JP2002039892A - 半導体圧力センサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 破壊耐圧レベルが向上した半導体圧力センサ
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 裏面側に凹部３を形成することにより、
表面側の中央部に略矩形状の薄肉の撓み部２を形成する
と共に、この撓み部２の変形を検出する感圧素子Ｒを備
えている圧力センサチップ１１の裏面に、圧力導入孔と
なる貫通孔１３を形成したガラス台座６を、前記貫通孔
１３の開口部が前記凹部３の開口面内に収容されるよう
に接合してなる半導体圧力センサにおいて、圧力センサ
チップ１１とガラス台座６との接合面５に接する前記凹
部３の端縁形状が平面視で略円形であることを特徴とす
る半導体圧力センサ。及びこの半導体圧力センサの製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力検知のために
使用される半導体圧力センサ及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図１０（ａ）、（ｂ）に示す
ように、半導体基板であるシリコン基板１の表面側の中
央部に略矩形状の薄肉の撓み部（ダイヤフラム部）２を
形成すると共に、表面側に配設されて、前記撓み部２の
変形を検出する感圧素子として、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３、Ｒ４が形成された圧力センサチップ１１を用
いる半導体圧力センサが提案されている。図１０（ａ）
は平面図、図１０（ｂ）は断面図であり、図１０（ｂ）
は図１０（ａ）のＡＢ線における断面を示している。

【０００３】このような半導体圧力センサでは、４つの
ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、配線（図示せず）によりブリ
ッジ接続されており、また同一方向に電流が流れる向き
に構成されている。さらに、各ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は
撓み部２表面の応力が大きく出現する位置に配置されて
いる。

【０００４】この圧力センサチップ１１では、異方性エ
ッチング技術を利用して、シリコン基板１の裏面側に凹
部３を設けることにより、上記の矩形状の薄肉の撓み部
２を形成している。そして、凹部３は、略四角錐台の形
状に形成されていて、シリコン基板１の厚み方向に対
し、表面側（図１０（ｂ）における上面側）ほど開口面
積が小さくなっている。

【０００５】また、圧力センサチップ１１の裏面側には
パッケージ等からの熱応力を緩和するように、圧力セン
サチップ１１と熱膨張係数が近似したガラス台座６が接
合されている。このガラス台座６には圧力センサチップ
１１に検知しようとする圧力が伝わるように、中央に圧
力導入孔となる貫通孔１３が設けられていて、この貫通
孔１３の開口部は、前記の凹部３の開口面内に収容され
るように、圧力センサチップ１１とガラス台座６は接合
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の半導体圧
力センサでは、圧力センサチップとガラス台座との接合
面に接する前記凹部の端縁形状が平面視で略方形状とな
っているために、半導体圧力センサに過大な圧力が印加
された場合、略方形状の各辺の中央部に応力が集中する
傾向があった。半導体圧力センサに圧力を印加した場合
の応力分布をモデル的に示しているのが図１１（ａ）、
（ｂ）であり、図１１（ａ）は圧力センサチップ１１の
ガラス台座との接合部における平面方向での応力集中の
状況を模式的に示す図であり、図１１（ｂ）は圧力セン
サチップ１１のガラス台座６との接合部における厚さ方
向の応力集中の状況を模式的に示す図である。このよう
に、凹部３が圧力センサチップ１１とガラス台座６との
接合面５に接する端縁を形成する各辺の中央部に、応力
が集中するため、従来の半導体圧力センサでは、応力が
集中する部分から接合部の破壊が始まり、半導体圧力セ
ンサの破壊へと至ってしまうという問題があった。

【０００７】さらに、従来凹部３の形成は異方性エッチ
ングにより形成しているため、凹部３の側壁面が、圧力
センサチップとガラス台座との接合面に接する角度δ
は、凹部３を掘り込む角度となり、半導体基板１の結晶
方位によって決まり、具体的には３５°〜５５°と緩や
かな角度となっている。このように緩やかな角度である
ために、凹部３に圧力が印加された場合、はがれ易く、
破壊耐圧レベルが低くなるという問題もあった。

【０００８】本発明は、上記問題点を改善するために成
されたもので、その目的とする所は、破壊耐圧レベルが
向上した半導体圧力センサ及びその製造方法を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
裏面側に凹部を形成することにより、表面側の中央部に
略矩形状の薄肉の撓み部を形成すると共に、この撓み部
の変形を検出する感圧素子を備えている圧力センサチッ
プの裏面に、圧力導入孔となる貫通孔を形成したガラス
台座を、前記貫通孔の開口部が前記凹部の開口面内に収
容されるように接合してなる半導体圧力センサにおい
て、圧力センサチップとガラス台座との接合面に接する
前記凹部の端縁形状が平面視で略円形であることを特徴
とする半導体圧力センサである。

【００１０】この請求項１に係る発明では、圧力センサ
チップとガラス台座との接合面に接する凹部の端縁形状
を平面視で略円形とすることにより、接合部における応
力集中部がなくなるので、破壊耐圧レベルが向上した半
導体圧力センサとなる。

【００１１】請求項２に係る発明は、前記凹部の側壁面
が、圧力センサチップとガラス台座との接合面に接する
角度を略直角としていることを特徴とする請求項１記載
の半導体圧力センサである。

