなる支持台を構成する支持台用半
導体ウェハとを重合させ、前記半導体ウェハと支持台用
半導体ウェハとに正電圧を印加し、前記ガラス材の側面
の一部分に負電圧を印加し陽極接合法により半導体ウェ
ハとガラス材と支持台用半導体ウェハとを接合すること
を特徴とする半導体圧力センサの製造方法。