【００１２】この請求項２に係る発明では、凹部の側壁
面が、圧力センサチップとガラス台座との接合面に接す
る角度を略直角という急峻な角度としているので、従来
の３５°〜５５°と緩やかな角度の場合に比べ、凹部に
圧力が印加された場合、はがれ難くなり、破壊耐圧レベ
ルが向上した半導体圧力センサとなる。ここでいう略直
角とは具体的には９０±３０°の角度を表している。

【００１３】請求項３に係る発明の製造方法は、（A1）
半導体基板の表面側に感圧素子を形成する工程と、（B
1）半導体基板の表裏面に酸化膜を形成する工程と、（C
1）半導体基板の裏面側に形成した酸化膜にエッチング
加工を施して、略円形状の第１回目の窓開けを行う工程
と、（D1）半導体基板の表裏面に熱酸化法を用いて再度
酸化膜を形成する工程と、（E1）半導体基板の表裏面に
窒化膜を形成する工程と、（F1）半導体基板の裏面側に
ある第１回目の窓開けを行った領域内に形成した酸化膜
及び窒化膜にエッチング加工を施して、第２回目の窓開
けを行う工程と、（G1）半導体基板の裏面側より、残存
させた酸化膜及び窒化膜をマスク材として異方性エッチ
ング加工を施して、掘り込み部を形成することにより、
半導体基板の表面側の中央部に略矩形状の薄肉の撓み部
を形成する工程と、（H1）半導体基板の裏面側の酸化膜
及び窒化膜を除去する工程とを、備えることを特徴とす
る請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサの製造
方法である。

【００１４】この請求項３に係る発明の製造方法では、
C1の工程で、酸化膜にエッチング加工を施して、略円形
状の第１回目の窓開けを行い、次いで、D1の工程で、半
導体基板の表裏面に熱酸化法を用いて再度酸化膜を形成
することにより、圧力センサチップとガラス台座との接
合面に接する凹部の端縁形状を略円形に形成すると共に
この凹部の側壁面が、圧力センサチップとガラス台座と
の接合面に接する角度を略直角となるようにしている。
すなわち、C1及びD1の工程によって、最終的に凹部の開
口側の端縁となる略円形の段差部を形成するようにして
いる。そのため、この請求項３に係る発明によれば、請
求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサを簡易かつ
高精度に実現することができる。

【００１５】なお、E1の工程で、表裏面に窒化膜を形成
する工程は、その後のG1の工程での異方性エッチング加
工における、より有効なマスク材を形成するために行う
工程である。この窒化膜の作用については、請求項４〜
請求項６に係る発明でも同様である。

【００１６】請求項４に係る発明の製造方法は、（A2）
半導体基板の表面側に感圧素子を形成する工程と、（B
2）半導体基板の表裏面に酸化膜を形成する工程と、（C
2）半導体基板の裏面側に形成した酸化膜にエッチング
加工を施して、略円形状の第１回目の窓開けを行う工程
と、（D2）半導体基板の裏面側より、残存させた酸化膜
をフォトレジストでマスクしておいて、第１回目の窓開
けを行った領域の半導体基板にウエットエッチングによ
る等方性エッチング加工を施して、外周形状が略円形の
段差部を形成する工程と、（E2）半導体基板の表裏面に
酸化膜及び窒化膜を順次形成する工程と、（F2）半導体
基板の裏面側にある前記段差部の天井面に形成した酸化
膜及び窒化膜にエッチング加工を施して、第２回目の窓
開けを行う工程と、（G2）半導体基板の裏面側より、残
存させた酸化膜及び窒化膜をマスク材として異方性エッ
チング加工を施して、掘り込み部を形成することによ
り、半導体基板の表面側の中央部に略矩形状の薄肉の撓
み部を形成する工程と、（H2）半導体基板の裏面側の酸
化膜及び窒化膜を除去する工程とを、備えることを特徴
とする請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサの
製造方法である。

【００１７】この請求項４に係る発明の製造方法では、
C2の工程で、酸化膜にエッチング加工を施して、略円形
状の第１回目の窓開けを行い、次いで、D2の工程で、残
存させた酸化膜をフォトレジストでマスクしておいて、
第１回目の窓開けを行った領域の半導体基板にウエット
エッチングによる等方性エッチング加工を施して、外周
形状が略円形の段差部を形成することにより、圧力セン
サチップとガラス台座との接合面に接する凹部の端縁形
状を略円形に形成すると共にこの凹部の側壁面が、圧力
センサチップとガラス台座との接合面に接する角度を略
直角となるようにしている。すなわち、C2及びD2の工程
によって、最終的に凹部の開口側の端縁となる略円形の
段差部を形成するようにしている。このように段差部を
ウエットエッチングにより形成することから、段差深さ
を自在に調整できる。そのため、この請求項４に係る発
明によれば、請求項１又は請求項２記載の半導体圧力セ
ンサを簡易かつ高精度に実現できるとともに、半導体圧
力センサの段差深さについての設計許容度を増すことが
できる。

【００１８】請求項５に係る発明の製造方法は、（A3）
半導体基板の表面側に感圧素子を形成する工程と、（B
3）半導体基板の表裏面に酸化膜を形成する工程と、（C
3）半導体基板の裏面側に形成した酸化膜にエッチング
加工を施して、略円形状の第１回目の窓開けを行う工程
と、（D3）半導体基板の裏面側より、残存させた酸化膜
をフォトレジストでマスクしておいて、第１回目の窓開
けを行った領域の半導体基板にドライエッチングによる
等方性エッチング加工を施して、外周形状が略円形の段
差部を形成する工程と、（E3）半導体基板の表裏面に酸
化膜及び窒化膜を順次形成する工程と、（F3）半導体基
板の裏面側にある前記段差部の天井面に形成した酸化膜
及び窒化膜にエッチング加工を施して、第２回目の窓開
けを行う工程と、（G3）半導体基板の裏面側より、残存
させた酸化膜及び窒化膜をマスク材として異方性エッチ
ング加工を施して、掘り込み部を形成することにより、
半導体基板の表面側の中央部に略矩形状の薄肉の撓み部
を形成する工程と、（H3）半導体基板の裏面側の酸化膜
及び窒化膜を除去する工程とを、備えることを特徴とす
る請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサの製造
方法である。

【００１９】この請求項５に係る発明の製造方法は、D3
の工程で、外周形状が略円形の段差部を形成する方法と
して、ドライエッチングによる等方性エッチング加工を
施すようにした以外については、全て請求項４に係る発
明の製造方法と同様の方法で行う。ドライエッチング加
工による段差部の形成は、その段差厚み精度の調整のし
やすさが、ウエットエッチングより若干劣るが、実用的
には何ら差し支えなく、所望深さの段差部を形成するこ
とができる。請求項５に係る発明では、このように段差
部をドライエッチングにより形成することから、段差深
さを自在に調整できる。そのため、この請求項５に係る
発明によれば、前記した請求項４に係る発明と同様に、
請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサを簡易か
つ高精度に実現できるとともに、半導体圧力センサの段
差深さについての設計許容度を増すことができる。

【００２０】請求項６に係る発明の製造方法は、（A4）
半導体基板の表面側に感圧素子を形成する工程と、（B
4）半導体基板の表裏面に酸化膜及び窒化膜を順次形成
する工程と、（C4）半導体基板の裏面側に形成した酸化
膜及び窒化膜にエッチング加工を施して、窓開けを行う
工程と、（D4）半導体基板の裏面側より、残存させた酸
化膜及び窒化膜をマスク材として異方性エッチング加工
を施して、掘り込み部を形成することにより、半導体基
板の表面側の中央部に略矩形状の薄肉の撓み部を形成す
る工程と、（E4）半導体基板の裏面側の酸化膜及び窒化
膜を除去する工程と、（F4）半導体基板の裏面側の全面
にアルミ膜を形成する工程と、（G4）ガラス台座との非
接合領域とする部分のアルミ膜をエッチング加工で除去
して、前記の掘り込み部及びその外周部の半導体基板面
を、外周形状が略円形となるように露出させる工程と
を、備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の半導体圧力センサの製造方法である。

【００２１】この請求項６に係る発明の製造方法では、
従来と同様にして圧力センサチップを形成した後、F4、
G4の工程により、ガラス台座との非接合領域とする部分
を除く半導体基板の裏面全面に、アルミ膜を形成するこ
とにより、圧力センサチップとガラス台座との接合面に
接する凹部の端縁形状を略円形状に形成すると共にこの
凹部の側壁面（エッチングで露出したアルミ膜の側壁
面）が、圧力センサチップとガラス台座との接合面に接
する角度を略直角となるようにしている。すなわち、G4
の工程でアルミ膜にエッチング加工を施すことによっ
て、最終的に凹部の開口側の端縁となる円形の段差部を
形成するようにしている。このように、段差部をアルミ
膜によって形成することから、その段差深さの調整は、
形成するアルミ膜の膜厚調整で行えるため、自在かつ高
精度に調整できる。この請求項６に係る発明によれば、
請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサを簡易か
つ高精度に実現できるとともに、半導体圧力センサの段
差深さについての設計許容度を増すことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２３】図１は本発明の半導体圧力センサに係る一
実施の形態を示してして、（ａ）は平面図、（ｂ）は断
面図である。なお、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＢ線に
おける断面を示している。

【００２４】図１に示す半導体圧力センサにおいては、
半導体基板であるシリコン基板１の表面側の中央部に矩
形状（方形状）の薄肉の撓み部（ダイヤフラム部）２を
形成すると共に、表面側に配設されて、前記撓み部２の
変形を検出する感圧素子として、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３、Ｒ４が形成された圧力センサチップ１１を用
いる。４つのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、配線（図示せ
ず）によりブリッジ接続されており、また同一方向に電
流が流れる向きに構成されている。さらに、各ピエゾ抵
抗Ｒ１〜Ｒ４は撓み部２表面の応力が大きく出現する位
置に配置されている。

【００２５】この圧力センサチップ１１では、異方性エ
ッチング技術を利用して、シリコン基板１の裏面側に凹
部３の一部となる掘り込み部１２を掘り込むことによ
り、上記の矩形状の薄肉の撓み部２を形成している。そ
して、凹部３としては、シリコン基板１の厚み方向に対
し、裏面側（図１（ｂ）における下面側）には端縁形状
が平面視で円形状の段差部４が形成され、この段差部４
に連なる上部の掘り込み部１２は、略四角錐台の形状に
形成されていて、シリコン基板１の厚み方向に対し、表
面側（図１（ｂ）における上面側）ほど開口面積が小さ
くなっている。すなわち、凹部３は、その開口面側に段
差部４を備え、この段差部４に連なる上部に掘り込み部
１２を備えるように形成していて、段差部４は円筒状で
あり、掘り込み部１２は略四角錐台の形状の空間となっ
ている。

【００２６】そして、段差部４で形成される凹部３の側
壁面は、圧力センサチップ１１のガラス台座６との接合
面５に接する角度δが直角になるようにしている。な
お、この角度δについては略直角であればよく、厳密に
直角である必要はない。

【００２７】また、圧力センサチップ１１の裏面側には
パッケージ等からの熱応力を緩和するように、圧力セン
サチップ１１を形成しているシリコン基板１と熱膨張係
数が近似したガラス台座６が接合されている。このガラ
ス台座６には圧力センサチップ１１に検知しようとする
圧力が伝わるように、中央に圧力導入孔となる貫通孔１
３が設けられていて、この貫通孔１３の開口部は、前記
の凹部３の円形状の開口面内に収容されるように、圧力
センサチップ１１とガラス台座６は接合している。

【００２８】図１に示す半導体圧力センサでは、圧力セ
ンサチップ１１とガラス台座６との接合面５に接する凹
部３の端縁形状を平面視で円形とすることにより、接合
部における応力集中部がなくなるので、破壊耐圧レベル
が向上した半導体圧力センサとなる。また、段差部４で
形成している凹部３の側壁面が、圧力センサチップ１１
とガラス台座６との接合面５に接する角度δを直角とい
う急峻な角度としているので、従来の３５°〜５５°と
緩やかな角度の場合に比べ、凹部３に圧力が印加された
場合、はがれ難くなり、破壊耐圧レベルがより向上した
半導体圧力センサとなる。

【００２９】次に、本発明の製造方法に係る第１の実施
形態について説明する。図２、図３は、製造方法に係る
第１の実施形態を示す工程毎の断面図である。

【００３０】まず、A1の工程として、図２（ａ）に示す
ように、半導体基板であるシリコン基板１の表面側に感
圧素子であるピエゾ抵抗Ｒを形成する。

【００３１】次に、B1の工程として、図２（ｂ）に示す
ように、シリコン基板１の表裏面に酸化膜７を形成す
る。この酸化膜７は段差形成のための再度の酸化膜形成
の際のマスク材として機能させるので、厚みを１μｍ以
上の厚さに厚く形成する。

【００３２】次に、C1の工程として、図２（ｃ）に示す
ように、シリコン基板１の裏面側に形成した酸化膜７に
フッ酸等を用いてエッチング加工を施して、円形状の第
１回目の窓開けを行う。この円形状の窓開けについて
は、後工程で形成する掘り込み部１２を囲むように形成
する。そして、円形状に窓開けした部分と、残存させる
酸化膜７との境界となる位置に、次の工程の再度の酸化
膜形成により、シリコン基板の段差が形成されることに
なる。

【００３３】次に、D1の工程として、図２（ｄ）に示す
ように、シリコン基板１の表裏面に熱酸化法を用いて再
度酸化膜７を形成する。この際、C1の工程でエッチング
加工を施していない領域のシリコン部分は、残存させた
酸化膜７でマスクされる。一方、エッチング加工を施し
て第１回目の窓開けを行った領域ではより深く酸化膜７
が形成されるので、D1の工程によりシリコンのままの部
分に図２（ｄ）に示す段差１４が形成される。そして、
この段差１４で囲まれる部分が、酸化膜７を除去した場
合に、図１（ｂ）で示す、凹部３の下部に形成している
円筒状の段差部４を構成することになる。

【００３４】次に、E1の工程として、図３（ａ）に示す
ように、シリコン基板１の表裏面に窒化膜８を形成す
る。この窒化膜８は、酸化膜７と共に、その後のG1の工
程での異方性エッチング加工におけるマスク材として機
能する。

【００３５】次に、F1の工程として、図３（ｂ）に示す
ように、シリコン基板１の裏面側にある第１回目の窓開
けを行った領域内に形成した酸化膜７及び窒化膜８にド
ライエッチング等の方法でエッチング加工を施して、第
２回目の窓開けをを行う。この第２回目の窓開けは第１
回目の窓開けを行った領域内で行うので、D1の工程で再
度酸化膜７の形成によって形成された段差１４はそのま
まの状態が保持される。また、第２回目の窓開けの形状
については、特に限定はなく、従来同様に方形としても
よく、また必要であれば円形にしてもよいが、第１回目
の窓開けを行った領域内で第２回目の窓開けをすること
が必要である。

【００３６】次に、G1の工程として、図３（ｃ）に示す
ように、シリコン基板１の裏面側より、残存させた酸化
膜７及び窒化膜８をマスク材としてアルカリ溶液（ＫＯ
Ｈ溶液）等を用いて異方性エッチング加工を施して、掘
り込み部１２を形成することにより、シリコン基板１の
表面側の中央部に矩形状（方形状）の薄肉の撓み部２を
形成する。

【００３７】次に、H1の工程として、図示しないがシリ
コン基板１の裏面側の酸化膜及び窒化膜をフッ酸溶液等
によりエッチング除去して、シリコン面を露出させて図
１（ｂ）に示す圧力センサチップ１１を得る。

【００３８】次いで、得られた圧力センサチップ１１を
図１（ｂ）に示すように、中央部に圧力導入孔となる貫
通孔１３が形成されたガラス台座６とを、例えば陽極接
合法により接合して、半導体圧力センサを完成し、図示
しないが、このように圧力センサチップ１１とガラス台
座６を接合した半導体圧力センサを、例えば樹脂製のパ
ッケージに実装して使用することになる。

【００３９】上記の製造方法に係る第１の実施形態で
は、１μｍ以上に厚く形成した酸化膜が、段差１４の形
成のための再度の酸化膜形成の際に、それが覆っている
シリコンのままの部分のマスク材として機能する。この
ように、この製造方法では、２回の酸化膜形成工程を行
うことにより、圧力センサチップ１１とガラス台座６と
の接合面に接する凹部３の端縁形状を平面視で円形とす
ると共に、圧力センサチップ１１とガラス台座６との接
合面に接する凹部３の側壁面（図１（ｂ）の段差部４の
側壁面）の角度δが直角となるようにしている。従っ
て、製造方法に係る第１の実施形態によれば、破壊耐圧
レベルが向上した半導体圧力センサを製造することがで
きる。

【００４０】次に、本発明の製造方法に係る第２の実施
形態について説明する。図４、図５は、製造方法に係る
第２の実施形態を示す工程毎の断面図である。

【００４１】まず、A2の工程として、図４（ａ）に示す
ように、半導体基板であるシリコン基板１の表面側に感
圧素子であるピエゾ抵抗Ｒを形成する。

【００４２】次に、B2の工程として、図４（ｂ）に示す
ように、シリコン基板１の表裏面に酸化膜７を形成す
る。

【００４３】次に、C2の工程として、図４（ｃ）に示す
ように、シリコン基板１の裏面側に形成した酸化膜７に
フッ酸溶液等を用いてエッチング加工を施して、略円形
状の第１回目の窓開けを行う。なお、エッチング加工に
先だって、フッ酸溶液等でエッチングしない領域はフォ
トレジスト９でマスクしていて、このマスク材であるフ
ォトレジスト９は、第１回目の窓開けが終えた後も残し
ておく。

【００４４】次に、D2の工程として、図４（ｄ）に示す
ように、残存させた酸化膜７をフォトレジスト９でマス
クしておいて、第１回目の窓開けを行った領域のシリコ
ン基板１に、フッ酸・硝酸混合液等を用いたウエットエ
ッチングによる等方性エッチング加工を施して、外周形
状が円形の円筒状の段差部４を形成する。

【００４５】次に、E2の工程として、図５（ａ）に示す
ように、シリコン基板１を再度加熱することにより、シ
リコン基板１の表裏面に酸化膜７を形成し、次いでその
上に窒化膜８を形成する。

【００４６】次に、F2の工程として、図５（ｂ）に示す
ように、シリコン基板１の裏面側にある前記段差部４の
天井面１５に形成した酸化膜７及び窒化膜８にドライエ
ッチング等の方法でエッチング加工を施して、第２回目
の窓開けを行う。この第２回目の窓開けは第１回目の窓
開けを行った領域内で行うので、D2の工程で形成された
円筒状の段差部４の外周形状は円形が保持される。ま
た、第２回目の窓開けの形状については、特に限定はな
く、従来同様に方形としてもよく、また必要であれば円
形にしてもよいが、第１回目の窓開けを行った領域内で
第２回目の窓開けをすることが必要である。

【００４７】次に、G2の工程として、図５（ｃ）に示す
ように、シリコン基板１の裏面側より、残存させた酸化
膜７及び窒化膜８をマスク材としてアルカリ溶液（ＫＯ
Ｈ溶液）等を用いて異方性エッチング加工を施して、掘
り込み部１２を形成することにより、シリコン基板１の
表面側の中央部に矩形状（方形状）の薄肉の撓み部２を
形成する。

【００４８】次に、H2の工程として、図示しないがシリ
コン基板１の裏面側の酸化膜及び窒化膜をフッ酸溶液等
によりエッチング除去して、シリコン面を露出させて図
１（ｂ）に示す圧力センサチップ１１を得る。

【００４９】次いで、得られた圧力センサチップ１１を
図１（ｂ）に示すように、中央部に圧力導入孔となる貫
通孔１３が形成されたガラス台座６とを、例えば陽極接
合法により接合して、半導体圧力センサを完成し、図示
しないが、このように圧力センサチップ１１とガラス台
座６を接合した半導体圧力センサを、例えば樹脂製のパ
ッケージに実装して使用することになる。

【００５０】上記の製造方法に係る第２の実施形態で
は、D2の工程で、残存させた酸化膜をマスク材でマスク
しておいて、第１回目の窓開けを行った領域の半導体基
板に、ウエットエッチングによる等方性エッチング加工
を施して、外周形状が円形の段差部を形成することによ
り、圧力センサチップとガラス台座との接合面に接する
凹部の端縁形状を円形に形成すると共にこの凹部の側壁
面が、圧力センサチップとガラス台座との接合面に接す
る角度を直角となるようにしている。このように、ウエ
ットエッチングによる等方性エッチング加工を施して段
差部を形成すると、段差深さを自在に調整できる利点が
ある。従って、製造方法に係る第２の実施形態によれ
ば、破壊耐圧レベルが向上した半導体圧力センサを製造
することができ、かつ、半導体圧力センサの段差深さに
ついての設計許容度を増すことができる。

【００５１】次に、本発明の製造方法に係る第３の実施
形態について説明する。図６、図７は、製造方法に係る
第３の実施形態を示す工程毎の断面図である。

【００５２】この製造方法に係る第３の実施形態では、
D3の工程で、外周形状が円形の段差部を形成する方法と
して、ウエットエッチングによる等方性エッチング加工
に代えて、ドライエッチングによる等方性エッチング加
工を施すようにした以外については、前記の製造方法に
係る第２の実施形態（図４、図５に示す方法）と同様の
方法で行う。すなわち、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す
A3〜C3の工程は、製造方法に係る第２の実施形態のA2〜
C2の工程と同じである。

【００５３】次に、D3の工程として、図６（ｄ）に示す
ように、シリコン基板１の裏面側より、ドライエッチン
グ加工を施して、シリコン基板１の裏面側に、外周形状
が略円形状の段差部４を形成する。このドライエッチン
グ加工に先だって、エッチングしない領域はフォトレジ
スト９でマスクしておき、マスクしていない部分の酸化
膜７及びその下のシリコン基板１をエッチングして、外
周形状が円形の段差部４を形成する。この外周形状が円
形の段差部４は、後工程で異方性エッチングによって形
成する掘り込み部１２を囲むように形成する。そして、
ドライエッチング加工を終えたら、フォトレジスト９は
除去する。

【００５４】ドライエッチング加工による段差部４の形
成は、その段差厚み精度の調整のしやすさが、ウエット
エッチングより若干劣るが、実用的には何ら差し支えな
く、所望深さの段差部を形成することができる。

【００５５】そして、以降のE3〜H3の工程は、製造方法
に係る第２の実施形態のE2〜H2の工程と同じであり、各
工程の断面図を図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す。

【００５６】従ってこの製造方法に係る第３の実施形態
では、前記した製造方法に係る第２の実施形態と同様の
作用・効果を達成することができる。

【００５７】次に、本発明の製造方法に係る第４の実施
形態について説明する。図８、図９は、製造方法に係る
第４の実施形態を示す工程毎の断面図である。

【００５８】まず、A4の工程として、図８（ａ）に示す
ように、半導体基板であるシリコン基板１の表面側に感
圧素子であるピエゾ抵抗Ｒを形成する。

【００５９】次に、B4の工程として、図８（ｂ）、図８
（ｃ）に示すように、シリコン基板１の表裏面に酸化膜
７を形成し、次いでその上に窒化膜８を形成する。

【００６０】次に、C4の工程として、図８（ｄ）に示す
ように、シリコン基板１の裏面側に形成された酸化膜７
及び窒化膜８の所定領域をドライエッチング法等により
エッチング除去して、窓開けを行う。この窓開けの形状
については、特に限定はなく、円形等とすることも可能
であるが、この実施形態では、従来同様に方形としてい
る。

【００６１】次に、D4の工程として、図９（ａ）に示す
ように、シリコン基板１の裏面側より、残存させた酸化
膜７及び窒化膜８をマスク材として、アルカリ溶液（Ｋ
ＯＨ溶液）等により異方性エッチング加工を施して、掘
り込み部１２を形成することにより、シリコン基板１の
表面側の中央部に矩形状（方形状）の薄肉の撓み部２を
形成する。

【００６２】次に、E4及びF4の工程として、図９（ｂ）
に示すように、シリコン基板１の裏面側の酸化膜７及び
窒化膜８をフッ酸溶液等により除去した後、シリコン基
板１の裏面側の全面にアルミ膜１０を、例えばスパッタ
リング等により堆積形成する。アルミ膜の厚みとして
は、０．５〜３．０μｍ程度に形成することが好まし
い。

【００６３】次に、G4の工程として、図９（ｃ）に示す
ように、ガラス台座との非接合領域とする部分のアルミ
膜１０をエッチング加工で除去して、前記の掘り込み部
１２及びその外周部１６の半導体基板面を、外周形状が
円形となるように露出させる。そして、このエッチング
で除去されて生じたアルミ膜１０の露出側壁が、図１
（ｂ）の段差部４の側壁となる。このようにして、裏面
に、アルミ膜１０で包囲されて、円形状の端縁を持ち、
圧力センサチップとガラス台座との接合面に接する角度
が略直角となる段差部４が形成された図１（ｂ）に示す
ような圧力センサチップ１１を得る。

【００６４】次いで、得られた圧力センサチップ１１を
図１（ｂ）に示すように、中央部に圧力導入孔となる貫
通孔１３が形成されたガラス台座６とを、例えば陽極接
合法により接合して、半導体圧力センサを完成し、図示
しないが、このように圧力センサチップ１１とガラス台
座６を接合した半導体圧力センサを、例えば樹脂製のパ
ッケージに実装して使用することになる。

【００６５】この第4の実施形態では、従来と同様にし
て圧力センサチップを形成した後、F4、G4の工程によ
り、ガラス台座との非接合領域とする部分を除く半導体
基板の裏面全面に、アルミ膜を形成することにより、圧
力センサチップとガラス台座との接合面に接する凹部の
端縁形状を円形状に形成すると共にこの凹部の側壁面
（エッチングで露出したアルミ膜の側壁面）が、圧力セ
ンサチップとガラス台座との接合面に接する角度を略直
角となるようにしている。すなわち、G4の工程でアルミ
膜にエッチング加工を施すことによって、最終的に凹部
の開口側の端縁となる円形の段差部を形成するようにし
ている。そして、このエッチングで除去されて生じたア
ルミ膜１０の露出側壁が、図１（ｂ）の段差部４の側壁
となる。このようにして、従来の圧力センサチップの裏
面に、アルミ膜１０で包囲されて、円形状の端縁を持
ち、側壁面が圧力センサチップの裏面に対して略直角で
ある段差部４が形成された圧力センサチップが得られ
る。

【００６６】次いで、得られた圧力センサチップ１１を
図１（ｂ）に示すように、中央部に圧力導入孔となる貫
通孔１３が形成されたガラス台座６とを、例えば陽極接
合法により接合して、半導体圧力センサの主要部を完成
し、図示しないが、このように圧力センサチップ１１と
ガラス台座６を接合したものを、例えば樹脂製のパッケ
ージに実装して半導体圧力センサを完成する。

【００６７】上記の製造方法に係る第４の実施形態で
は、従来の圧力センサチップの裏面の所望の領域に、ア
ルミ膜１０で包囲されて、円形状の端縁を持ち、側壁面
が圧力センサチップの裏面に対して略直角である段差部
４が形成された圧力センサチップを用いることになる。
このように、段差部をアルミ膜によって形成することか
ら、その段差深さの調整は、形成するアルミ膜の膜厚調
整で行えるため、自在かつ高精度に調整できる。この製
造方法に係る第４の実施形態によれば、請求項１又は請
求項２記載の、破壊耐圧レベルが向上した半導体圧力セ
ンサを、簡易かつ高精度に実現できるとともに、半導体
圧力センサの段差深さについての設計許容度を増すこと
ができる。

【００６８】

【発明の効果】請求項１に係る発明の半導体圧力センサ
は、圧力センサチップとガラス台座との接合面に接する
凹部の端縁形状を平面視で略円形状としていて、接合部
における応力集中部がなくなるので、破壊耐圧レベルが
向上した半導体圧力センサとなる。

【００６９】請求項２に係る発明の半導体圧力センサ
は、上記の効果に加えて、凹部の側壁面が、圧力センサ
チップとガラス台座との接合面に接する角度を略直角と
いう急峻な角度としているので、従来の３５°〜５５°
と緩やかな角度の場合に比べ、凹部に圧力が印加された
場合、はがれ難くなり、破壊耐圧レベルがより向上した
半導体圧力センサとなる。

【００７０】請求項３に係る発明の半導体圧力センサの
製造方法によれば、破壊耐圧レベルがより向上した半導
体圧力センサである請求項１又は請求項２記載の半導体
圧力センサを簡易かつ高精度に実現することができる。

【００７１】請求項４及び請求項５に係る発明の半導体
圧力センサの製造方法によれば、破壊耐圧レベルがより
向上した半導体圧力センサである請求項１又は請求項２
記載の半導体圧力センサを簡易かつ高精度に実現するこ
とができる。特に、段差部をウエットエッチング又はド
ライエッチングによる等方性エッチングで形成すること
から、その段差深さを自在に調整可能であり、段差深さ
に関して設計許容度が大きい半導体圧力センサを簡易に
実現できる。

【００７２】請求項６に係る発明の半導体圧力センサの
製造方法によれば、破壊耐圧レベルがより向上した半導
体圧力センサである請求項１又は請求項２記載の半導体
圧力センサを、従来の製造方法にわずかな工程を付加す
るだけで、簡易にかつ高精度に実現できる。また、段差
部をアルミ膜の堆積により形成することから、その段差
深さを自在かつ高精度に調整可能であり、段差深さに関
して設計許容度が大きい半導体圧力センサを実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を説明するための図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図２】本発明の製造方法に係る第1の実施形態を示し
た断面図であり、（ａ）〜（ｄ）は各工程毎の断面図で
ある。

【図３】本発明の製造方法に係る第1の実施形態の図２
以降の工程を示した断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は各
工程毎の断面図である。

【図４】本発明の製造方法に係る第２の実施形態を示し
た断面図であり、（ａ）〜（ｄ）は各工程毎の断面図で
ある。

【図５】本発明の製造方法に係る第２の実施形態の図４
以降の工程を示した断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は各
工程毎の断面図である。

【図６】本発明の製造方法に係る第３の実施形態を示し
た断面図であり、（ａ）〜（ｄ）は各工程毎の断面図で
ある。

【図７】本発明の製造方法に係る第３の実施形態の図６
以降の工程を示した断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は各
工程毎の断面図である。

【図８】本発明の製造方法に係る第４の実施形態を示し
た断面図であり、（ａ）〜（ｄ）は各工程毎の断面図で
ある。

【図９】本発明の製造方法に係る第４の実施形態の図８
以降の工程を示した断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は各
工程毎の断面図である。

【図１０】従来の半導体圧力センサの構成を説明するた
めの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図１１】従来の半導体圧力センサに圧力を印加した場
合の応力分布をモデル的に示した図であり、（ａ）は平
面方向での応力集中の状況を模式的に示す図であり、
（ｂ）は厚さ方向の応力集中の状況を模式的に示す図で
ある。

【符号の説明】

１ セラミック基板 ２ 撓み部 ３ 凹部 ４ 段差部 ５ 接合面 ６ ガラス台座 ７ 酸化膜 ８ 窒化膜 ９ フォトレジスト １０ アルミ膜 １１ 圧力センサチップ １２ 掘り込み部 １３ 貫通孔 １４ 段差 １５ 天井面 １６ 外周部 δ 接する角度 Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ ピエゾ抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江田 和夫 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 青木 亮 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE13 FF23 GG01 GG14 GG15 HH05 4M112 AA01 BA01 CA16 DA03 DA04 DA11 DA18 EA06 EA07 EA11 EA13 FA07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 裏面側に凹部を形成することにより、表
   面側の中央部に略矩形状の薄肉の撓み部を形成すると共
   に、この撓み部の変形を検出する感圧素子を備えている
   圧力センサチップの裏面に、圧力導入孔となる貫通孔を
   形成したガラス台座を、前記貫通孔の開口部が前記凹部
   の開口面内に収容されるように接合してなる半導体圧力
   センサにおいて、圧力センサチップとガラス台座との接
   合面に接する前記凹部の端縁形状が平面視で略円形であ
   ることを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記凹部の側壁面が、圧力センサチップ
   とガラス台座との接合面に接する角度を略直角としてい
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】 （A1）半導体基板の表面側に感圧素子を
   形成する工程と、（B1）半導体基板の表裏面に酸化膜を
   形成する工程と、（C1）半導体基板の裏面側に形成した
   酸化膜にエッチング加工を施して、略円形状の第１回目
   の窓開けを行う工程と、（D1）半導体基板の表裏面に熱
   酸化法を用いて再度酸化膜を形成する工程と、（E1）半
   導体基板の表裏面に窒化膜を形成する工程と、（F1）半
   導体基板の裏面側にある第１回目の窓開けを行った領域
   内に形成した酸化膜及び窒化膜にエッチング加工を施し
   て、第２回目の窓開けを行う工程と、（G1）半導体基板
   の裏面側より、残存させた酸化膜及び窒化膜をマスク材
   として異方性エッチング加工を施して、掘り込み部を形
   成することにより、半導体基板の表面側の中央部に略矩
   形状の薄肉の撓み部を形成する工程と、（H1）半導体基
   板の裏面側の酸化膜及び窒化膜を除去する工程とを、備
   えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導
   体圧力センサの製造方法。
4. 【請求項４】 （A2）半導体基板の表面側に感圧素子を
   形成する工程と、（B2）半導体基板の表裏面に酸化膜を
   形成する工程と、（C2）半導体基板の裏面側に形成した
   酸化膜にエッチング加工を施して、略円形状の第１回目
   の窓開けを行う工程と、（D2）半導体基板の裏面側よ
   り、残存させた酸化膜をフォトレジストでマスクしてお
   いて、第１回目の窓開けを行った領域の半導体基板にウ
   エットエッチングによる等方性エッチング加工を施し
   て、外周形状が略円形の段差部を形成する工程と、（E
   2）半導体基板の表裏面に酸化膜及び窒化膜を順次形成
   する工程と、（F2）半導体基板の裏面側にある前記段差
   部の天井面に形成した酸化膜及び窒化膜にエッチング加
   工を施して、第２回目の窓開けを行う工程と、（G2）半
   導体基板の裏面側より、残存させた酸化膜及び窒化膜を
   マスク材として異方性エッチング加工を施して、掘り込
   み部を形成することにより、半導体基板の表面側の中央
   部に略矩形状の薄肉の撓み部を形成する工程と、（H2）
   半導体基板の裏面側の酸化膜及び窒化膜を除去する工程
   とを、備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記
   載の半導体圧力センサの製造方法。
5. 【請求項５】 （A3）半導体基板の表面側に感圧素子を
   形成する工程と、（B3）半導体基板の表裏面に酸化膜を
   形成する工程と、（C3）半導体基板の裏面側に形成した
   酸化膜にエッチング加工を施して、略円形状の第１回目
   の窓開けを行う工程と、（D3）半導体基板の裏面側よ
   り、残存させた酸化膜をフォトレジストでマスクしてお
   いて、第１回目の窓開けを行った領域の半導体基板にド
   ライエッチングによる等方性エッチング加工を施して、
   外周形状が略円形の段差部を形成する工程と、（E3）半
   導体基板の表裏面に酸化膜及び窒化膜を順次形成する工
   程と、（F3）半導体基板の裏面側にある前記段差部の天
   井面に形成した酸化膜及び窒化膜にエッチング加工を施
   して、第２回目の窓開けを行う工程と、（G3）半導体基
   板の裏面側より、残存させた酸化膜及び窒化膜をマスク
   材として異方性エッチング加工を施して、掘り込み部を
   形成することにより、半導体基板の表面側の中央部に略
   矩形状の薄肉の撓み部を形成する工程と、（H3）半導体
   基板の裏面側の酸化膜及び窒化膜を除去する工程とを、
   備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半
   導体圧力センサの製造方法。
6. 【請求項６】 （A4）半導体基板の表面側に感圧素子を
   形成する工程と、（B4）半導体基板の表裏面に酸化膜及
   び窒化膜を順次形成する工程と、（C4）半導体基板の裏
   面側に形成した酸化膜及び窒化膜にエッチング加工を施
   して、窓開けを行う工程と、（D4）半導体基板の裏面側
   より、残存させた酸化膜及び窒化膜をマスク材として異
   方性エッチング加工を施して、掘り込み部を形成するこ
   とにより、半導体基板の表面側の中央部に略矩形状の薄
   肉の撓み部を形成する工程と、（E4）半導体基板の裏面
   側の酸化膜及び窒化膜を除去する工程と、（F4）半導体
   基板の裏面側の全面にアルミ膜を形成する工程と、（G
   4）ガラス台座との非接合領域とする部分のアルミ膜を
   エッチング加工で除去して、前記の掘り込み部及びその
   外周部の半導体基板面を、外周形状が略円形となるよう
   に露出させる工程とを、備えることを特徴とする請求項
   １又は請求項２記載の半導体圧力センサの製造方法。